Геотермальная энергетика

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электротехники, электроники и электромеханики»

Реферат

На тему: «Геотермальная энергетика и государственный план рыночной электрификации России»

Хабаровск

2009

Энергетическая стратегия

Наметившийся в последние годы поворот к использованию геотермальных источников в России даёт основания надеяться на изменение энергетической стратегии в части переориентирования со строительства только крупных генерирующих источников электроэнергетики на массовое использование вторичных и возобновляемых энергоресурсов.

И здесь возникает вопрос о концепции электрификации, в частности, тех районов, где геотермальная энергия имеет перспективы использования сейчас или в ближайшем будущем. Это необходимо потому, что электрификация России развивалась все годы советской власти (да и в 90-е годы) на основании концепции ГОЭЛРО, принятой в 1920 г. и сыгравшем ключевую роль в индустриализации страны. Следование основным положениям плана ГОЭЛРО сегодня ошибочно, тем более, что электрификация всей России не состоялась, так как 2/3 территории России (а это порядка 10 млн. человек населения) не охвачено электрификацией. Впрочем, в центре России, на Урале и в Сибири есть населённые пункты без электричества, а во многих местах глубинки качество и надёжность электроснабжения не соответствуют не только ГОСТ, но и элементарным требованиям по ведению товарного хозяйства и нормального быта.

Однако анализ сложившегося в стране подхода к использованию геотермальной энергии говорит о подспудном ориентировании на концепцию ГОЭЛРО, в частности, это относится к разработке Единого государственного плана строительства геотермальных установок, концентрирующего мощности и централизующего тепло- и электроснабжение. Несомненна необходимость разработки Государственного плана рыночной электрификации России, основные положения которого иные и они одобрены 27 января 2004 г. на постоянно действующем открытом семинаре «Экономические проблемы энергетического комплекса» Института народнохозяйственного прогнозирования РАН.

Концепция плана рыночной электрификации

Включает:

1. Инвестиционное рыночное строительство, эксплуатацию, ликвидацию субъектов электроэнергетики и объектов электрики на основе единства федеральных законов, ориентирующихся на приоритет потребителя и опирающихся на ограничения закона информационного отбора;

2. Постиндустриализация, регулирующая появление и функционирование гигантов электроэнергетики для мегаполисов и энергоёмких производств, но опирающаяся на средние и малые электростанции, рассредоточенные по России, с оценкой результатов конечного энергосбережения по вводу вторичных и возобновляемых ресурсов;

3. Выстраивание ценологического соотношения «крупное-мелкое» в производстве, трансформации, передаче, распределении и услугах по использованию электроэнергии при уведомительном сооружении генерирующих мощностей потребителя с мониторингом оценки результатов по гиперболическому Н-распределению;

4. Восстановление фермерства (кулачества как класса) и мелкого предпринимательства на отдалённых и необжитых территориях с заменой принципа интенсификации сетевого строительства всех классов напряжений на принцип децентрализованного электроснабжения (в особенности для отдалённых и неэлектрифицированных территорий)

5. Введение экономической и иной ответственности энергоснабжающих организаций и гарантирующих поставщиков электрической энергии за качество электрообеспечения потребителей всех уровней системы электроснабжения в нормальных ситуациях при ограничениях по вине субъекта электроэнергетики и при решении вопросов энергообеспечения в чрезвычайных ситуациях.

Геотермальный потенциал России

Руководствуясь положениями ГОРЭЛ и математическими ограничениями закона информационного отбора, вернёмся к рассмотрению геотермальной энергии, технический потенциал которой по России составляет 2950 млн. тут/год. Столь высокий потенциал позволяет утверждать, что он выше углеводородного. При этом более 20 млн тут/год имеют районы: Северный Кавказ; Западная Сибирь - Алтай - Кузбасс; Восток (включая Якутию, Чукотку, Камчатку, Курилы, Хабаровск, Владивосток). Вместе с тем, рассматривая текущее и перспективное производство электроэнергии на основе возобновляемых источников, следует отметить, что геотермальная энергия к началу века от общего количества вырабатываемой электроэнергии не превосходила 0,15% и лишь к 2010 г. хотя и увеличится на треть, но не превысит 0,2% с общей выработкой на уровне 7 ТВтч. Суммарные мировые мощности геотермальных установок в отоплении, производстве электроэнергии, тепличном хозяйстве удвоились с 1995 г., превысив 15 ГВт в 2000 г. Причём, прогнозы строительства геотермальных электростанций по всему миру - самые благоприятные.

