Геотермальні електростанції: переваги та недоліки

У надрах землі знаходяться безмежні запаси скарбів, про які давно відомо людині і якими вона благополучно користується. Всі ми пам’ятаємо про корисні копалини, активно застосовуємо в повсякденному житті газ, нафту, вугілля, носимо вироби зі срібла, золота, дорогоцінних каменів, але забуваємо про один великий скарб – геотермальну енергію. Що це таке і в чому її цінність?

Особливості та принцип роботи геотермальних електростанцій

Вважається, що геотермальна енергія – один із найбільш вигідних джерел енергії. Значна частина цієї енергії знаходиться в магмі. Тепло Землі – справжня перлина, яка має ряд переваг перед енергією газу, нафти й атома. Якщо перерахувати на мегават-години кількість підземного тепла, яке щорічно піднімається на поверхню, то вийде 100 мільярдів! Це значно перевищує кількість споживаної енергії на планеті. Все більше і більше домогосподарств у всьому світі інвестують в геотермальну енергію, будуючи геотермальні електростанції (ГеоТЕС), щоб зменшити свої витрати. Ці станції отримують тепло Землі шляхом буріння парових або водяних свердловин і використовують дану енергію для нагріву води або будь-якого іншого типу рідини. Потрібно це для того, щоб обертати генераторні турбіни, що виробляють енергію, яка потім розподіляється серед споживачів. Далі рідина охолоджується за допомогою конденсатора і повертається на землю.

Компанія AVENSTON пропонує послуги у сфері відновлюваних джерел енергії:

Будівництво комерційних ФЕС для власного споживання
Впровадження систем накопичення електроенергії
Встановлення систем BIPV та фасадних ФЕС
Генеральний підряд та консалтинг в сонячній енергетиці

Згідно з типологією Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), розрізняють 5 типів джерел геотермальної енергії:

  • суха пара;
  • волога пара (гаряча вода + пара);
  • геотермальні води (гаряча вода або пара + вода);
  • сухі гарячі кам’яні породи, розігріті магмою;
  • магма.

Існує три методи перетворення геотермальної енергії в електрику (рис. 1). І зумовлено це двома факторами: станом середовища (вода або пара) та температурою породи.

Рис. 1. Принципи роботи ГеоТЕС. Джерело: онлайн-видання ENERGY EDUCATION – Geothermal power plants, Aug’17
Рис. 1. Принципи роботи ГеоТЕС. Джерело: онлайн-видання ENERGY EDUCATION – Geothermal power plants, Aug’17

Прямий метод передбачає використання сухої пари. The Geysers (Північна Каліфорнія) – одна з найвідоміших ГеоТЕС такого типу, загалом в цей комплекс входить 22 геотермальні електростанції (фото 1).

Фото 1. Одна з 22 ГеоТЕС на сухій парі, The Geysers, Каліфорнія, США. Джерело: онлайн-видання MachineDesign – The World’s Largest Geothermal Field: 22 Power Plants, More Than 350 Wells, Apr’18
Фото 1. Одна з 22 ГеоТЕС на сухій парі, The Geysers, Каліфорнія, США. Джерело: онлайн-видання MachineDesign – The World’s Largest Geothermal Field: 22 Power Plants, More Than 350 Wells, Apr’18

Непрямий метод – використання водяної пари. При цьому температура води повинна бути понад 180 °C, щоб під власним тиском текти вгору через свердловину. Варто зазначити, що це нижча температура, ніж у сухих парових установок. Коли тиск зменшується, частина води «спалахує» у вигляді пари, яка проходить через секцію турбіни. Решта води, що не стала парою, повертається назад в свердловину і може повторно використовуватися для опалення. Вартість цих систем збільшується через більш складні механізми, проте вони все ще можуть конкурувати зі звичайними джерелами живлення. Чимало прикладів таких станцій є в Ісландії, належать вони компанії Orkuveita Reykjavikur, фото 2.

Фото 2. Геотермальна електростанція на водяній парі, Ісландія. Джерело: онлайн-видання Conserve Energy Future – 30+ Surprising Facts About Geothermal Energy
Фото 2. Геотермальна електростанція на водяній парі, Ісландія. Джерело: онлайн-видання Conserve Energy Future – 30+ Surprising Facts About Geothermal Energy

Змішаний, або ж бінарний метод – використання геотермальних вод у поєднанні з допоміжною рідиною (наприклад, фреоном). Згідно з прогнозами, в майбутньому бінарні електростанції стануть найчастіше використовуваним типом ГеоТЕС. Це пов’язано з тим, що для установок бінарного циклу підходить вода з нижчою температурою. Також вони не виділяють ніяких викидів, крім водяної пари. А, наприклад, установки з «сухим паром» виділяють парникові гази. Звичайно, вони становлять лише восьму частину від викидів вугільних електростанцій, а втім це теж викиди. Приклад бінарної установки ГеоТЕС на фото 3.

Фото 3. Геотермальна електростанція Galena III компанії Ormat, Рено, штат Невада, США. Джерело: онлайн-видання Think Geoenergy – Pictures: Field trip Steamboat Geothermal Power Plant Complex, Nevada, Jan’19
Фото 3. Геотермальна електростанція Galena III компанії Ormat, Рено, штат Невада, США. Джерело: онлайн-видання Think Geoenergy – Pictures: Field trip Steamboat Geothermal Power Plant Complex, Nevada, Jan’19

Хоча існують різні види геотермальних електростанцій, всі вони виконують одну й ту ж основну функцію – вловлюють пару, що піднімається, або гарячу воду та використовують для живлення електричного генератора. Звичайно ж, у геотермальних електростанцій є свої плюси та мінуси, давайте розглянемо їх детальніше.

Переваги ГеоТЕС

Геотермальні електростанції мають багато переваг.

  • Відносно екологічно чисті. На відміну від вугільних електростанцій, на геотермальних використовується відновлюване джерело тепла, яке має постійний запас. Дослідження показали, що в галузі задіяні всього 6,5% від загального світового потенціалу, а це означає, що енергії вистачить ще на багато років. Крім того, кількість парникового газу від ГеоТЕС становить всього 5% від того, що виділяють вугільні електростанції.
  • Більша кількість енергії. ГеоТЕС мають велику потужність – вони можуть вагомо допомогти в задоволенні попиту на енергію, який росте з кожним роком як в розвинених країнах, так і в країнах, що розвиваються.
  • Стабільні ціни. Звичайні електростанції залежать від палива, тому вартість виробленої ними електроенергії коливається, виходячи з ринкової ціни на паливо. Оскільки ГеоТЕС не використовують паливо, то їм не потрібно враховувати його вартість, і вони можуть запропонувати своїм споживачам стабільні витрати на електроенергію.
  • Низькі експлуатаційні витрати. Геотермальні установки вимагають мінімального обслуговування порівняно з традиційними електростанціями. В результаті вони надійні і дешеві в експлуатації.
  • Відновлюване і стійке джерело. Геотермальна енергія ніколи не закінчиться, на відміну від невідновлюваних джерел енергії. Поки земля підтримує життя, геотермальна енергія буде існувати, ГеоТЕС будуть працювати.
  • Постійне енергопостачання. На відміну від інших відновлюваних джерел енергії, геотермальна може забезпечувати постійне енергопостачання – 24 години на добу, 7 днів на тиждень, 365 днів на рік незалежно від зовнішніх факторів. Наприклад, сонячні батареї можуть виробляти електрику тільки протягом дня, а вітрові турбіни виробляють енергію лише при достатньому вітрі.
Рис. 2. Коефіцієнт доступності геотермальної енергії порівняно з іншими відновлюваними джерелами енергії. Джерело: онлайн-видання Greenmatch – Advantages and Disadvantages of Geothermal Energy – The Source of Renewable Heat, Dec’18
Рис. 2. Коефіцієнт доступності геотермальної енергії порівняно з іншими відновлюваними джерелами енергії. Джерело: онлайн-видання Greenmatch – Advantages and Disadvantages of Geothermal Energy – The Source of Renewable Heat, Dec’18
  • Незначна площа. Займають менше місця, ніж їх вугільні, нафтові та газові еквіваленти. Хоча вони будуть сягати далеко під земною поверхнею, їхня площа буде незначною.
  • Малошумна робота. При виробництві геотермальної енергії мало шуму. Основним джерелом шуму є вентилятори, які знаходяться в системах охолодження. Щоб знизити його рівень, інженери можуть встановлювати в генераторних цехах матеріали з високими демпфуючими властивостями. Це допомагає зменшити шумове забруднення.
  • Енергетична безпека. Використовуючи місцеві геотермальні ресурси, скорочується потреба в постачанні джерел з інших країн, що, в свою чергу, знижує залежність від зовнішніх впливів і допомагає підвищити нашу енергетичну безпеку.

Недоліки ГеоТЕС

Як часто буває, деякі плюси можуть плавно переходити в мінуси, все буде залежати від того, під яким кутом розглядати те чи інше питання. Недарма кажуть, що у монети – дві сторони. Отже, недоліки геотермальних електростанцій.

