Наука. Геотермальное будущее энергетики

Только наука может решить все современные проблемы, и никак иначе.

Буквально в несколько ближайших лет либо в течение десятилетия ситуация может измениться коренным образом - атомные, газовые, нефтяные и прочие распространённые ныне электростанции станут считаться неразумным анахронизмом. Для этого нужно только одно-единственное изобретение! Оно по силам и нашим учёным.

Нужно сказать, что энергетический кризис, удорожание топлива и сопутствующие всему события в рамках планеты оказали и положительное влияние. Какое? В принципе, можно вспомнить народную пословицу - "пока жареный петух не клюнет". Так оно и случилось в действительности: человечество начало активно развивать ранее очень узкоспециализированные направления, находить в них здравое зерно и изобретать возможности получения так необходимых кило- и мегаватт.

Можно отметить, что существует несколько подходов к получению электричества. Самый распространённый из них по существу подразумевает принцип паровоза. То есть, движущей силой для турбины генератора является пар, говоря иначе, разогретая вода. Что используется для горючего - на выбор, причём в большинстве своём ориентируются на не возобновляемые источники. Отсюда появилось множество проблем с той же экологией планеты, возможно, это также оказало и косвенное влияние на появившуюся проблему всемирного потепления.

Среди всего этого геотермальный способ получения электричества сейчас занимает намного меньше одного процента из общей массы. Большинству наших обывателей при упоминании этого метода чаще всего в голову приходит Исландия с множеством гейзеров, хотя геотермальные станции строятся и в других уголках планеты, например, в Калифорнии (США), Германии и так далее.

 

В качестве нагревающего элемента служит тепло, которое имеется в большом количестве в земных недрах. И данный источник можно считать не то что возобновляемым, а по существу, вечным, по крайней мере, в рамках сравнения с историей всего человечества как такового. Такой метод получения энергии является практически экологически чистым, за исключением моментов возможности выброса ядовитых паров при бурении и освоении, а также превращения некоторых веществ, содержащихся в воде, в парообразное состояние при высоких температурах. Но сам метод очень прост в описании его реализации, необходимы только два ключевых элемента - глубокое отверстие и вода.

Насколько глубокое? И почему та же Исландия и Калифорния одними из первых взялись за реализацию этих планов? Хорошо, когда необходимые 300 и выше градусов по Цельсию находятся на глубине от нескольких сот метров до нескольких километров. Современные технологии бурения позволяют доходить до таких уровней. Но большая часть планеты имеет такие зоны на гораздо больших глубинах- от 5 до 15 км.

На самом деле, если бы той же геотермальной энергией значительно заинтересовались раньше, то технологии бурения для такой реализации уже были бы придуманы и использовались повсеместно. Но природа человека состоит в том, что сначала он берёт то, что ближе лежит, поэтому нам нужно было исчерпать другие более доступные источники, попасть в плотную зависимость от энергетического комплекса, чтобы потом начать шевелиться в более разумном направлении (а геотермальный вариант является одним из самых рациональных).

Таким образом, современные буры не совсем подходят для задач создания отверстий на требуемые большие глубины. Они достаточно быстро изнашиваются, имеют высокую стоимость. Хотя эти моменты и не так важны на самом деле, поскольку всё предельно быстро окупается, ведь энергия является практически бесплатной.

Среди множества разработок наиболее перспективными являются изобретаемые технологии специально для геотермального бурения. Сами буры в рамках таких предложений в буквальном смысле не просверливают, а проплавляют породу. Если говорить прямо, то такую технологию в практическом применении ждут буквально все. И с её появлением можно смело сказать, что энергетическая карта планеты изменится, а атомные, тепловые и т.п. станции будут считаться неразумным анахронизмом.

На самом деле вам может показаться, что всё, о чем говорится, это фантастика либо что-то, что подразумевает далёкое будущее. Отнюдь. Почему? Потому что очень высоки ставки. Тот, кто первым сделает коммерческие варианты подобного бурения, а по существу, изобретёт подходящий бур, во многом захватит рынок. Причём, если раньше большие энергетические корпорации могли лоббировать развитие только в конкретных направлениях, и, например, очень многим выгодно, что добыча солнечной энергии имеет низкий КПД, гидро- и ветряная эффективна только в конкретных географических местах, то есть показывается явная выгода стандартных методов. Но о геотермальном способе получения энергии говорят очень редко. А ведь это практически единственный способ полного устранения любых проблем с энергетикой на много десятилетий вперед независимо от географического месторасположения. Естественно, в таком случае поставщики газа и нефти потеряют значительную часть прибыли, а это может вылиться в серьёзное противостояние. Но сегодня есть явная проблема - дефицит энергии.

