CC BY
68
© В.А. Горбач, 2016
УЛК 550.83 В.А. Горбач
УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАМЧАТКИ
Термоминеральные воды представляют собой комплексный ресурс, для получения тепловой и электрической энергии, минерального сырья, целей бальнеологии и др. При эксплуатации геотермальных систем формируются сточные воды. В статье рассмотрены вопросы утилизации отработанных геотермальных теплоносителей различных месторождений Камчатки.
Ключевые слова: геотермальная энергия, раствор, теплоноситель, химические соединения, утилизация.
В последние десятилетия во многих странах, наблюдается рост доли тепловой и электрической энергии, полученной из нетрадиционных и возобновляемых источников, в том числе с использованием геотермальных систем за счет применения традиционных, бинарных и циркуляционных схем.
Россия располагает большими запасами геотермальных ресурсов, использование геотермального тепла может составить до 10 % в общем балансе теплоснабжения. На территории страны разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240 тыс. м3/сут термальных вод и более 105 тыс. т/сут пароводяной смеси. Наиболее перспективными для освоения являются Камчатка, Курильские острова и Северный Кавказ. На Камчатке разведано 13 месторождений, с температурой 70 - 300оС, балансовые запасы термальной воды - 80,63 тыс. м3/сут. и пароводяной смеси - 93,67 тыс. т/сут. В эксплуатации находится ряд месторождений: Мутнов-ское, Паужетское, Паратунское, Верхне-Паратунское, Анав-гайское, Эссовское и др. (рис. 1.) Добыча в настоящее время составляет 34,3 тыс. м3/сут, при этом объем замещаемого топлива составляет 151900 т у.т./год [1,2]. В последнее время возрастает интерес к более глубокому вовлечению геотермальной энергии в теплоэнергетический комплекс Дальнего Востока России и в частности на Камчатке [3].
Рис. 1. Обзорная схема разрабатываемых и резервных геотермальных месторождений Камчатки
Перспективы промышленного освоения геотермальных ресурсов Камчатки и Курильских островов рассмотрены в [4,5]. Одним из новых первоочередных объектов промышленного освоения рассматривается Авачинская магматогенная геотермальная система [6,7,8,9,10,11]. При этом предполагается использовать технологию на базе скважинных циркуляционных систем [12,13,14,15]. Вопросы утилизации отработанного геотермального теплоносителя приобретают при этом еще большее значение.
Эксплуатация большинства геотермальных месторождений ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после потребителя термальные воды сбрасываются с температурой 50—70 оС. Полезно используется примерно одна пятая теплового потенциала термальной воды. Объемы добываемых вод значительно уступают утвержденным ГКЗ запасам. Из-за технических решений (прямая подача потребителю воды, не соответствующей по химическому составу установленным нормам, отсутствие пиковых установок для обеспечения стандартных параметров по температуре и др.) использование термальных вод во многих случаях не рационально. Электрическую энергию получают на Мутновской ГеоЭС, Верхне-Мутновской ГеоЭС (Мутновское месторождении парогидротерм) и Паужетской ГеоЭС (Паужетское месторождение).
При промышленной эксплуатации Мутновской и Верхне-Мутновской геотермальных станций (установленная мощность 50 и 12 МВт соответственно) проблема утилизации отработанного теплоносителя ГеоЭС решается обратной закачкой (ре-инжекцией) в породы геотермального резервуара. Эта схема применяется на многих месторождениях, так как позволяет стабилизировать работу геотермальной системы, минимизировать проблемы, возникающие вследствие превышения извлечения гидротермального раствора над естественным притоком воды. Обратная закачка позволяет поддержать давление в пласте, снизить риск опускания поверхности, возникновения оползней, ухудшения сейсмичности района, исчезновения естественных поверхностных проявлений (источников). Обратная закачка является решением экологических проблем при освоении геотермальных месторождений, однако применение дан-
ного способа ограничивается влиянием на эксплуатационные параметры геотермальной системы [16,17].
На Паужетской геотермальной станции (установленная мощность 11 МВт) реализована другая схема. Здесь на эксплуатационных скважинах установлены скважинные сепараторы, на станцию поступает пар, а водная фаза (сепарат) сбрасывается на грунт и в руч. Быстрый, приток р. Паужетка, ре-инжекция осуществляется частично. При эксплуатации месторождения образуется значительный поверхностный поток термальной воды расходом более 15,2 тыс. м3/сут, с температурой от 70оС до 120оС. В данном случае отсепарированная вода является сопутствующим продуктом и составляет технологические потери, сопровождающие добычу пара. Отсутствие достаточного количества потребителей в п. Паужетка и значительная удалённость месторождения от п. Озерновский приводят к тому, что основной объём высокопотенциальных теплоэнергетических вод сбрасывается в поверхностные водотоки. Доля выработки электроэнергии составляет всего 4 % от потенциала добытого теплоносителя. В настоящее время с целью повышения эффективности станции, а также уменьшения воздействия на окружающую среду реализуется проект создания бинарного энергоблока мощностью 2,5 МВт. Таким образом, уменьшается негативная тепловая нагрузка на водные объекты, но сохраняется химическое воздействие, выражающееся в высоком содержании в сбросных водах В, Ы, Дэ [18].
