Своїм виникненням галузь геотермальної енергетики зобов’язана такому природному явищу, як підвищення температури підземної породи пропорційно глибині. На кожні 36 метрів углиб температура збільшується в середньому на 1°C. Доступ до нагрітих підземних вод можна отримати не тільки за допомогою свердловин – частина гарячих джерел є природними гейзери. Теплоносій використовується не тільки для опалювальних потреб, а й для виробництва електроенергії за допомогою геотермальних станцій, що перетворюють пару в електрику.
Крім того, практикується використання і гарячих порід, в яких відсутні підземні води. В даному випадку енергетики закачують воду в підземні горизонти з її подальшим відбором вже в нагрітому стані. Високі «сухі» горизонти, температура яких, втім, не досягає градусу кипіння води, є і на великій кількості територій, де вулканічна активність взагалі відсутня, що надає геотермії статус перспективних джерел енергії, незалежно від місця їх географічного розташування.
Енергія гарячих джерел: фактори поширення
Найбільш широке поширення геотермальна енергетика отримала в двох типах регіонів. В першу чергу вона розвивається там, де в силу природних умов існує велика кількість доступних гарячих джерел. Крім того, геотермічна енергія використовуються там, де спостерігається дефіцит горючих корисних копалин або ж доставка енергоресурсів ускладнюється важкодоступністю району. У ряді країн тепло або електроенергія, здобуті за допомогою геотермальних станцій, покривають істотну частку енергетичних витрат.
За такою технологією отримують близько третини електроенергії споживачі американського Сан-Франциско. У Польщі налічується вже чотири геотермальні станції, одна з яких забезпечує потреби курортного міста Закопане. Гаряче водопостачання в литовській Клайпеді здійснюється повністю за рахунок роботи геотермальної станції. У дев’яностих роках сумарна потужність геотермальних станцій світу оцінювалася в 5 ГВт. Ряд оцінок дозволяє зробити висновок про те, що зараз вироблення геотермальної енергії перевищує 10 ГВт.
Перспективи і проблеми геотермальної енергетики
Сама природа розпорядилася так, що передовою країною в сфері використання геотермальних джерел стала Ісландія. У цій країні на відносно невеликій глибині температури води досить для виробництва енергії, що стало можливим завдяки високій вулканічній активності. В регіоні налічується близько сотні вулканів, а сам острів знаходиться на стику літосферних плит.
Кожні дев’ять з десяти будинків в країні опалюються гарячою водою з-під землі. Столиця Ісландії – Рейк’явік – з 1943 року повністю перейшла на геотермальне опалення, при цьому здійснюється теплопостачання не тільки житлового сектора, але і промислових підприємств. Держава практично повністю відмовилося від традиційних енергоресурсів, 25% потреб задовольняється за допомогою геотермальних джерел, 70% забезпечують гідроелектростанції.
Лідируючі позиції в галузі дають Ісландії можливість не тільки бути енергетично самодостатньою країною, а й навіть експортувати енергію, вироблену геотермальними станціями. В останні роки обговорюється проект організації поставок електроенергії, виробленої на ісландських ГеоТЕС, в Великобританію. Британці, в свою чергу, готові прокласти морський кабель довжиною 750 миль. Бюджет проекту оцінюється в мільярди фунтів стерлінгів. За розрахунками Лондона, реалізація проекту дасть можливість забезпечити п’яту частину потреб країни в електроенергії.
Популярність в Азії
В даний час геотермальна енергетика в буквальному сенсі проходить стадію другого народження в Китаї. У цій країні галузь була закинута протягом сорока років. Інтерес до неї відновився з приходом до влади лідера країни Сі Цзіньпіна. Зусиллями генсека місто Сяньяне вже по праву може вважатися світовою столицею екологічної енергетики. В цілому по країні за три роки правління Цзіньпіна обсяг вироблення геотермальної енергії зріс з 28 до 100 МВт.
План розвитку галузі внесений в програму 13-ої п’ятирічки. У чималому ступені динамічному розвитку даної сфери сприяють інженери з Ісландії, запрошені на роботу в КНР. За попередніми розрахунками, геотермальний потенціал в Китаї порівняємо з енергією, яка може бути отримана в результаті спалювання 853 мільярдів тонн вугілля.
