Статья 1 Сорока О А Перспективы и проблемы геотермальной энергетике (исправлено)

УДК 620.97
Перспективы и проблемы геотермальной энергетики
О.А. Сорока1, Г.В. Лукина2
Иркутский национальный исследовательский технический университет
г. Иркутск, Россия.
В данной статье рассмотрены перспективы и проблемы в
геотермальной энергетике в поселке Горячинск Прибайкальского района
Республики Бурятия. Исследованы основные виды термальных вод, циклы
работы геотермальной электростанции, а также приведено научное
обоснование перспектив использования данного вида электростанций, как
в конкретно взятом населенном пункте, так и в других субъектах
Российской Федерации.
Ключевые слова: энергия, электроэнергетика, геотермальная
электроэнергетика, энергетическая эффективность.
Согласно экспертным исследованиям специалистов Организации
объединенных наций (далее по тексту – ООН) к 2050 году 68% населения
Земли будет проживать в крупных мегаполисах и других густонаселенных
городских агломерациях, которые требуют бесперебойной подачи
электроэнергии и тепла. В настоящее время существует 22 крупных
мегаполиса с населением более 10 миллионов человек, к 2040-му году по
прогнозам вышеуказанных экспертов их будет уже 43.
Вышеуказанные причины обуславливают поиски альтернативных
решений, позволяющих удовлетворить объективно нарастающую
потребность в тепло и электроэнергетике (далее по тексту – Энергия).
Одним из таких возможных решений является строительство
геотермальной электростанции (далее по тексту – Станция).
Учитывая значительную по площади территорию Республики
Бурятия (351 334 км², что составляет 2,05 % территории России),
расположенные на значительном удалении друг от друг объекты Энергии,
высокую в связи с этим ее стоимость, необходимо признать, что наиболее
интересным и приемлемым решением вопроса снижения стоимости
электроэнергии, а также удовлетворение потребности в Энергии, является
внедрение Станции различных мощностей хозяйствующими субъектами.
Объектом
исследования
выбран
поселок
Горячинск
Прибайкальского района Республики Бурятия, расположенный в одном
километре от побережья озера Байкал по северной стороне Баргузинского
Сорока О.А., магистрант, обучающийся на 2 курсе, гр.ЭУмз-18-1, e-mail: [email protected]
Лукина Г.В., к.т.н., доцент, e-mail: [email protected]
Экспертиза статьи выполнена __.__.2020г., протокол №___
1
2
тракта в 175 км. к северо-востоку от г. Улан-Удэ. Численность населения
составляет 967 человек. Известен своим бальнеологическим курортом в
одноименным названием, использующим геотермальные источники.
В последнее десятилетие 21 века природоохранное законодательство
Российской Федерации предъявляет все более высокие и жесткие
требования по соблюдению экологической безопасности объектами
энергетики, в частности на территории Байкальского региона.
Данные обстоятельства бросают вызов ученым, направленный на
разработку новых технологий, отвечающим требованиям экологии.
В это не простое время, одним из достойных ответов на вызов
времени является геотермальная энергетика.
Геотермальная энергетика - направление энергетики, которое
основывается на производстве тепловой и электрической энергии за счёт
тепловой энергии, содержащейся в недрах земли. Она относится к
«зеленой» энергетике или альтернативным источникам энергии,
использующимся, как возобновляемые источники энергии. [5, С. 18]
Одним из решений является использование геотермальной
энергетики на основе термальных вод курорта Горячинск. Сейчас самое
время начать новый этап по строительству и внедрению геотермальной
энергии, таящейся в глубинах наших недр.
Данный вид получения энергии получил широкое распространение в
районах с термической активностью, таких как Исландия, Новая Зеландия,
Филиппины и т. д. Лидирующее место в мире (см. табл. 1) занимает
Исландия, где в настоящее время до 30 % электроснабжения всей страны
обеспечивает данная энергия. Для других стран при их нынешнем уровне
развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад
в промышленное развитие. [1, С. 203]
Таблица 1. Установленные мощности геотермальных электростанций
в 2010-2020г.
Страна
США
Филиппины
Индонезия
Новая Зеландия
Исландия
Сальвадор
Кения
Коста-Рика
Никарагуа
Мощность в
2010 г., МВт
2687
1969,7
992
471,6
421,2
204,2
128,8
162,5
87,4
Мощность в
2020 г., МВт
3086
1904
1197
628
575
204
167
166
88
Доля в 2020 г.
