Член Президиума Сибирского отделения Российской академии наук, специалист в области теплофизики, энергетики и энергосбережения Сергей Алексеенко прочёл актовую лекцию о геотермальной энергетике для студентов и аспирантов Санкт-Петербургского горного университета. В ходе своего выступления он назвал парадоксом тот факт, что, с одной стороны, практически все эксперты говорят о грандиозных перспективах использования тепловой энергии недр Земли, а с другой - никто об этом толком ничего не знает. Более того, вероятность научного прогресса на данном направлении в стратегических планах развития ТЭК России практически не учитывается.
Но как такое возможно? И почему американцы инвестируют в геотермальную энергетику огромные средства? «Форпост» приводит выдержки из презентации академика РАН Сергея Алексеенко, которые дают ответ на эти и другие вопросы.
Тенденции развития глобальной энергетики
Сергей Алексеенко: Не следует думать, что уже завтра произойдёт резкий энергопереход, который изменит весь технологический уклад и отправит в пике спрос на нефть, газ и уголь. Такого не будет. Что бы ни говорили про изменение климата, человечество всё равно продолжит потреблять ископаемое топливо, поскольку оно обладает высокой энергоэффективностью по сравнению со многими альтернативными источниками.
Именно поэтому человечество просто обязано внедрять на традиционных объектах энергетики наилучшие доступные технологии, в том числе инновации, способные улавливать парниковые газы. Причём, начинать эту работу нужно, как можно скорее – ТЭС никуда не исчезнут, и если тешить себя иллюзиями про скорый энергопереход, то мы ни за что не сократим техногенное воздействие на природу.
В то же самое время необходимо осваивать и возобновляемые источники, а также методы хранения энергии, которую они вырабатывают, потому что в противном случае их эффективность в будущем останется на крайне низком уровне. Что же касается геотермальной энергетики, то реализация её потенциала может, без всякого преувеличения, навсегда обеспечить человечество и тепловой, и электрической энергией. Для США, например, с учётом их нынешнего потребления, глубинного тепла хватит, как минимум, на 20 тысяч лет вперёд.
Причём радиоактивные процессы в недрах нашей планеты продолжаются, тепло там, по-прежнему, накапливается, то есть на самом деле речь идёт о неисчерпаемом и экологически чистом источнике энергии, который можно получить в любом месте планеты. Суть технологии, если описать её простыми словами, состоит в следующем. Есть нагнетательная скважина, куда под давлением закачивается холодная вода, и эксплуатационная скважина, откуда выкачивается пар или горячая вода, которые нагреваются в глубинах Земли.
Далее они используются для производства электроэнергии или теплоснабжения стандартными методами. Причём, в отличие от генерации солнечных панелей или ветроэлектрических установок, работа которых зависит от капризов погоды, здесь идёт непрерывный поток. То есть потребителям, условно говоря, не нужно ждать пока закончится штиль для того, чтобы включить телевизор. В сеть всегда поступает один и тот же объём электричества.
Гидрогеотермальная энергетика
Сергей Алексеенко: Геотермальная энергетика делится на два типа. Первый использует в качестве источника энергии глубинное тепло сухих пород, а второй – горячие подземные источники, которые подогреваются за счёт извержений вулканов, или гейзеры. Именно последний метод лежит в основе работы подавляющего большинства современных геотермальных электростанций.
Впервые получить электричество таким путём удалось ещё в 1904 году. Это произошло в Италии. А в 1962 году в Северной Калифорнии, на базе крупного месторождение геотермальных вод была построена первая ГЭС. Это не случайно произошло именно в Америке - горячие потоки там очень близко подходят к поверхности Земли. Они циркулируют на глубине 10 километров, а их температура превышает 250 градусов Цельсия. Собственно, именно поэтому у Соединённых Штатов сегодня наибольший по сравнению с другими странами прогресс в развитии этой отрасли.
Установленная мощность всех действующих станций в мире сейчас – 15 ГВт, это очень мало, близко к нулю процентов. В США этот показатель находится на уровне 3,5 ГВт, вклад в энергобаланс - менее 0,5%, то есть тоже небольшой. А вот в Исландии, где очень высокая активность вулканов, почти 100% тепло- и 30% электропотребления обеспечивается именно за счёт геотермальной энергетики. В России, на Камчатке и Курилах, работают 4 таких станции. Их мощность – 82 МВт.
Петротермальная энергетика
Сергей Алексеенко: Как я уже говорил, потенциал геотермальной энергетики безграничен, но раскрыть его удастся, на мой взгляд, именно благодаря постепенному переходу с горячих источников на тепло сухих пород, расположенных на глубинах от трёх до десяти километров. Их температура достигает 350 градусов Цельсия. Проблема в том, что начать эксплуатацию этого неисчерпаемого источника энергии можно лишь в том случае, если он находится в проницаемых породах. Но на такой глубине обычно залегает базальт, поэтому требуется создание искусственного проницаемого резервуара, и это одна из наиболее серьезных проблем.
Впервые идею использования глубинного тепла высказал ещё в 1892 году Константин Циолковский. А академик Владимир Обручев описал в своей книге «Тепловая шахта» методологию этого процесса. Воплотить их идеи в жизнь удалось во Франции, поскольку в недрах там лежат проницаемые породы, и технически это оказалось возможным. А вот учёные Лос-Аламоса в 1970 году удалось методом гидроразрыва пласта создать искусственный резервуар, что подтвердило перспективу получения петротермальной энергии в промышленных масштабах.
Перспективы
Сергей Алексеенко: Достижения США в этой области наглядно демонстрируют, что геотермальная энергетика - это не фантастика. А их планы на будущее просто потрясают. Так, американцы рассчитывают снизить к 2030 году себестоимость одного киловатт-часа, полученного за счёт глубинного тепла, до 6 центов, это очень дёшево. А к 2050-му - довести общую установленную мощность геотермальных электростанций в стране до 60 ГВт. Если переложить эти цифры на энергобаланс России, то с такими показателями мы покрыли бы почти четверть всего нашего нынешнего потребления электроэнергии. Это невероятно много!
Тепловая мощность ГЭС, согласно этому проекту, через 30 лет должна достигнуть в США 320 ГВт. При этом вся Россия потребляет всего лишь 170 ГВт тепла в год. Очевидно, что если мы начнём вплотную заниматься этим вопросом, то сможем в обозримой перспективе покрыть все наши энергетические потребности. Но это, конечно, потребует огромных инвестиций. Допустим, в США в 2020 году только на профильные научные изыскания было затрачено 70 млн долларов.
Я не случайно читаю эту лекцию именно в Санкт-Петербургском горном университете. Во-первых, это один из лучших, если не лучший вуз России, а, во-вторых, его учёные стояли у истоков петротермальной энергетики. Сегодня мы с ректором Владимиром Литвиненко пришли к единому мнению: нам необходимо возобновить совместные исследования на этом направлении и начать подготовку компетентных специалистов, которые смогут на практике осуществить столь перспективные для всего человечества идеи.