Саме з перевитратою останнього і пов’язані спроби пошуку альтернативних ресурсів, оскільки 66% одержуваної енергії в країні виробляється за допомогою вугілля. Очікується, що геотермальна стратегія буде реалізована максимум за 10 років. Вже зараз на Китай припадає 15% світового виробництва енергії за допомогою геотермії. У планах КНР – досягнення вироблення в обсязі 2 ГВт.
Частка геотермальної енергетики в Японії досягає 21%. Втім, її розвиток активно гальмується екологічними громадськими рухами в силу того, що використання геотермальних джерел призводить до зростання загроз забруднення навколишнього середовища.
Зарубіжні експерти вважають, що великі перспективи галузь має в Казахстані. У ряді регіонів країни температура підземних вод досягає точки кипіння, що поряд з ростом вартості традиційної електроенергії робить геотермії привабливим об’єктом інвестицій. Відвідавши республіку професор Мічиганського університету Грем Норман вважає, що потенціал Казахстану не гірше турецького, де геотермальна енергетика розвивається і за межами районів з високою інтенсивністю гарячих джерел.
Екологічні та технічні проблеми галузі
Розвиток геотермальної енергетики істотно гальмується цілим рядом проблем, притаманних даній галузі. У числі найбільш серйозних перешкод – необхідність складного процесу зворотного закачування в водоносні горизонти відпрацьованого теплоносія (води), що містить токсичні речовини – миш’як, кадмій, цинк, свинець, бор. Це виключає можливість скидання такої води в поверхневі шари. Крім того, гостро стоїть проблема викиду сірководню в атмосферу.
У геотермальних станцій, крім усього іншого, на відміну від ТЕС і навіть ГЕС, існує сувора прив’язка місця будівництва до певних ділянок в залежності від геології. Найчастіше (хіба що, крім Ісландії), такі місця знаходяться у важкодоступних районах, гористій місцевості. Не слід скидати з рахунків і високу мінералізацію підземних вод, що з часом призводить до закупорки свердловин.
Потрібно брати до уваги і головний фактор розвитку, властивий будь-якій галузі – попит на ринку. Експерти підрахували, що, незважаючи на загальне зростання попиту на поновлювані енергоресурси, в тому числі і геотермальні, на 7,6% в рік, до 2040 року частка таких джерел у виробництві енергії становитиме всього лише 4,3%, поступаючись традиційним способам генерації. Зараз частка альтернативної енергетики становить всього 0,9% на світовому ринку.
Міжнародне визнання і прогнози на майбутнє
Втім, на міжнародному рівні геотермальна енергетика вважається досить перспективним напрямком. Націленість на розвиток даного сегмента підтверджується рішенням нещодавнього Кліматичного саміту в Парижі. Представники 38 країн проголосували за нарощування вироблення геотермальної енергії на 500%. Ініціатива прийняття такого рішення належить Міжнародному агентству з поновлюваних джерел енергії (IRENA). Очікується, що розвиток галузі дасть можливість стримати несприятливі зміни клімату.
У резолюції саміту зазначено, що даний вид енергії залишається одним з найдешевших, проте ступінь розвитку галузі вкрай недостатній. Потенціал для розвитку в цій сфері мають близько 90 держав. Члени саміту визнали, що основною перешкодою реалізації геотермальних проектів є зовсім не екологія, а необхідність значних інвестицій в бурильні роботи. У той же час, продаж електроенергії можна здійснювати в міру розробки джерел, не чекаючи повної реалізації проектів.
Застосування геотермальних джерел може частково вирішити проблему голоду в неблагополучних регіонах. В ООН вважають – впровадження геотермальної енергетики дасть можливість знизити дефіцит продовольства в ряді країн, що розвиваються, де просто відсутня електроенергія для забезпечення зберігання продуктів харчування, і, як результат – створити умови для накопичення запасів продовольчої безпеки.
Ймовірно, з урахуванням цілеспрямованої міжнародної енергетичної політики в цьому напрямку, будуть впроваджуватися дешеві і ефективні способи, спрямовані на подолання ризиків забруднення підземних горизонтів і усунення технічних проблем, що неминуче супроводжують геотермальну енергетику. Якщо основні перешкоди на шляху розвитку геотермального сегмента зникнуть, галузь однозначно почне переживати динамічне зростання і з часом стане вагомим енергетичним постачальником.
