Свет в колодце: новые станции добудут энергию подземного «горячего океана»

Ученые разработали схему гидротермальной станции, которая может вырабатывать электроэнергию при температуре теплоносителя от 60 °C. Существующие аналоги могут функционировать только при температуре теплоносителя выше 100 °C. Разработка позволит освоить в качестве источника энергии подземные воды, нагретые внутренним теплом планеты. Кроме Западной Сибири для внедрения таких технологий перспективны Камчатка, Сахалин, Курилы, Северный Кавказ. Подробнее о возможностях новых геотермальных станций — в материале «Известий».

Как получать энергию из источников с низкой температурой

Исследователи из Томского политехнического университета создали и испытали опытный образец тепловой электростанции, которая поможет освоить ресурсы подземного «горячего океана» — вод, которые содержатся в недрах земли, нагретых внутренним теплом планеты. В том числе в подземных резервуарах, которые сосредоточены на территории Западной Сибири.

В основе предложенной разработки теплоэлектростанции бинарного типа. В таких системах в качестве переходного звена применяют промежуточный теплоноситель с низкой температурой кипения. Это дает возможность задействовать относительно негорячие источники энергии.

— В качестве рабочего тела в системе мы предложили озонобезопасный газ R245fa из группы фреонов. Это вещество может закипать при 47 °С. Его применение позволит использовать источники с температурой порядка 60–70 °С. Этого достаточно, чтобы с помощью предложенной нами схемы получать электроэнергию нужных параметров, — рассказал руководитель проекта доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Станислав Янковский.

Он пояснил, что станция состоит из нескольких модулей: блока подогревателя, испарителя, конденсатора, винтового детандера и генератора. Кроме того, она оснащена необходимым измерительным оборудованием и системой управления. В том числе разработана возможность управления станцией дистанционно.

В общем виде, сообщил ученый, производственный процесс выглядит следующим образом. Флюид геотермального источника под давлением поднимается из скважины на поверхность. Затем через теплообменник жидкость отдает тепло хладагенту. Он, закипая, передает энергию винтовому детандеру — устройству, которое преобразует внутреннюю энергию газа в механическую.

На валу детандера, добавил Станислав Янковский, установлен генератор, который, в свою очередь, вырабатывает электроэнергию. При этом отработанный хладагент конденсируется, после чего его задействуют в следующем цикле термопередачи. Параллельно тепло, полученное от подземной воды, если ее температура будет достаточной, возможно применить для отопления потребителей или на горячее водоснабжение.

Как подчеркнул ученый, в настоящее время на территории ТПУ по предложенной схеме сконструирована опытная экспериментальная станция мощностью 25 КВт. С ее помощью инженеры отработали режимы получения энергии на модельной термальной скважине.

В результате исследователи определили минимальную температуру подземных вод, извлеченных на поверхность, при которой коэффициент полезного действия ГеоЭС будет положительным. Это порядка 60 градусов по Цельсию. Существующие же аналоги могут функционировать только при температуре выше 100 градусов.

Как ГеоЭС позволят освоить удаленные территории

В дальнейшем, поделился Станислав Янковский, на основе предложенной схемы можно серийно строить геотермальные электростанции для отдаленных, изолированных от сетевой инфраструктуры населенных пунктов и промышленных объектов. Это позволит обойтись без дорогостоящего завоза энергоресурсов (угля, мазута и т.п.), т.е. использовать местные подземные источники.

— Ученые ТПУ разработали карту наиболее перспективных для геотермальной энергетики территорий России. В их число вошли Камчатка, Сахалин, Курилы, Северный Кавказ, Западная Сибирь, — сообщил участник проекта инженер Центра Хериот-Ватт ТПУ Глеб Шишаев.

Он добавил, что при построении карты специалисты учитывали плотность геотермальных ресурсов, глубину их залегания, а также плотность населения, удаленность территорий от инфраструктуры и текущую стоимость электроэнергии.

По словам участников проекта, внедрение разработки ученых позволит создавать автономные ГеоЭС в удаленных населенных пунктах и снизить себестоимость электроэнергии в три и более раз по сравнению с дизельными станциями.

— На сегодняшний день в России с помощью ГеоЭС получают порядка 74 мегаватт электрической энергии, что ставит Россию на 19-е место среди 64 государств, которые используют этот ресурс. Это странно, потому что на территории нашей страны имеются значительные геотермальные аномалии, которые могут стать основой для развития этого вида энергетики, — рассказал «Известиям» заведующий лабораторией тепломассопереноса Геологического института РАН профессор Михаил Хуторской.

Он сообщил, что, к примеру, на границе Калининградской области и Литвы находится геотермальная аномалия, где местные жители используют горячую воду из колодцев для бытовых нужд, но при этом ее не используют для выработки электроэнергии. При этом в соседней Литве на базе этого же подземного резервуара функционирует геотермальная электростанция.

По словам Михаила Хуторского, современные технологии бурения позволяют достичь глубин, необходимых для добычи высокотемпературных ресурсов. Их разработка позволит снизить зависимость от ископаемых источников энергии, улучшить экологию и увеличить энергетическую безопасность.

Геотермальная энергетика — одно из наиболее перспективных направлений в области возобновляемых источников энергии. Она основана на использовании тепла, которое находится под поверхностью земли. Это особенно актуально для стран с холодным климатом. В России, где большие площади занимают северные и труднодоступные районы, геотермальная энергия может сыграть ключевую роль в обеспечении энергетической независимости, поделился профессор кафедры тепловых электрических станций Новосибирского государственного технического университета и советник директора Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН Сергей Елистратов.

Он напомнил, что первая в мире ГеоЭС бинарного типа была разработана в нашей стране. Такая станция была запущена на Камчатке в 1960-х годах. Она работала на источниках с температурой около 80 °С. Ее мощность составляла порядка 600 КВт. Однако позже акцент был сделан на использование углеводородов. В результате лидерские позиции в геотермальной энергетике были утрачены, и сейчас мы находимся в догоняющей позиции по отношению к ряду государств, которые активно развивают эти технологии. Тем не менее благодаря существующему заделу мы можем наверстать упущенное, выразил надежду ученый.

По его словам, одно из перспективных направлений — выработка электроэнергии из воды, которая выдавливается из подземных пластов при добыче нефти. Температура ее в этом случае близка к 100 градусам. Поэтому нефтедобытчики заинтересованы в развитии технологии, предложенной томскими инженерами.