Геотермальная энергетика как источник тепловой энергии России (на примере Чеченской Республики)

Почти треть мирового потребления энергии сегодня используется для отопления или охлаждения помещений. Тенденция к повышению цен на органическое топливо и его транспортировку (особенно в отдаленные и труднодоступные регионы), и, соответственно, объективный рост цен на электрическую и тепловую энергию, изменяет отношение к альтернативным и возобновляемым источникам энергии (ВИЭ - энергия солнца, ветра, волн, биомассы и геотермальных вод), которые являются сравнительно недорогими [13].

В нашей стране сектор теплоснабжения также занимает большой объем: более 45 % от общего энергопотребления, при прогнозируемом росте потребления тепла к 2020 г.не менее чем в 1,3 раза (согласно энергетической стратегии России) [10].

К факторам, способствующим развитию ВИЭ, относят также и экологические проблемы современности. Так как, при сжигании традиционных источников топлива происходит выброс огромного количества загрязняющих веществ в атмосферу (SO 2 , NO 2 , CO 2 и др.), повышенное содержание которых оказывает негативное влияние на экосистемы и здоровье людей [3]. Например: при сжигании 1 т. угля, в атмосферу выбрасывается 1912 кг/т. СО2, 56.9 кг/т. SO 2 и 4 кг/т. NO 2 . При больших концентрациях данные соединения повышают частоту респираторных заболеваний (хронический кашель, бронхит, обострение астмы), поражают печень и кровеносную систему человека [12].

Основными направлениями совершенствования и развития систем теплоснабжения (и с экологической точки зрения) должны стать расширение использования местных ВИЭ, в числе которых и геотермальная энергия, предполагающая использование внутреннего тепла Земли. Мировой валовой потенциал геотермальной энергии на глубине до 10 км оценивается в 18 000 трлн. т. усл. топлива (т.у.т.), что в 1700 раз превышает мировые запасы органического топлива, в России этот показатель равен 180 трлн. т.у.т. [7].

К преимуществам геотермальной энергетики относятся:

• -    повсеместность распространения;

• -    возобновляемость и практическая неиссякаемость;

• -    близость к потребителю;

• -    локальность обеспечения потребителя тепло- и электроэнергией;

• -    безопасность и полная автоматизация;

• -    практическая безлюдность добычи геотермальной энергии;

• -    экономическая конкурентоспособность;

• -    экологическая чистота

  Потенциал изученных геотермальных ресурсов мира на сегодня составляет 200 ГВт электрической и 4400 ГВт тепловой мощности, из которых около 5.4% используется для выработки электроэнергии и 1.2% -для получения тепла. Последние годы характеризуются увеличением объемов и расширением областей использования геотермальных ресурсов. В энергетическом балансе ряда стран геотермальные технологии становятся доминирующими, и доля их в мировом энергетическом балансе неуклонно растет [1]. Количество стран, использующих геотермальную энергию увеличилось с 58 до 78 в период с 2000 по 2010 г. Экономия энергии ежегодно составляет 46.2 млн. тонн нефти, что предотвращает

  выбросы в атмосферу 46.6 млн. тонн углерода и 148.2 млн. тонн СО 2 . Мировыми лидерами по использованию геотермальной энергии являются США, Китай, Швеция, Исландия и Нидерланды. Основные запасы подземных вод нашей страны расположены на Камчатке, Курильских островах, Северном Кавказе и еще в нескольких отдельных районах. [5]. Всего в России разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240 000 м³/сут. термальных вод и пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов.

Тепло для обогрева и отопления помещений на геотермальных станциях (ГеоЭС) вырабатывается с помощью теплообменников [12].

