CC BY
105
УДК 662.997
А. А. РЕДЬКО, канд. техн. наук
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка
Ю. В. БЕРЕЖКО, аспирант, А. А.ОНИЩЕНКО, аспирант
С. В. ПАВЛОВСКИЙ, аспирант, И. Н. ЗАГРЕБЕЛЬНЫЙ, аспирант
Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры,
г. Харьков.
СОВРЕМЕНОЕ СОСТОЯНИЕ МИРОВОЙ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Приводятся современные данные об использовании геотермальной энергии для выработки электрической энергии и теплоты в различных странах мира.
Наводяться сучасні данні з використання геотермальної енергії для видобування електричної енергії та теплоти в різних країнах світу.
Введение
За рубежом в странах с различной экономикой использование геотермальной энергии ежегодно увеличивается. В энергетическом балансе некоторых стран доля геотермальной энергии составляет 11-15 %, что сокращает потребление органических топлив и позволяет улучшить экологическое состояние атмосферного воздуха.
В апреле 2010 г. состоялся Мировой геотермальный конгресс (WGC 2010, Bali, Indonesia 25-29 April 2010), на котором были представлены доклады из 70 стран, в том числе из Украины [1, 2]. Было заявлено 1450 докладов, опубликовано 1032 статьи, 652 устных докладов включены в программу конгресса, 194 - находятся в резерве; было обсуждено 185 стендовых докладов (194 - резервных); в подготовке и работе конгресса приняло участие 85 стран, число непосредственных организаторов конгресса составило 262 человека, всего участников - более 2000 специалистов. Научная программа конференции была разбита на 4 раздела: основные темы, изучение природных объектов, инженерное обеспечение, специальные темы. Каждый из разделов включал от 5 до 11 направлений, например: разведка месторождений, геология, геохимия, бурение, тепловые насосы, здоровье-бальнеология-туризм и др.
Основная часть
Количество стран, использующих геотермальную энергию увеличилось от 72 (данные WGC 2005 Турция) до 78 в 2010 г. В 2000 г. таких стран было 58 (данные WGC 2000 Япония) и 28 в 1995 г. (данные WGC 199 Италия).
Из табл. 1 видно, что установленная мощность установок, использующих геотермальную энергию, на конец 2009 г. во всех странах составляет 50583 МВт, по сравнению с 2005 г. мощность увеличилась на 79 %, возрастая ежегодно на 12,3 % с коэффициентом использования
0,27.
Тепловая энергия, которая используется, составляет 438071 ТДж/год, по сравнению с 2005 г. использование увеличилось на 60 %, возрастая ежегодно на 9,9 %.
Распределение тепловой энергии по категориям потребителей следующее. Около 49,9 % используют геотермальную энергию с помощью тепловых насосов; 24,9 % - для купания и плавания (включая бальнеологию); 14,4 % - для подогрева (из них 85 % для теплоцентралей); 5,3% - для оранжерей и нагревания открытого пространства; 2,7 % - для нагревания в производственных процессах; 2,6 % - для водных культур водоемов; 0,4 % - для сельскохозяйственного осушения; 0,5 % - для таяния снега и охлаждения и 0,2 % - для другого использования.
Экономия энергии ежегодно составляют 307,8 млн баррелей (46,2 млн т) эквивалентной нефти, предотвращая выбросы в атмосферу 46,6 млн т. углерода и 148,2 млн т СО2.
