Геотермальные: Геотермальные электростанции: преимущества и недостатки

Геотермальная электростанция | Ассоциация «НП Совет рынка»

Полезные разделы

Геотермальная электростанция

Геотермальная электростанция

Геотермальная электростанция — это особый тип электростанции, которая преобразует внутреннее тепло Земли в электрическую энергию.В настоящее время, геотермальная энергия является наименее используемой во всем мире. Однако ожидается, что подобное положение вещей в самом скором времени изменится. Нарастающий дефицит органических видов топлива, постоянное увеличение стоимости нефти, и, как следствие, продуктов её переработки, заставляют современный мир обращать все большее внимание на альтернативные источники энергии. В настоящее время геотермальная энергия уже используется в ряде стран, в том числе и в России.  Геотермальная энергия  — это самый большой энергетический запас на планете, которым располагает человечество. А наряду с её экологической безопасностью, разработка и строительство геотермальных электростанций становится все более актуальным. Схема работы геотермальной электростанции достаточно проста. Вода, через специально пробуренные отверстия, закачивается глубоко под землю, в те слои земной коры, которые естественным образом довольно сильно нагреты. Просачиваясь в трещины и полости горячего гранита, вода нагревается, вплоть до образования водяного пара, и по другой, параллельной скважине поднимается обратно. После этого горячая вода поступает непосредственно на электростанцию, в так называемый теплообменник, и её энергия преобразуется в электрическую. Это происходит посредством турбины и генератора, как и во многих других типах электростанций.  В другом варианте геотермальной электростанции, используются природные гидротермальные ресурсы, т.е. вода, нагретая до высокой температуры в результате естественных природных процессов. Однако область использование подобных ресурсов значительно ограничена наличием особых геологических районов. В России, например, такими являются Камчатка или район Кавказских минеральных вод. В этом случае в теплообменник поступает уже нагретая вода, выкачанная из земных недр. В другом случае  —   вода в результате высокого геологического давления, поднимается самостоятельно, через специально пробуренные отверстия.  Это, так скажем, общий принцип работы геотермальной электростанции, который подходит для всех их типов. По своему техническому устройству, геотермальные электростанции подразделяются на несколько видов: геоотермальные электростанции на парогидротермах  — это электростанции, в которых используется уже нагретая природой вода;двухконтурная геотермальная электростанция на водяном паре. В таких электростанциях имеется специальный двухконтурный парогенератор, позволяющий генерировать «добавочный» пар. Иными словами в «горячей» стороне парогенератора используется геотермальный пар, а на «холодной» его стороне генерируется вторичный пар, полученный из подведенной воды;двухконтурная геотермальная электростанция на низкокипящих рабочих веществах. Область применения таких электростанций  — использование очень горячих (до 200 градусов) термальных вод, а также используемой дополнительно воды на месторождениях парогидротерм, о которых было сказано выше.Геотермальные энергетика, и геотермальные электростанции в том числе, является одним из самых перспективных видов получения альтернативных источников энергии. К остальным положительным качествам геотермальной энергии можно отнести «круглосуточный» режим работы, который не зависит от климатических условий, времени года и прочих подобных факторов. Это полностью экологически чистый источник энергии, а его экономическая эффективность во много раз превосходит более традиционные виды получения электроэнергии.

Геотермальные перспективы — Энергетика и промышленность России — № 01-02 (93-94) январь 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

http://www.eprussia.ru/epr/93/6805.htm

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 01-02 (93-94) январь 2008 года

ГидроОГК планирует построить в России уникальную по мировым меркам геотермальную станцию. По словам заместителя председателя правления ОАО «ГидроОГК» Василия Зубакина, на объекте будут реализованы самые современные разработки.

Установка бинарного цикла будет смонтирована на базе существующей Паужетской геотермальной электростанции на Камчатке. В отличие от традиционного использования на ГеоЭС высокотемпературного вулканического тепла подземных водных источников, Паужетская установка будет работать на низкотемпературной воде (60‑100 оC).

Помимо этого, планируется увеличить мощность Мутновской геотермальной электростанции на Камчатке. Есть и другие проекты. Инвестиционная программа ГидроОГК по геотермальным объектам ориентировочно будет готова в первом квартале 2008 года. Строительство новой Паужетской ГеоЭС намечено на 2009 год. Проектирование выполняет компания «Геоинком», специалисты которой работали над созданием Мутновской электростанции.

Как отметил В. Зубакин, развитие геотермальной энергетики в России серьезно приостановилось после смерти профессора О. А. Поварова, который много лет назад был инициатором и разработчиком многих ГеоЭС, в том числе Мутновской электростанции. Новые направления в этой сфере только начинают возрождаться после долгого перерыва. Поэтому сейчас российские гидроэнергетики ориентируются преимущественно на зарубежный опыт внедрения геотермальных станций, в частности на результаты работы ГеоЭС в Исландии.

Освоение подобных технологий в России позволит открыть дополнительные возможности в обеспечении теплом и электричеством отдаленных от единой энергосистемы Камчатки и Курильских островов, где имеющиеся ресурсы возобновляемых источников энергии практически не используются, а теплоэлектроэнергию в основном дают дорогостоящие дизель-генераторы. Таким образом, геотермальные электростанции вполне могут заменить дизель-генераторы. В перспективе ГеоЭС можно будет строить в Сибири и на Кавказе, где также есть горячие подземные источники.

МНЕНИЕ

Автор научных работ по геотермальной энергетике
профессор О. А. Поваров:
Геотермальная энергетика весьма доступна. В некоторых регионах России геотермальное электро- и теплоснабжение может составить до 50‑90 процентов от общего потребления энергии (Камчатка, Курильские острова, Северный Кавказ, некоторые районы Сибири).

Создание и строительство Мутновской ГеоЭС на Камчатке позволили решить ряд практических и научных задач и построить геотермальные электростанции на Камчатке в короткие сроки, что принесло важный социальный и экономический эффект всем участникам проекта. Камчатка получила самую современную геотермальную электростанцию стоимостью около 150 миллионов долларов и до 55 МВт дешевой электроэнергии. Значительными запасами геотермального тепла обладает и Чукотка, здесь также ведутся работы по строительству объектов геотермального теплоснабжения.

Очень богаты геотермальными запасами Курильские острова. На острове Итуруп много лет ведутся исследования Океанского геотермального месторождения, обнаружены запасы двухфазного геотермального теплоносителя, которых хватит для производства 30 МВт электроэнергии. Это покроет потребности всего острова на ближайшие 100 лет. На южном острове Кунашир запасы геотермального тепла уже используются для получения электроэнергии и для теплоснабжения. Недра северного острова Парамушир менее изучены, однако известно, что и на этом острове есть значительные запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95° С.

На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой в резервуаре от 70 до 180° С, которые находятся на глубине от 300 до 5000 метров. Много лет геотермальная вода используется здесь для теплоснабжения и горячего водоснабжения. В Дагестане в 2000 году было добыто более 6 миллионов кубометров геотермальной воды. На Северном Кавказе около 500 тысяч человек обеспечены геотермальным водоснабжением. Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного использования в промышленности и сельском хозяйстве.

Провод, ГеоЭС , Гидроэнергетика , Мощность, ОГК , Электричество , Энергия , Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), Кабельная арматура, Электростанция,

Геотермальная энергетика | Возобновляемая энергия и ресурсы

Также как гидравлические, ветряные или солнечные ресурсы, геотермальные источники энергии являются чистыми, безопасными и возобновляемыми. «Геотермальный» — слово греческого происхождения и состоит из корней «тепло Земли». Геотермальной, таким образом, называют энергию, которая содержится под внешней оболочкой нашей планеты в форме тепла. Пока что человечество научилось преобразовывать в электроэнергию не все тепло, а лишь то, которое сконцентрировано в особых областях, где расплавленные массы магмы находятся очень близко к поверхности.

Геотермальные ресурсы, расположенные на доступной глубине в естественных резервуарах в форме пара или воды высокой температуры (чаще всего, дождевой), нагреваются от протекания через постоянно раскаленные области каменных пород. При наличии определенного ландшафта такие подземные источники горячей воды и пара могут превращаться при выходе на поверхность в гейзеры, горячие источники и лагуны.

Мировой рынок геотермальной энергетики

Объекты геотермальной энергетики уже работают, а также строятся в различных частях света, в том числе в таких странах как Россия, Исландия, Италия, США, Чили, Перу, Сальвадор, Филиппины и Индонезия.

