CC BY
38
© Э.И. Богуславский, 2003
УЛ К 541.1
Э.И. Богуславский
ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ
РЕСУРСОВ НЕЛР
Теплоснабжение городов и населенных пунктов России обеспечивается за счет сжигания органического топлива и, в частности, угля. На теплоэнергетические нужды среднего температурного потенциала расходуется более 50 % топливноэнергетического комплекса
(ТЭК) страны (рис. 1). Повышение цен на органическое топливо и особенно природный газ, а также введение лимитов на его потребление вызывает необходимость роста использования угля. Это ведет к резкому повсеместному ухудшению экологической ситуации.
Ресурсы геотермальной энергии сравнительно низкого температурного потенциала 40-70 °С распространены на значительной части территории России и могут стать основным источником теплоснабжения и горячего водоснабжения промышленной и жилой зоны. Зимние пиковые нагрузки вполне компенсируются газовыми котельными.
Основные достоинства геотермальных ресурсов:
1) использование местных энергетических ресурсов уменьшает зависимость от импорта топлива из других регионов или зарубежья;
2) замена традиционных источников энергии на геотермальный обеспечивает существенное улучшение экологической обстановки и здоровья населения;
3) экономия дефицитного органического топлива - главного источника пополнения бюджета страны (природный газ, нефть);
4) геотермальные установки, размещаемые вблизи объектов теплоснабжения, существенно сократят модернизацию устаревших и аварийных тепловых сетей;
5) вынужденная необходимость перевода котельных на
уголь связана с затратами, сопоставимыми со строительством геотермальных установок.
Предложения и попытки использования, экологически чистого геотермального источника энергии в России и даже в странах Центральной и Восточной Европы не находят активного применения. Это объективно связано с рядом нерешенных проблем, препятствующих широкому освоению геотермальных ресурсов.
К таким проблемам следует отнести:
1) необходимость в детальных геологических исследованиях, снижающих риски строительства и эксплуатации геотермальных установок;
2) существенные инвестиции в бурение геотермальных скважин со значительными техническими рисками;
3) необходимость создания единой, узаконенной методики оценки геотермальных ресурсов и запасов;
4) необходимость оценки тепловой и температурной продуктивности геотермальной системы на период ее отработки;
5) высокая минерализация и коррозионная активность геотермальных флюидов;
6) отсутствие законодательства освоения геотермальных ресурсов;
7) финансовые и рыночные проблемы;
8) налоговые препятствия;
9) государственная политика, законы и планирование;
10) коммерческие барьеры;
11) отсутствие информационной базы.
Детальные геологические исследования, снижающие риски строительства и эксплуатации геотермальных установок
Освоение геотермальных ресурсов характеризуется относи-
тельно высокими рисками, даже в сравнении с другими нетрадиционными источниками энергии. Это связано с геолого-геотер-мической неопределенностью геотермальных бассейнов. Она характеризуется малой достоверностью информации по глубине и площади залегания термоводоносных горизонтов, их температуре, мощности, проницаемости, пластовым давлениям, минерализации и др. От этих характеристик зависят главные эксплуатационные качества геотермальных установок: дебит и сохранение температуры добываемого теплоносителя на период их работы. Эти параметры полностью определяют издержки производства, а вместе с глубиной залегания продуктивного пласта - инвестиции в строительство геотермальных систем.
Необходимо создать методики оценки этих рисков с учетом уникальности и сложности геологической среды. Следует использовать моделирование геологических, геофизических, геотермических и геохимических параметров геотермального бассейна и его отдельных участков; гидравлическое и теплофизическое моделирование потоков и дебитов. Все это позволит определить наиболее перспективные районы и участки детальной разведки, с наименьшими инвестиционными рисками бурения исследовательских скважин (рис. 2).
Следует отметить, что за последние 50 лет в Советском Союзе, а теперь в России и странах ближнего зарубежья были разработаны и в той или иной мере применялись перечисленные методы исследований. Однако, стройная система информационного обеспечения с определением минимальных рисков бурения геотермальных скважин пока отсутствует.
Особый интерес представляют площади разведанные на добычу нефти и газа. Они обурены довольно густой сеткой скважин, каротажи которых содержат большой объем достоверной и ценной информации по геологогеотермическим условиям района и отдельных участков. Это
Рис. 1. Распределение первичных энергетических ресурсов по типам потребителей.
Использованные энергетические ресурсы 100 %
л
Установки непо-сред. использов. топлива 52 %
Электростанции 36 %
Котельные 12 %
Силовые процессы 28 %
Высокотемпературные процессы 31 %
:: Средне-: и :нйзко:-|: |: |:
температурные! про-!:!:: цессы! 41 !%:
5 %
4%
А
Полезное использование 9 %
6 %
1%
6 %
Полезное использование 9%
Полезное использование 21 %
Полезное
использование
37 %
резко сокращает степень технического и экономического рисков детальной разведки геотермальных месторождений.