Паратунское месторождение в настоящее время используется для теплоснабжения с. Паратунка, п. Термальный, нужд Паратунской курортной зоны (более 30 групп потребителей). Объем использования термальных вод месторождения составляет более 6 млн. м3 в год, со средней температурой воды 77оС. Отработанный теплоноситель после смешения с хозяйственно-бытовыми сточными водами сбрасывается в р. Паратун-ка. Ниже по течению реки присутствует тепловое и химическое загрязнение соединениями В, Дэ. В настоящее время выполняются работы по проектированию комплекса очистных сооружений.
Села Быстринского района Эссо и Анавгай обеспечены тепловыми ресурсами Эссовского месторождения с суточным
водоотбором - 15,3 тыс. м3, со средней температурой 75оС и Анавгайского месторождения термальных вод при суточном водоотборе - 2,3 тыс. м3, с температурой 72оС. Отработанный теплоноситель из системы теплоснабжения с. Эссо сбрасывается в р. Уксичан и р. Быстрая, с системы теплоснабжения с. Анавгай сток сбрасывается в р. Быстрая. В сточных водах присутствуют высокие содержания В, Ы, Дэ.
Геохимическая оценка состава сбрасываемых в поверхностные водотоки геотермальных вод различных геотермальных месторождений Камчатки показывает превышения предельно допустимых концентраций, установленных для водоемов рыбо-хозяйственного значения (ПДКрх) [19]. Например кратность превышения ПДКрх в сбросных водах на Паужетском месторождении по и - 37, Н3В03 - 54.
Выводы
С развитием энергетики возрастает необходимость в комплексном освоении геотермальных ресурсов, с учетом природоохранных требований. Разработка нормативов сброса геотермальных вод должна осуществляться с учетом суммарного дебита источников естественной разгрузки гидротермальных систем. Сточные геотермальные воды в целях сохранения экологического равновесия необходимо либо закачивать обратно в породы месторождения, либо очищать перед сбросом.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоусов В.И., Белоусова С.П. Природные катастрофы и экологические риски (на примере развития геотермальной энергетики). - Петропавловск-Камчатский: Издательство КГПУ, 2002 - 160 с.
2. Яроцкий Г.П., Алискеров A.A., Бурмаков Ю.А, Орлов A.A. Минерально-сырьевой потенциал Камчатской области — Петропавловск-Камчатский: Изд-во Камчатской государственного университета им. Витуса Беринга. 2007 - 115 с.
3. Пашкевич Р.И., Таскин В.В. Термогидродинамическое моделирование теплопереноса в породах Мутновской магматогенной системы. - Владивосток: Дальнаука, 2009. - 209 с.
4. Пашкевич Р.И., Трухин Ю.П. Перспективы промышленного освоения ресурсов близповерхностных магматических очагов Камчатки и Курильских островов. ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка». 2014. - С. 7-23.
5. Трухин Ю.П., Пашкевич P.M., Таскин В.В. Перспективы создания геотермальных энерготехнологических комплексов промышленного получения водорода, рудного и химического сырья на Камчатке. ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка» 2014. - С. 24-35.
6. Пашкевич P.M., Павлов К.А. О размере, глубине залегания и свойствах магматического очага Авачинского вулкана. ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка».
2014. - С. 183-191.
7. Пашкевич P.M., Павлов К.А. Термогидродинамическое моделирование Авачинской магматогенной геотермальной системы. ГИАБ. ОВ 2 «Камчатка». 2014. - С. 192-204.
8. Пашкевич P.M. Дегилевич Д.В., Кудряшов В.А., Лахтин B.C. Перспективная схема теплоснабжения городов Петропавловск-Камчатский и Елизово на базе ресурсов Авачинской геотермальной системы. ГИАБ №11, Специальный выпуск №63 «Камчатка-2». 2015. - С. 124-133.
9. Пашкевич P.M. Албут Р.Г., Кудряшов В.А., Павлов К.А. Технико-экономические показатели перспективности системы теплоснабжения городов Петропавловск-Камчатский и Елизово на базе геотермальных ресурсов Авачинской геотермальной системы. ГИАБ №11, Специальный выпуск №63 «Камчатка-2». 2015. - С. 134-142.
10. Горбач В.А. Анализ теплоэнергетического рынка городов Петро-павловска-Камчатского и Елизово для установления перспектив геотермального теплоснабжения. ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2».
