CC BY
56ОБЗОРЫ И КОНСУЛЬТАЦИИ Гидрометеорология и экология
№2 2010
УДК 550.361.
ТЕРМОМИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ РОССИИ И ИХ КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Канд. физ.-мат. наук В.Б. Свалова
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.
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 20 веке использование геотермальной энергии приобрело широкие промышленные масштабы [15, 16]. Во многих развитых странах геотермальные ресурсы стали основой для развития высокотехнологичных отраслей индустрии. В июле 2004 года исполнилось сто лет геотермальной энергетике. 4 июля 1904 года в Лардерелло, Италия, Пьеро Джинори Кон-ти (Prince Piero Ginori Conti (1865... 1939 гг.)) провел первый в мире эксперимент по производству электроэнергии из геотермального пара (Рис. 1). А через 9 лет, в 1913 году в Италии в Лардерелло была пущена в промышленную эксплуатацию первая геотермальная электрическая станция мощностью 250 кВт, действующая до сих пор (Рис. 2).
В 2004 году отмечалось также 50-летие Российской геотермальной энергетики. 15 марта 1954 года Президиум Академии Наук СССР принял решение создать Лабораторию по исследованию геотермальных ресурсов в Пе-тропавловске-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, а затем до 14,5 МВт. Станция и 174
сейчас продолжает успешно работать. В 1967 году заработала Паратунская ГеоЭС, построенная на основе разработанной и запатентованной С. Кутате-ладзе и Л. Розенфельдом уникальной технологии бинарного цикла. Этот патент был тогда куплен у СССР многими странами. Особенно преуспели в развитии этой технологии в Израиле, куда позже эмигрировала группа советских специалистов и основала компанию «Ормат».
Рис. 1. Устройство по производству электроэнергии из геотермального пара, и его изобретатель П.Д. Конти.
Рис. 2. Геотермальная электростанция в Лардерелло, Италия (Фото автора).
Низкие цены на углеводородное сырье в 70-е годы и кризис 90-х надолго затормозили развитие геотермальной энергетики в России. Однако, нынешние 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.
175
Этого нельзя допустить. Создание стабильной экономики и устойчивого развития требует организации 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.
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 гг.), участника Второй Камчатской экспедиции (1733... 1743 гг.), и его «Описания земли Камчатки» (1756 г.) к этому 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 Паратунской до строительства Верхне-Мутновской и Мутновской ГеоЭС мощностью 12 и 50 МВт, соответственно. Для осуществления строительства была создана проектная компания ЗАО «Геотерм», зарегистрированная 30 августа 1994 года 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. И8$), а также средств Российских инвесторов, включая РАО «ЕЭС России». В 1999 г. была пущена в эксплуатацию пилотная Верхне-Мутновская ГеоЭС. 21 декабря 2001 года был пущен первый энергоблок Мутновской ГеоЭС мощностью 25 МВт. 17 сентября 2002 г. первый энергоблок был включен в сеть, а 27 сентября 2002 года был введен в эксплуатацию второй энергоблок, что позволило довести общую мощность Мутновской ГеоЭС до 50 МВт (Рис. 3).
176
Рис. 3. Мутновская ГеоЭС. Сепараторный зал. (Фото автора).
Таким образом, общая мощность энергообъектов на Камчатке, включая Паужетскую ГеоЭС, оценивается в 76,5 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 1,8 МВт (на о. Ку-нашир) и 3,6 МВт (на о. Итуруп). Таким образом, общая мощность ГеоЭС России составляет 81,9 МВт. (Табл. 1) [14].
Таблица 1
Использование геотермальных ресурсов в России для производства электроэнергии на 1 а вгуста 2009 г.
вс я ( )э
О Я <й Й й и
| § £ ^
Геотермальная | £ I ё Ё ^
а ч ко н т в нэ , р и ь
станция £ § © ^ § Е £
° * ^ 8 Й § I
лэ 2 д о
эм
Камчатка
Паужетская 1966 3 14,5 59,5 2,5
Верхне-Мутновская 1999 3 12 58,3
Мутновская 2002 2 50 322,93
Курилы (Кунашир)
Менделеевская 2007 1 1,8 ? 3,2
Курилы (Итуруп)
Океанская 2007 2 3,6 ?
