CC BY
7Статья поступила в редакцию 13.03.12. Ред. рег. № 1271
The article has entered in publishing office 13.03.12. Ed. reg. No. 1271
УДК 621.383; 621.472(575.4)
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В ТУРКМЕНИСТАНЕ
А.М. Пенджиев, В. Ф. Борзасеков, Д.А. Пенжиева
Туркменский политехнический институт Туркменистан, 744032, Ашхабат-32, м. Бекрова, Солнечный, д. 4/1 Тел.: +(99312)37-09-50, e-mail: ampenjiev@rambler.ru
Заключение совета рецензентов: 22.03.12 Заключение совета экспертов: 30.03.12 Принято к публикации: 04.04.12
В статье рассматривается классификация эксплуатационных запасов и технико-экономическая оценка геотермального теплоснабжения, приведены прогнозные ресурсы термальных вод, гидрогеотермальной энергии и перспективных участков Туркменистана.
Ключевые слова: возобновляемая энергетика, гидротермальные ресурсы, температура, валовый, технический, экономический потенциал.
ESTIMATION OF GEOTHERMAL RESOURCES OF TURKMENISTAN, AS THE ALTERNATIVE SOURCE OF THERMAL ENERGY
A.M. Penjiyev, V.F. Borzasekov, D.A. Penjiyeva
Turkmen Polytechnical Institute 4/1 Solar, m. Bekrova, Ashabad-32, 744032, Turkmenistan Tel.:+ (99312) 37-09-50, e-mail: ampenjiev@rambler.ru
Referred: 22.03.12 Expertise: 30.03.12 Accepted: 04.04.12
In article it is considered classification of operational stocks and a technical and economic estimation of a geothermal heat supply, the forecast resources of thermal waters, hydro geothermal energy and perspective sites of Turkmenistan are resulted.
Keywords: renewed power, hydrothermal resources, temperature, gross, technical, economic potential.
В системе рыночных отношений цена продукции занимает одну из ведущих позиций, и основным принципом ценообразования должно быть стимулирование производства и потребления в целях проведения в жизнь энергосберегающей политики.
До 1990 г. цены на термальные воды были установлены в соответствии с прейскурантом, по которому единицей измерения продукта являлся 1 м3 воды (независимо от ее энтальпии, качества, целевого использования, причем цены различались только в зависимости от вида потребления). Все это вызывало большие затруднения во взаимоотношениях между поставщиком и потребителем и не стимулировало развитие использования геотермальных вод.
Промышленная (геолого-экономическая) оценка месторождений термальных вод Геолого-экономическая оценка месторождений теплоэнергетических вод является важной составной частью работ по их изучению и в зависимости от сложности и масштабов месторождения может проводиться в один или несколько этапов. Она обяза-
тельна при представлении запасов на государственную экспертизу. Согласно Закону Туркменистана «О недрах», экспертиза может проводиться на любой стадии при наличии запасов промышленных категорий и частично С2. Результаты геолого-экономической оценки оформляются по итогам разведочных работ в виде технико-экономического обоснования (ТЭО) промышленного освоения месторождения.
Обоснование целесообразности использования гидрогеотермальных ресурсов, а также показателей кондиций в ТЭО производится, как правило, на основе комплексных вариантных расчетов, включающих решение гидрогеологических и геотермических задач оценки эксплуатационных запасов и разработки месторождения, а также последующую технико-экономическую оценку этих вариантов.
При обосновании и расчетах параметров технико-экономической оценки следует руководствоваться конъюнктурой рынка, потребностью и ценами на тепловую и электрическую энергию, а также на воду, попутно извлекаемые полезные компоненты, а также учитывать бальнеологические свойства воды.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 05-06 (109-110) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
Прогнозные ресурсы термальных вод по основным перспективным районам Туркменистана При разработке методов картирования термальных вод и определении принципов выделения перспективных районов в целях региональной оценки эксплуатационных запасов термальных вод важнейшую роль играет выяснение геотермических условий отдельных районов, закономерностей распространения и условий залегания термальных вод и формирования их ресурсов. По характеру распространения и условиям залегания термальных вод выделяются два типа водонапорных систем: пластовые и трещинно-жильные.
