Геотермальная энергия
К геотермальной энергии относят глубинное тепло Земли, которое является потенциальным источником для электро- и теплоснабжения. Данные источники можно классифицировать на три вида:
1.Термальные воды и пары в подземных коллекторах.
2. Тепло, аккумулированное в горных породах.
3. Тепло вулканов.
В районах, где активны вулканы, подземная вода нагревается и часто выходит на поверхность в виде гейзеров. Для использования этой тепловой энергии бурятся специальные скважины.
В основном данная энергия используется для отопления зданий и сооружений. Как источник для выработки электроэнергии используется довольно редко.
Геотермальная энергия активно используется в США, Японии, Исландии, Италии, Франции, Новой Зеландии, Китае и прочих странах.
Интересен опыт Исландии, где 90% домов отапливается от геотермальных источников. Само государство находится на вулканическом плато, что позволяет использовать тепло Земли.
Правительство Исландии активно поддерживает инновационные разработки использования геотермальной энергии. Самая крупная геотермальная станция имеет мощность по электроэнергии в размере 300 МВт, по теплу – 400 Мвт. Кроме геотермальной энергетики в этой островной стране активно развивается гидроэнергетика, что позволяет генерировать 90% энергии из возобновляемых источников.
В США в 116 км к северу от Сан-Франциско находится крупная группа геотермальных станций общей мощностью 1517 МВт. Американское правительство активно поддерживает геотермальную энергетику, как один из видов альтернативной энергии.
В Российской Федерации большие объемы термальных вод есть в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Ставропольском и Краснодарском краях, Камчатке. Примерно 30% электроэнергии на Камчатке вырабатывается на геотермальных источниках (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мутновская ГеоЭС).
Установленная мощность геотермальных электростанций по странам мира за 1990—2010 г. отражена в таблице ниже.
Таблица 1.1 – Установленная мощность геотермальных электростанций
За анализируемый период установленная мощность геотермальных электростанций увеличилась на 4885 МВт или на 83,8%. Наибольший прирост пришелся на Индонезию (+1052 МВт), Филиппины (+1013 МВт), Исландию (+530 МВт), Японию (+321 МВт), США (+318 МВт).
В структуре производства электроэнергии из геотермальных источников наибольшая доля приходится на США (28,9%), Филиппины (17,8%) и Индонезию (11,2%).
В Российской Федерации установленная мощность геотермальных электростанций увеличилась на 71 МВт, но по величине она значительно уступает другим странам.
Существенным недостатком использования термальных вод является необходимость их возврата обратно в пласт, что обусловлено наличием различных загрязнителей. Выбросы в водоемы могут привести к гибели местной флоры и фауны.
Среди положительных сторон геотермальной энергетики стоит отметить отсутствие колебаний в течение суток и года. Постоянство источников энергии позволяет не использовать вспомогательные генерирующие мощности.
Энергия океанов и морей
Некоторые страны ведут активные исследованию по использованию энергии морей и океанов. Предпочтительными направлениями являются использование энергии приливов, океанских течений и волн.
Приливная электростанция – это, по существу, та же самая гидроэлектростанция, но в которой используется энергия не рек, а морских приливов. Для её строительства необходима сама приливная волна и бассейн, в качестве которого можно применять различные виды ущелий, заливы или устья рек. Плотина отгораживает приливную воду, и она, возвращаясь обратно, приводит в действие турбины. Естественно, чем выше приливная волна, тем мощнее электростанция.
Приливные электростанции могут работать в реверсивном режиме, то есть вырабатывать электроэнергию как при отливе, так и при приливе. Это значительно повышает их мощность. Целесообразно строить подобные электростанции в местах, где волна выше 4 метров. Характеристики существующих приливных электростанций представлены ниже.
Таблица 1.2 – Приливные электростанции
Самая крупная приливная электростанция Сихва находится в бухте Асан, и она использует энергию Желтого моря. Длина дамбы 12,7 км, объем водохранилища 324 млн. м3, высота прилива 7,5 м.
