Геотермальная энергетика позволяет извлекать тепло Земли из глубинных недр и направлять его на производство энергии для нужд человека. Наша планета – гигантская тепловая машина, результатом работы которой становятся перемещение континентов, рост гор, образование океанов и, конечно, вулканическая активность. Если хотя бы микроскопическую часть энергии, вырабатываемой этой машиной, пустить на нужды человека, то можно быть уверенным, что её хватило бы для нашей цивилизации на неограниченное время. Опыт эксплуатации геотермальной энергии демонстрирует множество преимуществ по сравнению с другими источниками. Это относительно низкая цена и малая нагрузка на окружающую среду, непрерывная генерация и возобновляемость.
Технологии использования геотермальной энергии разрабатываются уже по крайней мере столетие: первая геотермальная станция была построена в 1904 году в местечке Лардерелло в Италии. Во второй половине ХХ века существенный вклад в развитие геотермальной энергетики внесли советские специалисты, которые разведали ряд месторождений на Камчатке и Курильских островах. В 1966 году была запущена первая в СССР геотермальная электростанция на Паужетке, мощность которой менялась от 5 до 14 МВт. Построенные в конце 1990-х годов две геотермальные станции на Мутновском вулкане с общей мощностью около 60 МВт обеспечивают от 20 до 30% потребностей города Петропавловска-Камчатского в электроэнергии. Уже позднее созданы две небольшие станции на островах Кунашир и Итуруп, которые отапливают и обеспечивают электричеством местные населённые пункты. Вместе с тем следует отметить, что у нашей страны имеется огромный потенциал для развития геотермальной энергетики, который используется непозволительно мало.
В настоящее время лидерами по производству геотермальной энергии являются США, а также ряд стран, расположенных в вулканически активных областях: Филиппины, Индонезия, Мексика, Новая Зеландия, Исландия и прочие. Интересно, что в этом ряду есть и страны, где вулканическая активность отсутствует, – например, Германия, которая вырабатывает около 600 МВт геотермальной энергии. На сегодняшний день вклад геотермальных источников в общий энергетический баланс человечества пока пренебрежительно мал, однако ускоряющееся развитие этого направления в последние десятилетия может кардинально изменить ситуацию в будущем.
Существуют два основных типа геотермальных систем, которые используют на практике. Первое направление называют гидрогеотермальным. Оно основано на поиске и эксплуатации подземных резервуаров, насыщенных разогретой водой и паром. Вырываясь по скважине на поверхность, пар вращает турбину, производя электрический ток и тепло для обогрева зданий. Такого рода система относительно проста в использовании и эффективна, однако подобные месторождения встречаются не очень часто, а их поиск – довольно сложная задача. К тому же при недостаточно активной циркуляции воды в глубинном резервуаре источники могут постепенно заканчиваться.
Второй способ, называемый петротермальным, использует факт увеличения температуры в земных недрах с глубиной. С поверхности закачивается вода, которая на определённой глубине вскипает и запускает процесс циркуляции в системе. В среднем на Земле температурный градиент составляет около 30 градусов на километр, то есть, если иметь возможность бурить скважины на глубины более десяти километров, геотермальную энергию можно было бы добывать практически в любой точке. Однако на сегодняшний день бурение на такие глубины пока слишком дорого и, очевидно, нерентабельно. Поэтому главная задача петротермальной энергетики состоит в поиске областей с повышенным температурным градиентом, где требуемые температуры вскипания воды достигаются на глубинах 3 км и менее. Именно такие зоны найдены в Германии, что позволило им стать одной из ведущих стран в геотермальной энергетике. В России одной из перспективных в этом смысле зон является Западная Сибирь, где температурный градиент достаточно высок. Тепловая энергия, которая может быть добыта из уже пробуренных скважин, теоретически может значительно превысить вклад выкачанных оттуда нефти и газа.
К двум указанным выше источникам геотермальной энергии я бы добавил ещё и третий – магмагеотермальный. Выполняя исследования десятков различных активных вулканов по всему миру, мы обнаружили, что под большинством из них выделяются магматические очаги на относительно небольших глубинах. Так, под Авачинским вулканом на Камчатке верхняя граница магматической камеры находится глубине всего около 2–3 км от поверхности, то есть практически на уровне моря. Под вулканом Окмок на Алеутской дуге, по нашим данным, магматический резервуар находится вообще на глубине менее одного километра от поверхности! Принимая во внимание, что магма в такой камере под активным вулканом имеет температуру около 1000 градусов, естественно предположить, что в окружающих слоях она создаёт зону повышенного термального градиента. Таким образом, пробурив не слишком глубокую скважину по направлению к магматической камере, можно достаточно легко достичь породы с «комфортной» температурой (200–300 градусов) для запуска эффективной геотермальной машины.
При разработке магмагеотермальных источников энергии ключевым этапом стоит разведка и картирование магматических резервуаров методами геофизики. Одним из наиболее эффективных способов для этого является сейсмическая томография. Для получения данных необходимо выставить сеть автономных сейсмостанций на поверхности на определённый срок (обычно на год), в течение которого приборы регистрируют сейсмичность и природные шумы. На основании обработки этих записей можно строить трёхмерные изображения земных недр, в которых контрастно выделяются аномалии, связанные с магматическими очагами под активными вулканами.
Эксплуатируя такие магмагеотермальные источники энергии, можно построить ряд термальных станций вдоль всего вулканического пояса Камчатки и Курильских островов. Возникает естественный вопрос, для кого эти станции будут вырабатывать энергию в этих малонаселённых территориях? И как её передавать на «Большую Землю»? Решение может оказаться не таким уж сложным: предлагается на базе каждой такой станции поставить фабрику по производству водородного топлива путём разложения воды электролизом, что окупит работы по разведке и эксплуатации. Вместе с тем в результате реализации такого проекта в диких, но невероятно красивых местах на востоке нашей страны возникнут островки цивилизации с безграничным теплом и электричеством. Этим могут пользоваться и военные, которые несут там вахту, и учёные, для которых там же можно построить исследовательские стационары и обсерватории, и многочисленные туристы, которые радостно приедут осваивать эти края. Можно быть уверенным, что это станет мощным толчком для освоения и развития этих фантастически прекрасных частей нашей страны.
Иллюстрации: анонс – Елены Рюминой, статья – предоставлена Иваном Кулаковым
Может быть интересно:
