Прямое использование геотермальной энергии: всемирный обзор 2020. Часть 2

Начало см. в журнале СОК №6/2021

7. Америка

7.1. Центральная Америка и Карибские острова

7.1.1. Коста-Рика

Прямое использование геотермального ресурса ограничено низкотемпературным применением в гостиничных бассейнах, предназначенных для экологического туризма. Местные факторы препятствовали дальнейшему их использованию. За исключением небольших бытовых применений, в настоящее время за пределами Института электричества Коста-Рики (ICE) другого использования не существует. Нет сведений, сколько бассейнов и спа-центров работает в настоящее время по всей стране и каково их индивидуальное потребление, поэтому необходима приближенная оценка соответствующего производства энергии. Расчёт на основе четырёх известных геотермических локаций, распределённых по центральной горной цепи Чили, предполагает, что 1,75 МВт и 35 ТДж/год относятся к бассейнам для купания и плавания [1].

7.1.2. Восточно-Карибские государства

Ни на одном из девяти островов до сих пор геотермальные ресурсы не используются ни для производства электроэнергии, ни для геотермальных теплонасосных систем. Прямое применение ограничено бальнеологией в банях на острове Невис (Nevis), в Рэвин Клэр (Ravine Claire) и Малгретауте (Malgretout) на Сент-Люсии, в нескольких небольших курортах близ Уоттен-Уэйвена (Wotten Waven) на Доминике и недалеко от Пэгг.c Вим (Peggy«s Whim) на острове Гренада (Grenada).

В пляжном комплексе Ванны (Baths) на острове Верджин-Горда (Virgin Gorda) была построена небольшая (размерами около 3×3×1 м) сидячая бетонная конструкция, примыкающая к Чарльстаунскому разлому, с термальной водой температурой около 40°C. Вода течёт со скоростью, зависящей от времени года и обилия или отсутствия осадков, и изменение температуры между входящими и выходящими потоками составляет 1,5°C (0,046 МВт и 0,969 ТДж/год).

В Малгретауте вода падает со скалы в небольшой (3×3×1 м) бетонный пруд. Вóды переливаются в ручей с изменением температуры притока-оттока около 1,5°C и при расходе, зависящем от времени года и климатических условий (0,067 МВт и 9,13 ТДж/год).

В Рэвин Клэр, безымянном овраге близ Уоттен-Уэйвена, и у источника, расположенного рядом с Пэгг.c Вим, бамбуковые трубы подают термальную воду в душевые. Скорость потока зависит от условий засухи/осадков. Изменения температуры притока-оттока не поддаются измерению.

Таким образом, геотермальная энергия прямого использования для купания составляет 0,103 Вт и 2,775 ТДж/год [2].

7.1.3. Сальвадор

Для конгрессов WGC 2015 и 2010 не было представлено ни одного отчёта для обновления данных по этой стране. Однако, основываясь на [3], было выявлено, что имеются некоторые разработки в области теплиц, рыбоводства и сушки фруктов. Во время туров по Берлинскому геотермальному месторождению, являющемуся частью вулканического комплекса Берлин-Текапа (Berlín-Tecapa), предлагаются образцы сушёных ананасов, яблок, кокосов под маркой Geo Fruit или FundaGeo, которые экспортируются в Европу, в частности, в Германию, и перерабатываются для местного потребления.

Геотермальная сушка кофе в городе Перкине (Perquin) [Морасан (Morazán), Сальвадор]

Для Сальвадора предлагаются минимальные значения мощности и потреблённой энергии 0,05 МВт и 10 ТДж/год для отопления теплиц и рыбоводства; 1,7 МВт и 21,1 ТДж/год для сушки сельхозпродуктов и 0,66 МВт и 14,9 ТДж/год для плавательных бассейнов и саун. Итого: 3,36 МВт и 56 ТДж/год [4].

7.1.4. Гватемала

Обновлённые цифры по этой стране не были представлены для WGC 2015 и 2010, поэтому будут использованы данные WGC 2005. Геотермальная энергия в прошлом применялась в медицинских целях, а также в сельском и домашнем хозяйствах. Районы Тотоникапан (Totonicapán), Кесальтенанго (Quetzaltenango) и Аматитиан (Amatitian) являются популярными туристическими достопримечательностями, известными своими термальными банями и спа-салонами.

Геотермальная дегидратация фруктов на предприятии Agroindustrias La Laguna в Гватемале

Строительная компания Bioteca первой успешно применила геотермальный пар непосредственно для отверждения бетонных изделий [5]. В 1998 году был построен завод по обезвоживанию фруктов Agroindustrias La Laguna с использованием в процессе сушки горячей воды из скважины на Аматитском геотермальном месторождении. Компания производит сублимированные ананасы, манго, бананы, яблоки и перец чили.

По данным WGC 2005 [6], установка для отверждения бетона оценивается в 1,6 МВт и 40,4 ТДж/год, установка для сушки фруктов в 0,5 МВт и 12,1 ТДж/год, а спа-центры в 0,21 МВт и 3,96 ТДж/год [5]. Общая мощность по стране составляет 2,31 МВт и 56,46 ТДж/год.

7.1.5. Гондурас

В стране существует потенциальный рынок для прямого использования геотермальной энергии, особенно для охлаждения воздуха и купания, а также для промышленных тепловых процессов, поскольку в Гондурасе активно развиваются производственная и туристическая сферы деятельности. Кроме того, из-за тёплого и влажного климата необходимо охлаждение воздуха на различных объектах, таких как супермаркеты, промышленные предприятия и жилые дома.

Геотермальная электростанция Geotérmica Platanares SA de CV мощностью 35 МВт в районе Платанарес [муниципалитет Ла-Юнион (La Union), департамент Копан (Copán), Гондурас], возведённая компанией Ormat Technologies Inc.

В 2014 году Гондурас в сотрудничестве с программой 4E-GIZ разработал проект «Технико-экономическое обоснование разработки низкотемпературных и среднетемпературных геотермальных ресурсов для промышленных процессов» с целью содействия их применению. Были определены потенциальные участки, в частности, в двух северных районах округа в Валье-де-Сула (Sula Valley) и Самбо-Крик (Sambo Creek). Сообщается, что геотермальная вода используется в ряде плавательных бассейнов. Они имеют расчётную установленную мощность 1,933 МВт и энергопотребление 45 ТДж/год [7].

7.2. Северная Америка

7.2.1. Канада

В канадских Западных Кордильерах было обнаружено более 150 термальных источников с температурой выше 10°C. Коммерческая эксплуатация этих природных горячих источников в провинциях Альберта (Alberta), Британская Колумбия (British Columbia) и Юкон (Yukon), а также термальной воды, откачиваемой из глубоких водоносных горизонтов в провинции Саскачеван (Saskatchewan), осуществляется в 13 пунктах для обогрева бассейнов для купания.

Природный геотермальный источник в провинции Альберта, Канада

Горячие источники сыграли важную роль в раннем развитии туризма в канадских Скалистых горах. Создание первого в Канаде Национального парка Банф (Banff) в 1885 году является результатом спора о праве на разработку горячих источников. Коммерческая эксплуатация горячих источников началась в 1880-х годах, хотя аборигены использовали их в течение нескольких поколений до этого.

Европейцы впервые посетили Банф-Хот-Спрингс (Banff) в 1882 году, а первый зарегистрированный визит в Радиум-Хот-Спрингс (Radium) зафиксирован в 1841-м, эти источники расположены на западных склонах Скалистых гор. Строительство бань и гостиниц на горячих источниках Банф, Мьетте (Miette) и Радиум началось, соответственно, в 1886, 1913 и 1914 годах. Оригинальные бани были модифицированы, восстановлены или реконструированы, а бассейны с горячей водой работают до сих пор.

Эксплуатация неглубоких ресурсов для геотермальных тепловых насосов сосредоточена в Южном Онтарио и Квебеке, но установки имеются и по всей стране. В течение нескольких десятилетий в Юконе практиковалось прямое использование геотермальной энергии в горячих бассейнах Тахини (Tahini), расположенных недалеко от столицы Уайтхорс (Whitehorse). В Новой Шотландии (New Scotland) геотермальная вода из заброшенной шахты Спрингхилл используется для обогрева помещений, при этом вода с одного уровня переносится на другой. Аналогичный проект предлагается для рудника Пенобскис (Penobsquis) близ города Сассекс (Sussex) в провинции Нью-Брансуик (New Brunswick), в котором термальная вода будет использоваться для обогрева цветочных теплиц.

В Канаде имеется значительно больше возможностей для прямого использования низкотемпературных источников энергии и для геотермальных тепловых насосов. Прямое использование геотермального тепла в настоящее время ограничено коммерческими горячими источниками и шахтной водой. Как уже упоминалось выше, в Британской Колумбии было обнаружено 157 горячих источников на территориях провинций Альберта и Юкон и Северо-Западе. Имеется достаточно данных, чтобы охарактеризовать 48 горячих источников, которые имеют расчётную тепловую мощность 250 МВт. Однако из-за сезонных факторов наблюдается вариативность (изменчивость) выхода этих горячих источников, что затрудняет их оценку. В настоящее время 13 природных горячих источников в Западной Канаде коммерциализованы и превращены в купальные, плавательные и бальнеологические сооружения мощностью 8,78 МВт.

Таким образом, прямое использование геотермальной энергии в Канаде оценивается в 8,78 МВт и 277 ТДж/год для купания и плавания, 1822,5 МВт и 14235 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов, что в общей сложности даёт 1831,28 МВт и 14512 ТДж/год [8].

7.2.2. Гренландия (Kalaallit Nunaat)

Геотермальные источники с термальной водой температурой более +2°C можно найти по всей Гренландии, однако тёплые (более 10°C) источники наблюдаются редко. Они встречаются главным образом на восточном побережье в ряде мест к северу и югу от Скорсбисунда (Scoresbysund) и на острове Диско (Disko) в Западной Гренландии. За пределами этих регионов известны только два геотермальных источника: на острове Уунарток (Uunartoq) в Южной Гренландии и Икасагтивак (Ikasagtivaq) на юго-восточном побережье близ Аммассалика (Ammassalik).

Гренландский ледяной щит площадью более 1,7 млн к м² покрывает около 80% поверхности страны. Считается, что бóльшая её часть и большинство всех горячих источников и геотермальных объектов покрыты льдом. Горячие источники выходят на поверхность вдоль берега севернее и южнее Скорсбисунда. Расстояние между самыми северными и самыми южными участками составляет 350 км.

Геотермальный источник на острове Уунарток (Uunartoq), Гренландия

Среди них самый тёплый геотермальный источник Гренландии — Унартек (Unartek) на мысе Тобин (Tobin) температурой до 61,8°C. Геотермальная активность известна в ряде мест на южном побережье острова Диско, например, вблизи Кекертарсуака (Qeqertarsuaq) и дальше на севере во Дискофьорде (Diskofjord) и во фьорде Акугдлит [Меллемфьорд (Mellemfjord)]. Ни в одном из этих источников температура не превышает 18°C, а расход воды всегда довольно мал. Тёплые источники в Уунартоке и Икасагтиваке находятся за пределами базальтовых областей Гренландии. Близ Скорсбисунда и на острове Диско они возникают как отдельные проявления, а не как группа источников. На острове Уунарток есть геотермальные источники с температурой 37–38°C, которые сливаются в небольшой бассейн с каменной плотиной — здесь люди принимают ванны уже тысячу лет.