Инвестиции в геотермальную энергетику в мире увеличились в 2018 году на 10% до 1,8 млрд долл.

Перспективы геотермальной энергетики в мире

Объем установленных геотермальных мощностей в мире растет примерно на 6% в год, и, по оценкам, достигнет 46 ГВт к 2035 году.

История геотермальной энергетики

Одним из первопроходцев и лидеров в этом сегменте является Италия и, в частности, компания Enel Green Power. Еще в 1904 году итальянский князь Пьетро Джинори Конти проводил в Тоскане опыты по трансформации энергии пара в электроэнергию. В 1913 году в Лардерелло была открыта первая в мире геотермальная электростанция, в 2013 года она отпраздновала свое 100-летие.

История геотермальной энергетики России начинается в середине 50-х годов прошлого столетия, когда впервые была организована группа ученых, изучавших геотермальный потенциал Камчатки, в результате чего была построена первая в СССР Паужетская геотермальная электростанция.

Этапы разработки и принципы работы геотермального проекта

Разработка геотермального энергетического проекта состоит из нескольких фаз. Сначала с помощью специальных подземных проб определяется место, где, предположительно, находится геотермальный резервуар. Следующая фаза — глубокая разведка; если геонаучные тесты подтверждают, что место выбрано правильно, бурятся скважины и на поверхности строится электростанция, либо пар по трубам перенаправляется в сторону уже существующей станции.

Экономически оправдано бурение глубиной до 5 км. Фаза глубокого бурения также сопровождается исследованиями состояния окружающей среды для наилучшего позиционирования скважины и оптимизации добычи пара.

Пар доставляется из скважин к электростанции при помощи изолированных паровых труб из стали. На электростанции пар попадает на турбину и вращает ее, а присоединенный к турбине электрогенератор вырабатывает электричество. После прохождения турбины пар охлаждается в конденсаторе и превращается в воду. Часть полученной таким образом воды возвращается в подземный природный резервуар при помощи специальных шахт обратного впрыскивания, другая часть выпускается в атмосферу.

При невысокой температуре геотермального источника (120-170°C) часто применяется технология бинарного цикла. В таких системах геотермальная жидкость используется для выпаривания другой жидкости с меньшей, чем у воды, температурой кипения, через теплообменник, а затем сразу же отправляется в систему обратного впрыска, тем самым полностью восполняя природный резервуар.

Организации, работающие в сфере геотермальной энергетики

Компании, работающие в сфере геотермальной энергетики

Проекты в сфере геотермальной энергетики

• Calistoga (Калистога) — геотермальная электростанция — 69 МВт, США, 1984
• Cerro Pabellón (Сэрро Павейон) — геотермальная электростанция — 48 МВт, Чили, 2017
• Cove Fort (Ков Форт) — геотермальная гидроэлектростанция — 25 МВт, США, 2016
• Maibarara (Майбарара) — геотермальная электростанция — 20 МВт, Филиппины, 2014
• Mak-Ban (Мак-Бан) — геотермальная электростанция — 458,5 МВт, Филиппины, 1979-1996
• Reykjanes (Рейкьянес) — геотермальная электростанция — 100 МВт, Исландия, 2006
• Sarulla (Сарулла) — геотермальная электростанция — 321 МВт, Индонезия, 2018
• Svartsengi (Свартсенги) — геотермальная электростанция — 75 МВт/190 МВт, Исландия, 2007
• Way Ratai (Вай Ратаи) — геотермальная электростанция — 55 МВт, Индонезия, 2022
• Weilheim (Вайльхайм) — геотермальная электростанция — 26 МВт, Германия, 2018
• Паужетская — геотермальная гидроэлектростанция — 12 МВт, Россия, 2021

Геотермальная энергетика: технологии и оборудование | Архив С.О.К. | 2017

В настоящее время геотермальная энергия используется в 51 стране в электрогенерирующих технологиях. За пять лет (с 2010 по 2015 годы) суммарная мощность геотермальных электростанций возросла на 16 % и составила 12 635 МВт. Существенное увеличение мощности геотермальных электростанций обусловлено экологической безопасностью, существенной экономической эффективностью и высокими показателями использования установленной мощности.

Сегодня геотермальные электростанции (ГеоЭС) эксплуатируются в 26 странах с ежегодной выработкой электроэнергии около 73 549 ГВт [1]. Ожидаемый рост установленной мощности геотермальных электростанций к 2020 году — порядка 21 443 МВт (рис. 1). Значительные показатели в области геотермальной энергетики имеют США: общая установленная мощность ГеоЭС составляет 3450 МВт при ежегодной выработке электроэнергии 16,6 МВт/ч. На втором месте Филиппины с суммарной мощностью ГеоЭС 1870 МВт, на третьем Индонезия — 1340 МВт. При этом наиболее существенный прирост мощности ГеоЭС за последние пять лет отмечен в Турции — с 91 до 397 МВт, то есть на 336 %. Далее следуют Германия — на 280 % (с 6,6 до 27 МВт) и Кения — на 194 % (с 202 до 594 МВт).

В современной геотермальной энергетике наиболее распространёнными являются ГеоЭС с тепловой схемой турбоустановки, включающей дополнительное расширение геотермального пара, общая мощность которой составляет 5079 МВт. На перегретом геотермальном паре работают энергоблоки ГеоЭС суммарной мощностью 2863 МВт. Общая мощность энергоблоков ГеоЭС с двумя ступенями расширения пара равна 2544 МВт.

Геотермальные бинарные энергоблоки с органическим циклом Ренкина получают всё большее распространение, и на сегодняшний момент их суммарная мощность превышает 1800 МВт. Средняя единичная мощность бинарных энергоблоков равна 6,3 МВт, энергоблоков с одним давлением сепарации — 30,4 МВт, с двумя давлениями сепарации — 37,4 МВт, а энергоблоков, работающих на перегретом паре, — 45,4 МВт.

Основной прирост установленной мощности современных геотермальных электростанций в мире в последние годы осуществляется в значительной степени за счёт сооружения новых ГеоЭС с энергоблоками бинарного цикла.

Технологические схемы современных ГеоЭС можно классифицировать по фазовому состоянию геотермального теплоносителя, типу термодинамического цикла и применяемых турбин (рис. 2). Геотермальные электростанции работают на геотермальном теплоносителе в виде перегретого пара, пароводяной смеси и горячей воды. Прямой цикл ГеоЭС характеризуется использованием во всём технологическом тракте в качестве рабочей среды геотермального теплоносителя.

ГеоЭС с бинарным циклом в основном применяются на месторождениях с низкотемпературной горячей водой (90–120 °C), которые характеризуются использованием во втором контуре низкокипящего рабочего тела. Двухконтурные ГеоЭС предполагают использование бинарного и комбинированного бинарного циклов. В комбинированном цикле ГеоЭС паровая турбина работает на геотермальном паре, а утилизация тепла отработавшего или сбросного геотермального теплоносителя в виде жидкой фазы осуществляется в бинарной энергоустановке второго контура.

Конденсационные турбины одноконтурных ГеоЭС работают на геотермальном перегретом паре, а также на насыщенном паре, отсепарированном из пароводяной смеси. Турбины с противодавлением используются на одноконтурных ГеоТЭС, которые наряду с выработкой электроэнергии обеспечивают теплом системы теплоснабжения.

В настоящее время в России энергоблоки с противодавленческими турбинами эксплуатируются на островах Кунашир и Итуруп (входят в Курильскую гряду). На Калужском турбинном заводе были разработаны энергоблоки «Омега-500», «Туман-2,0» и «Туман-2,5» [2].

Противодавленческие турбоустановки значительно проще конденсационных по своей конструкции, поэтому их цена существенно ниже.

Достаточно часто применяются технологические схемы одноконтурных ГеоЭС с одним, двумя и тремя давлениями сепарации, так называемые схемы SingleFlash, Double-Flash и Triple-Flash, соответственно. Так, ГеоЭС с двумя и тремя давлениями сепарации предполагают использование дополнительного вторичного пара, полученного в расширителе вследствие вскипания сепарата. Это позволяет увеличить использование тепла геотермального флюида по сравнению с ГеоЭС с одним давлением сепарации.

Геотермальные паротурбинные установки производят компании в Японии, США, Италии и России.

В табл. 1 представлены основные фирмы-производители современных паровых турбоустановок и оборудования для геотермальных электростанций. Конструкция геотермальных турбин обладает рядом особенностей, которые обусловлены использованием низкопотенциального геотермального насыщенного пара в качестве рабочей среды, отличающейся коррозионной агрессивностью и склонностью к образованию отложений.

