Гейзерная энергетика. Перспективы развития на Камчатке (Проблемы устойчивого развития, Тольяттинский государственный университет)
|
Введение…………………………………………………………………………3
1. Теоретическая часть. Гейзерная энергетика……………………………….. 6
1.1. Способы получения электроэнергии..18
1.2 Воздействие гейзерной энергетики на окружающую среду………… 24
2. Мутновская геотермальная электростанция ……………………………… 26
3. Перспективы развития гейзерной энергетики на Камчатке……………….31
Заключение……………………………………………………………………… 37
Список литературы…………………………………40
Приложение……………………………………………………………………...42
1. Теоретическая часть. Гейзерная энергетика……………………………….. 6
1.1. Способы получения электроэнергии..18
1.2 Воздействие гейзерной энергетики на окружающую среду………… 24
2. Мутновская геотермальная электростанция ……………………………… 26
3. Перспективы развития гейзерной энергетики на Камчатке……………….31
Заключение……………………………………………………………………… 37
Список литературы…………………………………40
Приложение……………………………………………………………………...42
С тех пор, как было изобретено электричество, люди постоянно стремятся всячески уменьшить затраты по его производству и повысить экологическую чистоту.
Энергия – источник жизненной силы современного государства, основа высокого уровня жизни, развитой экономики и национальной безопасности.
Последние десятилетия минувшего и первые годы XXI века для многих стран стали периодом напряженного поиска новой стратегии энергетического развития, который продолжается и в настоящее время. Необходимые изменения в энергетической политики связаны с осознанием мировым сообществом глобальной экологической опасности, связанным с громадными масштабами сжигания органического топлива; с грядущим истощением в обозримой перспективе и соответствующим повышением мировых цен на нефть; с опасностью использования атомного топлива, включающей и проблемы захоронения радиоактивных отходов.
Актуальность изучения данной темы, приводит к очевидному выводу, что без значительного изменения всей структуры топливно-энергетического комплекса, без включения в баланс новых первичных источников энергии невозможно решить глобальные энергетические проблемы начала XXI века.
На сегодняшний день происходит истощение доступных природных запасов традиционных источников энергоресурсов и одновременно обострение проблем окружающей среды и потребления энергоресурсов. Интенсивное освоение природы привело к многочисленным экологическим проблемам, последствиями которых стали обеднение флоры и фауны, опустынивание ландшафтов, загрязнение почв и водоемов, истощение ресурсов, образование огромного количества отходов. Поэтому на смену традиционным источникам энергии приходят новые неисчерпаемые, например, – солнечные, геотермальные, ветровые и использование энергии приливов и отливов [11].
Проблема энергетики затрагивает и Камчатский край, как территорию, являющуюся не только активным потребителем энергии, но и край, обладающий большим потенциалом энергетических ресурсов для развития альтернативной энергетики. Проблематичность реализации данного потенциала заключается в том, что энергетика Камчатского края с момента своего создания основана на использования исключительно привозного топлива (уголь, мазут, дизельное топливо), в результате чего здесь сложились самые высокие тарифы на энергоресурсы (обусловленные транспортными расходами), которые не могут обеспечить достаточной конкурентоспособност любой производимой на территории Камчатки продукции за пределами полуострова [2].
Гейзеры являются уникальными гидрогеологическими объектами, наблюдения за ними можно использовать для более глубокого понимания условий формирования высокотемпературных гидротермальных систем, тепловая мощность которых определяет потенциал геотермальной энергии [Аверьев, 1965]. Природные гейзеры встречаются редко, их во всем мире менее 1000 [Hurwitz, Manga, 2017] и большинство из них компактно сосредоточено лишь в шести крупных геотермальных районах планеты. Одно из крупных гейзерных полей Земли находится в Долине Гейзеров на полуострове Камчатка.
Внедрение их в практику, может не только улучшить энергоснабжение определенного региона и экологическую ситуацию в определенном регионе, но и улучшить стабильность в регионе.
Целью работы является исследование механизмов и возможностей использования гейзерной энергетики и её влияние на окружающую среду.
Для достижения цели были поставлены задачи:
1. Охарактеризовать геотермальную энергетику в целом;
2. Выявить достоинства и недостатки гейзерной энергетики.
