Вісник НАН України. 2016. № 11. С.76-86
ДОЛІНСЬКИЙ Анатолій Андрійович —
академік НАН України, доктор технічних наук, професор, завідувач відділу тепломасообміну в дисперсних системах, почесний директор Інституту технічної теплофізики НАН України
ХАЛАТОВ Артем Артемович —
академік НАН України, доктор технічних наук, професор, завідувач відділу високотемпера- турної термогазодинаміки Інституту технічної теплофізики НАН України
ГЕОТЕРМАЛЬНА ЕНЕРГЕТИКА: ВИРОБНИЦТВО ЕЛЕКТРИЧНОЇ І ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ
Аннотація:
У статті наведено короткий огляд сучасного стану і розвитку геотермальної енергетики у світі. Розглянуто перспективи використання геотермальної енергетики в Україні для виробництва електричної і теплової енергії
Ключові слова: геотермальна енергетика, геотермальні технології, петротермальна енергетика.
Як добре відомо, внаслідок перебігу ядерних реакцій всередині Землі температура її ядра становить близько 6500 °С, а на глибині 10 км від поверхні — 200—270 °С. Такий природний потенціал є перспективним для використання в енергетиці, оскільки він майже невичерпний і може надовго забезпечити людство екологічно чистою енергією. Як свідчать розрахунки, в разі використання теплоти Землі в промислових масштабах протягом 40—50 млн років температура її ядра знизиться менш ніж на 10 °С. Сьогодні близько 90 країн світу мають значний потенціал для виробництва тепла й електрики, 24 з них використовують геотермальні технології на практиці. Сумарна потужність діючих ГеоТЕС (теплових) і ГеоЕС (електричних) у світі становить близько 85 ГВт, з яких приблизно 15 % припадає на виробництво електрики, а решта — на виробництво теплової енергії [1]. Теплоту геотермальних джерел використовують для локального теплопостачання, в тому числі з використанням теплових насосів, для підігріву води в плавальних і бальнеологічних басейнах, теплицях, в агропромисловому комплексі (сушіння, вироблення холоду). У 2014 р. світове виробництво електроенергії на геотермальних станціях становило 73,6 млрд кВт·год на рік, що еквівалентно економії близько 25 млрд м3 природного газу [1] і дозволяє знизити на 148 млн т викиди СО2 в атмосферу. Відповідно до експертних оцінок, теоретично можливий енергетичний потенціал геотермальної енергії в Україні становить понад 40 ГВт за потужністю, а економічно доцільний потенціал — близько 10 ГВт [1], що еквівалентно 10 блокам сучасних атомних електростанцій. Найперспективнішими регіонами для розвитку геотермальної енергетики в Україні є Закарпаття, Сумська, Чернігівська, Херсонська, Донецька, Луганська та Полтавська області. Виробництво електроенергії Стан проблеми. Першу у світі промислову ГеоЕС потужністю 250 кВт було введено в експлуатацію в 1904 р. в Італії. На сьогодні в Європі експлуатуються близько 80 ГеоЕС, першість у виробництві електроенергії посідають Італія, Ісландія і Туреччина [2]. До початку 2015 р. у світі працювали геотермальні електростанції загальною встановленою потужністю 12,64 ГВт, найбільший приріст потужностей за останні роки відзначено в Кенії, США, Туреччині, Новій Зеландії та Індонезії. Найбільша у світі встановлена потужність ГеоЕС припадає на США і становить 3,45 ГВт (5,6 ГВт за прогнозом на 2020 р.), до трійки провідних країн входять також Філіппіни (1,87 ГВт) та Індонезія (1,23 ГВт; за прогнозами — 3,5 ГВт у 2020 р.) [2]. Ісландія і Сальвадор на 25 % забезпечують власні потреби в електричній енергії завдяки використанню геотермальної енергії. До 2030 р. світова геотермальна електроенергетика розвиватиметься прискореними темпами, особливо, як очікується, в Ісландії, Східній Африці, Центральній та Північній Америці, США, Японії, Новій Зеландії, де є найсприятливіші умови для її розвитку. Передбачається, що вже до 2020 р. сумарна потужність геотермальних електростанцій досягне 21,5 ГВт, до 2030 р. становитиме 25,0 ГВт, а до 2050 р. — 75,0 ГВт [1—3]. Наприкінці 2015 р. Африканський Союз, який об’єднує 54 країни, повідомив про виділення в найближчому майбутньому 20 млрд дол. США для створення 10 ГВт потужностей відновлюваної енергетики, в тому числі й для геотермальних проектів у СхідноАфриканській рифтовій долині. Азійський банк розвитку запустив програму на суму 500 млн дол. США для підтримки Індонезії в галузі геотермальної енергетики та інших відновлюваних джерел енергії. Американський і Карибський банки виділили кредити і гранти в розмірі 71,5 млн дол. США для розвитку нових геотермальних проектів. Основними перевагами геотермальної технології є невичерпність енергії, незалежність виробництва електроенергії від пори року та умов навколишнього середовища, менші викиди вуглекислого газу і канцерогенних продуктів в атмосферу, незалежність від кон’юнктури світових цін на енергоносії. Нещодавно, восени 2015 р. у Парижі відбулася конференція ООН зі зміни клімату (СОР21), на якій відновлювані джерела енергії, в тому числі і геотермальну енергетику, було визнано одним з провідних напрямів і ефективним інструментом у боротьбі зі змінами світового клімату. Важливою властивістю ГеоЕС є практично незмінне електричне і теплове навантаження протягом усього життєвого циклу (capacity factor), яке досягає 92 % (для порівняння: в ядерній енергетиці — 90 %, вугільній — 85 %, наземній вітровій — 38 %, сонячній — 20 %). Геотермальна електростанція не потребує для розміщення великих площ, у середньому вона займає 400 м2 у розрахунку на 1000 МВт·год виробленої електроенергії (для вугільної ТЕС цей показник становить 3600 м2). Типова ГеоЕС для своєї роботи споживає приблизно в 50 разів менше прісної води, ніж, наприклад, ТЕС і АЕС [5]. Масштаби виробництва електроенергії з геотермічної енергії залежать від багатьох факторів, таких як геологія і геохімія місцевості, інфраструктура в районі будівництва ГеоЕС, середньорічна температура, дебіт та якість води (мінералізація, температура на виході, газонасиченість, жорсткість, кислотність тощо.).