Геотермальная энергетика: сложно, дорого, но эффективно

Энергию в виде пара или горячей воды геотермальные электростанции получают от тепла Земли по специально пробуренным скважинам. Температура внутри них возрастает на градус по мере погружения вглубь через каждые 36 метров. Всего через поверхность планеты проходит поток тепла, эквивалентный сжиганию 46 млрд тонн угля.

Получить энергию на ГеоЭС можно несколькими способами. Прямой подразумевает подачу пара по специальным трубам на турбину, соединенную с генератором. Непрямая схема идентична первой, но с разницей в том, что пар в трубах проходит дополнительную очистку от «агрессивных» газов. Может быть задействована и смешанная схема, при которой из образовавшегося конденсата удаляются не растворившиеся в нем газы. На некоторых станциях применяют бинарный принцип. Он состоит в том, что в качестве рабочего тела вместо воды используется другая жидкость с более низкой температурой кипения. Она проходит через теплообменник, превращаясь в пар. За счет этого вращаются турбины станции.

На первый взгляд это кажется не очень сложным механизмом. К тому же, такой тип энергии доступен круглый год и не зависит от погодных условий (в отличие от солнечной и ветровой). Также согласно данным Минэнерго США, еще не освоенные геотермальные ресурсы страны могут обеспечить до 10% внутренних энергетических потребностей. Несмотря на это, апробированная технология с огромным потенциалом находится в упадке. Основная причина заключается в стоимости станций и открытии источников.

«Геотермальная энергия, чтобы развиваться, должна преодолеть значительные технические и другие препятствия, чтобы снизить затраты и риски. Исследование недр, необходимое для получения геотермальной энергии, является главным среди этих препятствий, учитывая стоимость, сложность и риск такой деятельности», — говорится в докладе американского Минэнерго за 2019 год.

Так, для горячего водоснабжения необходимо углубиться более чем на километр, а для электрогенерации — до нескольких километров. Кроме того, используя такой метод получения энергии, отработанную воду необходимо помещать в специальные резервуары, что также требует дополнительной энергии и финансовых затрат. Сброс в природные водоемы может привести к тяжелым последствиям для окружающей среды. Стоимость возрастает и из-за сейсмической активности районов. Неправильное бурение скважин или неточные расчеты могут спровоцировать землетрясение.

Несмотря на описанные трудности, многие страны намерены вкладываться в геотермальную энергетику. Недавний приток новых игроков на рынок, многие из которых пришли из нефтегазовой отрасли, заставляет компании продвигать пилотные проекты, направленные на решение проблем отрасли.

«Геотермальная энергия — это практически неограниченный источник стабильной энергии, который может сыграть решающую роль в обеспечении энергетической безопасности и доступности в ближайшие десятилетия. По мере того, как европейские страны переходят к обезуглероживанию своего энергетического баланса и поиску надежных источников тепла в зимние месяцы, с учетом геополитической напряженности, инвестиции в геотермальные проекты будут стремительно расти», — считает Дэниел Холмедал, старший аналитик компании Rystad Energy.

Геотермальный метод используют в Европе очень давно. В этой отрасли исторически лидировали Исландия, Франция и Венгрия. Однако с 2010 года присоединилось больше стран. В текущем году Германия и Нидерланды продемонстрировали планы роста к 2030-му. Берлин в ближайшее время направит в отрасль более 1,5 млрд долларов. Всего страны ЕС намерены вложить $7,4 млрд.

Итальянец Пьеро Джинори Конти еще в 1904 году запустил в Южной Тоскане первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая действует до сих пор. В Швеции уже более 40 лет используются тепловые насосы, которые устанавливаются в 90 процентах новых жилых домов.

Геотермальная энергетика в России — сравнительно молодое направление. Первая Паужетская ГеоЭС была введена в эксплуатацию на Камчатке в августе 1966 года. Сегодня в стране четыре ГеоЭС — три на Камчатке и одна на Курильских островах. Это Мутновская, Верхне-Мутновская, Паужетская и Менделеевская ГеоЭС. В прошлом году суммарная мощность выработанной ими энергии составила 74 МВт.

В октябре 2022 года группа российских ученых заявила о намерении получить энергию от вулканических пород и снабдить теплом и электричеством городок на одном из островов Курильского архипелага. Новосибирские геофизики из Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН выяснили точное расположение подземных (магматических) очагов тепловой энергии. В планах возвести станцию по образу и подобию Мутновской ГеоЭС для Северо-Курильска.

«Скорее всего, под городом магматический очаг отсутствует, а под вулканом он точно имеется. Наша задача была найти границу этого очага где-то между вулканом и городом и оценить, возможно ли пробурить там скважину. Далее совместно с региональным руководством этих территорий нужно будет решить, реально ли протянуть оттуда коммуникации», — рассказал руководитель проекта Иван Кулаков.

Количество горячих точек, на которых можно построить геотермальные станции, на Дальнем Востоке исчисляется десятками. Большинство из них расположены на Камчатке и Курильских островах, вдали от населенных пунктов, что делает их не очень рентабельными.