Геотермальная энергетика, как альтернативный источник энергии на Камчатке

     Тип преобразования зависит от состояния  среды (пар или вода) и ее температуры. Первыми были освоены электростанции на сухом пару. Для производства электроэнергии на них пар, поступающий из скважины, пропускается непосредственно через турбину/генератор. Электростанции с непрямым типом производства электроэнергии на сегодняшний день являются самыми распространенными. Они используют горячие подземные воды (температурой до 182 0С) которая закачивается при высоком давлении в генераторные установки на поверхности. Геотермальные электростанции со смешанной схемой производства отличаются от двух предыдущих типов геотермальных электростанций тем, что пар и вода никогда не вступают в непосредственный контакт с турбиной/генератором.

      Сегодня уже в 80 стран мира в той или  иной степени используется геотермальное  тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла уровня строительства теплиц, бассейнов, использования в лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются примерно в 25 странах. Потенциал геотермальной энергетики в мире рассмотрен на рисунке. Сегодня ГеоТЭС производят около 54613 ГВт/ч в год. Современные объемы электроэнергии, получаемой благодаря этой технологии, достаточны для удовлетворения потребностей в электроэнергии 60 млн. человек, т. е. 1% населения планеты. Суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения оценивается в 75900 ГВт / ч. 

      Россия  не входит даже в первую десятку  производителей электрической и  тепловой энергии из геотермальных  источников, и это несмотря на то, что запасы геотермальной энергии в России огромны и, по оценкам экспертов, в 10-15 раз превышают запасы органического топлива в стране. Одновременно, основные геотермальные источники в России расположены экономически невыгодно: Камчатка, Сахалин и Курильские острова отличаются слабой инфраструктурой, высокой сейсмичностью, малонаселенностью, сложным рельефом местности.

      С экономической точки зрения в  нашей стране наиболее интересными  являются геотермальные ресурсы  Краснодарского и Ставропольского  краев, Калининградской области, где  имеются запасы горячей воды с температурой до 1200Со. Запасы геотермального тепла имеются и на Чукотке, часть из них уже открыта и может активно использоваться для энергообеспечения близлежащих городов и поселков. На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой в резервуаре от 70 до 1800Со, которые находятся на глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения и горячего водоснабжения в сельском хозяйстве, промышленности и в быту. Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве и, конечно, для теплоснабжения городов и поселков.

      По  мнению экспертов, в последние годы в России наблюдается поворот к использованию геотермальных источников в энергетической отрасли. Вместе с тем, рассматривая текущее и перспективное производство электроэнергии на основе возобновляемых источников, следует отметить, что геотермальная энергия к началу века от общего количества вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0.15 % и лишь к 2010 г. хотя и увеличится на треть, но не превысит 0.2 % с общей выработкой на уровне 7 ТВт/ч. 

      1.2  Воздействие геотермальной энергетики на окружающую среду

     Применение  геотермальных вод не может рассматриваться  как экологически чистое потому, что  пар часто сопровождается газообразными  выбросами, включая сероводород  и радон - оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая вода извлекается для станций с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера может уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода - дурно пахнущего газа, опасного в больших концентрациях [4].

     Неблагоприятные воздействия источников геотермальной  энергии на окружающую среду:

• выбросы вредных газов, особенно сероводорода;
• наличие минерализованных отработанных потоков и сброса их в водоемы;
• солеотложения в скважинах;
• возможность попадания в грунтовые воды отработанных рассолов, которые могут содержать: радиоактивные элементы, нитриды, хлориды и сульфиды некоторых металлов, сероводород, бор, мышьяк;
• изменение давления в пласте может повлиять на уровень грунтовых вод в районе ГеоЭС и отрицательно сказаться на работе артезианских скважин, используемых для водоснабжения;
• ограниченная эффективность фонтанной технологии в связи с малым дебитом самоизлива и редкими зонами термоаномалий с высокотемпературными коллекторами глубиной до 1,5-2 км, в результате чего небольшая выдача энергии не может окупить значительные затраты на более глубокие скважины;
• неполное срабатывание температурного потенциала теплоносителя;
• оседание почвы и возможное проявление сейсмической активности, вследствие извлечения жидкости из недр.

     Основное  воздействие на окружающую среду  геотермальные электростанции оказывают  в период разработки месторождения, строительства трубопроводов и  здания станций, но оно обычно ограничено районом месторождения. Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются оседание почвы и сейсмические эффекты. Оседание возможно всюду, где нижележащие слои перестают поддерживать верхние слои почвы и выражается в снижении дебитов термальных источников и гейзеров и даже полном их исчезновении. Так, при эксплуатации месторождения Вайрокей (США) с 1954 по 1970 гг. поверхность земли просела почти на 4 м, а площадь зоны, на которой произошло оседание грунта, составила около 70 км², продолжая ежегодно увеличиваться.

     На  ГеоЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем отравляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными отходами станций на органическом топливе. Химическое воздействие будут оказывать содержащиеся в теплоносителе химические загрязнения, в первую очередь – бор, мышьяк, диоксид кремния [5].

     Одно  из неблагоприятных проявлений ГеоЭС – загрязнение поверхностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации при бурении скважин. Сброс отработанных термальных вод может вызвать заболачивание отдельных участков почвы в условиях влажного климата, а в засушливых районах – засоление. Опасен прорыв трубопроводов, в результате которого на землю могут поступить большие количества рассолов.