Всего 11 81,9 440,73 5,7
Интересно сравнить производство электроэнергии из геотермальных источников по странам (Табл. 2) [11].
177
Таблица 2
Производство электроэнергии из геотермальных источников в мире, [11]
2005 год 2010 год
Страна мощность, энергия, мощность, энергия,
МВт ГВтч МВт ГВтч
Аргентина 0 0 0 0
Австралия 0,2 0,5 1,1 0,5
Австрия 1,1 3,2 1,4 3,8
Китай 28 96 24 150
Коста Рика 163 1145 166 1131
Сальвадор 151 967 204 1422
Эфиопия 7,3 0 7,3 10
Франция 15 102 16 95
Германия 0,2 1,5 6,6 50
Гватемала 33 212 52 289
Исландия 202 1483 575 4597
Индонезия 797 6085 1197 9600
Италия 791 5340 843 5520
Япония 535 3467 536 3064
Кения 129 1088 167 1430
Мексика 953 6282 958 7047
Новая Зеландия 435 2774 628 4055
Никарагуа 77 271 88 310
Папуа Новая Гвинея 6,0 17 56 450
Филиппины 1930 9253 1904 10311
Португалия 16 90 29 175
Россия 79 85 82 441
Тайланд 0,3 1,8 0,3 2,0
Турция 20 105 82 490
США 2564 16840 3093 16603
Всего 8933,1 55709 10716,7 67236,3
Геотермальные исследования в России
Систематические и целенаправленные геотермические и геотермальные научные исследования на территории нашей страны начались в середине прошлого 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 Научного Совета был один из крупнейших математиков мира академик А.Н. Тихонов.
С 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 178
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 Петропавловске-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 [3, 4, 12] (рис. 4).
Рис. 4. Геотермическое районирование России. а - районы пригодные для
теплоснабжения зданий с помощью тепловых насосов; Ь - районы перспективные для «прямого» использования; с - районы современного вулканизма наиболее перспективные для «прямого» использования, выработка тепла и электроэнергии на бинарных установках, а также создание крупных
ГеоЭС на парогидротермальнътх месторождениях. 1 - Северный Кавказ (платформенная провинция), 2 - Северный Кавказ (альпийская провинция), 3 -Западная Сибирь, 4 - Прибайкалье, 5 - Курило-Камчатскийрегион, 6 -Приморье, 7...8 - Охотско-Чукотский вулканический пояс.
В 1983 г. сотрудниками ВСЕГИНГЕО (Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии) при участии региональных центров был составлен «Атлас ресурсов термальных вод СССР» содержащий 17 карт. В него вошли «Карта термальных вод СССР» и «Карта потенциальных запасов термальных вод СССР» (обе в масштабе 1:10 000 000). Также представлены карты эксплуатационных запасов термальных вод основных водоносных комплексов по наиболее перспективным районам (Западная Сибирь, Предкавказье, Камчатка, Курилы) в масштабе 1:5 000 000 и 1:1,5 000 000.
179
В 1991 г. под редакцией Ю.Д. Дядькина была составлена в масштабе 1:10 000 000 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 (Федеральное государственное унитарное предприятие научно-производственный центр) «Недра» под редакцией А.А. Смыслова.
По данным ВСЕГИНГЕО и ВНИИКТЭП (Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных топливно-энергетических проблем) [3] на территории России разведано 47 месторождений природных теплоносителей с запасами термальных вод 242,4 тыс. м3/сут и парогидро-терм 103,2 тыс. т/сут. При этом запасы утверждены лишь по 12 месторождениям термальных вод (135,4 тыс. м3/сут) и по 5 месторождениям паро-гидротерм (34,5 тыс. т/сут 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 человек. 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 (Рис. 5). 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 использования тепловых насосов в России явились НПО «Недра» в Ярославле и Группа Компаний «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» в Москве. На тепловых насосах работают экспериментальная школа в деревне Фи-липпово Ярославской области, демонстрационный комплекс «Экопарк-
180
Фили», энергоэффективный жилой дом в Москве на улице Академика Анохина. Использование тепловых насосов в России имеет очень большие перспективы. Для сравнения приведем данные по прямому использованию геотермальных ресурсов в мире [13] (Табл. 3)
Таблица 3
Прямое использование геотермальной энергии в мире, 2010 г.
