Геотермальная электростанция: как работает, плюсы и минусы. В России и зарубежом

В условиях глобального потепления во многих странах мира резко активизировалась «добыча» возобновляемой альтернативной энергии в основном за счет все новых ветровых и солнечных электростанций. Однако, как оказалось, их возможности серьезно ограничены климатическим фактором. При этом у нас буквально «под ногами» находятся поистине безграничные запасы тепловой энергии Земли, крохотную частичку которой нам поставляют геотермальные электростанции.

Потенциал геотермальной энергии превышает аналогичный показатель ископаемого топлива в 10000 раз. Через поверхность нашей планеты проходит поток тепла, эквивалентный сжиганию 46 млрд. тонн угля. Если в ближайшее время «приватизировать» хотя бы 1 % этой энергии, то отпадет необходимость в строительстве сотен обычных мощных электростанций.

Немного истории

Идею использовать собранный пар геотермальных источников впервые высказал в начале XIX века французский инженер и предприниматель Франсуа де Лардерель.

Первая в мире ГеоЭС в Лардерелло

Спустя почти 100 лет, в 1904 году итальянский бизнесмен Пьеро Конти впервые в городке Лардерелло испытал геотермальный генератор. Там же через семь лет была запущена первая в мире геотермальная электростанция (ГеоЭС), работающая, кстати, по сегодняшний день.

Пьеро Конти и его геотермальный генератор

Как работает геотермальная электростанция

Энергию в виде пара или горячей воды геотермальная электростанция получает от тепла Земли по специально пробуренным скважинам. Температура внутри их возрастает на градус по мере погружения вглубь через каждые 36 метров.

Получить энергию на ГеоЭС можно несколькими способами:

• Прямая схема представляет собой подачу пара по специальным трубам на турбину, соединенную с генератором;
• Непрямая схема практически ничем не отличается от предыдущей за исключением того, что пар в трубах проходит дополнительную очистку от «агрессивных» газов, разрушающих трубы;
• При смешанной схеме из образовавшегося конденсата удаляются не растворившиеся в нем газы;
• Принцип работы бинарной схемы состоит в том, что в качестве рабочего тела вместо воды используется другая жидкость с более низкой температурой кипения (к примеру, изопентан), которая, проходя через теплообменник, превращается в пар для вращения турбин.

Преимущества и недостатки

Преимущества геотермальной энергии уникальны своей неиссякаемостью и абсолютной независимостью от любых внешних факторов. Ни один источник альтернативной энергии не в состоянии достичь показателя коэффициента использования установленной энергии ГеоЭС – 80 %.

К недостаткам следует отнести дороговизну скважин. Чтобы добраться до «нужной» температуры приходится бурить на большую глубину. Так для горячего водоснабжения необходимо углубиться более чем на километр, а для электрогенерации – до нескольких километров.

Еще одна серьезная проблема – закачка отработанной воды в подземный водоносный горизонт, что также требует дополнительной энергии и финансовых затрат. Сброс их в природные водоемы чрезвычайно опасен, поскольку может привести к тяжелым последствиям для окружающей среды, из-за большого содержания в них токсичных металлов – свинца, кадмия, цинка и других.

Также при бурении скважин приходится учитывать сейсмическую активность района, где находятся практически все ГеоЭС. В противном случае, непродуманное бурение скважин может спровоцировать землетрясение.

Мировая геотермальная электроэнергетика

По состоянию на 2020 год все ГеоЭС в мире выработали почти 95100 ГВт⋅ч при установленной мощности около 15951 МВт. Данные показатели значительно уступают большинству электростанций на других возобновляемых источниках энергии.

Безусловный лидер в области геотермальной энергетики – США, на территории которых расположена крупнейшая в мире группа ГеоЭС – «Geysers» в 116 км севернее Сан-Франциско на границе округов Сонома и Лейк. На ее долю приходится четверть всей альтернативной энергии, произведенной в Калифорнии. Помимо США геотермальными электростанциями располагают около 25 государств, включая Россию.

Геотермальные электростанции России

Геотермальная энергетика в России – сравнительно молодое направление. Первая Паужетская ГеоЭС была введена в эксплуатацию на Камчатке в августе 1966 года. На сегодняшний день Россия располагает четырьмя ГеоЭС – тремя на Камчатке и одной на Курильских островах. Это Мутновская, Верхне-Мутновская, Паужетская и Менделеевская ГеоЭС.

В прошлом году суммарная мощность выработанной ими энергии составила 74 МВт. Помимо этого, геотермальная энергия широко используется для отопления жилых домов и горячего водоснабжения.

Помимо Дальневосточного региона геотермальные ресурсы сосредоточены на Северном Кавказе, Ставрополье и Кубани. Они также обнаружены в Калининградской области и Западной Сибири.

Мутновская ГеоЭС

Крупнейшим производителем электроэнергии среди российских геотермальных электростанций является Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт, введенная в эксплуатацию почти 20 лет назад в 2002 году. Она находится в Елизовском районе Камчатского края на 800-метровой высоте.

Электростанция работает по прямой схеме – пароводяная смесь подается по трубам из 12 скважин. Далее на сепараторах происходит ее разделение на пар и воду, после чего пар поступает на турбины, а горячая вода – закачивается обратно в горные пласты. На Мутновской ГеоЭС установлены две турбины по 25 МВт каждая. Полученная энергия поступает в единую энергосистему.

Геотермальная электростанция для частного дома

Идея использовать тепло земных недр для отопления частного дома – уже давно не фантастика. Геотермальные отопительные системы прекрасно зарекомендовали себя, как в северных, так и в южных широтах. Правда, для этого потребуется специальное оборудование, способное аккумулировать природное тепло и передавать его на теплоноситель системы отопления.

Геотермальное оборудование частного дома включает: находящийся глубоко под землей испаритель, необходимый для поглощения тепловой энергии из грунта; конденсатор, который доводит антифриз до нужной температуры и тепловой насос, обеспечивающий циркуляцию антифриза в системе и контролирующий работу всей установки.

Далее нагретый антифриз поступает в буферный бак, где осуществляется передача энергии теплоносителю. Внутри буферного бака находится внутренний бак с водой из системы отопления и змеевик, по которому движется разогретый антифриз.