2015. С. 143-148
11. Горбач В.А. Анализ объема и структуры потребления тепловой энергии на теплоэнергетическом рынке Петропавловска-Камчатского городского округа и города Елизово с целью установления перспектив геотермального теплоснабжения. ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2». 2015. С. 149-154
12. Пашкевич P.M., Павлов К.А. Численное моделирование работы надкритической геотермальной циркуляционной системы. ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2». 2015. С. 205-213.
13. Павлов К.А. Численное моделирование работы геотермальной циркуляционной системы в надкритических начальных условиях с целью оценки возможности выработки электрической энергии. ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2». 2015. С. 214-233.
14. Павлов К.А. Оценка эффективности извлечения тепловой энергии магма-геотермальных систем. ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Кам-чатка-2». 2015. С. 234-251.
15. Пашкевич P.M., Павлов К.А. Оценка эффективности перспективной разработки тепловых ресурсов Авачинской геотермальной системы с целью выработки электрической энергии. ГИАБ № 11, Специальный выпуск № 63 «Камчатка-2». 2015. С. 252-260.
16. Пашкевич P.M., Чернев M.M., Шадрин А.В. Термогидродинамическое моделирование Мутновского месторождения парогидротерм. Разведка и охрана недр. 2009. №7. С.37-43
17. Pashkevich R.I. On environmental aspects of geothermal development. Geothermal Resources Council, September 29-October 2 1996, Portland, Oregon, GRC Transactions, Vol. 20, pp. 241-243.
18. Горбач В.А. Анализ мирового опыта и научно-технических разработок в области извлечения химических соединений из гидротермальных растворов. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. - №9. С.270-275.
19. Горбач В. А. Проблемы утилизации отработанных геотермальных растворов. Георесурсы. 2014. №3(58). С. 44-48. ГГШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Горбач Владимир Александрович - кандидат технических наук, заместитель директора по научной работе, vgorbach@kscnet.ru, Научно-исследовательский геотехнологический центр Дальневосточного отделения Российской Академии Наук.
UDC 550.83
WASTE DISPOSAL COOLANT DURING OPERATION OF GEOTHERMAL FIELDS IN KAMCHATKA
Gorbach V.A. Candidate of Technical Sciences, Deputy Director for Science, vgor-bach@kscnet.ru, Research Geotechnological Center, Far Eastern Brunch of Russian Academy of Sciences, Russia.
Thermal mineral water is a comprehensive resource for the production of thermal and electric energy, minerals, and other spa treatment purposes. When using geothermal systems are formed by the waste water. The paper deals with the disposal of waste geothermal heat carriers of different fields of Kamchatka.
Key words: geothermal energy, solution heat transfer fluid, chemicals, recycling. REFERENCES
1. Belousov V.I., Belousova S.P. Prirodnye katastrofy i jekologicheskie riski (na primere razvitija geotermal'noj jenergetiki) (Natural disasters and environmental risks (on the example of geothermal energy development)). Petropavlovsk-Kamchatskij: Izdatel'stvo KGPU, 2002. 160 p.
2. Jarockij G.P., Aliskerov A.A., Burmakov Ju.A, Orlov A.A. Mineral'no-syr'evoj potencial Kamchatskoj oblasti (Mineral resource potential of Kamchatka region). Petropavlovsk-Kamchatskij: Izd-vo Kamchatskoj gosudarstvennogo universiteta im. Vitusa Beringa. 2007. 115 p.
3. Pashkevich R.I., Taskin V.V. Termogidrodinamicheskoe modelirovanie teplop-erenosa v porodah Mutnovskoj magmatogennoj sistemy (Thermo-hydrodynamic modeling of
heat transfer in rocks of the Mutnovsky magmatic system). Vladivostok: Dal'nauka, 2009. 209 p.
4. Pashkevich R.I., Truhin Ju.P. Perspektivy promyshlennogo osvoenija resursov bliz-poverhnostnyh magmaticheskih ochagov Kamchatki i Kuril'skih ostrovov (Prospects of industrial development of the resources of the subsurface magma chambers of Kamchatka and the Kuril Islands). GIAB. OV 2 «Kamchatka». 2014. pp. 7-23.
5. Truhin Ju.P., Pashkevich R.I., Taskin V.V. Perspektivy sozdanija geotermal'nyh jenergotehnologicheskih kompleksov promyshlennogo poluchenija vodoroda, rudnogo i himicheskogo syr'ja na Kamchatke (Prospects of creation of geothermal power technological complexes for industrial preparation of hydrogen and ore, and chemical raw materials on the Kamchatka Peninsula). GIAB. OV 2 «Kamchatka» 2014. pp. 24-35.
6. Pashkevich R.I., Pavlov K.A. O razmere, glubine zaleganija i svojstvah mag-maticheskogo ochaga Avachinskogo vulkana (The size, depth and properties of the magma chamber of the Avachinsky volcano). GIAB. OV 2 «Kamchatka». 2014. pp. 183-191.