  • Екологічна проблема. Збитком для навколишнього середовища може стати високе споживання прісної води, що, в кінцевому результаті, призведе до її дефіциту. Рідини, які добуваються з землі в процесі буріння, містять велику кількість токсичних хімічних речовин (в тому числі миш’яку і ртуті), а також парникових газів (таких як сірководень, вуглекислий газ, метан, аміак і радон). Якщо вони неправильно утилізуються або обробляються, то можуть потрапити в атмосферу або просочитися в ґрунтові води і завдати шкоди довкіллю та здоров’ю людей.
  • Географічні обмеження. Геотермальна активність найбільш висока уздовж тектонічних ліній розломів у земній корі. Саме в цих місцях геотермальна енергія має найбільший потенціал. Недолік у тому, що лише деякі країни можуть використовувати геотермальні ресурси. Тому, з огляду на географічні особливості, такі країни є основними виробниками геотермальної енергії: США, Ісландія, Кенія, Індонезія, Філіппіни, Мексика. Недарма ГеоТЕС цих країн увійшли до рейтингу найбільших у світі станом на березень 2018 року (у мегаватах), рис. 3.
Рис. 3. Рейтинг найбільших геотермальних станцій у світі 2018. Джерело: The Statistics Portal – World's largest geothermal stations 2018, Mar’2018
Рис. 3. Рейтинг найбільших геотермальних станцій у світі 2018. Джерело: The Statistics Portal – World's largest geothermal stations 2018, Mar’2018
  • Сейсмічна нестабільність. Є підстави вважати, що геотермальні споруди викликали підземні поштовхи в різних частинах світу. Незважаючи на те, що сейсмічна активність часто незначна, вона може призвести до пошкодження будівлі, травм і смерті. У 2006 році вчені звинуватили проект геотермальної розвідки в Базелі (Швейцарія) в тому, що він викликав серію землетрусів. Деякі з цих землетрусів були оцінені в 3,4 бала за шкалою Ріхтера. Подальші дослідження в 2011 році виявили сильну кореляцію між геотермальною розвідкою та сейсмічною активністю.
  • Дороге будівництво. ГеоТЕС вимагають значних інвестицій. Хоча вони мають низькі експлуатаційні витрати, вартість їх будівництва може бути набагато вищою, ніж вугільних, нафтових і газових електростанцій. Значна частина цих витрат стосується розвідки і буріння геотермальних енергетичних ресурсів. Традиційні електростанції не потребують розвідки і/або буріння. Ще ГеоТЕС вимагають спеціально розроблених систем опалення та охолодження, а також іншого обладнання, здатного витримувати високі температури.
  • Можливе вичерпання. Дослідження показують, що без ретельного управління геотермальні резервуари можуть вичерпатися. У таких випадках ГеоТЕС стануть непотрібними, поки резервуар не відновиться. Єдиний невичерпний варіант – це отримання геотермальної енергії прямо з магми, але дана технологія все ще перебуває в процесі розробки. Цей варіант вартий вкладень хоча б тому, що магма буде існувати мільярди років.

Потенціал геотермальної енергії

Очевидно, що геотермальна енергія має досить серйозний потенціал і буде відігравати важливу роль в майбутньому. В Європі використовують геотермальне тепло для різних потреб, але найбільше – для вироблення електроенергії, обігріву та охолодження будинків. Тільки 2017 року в Європейському Союзі, зокрема  у Франції, Італії та Нідерландах, введено в експлуатацію дев’ять станцій з новою потужністю в 75 МВт. Очікується, що до 2023 року глобальна потужність геотермальної енергії зросте до 17 ГВт, при цьому найбільше збільшення потужності буде в Індонезії, Кенії, Філіппінах і Туреччині (рис. 4).

Рис. 4. Виробництво геотермальної енергії та сукупна потужність по регіонах, 2017-2023. Джерело: Website of the International Energy Agency – Geothermal energy
Рис. 4. Виробництво геотермальної енергії та сукупна потужність по регіонах, 2017-2023. Джерело: Website of the International Energy Agency – Geothermal energy

Деякі дослідники вважають, що геотермальна енергія зрештою буде складати близько 1/6 від світового енергопостачання, інші ж, навпаки, дають їй мінімальний шанс на подальше існування… Чи інвестувати в будівництво геотермальної електростанції – вибір за вами. У будь-якому разі це буде невід’ємна частина відновлюваної енергії, що живить світ, оскільки рано чи пізно корисні копалини/горючі корисні копалини зникнуть із поля зору.


Послуги групи компаній Авенстон

Серед відновлюваних джерел енергії також значне місце займають сонячні електростанції. Наша компанія займається комплексним впровадженням проектів сонячної енергетики в Україні та за її межами. Ми проектуємо, будуємо і експлуатуємо як наземні, так і дахові сонячні електростанції. Послуги компанії Авенстон включаю в себе максимально широкий спектр сервісів, що дозволяє нам супроводжувати проекти сонячної енергетики на всіх етапах їх життєвого циклу.

 

Ключові напрямки діяльності Авенстон

Промислові сонячні електростанції

Будуємо мережеві промислові сонячні електростанції для роботи по "зеленому" тарифу або продажу електроенергії через систему аукціонів. Наземні сонячні електростанції "під ключ" - проект, генпідряд, підключення до мереж.
Дізнатися більше

Комерційні сонячні електростанції

З 2010 року виконуємо повний комплекс робіт по розробці проєктів, будівництву та сервісному обслуговуванню сонячних фотоелектричних електростанцій всіх типів. Величезний практичний досвід будівництва сонячних електростанцій для бізнесу.
Дізнатися більше

Плавучі сонячні електростанції

Ми пропонуємо всі необхідні послуги та інноваційні рішення для впровадження плавучих сонячних електростанцій (FPV) в Європі та на Близькому Сході. Технічні консультації, проектування та послуги EPC під ключ.
Дізнатися більше

Системи накопичення електроенергії

Повний спектр послуг по впровадженню технологій зберігання енергії (BESS) для сонячних електростанцій та інших об'єктів ВДЕ, промисловості і комерційного сектора. Девелопмент, проєктування, будівництво та введення в експлуатацію.
Дізнатися більше