Гренландский геотермальный бассейн на южном побережье острова Диско

Первые письменные сведения о геотермальных проявлениях и их использовании в Гренландии восходят к средневековому гренландскому описанию Ивара Бардарсона (Ívar Bárðarson), написанному после его пребывания в норвежском поселении около 1300 года н. э. Он упоминает тёплые источники на маленьких островках старого Храфнсфьорда [Hrafnsfjörður, Равенсфьорд (Ravensfjord)], ныне известного как остров Уунарток (Uunartoq). Бардарсон также писал о ежегодных колебаниях температуры и лечебных свойствах термальной воды: «На этих островках много тёплой воды. Зимой здесь она такая горячая, что никто этого не переносит, но летом она подходит для купания. Там многие люди получили целостное лечение и хорошее исцеление от болезней». Археологические исследования выявили руины женского монастыря, построенного рядом с горячими источниками после того, как норвежское население в Гренландии было обращено в христианство около 1000 года н. э. [9].

7.2.3. Мексика

Геотермальная энергия Мексики почти полностью используется для производства электроэнергии. Прямое использование в стране ограничивалось в основном плаванием и принятием ванн с рекреационными и/или терапевтическими целями, несмотря на большое количество термальных проявлений на поверхности. Было идентифицировано более 1600 мест с низкими и средними температурами, которые можно сгруппировать в более чем 900 геотермальных систем в 26 различных штатах страны. Половина этих систем имеет температуры от 62 до 100°C, 40% — от 100 до 149°C, а остальные 10% с температурой ниже 62°C (5%) или выше 149°C (5%).

Геотермальное отопление помещений осуществляется на объекте Федеральной комиссии по электроэнергетике (CFE) геотермального месторождения Лос-Азуфрес (Los Azufres), которое в настоящее время обеспечивает теплом, а также бытовой горячей водой офисы, лаборатории и другие объекты. Сушка продуктов сельского хозяйства обеспечивается дегидратором, установленным на геотермальном месторождении Домо-Сан-Педро (Domo San Pedro), способном производить до 200 кг сухих фруктов в сутки с использованием геотермального рассола из скважин перед обратной закачкой. Использование геотермальной воды для купания и плавания, включая водолечение, такое же по объёму, как и в 2015 году. Большинство этих объектов, расположенные в 18 штатах Мексики, были разработаны и эксплуатируются частными инвесторами. Незначительная их часть управляется государственными или муниципальными органами власти через туристические офисы или связана с местными владельцами.

Геотермальный спа-курорт Las Grutas de Tolantongo в штате Идальго (Hidalgo), Мексика

Первые геотермальные тепловые насосы (GHP) были установлены примерно в 2014 году. В настоящее время в штатах Пуэбла (Puebla), Нижняя Калифорния (Baja California) и Мичоакан (Michoacán) в качестве демонстрационных проектов работают 11 блоков общей мощностью 133 кВт. Эти установки были размещены в небольшой школе и поликлинике, в теплицах, в лабораториях, в Политехническом университете в Мехикали (Polytechnic University of Baja California, Mexicali) и в Университете Мичоакана (Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo) в Морелии (Morelia). Все эти агрегаты скомпонованы как вертикальным, так и горизонтальным расположением.

Таким образом, в этой стране на поверхность выходит около 15721 тонны геотермальных вод в час, из которых 13442 тонны используются непосредственно, а установленная мощность составляет чуть более 156 МВт. Итого для Мексики: 0,115 МВт и 3,627 ТДж/год применяется для индивидуального отопления помещений; 0,518 МВт и 13,23 ТДж/год для сушки; 155,347 МВт и 4166,512 ТДж/год для купания и плавания и 0,133 МВт и примерно 0,52 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов. В общей сложности: 156,114 МВт и 4183,89 ТДж/год [10].

Природные термальные ванны спа-курорта Travertine Hot Springs в штате Калифорния, США

7.2.4. Соединённые Штаты Америки

Геотермальная энергия в США используется как для производства электроэнергии, так и для использования непосредственно. Прямое использование геотермальной энергии включает в себя обогрев бассейнов и спа-центров, тепличных объектов и аквакультуры, отопления и централизованного теплоснабжения, сушки сельхозпродуктов, промышленного применения, плавления снега и геотермальных (грунтовых) тепловых насосов (Geothermal Heat Pump, GHP). Самое крупное применение — это GHP, на долю которых приходится 98% установленной мощности и 95% годового потребления энергии, а следующие по величине области применения — рыбоводство, купание и плавание, а также индивидуальное отопление помещений. Прямое использование (без геотермальных тепловых насосов) оставалось почти неизменным в течение последних десяти лет, хотя и несколько уменьшалось в течение последних пяти лет. Однако GHP внедряются с ежегодным темпом роста 3,71%, при этом устанавливается 1,68 млн единиц (мощностью 12 кВт), что ниже темпов роста (8%) в 2010–2015 годах. Примерно 40% установок предназначены для использования в жилом секторе, а остальные 60% — для институционального и коммерческого использования. В последнем примерно 90% установок замкнутого цикла (грунтовые), а остальные — разомкнутые (с водным источником). В жилом секторе из замкнутых систем примерно 30% являются вертикальными, а 70% — горизонтальными, причём последние дешевле. В институциональном и коммерческом секторах примерно 90% являются вертикальными, а 10% — горизонтальными, что объясняется ограниченностью земельной площади в городских районах. Около 90% установок GHP находятся в восточных, среднезападных и южных штатах, в западных штатах установлено всего около 10%. Самая большая система находится в Государственном университете Болл (Ball State University) в штате Индиана, где в 2012 году было установлено 3600 вертикальных контуров. Система обогревает и охлаждает 47 зданий, а также заменила четыре старых угольных котла. Она подаёт холодную воду температурой 6°C для охлаждения и горячую воду температурой 66°C для отопления с годовой экономией в размере $2 млн.

Гейзер «Старый верный» (Old Faithful) в Йеллоустонском национальном парке, США

За последние пять лет не добавилось никаких значительных новых объектов, за исключением нескольких геотермальных скважин, пробуренных и введённых в эксплуатацию в жилых районах города Кламат-Фолс (Klamath Falls) и других поселениях. При рассмотрении видов прямого использования без геотермальных тепловых насосов распределение годового потребления энергии [ТДж/год] располагается в следующем порядке: 30,5% для рыбоводства; 29,3% для купален и бассейнов; 14,6% для индивидуального отопления помещений; 13,1% для централизованного отопления; 9,9% для отопления теплиц; 1,3% для сушки сельскохозяйственных культур; 0,8% для животноводства; 0,3% для плавления снега и 0,2% для промышленных целей.

Все пять штатов сообщают об использовании геотермальных тепловых насосов, причём большинство установок расположено в среднезападных и восточных штатах. В общей сложности 21 штат регистрирует проекты непосредственного использования геотермальной энергии, из них 100% сообщают о применении для купания, 14 штатов сообщают об индивидуальном отоплении помещений, десять — о рыбоводстве, девять — о тепличном обогреве, восемь — о централизованном отоплении и шесть штатов сообщают о промышленных применениях, в том числе о сушке сельскохозяйственных культур и плавлении снега.

Штаты с наибольшим пользованием, как с точки зрения установленной мощности [ МВт], так и с точки зрения годового потребления [ТДж], — это Айдахо, Калифорния и Орегон. Мощность и потребительская стоимость снизились с 2005 по 2015 годы примерно на 25–28%, главным образом из-за меньшей финансовой поддержки от администрации штатов и федерального правительства, а также из-за высоких первоначальных затрат на установку этих систем.

Таким образом, общие показатели прямого использования в Соединённых Штатах таковы: 89,43 МВт и 1073,2 ТДж/год для индивидуального отопления помещений; для централизованного теплоснабжения — 89,6 МВт и 958,3 ТДж/год; 79,78 МВт и 730,2 ТДж/год для теплиц; 122,13 МВт и 2241,9 ТДж/год для рыбоводства; 2,34 МВт и 59 ТДж/год для животноводства (в категории «другие»); 6,45 МВт и 97,5 ТДж/год для сушки сельхозпродуктов; 0,9 МВт и 17,6 ТДж/год для промышленного применения; 2,06 МВт и 18,6 ТДж/год для плавления снега; 89,85 МВт и 2153,2 ТДж/год для плавательных бассейнов и бань и 2023 МВт и 14546 ТДж/год для GHP. В общей сложности это 20712 МВт и 15281 ТДж/год с КИУМ = 0,23 [11].

7.3. Южная Америка

7.3.1. Аргентина

Страна продолжает разрабатывать как высокоэнтальпийные, так и низкоэнтальпийные геотермальные ресурсы, в последнее время в новых термальных районах, связанных с осадочными бассейнами [12]. Это позволило развивать лечебно-оздоровительные комплексы, создающие новые источники дохода для региона.

Геотермальный бассейн на склоне Анд в горнолыжном курорте парка Копауэ, Аргентина

В десяти районах, включая провинции Кордова (Cordova), Корриентес (Corrientes), Мисьонес (Misiones) и Буэнос-Айрес (Buenos Aires), были разработаны и запущены в производство ряд проектов по непосредственному использованию низкоэнтальпийных ресурсов. Лечебно-рекреационные комплексы расположены в регионах Месопотамия (Mesopotamia) и Пампа-Хумеда (Pampa Húmeda).

Проект плавления снега с использованием геотермального пара рассчитан для того, чтобы горнолыжный курорт в национальном парке Копауэ (Copahue) в Андах оставался открытым всю зиму.

Сообщается, что в общей сложности 66 объектов непосредственно используют геотермальную воду, температура которой находится в пределах от 23 до 65°C. На восьми участках осуществляется индивидуальный обогрев помещений, на одном — обогрев теплиц, на двух — разведение рыбы, ещё на одном — плавление снега и 61 объект пользуется термальной водой для купания и плавания. Многие из этих площадей практикуют комбинированное применение воды. Об использовании геотермальных тепловых насосов не сообщается.

Таким образом, 22,4 МВт и 50 ТДж/год идут на индивидуальное отопление помещений; 21,48 МВт и 40,1 ТДж/год на отопление теплиц; 7,03 МВт и 13,1 ТДж/год используется для рыбоводства; 1,36 МВт и 31,6 ТДж/год для плавления снега, 137,21 МВт и 1029,63 ТДж/год для купален и бассейнов и 15,3 МВт и 44,64 ТДж/год для других целей (в частности, животноводства). В общей сложности это составляет 204,78 МВт и 1209,07 ТДж/год [12].

Горячий источник Урмири (Urmiri), Боливии

7.3.2. Боливия

В докладе по Боливии [13] не было представлено обновлённой информации, однако фотографии горячих источников в Альтиплано (Altiplano) в Андах и других имеются в Интернете. Показан горячий источник Термас-де-Польг (Termas de Polgues) на плато Уюни (Uyuni), где есть баня и бассейн с бетонным покрытием. Оценочные расчёты, сделанные Джоном Лундом для Боливии, дают 1 МВт и 20 ТДж/год для купания и плавания.

