Геотермальна енергія: пройдений етап чи крок у майбутнє

Геотермальна енергія стала новою надією на уповільнення кліматичних змін якихось 10 років тому. Можливості, запропоновані цим джерелом енергії, на той момент здавалися ідеальними: воно було невичерпним, не залежало від погодних умов і працювало цілодобово. Геотермальна енергія була позначена як прихований чемпіон серед джерел енергії майбутнього. Проте перші невдачі мали протверезливий ефект, і ризики, пов’язані з проведенням розвідки, зокрема, зробили інвесторів нерішучими. Йдеться саме про ризик проведення вартісного буріння на місці, але не знаходження достатньої кількості термальної води або необхідних температур надр для економічної реалізації проекту. І постає питання: геотермальна енергія і ГеоТЕС – це минуле століття чи перспективне майбутнє? Який потенціал геотермальної енергії на нашій планеті? Давайте розбиратися поетапно, починаючи з того, як було, є і буде.

Короткий історичний екскурс

Багатьом сучасникам буде цікавий той факт, що найстаріший СПА-центр у вигляді кам’яного басейну, який бере свої води з гарячих джерел, розташований у Китаї та побудований імовірно у III столітті до нашої ери. Але справжніми першопроходцями були стародавні римляни. Наприклад, у Помпеї почали використовувати геотермальну енергію для обігріву будівель та підігріву води ще задовго до того, як це зробили китайці, у VII-VI ст. до н.е.

Перший відомий в Європі «оздоровчий курорт» із гарячими джерелами заснований в 1326 році в Бельгії, а перше промислове використання геотермальної енергії почалося з кінця XVIII століття в Італії. Пара, що надходила із природних вентиляційних отворів (а також і з пробурених), використовувалася для вилучення борної кислоти з гарячих басейнів, які зараз відомі як родовища Лардерелло. Італійський вчений П’єро Джінорі Конті 1904 року винайшов першу геотермальну електростанцію, в якій для виробництва енергії використовувалася пара (фото 1).

Фото 1. П'єро Джінорі Конті, перша ГеоТЕС в Лардерелло, Італія. Джерело: архів Італійського геотермального об'єднання.
Фото 1. П'єро Джінорі Конті, перша ГеоТЕС в Лардерелло, Італія. Джерело: архів Італійського геотермального об'єднання.

За допомогою вищевказаного експерименту в Америці в 1922 році запустили першу ГеоТЕС потужністю 250 кіловат. А вже у 1960-х роках введена в експлуатацію перша велика геотермальна електростанція в Сан-Франциско, що виробляла 11 мегават електроенергії. Нині у США працює понад 60 геотермальних електростанцій на 18 дільницях.

Коли 1973 року почалася нафтова криза, багато країн почали шукати відновлювані джерела енергії, саме тому до 1980-х років стали набирати популярність геотермальні теплові насоси (GHP), які дали можливість знизити витрати на опалення та охолодження.

Йшов час, відбувалися помітні кліматичні зміни – і уряди різних країн об’єднали свої зусилля для вирішення глобальних проблем. Одним із кроків було підписання 1997 року в Японії Кіотського протоколу, за яким встановили цільові показники викидів для розвинених країн і передбачили інвестування та передачу технологій країнам, що розвиваються. Цей протокол ратифікували 184 країни.

Найбільш поширене використання геотермальної енергії в світі

Геотермальну енергію використовують для різних сфер і призначень, нижче розглянемо деякі з них (рис. 1).

Рис. 1. Використання геотермальної енергії у світі без геотермальних теплових насосів, в % від загальної кількості встановленої потужності (МВт). Дані за 2015 рік. Джерело: John W. Lund, Ruggero Bertani, Tonya L. Boyd. Worldwide Geothermal Energy Utilization, 2015.
Рис. 1. Використання геотермальної енергії у світі без геотермальних теплових насосів, в % від загальної кількості встановленої потужності (МВт). Дані за 2015 рік. Джерело: John W. Lund, Ruggero Bertani, Tonya L. Boyd. Worldwide Geothermal Energy Utilization, 2015.

Геотермальні теплові насоси. Геотермальні (наземні) теплові насоси мають найбільше споживання енергії (55,30%) та встановлену потужність (70,95%) у світі. Згідно з даними досліджень, у 2000 році такі насоси використовували 26 країн, а у 2015-му – вже 48. Лідери за встановленими одиницями – США, Китай, Швеція, Німеччина та Франція.

Опалення приміщень. 89% річного споживання енергії припадає на центральне опалення (28 країн). Серед лідерів – Китай, Ісландія, Туреччина, Франція й Німеччина, тоді як Туреччина, США, Італія, Словаччина та Росія є основними користувачами в індивідуальному секторі опалення (рис. 2).

Рис. 2. Значний внесок геотермальної енергії прямого використання в економіку країни. Джерело: John W. Lund, Ruggero Bertani, and Tonya L. Boyd. Worldwide Geothermal Energy Utilization, 2015.
Рис. 2. Значний внесок геотермальної енергії прямого використання в економіку країни. Джерело: John W. Lund, Ruggero Bertani, and Tonya L. Boyd. Worldwide Geothermal Energy Utilization, 2015.

