CC BY
13ГЕОТЕР МАЛ Ь НАЯ ЭНЕРГЕТИ КА
GEOTHERMAL ENERGY
ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ ТУРКМЕНИСТАНА
А. М. Пенджиев, Б. Д. Мамедсахатов
Туркменский политехнический институт м. Бикрова, Солнечный, 4/1, Ашхабад-32, 744032, Туркменистан
Тел.: +(495)37-09-50
In publication are considered scientific and practical aspects of expediency of application and recycling of geothermal waters in Turkmenistan. Economic efficiency of use of geothermal waters. Prospects of development of nonconventional power and its value for ecology of Turkmenistan
Цель статьи — обсуждение научных и практических аспектов применение геотермальных вод в аридной зоне Туркменистана. Целесообразность народнохозяйственного использования термальных вод целиком и полностью контролируется методологией их утилизации, которая должна учитывать экономическую эффективность по сравнению с альтернативными источниками энергии.
Направленность использования геотермальных ресурсов должна соответствовать потенциалу потребителя, его экономико-географическому, климатическому положению и другим факторам.
Основные направления использования геотермальных ресурсов могут быть классифицированы в соответствии с их тепловым потенциалом:
1) низкотермальные — с температурой 4070 °С (эти воды целесообразнее использовать для оттаивания мерзлых пород зимой, снабжения водой животноводческих комплексов, мойки шерсти, теплового снабжения, на спортивно-оздоровительные цели (плавательные бассейны, ванные, душевые), интенсификацию рыборазведения);
2) среднетермальные воды с температурой 70-100 °С (эти воды найдут применение для отопления и горячего водоснабжения жилых зданий, тепличных хозяйств, интенсификации нефтеотдачи плотов на месторождениях высокопарафиновых нефтей, извлечения редких и рассеянных элементов: йод, бром, бор, стронций, цезий и т. д., холодоснабжения холодильных установок промышленного, сельско-комму-нального значения, в технологических целях — сушка фруктов, древесины и т. д.);
3) высокотермальные воды с температурой 100-150 °С. Наиболее эффективно могут быть
использованы для комплексной утилизации тепла в соответствии с вышеупомянутыми типами применения по пунктам 1 и 2. Получение электрической энергии на геотермальных станциях небольшой мощности, работающих на низко-кипящих рабочих жидкостях (изобутан, фреон и т. д.). Интенсификация нефтеотдачи пластов на месторождениях высокопарафиновых нефтей, технологических целей деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности;
4) парогидротермы и флюиды с температурой выше 150 °С могут применяться для получения электрической энергии, а отработанные воды пригодны для обеспечения теплом промышленных, сельскохозяйственных, коммунальных и других потребителей, распложенных вблизи геотермальных электростанций.
Геотермальные ресурсы, таким образом, находят практическое применение для горячего водоснабжения жилых и производственных зданий, в технологических целях, для отопления теплиц и парников в сельском хозяйстве и для получения электрической энергии [1].
Поскольку основные запасы геотермальных вод Туркменистана относятся к категории низкопотенциальных, они являются главными и будут таковыми в обозримом будущем для сельского и коммунального хозяйств (теплоснабжение жилых промышленных зданий), бальнеологии и химии. Снабжение холодом помещений, зданий, учреждений — проблема сложная и еще не решенная.
Основные перспективы использования тепла земли в настоящее время связываются с мес-
Статья поступила в редакцию 25.05.2007 г. Ред. per. № 80. The article has entered in publishing office 25.05.2007. Ed. reg. No. 80.