Применительно к России распределение термальных вод по суточному дебиту с температурой 40-200 ^оС и минерализацией до 35 г./л составляет по европейской части России 1,2 млн м³, по второму району - 10,8, и третьему - 7,2 млн. м³/сут. Термальные воды с температурой 50-200 ^оС и минерализацией до 10 г./л по каждому из районов приблизительно вдвое меньше. Таким образом, свыше половины территории России имеет приемлемый технический потенциал по геотермальной энергии, а если присоединить районы с потенциалом 1-20 млн. тут/год, то речь может идти практически о всей России, исключая Москву и области, граничащие с Белоруссией и Украиной. Это означает, что план ГОРЭЛ может быть существенно дополнен в части решения проблем электрификации малообжитых территорий и повышения надёжности электроснабжения (теплоснабжения) той части потребителей, для которых централизованное энергообеспечение экономически неприемлемо. Имеются расчёты по экономически целесообразным геотермальным ресурсам территории России, оцениваемые для температур 70/20 ^оС в 44,6 Ттут, в том числе Дальневосточному региону - 8,2 Ттут.

Технический потенциал

Что мы имеем сейчас в отношении оборудования? Основные отечественные производители геотермального оборудования это ОАО «Геотерм», ориентированные на ГеоТЭС мощностью от 4 до 25 МВт; Калужский турбинный завод, поставляющий ГеоТЭС средней мощностью 6, 12, 20 и 23 МВт; АО «Наука», предлагающее модульные ГеоТЭС малой и средней мощности от 0,5 до 20 МВт (российские компании в рамках проектов государственной научно-технической программы «Экологически чистая энергетика» разработали и организовали серийное производство ГеоЭс мощностью от 5 до 20 МВт). В Ставропольском крае «Нефтегазгеотерм» на базе Казьминского месторождения геотермальных вод предполагает строительство энергетической установки на 500 кВт. Итак, речь не идёт об установках, обеспечивающих электрическую мощность на уровне 5-10 кВт. Но для средних и крупных источников можно говорить о готовности российской промышленности к производству оборудования и установок на уровне мировых стандартов.

Что построено и ожидается строительством? Здесь, безусловно, впереди Камчатка, где десятилетиями (с 50-х годов) речь шла о Паужетской геотермальной электростанции (промышленная выработка началась с 1967 г., когда на Паратунском месторождении уже действовала опытно-промышленная геотермальная электростанция мощностью 500 кВт) установленной мощностью первой очереди 5 МВт (доведённая позднее до 11, а в перспективе до 20 МВт). Ныне имеется Верхне-Мутновская (12 МВт) и Мутновская ГеоТЭС (действует два энергоблока суммарной мощностью 50 МВт) с намечаемой второй очередью мощностью 100 МВт. На Кунашире действует ГеоЭс 2,6 МВт, а планируют несколько ГеоЭс суммарной мощностью 12-17 МВт. Начато строительство ГеоЭс на Итурупе мощность 6 МВт (с удвоением мощности в ближайшие годы). На противоположном конце России в Калининградской области планируется осуществить пилотный проект геотермального тепло- и электроснабжения города Светлый на базе бинарной ГеоЭс мощностью 4 МВт.

Налицо ориентирование геоэнергетики на строительство гигантов (не сравнимых, впрочем, с гигантами «большой» энергетики). Представляет интерес использование геотермальной энергии для отдельных хозяйств (домов), для сельских (а в отдельных случаях - для муниципальных) школ, больниц, частных магазинов и других объектов мощностью 0,1-0,4 МВт с использованием геотермальных циркуляционных систем. Но и в этом случае на примере Ярославля сразу говорится о геотермальной станции применительно к пластовым водам с температурой 35-60 ^оС для городского микрорайона на 8300 чел. с прилегающим сельским посёлком мощностью 10,4 МВт. «Ярославгражданпроект» для сельских школ определил мощность отопления 0,2-0,3 МВт.

Способы получения геотермальной энергии

Существует мнение, что использование низкотемпературной геотермальной энергии малых глубин можно рассматривать как революцию в системе теплообеспечения, основанную на неисчерпаемости ресурса, повсеместности его распространения, близости к потребителю, возможной локальности полного обеспечения теплотой и электроэнергией, на интеллектуальной автоматизации и интернетизации, на безопасности и практической безлюдности добычи геотермальной энергии, экономической конкурентоспособности, возможности строительства маломощных установок и их экологической частоте. Специфика (низкий температурный потенциал теплоносителя на выходе из установки, нетранспортабельность, трудности складирования, рассредоточенность сооружений, а у нас и отсутствие массового выпуска оборудования) не помешали США ежегодно вводить не менее 50-80 тыс. новых систем, планируя довести их ежегодное производство до 400 тыс. Успешно внедряется в Швеции, Швейцарии, Канаде, Австрии, Германии низкотемпературная геотермальная энергетика. В мире в 2002 г. действовало около 450 тыс. таких систем общей мощностью 2,9 ГВт (тепл.) при средней 10 кВт.

