Классификация и направления использования геотермальных ресурсов. Современно состояние и перспективы развития геотермальной энергетики

1.  Введение

Невозобновляемые источники энергии обеспечивают современный мир энергией и, по-видимому, составят основу его энергетики еще во всяком случае для нескольких поколений людей (или, по крайней мере, несколько десятилетий). Но уже сегодня ясно, что существенного роста потребления энергии на базе невозобновляемых источников достичь не удастся как в силу их ограниченности, так и из-за нежелательного воздействия на окружающую среду. Поэтому человечество вынуждено вступать на путь перестройки энергетической системы. Специалисты в первую очередь обращаются к экологически чистым нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии (ВЭИ), возможности которых чрезвычайно велики.

В отличие от традиционной энергетики, энергетика возобновляемых источников базируется не на запасах вещества, а на природных потоках энергии. К ним относятся потоки солнечной радиации, потоки ветра, волны. Как правило, длительность этих потоков соизмерима с длительностью существования планеты Земля. В конечном счете, техническая задача построения энергетики человечества состоит в обеспечении подобной длительности. Традиционная энергетика, в частности, на органическом топливе в упомянутом масштабе времени будет иметь временный и довольно непродолжительный период.

Рассмотрим структуру первичных возобновляемых источников  энергии и методов (устройств) их преобразования в электрическую и тепловую энергию:

- солнечная энергия (солнечные тепловые коллекторы, солнечные пруды, гелиостатные ЭС, фотоэлектрические ЭС);

- ветроэнергетика (тропосферные ВЭС, системные ВЭС, атомные ВЭУ);

- геотермальная энергетика (теплоснабжение, ГеоТэс (циркуляционные системы, парогидротермы);

- биоэнергетика (переработка промышленных и сельскохозяйственных отходов, переработка растений и водорослей, биогаз);

- энергетика океана (ЭС, использующие градиент солености, ЭС волновых и морских течений, приливные ЭС, термоградиентные ОТЭС);

- водородная энергетика (накопители (аккумуляторы) энергии, энергетическое и моторное топливо, водородные ЭХГ, получение водорода (электролиз воды));

- низкопотенциальное тепло окружающей среды (тепловые насосы);

Наибольший интерес в данной работе представляет геотермальная энергетика и использование совместно с ней низкокипящих рабочих тел, которые имеют достаточно высокие давления насыщенных паров при низких температурах, и поэтому давно привлекают внимание разработчиков в различных областях энергетики и, в частности, в геотермальной энергетике. В качестве НРТ применяют фреоны, водный раствор аммиака, пентан, изопентан, бутан, изобутан и др.

При выборе НРТ необходимо выполнять ряд требований:

•  дешевизна рабочего тела;

•  хорошие теплофизические свойства (максимум работы при минимальных параметрах);

•  нетоксичность;

•  отсутствие экологического воздействия на окружающую среду (озоновый слой, парниковый эффект);

•  замерзание при достаточно низких отрицательных температурах, что важно для   климатических условий северных регионов.

Геотермальная энергетика основана на использовании потоков горячей воды и пара из недр Земли. Геотермальная энергия может применяться как для целей теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях ( ГеоТЭС ). ГеоТЭС могут работать на естественных парогидротермах (типа гейзеров) или искусственных - при нагреве воды, закачиваемой в разрывы сухих горячих горных пород.

Классификация и направления использования геотермальных ресурсов.

Основные направления использования геотермальных ресурсов могут быть классифицированы в соответствии с тепловым потенциалом термальных вод. Низкопотенциальные геотермальные ресурсы (термальные воды с температурой до 100°С) могут использоваться по следующим направлениям:

- коммунальное хозяйство ( для отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий, бани, плавательные бассейны, хладоснабжение);

- сельское хозяйство (снабжение водой животноводческих комплексов, тепловое орошение, отопление теплично-парниковых комбинатов, для интенсификации рыборазведения);

- в технологических целях (сушка фруктов, чайного листа и т. д. );

- теплоснабжение промышленных предприятий (рудники, прииски);

- извлечение ценных химических элементов и соединений (йода, брома, стронция, рубидия, цезия, лития и др.);

Вторая категория геотермальных ресурсов – это термальные воды и парогидротермы с температурой 100 – 150°С. Это тепло наиболее эффективно для использования во многих отраслях народного хозяйства. Оно применяется также для получения электрической энергии на установках, работающих на низкокипящих рабочих жидкостях (изобутане, фреоне и т. д.). В дальнейшем они могут быть использованы как термальные воды низкопотенциального типа в технологических или теплофикационных целях.