3. Изучить работу Мутновской геотермальной станции и особенности ее воздействия на окружающую среду;
4. Проанализировать систему охраны окружающей среды разработанную в ОАО «Геотерм».
Объектом исследования выступает геотермальная энергетика в целом, как альтернативный источник энергии.
Предметом же выступает непосредственно Мутновская геотермальная станция Камчатского края.
Методы исследования: сравнительный гидрогеологический анализ гидротермальных резервуаров, вмещающих активные гейзеры и палеогейзеры Камчатки
Информационной базой для написания работы были публикации российских ученых: С.П. Крашенинникова, Б.И. Пийпа, Т.И. Устиновой, С.И. Набоко, В.В. Аверьева, В.И. Белоусова, В.И. Кононова, В.Н. Виноградова, Г.С. Штейнберга, В.А. Дрознина, В.М. Сугробова, Н.Г. Сугробовой, Г.А. Карпова, В.Л. Леонова, А.В. Леонова, А.Б. Белоусова, А.В. Кирюхина, и многих других.
Работа состоит из введения, 2 разделов, заключения, перечня ссылок из 10 наименований.
Энергия – источник жизненной силы современного государства, основа высокого уровня жизни, развитой экономики и национальной безопасности.
Последние десятилетия минувшего и первые годы XXI века для многих стран стали периодом напряженного поиска новой стратегии энергетического развития, который продолжается и в настоящее время. Необходимые изменения в энергетической политики связаны с осознанием мировым сообществом глобальной экологической опасности, связанным с громадными масштабами сжигания органического топлива; с грядущим истощением в обозримой перспективе и соответствующим повышением мировых цен на нефть; с опасностью использования атомного топлива, включающей и проблемы захоронения радиоактивных отходов.
Актуальность изучения данной темы, приводит к очевидному выводу, что без значительного изменения всей структуры топливно-энергетического комплекса, без включения в баланс новых первичных источников энергии невозможно решить глобальные энергетические проблемы начала XXI века.
На сегодняшний день происходит истощение доступных природных запасов традиционных источников энергоресурсов и одновременно обострение проблем окружающей среды и потребления энергоресурсов. Интенсивное освоение природы привело к многочисленным экологическим проблемам, последствиями которых стали обеднение флоры и фауны, опустынивание ландшафтов, загрязнение почв и водоемов, истощение ресурсов, образование огромного количества отходов. Поэтому на смену традиционным источникам энергии приходят новые неисчерпаемые, например, – солнечные, геотермальные, ветровые и использование энергии приливов и отливов [11].
Проблема энергетики затрагивает и Камчатский край, как территорию, являющуюся не только активным потребителем энергии, но и край, обладающий большим потенциалом энергетических ресурсов для развития альтернативной энергетики. Проблематичность реализации данного потенциала заключается в том, что энергетика Камчатского края с момента своего создания основана на использования исключительно привозного топлива (уголь, мазут, дизельное топливо), в результате чего здесь сложились самые высокие тарифы на энергоресурсы (обусловленные транспортными расходами), которые не могут обеспечить достаточной конкурентоспособност любой производимой на территории Камчатки продукции за пределами полуострова [2].
Гейзеры являются уникальными гидрогеологическими объектами, наблюдения за ними можно использовать для более глубокого понимания условий формирования высокотемпературных гидротермальных систем, тепловая мощность которых определяет потенциал геотермальной энергии [Аверьев, 1965]. Природные гейзеры встречаются редко, их во всем мире менее 1000 [Hurwitz, Manga, 2017] и большинство из них компактно сосредоточено лишь в шести крупных геотермальных районах планеты. Одно из крупных гейзерных полей Земли находится в Долине Гейзеров на полуострове Камчатка.
Внедрение их в практику, может не только улучшить энергоснабжение определенного региона и экологическую ситуацию в определенном регионе, но и улучшить стабильность в регионе.
Целью работы является исследование механизмов и возможностей использования гейзерной энергетики и её влияние на окружающую среду.
Для достижения цели были поставлены задачи:
1. Охарактеризовать геотермальную энергетику в целом;
2. Выявить достоинства и недостатки гейзерной энергетики.