Обігрів теплиць і ґрунту. Активні країни-учасники: Туреччина, Росія, Угорщина, Китай і Нідерланди.

Сушіння сільськогосподарських культур. П’ятнадцять країн використовують геотермальну енергію для сушіння різних зернових, овочевих і фруктових культур. Наприклад: Ісландія – для сушіння водоростей; США – цибулі; Сербія – пшениці та інших зернових; Сальвадор, Гватемала і Мексика – фруктів; Нова Зеландія – люцерни; Мексика, Нова Зеландія і Румунія – деревини.

Тепло, яке використовується для промислових цілей. Найчастіше йде цілодобове споживання енергії. Наприклад: розлив води і газованих напоїв (Болгарія, Сербія та США), пастеризація молока (Румунія й Нова Зеландія), шкіряна промисловість (Сербія та Словенія), целюлозно-паперова обробка (Нова Зеландія), видобуток йоду і солі (В’єтнам) тощо.

Танення снігу і льоду. Більшість таких проектів є в Ісландії, Аргентині, Японії та США, а в незначній мірі – в Польщі та Словенії. За оцінками, в усьому світі опалюється 2,5 мільйона квадратних метрів дорожнього покриття, більшість із якого знаходиться в Ісландії (74%). У деяких районах Ісландії використовується гаряча вода від геотермальних електростанцій під дорогами і тротуарами, щоб допомогти розтопити лід. В Аргентині використовується геотермальна пара для танення снігу на шосе в Андах.

Туризм. Майже в кожній країні є СПА-центри та курорти, які мають басейни з підігрівом геотермальною водою. Понад 70 країн використовують геотермальну енергію з цією метою, але найбільше – Китай, Японія, Туреччина, Бразилія та Мексика.

Інше використання. Тринадцять країн використовують цю енергію для тваринництва, вирощування спіруліни, опріснення і стерилізації пляшок. У Новій Зеландії – для зрошення і захисту від замерзання геотермального туристичного парку.

Сучасний стан галузі

Геотермальні технології розглядаються багатьма вченими як потенційний лідер в переході до суспільства без вуглецю. Не випадково 2017 року на КС-21 в Парижі створений Глобальний геотермальний альянс, коаліція з 38 країн, які об’єдналися з метою посилення ролі геотермальної енергії на міжнародній арені.

Буквально за останні три роки частково змінилася перша п’ятірка країн-лідерів із геотермальної встановленої потужності (рис. 3, 4).

Рис. 3. Встановлена потужність у всьому світі (12,64 ГВт), дані за 2015 рік. *Примітка: Туреччина і Росія включені до Європи. Джерело: Bertani R., Geothermal Power Generation in the World 2010-2014 Update Report. Proceedings World Geothermal Congress 2015 Melbourne, Australia, 19-25 April 2015.
Рис. 3. Встановлена потужність у всьому світі (12,64 ГВт), дані за 2015 рік. *Примітка: Туреччина і Росія включені до Європи. Джерело: Bertani R., Geothermal Power Generation in the World 2010-2014 Update Report. Proceedings World Geothermal Congress 2015 Melbourne, Australia, 19-25 April 2015.

Сьогодні позицію лідера з виробництва геотермальної електроенергії утримують Сполучені Штати. Індонезія обігнала Філіппіни і посіла друге місце. Хоча уряд Філіппін прогнозує подвоєння потенціалу відновлюваних джерел енергії до 2030 року, велика частина якого буде надходити саме від геотермальної енергії, що сприяє будівництву нових ГеоТЕС у країні.

Восени 2018 року в Туреччині та Новій Зеландії запустили нові геотермальні електростанції – це послужило поштовхом для потрапляння даних країн у п’ятірку лідерів (рис. 4).

Нині загальна світова потужність становить 14,37 ГВт. Хоча США, як і раніше, є найбільшою геотермальною країною, але обмежена діяльність у сфері розвитку призводить до того, що такі країни, як Індонезія та Туреччина, стають більш привабливими для інвесторів.

Рис. 4. ТОП-10 геотермальних лідерів. Джерело: Global geothermal capacity reaches 14,37 GW – Top 10 Geothermal Countries, Oct 2018, online edition ThinkGeoenergy.
Рис. 4. ТОП-10 геотермальних лідерів. Джерело: Global geothermal capacity reaches 14,37 GW – Top 10 Geothermal Countries, Oct 2018, online edition ThinkGeoenergy.