Нельзя не обратить внимание на необходимость использования родниковых вод на месте затопленных после вывода из эксплуатации угольных шахт. Это наблюдается, например, в Кузбассе, где выведено из эксплуатации около 20 шахт и где затопление близлежащих посёлков и невозможность обуздать выход вод на поверхность засыпкой грунта порождает социальные и экологические проблемы. К этому же классу геотермальных вод относят воды глубинного водопонижения на площадках крупных металлургических, химических и других заводов; вод при открытой разработке рудных и нерудных ископаемых (впрочем, для металлургии эта постановка - новая). Глубинное водопонижение приобретает всё большее значение из-за подъёма уровня грунтовых вод и объёмов откачиваемой воды с глубины до 20 м, а в отдельных случаях - ближайшего водного горизонта. При нормальной эксплуатации угольных шахт и подземных рудников работают системы водоотлива такие, что в ряде случаев приходится устанавливать три группы высоковольтных насосов, а вода сбрасывается в естественные водоёмы. Теплота особенно заметна зимой, проявляясь в виде тумана.

Имеющиеся разработки утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод показывают, что можно покрыть потребности горячего водоснабжения, полностью отключая в летнее время котельные (2001 г., шахта «Осинниковская», Кузнецкуголь). Оказалось, что себестоимость 1 Гкал тепловой энергии в 2.5 раза ниже по сравнению с котельной шахты. Существовал проект утилизации низкопотенциального тепла воды шахты «Зенковская» Прокопьевскуголь мощностью 2,4 МВт, покрывающей круглогодичную нагрузку системы горячего водоснабжения и базовую нагрузку отопления. Что касается экономической стороны использования геотермальной энергии, то можно говорить о стоимости электроэнергии для геотермальных электростанций на 2005 г. на уровне 4-8 цент/кВтч при удельных капитальных вложениях не свыше 2000 долл./кВт. Если соотнести эти величины с дизельэлектростанциями на жидком топливе, малыми и микроГЭС, ветроэлектростанциями, ветродизельэлектростанциями, то можно вполне говорить о конкурентоспособности геотермальной энергетики.

Что касается фотоэлектрических станций, то сейчас они дороже, хотя безусловно это наиболее развивающаяся область, имеющая в будущем приоритетные перспективы. Безруких П.П. утверждает [5,6], что усреднённые максимальное и минимальное значения стоимости электроэнергии от электростанций на возобновляемых источниках энергии и различных видах топлива, определённые в 1997 г., находятся в тех же пределах и в 2003 г.

Таким образом, теоретические разработки и практическая база выпуска оборудования, строительства и эксплуатации геотермальных установок дают возможности ввести этот вид получения тепла и электричества в общий энергетический баланс по городу, региону, стране. Однако, переходя к региону и отдельным территориям, необходимо так выстраивать гиперболическое Н-распределение, чтобы выдерживалась ценологическая гармоничность всего ряда генерирующих мощностей «крупное-среднее-мелкое» [2,7]. Проверка должна выделять аномальные области по следующим параметрам: генерирующий ряд, протяжённость сетей по классам напряжения, генерирующий ряд при аварийных и чрезвычайных ситуациях. Учитывая, что возобновляемые источники по величине мощности и годовой (суточной) выработке тепла и электроэнергии могут попадать в один кластер, разделение их следует производить, опираясь на многомерный ценологический анализ с привлечением, естественно, экономических критериев.

Осуществление Государственного плана рыночной электрификации России невозможно без решения вопросов, касающихся возобновляемой энергетики, и прежде всего с точки зрения обеспечения безопасности страны. Без использования возобновляемых источников нельзя удовлетворительно решить энергоснабжение районов Крайнего Севера и приравненных к ним территорий; районов, не связанных сетями общего пользования; повысить до цивилизованного уровня надёжность и качество электроснабжения регионов, дефицитных по электрической энергии и органическим ресурсам; улучшить экологическую обстановку по стране (в том числе обеспечить решение проблем, связанных с Киотским протоколом, прежде всего в части эмиссии парниковых газов), обеспечения аварийного энергоснабжения, специальных объектов, а также объектов сферы образования, культуры, услуг.

С точки зрения потребителя, ориентирующегося на собственные возобновляемые источники, необходимо законодательно решить ряд проблем: 1) выдачу технических условий на технологическое присоединение к сетям электроэнергетики; 2) заявительное, а не разрешительное присоединение на параллельную работу мощностей до 10-100 кВт; 3) обязательный приём энергосистемой излишков вырабатываемой электрической мощности и её оплаты.

Наконец, главное. Во всех странах мира развитие возобновляемых источников осуществляется при поддержке государства. Это объясняется стартовой величиной затрат на оборудование. Речь, таким образом, идёт о лизинге, обеспечивающем получение электроэнергии (тепла) без затраты органического топлива. Нельзя не иметь в виду, что эксплуатационные затраты начинает нести собственник ГеоТЭС.

Развитие использования возобновляемых источников невозможно без разработки и принятия Федерального закона «О возобновляемых источниках энергии», включая подзаконные акты (в том числе и по геотермальным источникам). Назрела необходимость и в определении федерального органа исполнительной власти, отвечающего за развитие использования вторичных и возобновляемых источников энергии в субъектах Российской Федерации.