3. Изучить работу Мутновской геотермальной станции и особенности ее воздействия на окружающую среду;
4. Проанализировать систему охраны окружающей среды разработанную в ОАО «Геотерм».
Объектом исследования выступает геотермальная энергетика в целом, как альтернативный источник энергии.
Предметом же выступает непосредственно Мутновская геотермальная станция Камчатского края.
Методы исследования: сравнительный гидрогеологический анализ гидротермальных резервуаров, вмещающих активные гейзеры и палеогейзеры Камчатки
Информационной базой для написания работы были публикации российских ученых: С.П. Крашенинникова, Б.И. Пийпа, Т.И. Устиновой, С.И. Набоко, В.В. Аверьева, В.И. Белоусова, В.И. Кононова, В.Н. Виноградова, Г.С. Штейнберга, В.А. Дрознина, В.М. Сугробова, Н.Г. Сугробовой, Г.А. Карпова, В.Л. Леонова, А.В. Леонова, А.Б. Белоусова, А.В. Кирюхина, и многих других.
Работа состоит из введения, 2 разделов, заключения, перечня ссылок из 10 наименований.
В теоретической части были рассмотрены гейзеры как источник альтернативной энергии. Поскольку они выделяют большое количество кипящей воды, то могут быть использованы для отопления, в курортных, целях и как источник энергии.
Геотермальная энергетика экономически эффективна там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры, — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курильские острова, острова Японского архипелага). В отличие от других первичных источников энергии, носители геотермальной энергии невозможно транспортировать на расстояние, превышающее несколько километров. Поэтому земное тепло — типично локальный источник энергии, и работы, связанные с его эксплуатацией (разведка, подготовка буровых площадок, бурение, испытание скважин, забор жидкости, получение и передача энергии, подпитка, создание инфраструктур и т.д.), ведутся, как правило, на относительно небольшом участке с учетом местных условий.
Преимущества безтопливной генерации на Камчатке очевидны и бесспорны. Прежде всего, производство альтернативной энергии экологически чистое и полностью исключает выброс в атмосферу углерода и других вредных газов, ответственных за парниковый эффект. Геотермальным электростанциям для производства электроэнергии, в отличие от традиционных, не требуется органическое топливо, на которое тратятся огромные деньги (80% затрат тепловых станций приходится на стоимость топлива). Теплоноситель (паро-водяная смесь высокой температуры) для работы геотермальных электростанций добывается из-под земли. Поэтому, им не нужен котельный цех, в котором сжигается органическое топливо. Вместо него - большое геополе со скважинами и трубопроводами. Паро-водяная смесь собирается из скважин, по трубопроводной системе транспортируется на сепараторную станцию, где разделяется на пар и воду. Пар используется для производства электроэнергии, а вода снова закачивается в скважины.
Соотношение стоимости одного киловатт-часа электроэнергии, реально производимой на Мутновских ГеоЭС и тепловых электростанциях, обеспечивающих город электричеством достаточно ощутимое, отпускная цена на электроэнергию ниже топливной составляющей тепловых станций ОАО «Камчатскэнерго», работающих на органическом топливе. 80% затрат у тепловых электростанций составляет стоимость топлива. Если в ОАО «Камачтскэнерго» закончится топливо, то станция остановится, а Мутновская ГеоЭС будет работать.
В настоящее время доля мутновских геотермальных электростанций в общем электропотреблении ЦКЭУ составляет около 34 %, что позволяет в значительной степени ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута, а заодно - улучшить экологическую обстановку в крае.
Высокая экономическая эффективность и экологическая чистота являются достаточными стимулами для дальнейшего развития геотермальной энергетики на полуострове. Каковы же перспективы?
В Камчатском крае существует стратегия развития, в этом году начнётся проектирование блока, работающего на вторичном паре. Его мощность приблизительно будет равна 12 МВт. Более конкретно пока сказать трудно, но теоретические выкладки говорят о том, что можно будет получить такую мощность, дополнительно не разбуривая геополе. Если сепарат, закаченный под землю, пустить через расширитель и получить с него дополнительный пар, который, в свою очередь, сработает на блоках, работающих на паре с низкими параметрами (таких, как на Паужетской ГеоЭС), то теоретически из этого количества пара можно получить мощность в 12 МВт.
