02 сентября 2017г.
Использование ископаемых углеводородов, потребление которых в мире ежегодно растет, создает все большее тепловое и химическое загрязнение окружающей среды. Задачей человечества на сегодняшний день является их оптимальное использование и поиск новых источников энергии. В качестве альтернативы представляются перспективными источники геотермальной, ветровой и солнечной энергии. Они не вызывают заметного загрязнения окружающей среды, а ресурсы их достаточны для обеспечения землян энергией на сотни лет.
Сегодня установленная мощность электростанций мира составляет более 4000 ГВт, а в России 200 ГВт. При этом мощность электростанций на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) растет ежегодно и составляет, ГВт: геотермальных - 11; солнечных – 40; ветровых – 60. На долю ВИЭ в США приходится 5 % энергопроизводства. К 2020 году в мире на основе ВИЭ планируется производить до 15% электроэнергии, а к 2030 году – до 20%.
Геотермальная энергия выделяется из внутренних зон Земли за счет энергии радиоактивных распадов в ее недрах. Предполагают, что на глубине 12-15 км температура составляет 500-800°С. К сожалению, на сегодняшний день использование геотермальной энергии выгодно только там, где ее источники расположены близко к поверхности Земли, т.е. в районах сейсмической и вулканической активности: Новая Зеландия, Исландия, Мексика, Италия, США, Филиппины, Япония, Сальвадор, Россия, Венгрия. Расчеты показывают, что запасы геотермальной энергии (до глубины 10 км) в 40 млрд. раз больше мирового потребления энергии в течение года. Только 1% энергии земной коры может дать энергию в 600 раз превышающее энергию мировых запасов газа и нефти. Однако экономические причины препятствуют сегодня широкому использованию этих ресурсов.
За последние 50 лет в мире накоплен определенный опыт в освоении ресурсов геотермальной энергии. В 1974 г. установленная мощность всех геотермальных электростанций в мире равнялась - 1 300 МВт, в 1990 году - 7300 МВт, а в 2015 г. – 11 000 МВт. В этом плане наибольших успехов достигли Мексика, Италия, США, Филиппины, Япония. В России геотермальные ресурсы распределены весьма неравномерно. Производство природного пара сосредоточено, в основном, на Камчатке, Сахалине и Курильских островах, где можно получить более 2000 МВт электрической и 5000 МВт тепловой энергии [1]. Месторождения парогидротерм размещены также в Ставропольском крае и Дагестане, где во времена СССР планировалось строительство ГеоТЭС. Но в связи с высокой минерализацией воды в настоящее время скважины на этих площадях законсервированы.
По одной из классификации геотермальные воды подразделяются на низкопотенциальные с температурой до 70 °С, среднепотенциальные – от 70 до 100°С и выше 100°С – высокопотенциальные (в т.ч. 100–150°С –слабоперегретые , 150–250°С – значительно перегретые и 250–375°С – весьма перегретые ). В связи с доступностью и широкой распространенностью в настоящее время в целях горячего тепловодоснабжения в мире наиболее широко используются ресурсы геотермальных вод с температурой ниже 70 °С. По данным Всемирного геотермального конгресса 2010 г. (о. Бали, Индонезия) установленная мощность геотермальных систем тепловодоснабжения в мире составила 50583 МВт [2]. В России геотермальные системы теплоснабжения в основном работают на Камчатке, Курилах, в Дагестане, в Чеченской республике, Ставропольском и Краснодарском краях. На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения, которые находятся на глубине от 300 до 5000 метров, вода которых уже в течение длительного времени используется для горячего тепловодоснабжения. Здесь геотермальное во- доснабжение используют около 500 тыс. чел. В Республике Дагестан ежегодно добывается более 6 млн. м3 геотермальной воды. В Краснодарском крае эксплуатируется 79 скважин на 12 месторождениях. Температура воды этих скважин составляет 75-120°С. Как перспективные для внедрения геотермального теплоснабжения рассматриваются Омская и Тюменская области, западная часть Новосибирской области и северная часть Томской области, где температура воды 50 - 70 °С.
Сегодня по запасам геотермальных вод среди федеральных и субъектов Российской Федерации Дагестан занимает первое место (86,2 тыс. куб. м/сутки). За ним идет Камчатская область (77,6), Чеченская Республика (64,68), Краснодарский (35,574) и Ставропольский края, (12,2), Республика Адыгея (8,98), Карачаево-Черкесская республика (6,8), Кабардино-Балкария (5,3), Чукотский АО (2,2) и Магаданская область (0,135). Основные запасы геотермальных вод Дагестана сосредоточены на месторождениях Избербаш, Кизляр, Речнинка, Кордоновка, Махачкала, Тернаир, Терекли-Мектеб, Червленые Буруны, Калиновская. Всего используется 13 тыс. м3/сутки или всего 10% от их запасов. Остаются еще около 75 тыс. м3/сутки геотермальных вод, использование которых дает дополнительно 10 млн. Гкал тепловой энергии в течение года [3].