7.3.3. Бразилия

Были проведены исследования низкотемпературной геотермальной энергии, также обозначаемой как «неглубокая геотермальная энергия» (Shallow Geothermal Energy, SGE), используемой для целей кондиционирования воздуха, включая геотермальные тепловые насосы. Первая геотермальная система с очень низкой температурой была внедрена в 1996 году в штате Рио-де-Жанейро (Rio de Janeiro) для обеспечения потребностей дома в отоплении и охлаждении.

С тех пор университетами и компаниями было проведено более 15 исследований, показавших его техническую жизнеспособность, и были построены ещё два предприятия. Самое крупное из них — геотермальная установка с использованием морской воды, построенная в Рио-де-Жанейро в 2015 году и обеспечивающая охлаждение воздуха в «Музее завтрашнего дня», а другая геотермальная теплонасосная система установлена в фермерском доме в штате Парана (Parana).

Установка для определения тепловых свойств грунта на заводе Coca-Cola в Андах

Всего было выявлено 42 объекта прямого использования, большинство из которых предназначены для купания и плавания. Два участка идентифицированы как использующие геотермальную энергию для производства технологического тепла и один для рыбоводства, а также существует некоторое количество кондиционеров воздуха и геотермальных тепловых насосов, для которых ежегодное потребление энергии ещё надо оценить. Подводя итог, можно привести следующие цифры: 2,3 МВт и 40 ТДж/год (оценка) используется для кондиционирования воздуха; 1 МВт и 2 ТДж/год для разведения рыбы; 4,2 МВт и 77 ТДж/год для промышленных процессов нагрева; 355,9 МВт и 6545,4 ТДж/год для купания и плавания и 0,05 МВт и примерно 0,3 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов. В общей сложности это составляет 363,45 МВт и 6682,7 ТДж/год [14].

7.3.4. Чили

Как и в других странах, лежащих в ареале горного комплекса Анд, чилийские геотермальные ресурсы традиционно использовались в рекреационных и туристических целях. По всей стране разбросано множество термальных источников и курортов, часть из которых оснащена сложной туристической инфраструктурой, а другие всё ещё довольно просты.

Геотермальные ванные в Национальном парке Вильяррика Сур (Villarrica Sur), Чили

Большинство этих термальных источников используют термальную воду только для купания и плавания. Единственные два места, использующие геотермальную энергию для отопления коттеджей или гостиниц, — это термальный центр «Армада Ликинь» (Armada Liquiñe) в регионе Лос-Риос (Los Rios) и «Пуюуапи Лодж» (Puyuhuapi Lodge) в регионе Айсен (Aysén). В большинстве случаев термальная вода собирается из природных горячих источников, а затем подаётся по трубам в здания и бассейны. Только очень немногие курорты имеют неглубокие скважины, пробуренные для извлечения горячей воды. Использование геотермальных тепловых насосов в Чили началось в 1996 году. Имеется 29 проектов с использованием геотермальных тепловых насосов, в основном в столичном регионе и Био-Био (Bio-Bio). Преобладают установки, использующие водные источники (колодезная или озёрная вода) и горизонтальные системы замкнутого контура, но сообщалось также о некоторых вертикальных системах замкнутого контура, а также об одной системе замкнутого контура с использованием пруда.

Два примера — государственные больницы в городах Ранкагуа (Rancagua) и Талька (Talca). Наконец, известны различные технологические применения при выращивании аквакультуры, в теплицах и винодельческой промышленности. Там использовались геотермальные тепловые насосы, главным образом, из-за их высокой эффективности. Два пилотных проекта на юге Чили (Айсен) направлены на то, чтобы показать преимущества прямого использования геотермальной энергии. Одна из них — геотермальная теплица в Пуэрто-Айсене (Puerto Aysén), где экстремальные погодные условия не давали вырастить урожай зимой. С помощью новой системы работники теплиц могут выращивать и собирать урожай круглый год. Другой проект — система отопления для государственной школы в городе Койайке (Coyhaique), известном как одно из самых загрязнённых поселений Южной Америки из-за древесного отопления.

Итак, геотермальная энергия напрямую используется для ванн и бассейнов в 29 местах при установленной мощности и потреблении 14,68 МВт и 228,91 ТДж/год, что включает в себя два участка с обогревом помещений (цифры отсутствуют). Сообщается об использовании геотермальных тепловых насосов (GHP) в 61 локации с мощностью 7,934 МВт, однако мало кто приводит данные в ТДж/год. Оценочные расчёты дают значение 50 ТДж/год с типичным для GHP коэффициентом мощности 0,2. В целом для страны это составляет 22,61 МВт и, по приблизительным оценкам, 278,91 ТДж/год при коэффициенте использования установленной мощности 0,39 [15].

Термальный источник в регионе Санта-Роза-дель-Кабаль (Santa Rosa de Cabal), Колумбия

7.3.5. Колумбия

В основе использования геотермальных ресурсов лежат горячие источники, оборудованные для принятия ванн и плавания в 39 населённых пунктах. Первый тепловой насос для охлаждения был установлен в промышленном парке в Токансипе (Tocancipá), в 40 км к северу от столицы Боготы (Bogotá). Тепловой насос работает полный рабочий день и охлаждает помещение объёмом 90 м³ до −10°C. Изменение температуры в циркулирующей подземной воде при 2500 л/ч составляет 6°C, повышаясь с 15°C до 21°C. Три вертикальные скважины глубиной две по 70 м и одна 80 м поддерживают тепловой насос. Это был первый геотермальный проект, стимулированный законом 1715 года, и принятый постановлением Национального агентства по экологическим лицензиям Колумбии (ANLA) в 2018 году. Данные об использовании геотермальных тепловых насосов отсутствуют, поэтому 1 МВт и 20 ТДж/год рассчитаны для одной локации. Прямое использование геотермальных источников ограничено 39 пунктами, оборудованными для купания и плавания, при 18 МВт и 300 ТДж/год. Суммарное использование составляет 20 МВт и 340 ТДж/год [16].

Геотермальные бассейны Санта-Аква (Santa Aqua), Эквадор

7.3.6. Эквадор

До 2019 года геотермальные ресурсы применялись для купальных курортов, бальнеологии и бассейнов. Имеется краткая информация о 22 таких локациях со значениями общей установленной мощности 5,157 МВт и годовой выработки энергии 102,401 ТДж/год, неизменные с момента последнего обновления данных. Тем не менее, Национальный институт геологических и энергетических исследований (IIGE), отвечающий за разработку низкотемпературных геотермальных ресурсов, приступил к строительству первой теплицы, работающей на GHP с горизонтальным контуром. На месте был проведён тест теплоотдачи грунта для определения точных значений теплопроводности, диффузионной способности грунта и объёмной теплоёмкости. Тепло будет извлекаться из шести гибких горизонтальных контуров и ещё одного горизонтального контура на глубине 2 м при средней температуре 17,5°C. Тепловой насос будет подавать тёплый воздух внутрь теплицы с помощью вентиляторов, когда температура окружающей среды упадёт ниже 12°C. Внутри теплицы также будет установлена современная система управления, которая открывает и закрывает боковые окна, чтобы поддерживать оптимальные условия в течение всего дня. GHP обеспечит по расчётам 0,044 МВт и 1,06 ТДж/год, в общей сложности для страны 5,201 МВт и 103,461 ТДж/год [17].

7.3.7. Перу

Самые древние свидетельства об использовании геотермального тепла в Перу относятся к доинкскому и инкскому периодам. Эти народы использовали термальную воду в лечебных и рекреационных целях. Самый старый и известный объект — Баньос-дель-Инка (Baños del Inca) в Кахамарке (Cajamarca), в котором инки во времена правителя Атауальпа принимали ванны для расслабления и восстановления. Доинкская культура Кашамарки (Caxamarca) построила город недалеко от горячих источников, позже известный как Баньос-дель-Инка, в то время состоявший из зданий, которые были одной из главных резиденций вождей Кашамарки. Вожди использовали горячие источники для исцеления и обрядов поклонения. После того как инки завоевали культуру Кашамарки, район горячих источников стал важной резиденцией вождей инков. В настоящее время геотермальные ресурсы рядом с популярными достопримечательностями традиционно используются в рекреационных и туристических целях.

Легендарные древние Баньос-дель-Инка (Baños del Inca) в провинции Кахамарка, Перу

В таких местах, как Баньос-дель-Инка в Кахамарке, Кальехон-де-Уайлас (Callejón de Huaylas) в Уарасе (Huaraz), Чурин (Churín) в Лиме (Lima), Калера (Calera) в регионе Арекипа (Arequipa) и городе Агуас-Кальентес (Aguas Calientes) в Куско (Cusco), по-прежнему ограничиваются развлечениями и бальнеологией. Использование геотермальных источников в сфере бальнеологии в Перу расширилось, начиная с использования традиционных методов и заканчивая строительством отелей, расположенных в Куско (город Агуас-Кальентес) и Арекипе [Каньон Колка (Colca Canyon)]. По состоянию на 2019 год было выдано 59 разрешений на использование геотермальных источников в туристических целях, главным образом в регионах Арекипа и Кахамарка.

Большинство горячих источников Перу находятся в Кахамарке, Куско, Анкаше (Ancash), Лиме и Арекипа-Мокегуа-и-Такна (Arequipa Moquegua y Tacna). Кахамарка — это регион, который в наибольшей степени пользуется своими горячими источниками для обслуживания гостей в оздоровительных целях. Перу не имеет официальной оценки прямого использования для бальнеотерапии, поэтому, исходя из расчётов WGC 2015, установленная мощность составляет 3 МВт, а потребление энергии — 61 ТДж/год [18].

7.3.8. Венесуэла

Для WGC 2020 или 2015 не было представлено ни одного отчёта об использовании геотермальных ресурсов. Последние данные 2014 года показывают, что с 2005 года никаких изменений не произошло. Таким образом, для нескольких небольших геотермальных курортов, находящихся в эксплуатации, приведены цифры 0,7 МВт и 14 ТДж/год [6].

8. Западная и Северная Европа

8.1. Австрия

Геотермальная система централизованного теплоснабжения (GDH) представляет собой наиболее важный тип использования геотермальной энергии в Австрии. В настоящее время на территории Верхнеавстрийского молассового бассейна действуют семь таких проектов, и ещё два — в Штирийском бассейне. Два из них также имеют дополнительные применения: в муниципалитете Гейнберг (Geinberg) — для бальнеологии и теплиц, и в городе Альтхайм (Altheim) в Южной Австрии — для производства электроэнергии. По состоянию на 2018 год геотермальная центральная и локальная схемы отопления в городах Рид-им-Иннкрайс (Ried im Innkreis) и Мернбах (Mehrnbach) снабжали 2258 квартир, 169 домов и 97 коммерческих объектов. Протяжённость сети составила 35,3 км. Также были разработаны планы создания геотермальных сетей или интеграции геотермальной энергии в существующие схемы Вены и Зальцбурга.

