Геотермальные электростанции: за и против

В недрах земли находятся необъемные запасы сокровищ, о которых давно известно человеку и которыми он благополучно пользуется. Все мы помним о полезных ископаемых, активно применяем в повседневной жизни газ, нефть, уголь, носим изделия из серебра, золота, драгоценных камней, но забываем об одном большом кладе – геотермальной энергии. Что это такое и в чем ее ценность?

Особенности и принцип работы геотермальных электростанций

Считается, что геотермальная энергия – один из наиболее выгодных источников энергии. Большая часть этой энергии находится в магме. Тепло Земли – настоящая жемчужина, у которой ряд преимуществ перед энергией газа, нефти и атома. Если пересчитать на мегаватт-часы количество подземного тепла, которое ежегодно выходит на поверхность, то получится 100 миллиардов! Это значительно превосходит количество потребляемой энергии на планете. Все больше и больше домохозяйств по всему миру инвестируют в геотермальную энергию, строя геотермальные электростанции (ГеоТЭС), чтобы сократить свои расходы. Эти станции получают тепло Земли путем бурения паровых или водяных скважин и используют данную энергию для нагрева воды или любого другого типа жидкости. Нужно это для того, чтобы вращать генераторные турбины, производящие энергию, которая затем распределяется среди потребителей. Далее жидкость охлаждается с помощью конденсатора и возвращается на землю.

Компания AVENSTON предлагает услуги в сфере возобновляемых источников энергии:

Строительство коммерческих ФЭС для собственного потребления
Внедрение систем накопления электроэнергии
Установка систем BIPV и фасадных ФЭС
Генеральный подряд и консалтинг в солнечной энергетике

Согласно типологии Международного энергетического агентства (МЭА) различают 5 типов источников геотермальной энергии:

  • сухой пар;
  • влажный пар (горячая вода + пар);
  • геотермальные воды (горячая вода или пар + вода);
  • сухие горячие каменные породы, разогретые магмой;
  • магма.

Существует три метода преобразования геотермальной энергии в электричество (рис. 1). И обусловлено это двумя факторами: состоянием среды (вода или пар) и температурой породы.

Рис. 1. Принципы работы ГеоТЭС. Источник: онлайн-издание ENERGY EDUCATION – Geothermal power plants, Aug’17
Рис. 1. Принципы работы ГеоТЭС. Источник: онлайн-издание ENERGY EDUCATION – Geothermal power plants, Aug’17

Прямой метод подразумевает использование сухого пара. The Geysers (Северная Калифорния) – одна из самых известных ГеоТЭС такого типа, в общей сложности в этот комплекс входит 22 геотермальные электростанции (фото 1).

Фото 1. Одна из 22 ГеоТЭС на сухом пару, The Geysers, Калифорния, США. Источник: онлайн-издание MachineDesign – The World’s Largest Geothermal Field: 22 Power Plants, More Than 350 Wells, Apr’18
Фото 1. Одна из 22 ГеоТЭС на сухом пару, The Geysers, Калифорния, США. Источник: онлайн-издание MachineDesign – The World’s Largest Geothermal Field: 22 Power Plants, More Than 350 Wells, Apr’18

Непрямой метод – использование водяного пара. При этом температура воды должна быть выше 180 °C, чтобы под собственным давлением течь вверх через скважину. Хотя это более низкая температура, чем у сухих паровых установок. Когда давление уменьшается, часть воды «вспыхивает» в виде пара, который проходит через секцию турбины. Оставшаяся вода, которая не стала паром, возвращается обратно в скважину и может также использоваться для отопления. Стоимость этих систем увеличивается из-за более сложных механизмов, однако они все еще могут конкурировать с обычными источниками питания. Немало примеров таких станций есть в Исландии, принадлежат они компании Orkuveita Reykjavikur, фото 2.

Фото 2. Геотермальная электростанция на водяном пару, Исландия. Источник: онлайн-издание Conserve Energy Future – 30+ Surprising Facts About Geothermal Energy
Фото 2. Геотермальная электростанция на водяном пару, Исландия. Источник: онлайн-издание Conserve Energy Future – 30+ Surprising Facts About Geothermal Energy

Смешанный, или же бинарный метод – использование геотермальных вод в сочетании со вспомогательной жидкостью (например, фреон). По прогнозам, в будущем бинарные электростанции станут наиболее часто используемым типом ГеоТЭС. Это связано с тем, что для установок бинарного цикла подойдет вода с более низкой температурой. Также они не выделяют никаких выбросов, кроме водяных паров. А, к примеру, установки с «сухим паром» выделяют парниковые газы. Конечно, они составляют только 1/8 от выбросов угольных электростанций, но тем не менее это тоже выбросы. Пример бинарной установки ГеоТЭС на фото 3.