Таблица № 1
Геотермический режим регионов Туркменистана
Регионы и районы Температура на уровне гипсометрического среза, °С
1000 2000 3000 4000
1 Каракумский регион
Центрально-Каракумский 58-70 90-109 125 —
Ачакский 56-63 84-90 — —
Заунгузский 52-54 81-83 108-109 130-135
Багаджанский 60-61 88-92 112-116 135-140
Сандыкачинский 48-52 78-85 112-118 139-143
Бадхыз-Карабильский 54-60 86-100 117-125 —
Кушкинский 58-65 92-99 131 —
Бахардокский 54-62 85-101 115-127 148-157
Предкопетдагский 47-52 69-87 108-118 141-155
II. Копетдагский регион
Центральный Копетдаг 35-44 54-57 — —
Западный Копетдаг 47-53 67-78 90-98 —
Ш. Западно-Туркменский регион
Восточно-Прибалтийский 40-48 62-78 80-87 —
Гограндаг-Окаремский 41-44 56-64 79-85 —
Центральноприбалханский 35-42 54-57 70-75 84-94
Каспийский 30-36 45-49 56-63 67-77
торождениями геотермальных вод. Специальная проработка вопроса рентабельности использования геотермальных вод в Туркменистане не проводилась, наша оценка перспективности использования глубинного тепла основывается на общих кондиционных требованиях. В связи с этим представляет интерес рассмотрение распределения температуры на глубине 3 тыс. м, характеризующее максимальную тепловую потенцию геотермальных вод.
Так, в пределах Каракумского региона температура на глубине 3 тыс. м повсеместно превышает 100 °С. Максимальные их величины (140 °С и выше) приурочены к южной части эпи-наледзойской платформы (Бадхыз-Карабильс-кой ступени) и эпиплатформенной аэрогенной области (Кушкинская группа поднятий). Сумма прогнозных ресурсов термальных вод составила 133829 м3/сут, а гидрогеотермической энергии — 797Гкал/год. В Каракумском регионе по химическому составу это, преимущественно, хлоридные натриевые рассолы с минерализацией до 250 г/л.
Копетдагский регион характеризуется возможным развитием на глубине 3 тыс. м температуры порядка 80-100 °С в Центральном и 100110 °С в Западном Копетдаге. Обращает на себя внимание приуроченность максимальных температур к Куллярской синклинальной зоне Западного Копетдага. Сумма запаса геотермальных вод составляет 10840 м3/сут., а ресурсы гидротермальной энергии — всего 30Гкал/год. В Копетдагском геотермальном регионе по химическому составу они преимущественно сульфат-
но-натриевые, сероводородные с минерализацией 2,6-3,5 г/л. Дебиты скважин достигают 1011 л/с.
В Западно-Туркменском регионе температура на глубине 3 тыс. м значительно ниже, чем в вышерассмотренных регионах. Характерной особенностью распределения температур является снижение их величин от периферии к центру впадины: на Мессерианской ступени — до 90108, в Гограндаг-Окаремской и Прибалханской зонах поднятий — 75-80 и в пределах Кизил-кумского прогиба и акватории Каспия — до 70 °С и менее. В западно-туркменском регионе по химическому составу в разрезе плиоценовых отложений преобладают рассолы хлоридного кальциево-натриевого состава с минерализацией свыше 100 г/л [2, 3].
Развитие холодильного хозяйства в Туркменистане на основе дешевого холода позволит повысить эффективность работы пищевой промышленности, торговли, сельского хозяйства, транспорта.
Сфера распределения защищенного грунта в Туркменистане необычайно широка — от субтропиков до севера Дашогузского велаята. Под термином «защищенный грунт» подрозумевает-ся участок земли, на котором создан искуствен-но-благоприятный микроклимат для выращивания внесезонных сельскохозяйственный культур.
Тепличному хозяйству с площадкой в 10 га в северных районах страны необходимо столько тепла, сколько расходует на бытовые и коммунальные нужды современный город с населением в 70-80 тыс. жителей. Теплицы дают воз-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7(51) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
можность выращивать в северных районах страны 2-3 урожая овощей в год.
В результате расчетов получены данные для рассматриваемых районов, по которым можно определять общую сумму тепловой энергии для поддержания необходимой температуры. Для поддержания оптимальной температуры 18-22 °С в гелиотеплице траншейного типа площадью 100 м2 по велаятам Туркменистана необходимо: в Дашогузском велаяте в зимний период 129,8269,1МВт энергии или 467,3-968,76 МДж тепла; в Лебапском — 36,5-95,0 или 131,4-342,0; в Ахалском 23,2-29,5 или 83,5-106,2; в Балканском (юго-западе) 5,8 энергии или 21,1 МДж тепла для поддержания 22 °С, а для поддержания 18 °С дополнительный обогрев не требуется. Приведены данные по количеству получаемого тепла от различных видов топлива, необходимого для поддержания температуры 18-22 °С в ге-лиотеплице, с учетом климатических особенностей региона страны. Зная закупочные цены, можно определить и затраты.