Термальный комплекс Aqua Dome в городе Лангенфельде (Längenfeld) в Тироле, Австрия

Бальнеологическое применение термальной воды имеет очень давнюю историю в Австрии, восходящую к римским временам в трёх зонах, использующих природные тёплые источники с температурой воды до 47°C. В настоящее время в Австрии действуют 27 спа-центров. Однако число их посетителей, хотя и относительно высокое (9,4 млн в 2018 году), не меняется уже много лет. Одним из таких примеров является объект в Бад-Вальтерсдорфе (Bad Waltersdorf), в Штирийском бассейне. Бад-Вальтерсдорф был первым геотермальным проектом в Австрии в конце 1980-х годов и в настоящее время использует многоступенчатый каскад с участием тепловых насосов. Геотермальный проект в Бад-Блюмау (Bad Blumau) включает в себя централизованное теплоснабжение, установку с циклом Ренкина, бальнеологическое применение и сжижение CO₂. Геотермальное отопление теплиц началось в 2016 году. Выращиваются такие овощи, как помидоры, перец и огурцы, которые имеют большой спрос, что снижает потребность в импортных овощах, особенно зимой.

Водяные («вода-вода») тепловые насосы играют значительную роль в энергоснабжении больших зданий, особенно для всё более важной цели охлаждения. Это результат изменения климата, а также чрезмерного использования стеклянных фасадов в архитектуре. Охлаждение тепловыми насосами приводит к значительному прогреву неглубоких грунтовых вод, что особенно заметно в районах с высокой концентрацией проектов GHP. Одним из примеров является город Грац (Graz), второй по величине город Австрии с населением почти 290 тыс. человек. Общий лицензионный циркуляционный объём всех установок в Граце составляет порядка 230 л/с. В последние годы наблюдается общее потепление грунтовых вод примерно на 2°C.

Таким образом, в итоге: 61,79 МВт и 1517,18 ТДж/год расходуется на централизованное теплоснабжение; 21,9 МВт и 501,68 ТДж/год на отопления теплиц; 412,09 МВт и 316,35 ТДж/год на бассейны и ванны; 1 ГВт и 6309 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов. Это составляет суммарно 1095,78 МВт и 8644,21 ТДж/год [19].

Люксовый геотермальный курорт Шато-де-Терм (Château des Thermes), Бельгия

8.2. Бельгия

В целом использование геотермальной энергии в течение последних десяти лет в Бельгии растёт медленно, в основном внедряются геотермальные тепловые насосы (GHP). Скважины Сен-Гислен (Saint-Ghislain) и Дуврен (Douvrain) добывают геотермальную воду для тепловых сетей с 1985 года. Она идёт на отопление общественных зданий, таких как больницы, школы и бассейны, а также нескольких сотен жилых домов. В конечном счёте остаточное тепло из сети Сен-Гислен направляется на водоочистную станцию Васмюэль (Wasmuël) для стимулирования процессов ферментации. После периода нестабильного развития неглубоких геотермальных энергетических систем (SGE) в 2014–2017 годы в Бельгии теперь можно наблюдать явное оживление. Во Фландрии это в основном связано с ужесточением требований к зданиям, которым присвоен уровень энергоэффективности E, и обязательством производить не менее 15 кВт·ч/м² возобновляемой энергии. Это также поощряется в Брюсселе, где строительство «пассивных» зданий (Passive House) является обязательным с 2015 года, а потребность в тепле не должна превышать 15 кВт·ч/м². В результате произошёл резкий рост использования тепловых насосов. Хотя системы «воздух-вода» имеют преимущество, геотермальных тепловых насосов устанавливается всё больше. Это также поощряется в районе Брюсселя.

В целом, в Бельгии есть четыре системы централизованного теплоснабжения с установленной мощностью 19,978 МВт и 411,27 ТДж/год, и геотермальные теплонасосные системы с 284,622 МВт и 1027,501 ТДж/год. В других целях потребляется 1,12 МВт и 28,73 ТДж/год, а в общей сложности это составляет 305,72 МВт и 1467,501 ТДж/год [20].

8.3. Дания

В настоящее время в Дании действуют три геотермальные станции централизованного теплоснабжения, а ещё несколько находятся на стадии планирования. Все геотермальные установки используют абсорбционные тепловые насосы для производства тепла. Абсорбционные тепловые насосы работают бесплатно до тех пор, пока другие производители тепла, такие как котлы, работающие на биомассе, могут поставлять не менее 160°C, снижая уровень затрат на централизованное теплоснабжение. Кроме того, все геотермальные установки используют концепцию дуплета: тёплая пластовая вода закачивается на поверхность из добывающей скважины без стимуляции геотермального коллектора. После того как тепло извлекается и подаётся в систему централизованного теплоснабжения, охлаждённая вода возвращается в коллектор через нагнетательную скважину (скважины).

В городе Тистеде (Thisted) добывающая скважина извлекает тёплую воду с температурой около 44°C из пластов геологической формации Гассум (Gassum) с глубины 1250 м, где вода имеет минерализацию 15‰. Установка производит до 7 МВт мощности при расходе 200 м³/ч геотермальной воды, и передача 10 МВт тепла в сеть централизованного теплоснабжения осуществляется путём теплообмена и через абсорбционные тепловые насосы, приводимые в действие преимущественно теплом из котла на биомассе. В городе Сеннерборге (Sønderborg) добывающая скважина выводит тёплую воду (48°C) из газового пласта с глубины 1,2 км, где солёность воды составляет 15‰. Установка рассчитана на выработку до 12 МВт мощности при подаче 350 м³/ч геотермальной воды с использованием абсорбционных насосов, приводимых в действие продуктами разложения биомассы.

Централизованное геотермальное отопление в Копенгагене обеспечит европейский коммунальный концерн E.ON, который еще в 2017 году приобрёл контрольный пакет акций Geothermal Operating Co. (GEOOP), ведущей датской компании по разработке геотермальных систем

На полуострове Маргретехольм (Margretheholm, район Копенгагена) эксплуатируется геотермальный коллектор в песчаниковой геологической формации Бантер (Bunter) на глубине 2,6 км, где доступна минерализованная (19‰) геотермальная вода с температурой около 74°C. Установка рассчитана на извлечение 14 МВт тепла из 235 м³/ч геотермальной воды и передачи 27 МВт тепла в сеть центрального теплоснабжения путём теплообмена и через три абсорбционных тепловых насоса, приводимых в действие паром мощностью 14 МВт, главным образом от ТЭЦ на древесных гранулах. Скважины с замкнутым контуром глубиной около 150 м также используются для бытового отопления одиночных домов, для небольших коллективных сетей и для отопления больших офисных зданий. Централизованные тепловые станции обеспечивают 33 МВт и 355 ТДж/год.

Полуостров Маргретехольм, Дания

Количество наземных тепловых насосов, извлекающих «неглубокое» геотермальное тепло, оценивается в 40 тыс. единиц с установленной мощностью 751 МВт при энергопотреблении 4023 ТДж/год. Кроме того, для охлаждения требуется примерно 1 МВт и 2 ТДж/год. Таким образом, общая мощность по стране составляет 752 МВт и 4025 ТДж/год [21, 22].

8.4. Фарерские острова

Использование геотермальной энергии является довольно новым явлением на Фарерах, но за последние десять лет было пробурено более 300 неглубоких геотермальных скважин для добычи подземного тепла для частных домохозяйств. Эти скважины дали ценную информацию о вариациях геотермального градиента и ресурсах подземных вод в недрах Фарерских островов. Информация по скважинам в этом районе была очень скудной, но с 2019 года Фарерская геологическая служба (FGS) активно занимается сбором параметров и каротажем во всех вновь пробуренных скважинах. Похоже, что скважинные данные в Коллафьердуре (Kollafjørður) и Вестманне (Vestmanna) вместе с более старыми сведениями о тёплых источниках по всей стране вызвали общественный и политический интерес к геотермальным и другим возобновляемым источникам энергии, который, как мы надеемся, будет расширяться.

В настоящее время для обогрева помещений на островах используется только 304 геотермальных тепловых насоса (GHP). Общие показатели для них составляют 3,66 МВт и 20 ТДж/год при коэффициенте использования установленной мощности (Capacity Factor) CF = 0,17 [23].

Сейсмический мониторинг для геотермальной разведки в городе Эспоо (Espoo), Финляндия

8.5. Финляндия

Из Финляндии не было представлено ни одного отчёта с обновлением данных ни для WGC 2020, ни для WGC 2015, но доступны данные Европейских геотермальных конгрессов в 2013 и 2019 годах [24]. Отопление помещений обеспечивается 900 тыс. тепловыми насосами, установленными по всей стране, из которых 140 тыс. являются тепловыми насосами с геотермальными или наземными источниками. Тепловые насосы с воздушным источником были наиболее популярны из-за стоимости, однако половина новых домов использует грунтовые тепловые насосы (Ground Source Heat Pumps, GSHP) для отопления и охлаждения. Всё большее число крупных зданий, школ, многоквартирных домов, торговых центров, рынков, больниц и церквей предпочитают GHP для отопления и особенно для охлаждения. Многоквартирные дома в городах переходят от систем централизованного теплоснабжения к мелким индивидуальным геотермальным системам. Самая крупная установка GHP находится в логистическом центре в южной части страны. Здесь в двух отдельных зданиях используются 150+ скважинных теплообменников с замкнутым контуром (BHE) глубиной 300 м каждый (всего 9 км).

В Финляндии используются только BHE-системы с замкнутым контуром с жидкостью на основе этанола, циркулирующей в теплообменниках. Обычно это одинарная или двойная U-образная труба диаметром 32–40 мм, глубиной 15–300 м, но может доходить и до 400–600 м с расстоянием около 20 м. Также применяется накопление тепловой энергии летом, когда тепло хранится под землёй для использования зимой. Правительственная цель на 2020 год теперь равна 8 ТВт·ч, что составляет около 10% энергии, необходимой для отопления домов. Геотермальные тепловые насосы производят около 8–9% от общего потребления тепла жилыми помещениями (70–80 ТВт·ч).

Таким образом, оценочная величина использования геотермальной энергии составляет 2,3 ГВт и 23400 ТДж/год [24].

8.6. Франция

Прямое использование геотермального тепла довольно хорошо развито во Франции. Парижский бассейн вмещает пять крупных водоносных горизонтов, включая Догг.р (Dogger), который имеет самое большое количество низкоэнергетических геотермальных объектов в мире, с 46 установками, обеспечивающими геотермальной энергией примерно 6–7% от общей численности населения в 11 млн человек. Использование геотермальной энергии ограничено отоплением и охлаждением. Скважины в окрестностях Парижа позволяют нагревать и производить соответствующую нормам горячую воду примерно для 4000–6000 корпусов. Только четыре новых двойных геотермальных дуплета были созданы с нуля за последние три года, два из которых задействованы в водоносном горизонте Догг.ра. Централизованные тепловые сети во Франции, обслуживаемые геотермальными ресурсами Догг.ра, эксплуатируются в основном частными фирмами, но также и местными государственно-частными предприятиями. Самая старая из этих установок находится в Мелен-л«Альмон (Melun-l«Almont), введённая в эксплуатацию в 1969 году. В последнее время альбийские (Albian) и неокомские (Neocomian) водоносные горизонты используются для геотермального централизованного отопления и охлаждения, но с большими тепловыми насосами, и для маломасштабных проектов в области обеспечения жилых объектов. В настоящее время существует шесть двойных блоков, использующих этот ресурс.

Высотный термальный курорт «План Фази» (Le Plan de Phazy) в Верхних Альпах, Франция

Базирующийся на основе технологии Enhanced Geothermal System (EGS), ещё один проект глубинной геотермальной энергетики в Риттерсхоффене (Rittershoffen) в северной части Эльзаса (Alsace) был введён в эксплуатацию в 2016 году. Эта тепловая установка, расположенная менее чем в 10 км от города Сульца (Soultz) в долине Рейна, была спроектирована для промышленных нужд биоперерабатывающего завода.