К современным передовым технологиям повышения эффективности геотермальных турбин можно отнести:

• внутриканальную сепарацию влаги в проточной части турбины, включая периферийную сепарацию влаги, отвод влаги через щели в полых сопловых лопатках и ступень-сепаратор;
• системы периодической промывки проточной части и концевых уплотнений на работающей турбине;
• применение технологии управления физико-химическими свойствами геотермального теплоносителя присадками поверхностно-активных веществ;
• снижение потерь в турбинных решётках за счёт оптимизации геометрии сопловых и рабочих лопаток, включая использование высокоэффективных саблевидных лопаток.

Так, в конструкции геотермальной паровой турбины ОАО «КТЗ» мощностью 25 МВт для Мутновской ГеоЭС применены специальные устройства для сепарации влаги, позволяющие удалить до 80 % жидкой фазы в виде крупных капель и жидких плёнок из проточной части [3]. Начиная с четвёртой турбинной ступени, в проточной части применена развитая система периферийной сепарации влаги. В седьмой и восьмой ступенях обоих потоков турбины используется внутриканальная сепарация влаги в сопловых решётках. Достаточно эффективным методом удаления влаги является применение специальной турбинной ступени-сепаратора, которая позволяет увеличить КПД турбина почти на 2 %.

Солесодержание пара, поступающего в проточную часть турбин ГеоЭС, зависит от минерализации исходного геотермального флюида и эффективности разделения фаз в сепарационных устройствах. Эффективность сепарационных устройств в значительной степени определяет степень заноса проточной части турбин солеотложениями, а также влияет на интенсивность каплеударной эрозии турбинных лопаток и коррозионного растрескивания металла элементов проточной части турбин.

В технологических схемах современных геотермальных электростанций применяются вертикальные и горизонтальные сепараторы. Вертикальные сепараторы используются в основном на ГеоЭС, построенных при участии новозеландских специалистов в Новой Зеландии, Филиппинах и др. странах. Горизонтальные сепараторы применяются в геотермальных энергоблоках в России, США, Японии и Исландии. Причём до 70 % ГеоЭС в мире работает с вертикальными сепараторами [4]. Вертикальные сепараторы способны в среднем обеспечивать степень сухости пара на выходе до 99,9 %. При этом их эффективность существенно зависит от режимных параметров: расхода и давления влажного пара, влагосодержания пароводяной смеси (ПВС), уровня жидкости в сепараторе и др.

В России разработаны и эксплуатируются на энергоблоках ГеоЭС горизонтальные сепараторы, отличающиеся высокой эффективностью и малогабаритными характеристиками. Степень сухости пара на выходе из сепаратора достигает 99,99 %. В основу этих разработок легли исследования и технологии предприятий, производящих оборудование для АЭС, судостроения и других отраслей [5]. Такие сепараторы установлены и успешно работают в модульных энергоблоках ВерхнеМутновской ГеоЭС и на первой очереди Мутновской ГеоЭС (рис. 3).

Преимущество бинарных установок, заключающееся прежде всего в возможности производить электроэнергию на основе низкотемпературного источника тепла, в значительной степени определило основные направления их применения. Особенно целесообразно использование бинарных установок для:

• энергообеспечения (также и автономного) регионов, обладающих низкотемпературными геотермальными ресурсами;
• повышения мощности действующих ГеоЭС, работающих на высокотемпературном геотермальном теплоносителе, без бурения дополнительных скважин;
• повышение эффективности использования геотермальных источников за счёт применения бинарных установок в технологических схемах вновь проектируемых комбинированных геотермальных электростанций.

Теплофизические, термодинамические и др. свойства органических низкокипящих веществ оказывают существенное влияние на вид и эффективность теплового цикла, технологические параметры, конструкцию и характеристики оборудования, режимы эксплуатации, надёжность и экологичность бинарных установок.

На практике применяются около 15-ти различных низкокипящих органических веществ и смесей в качестве рабочего тела бинарных установок. По факту в настоящее время геотермальные бинарные энергоблоки в основном работают на углеводородах — около 82,7 % от суммарной установленной мощности бинарных энергоблоков в мире, фторуглеродах — 6,7 %, хлорфторуглеродах — 2,0 %, водно-аммиачной смеси — 0,5 %, отсутствуют данные по рабочему телу для 8,2 % [6].

Геотермальные электростанции с комбинированным бинарным циклом отличаются тем, что геотермальный флюид первого контура не только является источником тепла для второго контура, но и непосредственно используется для преобразования теплоты в механическую работу в паровой турбине.

Паровая фаза геотермального двухфазного теплоносителя используется непосредственно для выработки электрической энергии путём расширения в паровой турбине с противодавлением, а теплоту конденсации геотермального пара (а также сепарата) направляют во второй низкотемпературный контур, в котором для выработки электроэнергии используется органическое рабочее тело. Применение подобной комбинированной схемы ГеоЭС особенно целесообразно в случаях, когда исходный геотермальный флюид содержит большое количество неконденсирующихся газов, поскольку затраты энергии на удаление их из конденсатора могут быть значительными.

Результаты термодинамических расчётов [7] показывают, что при всех равных исходных условиях использование бинарного энергоблока в геотермальных электростанциях комбинированного цикла может увеличить мощность ГеоЭС типа Single-Flash на 15 %, а ГеоЭС DoubleFlash — на 5 %. В настоящее время бинарные установки производятся на заводах в США, Германии, Италии, Швеции, России и др. странах. Сведения о некоторых технических характеристиках бинарных установок, выпускаемых различными производителями, представлены в табл. 2.

На рис. 4 представлены данные о стоимости установленной мощности в 1 кВт при сооружении различных ГеоЭС с турбоустановками на геотермальном паре и низкокипящем органическом рабочем теле, свидетельствующие о зависимости стоимости ГеоЭС от применяемого цикла и температуры геотермального геофлюида.

Наиболее перспективными российскими геотермальными энергетическими проектами являются расширение Мутновской ГеоЭС (50 МВт) и Верхне-Мутновской ГеоЭС (12 МВт) комбинированными (с бинарным циклом) энергоблоками мощностью 10 и 6,5 МВт, соответственно, за счёт утилизации тепла их сбросного теплоносителя без бурения дополнительных скважин, а также строительство второй очереди Мутновской ГеоЭС мощностью 50 МВт.

Выводы

1. В мировой геотермальной энергетике применяются технологические схемы с ГеоЭС прямого, бинарного и комбинированного циклов — в зависимости от фазового состояния и температуры геотермального теплоносителя.
2. Основной прирост в суммарной установленной мощности ГеоЭС в мире в последние годы осуществляется за счёт развития бинарных геотермальных энерготехнологий.
3. Удельная стоимость установленной мощности геотермальных энергоблоков существенно зависит от температуры геотермального теплоносителя и с её увеличением резко снижается.

Геотермальная электростанция (ГеоЭС или ГеоТЭС) — Что такое Геотермальная электростанция (ГеоЭС или ГеоТЭС)?

ГеоЭС — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров)

Геотермальная электростанция (ГеоЭС или ГеоТЭС, Geothermal power plants) — вид электростанции, которая вырабатывает электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников (например, гейзеров).

Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли. 

Достичь этого тепла можно с помощью скважин.

Геотермический градиент в скважине возрастает на 1°C каждые 36 м. 

Это тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды. 

Такое тепло может использоваться как непосредственно для обогрева домов и зданий, так и для производства электроэнергии. 

Термальные регионы имеются во многих частях мира.

По различным подсчетам, температура в центре Земли составляет минимум 6 650°C.

Скорость остывания Земли примерно равна 300-350°C в миллиард лет.

Земля выделяет 42·1012 Вт тепла, из которых 2% поглощается в коре и 98% — в мантии и ядре.

Современные технологии не позволяют достичь тепла, которое выделяется слишком глубоко, но и 840 млрд Вт (2%) доступной геотермальной энергии могут обеспечить нужды человечества на долгое время.

Области вокруг краев континентальных плит являются наилучшим местом для строительства геотермальных станций, потому что кора в таких зонах намного тоньше.

Существует несколько способов получения энергии на ГеоТЭС:

• прямая схема: пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами;

• непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;

• смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.

В СССР 1^я геотермальная электростанция — Мутновская ГеоЭС. 

Она была построена в 1966 г. на Камчатке, в долине р. Паужетка. 