Страна Мощность, МВт Энергия, ТДж/год Энергия, ГВт ч/год
Албания 11 40 11
Алжир 56 1723 479
Аргентина 307 3907 1085
Армения 1 15 4
Австралия 33 235 65
Австрия 663 3728 1036
Беларусь 3 34 9
Бельгия 118 547 152
Босния и Герцеговина 22 255 71
Бразилия 360 6622 1840
Болгария 98 1370 381
Канада 1126 8873 2465
Карибские острова 0 3 1
Чили 9 132 37
Китай 8898 75348 20932
Колумбия 14 287 80
Коста Рика 1 21 6
Хорватия 67 469 130
Чехия 152 922 256
Дания 200 2500 695
Эквадор 5 102 28
Египет 1 15 4
Сальвадор 2 40 11
Эстония 63 356 99
Эфиопия 2 42 12
Финляндия 858 8370 2325
Франция 1345 12929 3592
Грузия 25 659 183
Германия 2485 12765 3546
Греция 135 938 261
Гватемала 2 56 16
Гондурас 2 45 13
Венгрия 655 9767 2713
Исландия 1826 24361 6768
Индия 265 2545 707
Индонезия 2 43 12
181
Страна Мощность, МВт Энергия, ТДж/год Энергия, ГВт ч/год
Иран 42 1064 296
Ирландия 153 764 212
Израиль 82 2193 609
Италия 867 9941 2762
Япония 2100 15698 4139
Иордания 153 1540 428
Кения 16 127 35
Корея (Южная) 229 1955 543
Латвия 2 32 9
Литва 48 412 114
Македония 47 601 167
Мексика 156 4023 1118
Монголия 7 213 59
Марокко 5 79 22
Непал 3 74 21
Нидерланды 1410 10699 2972
Новая Зеландия 393 9552 2654
Норвегия 3300 25200 7001
Папуа Новая Гвинея 0 1 0
Перу 2 49 14
Филиппины 3 40 11
Польша 281 1501 417
Португалия 28 386 107
Румыния 153 1265 352
Россия 308 6144 1707
Сербия 101 1410 392
Словакия 132 3067 852
Словения 104 1136 316
Южная Африка 6 115 32
Испания 141 684 190
Швеция 4460 45301 12585
Швейцария 1061 7715 2143
Таджикистан 3 55 15
Таиланд 3 79 22
Тунис 44 364 101
Турция 2084 36886 10247
Украина 11 119 33
Великобритания 187 850 236
США 12611 56552 15710
Венесуэла 1 14 4
Вьетнам 31 92 26
Йемен 1 15 4
Всего 46999 388690 118696
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 году. IGA управляется Советом Директоров в количестве 30 человек, избираемых на конкурсной основе один раз в три 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 руководством 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 состоялся 26.. .30 апреля в Индонезии на острове Бали и собрал более 2,5 тыс. участников. По результатам работы Конгресса была принята Бали-Декларация о развитии геотермальной энергетики в мире «Геотермальная энергия - энергия, призванная изменить мир». Текст Декларации можно найти на сайтах http://www.wgc2010 .org/ и http://www.geothermalenergy.org/index.php.
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»;
183
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».
Комплексное использование геотермальных ресурсов
Термальные воды используются для многих целей - для выработки электроэнергии, для теплофикации и хладоснабжения, для горячего водоснабжения, в земледелии, 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 находятся на большей территории России и СССР. Они известны почти во всех районах. Рассолы с минерализацией выше 200 г/дм3 известны в Пермской и Самарской областях, Татарии, Московской, Рязанской и других центральных областях. В Москве, например, на глубине 1650 м встречены хлоридные рассолы с минерализацией 274 г/дм3. В Западной и Восточной Сибири существуют крупные месторождения рассолов с высокой температурой. Отдельные месторождения имеют минерализацию 400...600 г/дм3. 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 эти водоросли как промышленное сырье эффективно лишь при большом их скоплении. Бром можно добывать из некоторых солей и водорослей, но традиционно бром также получают из сверхкрепких хлоридных рассолов [1].