Имея установленную тепловую мощность 24 МВт, данная геотермальная установка обеспечивает перегретой жидкостью сельскохозяйственные предприятия в режиме 24 часа в сутки семь дней в неделю, покрывая 25% их энергетических потребностей, причём всё это — с низким воздействием на окружающую среду.

Распределение различных типов теплообменников во Франции следующее: 5% разомкнутого контура для одиночных жилых домов, 25% разомкнутого контура на основе воды для коллективного пользования, 25% индивидуальных вертикальных теплообменников и 45% коллективных вертикальных теплообменников. Для частных жилых комплексов распределение вертикальных теплообменников составляет 40% для новых и 60% для переоборудованных жилых помещений. Для объединённых установок он составляет 55% и 45%, соответственно.

Таким образом, во Франции насчитывается 72 пункта, использующих геотермальную энергию напрямую для отопления с 174 тыс. геотермальными тепловыми насосами в частных домах (98%) и многоквартирных зданиях (2%). Для индивидуального отопления помещений используется 0,6 МВт и 15,5 ТДж/год; централизованного теплоснабжения 509,4 МВт и 5109,4 ТДж/год; отопления теплиц 8,6 МВт и 100,8 ТДж/год; рыбоводства 9,4 МВт и 204,3 ТДж/год; сушки сельхозпродуктов 24 МВт и 691,2 ТДж/год; бальнеологических объектов и плавательных бассейнов 20,5 МВт и 187,2 ТДж/год; других целей 10 МВт и 92,3 ТДж/год и геотермальных тепловых насосов 2015 МВт и 10879 ТДж/год. В общей сложности это составляет 2597,6 МВт и 17279,6 ТДж/год [25].

Люксовый термальный курорт Caracalla Spa в городе Баден Баден (Baden-Baden), Германия

8.7. Германия

Из-за благоприятных геологических условий геотермальные системы центрального отопления и электрические станции расположены в основном в молассовом бассейне на юге Германии, в Северогерманском бассейне или вдоль Верхнего Рейнского грабена. Помимо установок, использующих «глубокую» геотермальную энергию, для отопления и охлаждения индивидуальных жилых домов и офисных зданий используются многочисленные малые и средние децентрализованные геотермальные теплонасосные установки. В конце 2018 года в Германии успешно работали 382 тыс. геотермальных тепловых насосов, которые поставляли возобновляемое тепло в основном в жилые здания. Термальные курорты являются наиболее распространённой формой использования глубинного геотермального тепла. Однако число крупных централизованных тепловых станций постоянно растёт. В настоящее время на их долю приходится около 68% производства глубинного геотермального тепла, и их число увеличивается. Помимо утилизации глубинной геотермальной энергии, бóльшую часть геотермального тепла в Германии поставляют многочисленные геотермальные тепловые насосы для отопления и охлаждения офисных зданий и частных домов.

Термальный курорт Бад Заров (Bad Saarow) неподалёку от Берлина, Германия

В Германии распространёнными геотермальными установками прямого использования являются централизованные тепловые станции или комбинированные теплоэлектростанции (CHP), термальные курорты и отопление помещений. В настоящее время эксплуатируется около 190 геотермальных установок такого типа. В Германии работают пять глубоких скважинных теплообменников: Арнсберг (Arnsberg) общей глубиной 2835 м для спа-курортов; Пренцлау (Prenzlau, 2786 м) используется для централизованного теплоснабжения; Хойбах (Heubach, 773 м), обеспечивающий теплом промышленные предприятия; Ландау (Landau, 800 м) для отопления помещений и Марл (Marl, 700 м) для местного отопления. Таким образом, наибольшая доля геотермальных мощностей приходится на 26 централизованных тепловых и комбинированных теплоэлектростанций.

Кроме того, использование тёплой шахтной воды становится всё более распространённым. В период с 2008 по 2015 годы показатели продаж всех тепловых насосов оставались на относительно постоянном уровне (50–60 тыс. экземпляров в год), затем продажи выросли и достигли самого высокого уровня — 84 тыс. единиц, проданных в 2018 году. За те же периоды времени доля рынка геотермальных тепловых насосов снизилась с более 50% до менее 30% в 2018 году, при этом было продано около 23,5 тыс. геотермальных тепловых насосов.

Таким образом, в Германии (ФРГ) насчитывается 382 тыс. единиц геотермальных тепловых насосов (средней мощностью 11,5 кВт), что составляет 1,62% потребности жилых домов в тепле. Это крупнейшие потребители геотермальной энергии, за ними следует централизованное теплоснабжение в 26 городах, а также лечебные объекты и бассейны.

Различные виды использования геотермальной энергии распределяются следующим образом: 3,34 МВт и 35,21 ТДж/для индивидуального отопления помещений; 346,2 МВт и 3634,87 ТДж/год на услуги централизованного теплоснабжения; 56,8 МВт и 1708,56 ТДж/год для ванн и бассейнов и 4400 МВт и 2376 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов, что даёт в целом для Германии 4806,3 МВт и 29138,6 ТДж/год [26].

8.8. Исландия

В потреблении геотермальной энергии в Исландии преобладает прямое использование, в частности, для отопления помещений. Первопроходцем был фермер из Судур-Рейкира (Sudur-Reykir) близ Рейкьявика (Reykjavík), который в 1908 году начал использовать геотермальную воду для отопления своего дома, транспортируя воду из горячего источника по трубопроводу на расстояние около 500 м. Крупномасштабное использование геотермальной энергии для отопления помещений началось в 1930 году с монтажа трубопровода длиной 3 км, подающего воду из горячих источников Лаугардалур (Laugardalur) в Рейкьявике. Некоторые официальные здания и около 70 частных домов получали горячую воду из геотермальных скважин, расположенных недалеко от старых термальных источников в Рейкьявике.

Геотермальное «Комариное озеро» Миватн (Myvatn) — одно из сокровищ Исландии

Официальное учреждение Централизованного теплоснабжения Рейкьявика (ныне компания Reykjavík Energy) состоялось в 1946 году. Доля геотермальной энергии возросла с 43% в 1970 году до нынешнего уровня около 90%. В городах и поселениях страны эксплуатируется около 30 отдельных геотермальных систем централизованного теплоснабжения, а также около 200 небольших систем в сельской местности. Эти небольшие системы поставляют горячую воду отдельным фермам или группам ферм, а также летним домам, теплицам и другим потребителям. Reykjavík Energy использует низкотемпературные площади внутри и в окрестностях Рейкьявика, а также высокотемпературные месторождения в Несьявеллире (Nesjavellir), примерно в 27 км от столицы, с 1990 года, и в Хеллишейди (Hellisheidi) — с 2010 года. В этих населённых пунктах холодные грунтовые воды нагреваются на когенерационных электростанциях. Акюрейри (Akureyri) — это город с населением около 19 тыс. человек, расположенный на севере Исландии, который с конца 1970-х годов отапливается геотермальной энергией. Горячая вода подаётся в Акюрейри из шести различных геотермальных месторождений.

В Исландии природные горячие источники использовались на протяжении веков в основном для купания, а с начала прошлого века открытые бассейны набирают всё бóльшую популярность и теперь работают круглый год. В стране насчитывается около 165 рекреационных плавательных центров, 140 из которых используют геотермальное тепло для поддержания температуры воды 28–30°C. Большинство плавательных бассейнов открыто для публики в течение всего года. Только в районе большого Рейкьявика есть 14 общественных открытых бассейнов и несколько крытых. Самым крупным из них является Лаугардалслауг (Laugardalslaug) с 1500 м² открытых бассейнов, одним крытым бассейном площадью 1250 м² и пятью гидромассажными ваннами, где температура воды колеблется от 35 до 42°C. Число людей, посещающих этот комплекс ежегодно, составляет около 800 тыс. человек.

Среди других геотермальных бальнеологических объектов Исландии — знаменитое на весь мир озеро «Блауа Лоунид» (Bláa Lónið, «Голубая лагуна») со средней температурой 39°C (1,3 млн посетителей в 2017 году), купальня «Миватн» (Mývatn Nature Bath) рядом с одноименным озером в Бьярнарфлаге (Bjarnarflag) в северной Исландии, геотермальные ванны «Лаугарватн Фонтана» (Laugarvatn Fontana), «Гамла Лаугин» (Gamla Laugin — «Секретная лагуна») во Флудире (Flúðir), а также спа-центр NLFI и медицинская клиника в Хверагердисе (Hveragerdis).

Знаменитое на весь мир геотермальное озеро «Голубая лагуна» (Blue Lagoon), Исландия

В зимнее время геотермальная вода используется в Исландии для обогрева тротуаров и плавления снега. Этот вид использования постепенно расширялся, и сегодня почти все новые здания в районах с геотермальным отоплением имеют системы плавления снега. Общая площадь снегоплавильных систем в Исландии составляет около 1,2 млн м², в основном в столичном регионе. Отработанная вода из домов при температуре около 35°C используется для освобождения ото льда тротуаров и парковочных мест. В центре Рейкьявика под большинством тротуаров и на некоторых улицах была установлена система труб, охватывающая площадь 70 тыс. м² и рассчитанная на максимальную тепловую мощность 180 Вт/м², а годовое потребление энергии оценивается в 430 кВт·ч/м².

Озеро «Голубая лагуна» имеет идеальную для купания среднюю температуру воды +39 °C

Крупнейшим промышленным потребителем геотермальной энергии в Исландии является завод по сушке морских водорослей Торверк (Thorverk), расположенный в Рейхол-Ларе (Reykhólar) на западе Исландии. Компания с помощью специально разработанных комбайнов собирает морские водоросли с мелководья залива Брейдафьордур (Breidafjordur). Водоросли измельчают и сушат в ленточной сушилке, которая использует большой объём воздуха, нагретого до 85°C геотермальной водой. Завод работает с 1975 года и ежегодно производит около 4000 тонн муки из водорослей камнеломки и ламинарии.

В последние годы в Исландии были построены два соляных завода, использующих в своём производстве геотермальную энергию. Основное внимание уделяется производству «изысканной» поваренной соли. На заводах используют горячую геотермальную воду с температурой более 100°C для кипячения морской воды при температуре 51°C в субатмосферных условиях и сушки соли.

Отопление теплиц является одним из старейших и наиболее важных видов использования геотермальной энергии в Исландии после обогрева помещений. Естественная тёплая почва уже давно использовалась для выращивания картофеля и других овощей на открытом воздухе, а с 1924 года в Исландии началось геотермальное отопление теплиц. Большинство остеклённых теплиц находится в южной части страны. Отопительные установки состоят из гладких стальных труб, подвешенных на стенах. Также часто используется подогрев пола под столами или тёплые полы. При использовании электрического освещения вегетационный период продлевается до круглогодичного, что максимизирует использование теплиц и служит увеличению годового производства. Обогащение с помощью углекислого газа в теплицах широко распространено, главным образом за счёт использования CO₂, полученного на геотермальной станции в Хедаренди (Hæðarendi). Выращивание растений на открытом воздухе поддерживается в нескольких местах нагреванием почвы геотермальной водой, особенно ранней весной. Общая площадь теплиц в Исландии составляет около 200 тыс. м², включая пластиковые туннели для выращивания саженцев лесных растений. Из этой площади, которая не сильно изменилась за последние несколько лет, 50% используется для производства овощей, таких как помидоры, огурцы и перец, а на остальных разводятся цветы и горшечные растения. Общий годовой объём производства овощей в Исландии составляет около 18 тыс. тонн.

