CC BY
232
УДК: 556.555.4
В.Б. Свалова
Институт геоэкологии РАН, Москва inter@geoenv. ги
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
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.
Ключевые слова: геотермальные ресурсы, геотермальная энергетика, гидроминеральное сырье, комплексное использование, устойчивое развитие.
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 в 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.
1. 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 XX веке использование геотермальной энергии приобрело широкие промышленные масштабы (Svalova, 1998; 1999; 2000). 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 (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 Италии в Лардерелло была пущена в промышленную эксплуатацию первая геотермальная электрическая станция мощностью 250 кВт, действующая до сих пор (Рис.2).
Рис. 1. Устройство, использованное в Лардерелло в 1904 г. в первом в мире эксперименте по производству электроэнергии из геотермального
пара, и его изобретатель Пьеро Джинори Конти.
В 2004 году отмечалось также 50-летие Российской геотермальной энергетики. 15 марта 1954 г. Президиум Академии Наук СССР принял решение создать Лабораторию по исследованию геотермальных ресурсов в Петропав-ловске-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 Паужетской ГеоЭС была доведена до 11 МВт. Станция и сейчас успешно работает. 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. 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 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 организа-
Рис. 2. Геотермальная электростанция в Лардерелло,, Италия (Фото В. Свало-вой).
ции 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.
2. Геотермальные станции на Камчатке и Курилах
Наиболее ярких успехов в развитии геотермальной энергетики Россия достигла на Камчатке. Это неудивительно, 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 (1711 - 1755), 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 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 Мутновс-кой ГеоЭС мощностью 12 и 50 МВт, соответственно.
Для осуществления строительства была создана проектная компания ЗАО «Геотерм», зарегистрированная 30 августа 1994 г. в Петропавловске-Камчатском. Также в строительстве принимали участие АО «Камчатскэнерго», КУГИ (Комитет по управлению городским имуществом) Камчатской области, АО «Наука». Проект осуществлялся за счет кредита Европейского Банка Реконструкции и Развития (99,9 млн. иБ$), а также средств Российских инвесторов, включая РАО «ЕЭС России». В 1999 году была пущена в эксплуатацию пилотная Верхне-Мутновская ГеоЭС. 21 декабря
2001 г. был пущен первый энергоблок Мутновской ГеоЭС мощностью 25 МВт.
17.09.2002 г. первый энергоблок был включен в сеть, а 27.09.2002 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 (Huttrer, 2000)).
3. Геотермальные исследования в России
Систематические и целенаправленные геотермические и геотермальные научные исследования на территории нашей страны начались в середине XX 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 его был один из крупнейших математиков мира академик А.Н. Тихонов.
C 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 год, 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 Пет-ропавловске-Камчатском 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 (Вартанян и др., 1999; Кононов и др., 2005; Kononov et al., 2000) (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, Пред-
Рис. 3. Мутновская ГеоЭС. (Фото из архива В.Сваловой).
Рис. 4. Мутновская ГеоЭС. Сепараторный зал. (Фото В. Сваловой ).
Страна 1990, МВт 1995, МВт 2000, МВт 2005, MBi
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
Франция(Гвадепупа) 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 о-ва) 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
Всего 5831.72 6833.38 7974.06 9058.1
Табл. 1. Производство электроэнергии из геотермальных источников в мире.
кавказье, Камчатка, Курилы) в масштабе 1:5 млн. и 1:1,5 млн.
В 1991 г. под редакцией Ю.Д. Дядькина была составлена в масштабе 1:10 млн карта петрогеотермальных 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 1,77х1015 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 A.A. Смыслова.
По данным ВСЕГИНГЕО и ВНИИКТЭП (Вартанян и др., 1999) 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 пересчёте на пар). Это крайне мало, учитывая огромные потенциальные гидротермальные ресурсы России.
Гидротермальные ресурсы используют преимущественно для теплоснабжения и обогрева городов и населённых пунктов на Северном Кавказе и Камчатке с общим числом населения около 500 000. В некоторых районах страны глубинным теплом обогреваются теплицы общей площадью около 465 000 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 их использования 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 IGA по прямому использованию геотермальных ресурсов в мире (Табл. 2) (Lund & Freeston, 2000).
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 3 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 качестве коллективного члена от России в IGA входила Российская Геотермальная Ассоциация, а затем Геотермальное Энергетическое Общество, созданное в 2003 г. под рук. 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-Тохоку), 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 Глобальный 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».
4. Комплексное использование геотермальных ресурсов
Термальные воды используются для многих целей: для выработки электроэнергии, для теплофикации и хладос-набжения, для горячего водоснабжения, в земледелии,
Страна 1995 1995 2000 2000
Мощность МВт Энергия, Т Дж/год Мощность, МВт Энергия, Т Дж/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
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
Всего 8604 112441 15145 190699
Табл. 2. Прямое использование геотермальной энергии в мире.
