Геотермальная энергия может быть использована для целей прямого использования, таких как отопление, сушка сельскохозяйственных продуктов, бани и купальни, а также как горячие источники на туристических объектах. Например, такая страна, как Индонезия, с её огромным геотермальным потенциалом, может применять свои ресурсы как опосредовано, так и непосредственно, используя их напрямую. В настоящее время в Индонезии прямое применение геотермальной энергии всё ещё недостаточно развито, и по этому показателю страна отстаёт от других «геотермальных держав».
Цель данного исследования — изучив литературные обзоры и интервью обобщить текущее состояние прямого использования геотермальной энергии в Индонезии, будь то стабильно работающие объекты, например, термальные купальни в Чипанасе (Cipanas) или сушка кокоса в Уэй Ратай (Way Ratai) в провинции Лампунг (Lampung), или объекты, которые всё ещё находятся в стадии строительства и разработки — геотермальный образовательный парк Лахендонг (Lahendong Geothermal Education Park) в регионе Томохон (Tomohon), провинция Северный Сулавеси (North Sulawesi), и т. д. Обсуждение будет охватывать несколько аспектов, таких как прямое применение, отношение заинтересованных организаций и сообществ, продолжительность эксплуатации и любые выявленные проблемы.
Выводы будут сопоставлены с мировыми данными, чтобы найти любые возможности для улучшения или выработать новые идеи, которые могут быть применены в Индонезии. Затем они будут проанализированы и ранжированы с помощью простого инструмента анализа решений. В статье будет представлен обзор различных аспектов прямого использования геотермальной энергии в мире и показаны возможности аналогичного применения на месторождениях Индонезии.
Для принятия решений используется специальный мультикритериальный анализ решений — Multiple-Criteria Decision Analysis (MCDA). Данный метод использует ранжирование нескольких критериев для объективной и прозрачной оценки различных вариантов решений.
1. Введение
1.1. Развитие геотермальной энергетики в Индонезии
Расположенная в Тихоокеанском вулканическом огненном кольце, Индонезия обладает геотермальным потенциалом до 23,357 ГВт, из которых наиболее значительный вероятный запас (около 3,26 ГВт) выявлен на острове Суматра (Sumatra). По информации Главного управления по новым возобновляемым источникам энергии и энергосбережению (EBTKE) при Министерстве энергетики и минеральных ресурсов Республики Индонезия, в начале 2022 года использование геотермальной энергии для производства электроэнергии в этой стране по-прежнему оценивалось в 2286,05 МВт, что составляет всего в 9,61% от общего потенциала [1].
В «Бизнес-плане по электроснабжению на 2021–2030 годы» (RUPTL) «Государственной энергетической и коммунальной компании Индонезии» Perusahaan Pendidikan Negara (PLN) указано [2], что для увеличения доли геотермальной энергии в энергетическом балансе страны правительство Индонезии совместно с PLN стремится к 2030 году достичь целевого показателя использования геотермальной энергии в 5799 МВт.
Обладая исключительным потенциалом геотермальной энергии, Индонезия может широко использовать свои ресурсы геотермальной энергии. Страна является одним из ведущих мировых производителей геотермальной энергии, однако существенно отстаёт от других государств по её прямому использованию. Из 88 стран, перечисленных в исследовании [3], Индонезия по-прежнему занимает лишь 74 место в мире по этому показателю (рис. 1).
Рис. 1. Мировые лидеры по прямому использованию геотермальной энергии (с изм. из [12])
1.2. Почему важно прямое использование?
Геотермальная энергия играет важную роль в преобразовании устойчивых энергетических систем. Она имеет относительно низкий уровень выбросов углерода и может способствовать мировой энергетической безопасности [4]. Первоначально горячие термальные воды использовались непосредственно из источника, что назвали «прямым использованием» [5]. Прямое использование и по сей день является одной из наиболее распространённых и старейших форм применения геотермальной энергии [6]. Развитие применения геотермальной энергии связано не только с инвестициями, но и с расширением прав и возможностей местных сообществ и застройщиков в качестве предпринимателей в области геотермальной энергетики, а также с повышением осведомлённости в этой сфере [7].