Таблица 1
Данные об использовании геотермальной энергии в мире 2010
Страна Мощность, МВт Ежегодное использование, ТДж / год Ежегодное использование, ГВт-час / год Коэффициент использования
Албания 11,48 40,06 11,2 0,11
Алжир 55,64 1,723,13 478,7 0,98
Аргентина 307,47 3,906,74 1,085,3 0,40
Армения 1 15 4,2 0,48
Австралия 33,33 235,1 65,3 0,22
Австрия 662,85 3,727,7 1,035,6 0,18
Белоруссия 3,422 33,79 9,4 0,31
Бельгия 117,9 546,97 151,9 0,15
Босния и Герцеговина 21,696 255,36 70,9 0,37
Бразилия 360,1 6,622,4 1,839,7 0,58
Болгария 98,3 1,370,12 380,6 0,44
Канада 1126 8,873 2,464,9 0,25
Карибские острова 0,103 2,775 0,8 0,85
Чили 9,11 131,82 36,6 0,46
Китай 8,898 7,5348,3 20,931,8 0,27
Колумбия 14,4 287 79,7 0,63
Коста Рика 1 21 5,8 0,67
Хорватия 67,48 468,89 130,3 0,22
Чешская республика 151,5 922 256,1 0,19
Дания 200 2,500 694,5 0,40
Эквадор 5,157 102,401 28,4 0,63
Египет 1 15 4,2 0,48
Эль Сальвадор 2 40 11,1 0,63
Эстония 63 356 98,9 0,18
Эфиопия 2,2 41,6 11,6 0,60
Финляндия 857,9 8370 23,25,2 0,31
Франция 1345 12,929 3591,7 0,30
Грузия 24,51 659,24 183,1 0,85
Г ермания 2,485,4 12,764,5 3,546,0 0,16
Греция 134,6 937,8 260,5 0,22
Гватемала 2,31 56,46 15,7 0,78
Г ондурас 1,933 45 12,5 0,74
Венгрия 654,6 9767 2,713,3 0,47
Исландия 1,826 24,361 6,767,5 0,42
Индия 265 2,545 707,0 0,30
Индонезия 2,3 42,6 11,8 0,59
Иран 41,608 1,064,18 295,6 0,81
Ирландия 152,88 764,02 212,2 0,16
Израиль 82,4 2,193 609,2 0,84
Италия 867 9,941 2,761,6 0,36
Продолжение таблицы 1
Япония 2,099,53 15,697,94 7,138,9 0,39
Иордания 153,3 1,540 427,8 0,32
Кения 16 126,624 35,2 0,25
Южная Корея 229,3 1,954,65 543,0 0,27
Латвия 1,63 31,81 8,8 0,62
Литва 48,1 411,52 114,3 0,27
Македония 47,18 601,41 167,1 0,40
Мексика 155,82 4,022,8 1,117,5 0,82
Манголия 6,8 213,2 59,2 0,99
Марокко 5,02 79,14 22,0 0,50
Непал 2,717 73,743 20,5 0,86
Нидерланды 1,410,26 10,699,4 2,972,3 0,24
Новая Зеландия 393,22 9,552 2,653,5 0,77
Норвегия 3,300 25,200 7,000,6 0,24
Папуа Новая Гвинея 0,1 1 0,3 0,32
Филиппины 3,3 39,58 11,0 0,38
Польша 281,05 1,501,1 417,0 0,17
Португалия 28,1 386,4 107,3 0,44
Румыния 153,24 1,265,43 351,5 0,26
Россия 308,2 6,143,5 1,706,7 0,63
Сербия 100,8 1,410 391,7 0,44
Республика Словакия 132,2 3,067,2 852,1 0,74
Словения 104,17 1,136,39 315,7 0,35
Южная Африка 6,01 114,75 31,9 0,61
Испания 141,04 684,05 190,0 0,15
Швеция 4,460 45,301 12,584,6 0,32
Швейцария 1,060,9 7,714,6 2,143,1 0,23
Таджикистан 2,93 55,4 15,4 0,60
Таиланд 2,54 79,1 22,0 0,99
Тунис 43,8 364 101,1 0,26
Турция 2,084 36,885,9 10,246,9 0,56
Украина 10,9 118,8 33,0 0,35
В еликобритания 186,62 849,74 236,1 0,14
США 12,611,46 56,551,8 15,710,1 0,14
Венесуэла 0,7 14 3,9 0,63
Вьетнам 31,2 92,33 25,6 0,09
Йемен 1 15 4,2 0,48
Общее количество 3,583 438,0,71 121,696,0 0,27
Темп роста установленной мощности и ежегодного использования энергии за прошлые 15летпоказанынарис.1.