Фото 3. Геотермальная электростанция Galena III компании Ormat Рено, штат Невада, США. Источник: онлайн-издание Think Geoenergy – Pictures: Field trip Steamboat Geothermal Power Plant Complex, Nevada, Jan’19
Фото 3. Геотермальная электростанция Galena III компании Ormat Рено, штат Невада, США. Источник: онлайн-издание Think Geoenergy – Pictures: Field trip Steamboat Geothermal Power Plant Complex, Nevada, Jan’19

Хотя существуют различные виды геотермальных электростанций, все они выполняют одну и ту же основную функцию – улавливают поднимающийся пар или горячую воду, которые используют для питания электрического генератора. Конечно же, у геотермальных электростанций есть свои плюсы и минусы, давайте рассмотрим их более подробно.

Преимущества ГеоТЭС

Геотермальные электростанции имеют много преимуществ.

  • Относительно экологически чистые. В отличие от угольных электростанций, на геотермальных электростанциях используется возобновляемый источник тепла, который имеет постоянный запас. Исследования показали, что в отрасли задействовано всего 6,5% от общего мирового потенциала, а это означает, что энергии хватит еще на многие годы вперед. Кроме того, количество парникового газа от ГеоТЭС составляет всего 5% от того, что выделяют угольные электростанции.
  • Большее количество энергии. ГеоТЭС имеют большую мощность – они могут весомо помочь в удовлетворении спроса на энергию, который растет с каждым годом как в развитых странах, так и в развивающихся.
  • Стабильные цены. Обычные электростанции зависят от топлива, поэтому стоимость производимой ими электроэнергии колеблется в зависимости от рыночной цены топлива. Поскольку ГеоТЭС не используют топливо, то им не нужно учитывать его стоимость, и они могут предложить своим потребителям стабильные затраты на электроэнергию.
  • Низкие эксплуатационные расходы. Геотермальные установки требуют минимального обслуживания по сравнению с традиционными электростанциями. В результате они надежны и дешевы в эксплуатации.
  • Возобновляемый и устойчивый источник. Геотермальная энергия никогда не закончится, в отличие от невозобновляемых источников энергии. Пока земля поддерживает жизнь, геотермальная энергия будет существовать, ГеоТЭС будут работать.
  • Постоянное энергоснабжение. В отличие от других возобновляемых источников энергии, геотермальная может обеспечивать постоянное энергоснабжение – 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в год вне зависимости от внешних факторов. К примеру, солнечные батареи могут производить электричество только в течение дня. Точно так же ветровые турбины производят энергию только при достаточном ветре.
Рис. 2. Коэффициент доступности геотермальной энергии по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии. Источник: онлайн-издание Greenmatch – Advantages and Disadvantages of Geothermal Energy – The Source of Renewable Heat, Dec’18
Рис. 2. Коэффициент доступности геотермальной энергии по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии. Источник: онлайн-издание Greenmatch – Advantages and Disadvantages of Geothermal Energy – The Source of Renewable Heat, Dec’18
  • Незначительная площадь. Занимают меньше места, чем их угольные, нефтяные и газовые эквиваленты. Хотя они будут простираться далеко под земной поверхностью, их площадь будет незначительной.
  • Малошумная работа. При производстве геотермальной энергии мало шума. Основным источником шума являются вентиляторы, содержащиеся в системах охлаждения. Чтобы снизить его уровень, инженеры могут устанавливать демпфирующие материалы в генераторных цехах. Это помогает уменьшить шумовое загрязнение.
  • Энергетическая безопасность. Используя местные геотермальные ресурсы, сокращается потребность в поставке источников из других стран, что, в свою очередь, снижает зависимость от внешних воздействий и помогает повысить нашу энергетическую безопасность.

 Недостатки ГеоТЭС

Как часто бывает, некоторые плюсы могут плавно переходить в минусы, все будет зависеть от того, под каким углом рассматривать тот или иной вопрос. Недаром говорят, что у монеты – две стороны. Итак, недостатки геотермальных электростанций.

