Геотермальная энергия — перспективы и преимущества

Геотермальная энергетика - перспективы и преимущества

Возобновляемая энергетика в мире растёт высокими темпами. Ежегодные объемы ввода новых электростанций, функционирующих на основе ВИЭ, существенно превышают рост тепловой генерации. Также и размер ежегодных инвестиций в ВИЭ-генерацию в разы превосходит вложения в газовые, угольные и атомные электростанции.

При этом основной рост приходится на ветровые и солнечные электростанции, и для многих именно они стали символами ВИЭ и «зелёной» энергетики, но и геотермальные электростанции, или ГеоЭС, — также очень интересное направление, потенциал которого высок. Некоторые исследователи полагают, что в будущем геотермальная энергетика может обеспечить до 1/6 от мирового энергоснабжения. Не в последнюю очередь из-за того, что, в отличие от солнечной или ветряной, геотермальная энергетика абсолютно не зависит от смены дня и ночи или погодных условий и времени года и имеет целый ряд других преимуществ, о которых мы и расскажем далее.

В соответствии с базой данных IRENA (Renewable capacity statistics 2019), в 2018 году глобальная установленная мощность геотермальных электростанций вросла на 540 мегаватт и составила 13 329 мегаватт.

Как это работает?

Как и во многих видах электростанций, поток горячего пара используется для вращения турбины генератора — ГеоЭС в данном случае не уникальны. И теплоэлектростанции, и, фактически, атомные электростанции используют тот же самый принцип, хотя источники энергии, которые помогают разогревать воду и вырабатывать пар, в них применяются радикально различные. ГеоЭС относятся к ВИЭ именно потому, что в качестве главной движущей силы в них используется пар или горячая вода из естественных геотермальных источников, находящихся под землёй.

С погружением в недра планеты температура будет расти примерно на 3°C каждые 100 метров спуска, хотя в различных регионах Земли этот показатель (так называемый геотермический градиент) может отличаться. Это значит, что некоторые места подходят для постройки геотермальной электростанции лучше, а некоторые — намного хуже, вплоть до момента, когда прокапывать скважину до слоёв нужной температуры становится просто экономически невыгодно. Отсюда и популярность ГеоЭС в странах с большой сейсмической/вулканической активностью.

В зависимости от имеющегося источника геотермальной энергии ГеоЭС можно условно разделить на гидротермальные, бинарные гидротермальные и петротермальные.

В гидротермальных электростанциях из трубы, проложенной до водоносных слоёв, поднимается раскалённый пар, который вращает турбину генератора. Если вместо пара поднимается пароводяная смесь температурой выше 150 °C, её водяная часть отделяется в специальном сепараторе и может в дальнейшем тоже превратиться в пар для генератора в условиях низкого давления.

ЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ СТОИТ ДЕШЕВЛЕ, ЧЕМ СУБСИДИИ НА ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО

Бинарные гидротермальные электростанции применяются там, где температура воды не поднимается выше 100 °C, а копать скважину глубже уже невыгодно или по каким-то причинам невозможно. Тогда эта вода используется для разогрева другой рабочей жидкости с низкой температурой кипения, например, фреона, пар от которого и подаётся на турбину генератора.

Петротермальные станции — сравнительно новое явление. В местах, где температура земной коры подходит для ГеоЭС, но водоносные слои почти отсутствуют, бурится скважина (на глубине от 3 до 10 км) и вводятся две трубы. В одну из них закачивается под давлением вода, которая разогревается в образованном давлением гидроразрыве и возвращается через вторую трубу в виде пара для турбины. По состоянию на 2018 год в мире работало всего 22 петротермальных электростанций, большая часть которых сосредоточена в Европе. По мнению некоторых ученых, петротермальной энергии достаточно, чтобы навсегда обеспечить человечество энергией.

В чём преимущества?

Главным преимуществом геотермальной энергетики является её неисчерпаемость, то есть та самая причина, по которой этот вид относят к ВИЭ. Бурение скважин, постройка геотермальных электростанций и закачка воды или использование воды/пара из геотермальных источников физически неспособны вызвать падение температуры ядра Земли или каким-то образом исчерпать этот ресурс.

Геотермальная энергетика более стабильна, чем другие виды энергетики. Она не зависит от погодных условий или времени дня, в отличие от своих более популярных «собратьев» по ВИЭ, солнечной и ветряной энергетики, или от поставок топлива, которое необходимо для работы ТЭС и АЭС. Также этот вид энергетики позволяет строить электростанции даже в труднодоступной местности и в отдалённых регионах с плохо развитой транспортной инфраструктурой. Геотермальная энергетика, в отличие от солнечной или ветровой энергетики не требует значительных площадей для размещения объектов. Например, для выработки 1 ГВт*ч/год понадобится ГеоЭС площадью всего в 400 м2, а аналогичная солнечная станция займет более 3 квадратных километров.

ХРАНИЛИЩА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ СТАНУТ ДОСТОЙНОЙ АЛЬТЕРНАТИВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМ

При соблюдении всех условий безопасности геотермальные электростанции практически безопасны для экологии и вырабатывают очень мало углекислого газа, а вместе с электроэнергией с их помощью можно вести добычу полезных ископаемых, например, растворённые в пароводяной смеси металлы и газы.

При всех своих преимуществах у ГеоЭС есть и недостатки. Как было сказано выше, при соблюдении условий безопасности эти станции не наносят вреда экосфере, но это не отменяет того факта, что рабочая жидкость на ГеоЭС опасна и содержит тяжёлые металлы, например, свинец, мышьяк или аммиак, которые могут вызвать локальную катастрофу в случае аварии. Также ГеоЭС отличаются меньшей мощностью, чем гидроэлектростанции, ТЭС и, тем более, АЭС, а стоимость киловатта в них выше. Это связано с тем, что, при всей простоте конструкции самих электростанций, огромные инвестиции нужны на качественную геологоразведку и анализ почвы. Примерный уровень капитальных затрат в данном сегменте находится на уровне $2800/кВт установленной мощности, что существенно выше, чем у газовых ТЭС, ветровых и солнечных электростанций.

Каковы перспективы?

По прогнозам МЭА, к 2040 году потребление и выработка электроэнергии в мире увеличатся на 60%, то есть спрос на электроэнергию составит 26,4 тыс. ТВт·ч в 2025 году и более 35,5 тыс. ТВт·ч в 2040-м.

Определенную роль в удовлетворении этого растущего спроса будет играть и геотермальная энергетика. Её рост будет стабильным, хотя вряд ли бурным.

По информации Bloomberg, в 2018 году инвестиции в геотермальную энергетику в мире выросли на 10% — до $1,8 млрд (в целом же в мире в ВИЭ было вложено более $300 млрд).

«КАНАДСКИЙ КОЛОДЕЦ» — ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ЗЕМЛИ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ЗИМОЙ И ОХЛАЖДЕНИЯ ЛЕТОМ

Лидерами в сфере геотермальной энергетики на данный момент являются США, также ГеоЭС очень популярны в Индонезии и на Филиппинах, где этот вид энергетики вырабатывает более 10% электроэнергии. Также в десятку мировых лидеров в области геотермальной энергетики входит Япония, в которой первая такая электростанция открылась ещё в 1966 году на базе оборудования Toshiba. Потенциал сектора в стране оценивается в 23 ГВт.

В целом же геотермальная энергетика — интересная и перспективная сфера ВИЭ. Она только начала показывать свои настоящие возможности, но уже сейчас имеет ряд неоспоримых преимуществ, которых лишены солнечная и ветряная отрасли, а также традиционные виды электростанций.