Ее мощность — 11 МВт.

На Мутновском месторождении термальных вод 29 декабря 1999 г. запущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт (на 2004 г.).

10 апреля 2003 г. запущена в эксплуатацию 1^я очередь Мутновской ГеоЭС. 

Установленная мощность на 2007 г. — 50 МВт.

Планируемая мощность станции составляет 80 МВт.

Выработка в 2007 г. — 360,687 млн кВт·ч. 

Станция полностью автоматизирована.

2002 г. — введен в эксплуатацию 1^й пусковой комплекс Менделеевская ГеоТЭС мощностью 1,8 МВт в составе энергомодуля Туман-2А и станционной инфраструктуры.

2.8. Геотермальная энергетика — Энергетика: история, настоящее и будущее

2.8. Геотермальная энергетика

Выражение «геотермальная энергия» буквально означает, что это энергия тепла Земли («гео» – земля, «термальная» – тепловая). Основным источником этой энергии служит постоянный поток теплоты из раскаленных недр, направленный к поверхности Земли. Земная кора получает теплоту в результате трения ядра, радиоактивного распада элементов (подобно торию и урану), химических реакций. Постоянные времени этих процессов настолько велики относительно времени существования Земли, что невозможно оценить, увеличивается или уменьшается ее температура.

Запасы геотермальной энергии огромны. Геотермальная энергия в ряде стран (Венгрии, Исландии, Италии, Мексики, Новой Зеландии, России, США, Японии) широко используется для теплоснабжения, выработки электроэнергии. Так, в Исландии за счет геотермальной энергии обеспечивается 26,5% выработки электроэнергии.

В 2004 г. в мире суммарная мощность геотермальных электростанций составила около 9 млн. кВт, а геотермальных систем теплоснабжения – около 20 млн.кВт (тепловых). По прогнозам мощность геоТЭС может составить около 20 млн.кВт, а выработка электроэнергии – 120 млрд. кВт·ч.

Различают пять основных типов геотермальной энергии:

• нормальное поверхностное тепло Земли на глубине от нескольких десятков до сотен метров;
• гидротермальные системы, то есть резервуары горячей или теплой воды, в большинстве случаев самовыливной;
• парогидротермальные системы – месторождения пара и самовыливной пароводяной смеси;
• петрогеотермальные зоны или теплота сухих горных пород;
• магма (нагретые до 1300°С расплавленные горные породы).

Гейзеры в Исландии

Геотермальная энергия обеспечивает теплом столицу Исландии Рейкьявик. Уже в 1943 г. там были пробурены 32 скважины на глубину от 440 до 2400 м, по которым к поверхности поднимается вода с температурой от 60 до 130°С. Девять из этих буровых скважин действуют и по сей день.

ГеоТЭС Несьявеллир, Исландия

Таблица 2.5 Сфера использования термальных вод

Температура термальной воды, °С	Сфера использования
37–50	Бальнеология
50–70	Мелкомасштабная теплофикация, горячее водоснабжение, технологическое использование воды
70–120	Крупномасштабная теплофикация (города и большие сельскохозяйственные объекты), комплексное многоцелевое использование вод по мере выработки теплового потенциала
120–170	«Малая» электроэнергетика с использованием низкокипящих рабочих веществ типа фреона, аммиака и др.
170–220	«Средняя» электроэнергетика с прямым использованием пароводяной смеси
Больше 220	«Большая» электроэнергетика на природном сухом паре

Рис. 2.29. Схема геотермального теплоснабжения с использованием агрессивных геотермальных вод: 1 – подземный коллектор; 2 – приемная скважина; 3 – газошламоотделитель; 4 – нагнетательный насос; 5 – нагнетательная скважина; 6 – теплообменник системы отопления; 7 – насос системы отопления; 8 – теплообменник системы горячего водоснабжения; 9 – отопительная система; 10 – система горячего водоснабжения; 11 – источник воды горячего водоснабжения; 12 – система утилизации газов и шламов

Мутновская геоТЭС, Россия

Среди месторождений глубинной теплоты Земли существуют термоаномальные зоны месторождений теплоты, которые имеют повышенный геотермальный градиент в водонасыщенных проникающих горных породах. Таким образом, проявлением геотермальной теплоты, имеющей практическое значение, являются запасы горячей воды и пара в подземных резервуарах на относительно небольших глубинах и гейзеры, которые выходят на поверхность.

Геотермальные воды классифицируют по температуре, кислотности, уровню минерализации, жесткости.

Основным показателем пригодности геотермальных источников для использования является их природная температура, согласно которой они подразделяются на низкотермальные воды с температурой 40–70°С; среднетермальные воды с температурой 70–100°С; высокотермальные воды и пар с температурой 100–150°С; парогидротермы и флюиды с температурой выше 150°С.

Гейзеры в США

В США в Долине гейзеров расположено 19 геоТЭС общей мощностью 1300 МВт. Мощнейшая в мире геоТЭС (50 МВт) построена тоже в США – геоТЭС Хебер.

Гейзеры на Камчатке, Россия

Пригодность термальных вод для той или иной сферы использования иллюстрируется табл. 2.5.

В качестве примера на рис. 2.29 приведена одна из схем использования геотермальных вод для отопления и горячего водоснабжения, при этом рассматриваются воды особой агрессивности, которые непосредственно использовать невозможно.

Рис. 2.30. Принципиальная схема двухконтурной геоТЭС: 1 – скважина; 2 – теплообменник; 3 – парогенератор; 4 – турбина; 5 – электрогенератор; 6 – воздухоохлаждаемый конденсатор; 7 – конденсато-питательный насос; 8 – нагнетательный насос

Геотермальные электростанции (геоТЭС) имеют ряд особенностей:

• постоянный излишек энергоресурсов, что обеспечивает использование полной установленной мощности оборудования геоТЭС;
• достаточно простой уровень автоматизации;
• последствия возможных аварий ограничиваются территорией станции;
• удельные капиталовложения и себестоимость электрической энергии в основном могут быть ниже, чем на электростанциях, использующих другие возобновляемые источники энергии.

ГеоТЭС можно разделить на три основных типа:

• станции, работающие на месторождениях сухого пара;
• станции с парообразователем, работающие на месторождениях горячей воды под давлением;
• станции с бинарным циклом, в которых геотермальная теплота передается вторичной жидкости (например фреону или изобутану) и происходит классический цикл Ренкина.

На рис. 2.30 приведена принципиальная схема станции третьего типа – с бинарным циклом работы.

Наибольший эффект имеет место при комбинированных схемах использования геотермальных источников как теплоносителя для подогрева воды и выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, что обеспечивает значительную экономию органического топлива и увеличивает к.п.д. преобразования низкопотенциальной энергии. Такие комбинированные схемы позволяют использовать для выработки электроэнергии теплоносители с начальными температурами свыше 70–80°С.

Сегодня 58 стран используют тепло своих геотермальных ресурсов не только на производство электроэнергии, а непосредственно в виде тепла: для обогрева ванн и бассейнов – 42%; для отопления – 23%; для тепловых насосов – 12%; для обогрева теплиц – 9%; для подогрева воды в рыбных хозяйствах – 6%; в промышленности – 5%; для других целей – 2%; для сушения сельхозпродуктов, таяния снега и кондиционирования – 1%.

ГеоТЭС, построенные в США, Италии, России и других странах, по удельным капвложениям и стоимости электроэнергии могут конкурировать с современными ТЭС и АЭС.

В 2008 г. в мире установленная мощность электрогенерирующих геотермальных установок составила около 11 млн. кВт с выработкой около 55 млрд. кВт·ч.

Геотермальная электростанция в Исландии

По разным прогнозам мощность геотермальных станций к 2030 г. возрастет до 40–70 млн. кВт.

В Украине имеются значительные ресурсы геотермальной энергии. Месторождения геотермальных вод, пригодных к промышленному освоению в Украине, расположены в Закарпатской, Николаевской, Одесской, Херсонской областях и в АР Крым. Самыми перспективными для использования геотермальных ресурсов являются Карпатский регион и Крым. Менее значительный потенциал геотермальных вод имеется в Полтавской, Харьковской, Сумской и Черниговской областях. Годовой технический потенциал геотермальной энергии оценивается как эквивалентный 12 млн. т у.т., что обеспечивает перспективность развития геотермальной энергетики в стране.

как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс / Блог компании Toshiba / Хабр

Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.

Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.

Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.

Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.

Немного о тепле Земли

Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.

Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1

Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.