Для использования геотермальной энергии необходимо получить согласие или одобрение жителей, проживающих в районе реализации проекта [8]. Однако неприятие геотермальных проектов местными сообществами, причём уже на стадии разведки, по-прежнему является серьёзной проблемой в Индонезии. Взаимодействие с населением может принести ему понимание, какие преимущества даёт прямое использование геотермальной энергии. Это также может стимулировать экономическое развитие за счёт вовлечения населения в эксплуатацию объектов прямого использования и геотермального туризма. Таким образом, создание объектов прямого использования геотермальной энергии может стать альтернативным способом взаимодействия с местными жителями и свести к минимуму проблему общественного признания [9].
С точки зрения разработчика геотермальной энергии, её прямое использование может способствовать максимальному использованию геотермальной жидкости в качестве источника энергии и важным фактором решения экологических проблем, стоящих перед человечеством.
Компания Pertamina Geothermal Energy (PGE) в сотрудничестве с Фондом Masarang построила в Индонезии крупную геотермальную установку прямого использования для завода по производству пальмового сахара [10]. Фирма PGE, совместно с госучреждением «Агентство оценки и применения технологий» (Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, BPPT) и агропромышленным предприятием Perkebunan Nusantara VIII, также участвует в создании установки прямого использования для чайной фабрики Malabar в Пенгаленгане (Pengalengan), провинция Западная Ява (West Java) [11]. Кроме того, компания Geo Dipa Energi (GDE) изучает возможность применения прямого использования геотермальной энергии в стране, особенно в регионе Диенг (Dieng).
Несомненно, что прямое использование геотермальной энергии в Индонезии имеет много преимуществ для местного населения, предпринимателей и других заинтересованных сторон.
1.3. Цели и методы исследования
Обзор литературы и интервью позволил сформулировать цели исследования:
1. Обобщить текущее состояние прямого использования геотермальной энергии в Индонезии, будь то уже действующие объекты (термальные купальни в Чипанасе или сушка кокоса в Уэй Ратай) или объекты, которые всё ещё находятся в стадии строительства и развития (геотермальный парк Лахендонг и т. д.). Обсуждение этого будет охватывать несколько аспектов, таких как области применения, отношение различных заинтересованных сторон, продолжительность эксплуатации и выявленные проблемы.
2. Сравнить результат с опытом применения по всему миру, чтобы найти потенциальные возможности для улучшения или выработать новые идеи, которые могут быть использованы в Индонезии. Затем проанализировать и ранжировать эти новые идеи с помощью инструмента анализа решений. Наконец, будет представлен подробный обзор различных объектов прямого использования геотермальной энергии по всему миру и показаны возможности аналогичного применения и усовершенствования на различных геотермальных месторождениях Индонезии.
2. Законодательство Индонезии, регулирующее прямое использование геотермальной энергии
Согласно индонезийскому Закону о геотермальной энергии №21 от 2014 года, необходимо развивать прямое использование геотермальной энергии, но реализация этого положения в Индонезии всё ещё недостаточна. Этот аспект применения геотермальной энергии может внести значительный вклад в государственную программу диверсификации энергетики и замены ископаемого топлива, а также повысить уровень жизни местного населения. Поэтому местные органы власти начали определять потенциал прямого использования в основных геотермальных районах Индонезии [1].
В табл. 1 перечислены правила, которые стали основой данного бизнеса в Индонезии. Следует отметить, что пункты, связанные с непосредственным использованием геотермальной энергии, не исключают, а дополняют друг друга.
3. Прямое использование геотермальной энергии в Индонезии
3.1. Текущие геотермальные объекты прямого использования в Индонезии
Природные горячие источники в Индонезии с давних пор использовались для бассейнов, лечения и других целей [12]. Одним из старейших объектов прямого использования геотермальной энергии являются курорты с горячими источниками в Чипанасе и Чиатере (Ciater), основанные около 1970 года. Помимо туризма геотермальная энергия также используется в Индонезии непосредственно в промышленных целях, таких как выращивание грибов и сушка чая в Пенгаленгане, сушка кокосов (копры) в Уэй Ратай и выработка пальмового сахара в Лахендонге, как показано в табл. 2.
