Геотермальные электростанции могут успешно дополнить ГЭС

Тема обеспечения энергетической независимости Таджикистана присутствует практически во всех программных заявлениях таджикского президента. Мы ждем — не дождемся начала эксплуатации Сангтудинской ГЭС-1, начала строительства Рогунской ГЭС других крупных энергообъектов.
Между тем, по-прежнему игнорируется возможность параллельного освоения альтернативных энергоисточников, в большом количестве присутствующих в стране. К их числу также относится геотермальная энергетика, активно осваиваемая в мире и странах СНГ. Об этом в статье нашего московского эксперта…
Одним из перспективных направлений альтернативной энергетики считается использование геотермальных источников. Это довольно большой класс источников энергии, который основан на том, что температура земной коры возрастает на 1 градус Цельсия на каждые 30-40 метров глубины.
Потому в числе геотермальных источников используются: геотермальная вода и пар, сухие горячие горные породы. В перспективе ожидается использование теплоты магмы.
Геотермальные источники используются как для производства энергии, так и для водяного отопления. В 2004 году в мире использовалось 27,8 млн. кВт геотермальных источников (учтено производство тепловой и электрической энергии), в том числе 8,9 млн. кВт установленной мощности электростанций.
Лидерами в использовании геотермальных источников в энергетике являются Филиппины (20% всей выработки энергии), США, Индонезия и Мексика.
Таджикистан сидит на геотермальных источниках
К числу стран, которые обладают собственными геотермальными источниками, относится и Таджикистан. Они были открыты в 1947-1949 годах в окрестностях Ура-Тюбе (нынешний Истаравшан), при геологической разведке на нефть, проводимой Геологическим институтом Таджикского филиала Академии Наук СССР.
С тех пор геотермальные источники были открыты практически во всех районах страны. К настоящему времени в Таджикистане изучено 5 гидрогеологических массивов, в которых насчитывается 35 геотермальных источников. Есть перспективы дальнейшего геологического изучения гидрогеологических массивов.
Все ныне известные геотермальные источники в Таджикистане относятся к категории низкотемпературных, так как даже самый горячие геотермальные воды (например, на площади Теболай в окрестностях г. Куляб), не поднимаются выше 115 град. С.
Но большинство из них имеет большое избыточное давление, достигающее иногда 40 атмосфер и большие дебиты вод (излияние или выкачивание воды в единицу времени), достигающие 30 литров в секунду. Подобный дебит позволяет получать энергию без насосов, что отражается на ее себестоимости.
Лечебницы вместо энергии
К сожалению, геотермальные источники в Таджикистане никогда не рассматривались в качестве источника энергии. Некоторые источники (например, Обигарм и другие) использовались и используются только в лечебных целях.
В советское время считалось, что таджикские геотермальные воды могут использоваться только для горячего водоснабжения и теплофикации. Наиболее перспективными для такой цели назывались площади Шаамбары, Калайзанку, Обигарм, Явроз, Орджоникидзеабадская, Комсомольская, Гумбулак, Дангара и Теболай.
Эти месторождения находились поблизости от населенных пунктов, что и давало возможность провести теплофикацию части этих городов. К примеру, делались расчеты, согласно которым ресурсов Комсомольской гидрогеологической площади достаточно для отопления 10 домов с одновременным горячим водоснабжением 30 домов по 32 квартиры каждый.
Остальные источники и гидрогеологические площади вообще остаются без внимания. В рамках советской экономики, когда зимнее энергопотребление республики обеспечивалось привозным мазутом, углем и газом, геотермальным источникам не было места, несмотря на то, что многие из них могли быть использованы для теплофикации населенных пунктов.
Современное состояние энергетики Таджикистана заставляет по-иному отнестись к перспективам использования геотермальной энергии. Основная причина нынешних регулярных зимних энергетических кризисов в стране заключается в сезонных колебаниях уровня водохранилищ и, как следствие, колебаний выработки электроэнергии.
Для преодоления зимних кризисов необходим ввод электростанций, которые не зависят от сезонных колебаний водохранилищ. Это в первую очередь тепловые ГРЭС, тем более что в республике есть достаточные залежи угля и в этом плане она независима.
Одна ГРЭС мощностью в 500 тысяч кВт смогла бы практически ликвидировать периодические энергетические кризисы.
Энергетическая система Таджикистана станет более устойчивой от внешних факторов, если понизить долю гидроэнергии с современных 99% до 70-75%. Оставшиеся 25-30% могут быть восполнены энергией тепловых или солнечных электростанций.
Ранее, мной рассматривались перспективы развития в Таджикистане тепловой энергетики, базирующейся на таджикских угольных месторождениях. С учетом того, что Таджикистан обладает геотермальными источниками, часть электроэнергии может вырабатываться на геотермальных электростанциях (ГеоЭС).
Перспективы использования геотермальной энергии, с учетом накопленного мирового опыта, в том числе и в России (геотермальная энергия используется на Камчатке, в Ставропольском крае, Дагестане), не кажутся фантастическими. Имеющиеся в мире технологии позволяют использовать геотермальные источники даже при небольших ресурсах Таджикистана.
Геотермальное богатство Таджикистана
Каким геотермальным потенциалом обладает Таджикистан? Сведения о наиболее изученных площадях можно изложить в такой таблице:

Площадь

Область или регион

Дебит (л/сек)

Температура (градусов С)

Соленость (гр/л)

Хаватаг

Истаравшан

28-47

4,2

Калайзанку

Джиргиталь

—

1,4

Каратаг

Душанбе

0,2

29,1

Шаамбары

11-15

—

Зап. Лучоб

1,4-3

23,4-29,1

Комсомольская

1,4-13,6

39-64

18,6-29,7

Андыген

Вахдат

07,-13,9

32-52

22,2-46,7

Орджоникидзе-абадская

45,5

2,8

Гумбулак

0,4-14

38-42

2,2-10,2

Ренган

Рудаки

Карасырт

22,5

15,3

Дангара

Хатлонская

14,2-31,5

Юж. Дегимахмуд

—

66,4

10,4

Теболай

—

115

—

Джиланды

Бадахшан

—

Токузбулак
Большая часть из этих месторождений геотермальных вод представляет собой гидрогеологические площади, на которых воды залегают на глубине свыше 1000 метров.
Эта таблица, в некотором роде, краткий справочник сведений, накопленных советскими геологами о гидрогеологических площадях в Таджикистане. При более детальной и тщательной разведке этих площадей, а также перспективных районов, могут быть выявлено большее количество гидрогеологических площадей. Уже в советское время было открыто 35 месторождений и источников, и, по всей видимости, это не предел.
Часть геотермальных месторождений обладает низкой соленостью, в пределах 10 грамм/литр, что делает возможным прямое использование воды в энергетических и отопительных установках. Для всех остальных месторождений с высокой соленостью, которая приближается к солености морской воды, требуется энергетические установки бинарного цикла.
В мире на этом делают электроэнергию
Между тем, современные технологии использования энергии геотермальных вод, которые активно развивались в мире, ориентированы в первую очередь на производство электроэнергии.
Первая ГеоЭС, введенная в строй в Италии в 1904 году, имела мощность в 250 кВт. Однако долгое время инженеры не могли сконструировать турбину, пригодную для использования влажного, низкотемпературного пара низкого давления, который обычно получается с геотермальных источников.
Эта проблема была решена вместе с разработкой турбин для водоводяных энергетических реакторов (ВВЭР) и турбин для атомных подводных лодок.
Первая в СССР ГеоЭС – Паужетская, введенная в строй в 1966 году, использовала пар с температурой 110 град. С и давлением в 2 атм. Использование такого пара стало возможно с помощью строительства особой турбины, в которой первые ступени турбины имели длинные лопатки (тогда как в турбинах высокого давления – наоборот, большие лопатки имеют последние ступени).
В 1967 году на Паратунской ГеоЭС впервые в мире был испытан бинарный цикл, когда геотермальная вода нагревала рабочее тело – фреон, переходивший в газовую фазу при температуре 78 град С.
Энергетическая установка бинарного цикла принципиально схожа с атомным реактором типа ВВЭР. Соленая нагретая вода обращается внутри первого контура установки. Первый контур нагревает жидкость с низкой температурой кипения, обращающийся во втором контуре, соединенном с турбиной и генератором.
Сколько это стоит?
Первая очередь Мутновской ГеоЭС на Камчатке, мощностью в 40 тыс. кВт, имеет стоимость 150 млн. долларов. Таким образом, стоимость установленного киловатта российского оборудования для ГеоЭС, составляет 3,7 тысяч долларов.
Израильская компания «Ормат» (www.ormat.com) разработала и запатентовала в 1993 году технологию использования геотермальной воды высокого давления, основанную на разделении геотермальной воды на пар высокого давления и рассол высокого давления, расширении пара высокого давления для получения сухого пара, который подается на турбину.
Электростанция мощностью в 35 тыс. кВт, поставленная фирмой «Ормат» в Никарагуа, обошлась в 35 млн. долларов. Стоимость киловатта установленной мощности израильского оборудования составляет 1 тыс. долларов.
Также оборудование ГеоЭС бинарного цикла на низкокипящих телах производится компаниями «Митсубиси» (Япония), «Бен Холт» (США) и «Барбер Николс» (США). Но лидером рынка является компания «Ормат», которая поставила оборудования для ГеоЭС, суммарной мощностью в 600 тысяч кВт.
Варианты для Таджикистана
По имеющимся данным экспертов, для того, чтобы отказаться от импорта электроэнергии, Таджикистану нужно дополнительно производить около 3 млрд. кВт/ч электроэнергии в осенне-зимний период.
Тепловая ГРЭС на угле мощностью в 500 тысяч кВт способна произвести до 2 млрд. кВт/ч в сезон (октябрь-март). Производство еще 200 млн. кВт/ч электроэнергии вполне можно возложить на ГеоЭС.