Виды геотермальных электростанций

В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.

Гидротермальная станция

Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.

ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy

Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.

Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.

ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy

Петротермальная станция

Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.

Упрощенная схема петротермальной электростанции

Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.

Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.

В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.

Преимущества геотермальной энергетики

Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.

Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.

Стабильность. Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.

Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.

Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.

Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.

Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.

Недостатки геотермальной энергетики

Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.

Результат воздействия геотермальной воды на металлы.

При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.

Высокая стоимость за киловатт. Несмотря на относительную простоту конструкции ГеоТЭС, первичные вложения в их строительство немалые. Много средств уходит на геологоразведку и анализ, в результате чего себестоимость геотермальных станций колеблется на уровне $2800/кВт установленной мощности. Для сравнения: ТЭС — $1000/кВт, ветряки — $1600/кВт, солнечная электростанция — $1800-2000/кВт, АЭС — около $6000/кВт. Причём для ГеоТЭС приведена усреднённая стоимость, которая может сильно варьироваться в зависимости от страны, рельефа, химического состава пара и глубины бурения.

Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.

Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.

Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3

Где всё это работает и насколько это перспективно

По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.

Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидеров по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.

Первая геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Она вырабатывала 23,5 МВт, а турбину и генератор для неё произвела Toshiba. В 2010-х годах геотермальная энергия стала наиболее востребованной в странах Африки, где началось активное заключение контрактов и строительство ГеоТЭС. В 2015 году в Кении была открыта станция Olkaria IV, одна из четырёх, находящаяся в зоне Олкария в 120 км от Найроби, с мощностью 140 МВт. С ее помощью правительство снижает зависимость от гидроэлектростанций, сброс воды из которых часто приводит к разрушительным наводнениям.

ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba

ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.

В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.

Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.

Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.

На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.

Объяснение геотермальной энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия — это тепло земли. Слово геотермальное происходит от греческих слов geo (земля) и therme (тепло). Геотермальная энергия — это возобновляемый источник энергии, потому что тепло постоянно вырабатывается внутри Земли. Люди используют геотермальное тепло для купания, обогрева зданий и выработки электроэнергии.

Источник: адаптировано из графика Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Геотермальная энергия исходит из недр земли

Медленный распад радиоактивных частиц в ядре Земли, процесс, который происходит во всех породах, производит геотермальную энергию.

Земля состоит из четырех основных частей или слоев:

• Внутреннее ядро ​​из твердого железа диаметром около 1500 миль
• Внешнее ядро ​​горячей расплавленной породы, называемой магмой, толщиной около 1500 миль.
• Мантия из магмы и горных пород, окружающая внешнее ядро, толщиной около 1800 миль
• Корка твердой породы, которая образует континенты и дно океана, толщиной от 15 до 35 миль под континентами и от 3 до 5 миль под океанами

Ученые обнаружили, что температура внутреннего ядра Земли составляет около 10 800 градусов по Фаренгейту (° F), что соответствует температуре поверхности Солнца.Температуры в мантии колеблются от примерно 392 ° F на верхней границе с земной корой до примерно 7230 ° F на границе мантия-ядро.

Земная кора разбита на части, называемые тектоническими плитами. Магма приближается к поверхности земли около краев этих плит, где происходит множество вулканов. Лава, извергающаяся из вулканов, частично является магмой. Скалы и вода поглощают тепло от магмы глубоко под землей. Скалы и вода, обнаруженные глубоко под землей, имеют самые высокие температуры.

Последнее обновление: 19 ноября 2020 г.

Использование геотермальной энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

• Системы прямого использования и централизованного теплоснабжения
• Геотермальные электростанции
• Геотермальные тепловые насосы

Системы прямого использования и централизованного теплоснабжения

В системах прямого использования и централизованного теплоснабжения используется горячая вода из источников или резервуаров, расположенных у поверхности земли.Древние римские, китайские и индейские культуры использовали горячие минеральные источники для купания, приготовления пищи и обогрева. Сегодня многие горячие источники по-прежнему используются для купания, и многие люди считают, что горячие, богатые минералами воды полезны для здоровья.

Геотермальная энергия также используется для прямого обогрева отдельных зданий и для обогрева нескольких зданий с помощью систем централизованного теплоснабжения. Горячая вода у поверхности земли подается в здания для обогрева. Система централизованного теплоснабжения обеспечивает теплом большинство зданий в Рейкьявике, Исландия.

Промышленные применения геотермальной энергии включают обезвоживание (сушку) пищевых продуктов, добычу золота и пастеризацию молока.

Производство геотермальной электроэнергии

Для производства геотермальной электроэнергии требуется вода или пар при высоких температурах (от 300 ° до 700 ° F). Геотермальные электростанции обычно строятся там, где расположены геотермальные резервуары, в пределах одной или двух миль от поверхности земли.

Соединенные Штаты являются мировыми лидерами по производству геотермальной электроэнергии.В 2020 году в семи штатах были геотермальные электростанции, которые производили около 17 миллиардов киловатт-часов (кВтч), что составляет 0,4% от общего объема выработки электроэнергии коммунальными предприятиями США.

Государства с геотермальными электростанциями в 2020 году

	Доля государства в общем производстве геотермальной электроэнергии в США	Доля геотермальной энергии в общем объеме производства электроэнергии государством
Калифорния	70.5%	6,1%
Невада	24,5%	10,2%
Юта	2,1%	1,0%
Гавайи	1,2%	2,2%
Орегон	0,9%	0,2%
Айдахо	0.5%	0,5%
Нью-Мексико	0,3%	0,2%

Международное производство геотермальной электроэнергии

В 2018 году 27 стран, включая США, произвели в общей сложности около 83 миллиардов кВтч электроэнергии за счет геотермальной энергии. Индонезия была вторым по величине производителем геотермальной электроэнергии после США, производя почти 14 миллиардов кВтч электроэнергии, что равнялось примерно 5% от общего объема производства электроэнергии в Индонезии.Кения была восьмым по величине производителем геотермальной электроэнергии с производительностью около 5 миллиардов кВтч, но на нее приходилась самая большая доля общего годового производства электроэнергии за счет геотермальной энергии — 46%.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальные тепловые насосы используют постоянные температуры у поверхности земли для обогрева и охлаждения зданий. Геотермальные тепловые насосы передают тепло от земли (или воды) зданиям зимой и обращают вспять процесс летом.

Последнее обновление: 22 марта 2021 г.Данные по США являются предварительными на 2020 год.

Основы геотермальной энергетики | Министерство энергетики

Геотермальная энергия — гео (земля) + тепловая (тепло) — это тепловая энергия земли.

Что такое геотермальный ресурс?

Геотермальные ресурсы — это резервуары горячей воды, которые существуют при различных температурах и на глубине ниже поверхности Земли. В подземные резервуары можно пробурить скважины глубиной мили и более для отбора пара и очень горячей воды, которые могут быть выведены на поверхность для использования в различных сферах, включая производство электроэнергии, прямое использование, а также отопление и охлаждение.В США большинство геотермальных резервуаров расположено в западных штатах.

Преимущества геотермальной энергии

Возобновляемые источники —При правильном управлении резервуаром скорость извлечения энергии может быть уравновешена естественной скоростью восполнения тепла резервуара.

Базовая нагрузка —Геотермальные электростанции вырабатывают электроэнергию стабильно, работая 24 часа в сутки / 7 дней в неделю, независимо от погодных условий.

Внутренний —U.Геотермальные ресурсы можно использовать для производства электроэнергии без импорта топлива.

Компактность —Геотермальные электростанции компактны; используя меньше земли на ГВтч (404 м ² ), чем уголь (3642 м ² ) ветер (1335 м ² ) или солнечные фотоэлектрические станции с центральной станцией (3237 м ² ). *

Clean — Современные геотермальные электростанции замкнутого цикла не выбрасывают парниковые газы; Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла (50 г CO ₂ экв / кВтч) в четыре раза меньше, чем у солнечных фотоэлектрических систем, и в 6-20 раз меньше, чем у природного газа.Геотермальные электростанции в среднем потребляют меньше воды в течение всего срока службы, чем самые традиционные технологии производства. **

Управление геотермальных технологий уделяет особое внимание использованию этого чистого внутреннего природного ресурса для выработки электроэнергии за счет ускорения краткосрочного использования гидротермальных и низкотемпературных источников. принятие и смелое развитие EGS в качестве преобразующего игрока, создавая коммерческий путь к крупномасштабным воспроизводимым системам.