На территории России пробурено десятки тысяч разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и природный газ (рис. 3). При их бурении не стремились обнаруживать и изучать геотермальные горизонты. Однако каротажные материалы по ним могут стать опорой при геологоэкономической оценке геотермальных ресурсов и запасов. По отдельным регионам России, например Московская синеклиза, Западная Сибирь и др. эти материалы уже используются в этих целях (СПГГИ (ТУ) и ФГПУ «Не-
дра»), однако получить и обработать такой гигантский массив исходной информации по всей России представляется серьезной проблемой.
Существенные инвестиции в бурение геотермальных скважин со значительными техническими рисками
При строительстве геотермальной установки главный риск относится к стадии бурения скважин. Положительный результат обеспечивается экономически выгодной комбинацией температуры отпускаемого теплоносителя и трансмиссивити (произведение мощности коллектора и его проницаемости, Да.м) продуктивного пласта.
Однако на этом этапе необходимо убедиться, что коррозия или минеральные отложения не станут главным препятствием эксплуатации геотермальной системы. Если возникают сомнения в этом вопросе, то необходимо провести длительные испытания системы, чтобы подтвердить отсутствие этой проблемы или возможность ее решения в пределах экономической целесообразности эксплуатации геотермальной установки. Только после завершения этого этапа имеет смысл планировать освоение данного месторождения.
Весьма важно оценить однородность - степень непрерывности данного термоводоносного горизонта. Для выбора участков под геотермальные установки необходимо провести дополнительные геофизические исследования. Зачастую трансмиссивити продуктивного пласта переменно по его площади. В этом случае попадание эксплуатационной скважины в участок с низкой проницаемостью снижает ее дебет и повышает экономический риск продуктивности геотермальной установки. При снижении экономических показателей до потери конкурентности на рынке, возможен отказ от этой скважины, что резко повышает инвестиционный риск.
Создание единой, узаконенной методики оценки геотермальных ресурсов и запасов
До сих пор не стандартизированы классификации и методики оценки геотермальных ресурсов. Нет общепринятой методики оценки запасов геотермальных месторождений, проектируемых для разработки экологически чистой и ресурсосберегающей циркуляционной технологией.
Первая методика геолого-экономической оценки геотермальных ресурсов [1, 2] была создана 30 лет назад в Ленинградском горном институте - ныне СПГГИ (ТУ). Она вызвала одобрение, но не была узаконена соответствующими ведомствами.
Геологоразведка
Р \ Детальная разведка
и \ 1 Разведочное бурение ТЭО и Финансовое
0 1 0 5 10 5 0 Расходы млн ТТЯ$ 0 0
ц
о
ч:
>
о.
I -2 --
■К-30 - О - ИРУ-30 •
-К-50- л - ИРУ-50 ■
■К-70 - * - ИРУ-70
По этой методике, с учетом кор- проведено районирование гео-
ректив ФГУП НПЦ «Недра» было термальных ресурсов России и
Рис. 2. Основные затраты и риски развития геотермии в регионе.
Рис. 3. Количество разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и природный газ, пробуренных на территории России за двадцать лет
Рис. 4. Инвестиции (К) и чистая дисконтированная стоимость (ИРУ) при температуре пласта 30, 50, 70 0С и трансмиссивити от 5 до 40 Д*м
отдельных ее регионов; выполнен, согласно предложенной классификации, подсчет различных категорий геотермальных ресурсов, созданы карты и составлен геотермический Атлас России [3, 4, 5, 6].
Общие потенциальные геотермальные ресурсы категории Р характеризуют сырьевую базу геотермальной энергетики. Их общий тепловой потенциал эквивалентен 1702 трлн. т у.т. Энергетический потенциал технически доступного, экономически целесообразного и экологически чистого альтернативного источника энергии для России составляет 44,6 трлн. т для нужд теплоснабжения (70/20 0С, в том числе для отопления - 16,4 трлн. т у.т.
Методика оценки запасов геотермальных месторождений была разработана [2], но не утверждена и широкого практического применения не получила. Без утвержденных в России и унифицированных в мире методик оценки геотермальных ресурсов и запасов весьма затруднительно вести прогнозирование и планирование их освоения, а также проектирование конкретных геотермальных станций.
