4.2. Техника извлечения геотермального тепла
Источники геотермальной энергии можно разделить на пять типов.
Источники геотермального сухого пара. Они довольно редки, но наиболее удобны для строительства ГеоТЭС.
Источники влажного пара. Эти источники встречаются чаще, но их освоение связано с рядом проблем.
Источники геотермальной воды. Представляют собой геотермальные резервуары, которые образуются при наполнении подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близлежащей магмой.
Сухие горячие скальные породы на глубине двух и более километров, которые разогреты магмой.
Магма, которая представляет собой расплавленные горные породы с температурой 1300 C.
Масштаб использования геотермальной энергии во многом определяется капитальными затратами на сооружение скважин. Их стоимость экспоненциально увеличивается с ростом глубины. Так как температура увеличивается с глубиной, а выработка энергии увеличивается с температурой, то в большинстве случаев оптимальная глубина скважины составляет около 5 км. Геотермальные энергетические установки обычно имеют мощность более 100 МВт.
Общее количество тепла, извлекаемого из геотермальной скважины можно увеличить, если повторно закачивать отработанную воду. Это также дает возможность избавиться от сбросных вод, которые могут быть сильно минерализованными и представляют опасность для окружающей среды. В то же время это приводит к увеличению стоимости ГеоТЭС.
Наиболее экономичные ГеоТЭС имеют скважины, пробуренные в естественные подземные источники геотермальных районов (рис. 4.1).
Такие скважины используются в долине Гейзеров (Калифорния) и в месторождении Вайракен (Новая Зеландия), где в скважинах существует значительное давление.
Рис. 4.1. Схема размещения гидротермальных станций в гипертермальном районе (геотермальное поле Гейзеры, Калифорния): 1 – естественный гейзер, 2 – энергетическая станция; 3 – глубокая сквжина (5 км); 4 – пароводяной источник (~250 C); 5 – мантия; 6 – горячие скальные породы
Подобные скважины применяют также для извлечения энергии из источников геотермальных вод, где высокое давление и можно обойтись без насосов.
Ведутся работы направленные на извлечение тепла из сухих горных пород. Они могут обеспечить бóльшее количество тепла по сравнению с геотермальными водами. В США разработаны методы дробления скал гидровзрывом с помощью холодной воды, которая нагнетается под давлением в скважину (рис. 4.2). После предварительного дробления пород вода подается через нагнетающую скважину и фильтруется на глубине 5…7 км через скальные породы с температурой 250 C. Нагретая вода возвращается на поверхность через водозаборную скважину. Две такие скважины могут обеспечить тепловой энергией установку мощностью порядка гигаватта [2]
Рис. 4.2. Схема извлечения тепла из сухих горных пород
Технически доступными являются запасы геотермальной энергии на глубине 10 км в пределах суши. Геотермальные ресурсы пригодные для использования составляют примерно 137 трлн. т у.т. Но основной частью этой энергии является энергия горячих горных пород. На природный пар и воду приходится только сотая часть геотермальных ресурсов – 1,4 трлн. т у.т. Геотермальная энергия может быть использована для выработки электроэнергии и теплоснабжения.