Альтернативные источники энергии

Альтернати́вная энерге́тика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования при низком риске причинения вреда экологии района.

               Направления  альтернативной энергетики:

           - ветроэнергетика;

           - гелиоэнергетика;

           - альтернативная гидроэнергетика;

           - геотермальная энергетика;

           - космическая энергетика;

           - водородная энергетика и сероводородная энергетика;

           - биотопливо;

           - распределённое производство энергии.

           Постоянный рост энергопотребления и сокращение запасов углеводородов стимулируют  все более активное использование  возобновляемых источников энергии. Одной  из самых перспективных в этой сфере является геотермальная энергетика.

           Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической и  тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.

           Тепловая энергия  недр образуется за счет расщепления  радионуклидов в середине планеты. Этот экологически чистый и постоянно  обновляемый источник энергии может  быть использован в регионах с  вулканическими проявлениями и геологическими аномалиями, когда вода вблизи от поверхности  земли нагревается до температуры  кипения, в результате чего в виде водяного пара может подаваться на турбины для производства тока. Горячая  вода естественных источников (гейзеров) может быть использована непосредственно.

           Однако тепло Земли  очень "рассеянно", и в большинстве  районов мира человеком может  использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии. Из них пригодные для использования  геотермальные ресурсы составляют около 1% общей теплоемкости верхней 10-километровой толщи земной коры, или 137 трлн тут.

           Геотермальная электростанция (ГеоЭС) — вид электростанций, которые вырабатывают электрическую энергию из тепловой энергии подземных источников.

           Существует несколько  способов получения энергии на ГеоТЭС:

           прямая схема: пар  направляется по трубам в турбины, соединённые  с электрогенераторами;

           непрямая схема: аналогична прямой схеме, но перед попаданием в  трубы пар очищают от газов, вызывающих разрушение труб;

           смешанная схема: аналогична прямой схеме, но после конденсации  из воды удаляют не растворившиеся в ней газы.

           Напрямую геотермальное  тепло в зависимости от температуры  может использоваться для отопления  зданий, теплиц, бассейнов, сушки сельскохозяйственных и рыбопродуктов, выпаривания растворов, выращивания рыбы, грибов и т.д.

           В последние годы во многих странах стали применять  тепловые насосы, в которых используется низкопотенциальная тепловая энергия с температурой 4 - 6 градусов °С и выше. В качестве источника такой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло).

           Можно выделить следующие  преимущества геотермальной энергии:

           - возможность использования ее в разных климатических условиях и в разные времена года;

           - коэффициент использования превышает 90%;

           - цена электроэнергии ниже, чем электричества, получаемого с использованием других возобновляемых источников энергии.

            
Указанные преимущества приводят к  тому, что геотермальная энергетика, несмотря на свою молодость (у нее  всего 100-летняя история) развивается  сейчас во всем мире.

           Однако специфика  геотермальных ресурсов включает и  ряд недостатков:

           - низкий температурный потенциал теплоносителя;

           - нетранспортабельность;

           - трудности складирования;

           - несосредоточенность источников;

           - ограниченность промышленного опыта эксплуатации станций.

           Также развитие геотермальной  энергетики останавливает высокая  цена установок, а также более  низкий выход энергии в сравнении  с газовыми и нефтяными скважинами. С другой стороны - их можно использовать гораздо дольше, чем месторождения  традиционных источников. Преимуществом  геотермальных установок является также то, что они практически  не нуждаются в техническом обслуживании.

           Наиболее перспективными регионами для использования  геотермальной энергии являются Азия, особенно - Индонезия с потенциалом  около 27000 МВт, а также американский континент, в первую очередь - Латинская  Америка, Карибский бассейн и США.

           Важнейшим экологическим  преимуществом ГеоЭС по сравнению с традиционными электростанциями является значительное снижение выбросов, ответственных за парниковый эффект, и полное исключение выбросов СО2 за счет использования технологии обратной закачки отработавшего теплоносителя в земные пласты. ГеоЭС выбрасывают в атмосферу в 700–1000 раз меньше вредных газов по сравнению с ТЭЦ и котельными. Итак, достоинствами геотермальной энергии можно считать практическую неисчерпаемость ресурсов, независимость от внешних условий, времени суток и года, возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы.

           Источники геотермальной  энергии по классификации Международного энергетического агентства делятся  на 5 типов:

           - месторождения геотермального сухого пара - сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки; тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников;

           - источники влажного пара (смеси горячей воды и пара) - встречаются чаще, но при их освоении приходится решать вопросы предотвращения коррозии оборудования ГеоТЭС и загрязнения окружающей среды (удаление конденсата из-за высокой степени его засоленности);

           - месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду) - представляют собой так называемые геотермальные резервуары, которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой;

           - сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более) - их запасы энергии наиболее велики;

           - магма, представляющая собой нагретые до 1300 °С расплавленные горные породы.

