XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Геотермальная энергия стала новой надеждой на замедление климатических изменений каких-то 10 лет назад. Возможности, предлагаемые этим источником энергии, на тот момент казались идеальными: он был неисчерпаемым, не зависел от погодных условий и работал круглосуточно. Геотермальная энергия была обозначена как скрытый чемпион среди источников энергии будущего. Тем не менее, первые неудачи произвели отрезвляющий эффект, и риски, связанные с проведением разведки, в частности, сделали инвесторов нерешительными. Здесь подразумевается риск проведения дорогостоящего бурения на месте, но не нахождение достаточного количества термальной воды или требуемых температур недр для экономической реализации проекта.

Краткий исторический экскурс

Многим современникам будет интересен тот факт, что старейший СПА-центр в виде каменного бассейна, который берет свои воды из горячих источников, расположен в Китае и предположительно построен в III веке до нашей эры. Но настоящими первопроходцами были древние римляне. Например, в Помпеях начали использовать геотермальную энергию для обогрева зданий и подогрева воды еще задолго до того, как это сделали китайцы, в VII-VI ст. до н.э.

Первый известный в Европе «оздоровительный курорт» с горячими источниками был основан в 1326 году в Бельгии, а первое промышленное использование геотермальной энергии началось в конце XVIII века в Италии. Пар, поступающий из естественных вентиляционных отверстий (и из пробуренных отверстий), использовался для извлечения борной кислоты из горячих бассейнов, которые сейчас известны как месторождения Лардерелло. В 1904 году итальянский ученый Пьеро Джинори Конти изобрел первую геотермальную электростанцию, в которой для производства энергии использовался пар (рисунок 1).

Рисунок 1. Пьеро Джинори Конти, первая ГеоТЭС в Лардерелло, Италия. Источник: архив Итальянского геотермального объединения.

С помощью вышеуказанного эксперимента в Америке в 1922 году запустили первую ГеоТЭС мощностью 250 киловатт. В 1960-х годах была введена в эксплуатацию первая крупная геотермальная электростанция в Сан-Франциско, вырабатывающая 11 мегаватт электроэнергии. Сегодня же в США работает более 60 геотермальных электростанций на 18 участках по всей стране.

В 1973 году, когда начался нефтяной кризис, многие страны начали искать возобновляемые источники энергии, именно потому к 1980-м годам стали набирать популярность геотермальные тепловые насосы (GHP), которые дали возможность снизить затраты на отопление и охлаждение.

Шло время, происходили явные климатические изменения – и правительства разных стран объединили свои усилия для решения глобальных проблем. Одним из шагов было подписание в Японии в 1997 году Киотского протокола, которым установили целевые показатели выбросов для развитых стран и предусмотрели инвестирование и передачу технологий развивающимся странам. Этот протокол ратифицировали 184 страны.

Наиболее распространенное использование геотермальной энергии в мире

Геотермальную энергию используют для разных сфер и назначений, ниже рассмотрим некоторые из них (рисунок 2).

Рисунок 2. Применение геотермальной энергии по всему миру в 2015 году без геотермальных тепловых насосов, в % от общего количества установленной мощности (МВт). Источник: John W. Lund, Ruggero Bertani, and Tonya L. Boyd. WorldwideGeothermalEnergyUtilization, 2015.

Геотермальные тепловые насосы. Геотермальные (наземные) тепловые насосы имеют наибольшее потребление энергии (55,30%) и установленную мощность (70,95%) в мире. По данным исследований, в 2000 году такие насосы использовали 26 стран, а в 2015-м – уже 48. Лидеры по установленным единицам – США, Китай, Швеция, Германия и Франция.

Отопление помещений. 89% годового потребления энергии приходится на центральное отопление (28 стран). Среди лидеров – Китай, Исландия, Турция, Франция и Германия, тогда как Турция, США, Италия, Словакия и Россия являются основными пользователями в индивидуальном секторе отопления (рисунок 3).

