Богатство не всегда учит бережливости. Огромные запасы органического топлива в российских недрах позволяли нам свысока смотреть на возобновляемые источники энергии, хотя многие пионерские подходы к их освоению были предложены именно российскими учеными. В частности, речь идет о геотермальной энергетике, которая делится на две составляющие: гидротермальную (тепло горячих подземных вод) и петротермальную (глубинное тепло сухих пород). Так, именно на Камчатке работала с 1967 по 1974 год первая в мире Паратунская ГеоЭС на бинарном цикле: тепло от горячих подземных источников (температурой 800оС) через теплообменник передавалось во фреоновый контур, где с помощью фреоновой турбины, разработанной с участием Института теплофизики (ИТ) СО РАН (идея основателя института — академика С.Кутателадзе), производилась электроэнергия. К сожалению, Паратунские источники — небольшие, поэтому электростанцию через несколько лет закрыли.
С тех пор в мире это направление стало очень востребованным, сегодня работает более тысячи электростанций на бинарном цикле, а у нас… уже два года вновь пытаются запустить фреоновую турбину (озонобезопасный вариант) на Камчатке. Недавно к работам привлекли Институт теплофизики, что дает надежду на скорый запуск. Не лучше ситуация и с разработанными в ИТ тепловыми насосами: случаи их использования единичны, хотя КПД у сибирских насосов самый высокий в мире. В Швеции, Китае, США использование тепловых насосов в энергетике давно поддерживается государственными программами, но кто же будет собирать крохи тепла при наших нефтегазовых кладовых! Разве что падение цен на нефть изменит ситуацию…
— Россия — один из мировых лидеров не только по запасам органического топлива, но и по возобновляемым источникам энергии, в частности по геотермальной энергетике, — рассказывает директор Института теплофизики СО РАН член-корреспондент РАН Сергей Алексеенко (на снимке). — Всем хорошо известны горячие источники на Камчатке, на Кавказе (в Дагестане даже работает единственный в РАН Институт проблем геотермии), в Сибири (Томская область, Байкал, Бурятия). В районе Байкала и горячие породы подходят близко к поверхности Земли, и подземные источники есть — наши тепловые насосы (разработчик ЗАО “Энергия”) успешно работают на известном курорте с говорящим названием Горячинск. Тем не менее Государственная программа энергосбережения и повышения энергоэффективности на период до 2020 года, где впервые фигурировали возобновляемые источники энергии (ВИЭ), появилась в России лишь в 2009 году. И… оказалась непроработанной: ставилась задача к 2020 году получать 4,5% генерации электроэнергии за счет ВИЭ, что при нынешнем уровне в 0,1% абсолютно нереально. Программу поправили, вместо 4% запланировали 1%, но даже если и удастся за пять лет повысить генерацию за счет ВИЭ в 10 раз, цифра пренебрежимо мала по сравнению с планами других стран, отдельные из которых собираются к 2030 году на 100% покрывать свои потребности в энергии за счет возобновляемых источников. Эта ситуация отражает существенную проблему, с которой мы столкнулись при внедрении тепловых насосов: мало кто понимает, что такое тепловой насос, даже среди энергетиков. Дело в том, что наши образовательные программы основываются целиком на традиционных подходах, а мир меняется — нужно готовить специалистов в области альтернативной энергетики. Все про это знают, но движения вперед пока нет. В итоге многие российские идеи находят применение только за рубежом.
Яркий пример — петротермальная энергетика. Глубинное тепло сухих пород (на глубине от 3 до 10 километров температура достигает 350оС) — самый экологически чистый (никаких выбросов) и практически неисчерпаемый источник энергии. По оценкам Массачусетского технологического института, доступных запасов американских геотермальных “кладовых” хватит на 50 тысяч лет, чтобы обеспечить потребности США при нынешнем уровне потребления энергии. К 2050 году Соединенные Штаты планируют за счет петротермальной энергии получать 10% от общей генерации электроэнергии в США, что равно почти половине российского производства. Между тем впервые об использовании глубинного тепла заговорил в 1897 году Константин Циолковский. Он даже предложил определенную схему его извлечения, которую заметно усовершенствовал знаменитый российский геолог и писатель Владимир Обручев. Схема предельно проста: нужно пробурить две скважины, в одну подавать обычную воду, а через другую получать уже горячую (либо пар) за счет теплообмена. Конечно, для этого породы должны быть проницаемые, иначе жидкость не пройдет. Первая такая система заработала в Париже в 1960-е годы, благодаря удачному стечению обстоятельств — там горячие проницаемые породы подходили совсем близко к поверхности, и система до сих пор используется для теплоснабжения. Но реальное начало развитию петротермальной энергетике, достигающей больших глубин и горячих пород, было положено экспериментами Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) в 1970 году. Они предложили метод извлечения петротермальной энергии с использованием гидроразрывов. У нефтяников это вещь известная: под давлением в пласт закачивается вода, в результате чего и получаются очень тонкие и плоские полости с зазором 0,5-1 мм. Американские ученые первыми и испытали свое предложение: в Фентон Хилл (штат Нью-Мексико) пробурили скважины глубиной до 4390 м с температурой пород до 327оС. Тут же были выявлены и сложности: во-первых, само бурение очень дорого — если говорить о России, то примерно 1-2 миллиарда рублей за скважину глубиной до 10 км. Во-вторых, без основательных геофизических исследований можно промахнуться мимо проницаемого участка, где сформирован резервуар. Однако техническая мысль не стоит на месте: есть разработки по сверхскоростному микробурению, удешевляющие процесс. Кроме того, в 2013 году в Калифорнии (кстати, самые большие запасы горячих пород, расположенных близко к поверхности, находятся именно там) заработала первая в мире коммерческая станция. Она маленькая, всего на 1,7 мегаватта, но, тем не менее, это уже обоснование экономической состоятельности. Для проведения работ по петротермальной энергетике в России нужна интеграция — комплексные методы исследования: и лабораторные, и полевые, и математические. На нынешней стадии решение этой задачи требует НИОКР с бюджетными вложениями. Нужно осваивать всю геотермальную энергетику, изучать, для какого региона перспективнее обычный термодинамический цикл на горячих источниках, для какого — электростанция на бинарном цикле (если источники не очень горячие), для какого — тепловые насосы (если не горячие, а только теплые подземные воды), а где имеет смысл извлекать глубинное тепло сухих пород.
Если говорить о перспективах развития энергетики в целом, которые для каждой страны, конечно, имеют свою специфику, то на первое место (ближайшая перспектива) я ставлю решение задач по энергоэффективным и экологически чистым способам добычи и переработки органического топлива — нефть, газ, уголь. А второе место (в более отдаленной перспективе) отдаю возобновляемым источникам энергии, среди которых по глобальности лидируют два направления — солнечная энергетика и глубинное тепло. К тому же не стоит забывать о комплексности и взаимосвязанности проблем: любое усовершенствование методов бурения или геофизической разведки для нужд петротермальной энергетики мгновенно даст отдачу и в нефтедобыче, и в горных науках в целом — удешевит разведку полезных ископаемых.
Президиум Сибирского отделения РАН решил рекомендовать к выполнению комплексный интеграционный проект по исследованию возможностей петротермальной энергетики в России. Причем преимущество мультидисциплинарного подхода было выявлено прямо в ходе заседания: геологи предложили использовать для экспериментальных станций заброшенные нефтяные скважины, в частности, в Тюменской области, где залегают горячие породы. Таким образом можно минимизировать расходы на самую затратную часть проекта — бурение.
Ольга КОЛЕСОВА
Фото предоставлено
С.Алексеенко
Нет комментариев