Томаты в геотермальной теплице на ферме Фридхеймар (Friðheimar), Исландия

Рыбоводство было медленно растущим сектором в течение ряда лет. Чаще всего разводят лосося и арктического гольца, за ними следуют форель и сенегальская камбала. В Исландии около 60 рыбоводных ферм, а общий объём производства в 2017 году составил около 21 тыс. тонн. Из этих рыбоводных хозяйств от 15 до 20 используют геотермальную воду. Геотермальная вода, обычно с температурой 20–50°C, применяется для нагрева пресной воды от 5 до 12°C в теплообменниках либо путём прямого смешивания для производства мальков. Основное применение геотермальной энергии в рыбоводном секторе Исландии — это производство смольта (молоди гольца и лосося). В наземных прудах геотермальная энергия также используется для дальнейшего выращивания молоди.

Таким образом, в Исландии имеется 28 городов и населённых пунктов, которые используют геотермальную энергию в основном для централизованного теплоснабжения, 23 — для купален и бассейнов, семь — для разведения рыбы, десять — для обогрева теплиц, 15 — для плавления снега и 16 — для промышленных целей, используя 12630 кг/с геотермальной воды. Сообщается о 126 действующих геотермальных тепловых насосах, включая вертикальные, горизонтальные и скважинные установки.

Конкретные цифры прямого применения следующие: 1650 МВт и 24604 ТДж/год на услуги централизованного отопления, 57 МВт и 668 ТДж/год для теплиц, 110 МВт и 2264 ТДж/год для рыбоводства, 80 МВт и 922 ТДж/год для промышленного применения, 260 МВт и 1889 ТДж/год для плавления снега, 210 МВт и 3232 ТДж/год для ванн и бассейнов и 5,6 МВт и 19 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов, что в общей сложности даёт 2373 МВт и 33598 ТДж/год [27].

8.9. Ирландия

В рамках обширных исследований, проводимых с начала 1980-х годов, в тёплых источниках были зафиксированы температуры от 13 до 24,7°C. Геологическая обстановка Ирландии такова, что геотермальные ресурсы классифицируются как низкопотенциальные с более низкой энтальпией. Средние геотермальные градиенты, зарегистрированные на юге, равны примерно 10°C на 1 км, и более высокие градиенты — на северо-востоке и в Северной Ирландии, где наблюдаются значения до 35°C на 1 км. Геотермальное теплоснабжение и охлаждение, по оценкам, составляют 3,3% от доли возобновляемых источников энергии в валовом конечном потреблении энергии в 2017 году, и 1,2% от общего объёма энергии составляет вклад возобновляемых источников в тепловую энергию, включая воздушные тепловые насосы.

Информация о крупномасштабных коммерческих системах в Ирландии доступна в отчётах Геотермальной ассоциации Ирландии (GAI), однако данные о многих установках (особенно новых) до сих пор неудовлетворительно документированы или вообще отсутствуют. Сведения Ассоциации тепловых насосов Ирландии (HPAI) по установке грунтовых тепловых насосов показывают снижение в 2018 году общего числа установленных систем с наземными источниками примерно до 150 единиц, что в среднем составляет 1,2% по сравнению с последним отчётом в 2015 году. Теперь, с момента введения схем государственной финансовой поддержки в 2018 году, можно ожидать, что темп роста увеличится.

Общее количество тепловых насосов, установленных в Ирландии в 2018 году, оценивается примерно в 181 тыс. единиц, из которых чуть менее 10% приходится на наземные источники. На рынке низкотемпературной геотермальной энергии в Ирландии по-прежнему доминирует жилой сектор (около 85%). В коммерческом и промышленном секторах наблюдается невысокий уровень использования (14% и 4%, соответственно).

Наиболее распространёнными остаются системы с промежуточной установленной мощностью от 10 до 24 кВт, но заметно снижение темпов роста. В крупномасштабных системах с грунтовыми источниками преобладает установки коллекторов с разомкнутыми контурами, но и количество крупномасштабных коллекторов с замкнутым контуром увеличивается. Мощность большинства устанавливаемых систем для отопления и охлаждения — в диапазоне от 60 до 250 кВт.

Итак, геотермальные тепловые насосы установлены в 88 локациях по всей Ирландии, что оценивается по мощности в 7,64 МВт и потреблению в 37,05 ТДж/год на охлаждение; 193,23 МВт и 936,95 ТДж/год на отопление. Суммарно это составляет 200,87 МВт и 974 ТДж/год [28].

Горячий источник Терме-ди-Сатурния (Terme di Saturnia) в Южной Тоскане, Италия

8.10. Италия

В Италии насчитывается 37 геотермальных объектов прямого использования, пять из которых предназначены для централизованного отопления, пять — для индивидуального отопления помещений, один — для промышленных целей, шесть — для рыбоводства, четыре — для обогрева теплиц и 16 — для ванн и бассейнов. Основная доля геотермального тепла прямого использования приходится на сектор отопления помещений (42% от общей энергии, 52% от общей установленной мощности), за которым следуют термальная бальнеология (32% для обоих значений) и рыбоводство (18% и 9%, соответственно). Сельскохозяйственное применение, промышленные процессы и другие незначительные виды использования вместе составляют около 8% от общего объёма применения геотермальной энергии. Что касается грунтовых тепловых насосов (GSHP), то они составляют 38% от общей установленной мощности и около 30% в энергетическом выражении. Системы централизованного теплоснабжения составляют около 8% от общего объёма использования геотермального тепла. Основные системы находятся в Тоскане, в зоне производства геотермальной электроэнергии. Горячие воды, используемые для питания сетей централизованного теплоснабжения, добываются теми же глубокими скважинами, питающими электростанции, и поставляются в виде отработанной воды или полезного пара. Другая важная система геотермального теплоснабжения в коммуне Феррара (Ferrara) мощностью 14 МВт с двумя добывающими скважинами глубиной около 2 км производит горячую воду под давлением почти при 100°C, которая затем вновь закачивается в третью скважину.

Две другие системы, заслуживающие упоминания, находятся в Милане, где для подачи тепла в сеть используются грунтовые тепловые насосы, и в Баньо-ди-Романья (Bagno di Romagna).

Следует отметить, что средние коэффициенты использования установленной мощности, как для GSHP, так и для централизованного отопления, составляют примерно CF = 0,19, в то время как общий геотермальный годовой CF равен 0,24 из-за высокой эквивалентной продолжительности рабочего времени в рыбоводстве (0,49), промышленных процессах (0,28) и сельском хозяйстве (CF = 0,28).

Горячий источник Терме-ди-Сатурния

В целом по стране расходуется на: индивидуальное отопление помещений — 75 МВт и 548 ТДж/год; централизованное отопление — 15 МВт и 863 ТДж/год; отопление теплиц — 67 МВт и 581 ТДж/год; рыбоводство — 130 МВт и 2019 ТДж/год; тепловые промышленные процессы — 150 МВт и 139 ТДж/год; бассейны — 456 МВт и 3501 ТДж/год; а также ГеоЭС — 532 МВт и 3265 ТДж/год. В итоге общая мощность по стране составляет 1425 МВт и 10916 ТДж/год [29].

8.11. Нидерланды

Разработка геотермальной энергии прямого использования в Нидерландах касается глубинной геотермальной энергии (Deep Geothermal Energy, DGE), геотермальной энергии неглубоко залегающих источников (SGE), включая подземные хранилища тепловой энергии (Underground Thermal Energy Storage, UTES), и грунтовые тепловые насосы (GSHP).

В настоящее время существует 21 глубинный проект с данными по потреблению и общей мощности приблизительно 317 МВт и 3600 ТДж/год. Количество систем SGE также продолжало расти. В начале 2019 года было введено в эксплуатацию 2368 АТES и 60354 системы GSHP. 99% этих проектов имеют дело с низкотемпературными ресурсами (25°C). Однако растёт интерес к высокотемпературным водоносным горизонтам (High-Temperature Aquifer Thermal Energy Storage, HT-ATES) с температурой более 60°C, и разработаны новые пилотные проекты.

«Неглубокая» геотермальная энергия состоит из грунтовых тепловых насосов (GSHP) и подземных хранилищ тепловой энергии (UTES). Системы GSHP ориентированы только на теплоснабжение или холодоснабжение из грунта и энергоснабжение зданий, в то время как UTES спроектированы как сезонные теплои холодохранилища и работают как аккумуляторы.

Буровая установка геотермального проекта RCSG в Рейсвейке (Rijswijk), Голландия

В подземных системах хранения тепловой энергии преобладают открытые системы, которые используют водяные скважины для хранения тепла и холода. Эта технология называется накоплением тепловой энергии в водоносном горизонте (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES). Закрытая версия называется скважинным накопителем тепловой энергии (Borehole Thermal Energy Storage System, BTESS) и использует скважинные петли для обмена теплом и холодом из грунта. Типичные температурные диапазоны для хранения энергии составляют от 7 до 17°C. Чем ниже температура прямого охлаждения, тем более высокая температура отбора будет использоваться тепловыми насосами для доведения температуры до 45°C в отопительных целях. Ожидается, что рост числа систем ATES продолжится благодаря их вкладу в достижение целей, установленных Парижским соглашением по климату, а также потому, что они являются экономически привлекательной альтернативой традиционным методам отопления и охлаждения.

Развивающееся в Нидерландах высокотемпературное хранение HT-ATES — это технология, сравнимая с ATES, но температуры хранения колеблются от 30 до 90°C. Высокотемпературное хранение подходит для мест с избытком тепла или ожидаемым высоким спросом на тепло. Оно всё чаще рассматривается как выбор для жилых или садоводческих районов.

HT-ATES с температурой хранения более 30°C был реализован только в шести проектах. Первый соответствующий проект HT-ATES в Нидерландах был установлен в районе Бейум (Beijum) города Гронинген (Groningen) — ещё в 1985 году было осуществлено хранение солнечного тепла 60°C с использованием скважинного хранилища тепла TES.

Первые проекты HT-ATES были осуществлены в Университете Утрехта в 1991 году и в учреждении здравоохранения в городе Цваммердаме (Zwammerdam) в конце 1990-х годов — они сводились к хранению 90-градусного тепла из когенерационной установки (Combined Heat and Power, CHP) с использованием ATES. Кроме того, за последние 15 лет были построены четыре среднетемпературные системы хранения (менее 50°C).

Таким образом, тепличное отопление в стране потребляет 230 МВт и 3731 ТДж/год, централизованное теплоснабжение — 3,15 МВт и 63 ТДж/год, а геотермальные тепловые насосы — 1486 МВт и 4550 ТДж/год. В общей сложности: 1719,15 МВт и 8344 ТДж/год [30].

