CC BY
693. Коношонкин А.В., Боровой А.Г. Рассеяние света на атмосферных ледяных кристаллах и взволнованной поверхности воды // Изв. ВУЗов «Физика». -2012. - №9/2. - С.128-130
4. Cai Q., and Liou K.-N. Polarized light scattering by hexagonal ice crystals: Theory // Appl. Opt. - 1982. -V. 21. - P. 3569-3580
5. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г. Граница применимости приближения геометрической оптики для решения задачи обратного рассеяния света на квазигоризонтально ориентированных гексагональных ледяных пластинках // Оптика ат-мосф. и океана. - 2014. - Т.27. - №8 - С. 705-712.
6. Коношонкин А.В., Кустова Н.В., Боровой А.Г., Яковлев Н.И. Существенные упрощения в задачи рассеяния света на квази-горизонтально ориентированных ледяных пластинках перистых облаков. // Академический журнал западной сибири. - 2014. -Т.10. - №2. - С.11-12
7. Programs and Tools - режим доступа: http://tools.tropos.de/
8. COP: Cirrus Optical Properties - режим доступа: http://opac.userweb.mwn.de/cirrus/cop/cop.html
9. Ромашов Д.Н. Рассеяние света гексагональными ледяными кристаллами // Оптика атмосф. и океана. - 2001. - Т. 14. - №2 - С. 116-124.
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ
Свалова Валентина Борисовна
кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт геоэкологии
им. Е.М. Сергеева РАН, Москва
GEOTHERMAL ENERGY IN RUSSIA
Svalova Valentina Borisovna, Ph.D., Leading Scientist, Sergeev Institute of Environmental Geoscience RAS, Moscow АННОТАЦИЯ
Геотермальные ресурсы являются важнейшим источником развития энергетики, редкометальной и химической промышленности, санаторно-бальнеологического и агропромышленного комплексов. Россия обладает огромными запасами гидрогеотермальных, т.е. аккумулированных в подземных водах, и петротермальных, аккумулированных в горных породах, ресурсов. В то же время в России они используются далеко недостаточно. Быстрый рост энергопотребления, ограниченность и удорожание ресурсов невозобновляемого топлива, обострение экологических проблем заставляют мировую экономику широко использовать альтернативные источники энергии.
ABSTRACT
Geothermal resources are of the most important sources of power systems development, rare metal and chemical industry, medical and agriculture complexes. Russia has rich hydro geothermal and petro thermal resources, that use is not enough. Great growth of energy consumption, limitation and appreciation of non-renewable fuel, strengthen of environmental problems force world economics to use widely the alternative energy resources.
Ключевые слова: геотермальные ресурсы, геотермальная энергия, геотермальные станции, комплексное использование.
Keywords: geothermal resources, geothermal energy, geothermal power plants, complex utilization
Геотермальные ресурсы являются важнейшим источником развития энергетики, редкометальной и химической промышленности, санаторно-бальнеологического и агропромышленного комплексов. Россия обладает огромными запасами гидрогеотермальных, т.е. аккумулированных в подземных водах, и петротермальных, аккумулированных в горных породах, ресурсов. В то же время в России они используются далеко недостаточно. Быстрый рост энергопотребления, ограниченность и удорожание ресурсов невозобновляемого топлива, обострение экологических проблем заставляют мировую экономику широко использовать альтернативные источники энергии [1-11].
Эффективное использование энергии является важным показателем научно-технического и экономического уровня развития страны. Сопоставление показателей энергоэффективности экономики России с другими странами показывает, что удельная энергоемкость
нашего внутреннего валового продукта (ВВП) в несколько раз выше, чем в высокоразвитых странах. Так, уровень энергопотребления в расчете на единицу сопоставимого ВВП России в 4 раза выше, чем в США, в 3,6 раза выше, чем в Японии, в 2,5 раза выше, чем в Германии. Резервы экономии энергоресурсов в России могут составить 40-50 % от уровня потребляемых топлива и энергии. Проблема эффективного использования энергоресурсов во многом может быть решена за счет использования альтернативных источников энергии.
Использование внутреннего тепла Земли насчитывает много столетий. Сначала оно применялось в бытовых и лечебных целях в местах наиболее активного проявления глубинной геотермальной активности, а затем уже в ХХ веке использование геотермальной энергии приобрело широкие промышленные масштабы. Во многих развитых странах геотермальные ресурсы стали основой для развития высокотехнологичных отраслей индустрии.
В июле 2004 года геотермальная общественность широко отметила столетие геотермальной энергетики. 4 июля 1904 года в Лардерелло, Италия, Пьеро Джинори Конти провел первый в мире эксперимент по производству электроэнергии из геотермального пара. А через 9 лет, в 1913 году в Италии в Лардерелло была пущена в промышленную эксплуатацию первая геотермальная электрическая станция мощностью 250 кВт, действующая до сих пор.
В 2004 году отмечалось также 50-летие Российской геотермальной энергетики. 15 марта 1954 года Президиум Академии Наук СССР принял решение создать Лабораторию по исследованию геотермальных ресурсов в Пет-ропавловске-Камчатском. А уже в 1966 году на Камчатке была построена и пущена в эксплуатацию первая геотермальная электрическая станция на реке Паужетка мощностью 5 МВт с традиционным циклом. К 1980 году мощность Паужетской ГеоЭС была доведена до 11 МВт. Станция и сейчас продолжает успешно работать. В 1967 году заработала Паратунская ГеоЭС с бинарным циклом, построенная на основе разработанной и запатентованной С. Кутателадзе и Л. Розенфельдом уникальной технологии бинарного цикла для получения электроэнергии. Патент у СССР был тогда куплен многими странами. Особенно преуспели в развитии этой технологии в Израиле, куда позже эмигрировала группа советских специалистов и основала компанию «Ормат».
Низкие цены на углеводородное сырье в 70-е годы и кризис 90-х надолго затормозили развитие геотермальной энергетики в России. Отягчающим обстоятельством для развития геотермальной энергетики является также углеводородная ориентированность Российской экономики. Новые месторождения нефти и газа долго не разведывались и не осваивались, а вновь открытые в Арктике и на шельфе Дальнего Востока экономически малорентабельны. Их освоение потребует огромных затрат, а экономическая целесообразность эксплуатации сохранится только при высоком уровне цен на углеводороды. Даже небольшое снижение мировых цен на нефть и газ потребует от России огромного напряжения для выполнения взятых на себя международных обязательств по уровню продаж. Предвидя экономические риски, правительство
может еще больше сосредоточиться на углеводородном сырье. Разведка, бурение, освоение потребуют новых капиталовложений в нефтегазовый сектор, а геотермальная энергетика может опять оказаться в стороне. Этого нельзя допустить. Создание стабильной экономики и устойчивого развития требует организации многовекторной энергетики, способной обеспечить потребности промышленности и общества на разных уровнях - глобальном, региональном, локальном. Необходимо использовать имеющийся зарубежный опыт, когда страны с развитой экономикой и недостатком сырьевых ресурсов были вынуждены развивать инновационные технологии для освоения альтернативной энергии.
Геотермальные станции на Камчатке и Курилах.
Наиболее ярких успехов в развитии геотермальной энергетики Россия достигла на Камчатке. Камчатская область обладает богатейшими геотермальными ресурсами, позволяющими полностью обеспечить энергетические потребности края на сто лет вперед. Наиболее перспективным является Мутновское геотермальное месторождение, разведанные запасы которого оцениваются в 300 МВт.
Новейшая история освоения Мутновского месторождения пережила несколько этапов: от геологической разведки, оценки запасов, проектирования и строительства первых геотермальных станций Паужетской и Пара-тунской до строительства Верхне-Мутновской и Мутнов-ской ГеоЭС мощностью 12 и 50 МВт, соответственно (Рис.1).
Общая мощность энергообъектов на Камчатке, включая Паужетскую ГеоЭС, оценивается в 73 МВт. Это составляет 25 % потребности региона в электроэнергии, что позволяет даже в случае прекращения поставок мазута на полуостров решить стратегическую задачу обеспечения электроэнергией жилого сектора и жизненно важных объектов.
На Курилах работают две ГеоЭС - мощностью 2,6 МВт (на о. Кунашир) и 6 МВт (на о. Итуруп). Таким образом, общая мощность ГеоЭС России составляет 81,6 МВт.
Геотермальные исследования в России.
Геотермальные ресурсы России хорошо изучены (рис. 2).
Рис. 1. Мутновская ГеоЭС. (Фото из архива В.Сваловой).
ГЕОТЕРМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ РОССИИ
Рис. 2 Геотермическое районирование России.
а - районы, пригодные для теплоснабжения зданий с помощью тепловых насосов; Ь - районы, перспективные для «прямого» использования; с - районы современного вулканизма, наиболее перспективные для «прямого» использования, выработки тепла и электроэнергии на бинарных установках, а также создания крупных ГеоЭС на парогидротермальных месторождениях. 1 - Северный Кавказ (платформенная провинция), 2 - Северный Кавказ (альпийская провинция), 3 - Западная Сибирь, 4 - Прибайкалье, 5 - Курило-Камчатский регион, 6 - Приморье, 7-8 - Охотско-Чукотский вулканический пояс.
Наиболее перспективными регионами для практического использования геотермальных ресурсов на территории России являются Северный Кавказ, Западная Сибирь, Прибайкалье, Курило-Камчатский регион, Приморье, Охотско-Чукотский вулканический пояс. Практически повсеместно внутреннее тепло Земли может осваиваться с помощью тепловых насосов.
Использованием и усовершенствованием тепловых насосов для утилизации геотермальных ресурсов занимается целый ряд организаций. Пионерами использования тепловых насосов в России явились НПО «Недра» в Ярославле и Группа Компаний «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» в Москве. На тепловых насосах работают эксперименталь-
ная школа в деревне Филиппово Ярославской области, демонстрационный комплекс «Экопарк-Фили», энергоэффективный жилой дом в Москве на улице Академика Анохина, 62. (Рис.3) Особенно широко тепловые насосы используются в коттеджном строительстве. Использование тепловых насосов в России имеет очень большие перспективы и резервы здесь огромны.