Необходимость оценки тепловой и температурной продуктивности геотермальной системы на период ее отработки
При циркуляционной технологии, где оценивается не количество выданного теплоносителя, а содержание в нем теплоты с учетом отпуска ее потребителю согласно его температурным режимам, очень важно определить изменение температуры добываемого теплоносителя в зависимости от дебита скважин и
времени работы системы. До определенных значений (10-20 Да.м), трансмиссивити будет играть решающую роль в эффективности работы геотермальной установки (рис. 4). Эта проблема на предпроектной стадии решается с применением экономико-математического моделирования [7], а в период испытания системы - опытными прокачками с замерами давлений нагнетания и откачки при изменяемых расходах циркулирующего теплоносителя.
Высокая минерализация и коррозионная активность геотермальных флюидов
Существенную проблему составляет высокая минерализация термальных вод. Следовательно, геохимия вод и ее пространственная изменчивость в геотермальном бассейне должны тщательно изучаться и оцениваться для выбора подходящих методов антикоррозийной защиты обсадных труб, насосов, трубопроводов и др.
Коррозия, это только одна потенциальная проблема; зачастую более острой проблемой является осаждение растворенных пород и минералов на стенках каналов, что быстро и существенно сокращая их диаметр. В наибольшей мере страдают скважины, теплообменники и теплотрассы. Это определяется: степенью минерализации, перепадом давлений и температур, снижающихся при извлечении, а особенно использованием природного теплоносителя.
Существуют боле или менее эффективные методы защиты от коррозии и минерализации каналов. К ним относятся различные способы чистки каналов, химические добавки, предотвращающие осаждение минералов на их стенках, использование коррозионно стойких материалов и др.
Однако все это представляет определенный технический и экономический риск, который должен оцениваться на стадии исследований и серьезных испытаний. Без проведения требуемого объема исследований и испытаний состояния и влияния
геохимии геотермальных флюидов, надежность, долговременность и экономическая целесообразность геотермальной установки подвергаются сомнениям. Следует понимать, что эти работы требуют дополнительного времени и финансовых затрат.
Создание законодательства освоения геотермальных ресурсов
Существенным препятствием для разработки геотермальных месторождений и использования теплоты недр является отсутствие единой юридической базы проведения этих работ. Добыча термальных вод регулируется согласно законам о водных ресурсах; добыча полезных ископаемых - согласно законодательству о разработке месторождений; производство тепловой и электрической энергии -согласно законам об энергетике.
Освоение геотермальных ресурсов включает элементы этих трех направлений законодательства, но в связи с единством перечисленных областей в оценке ресурсов, технологии и экономике извлечения и использования теплоты недр создает существенные противоречия в применении каждого из законодательств. В ряде европейских стран (Венгрия, Литва, Польша) уже сделаны попытки создать специальный раздел в законодательстве о недрах, регламентирующий освоение геотермальных ресурсов.
Финансовые и рыночные проблемы
Признанные высокие инвестиционные затраты, особенно в геологически слабо изученных районах и развивающихся бассейнах могут довольно резко меняться при строительстве скважин, трубопроводов, насосных и др. Даже после оценки запасов по данным пробуренных эксплуатационных скважин и получения первой продукции, некоторый риск в рентабельной работе предприятия остается. Поэтому создание и реализация проекта стоят перед существенным рыночным барьером из-за свойственной этому полезному ископаемому неопреде-
ленности и рискам на всех стадиях строительства и эксплуатации геотермальной установки.
В России и большинстве европейских стран отсутствует правительственный бюджетный механизм стимулирования развития геотермальной энергетики и весьма незначительно ее специальное финансирование.
Получение долгосрочного финансирования, особенно за счет высокой эффективности работы станции по предшествующему проекту весьма затруднительно.
Во многих странах существуют государственные субсидии для добычи органического топлива. В то же время геотермальная энергия, будучи экологически чистым и безотходным источником, таких субсидий лишена.
Отсутствует система страхования, защищающая от рисков при исследованиях, проектировании, строительстве и эксплуатации геотермальных станций. Намного лучше это организовано для горной, нефтяной и газовой отраслей промышленности. Исключение в Европе составляют Франция и Исландия, которые страхуют риски при освоении геотермальной энергии в стадиях бурения и комплексной оценки бассейна.
Налоговые препятствия
Отсутствуют специальные налоговые стимулы освоения геотермальных ресурсов: таможенные льготы на импорт оборудования, специальные налоговые льготы, увеличения сроков выплаты кредитов и др.
Существует сильная конкуренция и лоббирование газовой, нефтяной, атомной и даже угольной промышленности.
Отсутствуют налоговые стимулы для граждан, использующих геотермальную энергию в условиях, когда обычные топливные цены ниже геотермальных.
Государственная политика, законы и планирование
Правительства в своей энергетической политике зачастую не учитывают экологические последствия использования различных источников энергии.