8.12. Норвегия

Северные страны были в числе ведущих по использованию систем грунтовых тепловых насосов замкнутого контура (GHP). Одиночные U-образные коллекторы в заполненной водой скважине без цементации диаметром 115 мм являются доминирующим решением для скважинных теплообменников (BHE). Многие крупные грунтовые установки являются скважинными накопителями тепловой энергии (BTESS) для отопления и охлаждения. Эти системы в Норвегии проектируются с дисбалансом между нагревом и охлаждением из-за превышения требований к теплу над требованиями к охлаждению. Тем не менее, пиковые нагрузки для охлаждения могут быть существенно выше пиков нагрева. В новых зданиях, таких как Zero Energy Building (ZEB) Kjørbo, размеры скважинного парка определялись для обеспечения потребностей в охлаждении путём свободного охлаждения. Среди зарегистрированных установок 1100 являются крупными, состоящими из более четырёх BHE (СТО), или открытыми системами с прямым использованием подземных вод.

«Энергодом» Kjørbo (Саннвика, Норвегия) вырабатывает в год около 230 МВт электроэнергии

Тенденция внедрения крупных установок аналогична таковой для всех установок: с увеличением их числа вплоть до 2015 года, но с последующим снижением. Максимальное количество крупных систем было достигнуто в 2014 и 2015 годах, когда было зарегистрировано 109 новых крупных установок. Является ли снижение числа зарегистрированных установок в последние годы реальным или просто связано с заниженной отчётностью, неизвестно. Возможным объяснением снижения продаж могло стать сокращение субсидий со стороны норвежского энергетического предприятия Enova, ответственного за продвижение «чистой» энергии, с €10 тыс. до €1000. Ещё одной тенденцией является снижение количества BHE в крупных установках. В среднем такие установки, как сообщалось в 2018 и 2019 годах, состояли из десяти BHE.

Сокращение, вероятно, связано с увеличением длины скважинных теплообменников. Новые грунтовые установки чаще всего представляют собой интегрированные скважинные системы хранения тепловой энергии (BTES), то есть комбинированные с солнечными коллекторами, воздушными тепловыми насосами или технологией накопления тепловой энергии за счёт использования веществ с фазовым переходом (Phase Change Material, PCM). Эта интеграция ограничивает тепловую или холодильную нагрузку на теплообменник. Имеется 25 установок GHP, где общая длина стволов скважин составляет более 10 км. Глубины этих BHE колеблются от 160 до 300 м, а количество скважин в каждом месте находится в пределах от 38 до 180 м.

Таким образом, геотермальная энергия в Норвегии используется непосредственно на отопление в Международном аэропорту Осло (0,18 МВт и около 1,2 ТДж/год) и до 1150 МВт и 12600 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов, давая в общей сложности 1150,18 МВт и 12601,2 ТДж/год [31].

Геотермальный курорт Fjord Spa

8.13. Португалия

Прямое применение на материке и на Азорских островах ограничено небольшими системами централизованного теплоснабжения и главным образом бальнеологией. Два основных предприятия централизованного теплоснабжения задействованы в термальных ваннах: первое — в Шавеше (Chaves), Северная Португалия, где специальная скважина глубиной 150 м при температуре 76°C используется в небольшой сети централизованного теплоснабжения (бассейн и отель). Ещё одна скважина глубиной 208 м и с температурой 74°C используется для нагрева водопроводной горячей воды, питающей термальную ванну, а также централизованную тепловую сеть. Третья скважина (68°C, глубиной 100 м) поддерживается в качестве резервной. Другое предприятие находится в Сан-Педру-ду-Сул (Saint Pedro do Sul). Это главный португальский спа-центр, и он имеет один наклонный колодец (69°C, глубиной 500 м) с артезианским потоком, который снабжает термальную ванну, а также используется в небольшой отопительной системе в двух отелях и внутри спа-центра.

Термальный источник на острове Со Мигель (Азорский архипелаг, Португалия)

Несколько небольших систем центрального теплоснабжения работают в Калдеш-де-Монсао (Caldas de Monção), Термас-да-Лонгройва (Termas da Longroiva) и Алькафаче (Alcafache) на материке, а также в отелях Furnas на острове Со Мигель (São Miguel, Азорский архипелаг). Бальнеологические мероприятия с использованием термальных минеральных вод довольно популярны в Португалии в лечебных и туристических целях. Около 30 термальных ванн работают легально. Большинство открыты только летом, но некоторые из них работают круглый год. Вся бальнеологическая деятельность осуществляется под строгим медицинским контролем.

С 2004 года Институт INOVA и правительство Азорских островов предприняли ряд инициатив и исследований, позволяющих эксплуатировать и оценивать низкотемпературную геотермию Азор, включая туристическую деятельность и бальнеологию. В этой связи были пробурены новые неглубокие скважины в Феррарии (Ferraria), Варадуро (Varadouro) и Карапачо (Carapacho). Согласно последним данным Европейской ассоциации тепловых насосов (EHPA), в 2014 году в Португалии не было новых продаж грунтовых тепловых насосов. Совокупные продажи до 2014 года составили около 54 единиц (0,65 МВт). Учитывая типичные значения, усреднённая установленная мощность равна 12 кВт, с рабочим временем 1340 ч и типичным сезонным коэффициентом полезного действия (SPF), равным 3,425. Трудно проследить эволюцию новых проектов, касающихся GHP, поскольку в Португалии до сих пор нет законодательства, требующего регистрации такого рода проектов, особенно в отношении жилого сектора. Вполне возможно, что с каждым годом устанавливается всё большее количество небольших установок, но они не регистрируются.

Существует 21 объект использования геотермальной энергии на материковой части Португалии и три на Азорских островах, в основном для ванн и бассейнов, но также несколько для обогрева теплиц и централизованного теплоснабжения. Сообщается, что в стране установлено 90 единиц GHP, однако существует множество недокументированных установок. Спа и бальнеология потребляют 14,7 МВт и 280,5 ТДж/год, теплоснабжение 3 МВт и 95,3 ТДж/год, тепличное отопление 1 МВт и 15,8 ТДж/год и грунтовые тепловые насосы 2,36 МВт и 14,9 ТДж/год. В общей сложности: 21,06 МВт и 406,5 ТДж/год [32].

Природный термальный источник в провинции Гранада (Granada) в Андалусии, Испания

8.14. Испания

В Испании нет высокоэнтальпийных геотермальных установок. В стране всё ещё разрабатывается неглубокая геотермальная энергия. Открытые системы с геотермальными тепловыми насосами (GHP) широко применяются уже много лет. Закрытые системы начали внедряться в 2000 году, как в зданиях, так и в промышленности. Несмотря на финансовый крах строительного сектора, установка систем GHP сохраняла тенденцию роста, хотя и медленнее, чем хотелось бы, учитывая существующие мощности и потребности в энергии. Системы GHP устанавливались во всех типах зданий, как новых, так и переоборудованных. Кроме того, государство всё больше склоняется к установке систем GHP в общественных зданиях в соответствии с концепцией «Здание с почти нулевой энергией» (Nearly Zero-Energy Buildings, NZEB), продвигаемой Европейским союзом. Она также благоприятствует развитию геотермальных систем такого типа в Испании.

Применение геотермальной энергии для отопления и охлаждения зданий должно играть важную роль в рамках будущего испанского Закона об изменении климата и энергетическом переходе (La Ley de cambio climático y transición energética el Gobierno aprobará una Estrategia de Descarbonización) с целью содействия выполнению обязательств Испании в области энергетики и изменения климата.

Расчётное потребление геотермальной энергии в Испании по категориям использования на основе данных WGC 2015 [33] и ограниченных данных для WGC 2020 [34] следующее: 5,2 МВт и 133,6 ТДж/год для индивидуального отопления помещений; 22 МВт и 165,4 ТДж/год для обогрева теплиц; 3,8 МВт и 92 ТДж/год для купален и бассейнов; 513 МВт и 3542 ТДж/год для геотермальных тепловых насосов. Это даёт в общем для страны 544 МВт и 3933 ТДж/год.

В каждой стране Скандинавии прекрасно развита бальнеологическая инфраструктура

8.15. Швеция

В Швеции геотермальная электроэнергия не производится, и единственной геотермальной станцией, отвечающей некоторым критериям глубинной геотермальной установки, является Лундская геотермальная теплонасосная станция на юго-западе Швеции. Она работает с середины 1980-х годов. Четыре добывающие скважины первоначально производили 450 л/с (1620 м³/ч) при температуре 22°C. Температура в добывающих скважинах, наиболее близких к скважинам закачки, находится под влиянием закачки холодной воды уже более 30 лет, но самые дальние скважины менее подвержены такому воздействию. Температура снизилась примерно на 10°C. Геотермальные воды используются в качестве источника тепла для двух тепловых насосов, которые имеют совокупную мощность 47 МВт. На пике своего развития в 1993 году станция производила 350 ГВт·ч тепла, обеспечивая 40% энергии в системе централизованного теплоснабжения города Лунда (Lund).

В период с 2015 по 2018 годы выработка тепла составляла от 95 до 131 ГВт/год. Снижение добычи происходит в основном за счёт увеличения количества отработанного тепла и выработки тепла когенерации в других частях системы централизованного теплоснабжения и не связано с мощностью геотермальных скважин. В общей сложности предприятие выработало 7,7 ТВт·ч тепла с момента начала своей работы в 1980-х годах.

Типичная шведская система извлечения неглубокой геотермальной энергии представляет собой заполненную грунтовыми водами вертикальную замкнутую систему грунтового теплового насоса (GSHP), пробуренную в кристаллической породе и используемую только для извлечения тепла. Тепловой насос обычно имеет электрический привод и используется как для отопления помещений, так и для снабжения бытовой горячей водой. Эти системы, в основном используемые для небольших и средних систем отопления жилых зданий, иногда подзаряжаются за счёт тёплого воздуха или солнечной энергии. Около 20–25% всех неглубоких геотермальных систем в Швеции представляют собой горизонтальные контуры в мягком грунте на глубине около 1 м. Эти системы обычно используются только для отвода тепла и замораживают влагу в земле вокруг подземных контуров, используя энергию фазового перехода. Горизонтальные контуры лучше всего работают в мелкозернистой почве с высокой пористостью и влажностью. Они наиболее распространены на юге Швеции, где температура почвы выше и толстые слои почвы покрывают твёрдую породу.

Рынок для подземных тепловых энергетических хранилищ (UTES), где активно накапливается тепло и холод, в последние десятилетия постоянно растёт. Данные Шведской ассоциации тепловых насосов (SHPA) о продажах показывают, что в настоящее время в Швеции установлено около 590 тыс. грунтовых тепловых насосов, из которых примерно 140 тыс. — это системы с горизонтальными контурами, а около 10 тыс. — открытые теплонасосные системы, использующие грунтовые или поверхностные воды. Многие открытые системы, малые и большие, были установлены в 1980-х годах. Сегодня ежегодно добавляется от пяти до десяти новых установок, в основном крупных — более 100 кВт. Общее количество грунтовых теплонасосных установок в диапазоне мощностей от 3 кВт до 1 МВт, проданных за последнюю пятилетку, составляет около 140 тыс. единиц, из которых около половины — новые системы GSHP, а остальные — заменённые тепловые насосы в старых системах.