Водонапорные системы пластового типа формируются в платформенных областях, межгорных впадинах и краевых прогибах, где относительно спокойное тепловое поле с повышенным темпом нарастания темпера-
туры с глубиной, а также нарастанием минерализации. Спокойное тепловое поле нарушено на отдельных участках внедрением в верхние части водоносных систем флюидов или активизацией неотектонических процессов, что благоприятствует созданию достаточно высоких температур водоносных горизонтов. Водоносные системы трещинно-жильного типа приурочены главным образом к складчатым областям, и в отличие от пластовых систем термальные воды циркулируют по сложной системе тектонических трещин. Они проявляются в виде локальных очагов разгрузки.
Основные ресурсы термальных вод сосредоточены в крупных регионах Туркменистана: Центрально-Каракумском, Заунгузском, Бахордок-Мургабском, Предко-петдаг-Сандыкачинском, Батхыз-Карабильском (табл. 1) - с выделением перспективных участков (табл. 2).
Таблица 1 Table 1
Прогнозные ресурсы гидротермальных вод Туркменистана The forecast resources of hydrothermal waters of Turkmenistan
№ зоны Зона термальных вод Параметры водонасосных горизонтов Площадь зоны, F, х106 м2 Прогнозные ресурсы
глубина залегания, м температура, °С водопро-водимость, м2/сут пьезопро-водимость, м2/сут термальных вод, Q, м2/сут гидротермальной энергии, G Гкал/год
1 Центрально-Каракумская 1000 65-75 75-250 1105 109200 1 995 000 13 315 200
2 Заунгузская 1000 55 30-50 0,28-1,0-105 54000 424 500 1 936 325
3 Бахордок-Мургабская 1000-2000 50-75 30-50 0,55-1,0-105 85000 668 500 3 744 900
4 Предкопетдаг-Сандыкачинская 1750-3000 70-100 30 1105 29200 169 800 1 719 150
5 Батхыз-Карабильская 1000 55 20 1105 21200 42 400 193 450
Таблица 2
Прогнозные ресурсы термальных вод (Q) и гидрогеотермальной энергии (G) перспективных участков Туркменистана
Table 2
The forecast resources of thermal waters (Q) and hydro geothermal energy (G) of Turkmenistan perspective sites
Зона прогнозных ресурсов Возраст горизонта Гидрогеотермические параметры Площадь зоны, F, х106 м2 1 О 1 И Со Щ „ ое s i $ § É я н Q, м3/сут G, Гкал/г.
Яср, м ty, °C км/а м2/сут ± ^ст, общая в том числе с М г/л эу £ * о ,и
м 3-10 10-35 оо Ч И о &
Берзингинская 3 3-Knc 1200 36,5 80/1,9105 60 61,2 61,2 - 160 412,2 489,1
Бахерденская 3 3-Knc 1000 35,5 80/1,9105 54 80 80 - 150 505,26 503,7
Терсаканская ^s 500 51 238/1,17 105 60 1,62 1,62 - 160 52,7 2018,45
Терсаканская К, а1 1000 52 144/9,52-104 60 1,62 1,62 - 160 104 39,2 1569,5
Карабильская ^sn 1300 48 20/1105 30 5400 - 5400 130 14040,0 46121,4
Питнякская ^s 500 35 44,4/2,9-104 0 3825 - 3825 100 58562,1 53290,0
Ачакская ^s 1000 51 58/1 -105 0 6225 - 6225 100 36105,0 138335,0
Кирпичлинская К а1 1500 53 57/1-105 -50 9000 - 9000 50 25650,0 107310,0
Специфика геотермальных вод как теплоносителя
Геотермальные воды являются специфическими, отличными от традиционных теплоносителей, что необходимо учитывать при разработке систем геотермального теплоснабжения. Попытки рассматривать термальную воду в качестве обычного теплоносителя, как свидетельствует практика, заканчивались либо неудачей, либо приводили к нежелательным решениям. Широкое использование геотермального теплоносителя невозможно без анализа и учета его специфических особенностей. Специфика геотермальных вод заключается в следующем:
- одноразовость использования в системе теплоснабжения;
- постоянная температура в течение отопительного сезона;
- агрессивность, в связи с чем необходимо предусматривать защиту от коррозии и образования осадков в металлических трубопроводах и нагревательных приборах;
- необходимость сброса.
