Рис. 1. Значения мощностей геотермальных систем теплоснабжения месторождений регионов России, всего 327 МВт (100 %, 2003 год)
Рис. 2. Значения мощностей отдельных технологий использования геотермальных ресурсов России, всего 307 МВт (100 %)
Рис. 3. Структура добычи геотермальной воды в Краснодарском крае и Адыгее
Рис. 4. Структура потребления геотермальной воды на обогрев теплиц Краснодарского края и Адыгеи
Рис. 5. Структура потребления геотермальной воды на отопление и ГВС объектов, расположенных в Краснодарском крае и Адыгее
Рис. 6. Добыча геотермальной воды в Краснодарском крае
Рис. 7. Потенциальные тепловые мощности и выработка тепловой энергии геотермальных месторождений Краснодарского края и Адыгеи
Геотермальная энергия является одним из видов возобновляемых источников энергии (ВИЭ). История использования геотермальной энергии для бальнеолечения начинается с древнего Рима, для выработки электрической энергии — с конца XIX века (город Лордеролло, Италия). По данным Всемирного геотермального конгресса, в мире к 2010 году эксплуатировались геотермальные электростанции общей установленной мощностью 10,7 ГВт, геотермальные системы теплоснабжения общей тепловой мощностью более 50,6 ГВт.
Данный вид ВИЭ практически неисчерпаем, доли процента тепла земных недр достаточно для обеспечения всех энергетических потребностей человечества на долгие времена. Источником геотермальной энергии является магматическое тепло Земли. Геотермальные месторождения локализованы с зонами геологической подвижки пластов земной коры и связанными с ними вулканическими процессами. На этих участках земной поверхности магматические потоки близко поднимаются к поверхности и нагревают вышерасположенные осадочные водонасыщенные породы.
Для возникновения геотермального месторождения необходимы три основных условия: подвод глубинного тепла, наличие водонасыщенных пород и водоупоров над ними. Атмосферные осадки в гористой местности, где горные породы оголены проникают в них и движутся в сторону их уклона с понижением на глубину, где нагреваются магматическим теплом. Геотермальный теплоноситель из скважины подается на геотермальную электростанцию (ГеоЭС) после чего заканчивается в другую скважину.
В международной практике различают геотермию поверхностную (до 400 м) и глубинную геотермию. В поверхностной геотермии используют теплоту грунтовых вод и горных пород с устройством скважинных зонтов и заглубленных ниже глубины промерзания трубчатых полей. В статье рассмотрены вопросы геотермии со скважинами глубиной от 1500 до 4000 м с добычей геотермального теплоносителя в жидком или паровом состоянии.
По классификации Международного энергетического агентства (МЭА) различают пять типов геотермальных месторождений: сухого пара, влажного пара, геотермальной воды, сухих горячих скальных пород, магмы. Ресурсы геотермальных месторождений России обеспечивают хорошие перспективы развития электро и теплоснабжения [1]. По данным д.т.н. профессора П.П. Безруких [2] их валовый потенциал составляет 22,9 трлн т.у.т., технический потенциал — 11,87 трлн т.у.т., экономический потенциал — 114,9 млн т.у.т.
Всего в России пробурено 3000 геотермальных скважин глубиной 2,5–3,5 км. На рис. 1 представлены значения мощностей геотермальных систем теплоснабжения регионов России в 2003 году; на рис. 2 — значения мощностей отдельных технологий использования геотермальных вод. По данным д.т.н. профессора О.А. Поварова суммарная мощность существующих геотермальных систем теплоснабжения составляет до 430 МВт, перспективных до 21 ГВт.
В отдельных регионах их использование может обеспечить до 10 % суммарного энергопотребления. В настоящее время термальные водозаборы эксплуатируются в основном в трех регионах: Дагестане, Краснодарском крае, Камчатском полуострове. В 1984 году на балансе предприятий ОАО «Подзембургаз» (Москва) находилось около 250 геотермальных скважин глубиной до 3 км.
Из всех типов геотермальных ресурсов по классификации МЭК в России имеются месторождения влажного пара (Камчатка, Курильские острова), геотермальной воды (Камчатка, Курильские острова, Северный Кавказ), сухих горячих пород. Из разведанных месторождений — большая часть содержит геотермальную воду с температурой на поверхности земли 70–110 °C.
Во времена существования СССР геотермальные воды использовались в Краснодарском и Ставропольском краях, Кабардино-Балкарии, Северной Осетии, Чечено-Ингушетии, Дагестане, Камчатской области, Крыму, Грузии, Азербайджане и Казахстане. В 1988 году добывалось 60,8 млн м3 геотермальной воды (в Краснодарском, Ставропольском краях, Кабардино-Балкарии, Камчатской области).