     На  основании вышеизложенного можно  сделать вывод, что ГеоЭС, использующие для производства электрической  энергии и тепла возобновляемые источники энергии, не оказывают  существенного влияния на состояние  окружающей среды в ее изначальном  природном состоянии. По сравнению с аналогичными по своему функциональному назначению объектами, например тепловыми станциями, работающими на жидком углеводородном топливе, ГеоЭС имеют неоспоримые экологические преимущества. 
 
 

2. Мутновская  геотермальная электростанция на Камчатке

2.1 Предприятие, осуществляющее работу Мутновской ГеоЭС

     Открытое  акционерное общество «Геотерм»  является генерирующей компанией, осуществляя эксплуатацию геотермальных станций: производит преобразование тепловой энергии естественно нагретых и перегретых подземных вод в электрическую энергию с последующей ее подачей потребителям [6].

     Промышленных  площадок — три, из них две находятся в Елизовском районе Камчатской области, в 60 км от пос. Термальный (Мутновская ГеоЭС-1 и Верхне-Мутновская ГеоЭС).  Площадка МГеоЭС-1 расположена в пределах участка Дачный Мутновского геотермального месторождения между сопками Скалистой и Длинной. Площадка  ГеоЭС расположена в пределах участка Верхне-Мутновский Мутновского геотермального месторождения у северного подножья Мутновского вулкана на высоте 781-783 м.

       Климат района Мутновских ГеоЭС  характеризуется продолжительной  многоснежной зимой и коротким дождливым летом. Снег лежит 8-9 месяцев с  октября по июнь. Высота снежного покрова до 4 м- на открытых участках и до 17 м на пониженных участках.

      Одна  промплощадка — расположена в г. Петропавловск-Камчатский (профилакторий для автомобилей).

     Кроме того, в г. Петропавловске-Камчатском расположено административное здание ОАО «Геотерм», а в 13 км от пос. Термальный в направлении Мутновских ГеоЭС – вахтовый поселок «Надежда». 

     Общая численность сотрудников - 299 человек.

     В состав ОАО «Геотерм» входят следующие  объекты:

     1) Мутновская ГеоЭС-1 (участок Дачный Мутновского месторождения парогидротерм). Установленная мощность — 50 МВт, среднестатистическая выработка электроэнергии 280 млн. кВт×ч.

     Цеха  основного производства: турбинный  цех, цех АСУТП и СДТУ, электрический цех, цех эксплуатации промысла.

     Вспомогательные подразделения на производственных площадках: химическая экспресс-лаборатория, общежития на 55 человек, столовая, медпункт, топливное хозяйство, ремонтная мастерская.

     Для очистки сточных вод используются очистные сооружения хозяйственно-бытовых стоков, очистные сооружения нефтесодержащих стоков.

     Контроль  за качественным составом стоков производится сторонней специализированной лабораторией по договору и химической экспресс-лабораторией МГеоЭС-1.

     2) Верхне-Мутновская ГеоЭС (Верхне-Мутновский участок Мутновского месторождения парогидротерм). Установленная мощность — 12 МВт, среднестатистическая выработка электроэнергии 81 млн. кВт×ч.

     Цеха  основного производства: турбинный  цех, электрический цех.

     Вспомогательные подразделения на производственных площадках: жилые модули на 15 человек, столовая, ремонтная мастерская.

     Для очистки сточных вод используются очистные сооружения хозяйственно-бытовых стоков  (1 о/с).

     3) Административное здание ОАО  «Геотерм».

     Находится в г. Петропавловске-Камчатском по ул. Академика Королева, 60. Административно-управленческий аппарат предприятия состоит из 69 человек.

     Отопление и горячее водоснабжение административного  здания осуществляется от автономной миникотельной,  состоящей из  двух водогрейных бойлеров на жидком  топливе  (1 котел рабочий, 1 котел резервный). Хранение и расход топлива осуществляется с использованием расходной емкости для дизтоплива 0,8 м³ и подземного резервуара емкостью 5 м³.

           Химическая лаборатория  в административном здании осуществляет анализ термальных вод (теплоносителя). 

     4) Профилакторий

     Профилакторий предназначен для технического обслуживания и ремонта автотранспортной техники, обеспечивающей производственные нужды предприятия. Численность персонала — 9 человек.

     Здание  профилактория оборудовано постами  технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, для проведения ремонтных работ имеются металлообрабатывающие станки, электрогазосварка. Склады горюче-смазочных материалов (ГСМ) и заправочные станции на территории профилактория отсутствуют.

     Хозбытовые  стоки сбрасываются в городскую  канализацию без очистки. Производственные стоки от помывки полов профилактория перед сбросом подвергаются механической очистке.

     5) Вахтовый поселок «Надежда»

     Вахтовый  поселок расположен в 13 км южнее  пос. Термальный. Основное назначение поселка -  обеспечение эксплуатации Мутновских ГеоЭС, подъездных дорог к ним, линий электропередач. ОАО «Геотерм» частично использует вахтовый поселок лишь как перевалочную базу для доставки грузов и персонала на ГеоЭС в труднопроходимый для колесного транспорта период.

     В составе вахтового поселка: общежитие, дизельная электростанция, резервуар дизтоплива, складские помещения, скважины холодной и термальной воды, бассейн, теплица, столовая.