Технические требования, предъявляемые к геотермальным ресурсам, могут быть различными в зависимости от сферы их использования - выработки электроэнергии, теплоснабжения (отопления и горячего водоснабжения), технического водоснабжения, извлечения химических элементов и т. д. В свою очередь области применения и эффективность использования геотермальных вод того или иного месторождения зависят от его энергетического потенциала, общего запаса и дебита скважин, химического состава, минерализации и агрессивности вод, наличия потребителя и его удаленности, температурного и гидравлического режима скважины, глубины залегания водоносных горизонтов и их характеристик и некоторых других факторов.
Как показывает опыт, в большинстве случаев наиболее эффективной областью применения геотермальных вод является отопление, горячее и техническое водоснабжение промышленных, гражданских, коммунальных и сельскохозяйственных объектов.
Анализ вышеизложенных факторов помогает уже на начальной стадии проектирования принимать решение о целесообразности геотермального теплоснабжения, а также классифицировать геотермальные месторождения по температуре, степени водоотдачи водоносных горизонтов, химическому составу, газовой насыщенности, степени минерализации и характеру применения теплоносителя.
По степени водоотдачи геотермальные скважины разделяются на высокодебитные (1700 м3/сут и более), среднедебитные (400-1700) и малодебитные (менее 400).
По степени минерализации подразделяются на пресные (до 1 г/дм3), слабосолоноватые (1-3), солоноватые (3-5), сильносолоноватые (5-10), слабосоленые (10-20), соленые (20-35), сильносоленые (35-50), слабые рассолы (50-75), рассолы (75-100), крепкие рассолы (более 100).
По химическому составу преобладающих компонентов: гидрокарбонатные натриевые, хлоридные натриевые.
По газовому составу подразделяются на агрессивные (углекислые и сероводородные) или нейтральные (азотные и метановые).
По тепловому потенциалу - на перегретые (более 100 °С), высокотермальные (60-100), термальные (40-60), слаботермальные (до 40 °С).
Все вышеперечисленные показатели должны учитываться при выборе схемы системы теплоснабжения. На начальной стадии проектирования желательно решить:
- можно ли термальные воды данного химического и газового состава и минерализации непосредственно подавать в системы отопления, горячего и технического водоснабжения;
- можно ли данные геотермальные воды подвергать догреву;
- какие устройства могут быть использованы для преобразования энергетического потенциала геотермальных вод;
- какова необходимость методов водоподготовки.
Улучшение технико-экономических показателей
теплоэнергетического использования геотермальных вод требует применения различных технических приспособлений и агрегатов, использующих органическое топливо, электроэнергию, химические вещества как в сфере получения этих вод, так и в сфере использования и утилизации. К таким агрегатам относятся, например, пиковые котельные, теплообменники, артезианские, сетевые насосы, тепловые насосы и т. д. Поэтому чтобы оценить получаемую и используемую энергию геотермальных вод, целесообразно воспользоваться общим термодинамическим методом анализа - электрическим методом, позволяющим оценить работоспособность энергии в соответствии со вторым началом термодинамики.