Значительная часть месторождений термальных вод высокомине-рализована и представляет собой рассолы, содержащие от 35 до 400 и более г/дм3 солей. Они являются минеральным сырьем на многие химические элементы. Многие рассолы, находящиеся на большой глубине, могут
184
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 подтверждают необходимость и возможность комплексного использования этого нетрадиционного сырья.
Интерес к минерализованным водам и рассолам в качестве 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 [2]. 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 количественного 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
185
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, де-битами эксплуатационных запасов 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/дм3): йод - 10, литий - 10, цезий - 0,5, германий - 0,5, бром - 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 этого металла осуществлялось именно таким способом [5].
В Японии из термоминеральных подземных рассолов в промышленных масштабах добываются I, Бг, В, Ы, Л8, Ое, 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 Са, Mg, К, 8, С1, и, Яа, Си. 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 можно выделить 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. Минерально-сырьевое направление является основным для геотермальных вод и парогидротерм, со-
186
держащих ценные компоненты в промышленных количествах. При этом обоснование промышленных концентраций обусловлено уровнем технологий.
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 [9, 10, 20-23].
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 году их доля должна возрасти до 3.. .4 % , а к 2020 году - до 6.. .7 %. Однако развитие альтернативной энергетики зависит от того, будет ли государство поддерживать этот бизнес.
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 поддержки со стороны законодательной и исполнительной государственной 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,
187
заставляющих коммунальные предприятия покупать электроэнергию у независимых производителей, что привело к интенсивному росту производства геотермальной энергии с 1980 по 1990 гг. (Рис. 5). MB г
3000
2500 2000 1500 1000 500 0
1970 1980 1990 Год 2000
Рис. 5. Рост производства геотермальной энергии в США с 1980 по 1990 гг.
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 Российской Федерации, 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».
В любом случае необходима большая просветительская и научно-образовательная работа по пропаганде использования экологически чистых
188
инновационных технологии для освоения альтернативных источников энергии, включая геотермальные ресурсы [6-8, 17-19]. 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, достоиным подражания, может служить создание «Дома возобновляемой энергии» в Брюсселе, Бельгия. В 2000 году несколько энергетических ассоциаций решили разместить свои офисы в одном здании - так родилась идея «Дома возобновляемой энергии» (ДВЭ). В ДВЭ находятся следующие организации:
■ EREC - Европейский совет по возобновляемой энергии;
■ AEBIOM - Европейская биотопливная ассоциация;
■ EGEC - Европейский совет по геотермальной энергии;
■ EPIA - Европейская ассоциация фотоэлектрической промышленности;
■ ESTIF - Европейская федерация производителей солнечных теплоустановок;
■ EUBIA - Европейская ассоциация производителей биомассы;
■ EUREC Agency - Европейское агентство по возобновляемой энергетике;
■ EWEA - Европейская ассоциация ветроэнергетики;
■ EUFORES - Европейский форум по ВИЭ (возобновляемым источникам энергии);
■ GWEG - Всемирный совет по ветроэнергетике.
ДВЭ - 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.
189
Демонстрационный комплекс «Экопарк-Фили» в Москве близок по идеологии к «Дому возобновляемой энергии» в Брюсселе. И подобную работу следует всячески поддерживать и развивать.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антипов М.А., Бондаренко С.С., Стрепетов В.П., Каспаров С.М. Минеральное сырье. Бром и иод. - М.: Геоинформмарк. 1999, 30 с.
2. Бондаренко С.С. Минеральное сырье. Воды промышленные. - М.: Геоинформмарк. 1999, 45 с.
3. 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.
4. Кононов В.И., Поляк Б.Г., Хуторской М.Д. Гидрогеотермальные ресурсы России. // Георесурсы. - 2(17). - 2005. - С. 29-33.
5. Кременецкий А.А., Линде Т.П., Юшко Н.А. и др. Минеральное сырье. Литий. - М.: Геоинформмарк. 1999, 49 с.
6. Свалова В.Б. Использование геотермальной энергии и проблемы устойчивого развития: Доклады. / Международный научно-технический семинар «Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий» «Стихия-2002». - Севастополь: 2002.
7. Свалова В.Б. Геотермальные ресурсы России, проблемы экологии и устойчивого развития: Доклады. / Международная конференция «Возобновляемая энергетика: состояние, проблемы, перспективы.» - Санкт-Петербург: 2003.