В настоящее время обработка сельскохозяйственной продукции, по-видимому, обладает наибольшим потенциалом, поскольку бóльшая часть геотермальных природных ресурсов Индонезии находится в высокогорье. Однако в Уэй Ратай есть объект аквакультуры, где выращивают сома в смеси геотермальной жидкости и пресной воды [10]. Существует также объект, спроектированный для образовательных целей, а именно геотермальный парк Лахендонг, который, впрочем, ещё не закончен. Цели для каждого из существующих объектов прямого использования в Индонезии и связанные с ними проблемы представлены в табл. 2.
Прямое использование геотермальной энергии в Индонезии: выветривание чая, сушка коко- совой копры, разведение грибов (как правило, вёшенок или шампиньонов) и аквакультура
3.2. Предлагаемые идеи прямого использования геотермальной энергии
Помимо существующих объектов прямого использования, некоторыми исследователями предлагались идеи, которые ещё не были реализованы в Индонезии или в мире. Описание каждой предложенной идеи прямого использования и сопутствующие проблемы представлены в табл. 3.
3.3. Обзор проблем
Перечислим проблемы, которые затрудняют строительство объектов прямого использования геотермальной энергии в Индонезии (на основе табл. 2 и 3).
3.3.1. Есть ли спрос?
Прежде чем обсуждать технические аспекты строительства объекта прямого использования, необходимо определить спрос на него в соответствующей области. В настоящее время оценка спроса по-прежнему затруднена, и большинство опубликованных статей, касающихся прямого использования, даже не включали в обсуждение этот пункт.
Возьмём в качестве примера предприятие для сушки кокосов в Уэй Ратай, Южный Лампунг, где «Агентство по оценке и применению технологий» (BPPT) и компания PEG уже построили пилотную установку. Несмотря на то, что она расположена в районе кокосовых плантаций и обладает большим потенциалом [10, 13], спрос на этот объект остаётся под вопросом. Местные фермеры привыкли сушить кокосы вручную, поскольку Индонезия — тропическая страна и получает достаточно солнечного тепла в течение дня. Из-за подобных факторов разработчики геотермальной энергии сомневаются в перспективах объектов прямого использования.
3.3.2. Общественные проблемы
Отсутствие общественной поддержки, основанное на опасениях и непонимании преимуществ прямого использования геотермальной энергии, затрудняет сотрудничество и задерживает пилотные проекты прямого использования. Одним из объектов, который столкнулся с этой проблемой, является геотермальный парк Лахендонг, который ещё не завершён. Согласно данным [14], задержка связана с отсутствием координации между всеми заинтересованными сторонами. Разработка парка так и не стала приоритетом, потому что вовлечённые стороны и население не полностью поняли суть объекта.
3.3.3. Дороги и инфраструктура
Хотя не все доступные данные отражены в табл. 2, бóльшая часть геотермальной энергии Индонезии используется непосредственно в форме термальных ванн с использованием природных горячих источников. Для туристических и рекреационных целей нужно учитывать транспортную доступность объекта и наличие сопутствующей инфраструктуры.
Известные горячие источники Индонезии, такие как Чипанас, Сиатер и Сивиди (Ciwidey), расположены в легкодоступном для туристов месте. В регионе Сипохолон (Sipoholon), провинция Северный Тапанули (North Tapanuli), Южная Суматра, горячие источники расположены в деревнях Хутабарат (Hutabarat) и Ситумеанг Хабинсаран (Situmeang Habinsaran). Однако туристы редко посещают горячие источники в деревне Хутабарат, потому что дорога к ним повреждена и добраться до них сложно. При этом горячие источники в Ситумеанг Хабинсаран туристы посещают чаще, поскольку они расположены вблизи обустроенной дороги [15].
3.3.4. Послеуборочная обработка и реализация продукта
Прямое использование геотермальной энергии для промышленных целей, таких как выращивание сельхозпродукции и аквакультуры, сопряжено с другими трудностями по сравнению с туристическими объектами. Некоторым скоропортящимся продуктам требуется особо бережное обращение, а также время на их продажу может быть ограничено. После сбора они должны быть реализованы в течение нескольких часов для предотвращения порчи. Коммерческие отрасли сельского хозяйства и аквакультуры должны обеспечить возможность консервации продукта и гарантировать, что собранная продукция будет сохранена [16].