Экономичность применения геотермальных вод в решающей степени зависит от степени использования их теплового потенциала и равномерности расходования расчетного дебита скважин. В традиционных системах теплоснабжения неиспользованная вода возвращается в котельную (ТЭЦ) для восстановления первоначальных параметров. При этом требуется меньше топлива. В геотермальных системах теплоснабжения тепловой потенциал, не использованный потребителем, теряется безвозвратно. При одном и том же дебите (при одинаковых затратах на бурение и эксплуатацию скважин) можно обеспечить теплом различное количество потребителей в зависимости от конечной температуры, направляемой на сброс термальной воды.
Максимальный энергетический эффект (экономия топлива) достигается созданием специальных систем отопления с повышенным перепадом температур, использованием пикового догрева (вспомогательной - пиковой котельной) или тепловых насосов, разработкой комплексных схем геотермального тепло-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 05-06 (109-110) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
снабжения с набором последовательных потребителей (в том числе сезонных).
В зависимости от минерализации и химического состава возможны три способа использования термальных вод в системах теплоснабжения:
- с предварительной подготовкой воды;
- с применением промежуточных теплообменников;
- с непосредственной подачей термальной воды в систему теплоснабжения.
Наиболее прост и экономичен последний способ. Однако он далеко не всегда осуществим, но, тем не менее, используется на большинстве месторождений.
При разработке геотермальных систем теплоснабжения необходимо обеспечивать максимальное значение коэффициентов эффективности использования термоводозабора пгеотер при одновременном минимальном удельном расходе термальной воды на единицу расчетной тепловой энергии. Его значение колеблется в следующих пределах: отопление 0,050,34; вентиляция 0,15-0,45; горячее водоснабжение 0,70-0,92. Из этого следует, что наиболее эффективно использование термальных вод для горячего водоснабжения [1].
Технико-экономическая оценка геотермального теплоснабжения
В исследованиях, направленных на совершенствование процесса получения и использования геотермальных вод в системах теплоснабжения, важное место занимают вопросы, связанные с экономической оценкой комплекса «скважина - обвязка - теплосеть - потребитель - сброс». В настоящее время имеется значительное число работ, посвященных геотермальному теплоснабжению, позволяющих с учетом геологических и теплотехнических параметров дать объективную экономическую оценку полезно используемой геотермальной энергии. Такая оценка должна стать базой для оптимизации геотермального теплоснабжения, технико-экономического обоснования производства работ в том или ином районе, обеспечивая научно обоснованный подход к генеральной схеме развития отрасли.
Работы по использованию геотермальных ресурсов в системах теплоснабжения можно укрупненно разбить на следующие взаимосвязанные этапы: подготовку запасов, строительство термоводозабора, непосредственное использование потребителями и сброс теплоносителя. При этом годовой экономический эффект Э, в манатах, геотермального теплоснабжения определяется по выражению
Э (з«- V! I," + (К + ДК) -1000 1 п
Э = (з -з)п™ Т -с + «Кв.-*1 )Т,)^ (1)
где збаз - удельные приведенные затраты на единицу реализуемой теплоты, ман./ГДж или ман./Гкал, при традиционном теплоснабжении; зг - то же при геотермальном теплоснабжении; С - себестоимость единицы геотермальной продукции, ман/ГДж или
ман./Гкал; О - дебит термоводозабора, м3/ч; с - теплоемкость геотермальной воды, Гкал/м3 °С; 4х - температура вод на входе к потребителю, Гкал/м3; 4б -расчетная средневзвешенная за год температура сброса, °С; Тм - годовое число часов использования максимальной тепловой нагрузки от термоводозабора, ч; Пгод - полезно используемое годовое количество теплоты, ГДж или Гкал; К - капитальные вложения в создание термоводозабора, тепловых сетей и т.д., тыс. ман.; ДК - дополнительные капиталовложения, связанные с увеличением поверхности тепло-съема обогревательных приборов, тыс. ман.