Уменьшение коэффициента использования происходит из-за увеличения количества геотермальных тепловых насосов, у которых низкий коэффициент использования 0,19 во всем мире. Растущее понимание и популярность геотермальных тепловых насосов оказали значительное влияние на прямое использование геотермальной энергии. Ежегодное
использование энергии с применением тепловых насосов увеличивалось в 2,45 раза по составному годовому показателю 19,7 %. Установленная мощность тепловых насосов увеличивалась в 2,29 раза по составному годовому показателю 18,0 %.
Мощность, МВт
▲ - Использование, ТДж / год
Рис. 1. Темпы роста установленной мощности и ежегодного использования
от 1995-2010 г. г..
Наибольшая установленная мощность наблюдается в 5 странах: США, Китай, Швеция, Норвегия и Германия, составляющая 60 % мирового значения установленной мощности. Страны с наибольшим ежегодным использованием геотермальной энергии: Китай, США, Турция, Швеция и Япония, составляющим 55 % мирового использования.
Анализ с точки зрения удельного использования (на душу населения) показывает, что здесь лидируют небольшие страны преимущественно скандинавские, лучшие пять из них по установленной мощности (МВт/население): Исландия, Швеция, Норвегия, Новая Зеландия и Швейцария; (МВт/область) Дания, Нидерланды, Исландия, Швейцария и Венгрия. По ежегодному использованию тепловой энергии (ТДж/население): Нидерланды, Швейцария, Исландия, Норвегия и Швеция.
Наибольшее увеличение установленной мощности геотермальных установок за прошедшие пять лет наблюдается в Великобритании, Корее, Ирландии, Испании и Нидерландах и наибольшее увеличение ежегодного использования тепловой энергии (ТДж/год) за прошедшие пять лет наблюдается в Великобритании, Нидерландах, Корее, Норвегии и Ирландии. Увеличение установленной мощности и потребление теплоты в этих странах происходит в основном из-за увеличения количества геотермальных тепловых насосов.
Если в 1985 г. только 11 стран сообщили об установленной мощности более 100 МВт, то в 2009 г. количество стран увеличилось до 36.
В табл. 2 и на рис. 2 данные разделены по категориям использования с указанием мощности и коэффициента использования.
Наиболее крупными потребителями являются теплонасосные установки, курорты и бассейны, сельское хозяйство, промышленность.
Проанализируем наиболее крупные категории потребителей геотермальной энергии.
Таблица 2
Данные различных категорий прямого использования в мире в период 1995-2010 г.г.
Мощность, МВт
2010 2005 2000 1995
Геотермальные тепловые насосы 35,236 15,384 5,257 1,854
Космическое тепло 5,391 4,366 3,263 2,759
Подогрев оранжерей 1,544 1,404 1,246 1,085
Нагревание водоемов с водными культурами 653 616 605 1,097
Сельскохозяйственное осушение 127 157 74 67
Индустриальное использование 533 484 474 544
Купание и плавание 6,689 5,401 3,957 1,085
Охлаждение и таяния снега 368 371 114 115
Другое 41 86 137 238
Общее количество 50,583 28,269 15,145 8,664
Использование, ТДж / год
2010 2005 2000 1995
Геотермальные тепловые насосы 214,782 87,503 23,275 14,617
Космическое тепло 62,984 55,256 42,926 38,230
Нагрев оранжерей 23,264 20,661 17,864 15,742
Нагревание водоемов с водными культурами 11,521 10,976 11,733 13,493
Сельскохозяйственное осушение 1,662 2,013 1,038 1,124
Индустриальное использование 11,746 10,868 10,220 10,120
Купание и плавание 109,032 83,018 79,546 15,742
Охлаждение и таяния снега 2,0126 2,032 1,063 1,124
Другое 956 1,045 3,034 2,249
Общее количество 438,071 273,372 190,699 112,441
Коэффициент использования
2010 2005 2000 1995
Геотермальные тепловые насосы 0,19 0,18 0,14 0,25