  • Экологическая проблема. Ущербом для окружающей среды может стать высокое потребление пресной воды, что, в конечном результате, приведет к ее дефициту. Жидкости, которые извлекаются из земли в процессе бурения, содержат большое количество токсичных химических веществ (в том числе мышьяка и ртути), а также парниковых газов (таких как сероводород, диоксид углерода, метан, аммиак и радон). Если они неправильно утилизируются или обрабатываются, то могут попасть в атмосферу или просочиться в грунтовые воды и нанести ущерб окружающей среде и здоровью людей.
  • Географические ограничения. Геотермальная активность наиболее высока вдоль тектонических линий разломов в земной коре. Именно в этих местах геотермальная энергия имеет самый большой потенциал. Недостаток в том, что немногие страны могут использовать геотермальные ресурсы. Поэтому, ввиду географических особенностей, следующие страны являются основными производителями геотермальной энергии: США, Исландия, Кения, Индонезия, Филиппины, Мексика. Недаром ГеоТЭС этих стран вошли в рейтинг крупнейших в мире по состоянию на март 2018 года (в мегаваттах), рис. 3.
Рис. 3. Рейтинг крупнейших геотермальных станций в мире 2018. Источник: The Statistics Portal – World's largest geothermal stations 2018, Mar’2018
Рис. 3. Рейтинг крупнейших геотермальных станций в мире 2018. Источник: The Statistics Portal – World's largest geothermal stations 2018, Mar’2018
  • Сейсмическая нестабильность. Есть основания полагать, что геотермальные сооружения вызывали подземные толчки в разных частях мира. Несмотря на то, что сейсмическая активность зачастую незначительна, она может привести к повреждению здания, травмам и смерти. В 2006 году ученые обвинили проект геотермальной разведки в Базеле, Швейцария, в том, что он вызвал серию землетрясений. Некоторые из этих землетрясений были оценены в 3,4 балла по шкале Рихтера. Дальнейшие исследования в 2011 году обнаружили сильную корреляцию между геотермальной разведкой и сейсмической активностью.
  • Дорогое строительство. ГеоТЭС требуют значительных инвестиций. Хотя они имеют низкие эксплуатационные расходы, стоимость их строительства может быть намного выше, чем угольных, нефтяных и газовых электростанций. Большая часть этих затрат касается разведки и бурения геотермальных энергетических ресурсов. Традиционные электростанции не требуют разведки и/или бурения. Еще ГеоТЭС требуют специально разработанных систем отопления и охлаждения, а также другого оборудования, способного выдерживать высокие температуры.
  • Возможное истощение. Исследования показывают, что без тщательного управления геотермальные резервуары могут истощиться. В таких случаях ГеоТЭС станут бесполезными, пока резервуар не восстановится. Единственный неистощимый вариант – это получение геотермальной энергии прямо из магмы, но данная технология все еще находится в процессе разработки. Этот вариант стоит вложений в основном благодаря тому, что магма будет существовать миллиарды лет.

Потенциал геотермальной энергии

Очевидно, что геотермальная энергия обладает довольно серьезным потенциалом и будет играть важную роль в будущем. В Европе используют геотермальное тепло для различных нужд, но больше всего – для выработки электроэнергии, обогрева и охлаждения домов. Только в 2017 году в Европейском Союзе, в частности во Франции, Италии и Нидерландах, введено в эксплуатацию девять станций с новой мощностью в 75 МВт. Ожидается, что к 2023 году глобальная мощность геотермальной энергии возрастет до 17 ГВт, при этом наибольшее увеличение мощности будет в Индонезии, Кении, Филиппинах и Турции (рис. 4).

Рис. 4. Производство геотермальной энергии и совокупная мощность по регионам, 2017-2023. Источник: Website of the International Energy Agency – Geothermal energy
Рис. 4. Производство геотермальной энергии и совокупная мощность по регионам, 2017-2023. Источник: Website of the International Energy Agency – Geothermal energy

Некоторые исследователи полагают, что геотермальная энергия в конечном итоге будет составлять около 1/6 от мирового энергоснабжения, другие же, наоборот, дают ей минимальный шанс на дальнейшее существование… Инвестировать ли в строительство геотермальной электростанции – выбор за вами. В любом случае, это будет неотъемлемая часть возобновляемой энергии, питающей мир, так как рано или поздно ископаемое топливо исчезнет из поля зрения.


Услуги группы компаний Авенстон

Среди возобновляемых источников энергии также значительное место занимают солнечные электростанции. Наша компания занимается комплексным внедрением проектов солнечной энергетики в Украине и за ее пределами. Мы проектируем, строим и эксплуатируем как наземные, так и крышные солнечные электростанции. Услуги компании Авенстон включаю в себя максимально широкий спектр сервисов, позволяющий нам сопровождать проекты солнечной энергетики на всех этапах их жизненного цикла.

 

Ключевые направления деятельности Авенстон

Промышленные солнечные электростанции

Строим сетевые промышленные солнечные электростанции для работы по "зеленому" тарифу или продажи электроэнергии через систему аукционов. Наземные солнечные электростанции "под ключ" - проект, генподряд, подключение к сетям.
Узнать больше

Коммерческие солнечные электростанции

С 2010 года выполняем полный комплекс работ по разработке проектов, строительству и сервисному обслуживанию солнечных фотоэлектрических электростанций всех типов. Огромный практический опыт строительства солнечных электростанций для бизнеса. 
Узнать больше

Системы накопления электроэнергии

Полный спектр услуг по внедрению технологий хранения энергии (BESS) для солнечных электростанций и других объектов ВИЭ, промышленности и коммерческого сектора. Девелопмент, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию.
Узнать больше

Эксплуатация и сервис

Продлеваем срок службы объектов ВИЭ, увеличиваем их прибыльность, оптимизируем производительность и эксплуатационную доступность, снижаем операционные расходы. Плановое и внеплановое техническое обслуживание, гарантия, сервис.
Узнать больше