Большинство тепличных растений произрастает в искусственных условиях всю свою жизнь для некоторых тепличный режим эффективен лишь на начальных стадиях роста (рассада, цветы и т. д.). Трубопроводная система для обогрева теплиц на каждый гектар имеет протяженность 40 км, вместе со строительством котельной на нее приходится 40 % строительных затрат, остальные идут на обогрев теплиц.
Один гектар защищенного грунта в зависимости от климатических условий требует около 1 тыс. м3/сут [5].
Стоимость 1 Гкал тепла, получаемого от сжигания различных видов топлива, не одинакова: в котельных, работающих на газе — 33,5; на торфе — 4,5; на угле — 5-6 долларов США. Действующие цены на тепло в виде горячей воды ТЭЦ в России на тепличном комбинате для различных широт колеблются в широких пределах и часто оказываются весьма высокими. Так, Сахалинэнерго отпускает воду по цене 6,50 долларов США за Гкал; на Камчатке и в Магаданской области стоимость 1 Гкал еще больше.
Использование фонда непродуктивной нефти разведочных или газовых скважин, как правило, требует их ремонта и дополнительного обустройства. Но даже эти затраты незначительно повышают стоимость 1 Гкал (20-50 центов), если скважина выводит воду с температурой не менее 70 °С. Во всех других случаях, когда геотермальные месторождения разбуриваются специальными скважинами, стоимость воды едина — 6 центов за 1 м3. Тогда цена 1 Гкал тепла для 70 ° воды составит около 85 центов, а 100 ° — 60 центов.
Таким образом, при сопоставлении с котельными геотермальное отопление выглядит более дешевым. Однако сразу следует оговориться, что
термальная вода далеко не идеальный теплоноситель. Зачастую она требует специальной очистки до введения в радиаторы отопления. Сброс отработанной воды не всегда можно производить в открытые водоемы, а это означает, что необходима ее закачка обратно в пласт для поддержания плотового давления. Все это в конечном итоге повышает общую стоимость геотермального тепла, но не до такой степени, чтобы проиграть в конкурсной борьбе с традиционными источниками энергии. Относительно изменчивый климат Туркменистана с морозами вынуждает строить множество теплиц, чтобы обеспечить население внесезонными овощами, цитрусовыми.
Тепличные хозяйства требуют не столько высоких затрат на строительство ($45 — 1 м2), сколько огромных потребностей в топливе. Чтобы обеспечить теплом теплицы площадью 1060 га, надо сжечь 5 млн. т условного топлива в год. Цифра весьма впечатляющая, если учесть, что все прогнозные запасы термальных вод Туркменистана — до 3,5 км. Тепловые эквиваленты равноценны, то есть могут заменить около миллиона тонн условного топлива в год. Но термальные воды не могут целиком потеснить традиционные источники энергии.
Как было сказано выше, в подавляющем большинстве термальные воды относятся к категории низкопотенциальных, главным их потребителем является сельское хозяйство.
Вот один из примеров. Геотермальная скважина с дебитом 1800-2000 м3/сут и температурой 70-75 °С может обогреть теплицу в 2-2,5 га, это позволит ежегодно получать во внесезонное время 450-500 т самых дешевых овощей [5].
Из опыта стран СНГ: термальными водами отапливались более 70 га теплиц в России, Грузии, Казахстане и т. д. Большая проблема современной науки и минеральных ресурсов — поиски сырья для добычи рассеянных редких элементов. Как известно, в минералах и породах эти элементы являются микрокомпонентами, поэтому зачастую невыгодно перерабатывать тысячи тонн бедного сырья, чтобы получить несколько килограммов ценного продукта. Термальные рассолы некоторых месторождений содержат резкие щелочи, причем в количествах, либо превышающих концентрации их в бедных рудах, либо сопоставимых.
Есть химические элементы, которые возможно извлекать только из подземных вод. Иод — элемент чрезвычайно важный не только в медицине, но в химической промышленности. В мире йод добывают из минерализованных термальных вод - рассолов, так как в природе не существует собственно минерала йода из-за того, что пористые соединения хорошо растворимы, поэтому в породах он не накапливаются. Правда, йод концентрируется с морских водорослях. Го-
молог йода — бром, его добывают из некоторых солей и водорослей.
В Туркменистане рассолы Хазара высокотермальны, температура на заборе достигает 90100 °С. Однако на устье скважин температура варьируется в пределах 45-80 °С, содержание йода — 26 мг/л и брома — 580 мг/л, вместе с тем, присутствуют такие компоненты, как рубидий, свинец, цинк, медь, кальций, мышьяк, стронций. Хазарские термальные рассолы представляют собой пример проявления мощных современных рудообразующих гидротерм.
Извлечение из термальных вод редких и рассеянных элементов можно вести одновременно с теплотехническим их использованием, получая очень ценный для промышленности продукт без каких-либо затрат. Термальные рассолы являются ценным сырьем для производства многих видов химической продукции и обладают весьма важным достоинством: их легко добывать и транспортировать.
К сожалению, положение таково, что к настоящему времени лишь ограниченное число химических продуктов можно извлекать из природных растворов по дешевой технологической схеме. Это бор, йод, бром, хлористые соли ам-
мония, калия, натрия, кальция, магния. Извлечение же других химических элементов пока затруднено из-за дороговизны технологии.
Большие надежды возлагаются на использование ионообменных смол для избирательного извлечения определенных компонентов из природных вод. В основе этого лежит принцип избирательной сорбции ионов полезных элементов или их комплексов специально введенными в раствор соединениями.
В перспективе многие рассолы, находящиеся на больших глубинах в земной коре, могут стать месторождениями ценнейших химических элементов: цезия, бора, стронция, тантала, магния, кальция, вольфрама и многих других элементов. Способы извлечения их будут настолько рентабельны, что рассолы станут такими же источниками полезных ископаемых, как и твердые минеральные концентрации.
Геотермальное хозяйство по сути своей многоотраслевое. Столь же многообразны проблемы технического характера, с которыми приходится сталкиваться при эксплуатации геотермальных месторождений, которые отличаются одно от другого по глубине залегания, дебиту, температуре, химическому составу и, наконец,
Таблица 2
Показатели технической возможности использования термальных вод при эксплуатации _не менее 25 лет [4]_
Температура, °С (не менее) Дебит, м3/сут (не менее) Глубина залегания Минерали-
Вид использования водоносного горизонта, зация г/л
(не более) (не более)
Выработка электроэнергии Гео ТЭС (10 МВт) с прямым пароводяным 180 10000 3000 15
циклом
Выпаривание высококонцентрированных растворов 170 500 2500 —
Получение тяжелой воды 170 500 2500 —
Сушка лесоматериалов, диатомита, рыбной муки 160 1000 2500 2 (50)
Консервирование продуктов 140 500 1500 2
Дисциляция воды 120 500 2500 —
Выработка электроэнергии Гео ТЭС (10 МВт) с применением проме- 80 20000 2500 _
жуточных низкокипящих веществ
Сушка органических материалов, водорослей, травы, овощей. 100 500 1500 2 (50)
Мойка и сушка шерсти 100 500 1500 2 (50)
Теплоснабжение населенных пунктов 65 1000 2500 2 (50)
Хладоснабжение 70 500 1500 50
Животноводство 450 500 1500 2
Теплично-парниковое хозяйство 60 500 1500 10 (50)
Горячее водоснабжение 50 1000 1500 1 (50)
Выращивание грибов 50 — — 2
Подогрев почвы 40 500 1500 2(50)
Бассейны для плавания 30 250 1000 50
Брожение и производство ферментов 30 — — 2
Оттаивание мерзлых пород 30 250 2000 —
Разведение рыбы 20 500 1000 —
Примечание: в скобках указана допустимая минерализация вод для геотермальных установок с теплообменником.
70
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7(51) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
Uin
по степени удаленности от энергопотребителя. Термальные воды не транспортабельны на большие расстояния — в этом состоит одно из главных ограничений их использования. Максимальное расстояние транспортировки геотермальных ресурсов до района потребления зависит от теплосодержания. Практика показала, что для транспортировки пара, используемого для получения электрической энергии, расстояние от скважины до турбины геотермальной станции не должно превышать 2-3 км. Термальная вода, используемая для отопления и горячего водоснабжения, коммунальных и других целей, транспортируется только в Исландии (до 20 км) [6].
Целый ряд типов термальных вод не благоприятны в отношении солеотложения. Зарастание технологической сети труб карбонатом кальция — крайне частое явление в практике геотермального теплоснабжения.
При эксплуатации крупных геотермальных месторождений с большим расходом отработанной воды возникают существенные трудности в деле охраны окружающей среды.
Использование геотермальных ресурсов Туркменистана в народнохозяйственных целях —
проблема многоотраслевая и требует еще многих научных и технологических разработок (таблица 2).
Список литературы
1. Геотермические исследования в Средней Азии и Казахстане. М: Наука, 1985.
2. Барзасеков В. Ф. Геотермическое районирование Копетдагской водонапорной системы // Вопросы методики гидрогеологических и инженерно-геологических исследований на территории Туркменистана // Ашгабад, 1975.
3. Кудельский А. В. Термальные воды Ко-петдага // Изучение и использование глубинного тепла Земли // М.: Наука, 1973.
4. Мокоренко Ф. А., Кононов В. И. Гидротермальные районы СССР и перспективы их освоения // Изучение и использование глубинного тепла Земли // М.: Наука, 1973.
5. Пенджиев А. М. Диссертация на соискание ученой степени доктора наук. М. 2000.
6. Рыбакова Л. Е., Пенжиев А. М. Энергия барада сохбет. Ашгабад: Магарыф, 1993.
Сверхсрочная публикация в Международном научном журнале «Альтернативная энергетика и экология»
По просьбам авторов редакцией Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» предоставляется возможность сверхсрочной публикации рукописей объемом до 9 страниц.
Для того, чтобы воспользоваться услугой сверхсрочной публикации, необходимо написать заявление в редакцию и подготовить рукопись и сопроводительные документы в соответствии с правилами оформления рукописей.
В случае публикации рукописи автора(ов), воспользовавшихся услугой сверхсрочной публикации, ранее установленного срока дополнительная плата не взимается.
В случае отсутствия заявления и в случае, если рукопись публикуется раньше 60 дней, плата не взимается.
В случае превышения объема рукописи 9 страниц стоимость услуги увеличивается на 25 %.
Услуга сверхсрочной публикации включает следующие работы:
1) рассмотрение возможности публикации рукописи на научно-техническом совете редакции журнала;
2) в случае получения положительного решения рукопись проходит рецензирование (5 рецензентов);
3) после получения положительных отзывов рецензентов принимается окончательное решение о возможности опубликования статьи в журнале;
4) размещение интернет-версии статьи (развернутая аннотация) на сайтах информационной систмы «Водород» (http://www.hydrogen.ru, http://isjaee.hydrogen.ru)
5) структурирование рукописи;
6) научное редактирование;
7) литературное редактирование, корректура;
8) верстка статьи в журнале и графическое оформление;
9) направление РКР-версии статьи электронной почтой для авторской правки (срок оговаривается заранее). На согласование РКР-версии автору отводится 48 ч. В случае задержки ответа от автора срок публикации увеличивается на количество задержанных дней;
10) внесение авторских правок и замечаний;
11) пересылка автору окончательной РКР-версии статьи в день от указанного срока и отправка срочной почтой 2 твердых копий журнала со статьей автора(ов) в день выхода журнала.
Стоимость услуги сверхсрочной публикации
Срок публикации, дней Стоимость, РУб- Срок публикации, дней Стоимость, РУб-
15 10000 40 5000
20 9000 45 4000
25 8000 50 3000
30 7000 55 2000
35 6000 60 и более бесплатно