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 (М) расположены на большей территории России и б. СССР. Они известны почти во всех районах. Рассолы с М 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 М = 274 г/л. В Западной и Восточной Сибири существуют крупные месторождения рассолов с высокой температурой. Отдельные месторождения имеют М=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 их как промышленное сырье эффективно лишь при большом их скоплении. Бром можно добывать из некоторых солей и водорослей, но традиционно бром также получают из сверх-крепких хлоридных рассолов (Антипов и др., 1999).
Значительная часть месторождений термальных вод высокоминерализована и представляет собой рассолы, содержащие от 35 до 400 и более г /л солей. Они являются минеральным сырьем на многие химические элементы. 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 ка-
а Ь|
Рис. 5. Геотермическое районирование России. а - районы пригодные для теплоснабжения зданий с помощью тепловых насосов; Ь - 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 - КурилоКамчатский регион, 6 - Приморье, 7 - 8 - Охотско-Чукотский вулканический пояс.
честве 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 (Бондаренко, 1999). Они являются поликомпонентным сырьем и могут одновременно использоваться в бальнеологии и теплоэнергетике. Добыча этого сырья требует проведения относительно небольших капитальных работ и осуществляется скважинными водозаборами, позволяющими извлекать гидроминеральное сырье с больших глубин.
Минерализованные воды и рассолы характеризуются большим разнообразием общей минерализации, химического состава, содержания полезных компонентов и коли-
Рис. 6. Рост производства геотермальной энергии в США с 1980 по 1990 гг. вследствие принятия федеральных законов, заставляющих коммунальные предприятия покупать электроэнергию у независимых производителей.
чественного их соотношения, а также газового состава и температуры. Из всего многообразия минерализованных вод к числу наиболее 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 водовмещающих отложений, дебитами 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): 1—10, Li — 10, цезий-0.5, Ge-0.5, Вг - 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 Li осуществлялось именно таким способом (Кременецкий и др., 1999).
В Японии из термоминеральных подземных рассолов в промышленных масштабах добываются I, Br, B, Li, As, Ge, 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 Ca, Mg, Na, K, S, Cl, U, Ra, Cu.
Огромные запасы редкометального 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 выделяются 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. Если высокопотенциальные воды характеризуются повышенной минерализацией и склонностью к солеотложениям, то утилизация минеральной составляющей рассматривается 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 ос-
Рис. 7. «Дом возобновляемой энергии» в Брюсселе, Бельгия. (Фото В. Сваловой).
новной 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 (Свалова, 2005; 2007; Буа1оуа, 2006 а, Ь, с).
5. 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 - до 6 - 7 %. Однако развитие альтернативной энергетики зависит от поддержки государства.
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 устанавливается стоимость 1 кВт/ч 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).
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 году 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».
Необходима большая просветительская и научно-образовательная работа по пропаганде использования экологически чистых инновационных технологий для освоения альтернативных источников энергии, включая геотермальные ресурсы (Свалова, 2002; 2003; 2004; Svalova, 2002 a, b; 2005). 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).
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 - Европейский биотопливная ассоциация;
• EGEC - Европейский совет по геотермальной энергии;
• EPIA - Европейский ассоциация фотоэлектрической промышленности;
• ESTIF - Европейская федерация производителей солнечных теплоустановок;
• EUBIA - Европ. ассоциация производителей биомассы;
• EUREC Agency - Европейское агентство по возобновляемой энергетике;
• EWEA - Европейская ассоциация ветроэнергетики;
• EUFORES - Европейский форум по ВИЭ;
• GWEG - Всемирный совет по ветроэнергетике.
«Дом возобновляемой энергии» - 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 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 паллетах; система солнечного теплоснабжения и адсорбционная система солнечного кондиционирования; геотермальное теплоснабжение и кондиционирование.
Демонстрационный комплекс «Экопарк-Фили» в Москве близок по идеологии к «Дому возобновляемой энергии» в Брюсселе. И подобную работу следует всячески поддерживать и развивать.
УДК: 523.683 ; 1 1
Г.В. Жуков, М.Г. Ишмухаметова12, Е.Д. Кондратьева1, B.C. Усанин1
!Казанский государственный университет, Казань 2Астрономическая обсерватория им. В.П. Энельгардта, Казань
ЗАГАДКИ КОМЕТЫ ХОЛМСА: 1. ОТКРЫТИЕ
В связи с регистрацией в 2007 г. новой неожиданной вспышки яркости кометы Холмса изучена история открытия этой кометы, эволюция ее орбиты и орбиты ее возможного метеорного роя за последние сто лет. Ключевые слова: комета, орбита, метеорный рой.
Неожиданная вспышка кометы Холмса в 2007 г., наблюдавшаяся практически всем астрономическим сообществом, поставила перед исследователями ряд вопросов, для разрешения которых, по-видимому, недостаточно провести анализ последнего десятого ее появления. Необходимо обратиться к истории поведения кометы в прошлом.
