Геотермальная энергетика - путь к экологически чистому будущему. Но с оговорками.

 

Что мы, рядовые обыватели, знаем про геотермальную энергию? Любая научно-популярная статья на эту тему скажет нам о том, что геотермальная энергия является возобновляемым, экологически чистым и устойчивым источником энергии. Она не зависит от погодных условий и может обеспечивать бесперебойную выработку тепла и электричества круглосуточно. По оценкам, только 0,1% глубинного тепла Земли теоретически способно удовлетворить все энергетические потребности человечества в течение двух миллионов лет. Освоение этого практически неисчерпаемого ресурса имеет огромный потенциал.

Вспомним простейшую схему работы геотермальной электростанции:

          И тут возникает вопрос: почему же тогда мы до сих пор, как говорил Менделеев, топим печку ассигнациями, сжигая ископаемое топливо? Цифры использования геотермальной энергии достаточно скромны: по данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2021 году доля геотермальной энергии в общемировом производстве электроэнергии составила около 0,3%. По странам за 2019 год это выглядит так:

    Интересующиеся читатели знают - в настоящее время геотермальная энергетика наиболее активно развивается в регионах с высокой вулканической активностью и повышенным тепловым потоком из недр. 

Лидерами здесь являются Исландия, где около 25% электроэнергии и значительная часть тепла получают из геотермальных источников, Новая Зеландия, Индонезия, Мексика и другие страны Тихоокеанского огненного кольца. В Европе это Италия и немного Венгрия (почему немного - чуть попозже). На Камчатке и Курильских островах в России также расположены перспективные геотермальные месторождения. Однако территорий с благоприятными геологическими условиями для традиционных высокотемпературных геотермальных электростанций сравнительно немного.

Поэтому было бы интересно выяснить, насколько перспективно развитие геотермальной энергетики в районах с обычной температурой земных недр, таких как Европа, значительная часть России, США и другие регионы. Температура грунта неуклонно повышается с глубиной: каждые 30 метров приносят градус тепла - показатель так называемого геотермического градиента, зависящего от региона и геологического строения недр. В Венгрии этот показатель – 20 метров. Каждый, кто был в Будапеште, наверняка посещал Аквапарк Сечени, получающий горячую воду из недр со времён Римской Империи.

Таким образом, для того, чтобы вода превратилась в пар, её надо «закопать» километра на три. Наверное, в недалёком будущем массово рыть такие скважины не будет проблемой, но всё равно -  геотермальные электростанции с использованием пара и воды невысокой температуры имеют более скромный коэффициент полезного действия, порядка 10%. Во времена Джеймса Ватта это было неплохо, но сейчас – увы!

Я предлагаю посмотреть на это под другим углом - рассматривать электричество не как основной продукт, а как бонус к полученной тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения. Какие вопросы это позволит закрыть?

Естественно, отопление и горячее водоснабжение.

В настоящее время котельные на ископаемом топливе занимают 60-70% в общем балансе источников тепла для отопления помещений. Замена значительной части этих котельных на геотермальные теплообменные системы с циркуляцией горячей воды из подземных скважин позволит существенно снизить выбросы парниковых газов и зависимость от нестабильных цен на топливо. На фоне истощения дешевых запасов ископаемых ресурсов и ужесточения экологических требований, освоение даже таких геотермальных источников приобретает все большую актуальность.

Кроме использования для отопления, сбросное геотермальное тепло может применяться в различных технологических процессах, требующих подогрева. Одним из примеров является электролиз водных растворов для получения водорода, хлора, щелочей и других продуктов. Предварительный подогрев электролита паром от геотермальных установок позволяет снизить расход электроэнергии на нагрев на 20-30%. Такой подход уже реализован на ряде промышленных предприятий.

Перспективным направлением является комбинированное использование возобновляемых источников энергии. Например, электричество от солнечных фотоэлектрических панелей может питать промышленные электролизеры для производства "зеленого" водорода, а сама вода электролита предварительно подогревается экологически чистым паром из недр Земли. Это дополнительно снижает затраты энергии на электролиз и повышает выход целевого продукта.

Развитие подобных интегрированных систем, где энергия солнца, ветра, приливов и тепло Земли комбинируются для выработки электричества, тепла, промежуточных энергоносителей и других полезных продуктов, является одним из ключевых направлений в движении человечества к полностью безуглеродной экономике.

В заключение можно сказать, что несмотря на очевидные трудности внедрения новых технологий и зависимость традиционной высокотемпературной геотермальной энергетики от локальных геологических условий, использование низкопотенциального геотермального тепла открывает широкие перспективы для решения энергетических и экологических проблем в различных областях промышленности и жилищно-коммунального сектора. Хотя геотермальные электростанции еще не могут на равных конкурировать по производству электричества, само электричество на них можно считать дополнительным бонусом к основной тепловой энергии, для получения которой глубинное тепло недр является практически неисчерпаемым и дешевым источником.

На нашей странице в Facebook вы можете найти богатую подборку материалов, посвящённых зелёной энергетике.