Тепло Земли для борьбы с голодом. Как устроена геотермальная энергетика

Эксперты уверены, что в ближайшем будущем геотермальную энергетику ждет инвестиционный бум. Такие прогнозы связаны с ее неоспоримыми преимуществами: независимостью от погодных условий и ископаемых видов топлива, низким уровнем выбросов CO₂. Кроме того, геотермальная энергия может помочь в борьбе с продовольственным кризисом, так как идеально подходит для обогрева теплиц, пастеризации молока и стерилизации продукции. Как тепло Земли и термальных подземных вод превращается в электричество, разбирался Plus-one.ru.

За счет какого топлива работают геотермальные электростанции

ГеоТЭС используют естественное тепло термальных источников или глубоких слоев грунта, не промерзающих даже зимой. Рассмотрим принцип их работы на каждом из этих видов «топлива».

Горячие источники

Около половины всех ГеоТЭС вырабатывают энергию за счет тепла термальных подземных вод. В пробуренных скважинах прокладывают трубы и закачивают в них воду. Жидкость нагревается за счет тепла горячих источников, становится паром и под давлением попадает на лопасти турбины, вращая их. Геотермальные установки вырабатывают электроэнергию, пар охлаждается, вновь становится жидкостью, и цикл повторяется.

ГеоТЭС, работающие по этому принципу, строят там, где есть горячие источники, например в Западной Сибири, Камчатском крае, Дагестане, Исландии, Кении. При этом глубина скважин значительно меньше, чем в местах добычи углеводородов. Например, Паужетская геотермальная электростанция, построенная на Камчатке, углубляется в земную кору не более чем на 1205 метров. А нефтяная скважина Z-44 Чайво, расположенная на шельфе острова Сахалин, — на 13 км.

Тепло Земли

Термальные воды есть далеко не во всех регионах, но ГеоТЭС могут работать и без них, используя для выработки энергии естественное тепло Земли. Такие станции состоят из скважины, теплонасоса и двух контуров — внешнего и внутреннего. Проходя по внешнему контуру, теплоноситель (как правило, вода с примесями) прогревается глубокими слоями грунта, температура которых даже в морозные зимы сохраняется в пределах от +8 до +12 °C. Далее хладагент поступает в насос, а затем — во внешний контур, систему отопления здания. Движение теплоносителя происходит под давлением, в результате чего он прогревается до 45–70 °C.

Для работы геотермальной установки с тепловым насосом необходима электроэнергия. Однако, потребляя всего 1 кВт, станция вырабатывает 4–5 кВт тепла. Это позволяет сэкономить на счетах за отопление и со временем окупить затраты на установку ГеоТЭС.

Использование ГеоТЭС в аграрном секторе и пищевой промышленности

Электроэнергия ГеоТЭС может обогревать не только дома. 28 стран мира, в том числе Мексика, Израиль, Кения, Греция, уже используют их в сельском хозяйстве. При этом специалисты Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) считают, что геотермальные ресурсы способны принести аграрному сектору гораздо больше пользы, чем приносят сейчас. «Особо стоит подумать о применении природного тепла для сушки и стерилизации пищевых продуктов и пастеризации молока», — отмечают эксперты. Это позволит увеличить запасы еды на случай засухи и неурожая. Геотермальную энергию можно использовать для обогрева теплиц — к тому же природное тепло, которое дает Земля, сокращает затраты на топливо на 80%.

Примеры успешного применения геотермальной энергии в аграрном секторе уже есть. Например, в Исландии с ее помощью ежегодно высушивают от 2 до 4 тысяч тонн рыбы и производят около 500 тонн комбикормов. А в Алжире воду из термальных источников используют для подогрева прудов на рыбных фермах, где разводят тилапию, — эта рыба размножается только в теплой воде.

Преимущества геотермальной электроэнергетики

В сравнении с другими источниками электроэнергии, ГеоТЭС выделяет в атмосферу минимальные объемы углекислого газа, являющегося главным источником глобального потепления. Для сравнения: при выработке 1 кВт тепловой энергии ГеоТЭС производят 45 кг CO₂, станции, работающие на природном газе, — 469 кг, на нефти — 840 кг, на угле — 1000 кг. Кроме того, при работе геоэлектростанций не образуется золы и других побочных продуктов.

Кроме того, ГеоТЭС — возобновляемый источник энергии: геотермальные резервуары пополняются естественным образом, за счет притока тепла к земной коре, в то время как запасы ископаемого топлива ограничены и могут закончиться уже через 50 лет. Впечатляет и их потенциал — ежегодный тепловой поток Земли к поверхности оценивается примерно в 400 тыс. ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем все электростанции на планете вырабатывают за тот же период.

Функционирование геоэлектростанций не зависит ни от времени года, ни от погодных условий, ни от климата. При правильной организации техпроцессов они работают непрерывно. Это дает ГеоТЭС преимущество перед ветряными и солнечными установками.

В воде геотермальных скважин содержатся литий, бром, йод, магний, калий. В России эти ценные вещества можно добывать на Берикейском и Тарумовском месторождениях. Разработкой технологии, позволяющей это сделать, занимаются Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН и Институт проблем геотермии в Дагестане. Специалисты считают добычу химических элементов из геотермальных источников высокорентабельным бизнесом. Например, на Тарумовском месторождении она может ежегодно приносить доход в размере 9 млрд рублей.

Недостатки геотермальной электроэнергетики

Первый минус — относительно низкая мощность. ГеоТЭС больше подходят не для традиционных батарей отопления, которые нагреваются до 75 °C, а для системы «теплый пол» со средней температурой теплоносителя 45 °C. Также в пароводяной смеси ГеоТЭС содержатся мышьяк, аммиак, свинец, кадмий, сера, фенол, цинк и т. д. Их сброс в природную среду способен привести к экологической катастрофе.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram