CC BY
56ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
GEOTHERMAL ENERGY
УДК 556.555.4
ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ РОССИИ И ИХ КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В. Б. Свалова
Институт геоэкологии РАН 101000 Москва, Уланский пер., 13, п/я 145 Тел. (7-495) 607-47-26, (7-495) 623-18-86, e-mail: inter@geoenv.ru
Геотермальные ресурсы являются важнейшим источником развития энергетики, редкометалльной 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 не достаточно. Быстрый рост энергопотребления, ограниченность и удорожание ресурсов невозобновляемого топлива, обострение экологических проблем заставляют мировую экономику широко использовать альтернативные источники энергии.
GEOTHERMAL RESOURCES OF RUSSIA AND THEIR COMPLEX USE
V.B. Svalova
Institute of Environmental Geoscience RAS 13 Ulansky str., P.B. 145, Moscow 101000, Russia Tel. (7-495) 607-47-26, (7-495) 623-18-86, e-mail: inter@geoenv.ru
Geothermal resources are one 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.
Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, руководитель отдела Международных проектов ИГЭ РАН, ученый секретарь Научного совета РАН по проблемам геотермии, вице-президент Геотермального энергетического общества России, член Совета директоров Всемирной геотермальной ассоциации (2001-2007).
Образование: механико-математический факультет МГУ, аспирантура. Область научных интересов: механико-математическое моделирование в геологии, геотермия, природные опасности, экология. Публикации: более 100.
Валентина Борисовна Свалова
Введение
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 [1-3]. Во многих развитых странах геотермальные ресурсы стали основой для развития высокотехнологичных отраслей индустрии.
В июле 2004 г. геотермальная общественность широко отметила столетие геотермальной энергетики. 4 июля 1904 г. в Лардерелло, Италия, Пьеро Джинори Конти (Prince Piero Ginori Conti (1865-1939)) провел первый в мире эксперимент по производству электроэнергии из геотермального пара (рис. 1). А через 9 лет, в 1913 г., в Лардерелло была пущена в промышленную эксплуатацию первая геотермальная электрическая станция мощностью 250 кВт, действующая до сих пор (рис. 2).
3
69
Рис. 1. Устройство, использованное в Лардерелло (Италия) в 1904 г. в первом в мире эксперименте по производству электроэнергии из геотермального пара, и его изобретатель Пьеро Джинори Конти Fig. 1. Prince Piero Ginori Conti and his engine used for the first experiment for electricity production from geothermal steam. Larderello, Italy, 1904
Рис. 2. Геотермальная электростанция в Лардерелло, Италия (фото В. Сваловой) Fig. 2. Geothermal power plant in Larderello, Italy (photo of V. Svalova)
В 2004 г. отмечалось также 50-летие российской геотермальной энергетики. 15 марта 1954 г. Президиум Академии наук СССР принял решение создать Лабораторию по исследованию геотермальных ресурсов в Петропавловске-Камчатском. А уже в 1966 г. на Камчатке была построена и пущена в эксплуатацию первая геотермальная электрическая станция на реке Паужетка мощностью 5 МВт с традиционным циклом. К 1980 г. мощность Паужет-ской ГеоЭС была доведена до 11 МВт. Станция и сейчас продолжает успешно работать. В 1967 г. 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. Нынешние высокие цены на нефть и газ требуют незамедлительного развития альтернативной энергетики. Во-первых, невозобновляемые ресурсы быстро истощаются, особенно при нынешнем состоянии экспорта нефти и газа. Во-вторых, на внутреннем рынке цены на топливо неизбежно приближаются к мировым. Экономить энергию придется всеми возможными способами. Отягчающим обстоятельством для развития геотермальной энергетики явится 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 нынешнем 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. Это не удивительно, т.к. это фантастический край с уникальными природными ресурсами и необыкновенной красоты проявлениями геотермальной активности в виде вулканов, гейзеров, горячих источников. Еще со времен Степана Крашенинникова (17111755), участника Второй Камчатской экспедиции (1733-1743), и его «Описания земли Камчатки» (1756) к этому притягательному месту приковано внимание как научной геологической общественности, так и любителей необычных природных явлений и путешествий.
Камчатская область обладает богатейшими геотермальными ресурсами, позволяющими полностью обеспечить энергетические потребности края на сто лет вперед. Наиболее перспективным является Мут-новское 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 Пау-жетской и Паратунской до строительства Верхне-Мутновской и Мутновской ГеоЭС мощностью 12 и 50 МВт соответственно.
Для осуществления строительства была создана проектная компания ЗАО «Геотерм», зарегистрированная 30 августа 1994 г. в Петропавловске-Камчатском. В строительстве принимали также участие АО «Кам-чатскэнерго», КУГИ (Комитет по управлению городским имуществом) Камчатской области, АО «Наука». Проект осуществлялся за счет кредита Европейского банка реконструкции и развития (99,9 млн US$), а также средств российских инвесторов, включая РАО «ЕЭС России». В 1999 г. была пущена в эксплуатацию пилотная Верхне-Мутновская ГеоЭС. 21 декабря
2001 г. был пущен первый энергоблок Мутновской ГеоЭС мощностью 25 МВт. 17 сентября 2002 г. первый энергоблок был включен в сеть, а 27 сентября
2002 г. был введен в эксплуатацию второй энергоблок, что позволило довести общую мощность Мутновской ГеоЭС до 50 МВт (рис. 3, 4).
Таким образом, 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.
Интересно сравнить производство электроэнергии из геотермальных источников по странам (табл. 1) (данные International Geothermal Association -IGA, [4]).
Рис. 3. Мутновская ГеоЭС (фото из архива В.Сваловой) Fig. 3. Mutnovskaya GeoPP (photo from V. Svalova's files)
Рис. 4. Мутновская ГеоЭС. Сепараторный зал (фото В. Сваловой) Fig. 4. Mutnovskaya GeoPP. Separator hall (photo of V. Svalova)
Таблица 1 Table 1
Производство электроэнергии из геотермальных источников в мире World electric power production from geothermal resources
Страна Производство электроэнергии, МВт, по годам
1990 1995 2000 2005
Аргентина 0,67 0,67 0 0
Австралия 0 0,17 0,17 0,2
Австрия 0 0 0 1
Китай 19,2 28,78 29,17 28
Коста-Рика 0 55 142,5 163
Сальвадор 95 105 161 151
Эфиопия 0 0 8,52 7
Продолжение табл. 1 Continuation of table 1
Страна Производство электроэнергии, МВт, по годам
1990 1995 2000 2005
Франция (Гваделупа) 4,2 4,2 4,2 15
Германия 0 0 0 0,2
Гватемала 0 33,4 33,4 33
Исландия 44,6 50 170 322
Индонезия 144,75 309,75 589,5 797
Италия 545 631,7 785 790
Япония 214,6 413,71 546,9 535
Кения 45 45 45 127
Мексика 700 753 755 953
Новая Зеландия 283,2 286 437 435
Никарагуа 35 70 70 77
Папуа Новая Гвинея 0 0 0 39
Филиппины 891 1227 1909 1931
Португалия (Азорские острова) 3 5 16 16
Россия (Камчатка) 11 11 23 73
Тайланд 0,3 0,3 0,3 0,3
Турция 20,6 20,4 20,4 20,4
США 2774,6 2816,7 2228 2544
Total 5831,72 6833,38 7974,06 9058,1
Геотермальные исследования в России
Систематические и целенаправленные геотермические и геотермальные научные исследования на территории нашей страны начались в середине прошлого века. Для координации этих работ в 1964 г. Отделением наук о Земле АН СССР был создан Научный совет по геотермическим исследованиям, преобразованный затем в Научный совет РАН по проблемам геотермии. Первым председателем Научного совета был один из крупнейших математиков мира академик А.Н. Тихонов.
С 30-х до начала 60-х годов прошлого столетия геотермальное теплоснабжение в СССР развивалось в основном по пути создания мелких объектов отопления, горячего водоснабжения и бальнеологии на базе термальных вод, полученных из нефтегазовых скважин. Важной вехой в развитии геотермального производства в СССР можно считать 1964 г., когда была создана Северокавказская разведочная экспедиция по бурению и реконструкции нефтегазовых скважин для геотермального теплоснабжения. В
1966 г. в Махачкале было создано Кавказское промысловое управление по использованию глубинного тепла Земли, а в 1967 г. - аналогичное Камчатское промысловое управление в Петропавловске-Камчат-ском в системе Мингазпрома.
Геотермические и геотермальные исследования ведутся в России более чем в 60 научных учреждениях, принадлежащих к различным ведомствам.
Геотермальные ресурсы России хорошо изучены [5-7] (рис. 5).
Еще в 1983 г. сотрудниками ВСЕГИНГЕО при участии региональных центров был составлен «Атлас ресурсов термальных вод СССР» с объяснительной запиской, содержащий 17 карт, в том числе «Карту термальных вод СССР», «Карту потенциальных запасов термальных вод СССР» (обе в масштабе 1:10 млн), а также карты эксплуатационных запасов термальных вод основных водоносных комплексов по наиболее перспективным районам (Западная Сибирь, Предкавказье, Камчатка, Курилы) в масштабе 1:5 млн и 1:1,5 млн.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7 (75) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
ГЕОТЕРМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ РОССИИ GEOTHERMAL REGIONS IN RUSSIA
^Снет.!ый КАЛИНИНГРАД
О.
МОСКВА
ПК гпшшик h КАМЧАТСКИЙ
Múí i <
сть-Либннск
МАХАЧ-КА.1А
с с и
I Чистив»
J
Lut i о во -
Верхне-Уутиоа кая ГееУС
Иагжетска* ?
ГеоУС ■ r,úJC
I
• Фнмодмял
^ е. Итуруп о. Kyuawup
а
Рис. 5. Перспективные геотермальные провинции России: a - районы, пригодные для теплоснабжения зданий с помощью тепловых насосов; b - перспективные для «прямого» использования; c - 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
Fig. 5. Prospective geothermal provinces in Russia: a - prospective regions for heat pumps use; b - prospective regions for direct use; c - regions of modern volcanism prospective for direct use, heat and electricity production at binary plants and big GeoPP construction at hydrothermal deposits. 1 - North Caucasus (platform province); 2 - North Caucasus (alpine province); 3 - Western Siberia; 4 - Pre-Baikal area; 5 - Kurile-Kamchatka region; 6 - Maritime Territory; 7-8 - Okhotsk-Chukotka volcanic belt
В 1991 г. под редакцией Ю.Д. Дядькина была составлена в масштабе 1:10 млн карта петрогеотер-мальных ресурсов нашей страны на глубинах до 6 км. Практически везде имеются возможности для создания систем теплоснабжения с температурами 70° С на входе и 20° С на выходе, а примерно на 70% территории России - с температурным режимом 90/40° С. Потенциал такой ресурсной базы в Российской Федерации составляет 1,77-1015 т у.т.
В 2000 г. вышел Геотермический атлас России (электронная версия), составленный сотрудниками Санкт-Петербургского горного института (технического университета) и ФГУП НПЦ «Недра» под редакцией А. А. Смыслова.
По данным ВСЕГИНГЕО и ВНИИКТЭП [5], на территории России разведано 47 месторождений природных теплоносителей с запасами термальных вод 242,4 тыс. м3/сутки и парогидротерм 103,2 тыс. т/сутки. При этом запасы утверждены лишь по 12 месторождениям термальных вод (135,4 тыс. м3/сутки) и по 5 месторождениям парогидротерм (34,5 тыс. т/сутки в пересчете на пар). Это крайне мало, учитывая огромные потенциальные гидротермальные ресурсы России.
Гидротермальные ресурсы используют преимущественно для теплоснабжения и обогрева городов и населенных пунктов на Северном Кавказе и Камчатке с общим числом населения около 500 000. В неко-
торых районах страны глубинным теплом обогреваются теплицы общей площадью около 465000 м2. Широко используются термоминеральные воды в бальнеологии и курортологии, но и здесь резервы еще очень велики.
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 экспериментальная школа в деревне Филиппово Ярославской области, демонстрационный комплекс «Экопарк-Фили», энергоэффективный жилой дом в Москве на улице Академика Анохина. Использование тепловых насосов в России имеет очень большие перспективы.
Для сравнения приведем данные ЮА по прямому использованию геотермальных ресурсов в мире [8] (табл. 2).
I Л
¿¿Leus
73
Таблица 2
Прямое использование геотермальной энергии в мире
Table 2
Direct use of geothermal energy in the world
Страна 1995 г. 2000 г.
мощность, МВт энергия, ТДж/год мощность, МВт энергия, ТДж/год
Алжир 100 1657 100 1586
Аргентина 25,7 449
Армения 1 15
Австралия 34,4 351
Австрия 21,1 200 255,3 1609
Бельгия 3,9 101,6 3,9 107
Болгария 133,1 778,5 107,2 1637
Канада 1,68 47 377,6 1023
Карибские острова 0,1 1
Чили 0,4 7
Китай 1915 16981 2282 37908
Колумбия 13,3 266
Хорватия 113,9 555
Чехия 12,5 128
Дания 3,5 45 7,4 75
Египет 1 15
Финляндия 80,5 484
Франция 599 7350 326 4895
Грузия 245 7685 250 6307
Германия 32 303 397 1568
Греция 22,6 135 57,1 385
Гватемала 2,64 83 4,2 117
Гондурас 0,7 17
Венгрия 340 5861 472,7 4086
Исландия 1443 21158 1469 20170
Индия 80 2517
Индонезия 2,3 43
Израиль 44,2 1196 63,3 1713
Италия 307 3629 325,8 3774
Япония 319 6942 1167 26933
Иордания 153,3 1540
Кения 1,3 10
Корея 35,8 753
Литва 21 599
Македония 69,5 509,6 81,2 510
Продолжение табл. 2 Continuation of table 2
Страна 1995 г. 2000 г.
мощность, МВт энергия, ТДж/год мощность, МВт энергия, ТДж/год
Мексика 164,2 3919
Непал 1,1 22
Нидерланды 10,8 57
Новая Зеландия 264 6614 307,9 7081
Норвегия 6 32
Перу 2,4 49
Филиппины 1 25
Польша 63 740 68,5 275
Португалия 5,5 35
Румыния 137 2753 152,4 2871
Россия 210 2422 308,2 6144
Словакия 99,7 1808 132,3 2118
Словения 37 761 42 705
Швеция 47 960 377 4128
Швейцария 110 3470 547,3 2386
Тайланд 0,7 15
Тунис 23,1 201
Турция 140 1987 820 15756
Великобритания 2,9 21
США 1874 13890 3766 20302
Венесуэла 0,7 14
Йемен 1 15
Югославия 80 2375 80 2375
Total 8604 112441 15145 190699
В области использования геотермальной энергии Россия тесно сотрудничает с Международной Геотермальной Ассоциацией (International Geothermal Association - IGA).
IGA - научно-образовательная, культурная, просветительская, негосударственная, неполитическая, некоммерческая организация, координирующая деятельность по использованию геотермальных ресурсов в мире, созданная в 1989 г. IGA управляется Советом директоров в количестве 30 человек, избираемых на конкурсной основе один раз в три года. Согласно Уставу IGA, члены Совета директоров не могут избираться больше двух сроков подряд. В разное время членами Совета директоров от СССР и России избирались Г.И. Буачидзе, В.И. Кононов, Ю.Д. Дядькин, В.Б. Свалова, К.О. Поваров. В каче-
стве коллективного члена от России в IGA входила Российская геотермальная ассоциация, а затем Геотермальное энергетическое общество, созданное в 2003 г. под руководством О. А. Поварова.
Каждые пять лет IGA проводит Всемирные геотермальные конгрессы (World Geothermal Congress -WGC), собирающие более тысячи участников. Российские ученые бывают представлены там большими делегациями. Так, WGC-1995 состоялся в Италии (Флоренция), WGC-2000 - в Японии (Хюсю-Тохо-ку), WGC-2005 - в Турции (Анталия). WGC-2010 состоится в Индонезии на острове Бали.
Успехи России в освоении тепла Земли на Камчатке придали импульс дальнейшему международному сотрудничеству в области геотермальной энергетики. В 2001-2002 гг. Всемирный Банк и Глобаль-
3
75
ный Экологический Фонд разработали стратегию развития геотермальной энергетики для стран Европы и Центральной Азии. Международная программа в рамках этой стратегии стимулировала подготовку и развитие новых проектов во многих регионах России. Было отобрано 5 первоочередных геотермальных проектов:
1. Камчатка: «Полное тепло- и электроснабжение Елизовского района на основе геотермальных ресурсов»;
2. Калининградская область: «Тепло- и электроснабжение на основе геотермальных ресурсов»;
3. Камчатка: «Расширение Верхне-Мутновской ГеоЭС. Создание энергоблока № 4 с бинарным циклом мощностью 6,5 МВт»;
4. Краснодарский край: «Геотермальное теплоснабжение г. Лабинска»;
5. Омская область: «Полное геотермальное теплоснабжение с. Чистово Оконешниковского района».
Комплексное использование геотермальных ресурсов
Термальные воды используются для многих целей - для выработки электроэнергии, для теплофикации и хладоснабжения, для горячего водоснабжения, в земледелии, животноводстве, рыбоводстве, в пищевой, химической и нефтедобывающей промышленности, в бальнеологии и курортологии, в рекреационных целях.
Термальные воды, особенно хлоридные рассолы, содержат в своем составе огромный комплекс металлических и неметаллических микрокомпонентов. Насыщенность рассолов микрокомпонентами находится в тесной зависимости как от генетической сущности самих рассолов, так и от литолого-структурных и геотермических особенностей вмещающих пород.
Термальные воды с высокой минерализацией расположены на большей территории России и бывшего СССР. Они известны почти во всех районах. Рассолы с минерализацией выше 200 г/л известны в Пермской и Самарской областях, Татарии, Московской, Рязанской и других центральных областях. В Москве, например, на глубине 1650 м встречены хлоридные рассолы с минерализацией 274 г/л. В Западной и Восточной Сибири существуют крупные месторождения рассолов с высокой температурой. Отдельные месторождения имеют минерализацию 400-600 г/л. Много термальных рассолов в Средней Азии, Казахстане, на Украине, Камчатке, Курильских островах, Сахалине.
Есть химические элементы, которые возможно извлекать только из подземных вод. Так, йод добывается из рассолов, т.к. йодистые соединения хорошо растворимы и в породах йод не накапливается. В больших количествах йод концентрируется морскими водорослями, но добывать эти водоросли как промышленное сырье эффективно лишь при боль-
шом их скоплении. Бром можно добывать из некоторых солей и водорослей, но традиционно бром также получают из сверхкрепких хлоридных рассолов [9].
Значительная часть месторождений термальных вод высокоминерализована и представляет собой рассолы, содержащие от 35 до 400 и более г/л солей. Они являются минеральным сырьем для добычи многих химических элементов. Многие рассолы, находящиеся на большой глубине, могут стать месторождениями ценнейших химических элементов: цезия, бора, стронция, тантала, магния, кальция, вольфрама и др. По дешевой технологической схеме из природных растворов в основном можно извлекать йод, бром, бор, хлористые соли аммония, калия, натрия, кальция, магния. Извлечение других химических элементов затруднено из-за дороговизны технологии. Перспективным методом является использование ионообменных смол для избирательного извлечения определенных компонентов из природных вод. В основе метода лежит принцип избирательной сорбции ионов полезных элементов или их комплексов со специально введенными в раствор соединениями.
В то же время в разряд актуальных проблем выдвигается задача наиболее эффективного использования природных сырьевых ресурсов, включая термоминеральные воды и рассолы. Вовлечение этих вод в хозяйственную деятельность может способствовать решению ряда социально-экономических и экологических проблем.
Работы ряда научных учреждений в России позволяют создать процессы химической переработки гидроминерального сырья и расширить сферы его хозяйственного применения. Большой объем лабораторных и натурных испытаний по извлечению ценных компонентов из термальных вод подтверждает необходимость и возможность комплексного использования этого нетрадиционного сырья.
Интерес к минерализованным водам и рассолам в качестве минерального сырья связан с рядом преимуществ этого вида сырья перед твердыми источниками рассеянных элементов, металлов и минеральных солей. Промышленные подземные воды характеризуются широким региональным распространением и большими геологическими и эксплуатационными запасами [10]. Они являются поликомпонентным сырьем и могут одновременно использоваться в бальнеологии и теплоэнергетике. Добыча этого сырья требует проведения относительно небольших капитальных работ и осуществляется сква-жинными водозаборами, позволяющими извлекать гидроминеральное сырье с больших глубин.
Минерализованные воды и рассолы характеризуются большим разнообразием общей минерализации, химического состава, содержания полезных компонентов и количественного их соотношения, а также газового состава и температуры. Из всего многообразия минерализованных вод к числу наибо-
лее распространенных типов гидроминерального сырья относятся: термальные рассолы межконтинентальных рифтовых зон; термальные воды и рассолы островных дуг и областей альпийской складчатости; воды и рассолы артезианских бассейнов; рассолы (рапа) современных эвапоритовых бассейнов морского или океанического происхождения и континентальных озер; морские воды.
Рентабельность промышленного получения тех или иных компонентов из гидроминерального сырья определяется не только их концентрацией, но и глубиной залегания подземных вод и эксплуатационных скважин, фильтрационными свойствами водовме-щающих отложений, дебитами эксплуатационных запасов и т.д. На экономические показатели эксплуатации существенно влияет способ сброса отработанных вод, что определяет затраты на охрану природной среды.
Исходя из общих условий и закономерностей распространения подземных минерализованных вод и рассолов, содержащих редкие элементы, а также с учетом опыта использования таких вод в качестве гидроминерального сырья в России и за рубежом установлены следующие пределы концентраций элементов, при которых воды представляют промышленный интерес (мг/л): йод - 10, литий - 10, цезий - 0,5, германий - 0,5, бром - 200, рубидий - 3, стронций - 300.
Еще перед Второй мировой войной за рубежом, в частности, в США, была разработана технология извлечения из гидроминерального сырья одного из его компонентов - лития. В 70-х годах около 85% мировой добычи этого металла осуществлялось именно таким способом [11].
В Японии из термоминеральных подземных рассолов в промышленных масштабах добываются I, Вг, В, Ы, Лб, ве, W и ряд минеральных солей, а в Израиле из рассолов Мертвого моря - карналлит, бром, хлориды магния и кальция, а также сырье для производства лекарственных препаратов и парфюмерии. В 80-е годы из гидроминерального сырья получали 30% мировой добычи лития, 31% - цезия, 8% - бора, 5% - рубидия, а также в значительных масштабах Са, №, К, 8, С1, и, Яа, Си.
Огромные запасы редкометалльного сырья заключены в минерализованных подземных водах и рассолах на территории России и СНГ - в них содержится свыше 55% общих запасов лития, 40% рубидия и 35% цезия.
В зависимости от состава и свойств термальных вод можно выделить два основных направления использования геотермальных ресурсов: теплоэнергетическое и минерально-сырьевое.
Теплоэнергетическое направление является основным для пресных и слабоминерализованных вод, когда ценные компоненты в промышленных концентрациях практически отсутствуют, а общая минерализация не препятствует нормальной эксплуатации системы. В тех случаях, когда высокопотенциальные
воды характеризуются повышенной минерализацией и склонностью к солеотложениям, утилизация минеральной составляющей должна рассматриваться как попутный процесс, способствующий эффективному теплоснабжению.
Минерально-сырьевое направление является основным для геотермальных вод и парогидротерм, содержащих ценные компоненты в промышленных количествах. При этом обоснование промышленных концентраций обусловлено уровнем технологий. Для таких вод теплота является попутным продуктом, использование которого может повысить эффективность процесса получения основной продукции и даже сэкономить топливо.
Доминирующим при проектировании таких систем должен быть процесс выделения ценных компонентов. Комплексное использование термальных вод в минерально-сырьевом направлении экономически может быть значительно эффективней, чем в теплоэнергетическом. Выбор направления комплексного использования термальных вод должен определяться не только их составом и свойствами, но и уровнем развития комплексных технологических процессов добычи и переработки гидроминерального сырья и технологией теплоэнергетических процессов. Решающую роль при этом играет наличие потребителей и потребности в термальной воде [12-17].
Проблемы и перспективы использования геотермальных ресурсов в России
Доля нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в энергобалансе России ничтожно мала - меньше 1%. Более интенсивное использование возобновляемых источников энергии предусмотрено в «Энергетической стратегии РФ»: к 2010 г. их доля должна возрасти до 3-4% , а к 2020 г. - до 6-7%. Однако развитие альтернативной энергетики зависит от того, будет ли государство поддерживать этот бизнес.
Существует много препятствий, мешающих увеличению использования геотермальных ресурсов. Наибольшие препятствия связаны с управлением геологическими рисками. Инвесторы готовы взять на себя экономические, финансовые и технологические риски. Однако часто они не обладают специальными знаниями, которые требуются для оценки и управления геологическими рисками, что снижает возможность инвестиций в дорогостоящие геотермальные проекты. Без гарантий государства здесь не обойтись.
Опыт ведущих промышленно развитых стран показывает, что использование возобновляемых источников энергии на промышленном уровне невозможно без государственной поддержки со стороны законодательной и исполнительной власти. Так, в Германии в 2003 г. был принят закон о стимулировании развития геотермальной энергетики, в соответствии с которым для всех геотермальных электрических станций уста-
3
Ж
•и: -
77
навливается стоимость 1 кВтч в 15 евроцентов, при этом все местные энергетические компании обязаны забирать всю вырабатываемую этими электростанциями электроэнергию. В США был принят ряд федеральных законов, заставляющих коммунальные предприятия покупать электроэнергию у независимых производителей, что привело к интенсивному росту производства геотермальной энергии с 1980 по 1990 гг. (рис. 6).
Рис. 6. Рост производства геотермальной энергии в США с 1980 по 1990 г. вследствие принятия федеральных законов, заставляющих коммунальные предприятия покупать электроэнергию у независимых производителей Fig. 6. The fastest growth in US geothermal capacity was from 1980 to 1990, following enactment of federal laws that compelled utilities to purchase electricity from independent power producers
Европейская директива по возобновляемым источникам энергии, которая возведена в статус закона, демонстрирует подход к структуре энергетики будущего со стороны ведущих европейских держав. Уже к 2010 г. Европа планирует увеличить долю возобновляемых источников энергии в общем энергопотреблении до 12%.
Стимулировать развитие малой и альтернативной энергетики в России можно путем создания соответствующей законодательной базы. РАО «ЕЭС России» разрабатывало закон «О возобновляемых источниках электроэнергии», который должен был определить права собственности на различные виды соответствующих ресурсов, а также разделить полномочия федеральной и региональной властей по их управлению. Необходимо принятие такого закона и соответствующих постановлений Правительства РФ, предусматривающих стимулирующие мероприятия на государственном и региональном уровнях. Стимулом для производителей нетрадиционной энергии могли бы стать поправки в Налоговый кодекс, предоставляющие налоговые льготы для производителей оборудования, используемого в малой и возобновляемой энергетике. Также необходимо соответствующее финансирование Федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика» в подпрограмме «Энергообеспечение регионов России, в том числе северных и приравненных к ним территорий, на основе использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива».
В любом случае необходима большая просветительская и научно-образовательная работа по пропаганде использования экологически чистых инновационных технологий для освоения альтернативных источников энергии, включая геотермальные ресурсы [20-28]. Широкая общественность зачастую плохо информирована о возможностях и перспективах использования внутреннего тепла Земли на федеральном, региональном и локальном уровне, включая индивидуальное строительство и теплоснабжение. В этом плане интересным примером, достойным подражания, может служить создание «Дома возобновляемой энергии» в Брюсселе, Бельгия (рис. 7).
Рис. 7. «Дом возобновляемой энергии» в Брюсселе, Бельгия (фото В. Сваловой)
Fig. 7. "Renewable Energy House" in Brussels, Belgium (photo of V.Svalova)
В 2000 г. несколько энергетических ассоциаций решили разместить свои офисы в одном здании - так и родилась идея «Дома возобновляемой энергии» (ДВЭ). В ДВЭ находятся следующие организации:
- EREC - Европейский совет по возобновляемой энергии;
- AEBIOM - Европейская биотопливная ассоциация;
- EGEC - Европейский совет по геотермальной энергии;
- EPIA - Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности;
- ESTIF - Европейская федерация производителей солнечных теплоустановок;
- EUBIA - Европейская ассоциация производителей биомассы;
- EUREC Agency - Европейское агентство по возобновляемой энергетике;
- EWEA - Европейская ассоциация ветроэнергетики;
- EUFORES - Европейский форум по ВИЭ;
- GWEG - Всемирный совет по ветроэнергетике.
ДВЭ - это не просто офисное здание. Это - действующая выставка энергосберегающих технологий и технологий ВИЭ в черте города. ДВЭ демонстрирует существенное сокращение потребления энергии на отопление, освещение и кондиционирование за счет
78
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7 (75) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
iSJi&Ill
энергосберегающих мер, а также максимально возможное использование ВИЭ для удовлетворения энергетических потребностей. В здании реализованы следующие технические решения по энергосбережению:
- теплоизоляция фасада и крыши;
- двойное остекление;
- экономичные системы освещения;
- вентиляция с рекуперацией тепла;
- система отопления на пеллетах;
- система солнечного теплоснабжения и адсорбционная система солнечного кондиционирования;
- геотермальное теплоснабжение и кондиционирование.
Демонстрационный комплекс «Экопарк-Фили» в Москве близок по идеологии к ДВЭ в Брюсселе. И подобную работу следует всячески поддерживать и развивать.
Список литературы
1. Svalova V.B. The History of geothermal resources use in the former USSR // Proc. of the 1998 GRC Annual Meeting, San Diego, California, USA.
2. Svalova V.B. Geothermal legends through history in Russia and the former USSR: a bridge to the past // In: Stories from a Heated Earth. Our Geothermal Heritage. GRC, IGA. Sacramento, California, 1999. P. 336-355.
3. Svalova V.B. The history of geothermal resources use in Russia and the former USSR // Proc. of the World Geothermal Congress 2000, Japan.
4. Huttrer G.W. The status of world geothermal power generation 1995-2000 // Proc. of the World Geothermal Congress 2000, Japan. Vol. 1. P. 23-37.
5. Вартанян Г.С., Комягина В.А., Плотникова Р.И., Соустова Т.Н., Шпак А.А. Использование и перспективы освоения минеральных, термальных и промышленных вод. М.: Геоинформмарк, 1999.
6. Кононов В.И., Поляк Б.Г., Хуторской М.Д. Гидрогеотермальные ресурсы России // Георесурсы. 2005. № 2(17). С. 29-33.
7. Kononov V.I., Polyak B.G., Kozlov B.M. Geo-thermal development in Russia: Country update report 1995-1999 // Proc. of the World Geothermal Congress 2000, Japan. Vol. 1. P. 201-206.
8. Lund J.W., Freeston D.H. World-wide direct uses of geothermal energy 2000 // Proc. of the World Geo-thermal Congress 2000, Japan. Vol. 1. P. 1-21.
9. Антипов М.А., Бондаренко С.С., Стрепетов В.П., Каспаров С.М. Минеральное сырье. Бром и иод. М.: Геоинформмарк, 1999.
10. Бондаренко С.С. Минеральное сырье. Воды промышленные. М.: Геоинформмарк, 1999.
11. Кременецкий А. А., Линде Т.П., Юшко Н.А. и др. Минеральное сырье. Литий. М.: Геоинформмарк, 1999.
12. Свалова В. Б. Термальные воды России. Комплексное использование // Матер. межд. конф. «Извлечение минеральных компонентов из геотермальных растворов», 12-16 сентября, 2005 г., г. Петропавловск-Камчатский.
13. Свалова В.Б. Комплексное использование гидротермальных ресурсов // Докл. VIII межд. конф. «Новые идеи в науках о Земле». М., 2007. Т. 6. С. 384-386.
14. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia: progress and future // Proc. of the First East African rift geothermal conf. Geothermal energy: an indigenous, environmentally benign and renewable energy resource. Addis Abeba, Ethiopia, 2006.
15. Svalova V.B. Geothermal resources and thermal waters of Russia: complex use // Proc. of the Geothermal Resources Council 2006 Annual Meeting "Geothermal Resources Securing Our Energy Future", San Diego, California, 2006.
16. Svalova V.B. Mineral resources of geothermal waters and brines // Proc. of the Intern. Conf. "Mineral extraction from geothermal brines". Tucson, Arizona, USA, 2006.
17. Svalova V.B. Complex use of geothermal resources // CD Proc. European Geothermal Congress 2007, Germany, № 233.
18. Свалова В.Б. Использование геотермальной энергии и проблемы устойчивого развития // Матер. межд. научн.-техн. семинара «Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий» «Стихия-2002». Севастополь, 2002.
19. Свалова В.Б. Геотермальные ресурсы России, проблемы экологии и устойчивого развития // Матер. межд. конф. «Возобновляемая энергетика - 2003: состояние, проблемы, перспективы». С.-Пб., 2003.
20. Свалова В.Б. Учебно-научный консультационный центр по экологии и возобновляемым видам энергии // Материалы межд. семинара «Российская программа развития возобновляемых источников энергии», 2004, г. Рыбинск, Россия.
21. Svalova V. B. Geothermal energy use in Russia and environmental parks // Proc. of 2002 Beijing International Geothermal Symposium.
22. Svalova V. B. Geothermal energy use in Russia and sustainable development // Proc. of Intern. Geothermal Workshop, New Zealand, 2002.
23. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia // Proc. of Geothermal Conf. in Reykjavik, Iceland, 2003.
24. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia and environmental problems // CD Proc. of European Geothermal Conf. 2003, Hungary.
25. Svalova V.B. Geothermal resources of Russia. Sustainable development and environmental problems decision //CD Proc. of Intern. Conf. Energy without Smoke. Sochi, 2003.
26. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia and environment // Proc. of Geothermal Conf. in Zakopane, Poland, 2004.
27. Svalova V.B. Scientific consultation and demonstration centre on ecology and renewable energy // Материалы. Межд. Геотермальный Семинар - МГС2004 «Тепло и Свет от Сердца Земли», 9-14 августа 2004 г., г. Петропавловск-Камчатский, Россия.
28. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia and environmental problems // Proc. of the World Geo-thermal Congress in Turkey, 2005.