Что самое интересное в данной ситуации, сама новая технология бурения может быть изобретена где угодно - в Беларуси, в России и Украине, в азиатских странах, в странах старого и нового света, в общем, везде, где это может позволить научный потенциал. И это будет один из немногих примеров, когда наука поможет решить глобальнейшую проблему.


Некоторые "но"...

Впрочем, даже те немногие примеры создания геотермальных электростанций уже продемонстрировали сопутствующие проблемы, которые могут возникнуть при таком методе. Заключаются они практически в одном - постоянной поставке воды, потому как она испаряется, часть, конечно, конденсируется, возвращаясь в работу, но много и расходуется. То есть, необходима более сбалансированная система циркуляции воды - это раз, организация её внешних поставок - два.

Например, когда наблюдался первый бум вокруг геотермальной энергии, а это было в 80-х, то электростанции вырабатывали значительную мощность, всё являлось прибыльным, при этом как разработчики, так и коммерсанты, вложившие в это деньги, думали, что используемая вода, находившаяся в недрах, являлась возобновляемым источником. Оказалось, что нет, ресурс стал исчерпываться, производимые мощности существенно упали, а в некоторых случаях станции были просто остановлены. Их даже собирались сносить. Но сегодня, во многом и в силу кризиса, нашлись энтузиасты, которые выкупили эти производства, организовав при этом поставки воды, и всё снова стало работать, правда, не всегда на тех мощностях, но всё пройденное можно считать этапом технологического взросления и понимания возникших проблем.

То есть, вода - это единственный камень преткновения, хотя всё решаемо при разумном планировании.

Попутно с этим вы поняли и ещё одну проблему - вопросом занималось слишком малое количество людей от науки. Ведь технологии совершенствуются большей частью при массовом к ним интересе.


Заглядывая в будущее

На самом деле такое развитие ситуации может в корне поменять и современное видение инфраструктуры. Например, цена на товары всегда имеет прямую зависимость от стоимости их транспортировки и затрат на энергию при производстве. Отсюда очевидно, что если дорожают нефть и газ, то дорожает всё. В глобальном смысле это делает мировую экономику предсказуемой в своей нестабильности.

С получением мощного независимого от географического положения энергоресурса, к тому же практически не воздействующего на экологическую обстановку, шатание экономики прекратится.

С точки зрения технологий станет выгодно обращаться к ныне умирающей идее электротранспорта - поездов, троллейбусов, трамваев и т.п., может появиться и ряд новых видов. То есть, транспортные расходы можно как уменьшить, так и стабилизировать. Если технологию развить широко, то получившиеся запасы электроэнергии можно затратить на производство водорода, сняв автомобильный транспорт с нефтяной иглы, переводя его на все то же водородное топливо.

Геотермальный подход выгоден и тем, что он поможет избавиться от централизации энергетической системы вокруг крупных поставщиков электричества. То есть, при необходимости можно создавать локальные геотермальные станции, а это минимизация тех же потерь на транспортировку энергии. Помимо этого, он может обеспечивать и теплоснабжение определенного региона.

Видите, как много зависит только от одного изобретения!


В завершение темы

На самом деле, несмотря на кажущуюся сложность людям не посвященным, современная энергетика и принципы, на которой она строится, не являются чем-то не понятным. Даже более того, они просты, за исключением ядерного раздела, который становится доступным после изучения соответствующего направления физики. А на самом деле всё очень просто.

А всё описанное выше более чем реально. Ваш покорный слуга и сам начал изучать книги по бурению, геологии, материаловедению, чем займёт своё свободное время в ближайшем будущем.


Подытожим

Итак, первый материал серии "Наука" завершён. Честно сказать, в её рамках изначально при проектировании введено только одно ограничение - мы будем обсуждать технологии, направленные на созидание. То есть, военные системы ни в каком ракурсе рассматриваться не будут. Это ограничение касается только данной серии.

Кристофер,
christopher@tut.by

Версия для печатиВерсия для печати

Номер: 

30 за 2008 год

Рубрика: 

Новые технологии
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!
 

Комментарии

Страницы

Аватар пользователя mike
Чё-то я не понял. Где это у нас геотермальные месторождения?...
Аватар пользователя mike
Ааа... Дошло! Бурить глубоко надо. А не дешевле ли АЭСы строить?
Аватар пользователя Dmitry
Да, бурить на такую значительную глубину - дело явно дорогое, поэтому пока бурят неглубоко (2км на Камчатке, 4,5км хотят бурить австралийцы) либо просто используют естественный выход пара из подземных резервуаров и источников.

Глянул, из плюсов: 1. Практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года, "только в верхнем 3-х километровом приземном слое запасено количество тепловой энергии, которое эквивалентно примерно 300 млрд. т угля".