3.3.5. Экономическая целесообразность
Имеются проблемы экономической целесообразности из-за дополнительных затрат на использование теплообменников, поскольку финансирование бизнеса в целом затруднено, особенно если это мелкое производство. Также если объекты расположены слишком далеко от геотермального месторождения, это может привести к строительству дорогостоящих трубопроводов и потерям тепла. Существует также вероятность того, что геотермальная жидкость имеет высокое содержание силикатов и обладает коррозионными свойствами, что делает трубы уязвимыми для образования накипи и коррозии и увеличивает стоимость обслуживания.
3.3.6. Недостаток исследований
Существует множество исследований, посвящённых прямому использованию геотермальной энергии в Индонезии, например, [17, 18, 19, 20] и т. д. Тем не менее, эта сфера исследований не слишком активно развивается из-за перечисленных выше проблем. Большинство исследований касаются только практического применения. Они редко рассматривают слабые стороны проектов и проблемы, с которыми придётся столкнуться, чтобы объект был коммерчески выгоден.
3.3.7. Низкая компетентность
На многих объектах прямого использования геотермальной энергии применяются современные технологии и теплообменники различного назначения. Местные жители должны иметь специальные знания, чтобы безаварийно управлять таким объектом и получать прибыль. Однако в большинстве случаев образовательные мероприятия, организуемые специалистами по геотермии, проводятся от случая к случаю, что не способствует получению местным населением адекватного объёма информации [9]. Пока информированность населения относительно преимуществ геотермии явно недостаточна. Проблемы возникают также на уровне местных органов власти, поскольку их компетенции по-прежнему не хватает, в то время как именно они обеспечивают лицензирование PBPL, связанное с непосредственным использованием геотермальной энергии, и финансирование.
3.3.8. Государственная политика
Вот некоторые моменты, касающиеся государственной политики развития геотермии прямого использования в Индонезии, которые необходимо улучшить:
1. Имеются бизнес-модели, не получившие кода классификации бизнеса KBLI.
2. Должны быть разработаны технические стандарты для каждого вида прямого использования.
3. Есть проблема стимулов для прямого использования, например, замена сжиженного нефтяного газа/топлива геотермальной энергией прямого использования должна быть выгодна местному населению. Прямое использование становится менее привлекательным, когда нет таких стимулов, как, например, специальный налог для компаний на выбросы углерода.
4. Сравнение прямого использования геотермальной энергии в Индонезии и в мире
В табл. 4 сравниваются варианты прямого использования геотермальной энергии в Индонезии и во всём мире с целью найти любые потенциальные возможности для улучшения существующих видов применения или генерирования новых идей, которые могут быть внедрены в Республике Индонезия.
5. Рейтинг новых концепций для применения в Индонезии
5.1. Процесс принятия решений
В данном исследовании для принятия решений применяется многокритериальный анализ принятия решения MCDA. Он подходит для выбора сложных решений, поскольку не требует монетизированных измерений. Чтобы принять правильное решение, человек должен рассмотреть все альтернативы и взвесить сильные и слабые стороны каждого варианта.
Процессы реализации MCDA показаны на рис. 2.
Рис. 2. Процесс реализации анализа решений по нескольким критериям MCDA
5.2. Определение альтернатив
Первым шагом для применения метода MCDA является определение как можно большего количества идей, которые лицо, принимающее решения, может рассмотреть для прямого использования геотермии в Индонезии. В этом исследовании авторы определили девять идей, которые могут быть применены (табл. 5).
5.3. Определение целей и критериев
Следующим шагом является определение цели решения. Этой целью является «Получение подходящего средства прямого использования», состоящее в том, чтобы определить наиболее практичные для Индонезии идеи в отношении средств прямого использования. Для сравнения альтернатив используются критерии:
1. Требуемая температура для объекта прямого использования. Каждый объект прямого использования геотермальной энергии требует оптимальную для процесса температуру (рис. 3). Если требуемая температура низкая, имеется больше возможностей для поиска источника геотермальной энергии. Такие предприятия, как переработка молока и сушка древесины, обычно нуждаются в относительно более высокой температуре для работы, что приводит к более высоким затратам, поскольку извлечение тепла из имеющегося источника может быть ограничено, и необходимо либо бурить новые скважины, либо использовать избыточный рассол геотермальной электростанции. Тем не менее, каскадное и комбинированное использование может повысить осуществимость проекта. Например, сначала используют геотермальную жидкость для производства, а затем направляют её на отопление помещений [21].
