Геотермальная энергия: энергетика будущего

Современное общество с каждым днем все больше нуждается в энергии. Уже подсчитаны запасы нефти и газа, учтены даже имеющиеся лесные ресурсы. И все более очевидно, что подобных энергетических источников, которые не могут быть возобновлены в течение короткого промежутка времени, надолго не хватит. Кроме того, подобные ресурсы никак нельзя назвать экологически чистыми. Требуются ресурсы, которые не только помогли бы если не восстановить, то по крайней мере не нарушать дальше пошатнувшуюся экологию, но и восстанавливались достаточно быстро. Ресурсы, которые принято называть возобновляемыми. И вот тут-то на выручку приходит геотермальная энергия.

Геотермальная энергия не является сегодняшним открытием человечества. О наличии в недрах земли энергетических запасов известно давно. Еще в древности люди использовали для отопления жилищ гейзеры и теплые источники, то есть, фактически использовали то, что теперь называют геотермальной энергией.

Геотермальную энергию обычно относят к альтернативным энергетическим источникам, и ее основным плюсом является то, что это источник возобновляемый, то есть, практически может считаться неиссякаемым (в противоположность традиционным источникам энергии, основанным на использовании нефти или газа).

Также к альтернативным возобновляемым источникам энергии относят солнечную и ветроэнергетику. Однако, у геотермальных электростанций имеется существенный плюс по сравнению с ветрогенераторами и солнечными батареями: их работа не зависит от погодных условий, в то время как на выработку энергии ветрогенераторами влияет сила и направление ветра, а количество энергии, которое способны выработать гелиоустановки, напрямую зависит от инсоляции местности. И если для использования солнечной энергии или энергии ветра приходится покрывать огромные площади установками (которые, к тому же, требуют постоянного обслуживания), то геотермальная электростанция представляет собой достаточно небольшой комплекс построек, располагающийся в термальной зоне.

Виды геотермальной энергии

Геотермальная энергия может быть получена как за счет теплых источников, которые поднимаются из глубин к поверхности (гидротермальная энергетика), так и за счет разницы в температурах на поверхности и в глубине (петротермальная энергетика). Геотермальные электростанции обычно используют первый вариант, как наиболее эффективный. Они строятся в местах, где имеются термальные источники (в термальных регионах), и весьма успешно справляются со своей задачей – выработкой электрической энергии. К примеру в Исландии, где имеются многочисленные вулканические зоны, а, следовательно, доступные термальные источники, геотермальные электростанции вырабатывают более 30% всей энергии.

В отличие от геотермальных электростанций, современные геотермальные системы отопления основаны в основном на петротермальной энергетике, то есть, используют в своей работе разницу в температурах между земной поверхностью и на глубине. При этом конструкция геотермальных тепловых насосов такова, что для их работы не требуется особенно глубоких скважин, они способны вырабатывать тепловую энергию, достаточную для отопления домов, используя незначительную разницу в температурах – всего лишь несколько градусов.

В настоящее время, когда энергоносители стремительно дорожают, особую популярность приобретают геотермальные тепловые насосы, предназначенные для отопления частных домов и коттеджей. Использование подобного оборудования позволяет владельцам домов не только приобрести энергетическую автономию, но и существенно сэкономить на содержании дома, особенно в отопительный период.

Геотермальные системы отопления

Несомненным плюсом геотермальных систем отопления является то, что они могут функционировать практически в любом регионе, вне зависимости от уровня инсоляции или силы ветра. Для их работы требуется всего лишь довольно незначительная разница температур на поверхности и в глубине земли, которая получается с помощью достаточно неглубокой скважины. К тому же, при их использовании нет таких ограничений, как при использовании для выработки энергии ветро- и гелиогенераторов.

К примеру, ветрогенераторы требуют определенного уровня установки, отсутствия вокруг препятствий для ветра, регулярного обслуживания, также при их установке приходится учитывать шумность работы и достаточно высокие показатели магнитного поля. Геотермальная система отопления практически не требует обслуживания, способна служить до ста лет, может работать как за счет перепада температур в грунте и на поверхности, так и за счет перепада температур в грунтовых водах или водоемах и так далее, имеются системы, весьма компактные в установке, не требующие больших площадей.

Геотермальный тепловой насос работает практически по тому же принципу, что и обычный кондиционер или холодильник, только наоборот: если задача кондиционера – собрать тепловую энергию в помещении и передать ее во внешнюю среду, то геотермальный тепловой насос напротив – собирает тепловую энергию во внешней среде и передает ее в помещение. Под землей или под водой (ниже точки замерзания) размещается теплообменник, внутри которого циркулирует теплоноситель (обычно жидкость с низкой температурой кипения, но в некоторых системах используется вода), теплоноситель подогревается за счет окружающей среды и передает тепловую энергию внутреннему контуру насоса, который нагревает воду или антифриз в отопительных приборах (в трубах, отопительных радиаторах).

Геотермальные тепловые насосы различают по виду теплоносителя во внешнем и внутреннем контурах: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода, грунт-воздух, вода-воздух, воздух-воздух, антифриз-вода, антифриз-воздух (в качестве антифриза обычно используется фреон). Есть геотермальные тепловые насосы, работающие по принципу рекуперации – они способны использовать тепло выходящего из помещения воздуха (подобный насос максимально эффективен).

Следует заметить, что геотермальный тепловой насос воздух-воздух эффективен только в достаточно теплом климате и не способен обеспечить полноценное отопление в холодном. Такой насос ограничен минимальной температурой окружающей среды: — 25ºС, и при снижении температуры эффективность его падает.

Лучшим является вариант, когда отбор тепловой энергии происходит от грунта, при этом внешний контур заглубляется ниже глубины промерзания таким образом, что температура грунта вокруг него не изменяется практически круглый год. Такой геотермальный тепловой насос работает без сбоев с одинаковой эффективностью в любой сезон. Единственным минусом подобной системы является площадь, которая требуется для установки внешнего контура. Однако, возможна не горизонтальная, а вертикальная установка, что обходится дороже, но зато может быть использована даже на небольших участках.

Перспективы геотермальной энергетики

С учетом подорожания традиционных энергоносителей, в мире все больше внимания уделяется альтернативным источникам энергии. Так как климатические условия России далеко не везде позволяют использовать солнечную энергию или ветрогенераторы, геотермальная энергетика имеет весьма хорошие перспективы. Тем более, что имеются разведанные термальные месторождения, которые только и ждут строительства электростанций, а уже имеющиеся геотермальные электростанции показывают очень хорошие результаты. Дополнительным стимулом к развитию геотермальной энергетики является ее экологичность.

В настоящее время частный российский потребитель недостаточно ознакомлен с различными вариантами выработки тепловой энергии, которые предлагает геотермальная энергетика. Предпочтительными кажутся гелио- и ветроустановки для выработки энергии – они дешевле, особенно на начальном этапе. Но уже привлекается внимание к геотермальным тепловым насосам, и они все больше входят в практику частного домостроения. Тем более, что срок службы такой системы очень высок, а окупается ее установка всего за несколько лет.

С.Варган