Рисунок 3. Значительный вклад геотермальной энергии прямого использования в экономику страны. Источник: John W. Lund, Ruggero Bertani, and Tonya L. Boyd. WorldwideGeothermalEnergyUtilization, 2015.

Обогрев теплиц и грунта. Активные страны-пользователи: Турция, Россия, Венгрия, Китай и Нидерланды.

Сушка сельскохозяйственных культур.  15 стран используют геотермальную энергию для сушки различных зерновых, овощных и фруктовых культур. Например: Исландия – для сушки водорослей; США – лука; Сербия – пшеницы и других зерновых; Сальвадор, Гватемала и Мексика – фруктов; Новая Зеландия – люцерны, Мексика, Новая Зеландия и Румыния – древесины.

Тепло, используемое для промышленных целей. Зачастую идет круглосуточное потребление энергии. Например: розлив воды и газированных напитков (Болгария, Сербия и США), пастеризация молока (Румыния и Новая Зеландия), кожевенная промышленность (Сербия и Словения), целлюлозно-бумажная обработка (Новая Зеландия), добыча йода и соли (Вьетнам) и т.д.

Таяние снега и льда. Большинство таких проектов в Исландии, Аргентине, Японии и США, а в ограниченной степени – в Польше и Словении. По оценкам, во всем мире отапливается 2,5 миллиона квадратных метров дорожного покрытия, большинство из которых находится в Исландии (74%). В некоторых районах Исландии используется горячая вода от геотермальных электростанций под дорогами и тротуарами, чтобы помочь растопить лед. В Аргентине используется геотермальный пар для таяния снега на шоссе в Андах.

Туризм. Почти в каждой стране есть СПА-центры и курорты, которые имеют бассейны с подогревом геотермальной водой. Более 70 стран используют геотермальную энергию с этой целью, в наибольшей мере – Китай, Япония, Турция, Бразилия и Мексика.

Другое использование. Тринадцать стран используют данную энергию для животноводства, выращивания спирулины, опреснения и стерилизации бутылок. В Новой Зеландии – для орошения и защиты от замерзания геотермального туристического парка.

Сегодняшнее состояние отрасли

Геотермальные технологии рассматриваются многими учеными как потенциальный лидер в переходе к обществу без углерода. Не случайно в 2017 году на КС-21 в Париже был создан Глобальный геотермальный альянс, коалиция из 38 стран, объединившихся с целью усиления роли геотермальной энергии на международной арене.

Буквально за последние три года частично изменилась первая пятерка стран-лидеров по геотермальной установленной мощности (рисунок. 4, 5).

Рисунок 4. Сегодняшнее состояние отрасли Геотермальные технологии рассматриваются многими учеными как потенциальный лидер в переходе к обществу без углерода. Не случайно в 2017 году на КС-21 в Париже был создан Глобальный геотермальный альянс, коалиция из 38 стран, объединившихся с целью усиления роли геотермальной энергии на международной арене. Буквально за последние три года частично изменилась первая пятерка стран-лидеров по геотермальной установленной мощности (рис. 4, 5).

На сегодня позицию лидера по производству геотермальной электроэнергии удерживают Соединенные Штаты. Индонезия обогнала Филиппины и заняла второе место. Хотя правительство Филиппин прогнозирует удвоение потенциала возобновляемых источников энергии к 2030 году, большая часть которого будет поступать именно от геотермальной энергии, что способствует строительству новых ГеоТЭС в стране.

Осенью 2018 года в Турции и Новой Зеландии запустили новые геотермальные электростанции – это послужило толчком для попадания данных стран в пятерку лидеров (рисунок.5).

В настоящее время общая мировая мощность составляет 14,37 ГВт. Хотя США по-прежнему являются крупнейшей геотермальной страной, но ограниченная деятельность в области развития приводит к тому, что такие страны, как Индонезия и Турция, становятся более привлекательными для инвесторов.

Рисунок5. ТОП-10 геотермальных лидеров. Источник: Global geothermal capacity reaches 14,37 GW – Top 10 Geothermal Countries, Oct 2018, online edition ThinkGeoenergy.

