2.2.3. Анализ потенциала геотермальной энергетики
Геотермальная энергия является потенциальным источником и тепло-, и электроснабжения. Огромное достоинство геотермальных преобразователей энергии — стабильность, независимость от погодных условий, времени года, суток и т.д.
Термальные воды широко используются в бальнеологии: бывший СССР находился в этой области на 4-м месте в мире. Сегодня в России функционирует менее 70% имеющихся скважин термальной воды. В использовании геотермальной воды для отопления в мире накоплен значительный опыт: Япония, Исландия, США, Новая Зеландия уже десятилетиями успешно используют геотермальную энергию. Например, в г. Рейкьявике (Исландия) создана геотермальная система отопления производительностью 30 Гкал/ч для теплоснабжения городского района с численностью жителей более 100 тыс. чел. [17].В России крупные месторождения геотермальной воды находятся на Дальнем Востоке, Северном Кавказе, в Западной Сибири. В то же время термальная вода, а также петрогеотермальная энергия глубинных пород, с температурой до 100 °С могут быть использованы практически повсеместно на территории страны (как и в целом, по территории планеты) - всё зависит от глубины скважины и рентабельности такого использования. Рациональное применение геотермальной энергии для отопления позволит экономить до 90% топливных ресурсов.
По объёму использования геотермальной энергии для преобразования в электроэнергию Россия очень сильно отстаёт от большинства стран мира (14-е место) [17].
Геотермальные электростанции (ГеоЭС) подразделяются на несколько типов: а) работающие па пароводяной смеси или на сухом паре; б) с подземными циркуляционными системами; в) с бинарным'циклом; г) с комбинированным циклом; д) термовоздушные [15].
Месторождения термальной воды с температурами 180-200 °С достаточно редки: в Камчатской, Сахалинской областях, на Северном Кавказе (Дагестан). Поэтому использование ГеоЭС по вариантам (а)-(б) ограничено указанными районами.
Однако на большинстве месторождений геотермальной воды возможно использование ГеоЭС с бинарным циклом (БЦ). Создание модульных ГеоЭС с бинарным циклом — одно из перспективных направлений, начало реализации которого уже заложено МЭИ, ЭНИН, ИВТАН, АО «Наука», АО «Геотерм» при создании Верх-не-Мутновской и Мутновской ГеоЭС на Камчатке [67]. Следует отметить, что первенство в освоении ГеоЭС с БЦ принадлежит российским (советским) учёным С.С Кутателадзе и A.M. Розенфельду (19651967 гг.). Модули ГеоЭС с БЦ мощностями до 10 МВт могли бы прак-тически полностью заменить дизельные и другие топливные автономные электростанции в удалённых энергодефицитных районах. В 1991 г. ЭНИН совместно с Кировским заводом создали бинарную энергоустановку мощностью 0,6-1,7 МВт на фреоне для использования термальных вод с температурой 80-180 СС. В зависимости от температуры воды удельная стоимость «установленного киловатта» составила 4001 000 дол. (США), а стоимость электроэнергии - 2-4 цент/кВт-ч (без учёта стоимости скважины) [67]. Сегодня в России, как и во всем мире, проводятся работы по совершенствованию модулей ГеоЭС с БЦ. За рубежом такие модули мощностью 1,5-4 МВт выпускаются серийно (фирма «Ормат», Израиль).Одним из перспективных видов ГеоЭС является геотермовоздуш-ная электростанция (ГеоТВЭС) - запатентованная в России (автором) аэродинамическая электростанция, содержащая воздушный коллектор, подогреваемый теплом термальной воды [15, 17, 53, 60]. Огромное преимущество ГеоТВЭС по сравнению с любой топливной ТЭС — отсутствие необходимости в использовании искуственного, в частности водяно-го, охлаждения. Преимущества ГеоТВЭС по сравнению с ГеоЭС бинарного типа: 1) возможность использования теплоносителя с температурой ниже 70 °С; 2) простота схемы преобразования; 3) отсутствие необходимости в принудительном охлаждении; 4) возможность использования множества скважин при выработке значительных мощностей; 5) лучшее соотношение экономических показателей. Возможность использования на ГеоТВЭС низкотемпературной подземной энергии позволяет строить такие ЭС повсеместно: выбор места зависит от технико-экономической оценки — от глубины скважины, температуры, мощности пласта и т.д.
Исходя из наличия высоких затрат на скважины, целесообразно создавать ГеоТВЭС мощностью 1-10 МВТ и более (до 100 МВт).
Стоимость производимой электроэнергии при установленных мощностях более 10 МВт составит менее 1 цент/кВт-ч, что позволит снизить дейст-вующие сегодня в стране тарифы. Каждая такая ЭС сэкономит не менее1 т у.т. на 1 кВт установленной мощности, что составит десятки и сотни тысяч тонн условного топлива в год.
Одно из наиболее подходящих мест для строительства пилотных ГеоТВЭС - Мостовской район Краснодарского края, где термальная вода с температурами около 100 °С залегает на глубинах 1 800-2 500 м. Следует отметить, что создание термовоздушных ЭС в стране до сих пор сдерживалось неверием в возможность сооружения высоких — до нескольких сотен метров - воздуховодов. Однако такая реальность, с одной стороны, уже подтверждена успешным созданием опытного образца СТВЭС в Испании, планируемым строительством воздуховодов высотой почти в километр в Австралии (где, в частности, используются и наши разработки), а с другой стороны, разработанной автором принципиально новой конструкции вертикального воздуховода [57], быстро возводимого и относительно недорогого, причём в России .найдено предприятие, готовое производить такие конструкции. В гористой местности целесообразно строить ГеоТВЭС с наклонными воздуховодами. Как видим, непреодолимых технических сложностей реализации описанных проектов практически нет. Главное в этой ситуации - не потерять в очередной раз приоритет России, как это было много раз.
После отработки в цикле электростанции нагретый дополнительный теплоноситель можно использовать для отопления коммунальных объектов.
Таким образом, геотермальная энергия — наиболее перспективный источник альтернативной энергетики, и в первую очередь электроэнергетики (заметим, что в электроэнергетике геотермальную энергию выгоднее использовать в несколько раз, по сравнению с теплоэнергетикой, в связи с существенным различием в действующих тарифах).