Рис. 3. Модифицированная диаграмма Линдала (Lindal) [21]
2. Срок хранения продукта. Необходимо учитывать срок хранения продукта после сбора на объекте прямого использования, поскольку он связан с послеуборочной обработкой и сбытом продукта. Некоторые продукты требуют особо бережного обращения и ограниченного времени на продажу. После сбора они должны быть проданы в течение нескольких часов для предотвращения быстрой порчи. Индустрия по выращиванию сельскохозяйственной продукции и аквакультуры должна иметь заводы по консервации и гарантировать, что собранный продукт будет сохранен достаточно быстро [16]. В качестве значения этого критерия используется прямая оценка из различных источников. Альтернатива с наибольшим сроком хранения предпочтительнее.
3. Наличие смежных производств. Спрос на объекты прямого использования геотермальной энергии трудно оценить, поскольку он может варьировать в зависимости от района, а информация из опубликованных документов очень ограничена. Чтобы оценить возможный спрос, авторами исследовалось наличие смежных производств, которые могут сотрудничать для использования объекта. Данные для этого критерия взяты с официального сайта Министерства промышленности Республики Индонезия.
На основе приведённого выше обсуждения, в табл. 6 приведена матрица эффективности каждого критерия. В табл. 7 представлена матрица баллов по каждому критерию, для количественных критериев значение выводится с использованием линейной функции.
5.4. Вес для каждого другого критерия
Следующим шагом является взвешивание каждой альтернативы в соответствии с критериями. «Расчётная требуемая температура» (критерий №1) имеет наивысший вес в этом исследовании, потому что этот критерий значительно влияет на осуществимость объекта прямого использования, как указано в разделе 5.3. Застройщику необходимо представление о спросе на объект, прежде чем инвестировать в него. Поэтому «Существующая родственная отрасль» (критерий №3) стоит на втором месте. Поскольку «Долговечность продукта» может быть несущественной для несельскохозяйственной продукции, критерий №2 занимает третье место. Подробная информация по весам критериев представлена в табл. 8.
5.5. Общий балл за альтернативу
Последним шагом является получение общих баллов для каждой альтернативы, заданной нашим деревом значений (рис. 4).
Рис. 4. Нормализованные оценки каждой альтернативы и общих оценок каждой альтернативы
Установки для сушки кофе и риса — лучшие идеи, основанные на MCDA. Это имеет смысл, поскольку таким объектам для работы требуется относительно низкая температура и, возможно, они будут иметь более высокий спрос по причинам, указанным в табл. 5. Однако для подтверждения полученных результатов необходимы дальнейшие исследования. Чтобы обеспечить надёжность MCDA, необходимо провести анализ чувствительности для каждого критерия, чтобы проконтролировать, не присвоено ли лицом, принимающим решения, несбалансированный вес или балл одному критерию.
6. Заключение и перспективы
После проведённого исследования можно сделать несколько выводов:
1. В настоящее время бóльшая часть объектов непосредственного применения геотермальных ресурсов в Индонезии связана с использованием природных горячих источников для целей туризма и бальнеологии в Чипанасе, Чиатере и Сипохолоне. В Индонезии существуют по крайней мере семь промышленных предприятий, связанных с применением геотермальной жидкости (выращивание и сушка сельхозкультур, разведение рыбы, отопление помещений) в Пенгаленгане, Уэй Ратай, Лахендонге и Патухе. Одним из них является геотермальный парк Лахендонг, который всё ещё находится в стадии разработки.
2. Проблемами прямого использования геотермальной энергии в Индонезии являются низкий спрос, негативная реакция населения, проблемы приобретения земли, доступ к дорогам и инфраструктуре, особенности обработки местных продуктов, экономическая целесообразность, недостаточные исследования, низкая компетентность отдельных представителей власти и неактивная государственная политика.
3. В Индонезии не реализованы некоторые приложения прямого использования геотермальной энергии, признанные во всём мире, что может стимулировать появление новых приемлемых идей. Строительство установок для сушки кофе и риса признано лучшими возможностями на основе многокритериального анализа принятия решений (MCDA).
Следует отметить, что осуществимость различных идей, предложенных в этом исследовании, по-прежнему требует дальнейших исследований или пилотных проектов с более подробными концепциями для конкретных областей. Опубликовав этот отчёт, авторы надеются получить конструктивные отклики для их рассмотрения в последующих работах.