2. Экологичность, "по сравнению с электростанцией, сжигающей органическое топливо, она выделяет примерно в двадцать раз меньше углекислого газа при производстве такого же объема электричества";

3. "возможность комплексного использования термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины".

Минусы. 1. Локальность применения/постройки ГеоЭС, в основном в сейсмич.активных зонах.

2. Дороговизна подготовительных меропритятий/бурений, "стоимость буровых и исследовательских работ на этих скважинах /в эксСССР - прим./, по оценкам Орегонского технологического института... составляет 6 млрд долларов в современных ценах".

3. "высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы".

(цитата) "Как известно, температура недр повышается в среднем на 3-5° на каждые 100 м глубины, и пробивающиеся из глубины горячие источники по всему миру используются для выработки электроэнергии. Мутновская геотермальная электростанция, использующая в качестве источника энергии природный «паровой котел», уже три года работает в Долине гейзеров на Камчатке, подавая до 20% электроэнергии в энергосистему полуострова. Подобные ей электростанции построены в Исландии, Японии, Новой Зеландии, на Филиппинах и в Соединенных Штатах. Всего в мире их насчитывается около 190, а общая мощность, ими вырабатываемая, - не более 5000 МВт. При этом ученые полагают, что основное назначение геотермальных ЭС в будущем - производство тепла, а не электричества, так как температуры подземных источников все же низкие. Вместе с тем подземное тепло приносит неплохую коммерческую выгоду, поскольку издержки при его получении сравнительно невелики".

Хорошая сцылка http://esco-ecosys.narod.ru/2007_10/art88.htm

"Геотермальные источники использовали сначала только для бальнеологических целей. За пару столетий до римских терм, в III веке до н. э., император Цинь Шихуанди, впервые объединивший Китай в единое государство, приказал обустроить для себя курорт на горячем источнике Хуакинчи.

Для отопления геотермальную энергию первыми применили французы в XIV веке в местечке Шод-Эг, эта система теплофикации работает до сих пор. Из горячих источников в итальянском районе Лардерелло с конца XVIII века добывали борную кислоту, и к концу XIX столетия здесь уже вовсю процветала химическая промышленность. Здесь же началась история использования геотермальной энергии для выработки электричества: заскучавший наследник богатейшего фарфорового бизнеса маркиз Джинори Конти, развлекаясь, не только придумал, как из дармового тепла получить электричество, но и впервые в мире сгенерировал его на своей экспериментальной установке в 1904 году. Еще через девять лет в Лардерелло была пущена и первая промышленная геотермальная электростанция (ГеоЭС) мощностью 250 кВт".

И итоговое мнение одного из лучших в мире специалистов в теплофизике, академика РАН Владимира Накорякова: "Я уверен, что значение водорода и топливных элементов в мировой энергетике будет только расти, но в ближнесрочной перспективе среди возобновляемых источников энергии геотермика, опирающаяся на турбинные технологии, будет играть роль по крайней мере не меньшую, чем энергия солнца".

В общем, тема интересная.

Аватар пользователя Паша
Отличная статья и тема, конечно интересная. Неплохо, если автор как-нибудь расскажет про крайне интересное изобретение(открытие) Энтони Мамо - "Атмосферные холодные мегаватты" (Atmospheric Cold Megawatts)
Аватар пользователя Кристофер
to Dmitry:

Я, конечно, очень люблю людей "от теории", но как факт, в Беларуси собираются строить АЭС... долго теоретизировали, заумно... А на практике...

to mike (old student):

кстати, посмотрел технологии по бурению, согласен, что лучше все делать на водороде с проплавлением породы, даже изобрел ноу-хау. Только в Беларусь я это ни предлагать, ни продавать не буду. Немцы заинтересовались, возможно, что через лет ...надцать это и у нас купят.

Аватар пользователя mike
>что лучше все делать на водороде с проплавлением породы

Металлогидриды? Говорят, их много внутри Земли.

>изобрел ноу-хау [и т.д.].

Идеи - это прекрасно!

Аватар пользователя Dmitry
_посмотрел технологии по бурению... даже изобрел ноу-хау_

Однако)... в любом случае удачи, конечно.

Аватар пользователя немо
между прочим, в прошлом и в этом году на юге Гермнаии и в Швейцарии из-за попыток таокго глубинного бурения произошли ощутимые землетрясения. почему бурение остановлено на неопределенный срок.
Аватар пользователя Dmitry
У каждой технологии есть свои + и -. Но халявность энергии, полученной посредством ГеоЭС, по идее, все перевесит, посмотрим.
Аватар пользователя mike
>халявность энергии, полученной посредством ГеоЭС,...

Я бы всё-таки писал: "халявность". Т.е., в кавычках.

Страницы