Себестоимость единицы полезно использованной теплоты определяется достаточно стандартно. При этом основная часть себестоимости приходится на амортизационные отчисления от стоимости эксплуатационных скважин (до 47%), т. е. стоимость скважин является определяющим фактором эффективности геотермального теплоснабжения.
В условиях формирующихся рыночных отношений геотермальная энергетика оказалась в исключительно сложном положении, так как становление ее и развитие осуществлялось исключительно за счет централизованных источников финансирования (государственных бюджетных ассигнований). В настоящее время вопрос об источниках финансирования и экономических условиях функционирования геотермальной энергетики однозначно не решен.
Действующим законодательством об использования недр предусматривается финансирование поисково-оценочных работ за счет средств внебюджетного фонда воспроизводства минерально-сырьевой базы или, в отдельных случаях, за счет средств государственного бюджета. Разведочные работы и обустройство месторождений теплоэнергетических вод должно осуществляться владельцами лицензии за счет собственных средств, кредита, инвестиционных фондов и т. д. Этим же законодательством предусмотрена и система платежей при пользовании недрами, а именно - платежи за пользование недрами, сборы за выдачу лицензий, акцизные сборы, плата за землю, за геологическую информацию и т. д.
Однако предусмотренный законодательством о недрах экономический механизм пока не действует по отношению ко многим видам полезных ископаемых, в том числе и к термальным водам. В силу этого обстоятельства месторождения теплоэнергетических вод пока не вовлечены в сферу экономических реформ на основе нового законодательства о недрах.
При этом переход геотермальной энергетики на условия рыночной экономики, по-видимому, будет достаточно сложным по объективным причинам. Вместе с тем многие проблемы техники и технологии использования геотермальной энергии должны решаться при государственной поддержке, поскольку не могут быть решены на региональном уровне.
В связи с этим представляется необходимой и целесообразной разработка нормативно-правовой базы, которая будет способствовать переходу геотермаль-
ной энергетики в рыночные условия и эффективному функционированию геотермальных производств в этих условиях.
Рекомендации по ценообразованию на геотермальную тепловую энергию
В 1990 г. были разработаны новые методические рекомендации по ценообразованию на геотермальную тепловую энергию [2-7].
Учитывая специфику использования геотермальных ресурсов и сложившуюся конъюнктуру в топливно-энергетическом балансе страны, основными принципами методических рекомендаций являются:
- установление договорных цен на геотермальную тепловую энергию с учетом складывающихся уровней цен на тепловую энергию от традиционных источников в отдельных регионах;
- геотермальные теплоносители (термальные воды и парогидротермы) являются принципиально новым видом энергоносителя, а геотермальное производство обладает рядом присущих только ему специфических особенностей;
- геотермальные ресурсы являются местным сырьем, поэтому при возникновении отдельных разногласий в установлении договорных цен на геотермальную энергию арбитром являются органы ценообразования велаятов (областей), страны и этрапов (районов);
- среднегодовое количество полезно реализуемой геотермальной теплоты устанавливается расчетным путем при заключении договора с потребителем на осуществление геотермального теплоснабжения по формуле:
o = QсДt-Тмy, (2)
где О - среднегодовое количество полезно реализуемой геотермальной теплоты, Гкал; Q - производительность термоводозабора, м3/ч; с - теплоемкость флюида, Гкал/т°С; у - плотность флюида, т/м3; Д -средневзвешенный разрабатываемый температурный потенциал, °С; Тм - среднегодовое время использования максимума нагрузки, ч.