           Опыт, накопленный  различными странами (в том числе  и Россией), относится в основном к использованию природного пара и термальных вод, которые остаются пока наиболее реальной базой геотермальной  энергетики. Однако ее крупномасштабное развитие в будущем возможно лишь при освоении петрогеотермальных ресурсов, т. е. тепловой энергии горячих горных пород, температура которых на глубине 3-5 км обычно превышает 100 °С.

           Геотермальная энергетика использует теплоэнергетический потенциал  Земли, представленный в трех видах:

           1) Пароводородные смеси - с температурой на устье 200-300°С. Это идеальное сырье для выработки электроэнергии через обычную систему с турбинными генераторами. Геотермальные месторождения такого типа приурочены к зонам разлома земной коры (западное и восточное побережье Тихого океана - побережье США, Центральная Америка, Чили, Чукотка, Алеутские острова, Камчатка, Курилы, Япония, Новая Зеландия), районам молодого горообразования и районам, где магма глубоко внедрилась в осадочный чехол земли (Исландия, Южная Италия, Мексика).

           2) Теплоэнергетические  воды - с температурой на устье  80-120°С. Они могут использоваться  для производства электроэнергии  путем установки бинарных станций  с легкокипящими газами замкнутого  цикла. Такая технология позволяет  использовать геотермальные ресурсы  Земли сначала для получения  электроэнергии, а затем - для  обогрева и горячего водоснабжения.  Остывший теплоноситель закачивается  потом в реинжекционные скважины, расположенные выше сброса подземного потока. Вода, проходя сквозь горячий участок земной коры, снова нагревается - таким образом, этот источник тепла можно использовать практически без потерь. Так, например, по расчетам, сделанным для одного из таких месторождений в Краснодарском крае, температура водного пласта будет уменьшаться всего на 1-2°С в течение 27 лет, - отметил Магомед Омаров, генеральный директор ООО "Подземгидроминерал". Для сравнения - при транспортировке горячей воды по теплосети потери обычно составляют 1°С на 1 км.

           3) Субтермальные воды - с температурой 40-70°С используются для обогрева и горячего водоснабжения с применением тепловых насосов. Конечно, чем ниже температура воды, тем меньше КПД источника, тем не менее, использование субтермальных вод и тепловых насосов позволяет сэкономить электроэнергию и все шире применяется в Европе. 

           Перспективы геотермальной  энергетики

           Сегодня доля электроэнергии, получаемой в мире с помощью геотермальных  ресурсов, оставляет всего 0,5%. Тепловые мощности геотермальной энергетики составляют порядка 50% всей мировой  энергетики. На долю геотермальной  энергетики приходится 8,5 ГВт электроэнергии и 59 млн. кВт·ч тепловой энергии. Между тем, в толще земной коры на глубине 3-5 км сосредоточена энергия тепла Земли, которая может обеспечить все нужды человечества на многие тысячи лет вперед. И сегодняшние технические возможности позволяют бурить скважины такой глубины.

            Открытые на  сегодняшний день геотермальные  ресурсы составляют лишь малую  часть от этих потенциальных  ресурсов, однако каждый год они  увеличиваются на 2-3%, а за 10-летие  растут на 10-15%. Средний рост геотермальной  энергетики с 2000 по 2009 г. составил 7%.

           Сегодня уже в 80 стран  мира в той или иной степени  используется геотермальное тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла уровня строительства  теплиц, бассейнов, использования в  лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются примерно в 25 странах. Потенциал геотермальной энергетики в мире рассмотрен на рисунке.

           Первенство в геотермальной  электроэнергетике сохраняют США. Затем идут Филиппины и Индонезия, Италия, Япония и Новая Зеландия. Активно развивается геотермальная  энергетика в Мексике, странах Центральной  Америки и, конечно, в Исландии - там  за счет геотермальных источников покрывается 99% всех энергетических затрат. Россия в этом списке занимает не самое  почетное место и уступает, в частности, Никарагуа.

           Россия не входит даже в первую десятку производителей электрической и тепловой энергии  из геотермальных источников, и это  несмотря на то, что запасы геотермальной  энергии в России огромны и, по оценкам экспертов, в 10-15 раз превышают  запасы органического топлива в  стране. Одновременно, основные геотермальные  источники в России расположены  экономически невыгодно: Камчатка, Сахалин  и Курильские острова отличаются слабой инфраструктурой, высокой сейсмичностью, малонаселенностью, сложным рельефом местности.

           С экономической  точки зрения в нашей стране наиболее интересными являются геотермальные  ресурсы Краснодарского и Ставропольского  краев, Калининградской области, где  имеются запасы горячей воды с  температурой до 1200Со. Запасы геотермального тепла имеются и на Чукотке, часть  из них уже открыта и может  активно использоваться для энергообеспечения  близлежащих городов и поселков. На Северном Кавказе хорошо изучены  геотермальные месторождения с  температурой в резервуаре от 70 до 1800Со, которые находятся на глубине  от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение  длительного времени используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения и горячего водоснабжения в сельском хозяйстве, промышленности и в быту. Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве и, конечно, для теплоснабжения городов и поселков.