Широкое распространение сегодня получила технология «дублетов», представляющая собой замкнутый контур, состоящий из одной продуктивной и нагнетательной скважин, и подразумевает, как правило, 100%-ную обратную закачку использованного флюида [9]. Крайне низкий уровень выбросов в атмосферу обусловлен тем, что геотермальная энергия не предполагает прямого сжигания первичного источника энергии. В бинарных геотермальных электростанциях, а также ГеоЭС, где вода полностью нагнетается обратно, количество выбросов CO 2 близко к нулю.

В России подобный проект впервые был реализован в Чеченской Республике (ЧР), где запасы вод по категориям А+В+С составляют 64,680 тыс. м3/сут. [11]. Исследования геотермии в регионе были начаты в 1970-е гг. Вплоть до 1994 г. воды использовали в практических целях, существовало 15 термоводозаборов, годовая добыча была равна 8,8 млн. м3 вод. Но, война и последующие экономические трудности привели к тому, что термальные воды республики в дальнейшем стали использоваться лишь местным населением кустарно [8].

Однако, в 2013 г. был начат новый этап по использованию термальных подземных вод ЧР – консорциум «Геотермальные ресурсы» – совместный проект Грозненского государственного нефтяного технического университета имени М.Д. Миллионщикова, ООО «АрэнСтрой-центр» и Государственного геологического музея имени В.И. Вернадского РАН (ГГМ РАН), при поддержке Министерства образования и науки РФ и научном сопровождении BRGM («Бюро геологических и горных исследований», Франция). Франция имеет более чем 40-летний успешный опыт применения системы дублет в аналогичных условиях, там впервые перестали сливать высокоминерализованную воду в р. Сену и достигли устойчивости в дебитах и в периоде эксплуатации за счет внедрения технологии дублет.

Данный проект был успешно реализован – в начале 2016 г. запущена Ханкальская геотермальная станция, использующая термальные подземные воды XIII продуктивного пласта месторождения и работающая по дублетной системе – со 100% обратной закачкой использованных вод. Станция ориентирована на обогрев тепличного комплекса с примерной тепловой мощностью в 5.45 Гкал/час[11].

В будущем планируется установка данной технологии на всех месторождениях Чеченской Республики. К тому же, согласно планам восстановления объектов ТЭК Чечни, предусмотрено финансирование ремонтных работ по использованию термальных вод в тепличнопарниковых хозяйствах с. Бурунское, ст. Червленая, ст. Каргалиновская и других селах и станицах Шелковского района, разработка техникоэкономических обоснований по новым проектам использования геотермальных ресурсов [4].

Для уточнения потенциала тепловых ресурсов подземных вод разведанных месторождений ЧР (Ханкальское, Червленное, Каргалинское и Новогрозненское) был произведен расчет суммарной выработки тепла по формуле [6], адаптированной для установки циркуляционных систем теплоотбора. Результаты данных расчетов подтвердили высокий потенциал использования геотермальных ресурсов на территории Чечни – суммарная выработка тепла по всем месторождениям составила 7.4 тыс. ГДж/сут., из которых 2.1 тыс. ГДж/сут. принадлежит Ханкальскому месторождению [9].

С целью прогнозирования мы рассчитали показатели выбросов в атмосферу при установке системы дублет на всех указанных месторождениях.

Кроме сокращения выбросов, данный метод также позволяет минимизировать риск просадки грунта в пределах зоны эксплуатации и избежать теплового и химического загрязнения вследствие слива термальной воды на поверхности.

На сегодняшний день постепенный переход к таким альтернативным источникам энергии особенно актуален – вследствие повышения цен на органическое топливо и негативного влияния сжигания традиционных источников энергии на экологическую обстановку, использование ВИЭ выходит на первый план. Ко всему прочему, следующий 2017 г. указом Президента объявлен годом экологии. ЧР может стать платформой для нового этапа развития геотермальной энергетики на Северном Кавказе (да и для всей России в целом) с использованием современных высокотехнологичных методов эксплуатации термальных подземных вод, что внесет существенный вклад в экономику и производство тепла и электроэнергии без вреда для экологии.