За последние пять лет устанавливалось в среднем 14,5 тыс. новых систем GSHP в год с незначительной тенденцией к снижению. В 2019 году это число составило 12 тыс. Количество проданных небольших установок демонстрирует тенденцию к снижению в последние несколько лет, поскольку рынок для односемейных зданий насыщается. С другой стороны, продажи более крупных систем растут. Вертикальные скважины в горных породах и грунтовых водах также используются для охлаждения, например, в телекоммуникационном и промышленном секторах. Есть также несколько крупных грунтовых тепловых насосов, работающих в сетях централизованного теплоснабжения по всей Швеции. В 2012 году эти установки обеспечили около 0,65 ТВт·ч для шведской централизованной теплосети. Количество зарегистрированных скважинных систем хранения тепловой энергии (BTES) общей протяжённостью 10 км и более увеличилось в 3,6 раза — с 21 в 2015 году до 76 систем в 2019 году. Зарегистрированное количество систем грунтовых тепловых насосов и BTES с общей протяжённостью 1 км и более составляет 3970, а также имеется 1701 зарегистрированная система с десятью и более скважинами. Увеличение достигло 40% с 2015 года, когда эти цифры составляли 2883 и 1238, соответственно. По оценкам, 720 систем с более чем десятью скважинами предназначены для прямого применения BTES, как для отопления, так и для охлаждения, в то время как остальные применяются только для отопления в жилом секторе. Самая большая система BTES в Швеции в настоящее время находится на заводе Volvo Powertrain в городе Кепинге (Köping). Эта система включает в общей сложности 215 скважин со средней глубиной 270 м, что даёт общую длину скважин 58,2 км. Система была построена в 2015–2016 годах.

Геотермальные (грунтовые) тепловые насосы размещены в Швеции следующим образом: две единицы (47 МВт и 470 ТДж/год) в городе Лунд, а остальные цифры относятся ко всей Швеции: 440 тыс. малых вертикальных систем, производящих 44500 ТДж/год, 140 тыс. малых горизонтальных систем — 11100 ТДж/год, 10 тыс. малых систем водоснабжения — 1500 ТДж/год, системы ATES — 2400 ТДж/год и системы BTES — 25 ТДж/год. Общее количество блоков для всех систем составляет 591 тыс. с мощностью 6680 МВт и производительностью 62400 ТДж/год. Энергия охлаждения, производимая блоками ATES и BTES, составляет 3150 ТДж/год, но здесь она не учтена, так как в итоге «уходит» обратно в землю [35].

Крупнейший альпийский термальный курорт Лейкербад (Leukerbad), кантон Вале, Швейцария

8.16. Швейцария

Современные тенденции отдельных прямых геотермальных приложений показывают неуклонный рост по установке, тепловой мощности и производству тепла. На сегодняшний день в Швейцарии по-прежнему преобладают скважинные теплообменники с тепловыми насосами, за которыми следуют использование неглубоких подземных вод и бальнеология. Другие системы, в том числе использование глубоких водоносных горизонтов, были менее актуальны до 2018 года. Статистические данные по «скважинным теплообменникам» (Borehole Heat Exchangers, BHE) также включают редко используемые геотермальные «корзины» и грунтовые регистры. Число геотермальных тепловых насосов, которые в настоящее время всё чаще используются для отопления и охлаждения, неуклонно растёт. Плотность установленной мощности на единицу площади по-прежнему остаётся одной из самых высоких в мире (около 3,75 единиц на 1 к м² со средней мощностью 12 кВт). Единственная крупная геотермальная станция централизованного теплоснабжения находится в городе Риене (Riehen), недалеко от Базеля, на севере Швейцарии. Термальная вода добывается с 1994 года из водоносного горизонта глубиной около 1,5 км в районе зоны разлома на южной оконечности Верхнего Рейнского грабена, причём расход тёплой воды температурой 65°C первоначально составлял 20 л/с. В 1997 году сеть централизованного теплоснабжения была расширена до города Штеттена [Stetten, Леррах (Lörrach)], Германия. Эта система представляет собой один из первых объектов трансграничного прямого использования во всём мире. В 2010–2014 годах проект Riehen Plus расширил систему централизованного теплоснабжения. После установки нового насоса в мае 2014 года расход был увеличен до 23 л/с, а температура поднялась до 66°C. После теплообмена с термальной водой во вторичном контуре для достижения максимальной эффективности три тепловых насоса охлаждают её до температуры 25–30°C, и коэффициент полезного действия (КПД) системы достигает 6,5. До сих пор в сельском хозяйстве и промышленности Швейцарии не было использования глубинного геотермального тепла. Первый проект был построен в Шлаттингене (Schlattingen) в кантоне Тургау (Thurgau) и сейчас проходит обширные испытания. Одна из двух пробуренных скважин имеет длину почти 800 м и почти горизонтальный участок в пределах водоносного горизонта глубиной 1,5 км.

Следует отметить, что в Швейцарии проложено множество транспортных туннелей в скальных породах эпохи альпийского орогена и в окружающей холмистой местности, например, железнодорожный туннель Лешберг (Lötschberg) имеет протяжённость 34,6 км. Данные туннели отводят воду из окружающих скальных зон, и в результате значительное количество нагретой геотермальной воды течёт по туннелям к выходам. Строгое экологическое регулирование запрещает сброс большого количества тёплой воды в близлежащие реки. Вместо того, чтобы использовать энергию для охлаждения воды, этот энергетический ресурс может быть использован в различных приложениях: в Швейцарии данная «туннельная» вода используется для отопления помещений, теплиц, бальнеологии и рыбоводства. Самая простая и дешёвая форма использования воды в транспортных туннелях — это сбор и транспортировка приточных вод по каналам к выходам из туннелей. Когда уровень температуры туннельных стоков слишком низок для непосредственного применения (например, для централизованного теплоснабжения), используются тепловые насосы. В 2018 году тёплая вода из туннелей (с тепловыми насосами) производила 6,5 ГВт·ч, из которых 4,6 ГВт·ч были геотермального происхождения. В туннеле Лешберг дополнительные 2 ГВт·ч тепла использовались непосредственно без тепловых насосов для рыбоводства (компания Tropenhaus Frutigen). Вода в туннеле Летшберг у Северного выхода имеет расход около 1380 л/мин. и температуру около 16–18°C. В двух случаях, в автодорожных туннелях Готард (Gotthard) и Маппо-Мореттина (Mappo Morettina), вода также используется для охлаждения летом.

Скальные термальные воды в технических помещениях туннеля Лешберг

Скважинные теплообменники с тепловыми насосами находят в стране самое широкое применение, составляя 1843,8 МВт и 10733,8 ТДж/год или 83,9% по мощности и 80,8% по годовому использованию. GHP с использованием неглубоких подземных вод составляют 291,5 МВт и 1533,2 ТДж/год или 13% и 11,5%, соответственно, термальные ванны 23,3 МВт и 697,7 ТДж/год или около 1,3%, а также другие системы, включая туннельную воду, используют около 1,2% геотермальных тепловых насосов. Обобщая, 20,5 МВт и 598 ТДж/год используются для индивидуального отопления помещений, 2,7 МВт и 78 ТДж/год — на услуги централизованного отопления, 1,6 МВт и 48 ТДж/год — для купания и плавания и 2172 МВт и 12568 ТДж/год — для геотермальных тепловых насосов. Суммарно: 2196,8 МВт и 13292 ТДж/год [36].

8.17. Соединённое Королевство Великобритании и Северной Ирландии

Система теплоснабжения города Саутгемптона (Southampton) — единственный значимый пример использования низкоэнтальпийной геотермальной энергии в Великобритании. Она принадлежит компании Cofely District Energy. Эта схема была запущена в эксплуатацию в начале 1980-х годов, когда водоносный горизонт в триасовом песчанике, содержащий воду температурой 76°C, был обнаружен в Уэссекском бассейне (Wessex Basin) на глубине примерно 1,8 км. Строительство системы централизованного теплоснабжения началось в 1987 году, и с тех пор она расширилась и превратилась в комбинированную схему теплоснабжения для 3000 домов, десяти школ и многочисленных коммерческих зданий. В то время как газовая ТЭЦ в настоящее время обеспечивает бóльшую часть низкоуглеродистого тепла районной энергетической схемы, деньги из Глубинного геотермального фонда (DECC) были выделены на замену прежнего скважинного насоса с гидравлическим приводом современным электропогружным насосом.

Термальная ванна Минерва в спа-комплексе Thermae Bath Spa в городе Бате (Bath), Англия

Горячие источники в городе Бате (Bath) уже давно стали туристической достопримечательностью наряду с древнеримскими городскими постройками. После обширной реконструкции горячие источники продолжают пользоваться популярностью. Недавняя модернизация заключается в том, что каскадный поток из горячих источников, подаваемый в бани, будет использоваться для обогрева помещений в новой установке напольного отопления в соседнем аббатстве Бат (Bath).

В 2018 году начались работы по геотермальной скважине для снабжения недавно отремонтированного открытого бассейна с морской водой в Пензансе (Penzance) в Корнуолле. Первая скважина на эспланаде глубиной около 100 м была ликвидирована из-за попадания морской воды. Затем была предпринята попытка пробурить вторую скважину, которая достигла глубины примерно 400 м до столкновения со сложными условиями бурения. Однако наблюдался значительный приток воды при температуре около 25°C, поэтому в проект была добавлена система теплового насоса с открытым контуром. Ожидалось, что данный проект будет введён в эксплуатацию к сезону 2020 года.

В докладе EGC 2016 по Великобритании отмечено пробуждение интереса к возможному использованию заброшенных и затопленных угольных шахт и рудников в различных регионах страны, таких как Шотландия, Англия, Уэльс и Корнуолл. Также сообщается, что Британская угольная корпорация (British Coal) — так после 1986 года стало называться Национальное управление угольной промышленности (National Coal Board), которое в том числе заведует остановленными шахтами в Великобритании, разрабатывает геотермальный тепловой ресурс из 16 схем очистки шахтной воды.

В Южном Уэльсе, следуя технико-экономическим обоснованиям и отчётам, городской совет округа Бридженд (Bridgend) начал бурение в старых угольных шахтах в долине Ллинфи (Llynvi) с намерением отапливать более 200 домов.

Таким образом, следует резюмировать, что 1,7 МВт и 72,5 ТДж/год используются для централизованного отопления, приблизительно 1 МВт и 34 ТДж/год отводятся для бассейнов и 522 МВт и 4134 ТДж/год потребляются геотермальными тепловыми насосами. Суммарно: 524,7 МВт и 4240,5 ТДж/год [37].

Подготовка к бурению геотермальной скважины

Коэффициенты использования установленной мощности по странам

В табл. А1 приведены средние коэффициенты использования установленной мощности для всех стран, представленных во всех частях статьи. Они варьируются от 0,07 до 1,0. Более низкое значение КИУМ относится к странам, в которых преобладает применение геотермальных тепловых насосов, тогда как более высокие значения относятся к странам с высоким промышленным использованием или непрерывной эксплуатацией бассейнов для плавания. Геотермальные установки, применяющиеся для плавления снега и охлаждения, также имеют низкий КИУМ (0,189) из-за редкого использования.

Коэффициент использования установленной мощности (англ. Capacity Factor, CF) рассчитывается следующим образом:

КИУМ = 0,0317W/P,

где W — потребление энергии, ТДж/год; P — установленная мощность, МВт. Это число отражает процент эквивалентных рабочих часов при полной нагрузке в год, то есть если КИУМ = 0,7, то это эквивалентно 8760×0,7 = 6132 рабочим часам при полной нагрузке в год.

Продолжение следует.