ТОП-5 геотермальних електростанцій світу

  1. Комплекс Geysers потужністю 1,52 ГВт, Каліфорнія, США. Найбільше геотермальне поле в світі, до його складу входить 22 геотермальні електростанції. Geysers забезпечує потреби в електроенергії кілька округів Каліфорнії.
Фото 2. Комплекс Geysers, США. Джерело: онлайн-видання Energy Boom – Geothermal Energy.
Фото 2. Комплекс Geysers, США. Джерело: онлайн-видання Energy Boom – Geothermal Energy.
  1. Комплекс Lardarello, потужність 770 МВт, Італія. Складається з 34 станцій. Фактично 10% світової геотермальної енергії виробляється цим єдиним комплексом, який до того ж є одним із найстаріших у світі.
Фото 3. Комплекс Lardarello, Італія. Джерело: веб-сайт https://www.pdx.edu/geography/sites/www.pdx.edu.geography/files/Larderello.pdf
Фото 3. Комплекс Lardarello, Італія. Джерело: веб-сайт https://www.pdx.edu/geography/sites/www.pdx.edu.geography/files/Larderello.pdf
  1. ГеоТЕС Cerro Prieto, потужність 720 МВт, Мексика. Це великий комплекс, що складається з декількох геотермальних електростанцій, розташованих у мексиканському регіоні Нижня Каліфорнія.
Фото 4. Cerro Prieto, Мексика. Джерело: онлайн-видання The Discourse, Growing pains: The black footprint of Cerro Prieto, Apr'16.
Фото 4. Cerro Prieto, Мексика. Джерело: онлайн-видання The Discourse, Growing pains: The black footprint of Cerro Prieto, Apr'16.

4. Комплекс Makiling-Banahaw, потужність 460 МВт, Філіппіни. Створений Chevron Geothermal Philippine Holdings, Inc. Комерційне виробництво на цьому заводі запустили з 1979 року, коли почали працювати два блоки потужністю 55 МВт. Пізніше, 1984 року, на трьох електростанціях встановили ще шість блоків потужністю 55 МВт. Подальше розширення комплексу відбулося, коли 1994 року було встановлено шість бінарних установок нижнього циклу потужністю 15,73 МВт. У наступні роки були відкриті інші енергоблоки, при цьому нинішня потужність комплексу – 460 МВт.

Фото 5. Комплекс Makiling-Banahaw, Філіппіни. Джерело: онлайн-видання ParcolNews – Financing geothermal development in the Philippines, Dec'17.
Фото 5. Комплекс Makiling-Banahaw, Філіппіни. Джерело: онлайн-видання ParcolNews – Financing geothermal development in the Philippines, Dec'17.
  1. CalEnergy-Salton Sea, потужність 340 МВт, Каліфорнія, США. Об’єкт охоплює велику територію, на якій розташовано 10 станцій. Перший блок цього комплексу почав працювати з 1982 року, а останній введений в експлуатацію з 2000 року.
Фото 6. CalEnergy, Каліфорнія. Джерело: онлайн-видання ThinkGeoEnergy – CalEnergy to invest up to $ 1billion in improvements to geothermal plants, Aug'15.
Фото 6. CalEnergy, Каліфорнія. Джерело: онлайн-видання ThinkGeoEnergy – CalEnergy to invest up to $ 1billion in improvements to geothermal plants, Aug'15.

Перспектива розвитку галузі

Згідно з дослідженням уряду США, світова база геотермальних ресурсів більша, ніж газ, нафта, вугілля і уран разом взяті. Вчені прогнозують, що до 2050 року геотермальна енергія США буде забезпечувати 10% енергії країни. У той же час інші дослідники дотримуються думки, що геотермальна енергія – обмежений ресурс, хоча геотермальна активність зазвичай може варіюватися від 5000 до 1 000 000 років, що кваліфікує її як відновлюваний ресурс.

Згідно з прогнозами МЕА, світова геотермальна промисловість до 2023 року буде близько 18 ГВт (рис. 5).

Рис. 5. Прогнозоване зростання геотермальної енергії в 2018-2023 роках. Джерело: IEA predicts geothermal growth of 3,600 to 4,500 MW 2018-2023, онлайн-видання ThinkGeoEnergy.
Рис. 5. Прогнозоване зростання геотермальної енергії в 2018-2023 роках. Джерело: IEA predicts geothermal growth of 3,600 to 4,500 MW 2018-2023, онлайн-видання ThinkGeoEnergy.

Наприклад, Великобританія навіть розглядає можливість будівництва найдовшого у світі роз’єму живлення між Великобританією та Ісландією, що забезпечило б поставку більшої кількості відновлюваної енергії в 1,6 мільйона британських будинків, в яких немає геотермальних теплових насосів. Крім того, планується побудувати першу комерційну геотермальну електростанцію в графстві Корнуолл (Великобританія), якщо будуть отримані всі необхідні кошти. Це не повинно викликати подиву, оскільки деякі країни отримують прибуток від присутності геотермальної енергії в більших масштабах. Найбільш відомий приклад – Ісландія, чия електрика стійка на 100% і використовує енергію вітру, гідро- і, в основному, геотермальну енергію.

А на початку січня 2019 року уряд Канади оголосив, що надасть суттєве фінансування для першої в країні геотермальної електростанції. Перелік країн, які планують надалі інвестувати в геотермальну енергію і будівництво ГеоТЕС, досить великий. Спостерігається позитивний інвестиційний клімат в дане відновлюване джерело. Цифри говорять самі за себе – у геотермальної енергії перспективне майбутнє.