При подготовке энергетических Программ не всегда имеется объективная информация и методика включения нетрадиционных ресурсов в краткосрочные (3-5 лет) и долгосрочные (10-20 лет) планы и перспективы развития топливно-энергетического баланса страны. Это усугубляется тем, что методология его планирования основана на традиционных ресурсах (газ, нефть, уголь, гидроэнергия, ядерная энергия).
Стимулирующее законодательство, как правило, отсутствует или скрыто в других и неконкретных законодательных актах.
Административные обязанности правительств, направленные на развитие геотермальной энергетики не конкретны, что вызывает отсутствие координации и сотрудничества между министерствами и ведомствами.
Существенно затрудняется управление и регулирование освоения геотермальных ресурсов, т.к. нет единых экономических критериев установки тарифов на отпуск геотермальной энергии. Во многих странах это функции министерств, т.е. чиновников, что приводит к политическим или коррупционным
решениям. Формирование тарифов - это одна из главных проблем развития геотермальной энергетики.
Коммерческие барьеры
Во многих странах применяется искусственное планирование энергетических ресурсов с учетом социально-политических, а не коммерческих факторов (уход от безработицы, предотвращение социальных волнений и др.). В России - это поддержание эксплуатации нерентабельных угольных шахт, низкие цены на природный газ, недостаточные затраты на защиту окружающей среды (особенно в атомной промышленности) и др.
Инвесторы опасаются безвозвратных потерь капиталовложений даже на опытные и опытно-промышленные установки, а тем более - промышленные системы. Финансовые компании в своем большинстве не знакомы с технологией и экономикой добычи и использования теплоты недр. Отсутствует надежная информация о стоимости и эффективности геотермальной энергии. Поэтому геотермальные ресурсы почти никогда не рассматриваются
как серьезная альтернатива традиционным.
Не учитывается возможность и целесообразность принимать более высокие политические и экономические риски для местных - геотермальных ресурсов, по отношению к импортным - традиционным (газ, нефть и др.).
Созданные модели страховых контрактов не полностью отражают специфику геотермальных установок.
Отсутствие информационной базы
Общественное понимание доступности, экологичности и выгодности геотермальных ресурсов практически отсутствует. Прежние неудачи вызывают представление о низкой надежности геотермальных систем, возможных дополнительных затратах и повышенном риске. Отсутствие широкого опыта разработки геотермальных месторождений отрицательно влияет на население, инвесторов, планирующие органы и правительственные структуры.
В России практически нет технической, финансовой и законодательной литературы, а также слабо освещается зарубежный опыт.
1. Богуславский Э.И. Методические принципы геоло-го-экономической оценки тепловых ресурсов недр. Экономический механизм рационального использования и охраны недр. АНХ СССР, - М.: изд. МГУ, 1980.
2. Богуславский Э.И. Технико-экономическая оценка освоения тепловых ресурсов недр. Высшая школа, - Л.: изд. ЛГУ, 1984.
3. Карта ресурсов геотермального теплоснабжения территории СССР. Масштаб 1:10 000 000. /Богуславский Э.И., Вайнблат А.Б., Гашева И.М., Дядькин Ю.Д., Моисеенко У.И., Негров О.Б., Остроумова И.М., Троицкая Е.Б. Изд. Министерство Геологии СССР, 1991.
4. Богуславский Э.И, Вайнблат А.Б, Дядькин Ю.Д., Смыслов А.А., Певзнер Л.А., Самхан И.И., Хахаев Б.Н. Ре-
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
сурсы геотермального теплоснабжения. Журнал “Разведка и охрана недр”, № 7. - М.: Недра, 1996.
5. Emil I. Boguslavsky, Anna B. Vainblat, Lev A. Pevzner, Anatoly A. Smyslov, Bilat N. Khakhaev. Development of geothermal resources of Moskow artesian basin. “Proceedings of the World Geothermal Congress”, 1995. Florence, Italy, 18-31 May 1995, Volume 1.
6. Pevzner L. A., Boguslavsky E I, Vainblat A. B, Smyslov A. A. Khakhaev B. N. Low potential geothermal resources of central regions of Russia. International Geological Congress. Beijing, China, 1996.
7. Богуславский Э.И. Экономико-математическое моделирование систем извлечения и использования тепла Земли. Учебное пособие. - Л., изд. ЛГИ.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Богуславский Э.И. - Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 29 мин.
Дата печати: 09.11.2008 18:42:00
При последней печати страниц: 5
слов: 2 773 (прибл.)
знаков: 15 808 (прибл.)
БОГУСЛ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB12~03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do Халезов Б Griever
23.09.2003 12:24:00 8
30.09.2003 15:14:00 Гитис Л. Х.