6 ноября 1892 года лондонский любитель астрономии Эдвин Холмс открыл новую комету, которая позднее по традиции была названа его именем. Комета находилась в созвездии Андромеды вблизи туманности с тем же названием, имела кому (голову) около 5 угловых минут и блеск 4 - 5 звездной величины. Затем яркость кометы стала бы-
стро падать, а диаметр комы - возрастать; 5 декабря он равнялся 42'. При расстоянии от Земли в 1,8 а.е. линейный размер головы кометы составлял 3,3 млн. км, что более чем в 2 раза превышает диаметр Солнца.
У кометы наблюдался небольшой хвост и некоторая диффузная масса. Деландр отметил 21 ноября раздвоение ядра, однако этот факт более никем не был подтвержден. Яркость кометы медленно падала до 10 - 11т, однако 16 января произошла вторая вспышка: за 4 часа поперечник кометы увеличился в 2 раза, яркость возросла до 5т. Таким образом, комета вновь стала видна невооруженным глазом. Далее повторилось то же, что и в ноябре: попе-
Окончание статьи В.Б. Сваловой «Комплексное использование...»
Литература
Антипов М.А., Бондаренко С.С., Стрепетов В.П., Каспаров С.М. Минеральное сырье. Бром и иод. М.: Геоинформмарк. 1999. 30.
Бондаренко С.С. Минеральное сырье. Воды промышленные. М.: Геоинформмарк. 1999. 45.
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.
Кононов В.И., Поляк Б.Г., Хуторской М.Д. Гидрогеотермальные ресурсы России. Георесурсы. 2(17). 2005. 29-33.
Кременецкий А.А., Линде Т.П., Юшко Н.А. и др. Минеральное сырье. Литий. М.: Геоинформмарк. 1999. 49.
Свалова В.Б. Использование геотермальной энергии и проблемы устойчивого развития. Мат-лы Межд. научно-техн. семинара «Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий» «Стихия-2002». Севастополь. 2002.
Свалова В.Б. Геотермальные ресурсы России, проблемы экологии и устойчивого развития. Мат-лы конф. «Возобновляемая энергетика -2003: состояние, проблемы, перспективы». Санкт-Петербург. 2003.
Свалова В.Б. Учебно-научный консультационный центр по экологии и возобновляемым видам энергии. Мат-лы. Межд. семинара «Российская программа развития возобновляемых источников энергии». Рыбинск. 2004.
Свалова В.Б. Термальные воды России. Комплексное использование. Мат-лы конф. «Извлечение минеральных компонентов из геотермальных растворов». Петропавловск-Камчатский. 2005.
Свалова В.Б. Комплексное использование гидротермальных ресурсов. Доклады VIII Межд. конф. «Новые идеи в науках о Земле». М. Т. 6. 2007. 384-386.
Huttrer G.W. The status of world geothermal power generation 19952000. Proceed. of the World Geothermal Congress. Vol. 1. 2000. 23-37.
Kononov V.I., Polyak B.G., Kozlov B.M. Geothermal development in Russia: Country update report 1995-1999. Proceedings of the World Geothermal Congress. Japan. Vol. 1. 2000. 201-206.
Lund J.W., Freeston D.H. World-wide direct uses of geothermal energy 2000. Proceed. of the World Geothermal Congress.Vol. 1. 2000. 1-21.
Svalova V.B. The History of Geothermal Resources Use in the Former USSR. Proceed. of the 1998 GRC Annual Meeting. USA. 1998.
Svalova V.B. Geothermal legends through history in Russia and the former USSR: a bridge to the past. Stories from a Heated Earth. Our Geothermal Heritage. GRC, IGA. Sacramento, USA. 1999. 336-355.
Svalova V.B. The history of geothermal resources use in Russia
and the former USSR. Proceed. of the World Geothermal Congress. Japan. 2000.
Svalova V B. Geothermal energy use in Russia and environmental parks. Proceed. of 2002 Beijing Int. Geothermal Symposium. 2002.
Svalova V. B. Geothermal Energy Use in Russia and Sustainable Development. Proceed. of Int. Geothermal Workshop. New-Zealand. 2002.
Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia and environmental problems. Proceed. of the World Geothermal Congress. Turkey. 2005.
Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia: progress and future. Proceed. of the First East African rift geothermal conference: Geothermal energy: an indigenous, environmentally benign and renewable energy resource. Addis Abeba, Ethiopia. 2006.
Svalova V.B. Geothermal resources and thermal waters of Russia: complex use. Proceed. of the Geothermal Resources Council 2006 Annual Meeting “Geothermal Resources Securing Our Energy Future”. San Diego, USA. 2006.
Svalova V.B. Mineral resources of geothermal waters and brines. Proceed. of the Int. conf. ”Mineral extraction from geothermal brines”. Tucson, USA. 2006.
V.B. Svalova. Complex use of geothermal resources.
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.
Key words: geothermal resources, geothermal energy, hydro mineral raw material, complex use, sustainable development.
Валентина Борисовна Свалова к.физ.-мат. н., вед. научный сотрудник Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, ученый секретарь Научного совета РАН по проблемам геотермии.
Институт геоэкологии им. Е.М. Сер-гееваРАН. 101000, Москва, Уланский переулок, 13,п.я. 145. Тел.: (495) 607-47-26