Гидротермальные системы

Низкотемпературные и совместно производимые ресурсы

Усовершенствованные геотермальные системы (EGS)

Портфель проектов Департамента энергетики продолжает изучение новых технологий в этих областях, чтобы ускорить внедрение геотермальной энергии в Америке.

---

* Управление геотермальной энергии. Путеводитель по геотермальной энергии и окружающей среде. 2007.

** Аргоннская национальная лаборатория. Результаты анализа жизненного цикла геотермальных систем по сравнению с другими энергосистемами; Рис. 16, стр. 43. Август 2010 г.

Аргоннская национальная лаборатория. Использование воды при разработке и эксплуатации геотермальных электростанций; Таблица 4-3, стр. 26. Январь 2011 г.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — это тепло, получаемое в недрах земли.Вода и / или пар переносят геотермальную энергию на поверхность Земли. В зависимости от характеристик геотермальная энергия может использоваться для отопления и охлаждения или использоваться для производства чистой электроэнергии. Однако для выработки электроэнергии требуются высокотемпературные или среднетемпературные ресурсы, которые обычно расположены близко к тектонически активным регионам.

Этот ключевой возобновляемый источник покрывает значительную долю спроса на электроэнергию в таких странах, как Исландия, Сальвадор, Новая Зеландия, Кения и Филиппины, и более 90% спроса на тепло в Исландии.Основные преимущества заключаются в том, что он не зависит от погодных условий и имеет очень высокие коэффициенты пропускной способности; по этим причинам геотермальные электростанции могут поставлять электроэнергию базовой нагрузки, а также в некоторых случаях предоставлять вспомогательные услуги для обеспечения гибкости в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

Существуют различные геотермальные технологии с разными уровнями зрелости. Технологии прямого использования, такие как централизованное теплоснабжение, геотермальные тепловые насосы, теплицы и другие приложения, широко используются и могут считаться зрелыми.Технология производства электроэнергии из гидротермальных резервуаров с естественной высокой проницаемостью также является зрелой и надежной и работает с 1913 года. Многие из действующих сегодня электростанций представляют собой установки с сухим паром или мгновенные установки (одинарные, двойные и тройные), использующие температуры более 180 ° C. Однако среднетемпературные поля все больше и больше используются для производства электроэнергии или для комбинированного производства тепла и электроэнергии благодаря развитию технологии бинарного цикла, в которой геотермальная жидкость используется через теплообменники для нагрева технологической жидкости в замкнутом контуре.Кроме того, разрабатываются новые технологии, такие как усовершенствованные геотермальные системы (EGS), которые находятся на стадии демонстрации.

Для содействия более широкому развитию геотермальной энергетики IRENA координирует и содействует работе Глобального геотермального альянса (GGA) — платформы для расширенного диалога и обмена знаниями для скоординированных действий по увеличению доли установленной геотермальной электроэнергии и тепла во всем мире.

Для содействия более широкому развитию геотермальной энергетики IRENA координирует и содействует работе

Global Geothermal Alliance (GGA) — платформы для расширенного диалога и обмена знаниями для скоординированных действий по увеличению доли установленной геотермальной электроэнергии и тепла во всем мире.

---

---

жидких углеводородов природного газа стимулируют геотермальные технологии | Ригзона

Геотермальная энергия, обычно связанная с водой из горячих источников, гейзеров или шлейфов пара, зависит от подземного тепла. Канадская компания разработала геотермальную технологию, которая удаляет воду из уравнения, потенциально расширяя область применения возобновляемых ресурсов.

«Геотермальная энергия, происходящая от греческих корней, означает« земля »и« горячая »и буквально означает, что мы поднимаем тепло от земли», — сказал Rigzone Крис Ченг, старший инженер-разработчик Eavor.«Это тепло затем можно использовать напрямую или преобразовать в электричество с помощью энергоблока».

В отличие от традиционных подходов к использованию геотермальной энергии, технология Eavor использует энергетическую систему с замкнутым контуром, которая устраняет необходимость в поиске ресурсов горячей воды или пара, продолжил Ченг.

«Поскольку под землей повсюду тепло, технология Eavor применима во многих других местах, чем традиционные геотермальные источники, в местах, где эта горячая вода или пар может отсутствовать», — сказал он.

Ченг объяснил, что технология его компании генерирует электричество, доводя тепло до поверхности земли с помощью рабочей жидкости внутри системы «Eavor-Loop», обмениваясь теплом с рабочей жидкостью — часто одной из двух жидкостей природного газа — используемых в энергетике. генераторный агрегат.

«Для применения в органическом цикле Ренкина эта рабочая жидкость обычно представляет собой бутан или пентан, показанные красным контуром и выбираемые из-за его температуры кипения ниже температуры кипения воды», — сказал Ченг, ссылаясь на диаграмму ниже, которая иллюстрирует замкнутый контур Eavor. технология.«Рабочей жидкости позволяют испаряться и расширяться в силовой турбине, которая превращает ее в энергию вращения, производя электричество. Рабочая жидкость охлаждается и снова конденсируется в жидкость, и она снова готова собирать тепло от Eavor-Loop ».

На этой диаграмме показано, как работает геотермальная технология Eavor с обратной связью. ИСТОЧНИК ИЗОБРАЖЕНИЯ: Eavor

«Хотя энергоблок не является уникальным для Eavor, новинка Eavor с замкнутым контуром снижает риск разведки — нет необходимости в горячих водоносных горизонтах — и обеспечивает большую предсказуемость и оперативный контроль, включая возможность диспетчеризации», — сказал Ченг.

Новинка геотермальной технологии, очевидно, понравится двум крупным игрокам нефтегазовой отрасли, которые направили инвестиционные доллары в Eavor. Узнайте, какие компании поддерживают разработчика технологий, из следующих отрывков из разговора Rigzone с Ченгом.

Rigzone: Где в Северной Америке имеется достаточный геотермальный потенциал для устойчивой диверсификации энергобаланса?

Chris Cheng: Средний геотермальный градиент во всем мире составляет около 30 градусов Цельсия (86 градусов по Фаренгейту) на километр (0.6 миль), что означает, что в среднем температура увеличивается на 30 градусов на каждый километр, который вы пробуриваете в земле.

Все сводится к цене, и Eavor считает, что в большинстве мест в мире, включая всю Северную Америку, есть геотермальный потенциал как для тепла, так и для электричества. На данный момент, несмотря на то, что технология является новой и затраты высоки, Eavor нацелена на регионы, где цены на тепло и электроэнергию также высоки, например, в Германии, Нидерландах или Японии. В этих странах действуют так называемые «зеленые тарифы», которые помогают поддержать переход на возобновляемые источники энергии.

Eavor прилагает все усилия, чтобы снизить стоимость своей технологии, чтобы она могла быть рентабельной в любом месте, сопоставимой с ценами, которые мы видим сейчас на ветровую и солнечную энергию, но с дополнительным преимуществом диспетчеризации и небольшой занимаемой площади.

Rigzone: Что выделяет геотермальную энергию как возобновляемый ресурс?

Cheng: По сравнению с ветровой и солнечной, геотермальная энергия занимает относительно небольшую площадь, что важно в юрисдикциях, где площадь поверхности может быть в дефиците.

Во-вторых, как упоминалось ранее, конструкция Eavor с замкнутым контуром позволяет улучшить оперативное управление, что делает Eavor-Loop как следящим за нагрузкой, так и управляемым. Тепло в земле присутствует всегда, а ветер и солнце могут быть не всегда.

Rigzone: Где, по вашему мнению, геотермальные источники внесут вклад в энергетический переход, особенно в Северной Америке?

Cheng: Eavor считает себя вписывающейся в структуру энергетики наряду с другими возобновляемыми источниками энергии.Он может заполнить пробелы, где ветер, солнце и традиционная геотермальная энергия менее эффективны, например, ночью, при неблагоприятной погоде или там, где геология не поддерживает традиционную геотермальную энергию.

Rigzone: Какие самые большие заблуждения вы слышите о геотермальной энергии, возможно, от нефтегазового сообщества? Как их преодолеть?

Cheng: Мы получаем много вопросов об индуцированной сейсмичности или гидроразрывах, которые в некоторых местах могут не сработать.В замкнутой системе Eavor отсутствует гидроразрыв и очень, очень низкая вероятность индуцированной сейсмичности, поэтому важно, чтобы мы информировали потенциальных клиентов и партнеров о том, что отличает нашу технологию от традиционных.