8. Свалова В.Б. Учебно-научный консультационный центр по экологии и возобновляемым видам энергии: Тез. докл. / Международный семинар «Российская программа развития возобновляемых источников энергии». -Рыбинск: 2004.
9. Свалова В.Б. Термальные воды России. Комплексное использование: Тез. докл. / Международная конференция «Извлечение минеральных компонентов из геотермальных растворов». - Петропавловск-Камчатский: 2005.
10. Свалова В.Б. Комплексное использование гидротермальных ресурсов: Доклады. / VIII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Т. 6, - М.: - 2007.- С. 384-386.
11. Bertani R. Geothermal Power Generation in the World 2005-2010 Update Report: Proceedings. / «World Geothermal Congress 2010» - Bali, Indonesia: - 2010. (CD).
12. Kononov V.I., Polyak B.G., Kozlov B.M. Geothermal development in Russia: Country update report 1995-1999: Proceedings. / «World Geothermal Congress 2000». - Japan: - 2000. - Vol. 1. P. 201 - 206.
13. Lund J.W., Freeston D.H., Boyd T. L. Direct Utilization of Geothermal Energy 2010 Worldwide Review: Proceedings. / «World Geothermal Congress 2010». - Bali, Indonesia: - 2010. (CD).
190
14. Povarov K.O., Svalova V.B. Geothermal Development in Russia: Country Update Report 2005-2009: Proceedings. / «World Geothermal Congress 2010». - Bali, Indonesia: - 2010. (CD)
15. Svalova V.B. Geothermal legends through history in Russia and the former USSR: a bridge to the past. In: «Stories from a Heated Earth. Our Geothermal Heritage». GRC, IGA. Sacramento, California: - 1999. - P. 336-355.
16. Svalova V.B. The history of geothermal resources use in Russia and the former USSR: Proceedings. / «World Geothermal Congress 2000». - Japan: -2000.
17. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia and environmental parks: Proceedings. / «2002 Beijing International Geothermal Symposium» - Beijing: - 2002.
18. Svalova V.B. Geothermal Energy Use in Russia and Sustainable Development: Proceedings. / «International Geothermal Workshop». - New Zealand: - 2002.
19. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia and environmental problems: Proceedings. / «World Geothermal Congress». - Turkey: - 2005.
20. Svalova V.B. Geothermal energy use in Russia: progress and future: Proceedings. / «First East African rift geothermal conference. Geothermal energy: an indigenous, environmentally benign and renewable energy resource» -Addis Abeba, Ethiopia: - 2006.
21. Svalova V.B. Geothermal resources and thermal waters of Russia: complex use: Proceedings. / Geothermal Resources Council 2006 Annual Meeting «Geothermal Resources Securing Our Energy Future». - San Diego, California: - 2006.
22. Svalova V.B. Mineral resources of geothermal waters and brines: Proceedings. / International conference «Mineral extraction from geothermal brines». - Tucson, Arizona, USA: - 2006.
23. Svalova V.B. Mineral Extraction from Brines and Geothermal Resources Complex Use in Russia: Proceedings. / «World Geothermal Congress 2010». - Bali, Indonesia: - 2010. (CD)
Институт геоэкологии РАН, Россия, г. Москва
РЕСЕЙДЩ СУЫН ТЕРМОМИНЕРАЛЬНЫЕ ЖЭНЕ ОЛАР КЕШЕНД1 ЦОЛДАНУ
Fылымд. физ.-мат. канд. В.Б. Свалова
reomepMmdi цорлар энергетиканыц дамытуын, сирекметаллды жэне химия енеркэсттертц, санатори-бальнеологиялъщ жэне агровнеркэсттж кешендердщ ец мацызды квздер болып табыглады. Ресей гидрогеотермалдыц демек жер асты суларында жинацталган жэне петротермалдыц, тау жыныстарында жинацталган улкен цорларга ие болады. Олар Ресейлерде соныгмен бiрге жетшлшаз цашыц цолданылады. Жацармаган отынныц цорларыныц энергия тутынуды тез всуi, ереаздш жэне цыгмбаттауы, элемдж экономиканыц экологиялыц мэселелершц асцынуы энергияныц талгаулы квздерi кец цолдандыра алады.
191
