Энергия из земных глубин

С каждым годом добыча углеводородного топлива усложняется все больше: «верховые» запасы практически истощены, а для бурения глубоких скважин требуются не только новые технологии, но и значительные финансовые вложения. Соответственно дорожает и электричество, ведь оно в основном получается за счет переработки углеводородного топлива.

Кроме того, проблема охраны окружающей среды от негативного воздействия промышленности приобретает все большее значение. И уже очевидно: сохраняя традиционные методы получения энергии (с помощью углеводородного топлива) человечество движется к энергетическому кризису в сочетании с экологической катастрофой.

Именно поэтому такое значение приобретают технологии, позволяющие получать тепло и электричество из возобновляемых источников. К таким технологиям относится и геотермальная энергетика, которая позволяет получать электрическую и/или тепловую энергию, используя тепло, содержащееся в земных недрах.

Какими бывают геотермальные источники энергии

Чем глубже в землю – тем теплее. Это аксиома, известная каждому. Земные недра содержат океаны тепла, которым человек может воспользоваться, не нарушая экологию окружающей среды. Современные технологии позволяют эффективно использовать геотермальную энергию либо напрямую (тепловая энергия), либо с преобразованием в электрическую (геотермальная электростанция).

Геотермальные источники энергии подразделяются на два вида: петротермальные и гидротермальные. Петротермальная энергетика основана на использовании разницы температур грунта на поверхности и в глубине, а гидротермальная использует повышенную температуру грунтовых вод.

Сухие высокотемпературные породы распространены более, чем горячие водные источники, но их эксплуатация с целью получения энергии связана с определенными сложностями: в породы необходимо закачивать воду, а затем отбирать тепло у перегретой в высокотемпературных породах воды. Гидротермальные источники сразу «поставляют» перегретую воду, у которой можно взять тепло.

Еще один вариант получения термальной энергии – отбор низкотемпературного тепла на небольших глубинах (тепловые насосы). Принцип работы теплового насоса такой же, как и промышленных установок, работающих в термальных зонах, разница лишь в том, что в качестве теплоносителя в этом виде оборудования используется специальный хладо-агент с низкой температурой кипения, что и позволяет получать тепловую энергию, перераспределяя низкотемпературное тепло.

С помощью тепловых насосов можно получать энергию для отопления небольших домов, коттеджей. Такие устройства практически не используются для промышленного получения тепловой энергии (относительно невысокие температуры препятствуют промышленному использованию), однако, хорошо зарекомендовали себя при организации автономного энергоснабжения частных домов, особенно в местах, где установка линий электропередач затруднительна. При этом для эффективной работы теплового насоса достаточно температуры грунта или грунтовых вод (в зависимости от вида используемого оборудования) около +8°С, то есть, достаточно небольшой глубины для устройства внешнего контура (глубина редко превышает 4 м).

Вид получаемой из геотермального источника энергии зависит от его температуры: из низко- и средне-температурных источников тепло используется в основном для обеспечения горячего водоснабжения (в том числе и для теплоснабжения), а тепло из высоко-температурных источников используется для получения электроэнергии. Также возможно использование тепла высоко-температурных источников для одновременного получения электроэнергии и горячего водоснабжения. Геотермальные электростанции в основном используют гидротермальные источники – температура воды в термальных зонах может значительно превышать точку кипения воды (в некоторых случаях перегрев достигает 400°С – за счет повышенного давления в глубинах), что делает выработку электроэнергии очень эффективной.

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

Геотермальные источники энергии представляют огромный интерес в первую очередь из-за того, что являются возобновляемыми ресурсами, то есть, практически неиссякаемыми. А вот углеводородное топливо, которое в настоящее время является основным источником для получения различных видов энергии, является ресурсом не возобновляемым, и по прогнозам весьма даже ограниченным. К тому же, получение геотермальной энергии гораздо более экологично, чем традиционные методы на основе углеводородного топлива.

Если сравнивать геотермальную энергетику с другими альтернативными видами получения энергии, то и здесь имеются преимущества. Так, геотермальная энергия не зависит от внешних условий, на нее не оказывает влияние температура окружающей среды, время суток, время года и так далее. В то же время ветро-, гелио- и гидроэнергетика, так же, как и геотермальная энергетика работающие с возобновляемыми и неиссякаемыми источниками энергии, очень зависимы от окружающей среды. Например, эффективность гелио-станций находится в прямой зависимости от уровня инсоляции на местности, который зависит не только от широты, но и от времени суток и времени года, причем, разница весьма и весьма существенная. То же и с остальными видами альтернативной энергетики. А вот эффективность геотермальной электростанции зависит исключительно от температуры термального источника и остается неизменной, независимо от времени года и погоды за окном.

К плюсам относится и высокий КПД геотермальных станций. Например, при использовании геотермальной энергии для получения тепла, КПД превышает 1.

Одним из основных минусов при получении энергии из гидротермальных источников является необходимость закачки отработанной (охлажденной) воды в подземные горизонты, что снижает эффективность геотермальной электростанции и увеличивает эксплуатационные расходы. Сброс этой воды в приповерхностные и поверхностные воды исключен, так как в ней содержится большое количество токсичных веществ.

Также к недостаткам можно отнести ограниченное количество пригодных к эксплуатации термальных зон. С точки зрения получения недорогой энергии, особенно интересны гидротермальные месторождения, в которых перегретая вода и/или пар находятся достаточно близко к поверхности (глубинное бурение скважин для достижения термальной зоны значительно повышает эксплуатационные расходы и удорожает получаемую энергию). Таких месторождений не так и много. Тем не менее, постоянно ведется активная разведка новых месторождений, открываются новые термальные зоны, и количество энергии, получаемой из геотермальных источников, постоянно увеличивается. В некоторых странах гидротермальная энергетика составляет до 30% всей энергетики (к примеру, Филиппины, Исландия). В России также имеется ряд эксплуатируемых термальных зон, и их количество возрастает.

Перспективы геотермальной энергетики

Ожидать, что промышленная геотермальная энергетика сможет заменить традиционные в настоящий момент источники получения энергии сложно – хотя бы из-за ограниченности термальных зон, сложностей глубинного бурения и так далее. Тем более, что имеются другие альтернативные виды энергии, доступные в любой точке земного шара. Однако, геотермальная энергетика занимает и будет занимать существенное место в способах получения энергии различного вида (электрической и/или тепловой).

При этом, перспектив у геотермальной энергетики, основанной на перераспределении тепла из низкотемпературных источников, гораздо больше. Этот вид геотермальной энергетики не требует наличия термальных зон с перегретой водой, паром или сухой породой. Тепловые насосы все больше входят в моду и активно устанавливаются при строительстве современных коттеджей и так называемых «активных» домов (домов с автономными источниками энергоснабжения). Судя по имеющимся тенденциям, геотермальная энергетика продолжит активное развитие в «малых» формах – для автономного энергоснабжения отдельных домов или хозяйств, наряду с ветро- и гелиоэнергетикой.

София Варган