Космическое тепло 0,37 0,40 0,42 0,47
Нагрев оранжерей 0,48 0,47 0,45 0,46
Нагревание водоемов с водными культурами 0,56 0,57 0,61 0,39
Сельскохозяйственное осушение 0,42 0,41 0,44 0,53
Продолжение табл.2
Индустриальное использование 0,70 0,71 0,68 0,59
Купание и плавание 0,52 0,49 0,64 0,46
Охлаждение и таяния снега 0,18 0,18 0,30 0,31
Другое 0,73 0,39 0,70 0,30
Общее количество 0,27 0,31 0,40 0,41
1. Геотермальные тепловые насосы
2. Космическое тепло
3. Нагрев оранжерей
4. Нагревание водоемов с водными культурами
5. Сельскохозяйственное осушение
6. Индустриальное использование
7. Ванны и куппание
8. Охлаждение / Кондиционирование воздуха
9. Другие
ГГП
ЯВ
□ 1995 ■ 2000
□ 2005
0 2010
123456789
Категории потребления по годам
Рис. 2. Сравнивание международной энергетики в ТДж / год на 1995, 2000, 2005 и 2010:
1 - геотермальные тепловые насосы; 2 - космическое тепло; 3 - нагрев оранжерей;
4 - нагревание водоемов с водными культурами; 5 - сельскохозяйственное осушение; 6-индустриальное использование; 7.ванны и купание; 8.купание и плавание; 9.другие.
Геотермальные тепловые насосы (ТН). ТН наиболее полно используют геотермальную энергию и установленную мощность, составляя 69,7 % и 49,0 % международной мощности и использования. Установленная мощность - 35236 МВт и ежегодное использование энергии 214782 ТДж/год с коэффициентом использования 0,19. Почти все установки находятся в Северной Америке, Европе и Китае, увеличивая при этом количество стран с 26 в 2000 г. до 43 в 2009 г. Эквивалентное число установленных единиц мощностью 12 кВт составляет около 2,94 млн. Страны, лидирующие по количеству установленных установок - США, Китай, Швеция, Норвегия и Германия.
Курорты, купание и плавание (включая бальнеологию). Эта категория является самой трудной для определения количества. Почти у каждой страны есть курорты, на которых нагревают воду и плавательные бассейны с геотермальной водой. По данным [3] установленная мощность составляет 6689 МВт, а ежегодное использование энергии - 109032 ТДж/год, выше на 24 % и 31 % соответственно за 2005 год.
Коэффициент использования ((ежегодное использование энергии в ТДж/год / установленная мощность в МВт) х 0,1317) изменяется от 0,09 до 0,99 для различных стран и от 0,18 до 0,70 для категорий использования. Среднее значение коэффициента использования понизилось от 0,40 (2000 г.) до 0,31 (2005 г.) и до 0,27 (2009 г.) из-за увеличения использования геотермальных тепловых насосов. Более высокие значения коэффициента использования отмечаются в странах с высоким индустриальным использованием (например, Новая Зеландия).
Страны, лидирующие в использовании геотермальной энергии:
Китай. Правительство Китая поощряет развитие систем использования геотермальной энергии, наряду с другими возобновляемыми источниками энергии. Использование геотермальной энергии в теплоснабжении увеличивается на 10% ежегодно, увеличивается мощность установленных тепловых насосов от 383 МВт (2005 г.) до 5210 МВт (2009 г.). Используется геотермальная энергия на курортах для купания, в сельском и рыбном хозяйствах. Общее количество использования геотермальной энергии 898 МВт и 75348,3 ТДж/год.
США. В стране увеличивается количество и установленная мощность геотермальных ТН. За последние 15 лет количество геотермальных ТН увеличилось до 120000. Общее количество установленной мощности и используемой энергии 12611,46 МВт и 56551,8 тДж/год.
Турция. В стране геотермальная энергия используется для отопления, централизованного теплоснабжения, отопления оранжерей и курортов. Общее количество установленной мощности 2084 МВт и 36885,9 ТДж/год.