Договорная цена на геотермальную продукцию рассчитывается по формуле
Цгеот = АЦверх + (1 - А)Цн£, (3)
где ЦГЕОТ - договорная цена, ман./Гкал; ЦВЕРХ - верхний уровень цены (в районах, где потребитель может пользоваться услугами централизованного теплоснабжения, верхний уровень цен равен установленному тарифу на тепловую энергию), ман./Гкал; ЦН -нижний уровень цены (минимальный уровень цены, при котором производитель геотермальной продукции может нормально осуществлять хозяйственную деятельность в рыночных условиях), ман./Гкал; А -часть экономического распределяемого эффекта от осуществления геотермального теплоснабжения (по сравнению с традиционным), которая приходится на долю поставщика геотермальной теплоты.
Эта величина в ряде отраслей колеблется от 0,7 до 0,5. При использовании геотермальной энергии в зависимости от технико-экономических показателей термоводозабора величина А принимается по согласованию сторон в более широких пределах от 0,8 до 0,4. Причем она тем меньше, чем глубже уровень сработки потребляемого теплового потенциала, и определяется по формуле
А - 1 - 0,8/вх - 4б / 4:
(4)
где 4х - температура входящей воды; tc6 - температура сбросной воды.
Коэффициент £ учитывает время использования потребителями максимума нагрузки (0,2 < £ <1) и рассчитывается по формуле
£ = 1 + T: - Тмф/8760, (5)
где Тмр - расчетное время использования в году максимума нагрузки на отопление, ч; Тмф - фактическое время использования максимума тепловой нагрузки потребителем, ч.
Из формулы (5) следует, что чем больше потребитель использует тепловую мощность термоводозабора (чем больше Тмф), тем меньше величина £ и, соответственно, ниже уровень цены на единицу полезной теплоты [1, 6-10].
В соответствии с методическими указаниями дан типовой ориентировочный расчет затрат на перспективном участке (табл. 3).
Таблица 3
Сводная смета затрат на проведение работ по перспективным участкам геотермальных вод Туркменистана
Table 3
The summary estimates of costs for work on perspective sites of geothermal waters of Turkmenistan
№ Работы и затраты Полная сметная стоимость
Всего, тыс. манат в т.ч. ] заботы
собственные подрядные
I Собственно геолого-разведочные работы 2284,4 2284,4
1. Бурение эксплуатационных скважин (2 скв. 1200 м) 1512,0 1512
2. Полевые работы (опробование, откачки и режимные наблюдения) 772,4 772,4
II Сопутствующие работы и затраты 223,4 83,4 140
Всего (по 2 скв.) 2507,8
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 05-06 (109-110) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
Список литературы
1. Богусловский Э.И. Технико-экономическая оценка освоения тепловых ресурсов недр. Л.: ЛГУ, 1984.
2. Геотермические исследования в Средней Азии и Казахстане. М: Наука, 1985.
3. Борзасеков В.Ф. Геотермическое районирование Копетдагской водонапорной системы // Вопросы методики гидрогеологических и инженерно-геологических исследований на территории Туркменистана. Ашгабад, 1975.
4. Кудельский А.В. Термальные воды Копетдага // Изучение и использование глубинного тепла Земли. М.: Наука, 1973.
5. Макаренко Ф.А., Кононов В.И. Гидротермальные районы СССР и перспективы их освоения // Изучение и использование глубинного тепла Земли. М.: Наука, 1973.
6. Пенджиев А.М. Возможности использования геотермальных вод в Туркменистане // Проблемы освоения пустынь. Ашхабад, 2004, № 4.
7. Пенджиев А.М. Геотермальные воды Туркменистана // Альтернативная энергетика и экология -ISJAEE. 2007. № 7. С. 67-71.
8. Пенджиев А.М. Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Туркменистане // Альтернативная энергетика и экология -ISJAEE. 2007. № 9. С. 65-69.
9. Пенджиев А.М. Приоритеты и задачи развития возобновляемой энергетики в Туркменистане // Альтернативная энергетика и экология - ISJAEE. 2010. № 5. С. 98-105.
10. Рыбакова Л.Е., Пенжиев А.М. Энергия барада сохбет. А.: Магарыф, 1993.