В этом же регионе запланировано строительство следующих приливных электростанций: в бухте Инчон 1320 МВт, в бухте Хонсу 700 МВт, в бухте Гарорим 500 МВт.
В России действует одна электростанция подобного вида – Кислогубская, – которая построена в 1968 г. по проекту института «Гидропроект». В 1990-х годах из-за сложной экономической ситуация станция перестала функционировать. Однако в начале 2000-х годов она вновь заработала, а в ноябре 2006 г. мощность станции была увеличена с 0,4 до 1,7 МВт.
Для использования энергии океанских течений вглубь погружают специальные роторы. С 2003 г. опыты проводятся вблизи Великобритании и Ирландии. Однако использование энергии океанских течений требует существенных инвестиций, поэтому в данный момент это направление развивается очень слабо.
Некоторые инноваторы предлагают использовать энергию волн. Основная задача использования энергии волн – это преобразование колебаний воды вверх-вниз во вращательное движение.
Первая волновая электростанция была построена в Португалии в городе Повуа-ди-Варзин. Её установленная мощность составляет 2,25 МВт. Подрядчиком строительства выступила шотландская компания Pelamis Wave Power. Электростанция состоит из трех конвекторов, которые в свою очередь состоят из четырех секций. На стыках секций установлены гидромоторы, которые приводятся в действие от поднимающихся волн. Генераторы непосредственно присоединены к гидромоторам. Вырабатываемая электроэнергия позволяет обеспечивать поселок из 1600 домов.
В 2009 г. у берегов северной части Шотландии был установлен поплавок-насос. Его уникальность состоит в том, что вся вода под давлением поступает на берег, где из неё вырабатывается энергия. Волны то опускаются, то поднимаются, приводя в действие механизм. Мощность данной электростанции составляет 0,6 МВт, что позволяет обеспечить электроэнергий несколько сотен домов.
Использование энергии приливов, волн и океанских течений резко ограничено высокими инвестиционными вложениями. Однако многие эксперты считают, что это направление довольно перспективное.
Газогидраты
Метан, который широко используется в народном хозяйстве, можно добывать не только из залежей природного газа. Этим углеводородом богаты угольные месторождения, сланцы и газогидраты. Причем наибольшие его объемы сосредоточены в газогидратах, далее по убывающей – в сланцах, угольных месторождениях и традиционных газовых залежах.
Основные объемы метана в настоящий момент добываются как раз из газовых месторождений. В некоторых странах угольный газ также научились использовать, в ряде стран – сланцевые газы. Пока добыча газа из газогидратов в крупных объемах не осуществляется.
Газогидраты образуются при взаимодействии метана с водой под высоким давлением и низкой температуре. Один объем воды связывает от 70 до 210 м3 газа. При разложении гидрата метана из 1 куб. м. выделяется порядка 160 м3 газа.
Гидраты метана по внешнему сходству напоминают спрессованный снег, который при таянии частично обращается в газ. В природе это соединение встречается очень часто, образуя огромные залежи. Некоторые экологи опасаются, что увеличение температуры приведет к высвобождению метана из гидратов, что резко отрицательно скажется на тепловом балансе планеты.
Образование газогидратов полностью соответствует гидридной теории происхождения Земли, которая будет раскрыта дальше. Водород и углерод поднимаясь из глубин планеты вступает в реакцию с водой, образуя месторождения газогидратов. При этом основная их масса сосредоточена в местах, где еще идут процессы океанообразования. По оценке экспертов на газогидраты приходится порядка 53% органического углерода, что значительно превышает общие запасы угля, нефти и газа.
Рисунок 1.2 – Распределение органического углерода на Земле
В 2017 г. появилась информация о начале промышленной добычи газогидратов Китаем в Южно-Китайском море. С месторождений, находящихся на глубине 1200 м, было добыто 120 тыс. м3 газа, 99,5% из которого метан. Китайская коммунистическая партия сообщила, что это прорыв в добыче углеводородов.
В свою очередь Япония планирует выйти на промышленную добычу газогидратов в 2018—2019 г., что позволит повысить энергетический суверенитет страны.