Источником низкопотенциальной тепловой энергии могут служить грунт поверхностных слоев Земли, водоёмы и природные водные потоки, окружающий воздух, вентиляционные выбросы зданий и сооружений, канализационные стоки, сбросное тепло технологических процессов.
Рис.3. Первый энергоэффективный дом в Москве на улице Академика Анохина, 62, на тепловых насосах (2001год). (Фото Сваловой В.Б.)
Импульсом к интенсивному развитию тепловых насосов в мире послужил энергетический кризис 1973 года. За 3 года рынок тепловых насосов в США достиг уровня 300 000 установок в год. Наибольшее распространение эти системы получили в США, Канаде, Японии, Исландии, Австрии, Германии, Швеции, Швейцарии. Темпы роста производства тепловых насосов ежегодно увеличиваются на 30-40%. Так в Японии уже установлено более 10 млн тепловых насосов, в США ежегодно производится 1 млн установок. В Швеции получают от теплонасосов более 50% тепла. Мировым лидером по величине использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли на душу населения является Швейцария.
В России производится около 1000 тепловых насосов в год, что, конечно, совершенно недостаточно. Даже необходимость экономии в отоплении, слабая газификация страны, огромные территории и потребность в энергоснабжении отдаленных регионов не приводят к столь необходимой интенсификации отрасли. Сочетание тепловых насосов с другими источниками возобновляемых энергоресурсов - солнца, ветра, биотоплива - открывает
захватывающие перспективы энергонезависимого автономного экологичного жилищного строительства.
Петрогеотермальные рсурсы.
Первые опыты извлечения тепла сухих пород (Hot Dry Rock - HDR) были выполнены Лос-Аламосской лабораторией в кальдере Валес (Нью-Мексико, США). В массиве горячих скальных пород мощным гидроразрывом была создана система трещин. Циркуляционная система включала нагнетательную скважину, по которой закачивалась холодная вода, и эксплуатационную, которая выводила нагревшийся в трещинах теплоноситель. Такой эксперимент проводился и в нашей стране в г. Тырнауз (Кабардино-Балкария). Здесь гидроразрыв гранитного массива был осуществлён на глубине 3,7 км, где температура достигает 200 оС. Из-за аварии в скважине эксперимент был прекращён. Сейчас в России опять возник большой интерес к использованию тепла сухих горячих пород, что вызвано развитием новых передовых технологий. Вопрос упирается в инвестиции.
Петрогеотермальные ресурсы активно используются в США, Австралии, Англии, Германии, Японии, Франции. Запасы этих ресурсов огромны. Перспективы их использования грандиозны и за ними будущее (Рис.4).
Рис. 4. Схема петротермального тепло-энергоснабжения города.
1. НС- нагнетательная скважина.
2. ЭС - эксплуатационная скважина.
Доля нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в энергобалансе России ничтожно мала -меньше 1%. Развитие альтернативной энергетики зависит от того, будет ли государство поддерживать этот бизнес.
Развитие систем, использующих нетрадиционные возобновляемые источники энергии позволяет практически в любой точке планеты от районов с вечной мерзлотой до экватора энергетически эффективно обеспечить здание тепловой энергией и холодом.
Литература
1. Свалова В.Б. Геотермальная энергетика в ЖКХ.// Независимая газета. НГ-ЭНЕРГИЯ. № 267 (6313), 9 декабря 2014 г., с. 14.
2. Свалова В.Б. Геотермальные ресурсы России: проблемы и перспективы комплексного использования. // Мониторинг. Наука и технологии. №2(3), 2010, 16-29.
3. Свалова В.Б. Геотермальные ресурсы России и их комплексное использование.// Альтернативная энергетика и экология. 2009, №7, 69-79.
4. Свалова В.Б. Проблемы и перспективы использования геотермальных ресурсов.//Использование и охрана природных ресурсов в России. № 5, 2008, стр. 3-10.
5. Свалова В.Б. "Добыть тепло из-под Земли". // Газета «Тверская, 13», №115, 25 сентября 2010 г.
6. Свалова В.Б. Термоминеральные воды России и их комплексное использование. //Гидрометеорология и экология, №2, 2010 г., стр. 174-191.
7. Bertani R. Geothermal Power Generation in the World 2005-2010 Update Report. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia. (CD).
8. Lund J.W., Freeston D.H., Boyd T. L. Direct Utilization of Geothermal Energy 2010 Worldwide Review. Proceedings of the World Geothermal Congress 2010, Bali, Indonesia.(CD).
9. Svalova V., Povarov K.Geothermal energy use in Russia. Country update for 2007-2012. Proceedings of European Geothermal Congress 2013. Pisa, Italy, 2013, 7 pp.
10. Svalova V.B. Mineral extraction from brines and geothermal resources complex use in Russia.\\ Proceedings of World Geothermal Congress 2010, Indonesia, 7 pp, CD.
11. Svalova V.B. Complex utilization of geothermal resources. CD Proceedings of IAEG Congress, 5-10 September 2010, Auckland, New Zealand, 7 pp.