В то время как мы перенимаем технологии из нефти и газа, технология Eavor устраняет некоторые предполагаемые негативные аспекты, которые могут быть связаны с усовершенствованными геотермальными системами или добычей углеводородов, например, гидроразрывом.

По большому счету, заблуждения не так серьезны — это можно преодолеть с помощью нескольких технических совещаний — и общий прием был положительным.Наш последний раунд инвестиций в феврале 2021 года, который включал bp (NYSE: BP) и Chevron (NYSE: CVX), является хорошим показателем того, что нас приняли как минимум некоторые крупные игроки нефтегазовой отрасли. жизнеспособное решение.

Rigzone: Где вы видите возможности рынка геотермальной энергии для игроков нефтегазовой отрасли, таких как операционные компании, буровые компании, поставщики услуг и оборудования и т. Д.?

Cheng: Одна из причин, по которой Eavor базируется в Калгари, заключается в огромном количестве геолого-геофизических и инженерных знаний, которые существуют благодаря нефтегазовым корням этого города.Технический персонал, поставщики услуг и оборудования имеют много возможностей переключиться на геотермальную промышленность из-за большого количества совпадений между этими двумя отраслями.

Например, как инженер-разработчик моя работа очень похожа на нефть и газ. Мы должны выбрать хорошее место для бурения Eavor-Loop, что начинается с хорошей геологической и геофизической работы, затем мы должны спроектировать скважину и потратить капитал на бурение скважины и строительство объекта и, наконец, продать товар по прогнозируемой цене. цена на долгие годы.

Знакомо? Для геотермальной энергии товаром вместо нефти и газа являются тепло и энергия, но процесс разработки и финансовое моделирование очень похожи!

Чтобы связаться с автором, напишите по электронной почте [email protected] . Узнайте больше о геотермальной энергии в недавних статьях Rigzone, в которых обсуждаются бесхозных нефтяных и газовых скважин , рыночные возможности и сотрудничество и технология сверхглубокого бурения .

Колодец поддержки тепла Геотермальные инновации

Возникает новый интерес к одному из старейших ресурсов мира, поскольку правительства и инвесторы во всем мире ищут передовые способы использования геотермальной энергии.

Геотермальные скважины вырабатывают энергию более века и в течение последних нескольких десятилетий являются важной частью энергетических портфелей многих стран. Несмотря на свою долгую историю, геотермальная энергия никогда не входила в число основных источников электроэнергии в мире.Это могло измениться. Глобальный толчок к декарбонизации привлекает в сектор новых инвесторов, в том числе некоторых крупных нефтегазовых компаний, которые делают ставку на то, что геотермальная энергия может стать масштабируемым источником чистой энергии.

«Сейчас больше внимания уделяется геотермальной энергии с точки зрения инноваций, чем 10 лет назад», — сказал Брайан Уолш, глава WIND Ventures, подразделения корпоративного венчурного капитала COPEC, расположенного в Сан-Франциско, штат Калифорния, конгломерата со штаб-квартирой в Чили. «Интерес связан с предложениями геотермальной энергии в режиме 24/7, возобновляемыми источниками энергии, в то время как солнечная и ветровая энергия очень нестабильна.Это особенно интересно для производства зеленого водорода, где коэффициент производственной мощности является ключевым фактором в стоимости производимого зеленого водорода ».

Растущий рынок

Крупные сделки формируют геотермальный сектор, отчасти потому, что компании ищут инвестиции в экологически чистую энергию и ESG — экологическое, социальное и корпоративное управление. Atlantica Sustainable Infrastructure plc, экологически чистая энергетическая компания, объявила в марте о сделке на 170 миллионов долларов по приобретению Coso Geothermal Power Holdings LLC, владеющей геотермальной электростанцией мощностью 135 МВт в Калифорнии.Станция Coso является третьей по величине геотермальной электростанцией в США и обслуживает рынок независимого системного оператора Калифорнии (CAISO), который получает 6,4% возобновляемой электроэнергии от геотермальной энергии.

1. Eavor объединилась с дочерней компанией Royal Dutch Shell в полевых испытаниях технологии, показанной здесь, в Альберте, Канада. Предоставлено: Eavor

BP и Chevron, две крупные нефтяные компании, в феврале возглавили раунд финансирования в размере 40 миллионов долларов для канадской геотермальной компании Eavor.Компания из Калгари разработала технологию, которая, по ее словам, создает подземный «радиатор». Система компании (рис. 1) состоит из замкнутой сети трубопроводов, проложенных обычно на 2–2,5 мили ниже поверхности Земли. Петля начинается и заканчивается на одном и том же наземном объекте. Трубы устанавливаются с использованием передовых технологий бурения, уже применяемых при разведке нефти и газа.

Жидкость перемещается по трубам от наземного объекта через горячую окружающую среду под землей, а затем жидкость циркулирует обратно в верхнюю часть контура, где она преобразуется в электричество или передается в сеть централизованного теплоснабжения.Инвестиции в Eavor — первый шаг BP в геотермальную промышленность и возвращение Chevron, вышедшего из этого сектора в 2016 году.

Net Trading Group из Швеции недавно подписала соглашение о приобретении Rock Energy Group, компании, которая работает с возобновляемыми и устойчивыми источниками энергии, включая геотермальную. Норвежская компания Rock Energy предлагает решение для бурения глубоких скважин, в частности, из так называемых горячих сухих пород, считающихся усовершенствованной геотермальной системой (EGS). Rock Energy работала над геотермальной системой централизованного теплоснабжения для аэропорта Гардемуэн в Осло, Норвегия.

Кения, крупнейший производитель геотермальной энергии в Африке, недавно подписала рамочное соглашение с Комиссией Африканского союза и Новой Зеландией с целью дальнейшего развития кенийской геотермальной энергии. Кенийские власти хотят увеличить установленную электрическую мощность страны и диверсифицировать использование геотермального тепла. В рамках соглашения кенийская государственная компания Geothermal Development Co. (GDC) получит грант в размере около 695 000 долларов на дальнейшее развитие и диверсификацию использования естественного тепла из-под Великой рифтовой долины в Кении.

GDC уже собирает геотермальную энергию на нескольких объектах в западной Кении и полагается на независимых производителей энергии для преобразования подземного тепла в электричество. Некоторые из новых запланированных проектов будут использовать геотермальное тепло для пастеризации молока, для теплиц и для промышленности. Недавно GDC получила грант в размере 14,5 миллионов долларов на геотермальный проект Баринго-Силали, который в конечном итоге будет производить 300 МВт электроэнергии на трех паровых электростанциях.

Министерство энергетики США поддерживает геотермальные исследования, в частности исследования EGS.Проект DOE FORGE (Пограничная обсерватория для исследований в области геотермальной энергии) в штате Юта недавно отобрал 17 проектов для своей последней заявки на получение гранта (см. «DOE награждает 46 миллионов долларов на геотермальные проекты» на powermag.com).

Уолш сказал POWER : «Министерство энергетики играет важную роль в снижении рисков новых энергетических технологий, чтобы они могли стать привлекательными для инвесторов венчурного капитала, которые еще больше снижают их риски, чтобы они стали привлекательными для инвесторов в растущий капитал и т. Д. , так далее.Этот непрерывный поток финансирования жизненно важен для инновационного двигателя США. Особая роль Министерства энергетики заключается в поддержке первых изобретений и лабораторных экспериментов в университетах, национальных лабораториях и частных лабораториях. Влияние Министерства энергетики на программы, ориентированные на технологии, такие как EGS, заключается в ускорении времени от лабораторного до коммерческого внедрения новых технологий, связанных с EGS ».

Коммерческие, промышленные и жилые приложения

Геотермальная энергия использовалась как часть районных энергосистем; например, он обогревает большую часть делового района города Бойсе, штат Айдахо.Компания Darcy Solutions из Миннесоты разработала геотермальную систему для обогрева и охлаждения коммерческих и жилых зданий.

Брайан Ларсон, генеральный директор Darcy, рассказал POWER , что его компания придерживается философии «заставить грунтовые воды работать», используя тепловые свойства грунтовых вод для облегчения нагрева и охлаждения. «Darcy Solutions решает две самые большие проблемы, связанные с обогревом и охлаждением геотермальных источников земли: стоимость и площадь основания», — сказал Ларсон. «Наш запатентованный подход использует тепловые преимущества воды и постоянную температуру мелководья, чтобы сделать устойчивое отопление и охлаждение практичным и финансово привлекательным для коммерческих и жилых зданий.”