Исландия. Благоприятные условия в стране позволяют использовать геотермальную энергию для выработки электроэнергии и теплоты. В Рейкьявике эксплуатируется наибольшая геотермальная система теплоснабжения, обслуживая 197404 человек с установленной мощностью 264 МВт и пиковой нагрузкой 924 МВт, обслуживается около 135 плавательных бассейнов. Используется геотермальная энергия в промышленности (производство углекислого газа, производство соли), рыбном и сельском хозяйстве и других. Общее количество установленной мощности и используемой теплоты: 1826 МВт и 24361 ТДж/год.
Япония. Установленная мощность составляет 2099,53 МВт, используемое количество теплоты - 25697,94 ТДж/год.
Таблица 3
Международное сбережение энергии углерода и парниковых газов, используя геотермальную энергию в качестве горючего включая геотермальное охлаждение
тепловых насосов
Горючее Углерод CO2 SOx NOx
bbl* TOE** TOE TOE TOE TOE
Электричество 307,8 46,2 46,62 148,19 0,98 0,28
Высокая температура 153,9 23,1 23,21 74,1 0,49 0,14
* bbl - баррель (bbl), barrel. Равен 158,987294928 литров (точно). ** TOE - миллионов тонн.
Развивается так же направление преобразования геотермальной энергии в электрическую. За последние пять лет прирост установленных установок по выработке электроэнергии составил 400 МВт [4]. Данные приведены в табл. 4.
Таблица 4
Установленная электрическая мощность (МВт) и объемы выработки электрической энергии (ГВт / час) в пяти лидирующих странах [4]
Страна 2005 г., МВт 2005 г., ГВт/час 2010 г., МВт 2010 г., ГВт/час
США 2,564 16,6840 3,060 14,533
Филиппины 1,930 9,253 1,904 10,311
Индонезия 797 6,085 1,197 9,600
Мексика 953 6,282 958 7,047
Италия 791 5,340 843 5,520
Выводы
Мировая геотермальная энергетика за последние годы выделяет лидеров стран потребителей, а в большинстве стран использование геотермальной энергии развивается медленно. Главный источник энергии это органическое топливо, а развитие геотермальной энергетики не находит дальнейшего развития из-за спада в мировой экономике и высоких начальных инвестиционных затрат. Однако исследования в различных странах продолжаются в направлении снижения энергозатрат систем трансформации геотермальной энергии; развитии законодательства на льготное использование возобновляемых источников энергии. Перспективным является широкое использование теплонасосных установок,
комбинированных топливно-геотермальных установок. Поскольку нефтяные ресурсы истощаются, а цены на поставки газа увеличиваются, геотермальная энергия становится экономически конкурентоспособным источником экологически безопасной энергии.
Список литературы
1. Andrey Red'ko, Dyonis Kharlampidi, Sergey Pavlovsky «The Analysis of Operating Conditions of Geothermal Heat Pump Units» Proceedings World Geothermal Congress 2010 Bali, Indonesia
2. Andrey Red'ko, Dyonis Kharlampidi «Heat Pumps with High Temperature Heat-Carrier in Decentralized System of Building Heating» Proceedings World Geothermal Congress 2010 Bali, Indonesia
3. Lund J.W., Freeston D.H., Boyd T.L., 2010. «Direct Utilization of Geotermal Energy 2010 Worldwide Review». Proceedings World Geotermal Congress 2010-Bali,Indonesia.
4.Bertani, 2010 (http://www/wgc 2010.org)
MODEMSTATEOF WORLDGEOTERMAL ENERGY
A. A. RED’KO, Cand. Tech. Sci., Ju. V BEREZHKO A. A. ONISHHENKO, S. V PAVLOVSKIJ.I.N. ZAGREBELNYJ
Modern data over are brought about the use of geothermal energy for making of electric energy and warmthinthe differentcountriesoftheworld.
Поступила в редакцию 04. 09 2010 г.