Но этот источник энергии следует разрабатывать как перспективный. Возможно, стоит создавать системы надежных трубопроводов, по которым горячая вода подавалась бы на большие расстояние, что обеспечивало б эффективность использования гейзера и его безопасность.
В России много гейзеров находятся на Камчатке, но они преимущественно используются для показа туристам и для локального снабжения населения горячей водой.
Правительство Камчатки видит будущее энергетики полуострова в возобновляемых источниках энергии, и об этом чётко прописано в стратегии развития Камчатского края, рассчитанной до 2025 года.
Геотермальная энергетика экономически эффективна там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры, — в районах активной вулканический деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курильские острова, острова Японского архипелага). В отличие от других первичных источников энергии, носители геотермальной энергии невозможно транспортировать на расстояние, превышающее несколько километров. Поэтому земное тепло — типично локальный источник энергии, и работы, связанные с его эксплуатацией (разведка, подготовка буровых площадок, бурение, испытание скважин, забор жидкости, получение и передача энергии, подпитка, создание инфраструктур и т.д.), ведутся, как правило, на относительно небольшом участке с учетом местных условий.
Преимущества безтопливной генерации на Камчатке очевидны и бесспорны. Прежде всего, производство альтернативной энергии экологически чистое и полностью исключает выброс в атмосферу углерода и других вредных газов, ответственных за парниковый эффект. Геотермальным электростанциям для производства электроэнергии, в отличие от традиционных, не требуется органическое топливо, на которое тратятся огромные деньги (80% затрат тепловых станций приходится на стоимость топлива). Теплоноситель (паро-водяная смесь высокой температуры) для работы геотермальных электростанций добывается из-под земли. Поэтому, им не нужен котельный цех, в котором сжигается органическое топливо. Вместо него - большое геополе со скважинами и трубопроводами. Паро-водяная смесь собирается из скважин, по трубопроводной системе транспортируется на сепараторную станцию, где разделяется на пар и воду. Пар используется для производства электроэнергии, а вода снова закачивается в скважины.
Соотношение стоимости одного киловатт-часа электроэнергии, реально производимой на Мутновских ГеоЭС и тепловых электростанциях, обеспечивающих город электричеством достаточно ощутимое, отпускная цена на электроэнергию ниже топливной составляющей тепловых станций ОАО «Камчатскэнерго», работающих на органическом топливе. 80% затрат у тепловых электростанций составляет стоимость топлива. Если в ОАО «Камачтскэнерго» закончится топливо, то станция остановится, а Мутновская ГеоЭС будет работать.
В настоящее время доля мутновских геотермальных электростанций в общем электропотреблении ЦКЭУ составляет около 34 %, что позволяет в значительной степени ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута, а заодно - улучшить экологическую обстановку в крае.
Высокая экономическая эффективность и экологическая чистота являются достаточными стимулами для дальнейшего развития геотермальной энергетики на полуострове. Каковы же перспективы?
В Камчатском крае существует стратегия развития, в этом году начнётся проектирование блока, работающего на вторичном паре. Его мощность приблизительно будет равна 12 МВт. Более конкретно пока сказать трудно, но теоретические выкладки говорят о том, что можно будет получить такую мощность, дополнительно не разбуривая геополе. Если сепарат, закаченный под землю, пустить через расширитель и получить с него дополнительный пар, который, в свою очередь, сработает на блоках, работающих на паре с низкими параметрами (таких, как на Паужетской ГеоЭС), то теоретически из этого количества пара можно получить мощность в 12 МВт.
Но этот источник энергии следует разрабатывать как перспективный. Возможно, стоит создавать системы надежных трубопроводов, по которым горячая вода подавалась бы на большие расстояние, что обеспечивало б эффективность использования гейзера и его безопасность.
В России много гейзеров находятся на Камчатке, но они преимущественно используются для показа туристам и для локального снабжения населения горячей водой.
Правительство Камчатки видит будущее энергетики полуострова в возобновляемых источниках энергии, и об этом чётко прописано в стратегии развития Камчатского края, рассчитанной до 2025 года.