7. Pashkevich R.I., Pavlov K.A. Termogidrodinamicheskoe modelirovanie Avachinskoj magmatogennoj geotermal'noj sistemy (Thermohydrodynamic modeling of Avacha magma-togene geothermal system). GIAB. OV 2 «Kamchatka». 2014. pp. 192-204.
8. Pashkevich R.I. Degilevich D.V., Kudrjashov V.A., Lahtin V.S. Perspektivnaja shema teplosnabzhenija gorodov Petropavlovsk-Kamchatskij i Elizovo na baze resursov Ava-chinskoj geotermal'noj sistemy (Prospective scheme of heat supply of the cities of Petropav-lovsk-Kamchatsky and Yelizovo resources Avacha geothermal system). GIAB No 11, Spe-cial'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 124-133.
9. Pashkevich R.I. Albut R.G., Kudrjashov V.A., Pavlov K.A. Tehniko-jekonomi-cheskie pokazateli perspektivnosti sistemy teplosnabzhenija gorodov Petropavlovsk-Kamchatskij i Elizovo na baze geotermal'nyh resursov Avachinskoj geotermal'noj sistemy (Technical and economic indicators of the prospects of system of a heat supply of the cities of Petropavlovsk-Kamchatsky and Yelizovo in the geothermal resources Avacha geothermal system). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 134-142.
10. Gorbach V.A. Analiz teplojenergeticheskogo rynka gorodov Petropavlovska-Kamchatskogo i Elizovo dlja ustanovlenija perspektiv geotermal'nogo teplosnabzhenija (Analysis of heat and power market towns of Petropavlovsk-Kamchatsky and Yelizovo to establish the prospects for geothermal district heating). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 143-148.
11. Gorbach V.A. Analiz obema i struktury potreblenija teplovoj jenergii na teplojen-ergeticheskom rynke Petropavlovska-Kamchatskogo gorodskogo okruga i goroda Elizovo s cel'ju ustanovlenija perspektiv geotermal'nogo teplosnabzhenija (Analysis of the volume and structure of consumption of thermal energy on thermal power market of Petropavlovsk-Kamchatsky city district and the city of Elizovo with a view to establishing the prospects for geothermal district heating). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 149-154
12. Pashkevich R.I., Pavlov K.A. Chislennoe modelirovanie raboty nadkriticheskoj geotermal'noj cirkuljacionnoj sistemy (Numerical simulation of supercritical geothermal circulation system). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 205-213.
13. Pavlov K.A. Chislennoe modelirovanie raboty geotermal'noj cirkuljacionnoj sistemy v nadkriticheskih nachal'nyh uslovijah s cel'ju ocenki vozmozhnosti vyrabotki jelek-tricheskoj jenergii (Numerical simulation of geothermal circulation system in a supercritical initial conditions to assess the possibility of generating electric energy). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 214-233.
14. Pavlov K.A. Ocenka jeffektivnosti izvlechenija teplovoj jenergii magma-geotermal'nyh sistem (Evaluation of the efficiency of extraction of thermal energy of magma-geothermal systems). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 234-251.
15. Pashkevich R.I., Pavlov K.A. Ocenka jeffektivnosti perspektivnoj razrabotki te-plovyh resursov Avachinskoj geotermal'noj sistemy s celju vyrabotki jelektricheskoj jenergii (Evaluation of the effectiveness of promising development of thermal resources Avacha geothermal system to generate electricity). GIAB No 11, Special'nyj vypusk No 63 «Kamchatka-2». 2015. pp. 252-260.
16. Pashkevich R.I., Chernev I.I., Shadrin A.V. Termogidrodinamicheskoe modeliro-vanie Mutnovskogo mestorozhdenija parogidroterm. Razvedka i ohrana nedr (Thermo-hydrodynamic modeling of the Mutnovsky field paramerters. Exploration and protection of mineral resources). 2009. No 7. pp. 37-43
17. Pashkevich R.I. On environmental aspects of geothermal development (On environmental aspects of geothermal development). Geothermal Resources Council, September 29-October 2 1996, Portland, Oregon, GRC Transactions, Vol. 20, pp. 241-243.
18. Gorbach V.A. Analiz mirovogo opyta i nauchno-tehnicheskih razrabotok v oblasti izvlechenija himicheskih soedinenij iz gidrotermal'nyh rastvorov (Analysis of international experience and scientific-technical developments in the field of extraction of chemical compounds from hydrothermal solutions). Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2013. No 9. pp. 270-275.
19. Gorbach V.A. Problemy utilizacii otrabotannyh geotermal'nyh rastvorov (Problems of disposal of spent geothermal fluids). Georesursy. 2014. No 3(58). pp. 44-48.
