Современное состояние и особенности производства электроэнергии на геотермальных электростанциях

Среднегодовой рост мощности ГеоТЭС за последние 30 лет  составил 8,6%. Установленная мощность геотермальных тепловых установок  за последние 20 лет возросла с 1950 до 17175 МВт. 

Табл.1 Установленная мощность геотермальных установок по странам.

 В России геотермальная энергия занимает первое место по потенциальным возможностям ее использования. Экономический потенциал геотермальной энергии составляет 115 млн. т.у.т. в год. Выявленные запасы геотермальных вод с температурой 40-200 °С и глубиной залегания до 3500 м на территории России могут обеспечить получение примерно 14 млн. м3 горячей воды в сутки, что по количеству энергии эквивалентно 30 млн. тонн условного топлива. Например, по имеющимся данным, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м2 с температурой воды 70-9О°С.  В то же время выведенные на земную поверхность запасы геотермальных вод используются всего на 5%. В настоящее время в стране эксплуатируются месторождения геотермальных вод на Сахалине, Камчатке и Курильских островах, в Краснодарском и Ставропольском краях, Дагестане, Ингушетии. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечено-Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, Казахстане, на Камчатке и в ряде других районов России. В Дагестане уже длительное время термальные воды используются для теплоснабжения. За 15 лет откачано более 97 млн.м3 термальной воды для теплоснабжения, что позволило сэкономить 638 тыс.т, условного топлива. В Махачкале термальной водой отапливаются жилые здания общей площадью 24 тыс.м2, в Кизляре - 185 тыс.м2. Перспективны запасы термальных вод в Грузии, которые допускают расход в сутки 300-350 тыс.м2 с температурой до 80чС. .Столица Грузии находится над месторождением термальных вод с метановоазотным и сероводородным составом и температурой до 100°С.

По оценкам специалистов, запасы парогидротерм Камчатки и Курильских островов (эти зоны молодого вулканизма отличаются максимальной близостью геотермальных вод к поверхности земли) могут обеспечить мощность геотермальных электростанций не менее 1000 МВт. На Камчатке, на Паратунском месторождении в 1967 году была создана опытно-промышленная геотермальная электростанция мощностью около 500 кВт - это был первый опыт получения электроэнергии с помощью геотермального тепла в России. Тогда же началась первая в России промышленная выработка электроэнергии на Паужетской геотермальной электростанции. Ее установленная мощность составляет 11 МВт. 

Поскольку в последнее десятилетие в  мире значительно возрос интерес к возобновляемым источникам энергии, в том числе и к геотермальным электростанциям, в России также активизировались работы в этой области. Особое внимание уделяется развитию геотермальной энергетики на Камчатке. Уже разработана и начала реализовываться программа создания геотермального энергоснабжения этого региона, в результате которой ежегодно будет сэкономлено около 900 тыс. тонн условного топлива. Осенью 2002 года на полуострове введен в строй 2-й энергоблок Мутновской ГеоТЭС, теперь ее мощность составляет 50 МВт. 

Таким образом, на настоящий момент в России работает 5 ГеоЭС:

Мутновское  месторождение:

Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт·э (2007) и выработкой 52,9 млн кВт·ч/год (2007) (81,4 в 2004),

Мутновская  ГеоЭС установленной мощностью 50 МВт·э (2007) и выработкой 360,7 млн кВт·ч/год (2007) (на 2006 год ведётся строительство, увеличивающее мощность до 80 МВт·э и выработку до 577 млн. кВт·ч)

Паужетское  месторождение возле  вулканов Кошелева и  Камбального: 

Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2004) и выработкой 59,5 млн кВт·ч (на 2006 год проводится реконструкция с увеличением мощности до 18 МВт·э).

Месторождение на острове Итуруп (Курилы): 

Океанская ГеоТЭС установленной мощностью 2,5 МВт·э (2009). Существует проект мощностью 34,5 МВт и годовой выработкой 107 млн кВт·ч.

Кунаширское месторождение (Курилы):

Менделеевская ГеоТЭС мощностью 3,6 МВт·э (2009).

В программах энергосбережения развитых стран существенное место занимают тепловые насосы, что связано с их высокой эффективностью, экологической чистотой и надежностью. В настоящее время в мире работают В программах энергосбережения развитых стран существенное место занимают тепловые насосы, что связано с их высокой эффективностью, экологической чистотой и надежностью. В настоящее время в мире работают около 15 миллионов тепловых насосов мощностью от нескольких кВт до десятков МВт. По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 году 75% теплоснабжения в развитых странах будет обеспечиваться тепловыми насосами. Наиболее широко они применяются в США, Японии, Канаде, странах Скандинавии. В США строительной нормой является использование отводимого от сооружений тепла, в результате более 30% жилых зданий оборудованы тепловыми насосами. В Стокгольме на тепле воды Балтийского моря работает крупнейшая теплонасосная станция мощностью 320 МВт. В России, к сожалению, тепловые насосы пока широкого распространения не получили, и работает их не более 100 единиц суммарной мощностью около 60 МВт.