ТОП-5 геотермальных электростанций мира

Комплекс Geysers мощностью 1,52 ГВт, Калифорния, США. Крупнейшее геотермальное поле в мире, в его состав входит 22 геотермальные электростанции. Geysers обеспечивает потребности в электроэнергии нескольких округов Калифорнии.

2. Комплекс Lardarello, мощность 770 МВт, Италия. Состоит из 34 станций. Фактически 10% мировой геотермальной энергии производится этим единственным комплексом, который к тому же один из старейших в мире.

3. ГеоТЭС CerroPrieto, мощность 720 МВт, Мексика. Это большой комплекс, состоящий из нескольких геотермальных электростанций, расположенных в мексиканском регионе Нижняя Калифорния.

4. Комплекс Makiling-Banahaw, мощность 460 МВт, Филиппины. Был создан Chevron Geothermal Philippine Holdings, Inc. Коммерческое производство на этом заводе запустили в 1979 году, когда начали работать два блока мощностью 55 МВт. Позже, в 1984 году, на трех электростанциях было установлено еще шесть блоков мощностью 55 МВт. Дальнейшее расширение комплекса произошло, когда в 1994 году было установлено 6 бинарных установок нижнего цикла мощностью 15,73 МВт. В последующие годы были открыты другие энергоблоки, при этом нынешняя мощность комплекса – 460 МВт.

CalEnergy-SaltonSea, мощность 340 МВт, Калифорния, США. Объект охватывает большую территорию, которая включает в себя 10 станций. Первый блок этого комплекса начал работать в 1982 году, а самый последний введен в эксплуатацию в 2000 году.

Перспектива развития отрасли

Согласно исследованию правительства США, мировая база геотермальных ресурсов больше, чем газ, нефть, уголь и уран вместе взятые. Ученые прогнозируют, что к 2050 году геотермальная энергия США будет обеспечивать 10% энергии страны. В то же время иные исследователи придерживаются мнения, что геотермальная энергия – ограниченный ресурс, хотя геотермальная активность обычно может варьироваться от 5000 до 1 000 000 лет, что квалифицирует ее как возобновляемый ресурс.

Согласно прогнозам МЭА, глобальная геотермальная промышленность к 2023 году будет около 18 ГВт (рисунок 6).

Рисунок 6. Прогнозируемый рост геотермальной энергии в 2018-2023 годах. Источник: IEA predicts geothermal growth of 3,600 to 4,500 MW 2018-2023, онлайн-издание ThinkGeoEnergy.

Например, Великобритания даже рассматривает возможность строительства самого длинного в мире разъема питания между Великобританией и Исландией, который обеспечил бы поставку большего количества возобновляемой энергии в 1,6 миллиона британских домов, в которых нет геотермальных тепловых насосов. Кроме того, планируется построить первую коммерческую геотермальную электростанцию в Корнуолле (Великобритания), если будут получены все необходимые средства. Это не должно вызывать удивления, поскольку некоторые страны получают прибыль от присутствия геотермальной энергии в больших масштабах. Наиболее известный пример – Исландия, чье электричество устойчиво на 100% и использует энергию ветра, гидро- и, в основном, геотермальную энергию.

А в начале января 2019 года правительство Канады объявило, что предоставит существенное финансирование для первой в стране геотермальной электростанции. Перечень стран, которые планируют в дальнейшем инвестировать в геотермальную энергию и строительство ГеоТЭС, достаточно большой. Наблюдается позитивный инвестиционный климат в данный возобновляемый источник. Цифры говорят сами за себя – у геотермальной энергии перспективное будущее.

Литература

URL: https://avenston.com/ru/articles/geothermal-energy-stage-or-step/

URL:https://www.pdx.edu/geography/sites/www.pdx.edu.geography/files/Larderello.pdf

URL:http://www.ngv.ru/pr/energiya-budushchego-vzglyad-na-desyatiletiya-vpered/