Удается ли восстанавливать (пополнять) (и насколько) геотермальные ресурсы при перерывах в работе скважин в летний период однозначного ответа мы можем и не получить, т.к. глубинный массив грунта вокруг нагнетательной скважины однозначно будет прогреваться, а верхний остывать. В то же время нижний массив грунта вокруг эксплуатационной скважины может или повысить, или, вероятнее всего, понизить температуру, а верхний — понизить за счет рассеивания тепла в удаленные от скважины области. Здесь большое значение имеет наличие артезианских вод на глубинах 1 – 1,5 км, их температура и подвижность. Кроме того, сам коллектор отделенный от нижнего и верхнего горизонтов теплоизоляционными слоями глины может не получить ожидаемого (требуемого) количества тепла.
Рисунок 5 – Распределение температуры недр: 1 – на момент окончания эксплуатации; 2, 3 – соответственно через 8 и 32 года после окончания эксплуатации.
Приведенное на рисунке 5 распределение температур получено [10] решением уравнения теплопроводности по неявной схеме для следующих исходных данных: глубина нейтрального слоя 25 м, температура нейтрального слоя 3 ⁰С, глубина залегания эксплуатируемого коллектора 3 км, мощность коллектора 300 м, начальная температура пород 250 ⁰С, минимальная температура ПТК (в окрестности нагнетательной скважины) 65 ⁰С, период установления минимальной температуры 1 год, продолжительность эксплуатации ПТК 10 лет, максимальная глубина расчета температур 6 км.
Результаты расчета (рис. 5) показывают, что если в период эксплуатации зона температурного возмущения распространяется на сравнительно небольшое расстояние от коллектора, то в период восстановления она довольно быстро охватывает значительную толщу вмещающих пород. Однако изменения температуры приповерхностных слоев невелики и вряд ли могут представлять какую-либо опасность для окружающей среды. Очевидно, они могут заметно влиять на температуру нейтрального слоя только при сравнительно небольшой глубине залегания эксплуатируемого горизонта, что встречается редко на практике.
Как видно из рисунков 4 и 5, геотермальное месторождение только условно можно считать возобновляемым источником энергии из-за того, что при его полной или частичной выработке восстановление ресурса тепла идет очень медленно — дольше жизни одного поколения, когда наиболее дорогая часть работ (пробуренные скважины) практически не имеют ликвидной стоимости.
Несмотря на это использование геотермальной энергии в России может быть весьма существенно, поскольку Россия обладает высоким потенциалом геотермальной энергии, а Западная Сибирь является самым богатым регионом страны по её запасам. Считается, что если температура геотермальных источников, при низкой плотности проживания, превышает 100 ⁰С, то выгодна генерация электрической энергии на геотермальных электростанциях (ГеоЭС). Если температура немного меньше 100 ⁰С, то горячая вода может быть использована для теплоснабжения, а при пониженных температурах необходимо использование тепловых насосов (ТН).
Температура геотермальных источников в Новосибирской области достигает 39 ⁰С, а в Томской области — 85. В Омской области 72 % территории имеют под собой геотермальные воды, особенно в юго-восточных районах, где температура воды достигает 65 оС [11].
Запасы большинства геотермальных месторождений на Камчатке также имеют низкие и средние температуры, что не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями. Это на протяжении десятков лет тормозило развитие геотермальной энергетики.
Выход из тупика был найден в Институте Проблем Геотермии ДНЦ РАН, где выяснили, что на многих эксплуатируемых геотермальных месторождениях устьевые избыточные давления превышают 5 – 10 МПа (50 – 100 кгс/см2) и более, и такие воды содержат значительное количество растворенных газов органического происхождения, доходящее до 4 – 5 м3/м3 и более. Ученые выяснили, что содержание метана в этих водах превышает более 90 %. И до сих пор при эксплуатации месторождений эти виды энергий не утилизировались должным образом.
Ученые Института, исходя из конкретных параметров геотермальных источников, разработали технологию оптимальной утилизации энергии термальных вод и повысили термодинамическую эффективность процесса.
Эта цель ими была достигнута путем передачи через промежуточные теплообменники тепловой энергии геотермальной воды вторичному теплоносителю с использованием в качестве дополнительного источника энергии химической энергии растворенных газов.
Передача осуществляется посредством использования первичного и вторичного сепараторов. Отличительной особенностью их технологии является то, что в качестве дополнительного источника энергии используется сопутствующая потенциальная энергия геотермальной воды. В качестве преобразователей потенциальной энергии используется детандер и компрессор на одном валу, а для использования энергии растворенных газов используется газгольдер и газораспределительный пункт.
Таким образом, на основе данной технологии появилась возможность эффективно развивать геотермальную энергетику низких и средних температур, которая будет конкурентоспособна с энергетикой, использующей топливо на основе углеводородов [12].
Также существенным минусом геотермальных станций, использующих месторождения с низким температурным потенциалом — станций теплоснабжения является то, что для циркуляции теплоносителей (горячих рассола и воды) требуется сторонний источник электроснабжения.
И в то же время климатические условия для ГеоЭС в средней полосе России уникальны, из-за аномально низких температур. Это позволяет снизить температуры конденсации, особенно зимой, что может дать прирост (на 20 – 40 %) в выработке электроэнергии по сравнению с ГеоЭС, которые расположены в районах жаркого и умеренного климата.
Использование геотермального тепла зимой могло бы обеспечить выработку разнообразных видов энергии для организации различной производственной деятельности. Но для этого геотермальной энергетике, чтобы стать эффективной на территории России требуется решить ряд сложных задач.
Как видно из изложенного, солнечное излучение и геотермальное тепло могут стать источниками энергии для систем энергоснабжения в России, круглогодично обеспечивая децентрализованные территории энергией соответствующего вида и потенциала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Никонов А. «Прощай, немытая Россия!» / А. Никонов // Огонек. 1996. № 8. С 58 – 61.
2 Пантелейкин Е. Владимир Кирилин: «Первый шаг к глубокой переработки мягколиственных пород древесины» / Е. Пантелейкин // Промышленные страницы Сибири. 2008. № 2. С 22 – 24.
3 Новые явления в энергетике капиталистического мира / Ред. коллегия Е.М.Примаков, Л.М.Громов, Л.Л. Любимов. М.: Мысль. 1979. 279 с.
4 Макаров А.А. Топливно-энергетический комплекс / А.А. Макаров, А.Б. Вигдорчик М.: Наука, 1979. 279 с.
5 Мастепанов А.М. Экономика и энергетика регионов Российской Федерации / А.М. Мастепанов, В.В. Саенко, В.А. Рыльский и др. М.: Экономика, 2001. 476 с.
6 Изобретатель и рационализатор. 2007. № 5. С 10.
7 Лебедь Д.В. Использование биотоплива. Методические подходы к определению экономической эффективности инвестиций / Д.В. Лебедь // Промышленная энергетика. 2007. № 7. С. 45 – 47.
8 Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ) Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.
9 Всемирный геотермальный конгресс WGC-2005 // Теплоэнергетика. 2006. №3. С 78 – 80.
10 Дядькин Ю.Д., Парийский Ю.М. Извлечение и использование тепла Земли. Л.: 1997.
11 Лебедев В. М. Теплоэнергетика региона.– Омск, 1998. – 102 с
12 Обзор новостей Новое применение энергии геотермальных вод готовят российские ученые // Новая энергетика. 2003. № 2. С. 52.
Автор: Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР.
Тел дом. (3812) 60-50-84, моб. 8(962)0434819
E-mail: genboosad@mail.ru
Для писем: 644053, Омск-53, ул. Магистральная, 60, кв. 17.