0,3 %
27 %
3,7 %
10 %
30 %
14 %
11,2 %
14 %
10 %
Страна
Россия
Мощность в
2010 г., МВт
79
Мощность в
2020 г., МВт
82
Доля в 2020 г.
0,05 %
Распределение геотермальных ресурсов на территории России по
шкале единиц от 1 и больше 7. Значительные показатели отмечены (рис.1)
в Якутии, на Камчатке и Ямало-Ненецком автономном округе и других
городах Российской Федерации (увеличение показателей отражено
соответствующим цветом от светло-красного оттенка до ярко красного)
см. рис.1. Сравнивая территорию Камчатского края с Республикой Бурятия
и проанализировав шкалу единиц измерения по баллам, она совпадает от 4
до 7, что считается высоким показателем геотермальных ресурсов и
позволяет начать строительство геотермальной электростанции в поселке
Горячинск, прогнозируя перспективное будущее. [8, С. 6]
Рис.1. Распределение геотермальных ресурсов по территории России
При осуществлении проекта строительства геотермальной
электростанции в поселке Горячинск, потребуется произвести анализ для
разработки схемы и принципа работы электростанции.
Геотермальная энергетика подразделяется на два направления:
петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика (таб. 2).
Петротермальная энергетика – тип энергетики, связанный с
глубинными температурами Земли, которые с определённого уровня
начинают подниматься. Средняя скорость её повышения с глубиной около 2,5 °С на каждые 100 м. На глубине 5 км температура составляет
примерно 125 °С, а на 10 км около 250 °С. Добыча тепла производится
посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода,
которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара.
Проблема данной энергетики на сегодня - её рентабельность.
Гидротермальная энергетика - данные месторождения формируются
в широком интервале - от поверхности Земли до глубины свыше 10 км при
оптимальных температурах 10 - 100°С. На курорте Горячинск возможно
использовать гидротермальную энергию, поскольку отсутствуют
глубинные воды, а для реального использования доступны лишь мелкие
подземные воды.
Таблица 2. Геотермальная энергетика
Петротермальная
Гидротермальная
Источником энергии является слои земли,
обладающие высокой t. Данный тип
энергетики связан с глубинными t Земли,
которые с определённого уровня начинают
подниматься.
каждые 100 м = 2,5 °С,
5 км увеличивается = 125
°С,
10 км = 250 °С.
Источник энергии, являющийся
геотермальной подземной водой.
При обосновании эффективности и достоверности результатов
работы Станции необходимо определить категорию термальной воды.
Согласно имеющейся классификации, в Горячинске эпитермальная вода,
поскольку ее температура, используемая для оздоровительного лечения,
составляет 54,5 °С (Cм. таб. 3.).
Таким образом, наиболее обоснованным будет бинарный цикл (см.
таб. 4), из-за низкой t кипения, что позволит использовать в качестве
первичного источника энергии не очень горячий термальный источник.
Работает по органическому циклу Ренкина. Другие циклы (прямой и не
прямой) не обеспечат подходящую работу. В прямом цикле используется
сухой пар, а при не прямом используется горячая по t подземной воды.
Для строительства геотермальной электростанции подходит только
бинарный цикл, поскольку tв нагрева в поселке Горячинск = 54,5 °С., для
оздоровительного лечения, а принцип классификаций термальной воды:
эпитермальная от t от 30 до 90 °С. Горячая геотермальная вода совместно с
дополнительной жидкостью с более низкой точкой кипения, чем у воды,
пропускаются через теплообменник. Тепло геотермальной воды
выпаривает вторую жидкость, пары которой приводят в действие турбины.
Так как это замкнутая система, выбросы в атмосферу практически
отсутствуют, вследствие чего достигаются требования по экологической
безопасности объекта. Воды умеренной температуры являются наиболее
распространенным геотермальным ресурсом, поэтому большинство
геотермальных электростанций будущего будут работать на этом
принципе. [7, С. 54-56]
Таблица 3. Классификация термальных вод.
Эпитермальная вода
с t от 30 до 90 °С.
Мезотермальная вода
с t от 100 до 200 °С.
Гипотермальные вода
с t свыше 200 °С.
Таблица 4. Основные циклы работы Станции.