Для этого достаточно суммарной мощности станций в 30 тысяч кВт, которые обеспечат при работе в течение 7400 часов выработку 220 млн. кВт/ч.
Стоимость такой ГеоЭС при использовании израильского оборудования составит около 30 млн. долларов, при использования российского оборудования – 111 млн. долларов.
Стоит отметить, что нужно создавать целый комплекс вокруг геотермальных источников, в которых энергия и тепло подземной воды будет главным связующих звеном. То есть горячая вода в холодное время также должна идти на обогрев жилища и на тепличные хозяйства.
Кстати принимая во внимание инициативу президента Эмомали Рахмон по повышению производительности овощей и фруктов в стране для экспорта, развитие системы тепличного хозяйства при ГеоЭС стало бы хорошим вкладом в экономику страны.
Источники с высоким избыточным давлением, низким содержанием солей и температурой воды в 60-70 град. С могут отрабатывать высокое давление и температуру на станциях бинарного цикла, а в дальнейшем горячая вода может направляться в системы отопления населенных пунктов.
Опыт показывает, что геотермальные источники могут обеспечивать довольно мощную систему отопления. В Турции, по данным Министерства энергетики Турции, в 2000 году 20% потребления тепла приходилось на геотермальные источники, которым было обеспечено 11 городов и 500 тысяч кв. метров теплиц.
При использовании геотермальных вод с высоким содержанием солей, чащей всего применяется технология обратной закачки отработанной воды в пласт, для предотвращения падения давления и исчерпания запасов воды в гидрогеологической площади.
Этот способ утилизации отработанной воды, в сочетании с замкнутым циклом первого контура установки бинарного цикла: пласт – установка – пласт, считается наиболее экологически безопасным при эксплуатации геотермальных источников.
ГеоЭС – выгодная перспектива
Конечно, геотермальные энергетика, как и другие альтернативные источники – солнечная и ветровая энергия, не будет приоритетом в таджикской энергетики. Бог надели страны огромными гидроэнергоресурсами, которые надо реализовывать в первую очередь.
Однако, с точки зрения национальной энергобезопасности (а ГЭС не гарантируют бесперебойное энергоснабжение), с точки зрения экологии и возобновляемости ресурсов, игнорировать эти виды энергоресурсов нельзя.
Для энергетики Таджикистана должна использоваться вода не только холодная и пресная, но и горячая соленая также. Это все – комплекс природных богатств страны.
Использование энергии геотермальных источников может стать для Таджикистана еще одним доступным способом борьбы с периодическими энергетическими кризисами и уничтожением зависимости от импорта электроэнергии.
В разработке геотермальных источников нет ничего невозможного, поскольку технология уже давно отработана, разработаны разные типы геотермальных электростанций. Оборудование для ГеоЭС производится серийно и поставляется многими компаниями. При привлечении планируемых сотен миллионов долларов инвестиций в строительство крупных ГЭС, можно предусмотреть выделение 30-50 млн. долларов на строительство геотермальных электростанций в разных районах страны.
Для их строительства не требуется никаких согласований с соседними странами, только согласие Аллаха и желание людей…
ВРЕЗКА
ПЛАНЫ И РЕАЛЬНОСТЬ ГЕОЭС В СНГ
КАМЧАТКА. В 2001-2002 годах введена в эксплуатацию Мутновская ГеоЭС-1. Мощность станции 50 МВт, построена «Технопромэкспортом». Сегодня она полностью снабжает электричеством главный город полуострова — Петропавловск-Камчатский.
ЕРЕВАН. Завершено ТЭО строительства ГеоЭС «Джермахпюр» в Сюникской области Армении. Завершение строительства намечено на 2008-2009 годы. Согласно ТЭО, станция основанная на шести скважинах глубиной до 2,5 км, будет иметь мощность до 25 МВт и вырабатывать до 195 млн. кВт/ч электроэнергии в год.
МИНСК. Геологи приступили к бурению Вычулковской скважины на Брестчине для исследования горячих источников.
Разведывательные работы показали, что естественные геотермальные воды находятся на двухкилометровой глубине. В некоторых местах их температура достигает точки кипения – 100 градусов по Цельсию. Планируемая станция будет снабжать энергией и теплом 200 тысяч жителей.
ШЫМКЕНТ. Аким Южно-Казахстанской области Умирзак Шукеев поручил ученым проработать возможность установки в регионе геотермальных станций. «Геотермия — очень интересное направление. Вся Европа сейчас на геотермальных станциях, почему это нельзя применить у нас?» – заявил он.
Дмитрий Верхотуров, Москва, специально для ФК