Саид Ларсон: «Наша технология значительно повышает эффективность системы, снижает потребление энергии и снижает требования к занимаемой площади до 95%. Предлагая окупаемость проекта до 10 лет и максимальное сокращение выбросов углекислого газа, Darcy делает свое экологически чистое решение для отопления и охлаждения жизнеспособным для проектов нового строительства и модернизации ».

Ларсон сказал, что текущий проект в Миннеаполисе, штат Миннесота, ориентирован только на «охлаждение». У них другая система отопления.[Мы даем им] снижение затрат на охлаждение на 78% », что, по его словам, обеспечивает возврат инвестиций« за пять-семь лет вместо 10-15 лет. Это часть привлекательности, и, конечно же, все больше и больше людей пользуются этим. заинтересованы в сокращении своего углеродного следа, и вы избегаете любых источников выбросов ».

Глубокое бурение

Исландский проект глубокого бурения (IDDP) продолжается более чем через два десятилетия после того, как консорциум из трех исландских энергетических компаний основал этот проект.Он начался с цели бурения скважины глубиной от 4 до 5 километров (от 2,5 до 3,1 мили) в высокотемпературной гидротермальной системе, чтобы достичь сверхкритической водной жидкости от 400 ° C до 600 ° C на краю пластины с надрезами в середине океанский хребет. Технико-экономическое обоснование было завершено в 2003 году, в результате чего было принято решение пробурить первую потенциальную скважину IDDP на Рейкьянесе. Эта скважина была заброшена через три года из-за блокировки, но были обнаружены и пробурены другие скважины.

2.Буровая установка Thor используется на скважине IDDP-2 в рамках Исландского проекта глубокого бурения. Буровая установка, эксплуатируемая Iceland Drilling, использовалась в других геотермальных проектах на полуострове Рейкьянес. Предоставлено: Iceland Drilling

Компания Baker Hughes, долгое время являющаяся ведущей мировой нефтесервисной компанией, разработала и развернула систему направленного бурения для высокотемпературных применений, в том числе для скважины IDDP-2 (Рисунок 2). Представители IDDP заявили, что результаты этой скважины могут быть представлены на мероприятии Всемирного геотермального конгресса в этом году, онлайн-сессии которого начались в конце марта и завершатся запланированным личным мероприятием в Рейкьявике, Исландия, в октябре.

Тейлор Мэтти, руководитель геотермальных инноваций компании Baker Hughes, сообщил POWER , что компания «располагает технологией, применимой для каждого активного геотермального региона по всему миру, и геотермальными экспертами, знакомыми с уникальными проблемами работы в условиях высокого давления и высокой температуры. Мы разработали специальные геотермальные технологии и услуги, предназначенные для работы в экстремальных пластовых условиях геотермальных систем, чтобы снизить затраты, максимизировать эффективность производства и снизить риски.”

Baker Hughes управляет «несколькими испытательными центрами по всему миру, где мы моделируем фактические геотермические условия, имитируем состав скважинных флюидов и можем использовать наши передовые технологии проектирования и аддитивного производства для создания и изготовления напечатанных на 3D-принтере прототипов и деталей конечного использования, оптимизированных по форме. подходят и функционируют », — сказал Мэтти. «Примером может служить наш научно-технический центр в Целле, Германия, где мы можем имитировать условия геотермальных скважин для тестирования всего, от высокотемпературных материалов и компонентов до полных буровых агрегатов и погружных насосов.”

Мэтти сообщил POWER , что «как компания, занимающаяся технологиями энергетики, Baker Hughes работает по нескольким направлениям, чтобы сделать геотермальную энергию более рентабельной и эффективной. По мере того, как геотермальная промышленность расширяет рабочий диапазон, мы фокусируемся на технологических достижениях, которые позволяют производить более глубокое и быстрое бурение во все более горячих и суровых условиях скважин. Технологии, которые снижают риски и минимизируют первоначальные проектные затраты, особенно важны для геотермальных операций ».

Ключевые области инноваций

Уолш сказал, что он видит геотермальные инновации в трех ключевых областях:

■ Технология бурения.Чтобы снизить стоимость бурения, сделав геотермальную энергию менее дорогой в использовании.

■ Технология теплообменников. Для повышения эффективности или необходимого тепла, что потенциально снижает объем бурения, необходимый для некоторых приложений.

■ Процесс. Чтобы добавить возможности получения дохода помимо «тепла» в геотермальный план, например, производство лития из геотермальных источников прямого использования.

Уолш сказал, что его группа «рассматривает стартапы в области геотермальных технологий, применимые в Латинской Америке.Есть и другие фирмы венчурного капитала в области экологически чистых технологий, которые также занимаются геотермальной энергией и делают некоторые ставки, чтобы помочь им добиться успеха. Если произойдет возрождение геотермальной энергии, то я предсказываю, что мы увидим, что больше капитала, связанного с ESG, будет поступать в сектор для преобразования новых версий геотермальной энергии в реальные проекты по производству электроэнергии ».

Ларсон сказал, что еще одно преимущество геотермальной системы отопления или охлаждения для коммерческого здания — это возможности, которые она открывает для других источников энергии для обеспечения электроэнергией.«Дополнительный характер технологии с чем-то вроде солнечной энергии», — сказал Ларсон. «В этом здании в Сент-Поле [с системой Дарси] было 36 крышных блоков, связанных с его устаревшей системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Теперь их четыре. Что касается недвижимости, она открылась для солнечных батарей на крышах, теперь она широко открыта. Есть еще и эстетическая выгода. Архитекторам нравится, когда оборудование не стоит на улице или на крыше ».

Ларсон отметил тенденцию использования микросетей для питания целых сообществ. «Создав эти микросети, теперь у здания будет своя собственная солнечная батарея на крыше, а затем будет наша [геотермальная] система, и она сможет функционировать как микросеть и поддерживать этот район.”■

— Даррелл Проктор — помощник редактора POWER ( @POWERmagazine ).

Бывшие угольные шахты могут быть преобразованы в геотермальную энергетику.

На этом снимке, сделанном в ноябре 2017 года, показаны заброшенные здания угольной шахты Чаттерли-Уитфилд в Стаффордшире, Англия.

Фотография Алана Танниклиффа | Момент | Getty Images

Проект, направленный на использование геотермальной энергии из вышедших из употребления затопленных угольных шахт на северо-востоке Англии, на этой неделе сделал еще один шаг вперед после того, как получил разрешение на планирование для начальной фазы испытаний.

В объявлении в понедельник Совет Южного Тайнсайда заявил, что проект «будет использовать геотермальную энергию из заброшенных затопленных шахт в бывшей шахте Хебберн». Шахта Хебберн открылась в конце 18, ^{-х годов} века и закрылась в 1932 году.

Идея состоит в том, что проект будет отапливать здания, принадлежащие совету, который работает над проектом вместе с Даремским университетом и Угольным управлением Великобритании .

Заброшенные шахты Великобритании вполне могут оказаться полезным источником геотермальной энергии, которую U.С. Министерство энергетики описывает как «жизненно важный, чистый энергетический ресурс» на годы вперед.

Как отмечает Угольное управление, «когда подземные шахты заброшены, насосы, которые поддерживали их сухость, часто отключаются, и шахты наполняются водой».

Геологические процессы нагревают воду, добавляет он, и температура остается стабильной в течение всего года.

В Хебберне должны быть пробурены две скважины для забора воды из шахт и проведены испытания, чтобы убедиться в жизнеспособности проекта.

Если все пойдет по плану, тепловой насос источника воды в конечном итоге будет использоваться для «извлечения тепла из шахтных вод, прежде чем оно сжимается до гораздо более высокой температуры». К осени планируется завершить буровые работы и строительство скважин.

«Работа на этапе тестирования этого проекта начнется без промедления», — заявила Трейси Диксон, лидер Совета Южного Тайнсайда, в заявлении, опубликованном в понедельник.

Диксон добавил, что проект, который выиграет от более чем 3 фунтов стерлингов.Финансирование в размере 9 миллионов (5,48 миллионов долларов) через Европейский фонд регионального развития «должно было обеспечить сокращение выбросов углерода на 319 тонн в год».

Великобритания имеет давние связи с добычей угля, но спад в этой отрасли сильно ударил по многим сообществам и является эмоциональной темой.

В последнее время планы новой угольной шахты в Камбрии, на северо-западе Англии, вызвали много споров, не в последнюю очередь потому, что Великобритания собирается провести саммит по изменению климата COP26 в конце этого года.