Крупнейшие  ГеоЭС мира.

The Geysers («Гейзеры»), США

США считается самым крупным производителем геотермальной энергии в мире. Здесь, в штате Калифорния, расположен самый крупный комплекс геотермальных электростанций. Он состоит из 22 отдельных ГеоЭС. Совокупная мощность этого комплекса 725 МВт, таким образом, «Гейзеры» могут обеспечить электроэнергией город размерами с Сан-Франциско. Предполагается, что предельная мощность «Гейзеров» может достигать 1360 МВт.

Makiling Banahaw («Макилинг-Банахау»), Филиппины

Филиппины входят в число крупнейших стран-производителей геотермальной энергии. Так, в 2007 году они занимали второе место в мире, уступая лишь США. В 1984 году на Филиппинских островах начала свою работу геотермальная электростанция «Макилинг-Банахау», мощность которой в тот момент составляла 330 МВт. Считается, что в настоящее время мощность данной электростанции превышает 458 МВт.

Tiwi («Тиви»), Филиппины

В 1982 году на Филиппинских островах была открыта еще одна крупная геотермальная электростанция, получившая название «Тиви». Ее мощность составила превышает 280 МВт и, по некоторым данным, достигает 330 МВт.

Imperial Valley Geothermal Area, США

В штате  Калифорния находится долина Империал (Imperial Valley). Здесь расположен комплекс, состоящий из 10 геотермальных электростанций. Его совокупная мощность равна приблизительно 327 МВт.

Navy 1 Geothermal Area, США

Эта еще одна калифорнийская геотермальная  электростанция. Она расположена  на озере Чайна Лэйк, рядом с военной базой. Ее мощность превышает 270 МВт. 
 
 
 
 
 

     Основные достоинства и недостатки геотермальной энергии.

     Современная востребованность геотермальной энергии как одного из видов возобновляемой энергии обусловлена: истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта, а также с существенным отрицательным влиянием топливной и ядерной энергетики на среду обитания человека и на дикую природу. Все же, применяя геотермальную энергию, следует в полной мере учитывать ее достоинства и недостатки.

     Главные достоинства геотермальной энергии - возможность ее использования в виде геотермальной воды или смеси воды и пара для нужд горячего водо- и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей, ее практическая неиссякаемость, независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Использование геотермальной энергии может внести существенный вклад в решение следующих неотложных проблем:

• Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения в тех районах, где нет централизованного энергоснабжения или оно слишком дорого (например, в России на Камчатке, в районах Крайнего Севера и т.п.).
• Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений и т.п.
• Снижение вредных выбросов от энергоустановок в отдельных регионах со сложной экологической обстановкой.

     Основной недостаток геотермальной энергии – необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. Другой недостаток этой энергии заключается в высокой минерализации термальных вод большинства месторождений и наличии в воде токсичных соединений и металлов, что в большинстве случаев исключает возможность сброса этих вод в расположенные на поверхности природные водные системы. Отмеченные выше недостатки геотермальной энергии приводят к тому, что для практического использования теплоты геотермальных вод необходимы значительные капитальные затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной геотермальной воды, а также на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования. Однако в связи с внедрением новых, менее затратных, технологий бурения скважин, применением эффективных способов очистки воды от токсичных соединений и металлов капитальные затраты на отбор тепла от геотермальных вод непрерывно снижаются. К тому же следует иметь ввиду, что геотермальная энергетика в последнее время существенно продвинулась в своем развитии.

     Подводя итог вышесказанному можно выделить основные достоинства геотермальных источников, такие как:

• возобновляемость энергии; 
• отсутствие эмиссии парниковых газов в атмосферу и, как следствие, экологическая безопасность технологии; 
• возможность использования геотермальных источников энергии в качестве источника покрытия базовой части электрической и тепловой нагрузки потребителей; 
• низкие эксплуатационные затраты; 
• высокое значение коэффициента использования установленной мощности;

     А также их основные недостатки:

• высокие удельные капитальные затраты; 
• высокие риски, связанные с бурением глубоких скважин; 
• высокая стоимость бурения разведочных и эксплуатационных скважин; 
• относительно низкий суммарный термодинамический КПД; 
• отсутствие законодательной поддержки проектов в этой сфере в ряде стран, обладающих значительным потенциалом для ее развития; 
• высокий износ энергетического оборудования установок, использующих геотермальные источники энергии в связи с высокой коррозионной активностью перекачиваемых жидкостей.

     Современные решения для развития отрасли.

     В настоящее время, в связи с  быстрым развитием геотермальной  энергетики, появляется множество предложений  по будущему развитию производства. Приведем некоторые наиболее обсуждаемые варианты.