В СССР существовала система разведки, разработки и эксплуатации геотермальных ресурсов. Институтом ВСЕГИНГЕО был разработан атлас геотермальных ресурсов СССР с 47 месторождениями с запасами геотермальной воды 240–1000 м3/сут. и парогидротермами с запасами более 105–103 м3/сут. На его основе НПО «Союзбургеотермия» (Махачкала) выполнена схема перспективного геотермального теплоснабжения страны.
В СССР научно-исследовательскими работами по данной проблеме занимались институты Академии наук, министерств геологии и газовой промышленности. Функции головных научно-исследовательских организаций были возложены: по проблемам геотермальных электростанций — на Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского (Москва), по проблемам геотермального теплоснабжения — на Центральный научно — исследовательский институт инженерного оборудования (Москва), но проблемам эксплуатации — на Академию коммунального хозяйства (Москва).
Разработку месторождений, их обустройство и эксплуатацию, решение всех проблем (очистки, обратной закачки) осуществляли подразделения министерства газовой промышленности. В его составе работало пять региональных эксплуатационных управлений, научно-производственное объединение «Союзгеотерм» (Махачкала).
Эксплуатация систем геотермального отопления и горячего водоснабжения зданий была возложена на Госстрой СССР. В СССР первый нормативный документ по геотермии ВСН 36-77 «Инструкция по комплексному использованию геотермальных вод для теплоснабжения зданий и сооружений» был разработан в 1977 году. В 1987 году в институте «ЦНИИЭП инженерного оборудования» под руководством к.т.н. В.И. Красикова были разработаны нормы проектирования «Геотермальное теплоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений», ВСН 56-87.
В настоящее время геотермальные ресурсы практически используются в трех регионах страны: Камчатка и Курильские острова, Краснодарский край и Дагестан. Общая мощность ГеоЭС на Камчатке и Курилах — 84,6 МВт, в том числе самая большая в России Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт. Геотермальные месторождения с водяным теплоносителем имеют существенно большее распространение.
В Краснодарском крае и Адыгеи разведано 18 месторождений геотермальных вод, в том числе 13 эксплуатируется, а пять простаивают без потребителей. Всего в данном регионе пробурено 86 геотермальных скважин, из которых 40 эксплуатируется. По данным 1986 года на рис. 3 представлена структура добычи геотермальной воды на месторождениях Краснодарского края при суммарном объеме 8,5 млн м3, на рис. 4 — структура их потребления на обогрев теплиц при общем объеме 4,6 млн м3, на рис. 5 — структура потребления на отопление и горячее водоснабжение объектов при общем объеме 3,9 млн м3.
На рис. 6 представлен график добычи геотермальной воды в Краснодарском крае с уменьшением почти в три раза по сравнению с советским периодом. Потенциальные тепловые мощности и выработка тепловой энергии геотермальных месторождений Краснодарского края и Адыгеи представлены на рис. 7. В этом регионе реализована первая очередь Демонстрационного проекта геотермального теплоснабжения мощностью 5 МВт.
В Дагестане пробурено 123 скважины, из них эксплуатировалось 58 скважин на восьми водозаборах. Максимальное количество геотермальной воды было добыто в 1988 году — 9,4 млн м3. В настоящее время в этом регионе ежегодно добывается 4,1 млн м3 геотермальной воды. Наиболее крупным месторождением Дагестана является Кизлярское, на котором из девяти скважин ежегодно добывается 1,4 млн м3 геотермальной воды.
На этом месторождении успешно осуществляется обратная закачка в две скважины в объеме 0,8 млн м3 в год отработанного геотермального теплоносителя, что составляет 57 % от общего объема добытой воды. Системы теплоснабжения двухконтурные. В первом контуре греющим теплоносителем является вода так называемого «чокракского» горизонта с температурой 115 °C, во втором — вода апшеронского горизонта с температурой 48 °C.
При населении города Кизляра 45 тыс. человек геотермальным отоплением и горячим водоснабжением обеспечивается 70 % жителей. Имеется проект увеличения мощности данной геотермальной системы из расчета обеспечения 100 % потребности города при обратной закачке всего отработанного теплоносителя. Стоимость реализации данного проекта около $ 1 млн. Срок окупаемости — семь лет.
В Махачкале на горячее водоснабжение многоэтажных жилых домов работает шесть геотермальных скважин с общим дебитом 13,6 тыс. м3/сут. при температуре 95–100 °C. Геотермальный термоводозабор города имеет производительность около миллиона м3/год с баком-аккумулятором вместимостью 4000 м3. В России при больших запасах геотермальных ресурсов их практическое использование имеют ограниченный характер.
Государственная политика в геотермальной энергетики отсутствует. Нормативные документы устарели, новые технологии имеют ограниченное применение.