Для повышения теплового потенциала геотермальных вод используется либо теплонасосная технология, либо догрев ее до необходимой температуры. Теплонасосная технология в геотермальном теплоснабжении представляется перспективным, так как на 1 кВтч затраченной электроэнергии можно получать 3-4 кВтч тепловой энергии. Как показывают исследования, окупаемость этих устройств в условиях Дагестана завершается за первые 3-4 года.
Основные трудности при использовании геотермального тепла связаны с образованием твердых отложений, в основном, карбоната кальция и коррозией металла оборудования, работающего в условиях агрессивной среды раствора геотермальной воды, а также проблема возврата использованной воды в водоносный горизонт [4-7].
Борьба с образованием твердых отложений ведется, в основном, путем сохранения высокого давления в геотермальном оборудовании, что предотвращает выход углекислотного газа из воды, растворяющего карбонат кальция в воде. Имеются научные разработки, в которых используются новые технические и технологические разработки по стабилизации воды [8], а также по оценке состояния внутренней поверхности оборудования на предмет наличия на ней твердых отложений [9] . Есть разработки по эксплуатации геотермальных систем теплоснабжения в режиме без накипи путем охлаждения поверхности теплообмена [10,11], очистки стенки оборудоваеия от образовавшихся отложений [12], а также эксплуатации энергетического оборудования в условиях утилизации попутных горючих газов [13], часть которых уже используется на объектах геотермального тепловодоснабжения. Способы контроля солеотложения используются на скважинах месторождения Тернаир и Кизляр. Работает система защиты поверхности теплообмена путем ее охлаждения, планируется ввести в Кизлярских тепловых сетях систему очистки теплообменника от СаСО3 в самой же геотермальной воде.
Список литературы
1. Поваров О.А. Развитие геотермальной энергетики в России и за рубежом-Теплоэнергетика, 2006,№ 3,С.2
2. Lund, I. Direct Utilization of Geothermal Energy / I. Lund, D. Freeston, T. Boyd /Proc. WGC-2010. Bali, Indonesia, 25– 29 April 2010 // Worldwide Review. – 2010. – Режим доступа: http//www.geothermal.org.
3. Алиев Р.М., Алхасов А.Б., Исрапилов М.И., Бадавов Г.Б. Геотермальные проекты Республики Дагестан, как объект привлечения инвестиций / Тр. Межд. конф. "Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы". Т. 1. Под ред. д.т.н. А.Б. Алхасова. Махачкала: ООО "Деловой Мир", 2005. С. 118-131.
4. Ахмедов Г.Я. Твердые отложения карбоната кальция в геотермальных системах//Альтернативная энергетикаиэкология.- 2010.- № 11.- С. 81- 86.
5. Ахмедов Г.Я. Защита геотермальных систем от карбонатных отложений. М.: Научный мир, 2012.- 330 с.
6. Ахмедов Г.Я. Проблемы солеотложения при использовании геотермальных вод для горячего тепловодоснабжения//Промышленнаяэнергетика.- 2009.- №9.- С. 50-54.
7. Ахмедов Г.Я. Повышениеэффективностииспользованиягеотермальнойводыдлягорячего водоснабжения//Водоснабжениеисанитарнаятехника.- 2010.- № 2.- С. 18-23.
8. Ахмедов Г.Я. Стабилизационная обработка геотермальных вод //Водоснабжениеисанитарная техника.- 2010.- №6.- С. 33-38.
9. Ахмедов Г.Я. Измерение толщины солеотложения в геотермальных системах //Ползуновский вестник.- 2011.- № 3/1.- С. 175 – 178.
10. Ахмедов Г.Я. Защита геотермальных систем водоподготовки от карбонатных отложений //Энергосбережениеиводоподготовка.- 2010.- №6.- С. 18-21.
11. Ахмедов Г.Я. К вопросу о влиянии теплопередачи на отложение твердой фазы карбоната кальция на теплообменной поверхности //Энергосбережение и водоподготовка.- 2011.- № 6.- С. 6 – 8.
12. Ахмедов Г.Я. Очистка геотермальных систем отопления и горячего водоснабжения от карбонатных отложений//Водоснабжениеисанитарнаятехника.- 2012.- № 1.- С. 59-63.
13. Ахмедов Г.Я. К вопросу об эксплуатации энергетических систем в условиях декарбонизации геотермальных вод//Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки.-2013.- №28.-С.63-69.