Прямая (ГеоТермальная)
Не Прямая (ГидроТермальная)
Бинарная
Использование сухого пара - пар
поступает из скважины пропуская через
турбину
Используется горячая подземная вода,
которая под высоким давлением идет в
испаритель, где часть ее выпаривается,
а полученный пар вращает турбину.
Обратный пар поступает обратно в
скважину либо используется.
Рабочая жидкость со сравнительной
низкой t кипения позволяет
использовать в качестве первичного
источника энергий и не очень горячий
термальный источник. Работает по
органическому циклу Ренкина.
Вместе с тем, следует отметить возникающие проблемные вопросы,
такие как шумовое воздействие, дороговизна первоначальных и
эксплуатационных затрат.
Однако, стоит выделить и не оспоримые преимущества, которые
выражены в неограниченном ресурсе, отсутствии экологических
загрязнений, низком водопотреблении, при существенном показателе
тепло и электроэнергии, низкой себестоимости энергии, а также в
компактном расположении на земельном участке [4, С. 96].
Принимая во внимание, что Правительством РФ принято решение о
создании двух особых экономических зон (Постановления Правительства
РФ от 03.02.2007. № 68 и от 03.02.2007. № 72), с перспективой их
дальнейшего увеличения, целью которых является создание конкурентно
способного центра международного и мирового туризма, использование
Станций, приобретает перспективный характер.
Поскольку курорт обязан иметь надежную систему теплоснабжения
и электроснабжения с сохранением экологии, так как это - важнейшее
условие его привлекательности для международного туризма. [2, С. 42]
Использование же уже имеющихся традиционных технологий,
повлечет дополнительное строительство линий электропередач, которое
неизбежно приведет к причинению вреда окружающей природной среде
озера Байкал.
Поэтому альтернативой является использование нетрадиционных
источников энергии, прежде всего геотермальных вод. В пределах
проектируемой туристическо-экономико-реакционной зоны - на побережье
озера и в ближайшей к Байкалу части Западного Забайкалья, расположены
многочисленные месторождения горячих минеральных вод, тепловые
ресурсы которых можно в перспективе использовать для теплоснабжения,
электроснабжения. Впрочем, на международном уровне геотермальная
энергетика считается достаточно перспективным направлением. [3, С. 113]
Применение геотермальных источников может частично решить
проблему тепла и электричества в неблагополучных регионах. В ООН
считают - внедрение геотермальной энергетики даст возможность снизить
дефицит продовольствия в районах, где попросту отсутствует
электроэнергия.
Заключение: если основные препятствия на пути развития
геотермального сегмента исчезнут, отрасль однозначно начнёт переживать
динамичный рост и со временем станет весомым энергетическим
источником для многих стран мира. В совокупности это даст РФ огромный
прорыв в экономике и большое преимущество среди других стран.
Библиографический список
1. УДК 621.482., Геотермальная энергетика, Гарипов М.Г., Гарипов М.В.,
Изд. официальное. – Москва: Стандартинформ, 2017. - 203 с.
2. ООО «Геотерм-ЭМ»., Проблемы Геотермальная Энергетика, Томаров Г.В.,
Шипков А.А., Изд. официальное. – Москва: российская академия наук,
2017. - 42 с.
3. Минэнерго РФ., Ресурсы и эффективность использования энергии
геотермальных вод, Пенжиев А.В., Пенжиев Д.А., Изд. официальное. –
Германия, 2019. - 113 с.
4. Минэнерго РФ., Геотермальная энергетика, Дворов И.М., Изд.
официальное. – Москва, 2011. - 96 с.
5. Министерство геологии СССР., Термальные воды складчатых и
платформенных областей СССР, Маврицкий Б.Ф., Изд. официальное. –
Москва, «Наука» ,1971. - 18 с.
6. Минэнерго РФ., Геотермальная энергетика, 9. Берман
Э.,
Изд.
официальное. – Лондон, «Мир» 1978. - 215 с.
7. Тепло Земли., Состояние и перспективы использования НВИЭ в России,
Тарнижевский Б.В., Изд. официальное. – Саратов, «Промышленная
энергетика» 2018. – 52 - 56 с.
8. УДК 622.244., Использование геотермальных ресурсов в энергетике
России,
Доброхотов
В.И.,
Изд.
официальное.
–
Тюмень,
«Электроэнергетика» 2020. – 2 - 11с.