Лекция: Геотермия на Камчатке

На Камчатке имеется около 150 групп термальных источников и 11 высокотемпературных гидротермальных систем (Рис.18). Они располагаются в вулканотектонических депрессиях, грабенах и кальдерах, служащих в качестве резервуаров для термальных вод поровой и трещинной циркуляции. За исключением Кроноцкого Заповедника, геотермальные ресурсы Камчатки могут дать 1345 МВт тепловой энергии в течение, по меньшей мере, 100 лет.

Таблица 4

На основании природных (геологоструктурных) условий на Камчатке выделяются следующие гидротермальные субпровинции: Северная, Срединная, Восточная, Южная провинции и провинции больших структурных депрессий (последние являются перспективными с точки зрения промышленного освоения геотермальных ресурсов).

Северная субпровинция включает 16 групп термальных источников. Среди них Тимлатские, Паланские и Русановские источники являются наиболее привлекательными для использования.

В Срединной субпровинции имеется 24 гидротермальных проявления. Среди них, Эссовские и Анавгайские источники уже используются и две высокотемпературные системы (Киреунская и Апапельская) предположительно обладают большим энергетическим потенциалом. Около одной трети всех источников расположено в Восточной супровинции. Источники, находящиеся в долине р. Налычева, наиболее перспективны для сельскохозяйственных и бальнеологических целей. Карымская, Семячинская, Узонская высокотемпературные системы и Долина Гейзеров входят в эту субпровинцию. Последние три системы находятся в границах Кроноцкого заповедника, где запрещена любая промышленная и сельскохозяйственная деятельность. И, наконец, 55 разнообразных гидротермальных проявлений, сопряжённых частично с Паужетской, Нижне-Кошелевской, Северо-Мутновской и Больше-Банной высокотемпературными системами размещаются в Южной субпровинции. Несмотря на такое обилие геотермальных ресурсов, экономика Камчатки испытывает острый недостаток энергетической и тепловой энергии.

В настоящее время хлоридно-натриевые термы с Т=80 - 100⁰С и минерализацией 1-5г/л используются для нагрева помещений в населённых пунктах (Паратунка, Паужетка, Эссо и Анавгай). Проблема теплоснабжения Петропавловска-Камчатского остаётся в фокусе постоянного внимания. Одним из возможных решений могло бы быть строительство трубопровода примерно 80 км длиной для передачи отработанных гидротерм Северо-Мутновских геотермальных электростанций. Сельскохозяйственное применение геотермальных ресурсов испытывалось на тепличном комбинате в посёлке Термальном на базе Паратунских гидротерм, площадью 60000 м². Теплицы меньшей площадью действуют в Эссо, Анавгае и Паужетке. Начинские и Нижне-Паратунские водолечебницы завершают полный список геотермальных объектов, используемых на Камчатке.

На Курильских островах прямое использование геотермального тепла развито на островах Кунашир и Парамушир для нагрева помещений (г.г. Южно-Курильск, Северо-Курильск, соответственно).

Платформенная геотермальная провинция Северного Кавказа включает несколько артезианских бассейнов. Гидротермы содержатся в многослойных водовмещающих системах, заключённых в мезо-кайназойском осадочном чехле. Термы содержат растворённые соли НСО₃,- Na или Сl - Na; их минерализация варьирует от 0.5 до 65 г/кг, температура колеблется до 80-110⁰С на глубинах 1-2 км (табл.5).

Таблица 5

Вода используется, в основном, для сельскохозяйственных и промышленных целей. В селении Мостовском Краснодарского края, термы с температурой 75⁰С используются в многоцелевой системе, включающей теплицы (180000м²), нагрев зданий (для 10000 жителей), животноводческие фермы и птицефабрику, а также изготовление бетонных блоков и сушку шерсти. И, наконец, отработанные термы 20-30⁰С используются в купальных бассейнах и рыборазводных прудах.

Альпийские краевые прогибы Северного Кавказа также содержат многослойные водовмещающие системы с аналогичными НСО₃ - Na и Сl - Na термами в мезо-кайназойских осадках. Минерализация гидротерм колеблется от 0.9-2.1 г/кг (район Ханкалы) и 3-8 г/кг (район Махачкалы) до 100-200 г/кг (район Кайзулы и Тарумовка). Температура колеблется от 70-85⁰С (район Махачкалы) до 150-170⁰С (район Кайзулы). В Дагестане термы обычно используются для нагрева помещений и других видов прямого употребления. Гидротермальными ресурсами этой республики пользуются 200000 жителей. Кроме того, на них работают теплицы в Махачкале (60000 м²) и Кизляре (20000 м²). Эти теплицы используются для выращивания огурцов и цветов. Термы применяются в животноводстве.

На конец 1999 года общее количество гидротермальных скважин для прямого использования достигло 306 на Северном Кавказе и Камчатке. Из них 200 скважин - продуктивные, 16 - реинжекционные, 90-наблюдательные. Половина извлекаемых терм используется для нагрева помещений и прямого использования, 33 % для теплиц, 12.8 % для различных промышленных процессов и 2.2% для животноводства и рыборазведения. Наконец, 2.0 % этих ресурсов используется в водообменниках и 40 заводов разлива термальной и минеральной воды.

Западно-Сибирская плита является перспективным районом для прямого использования геотермальных ресурсов. Осадочный чехол этой эпигерцинской плиты, площадь которого 3 х 10⁶ км², содержит артезианский бассейн термальных вод. По границам бассейна водоносные горизонты с высоким гидростатическим давлением, температурами 35-75⁰С и минерализацией 1-25 г/кг имеют мощность до 3 км и продуктивность 180м³/с. Однако до настоящего времени эти геотермальные ресурсы используются в очень недостаточном объёме. Гидротермами обогреваются лишь несколько небольших населённых пунктов и несколько зданий в городах Тюмень и Омск. Эти термы также используются для нагревания нефтесодержащих горизонтов с целью уменьшения вязкости нефти и увеличения добычи, и для извлечения иода и брома, содержащихся в термальных рассолах, а также для рыборазведения.

Этот регион очень богат природным газом и нефтью, которые препятствуют широкому использованию геотермальных ресурсов в настоящее время.

Имеется много термальных источников и несколько геотермальных скважин около озера Байкал и вдоль Байкало-Амурской магистрали. Эти термы используются локально для обогрева помещений, а также для бань и купален.

В системах обогрева гидротермами также могут быть использованы тепловые насосы. Успешный эксперимент этого рода был проведён в 1999 году в селе Филиппово Ярославской области. Грунт с температурой 5-6⁰С глубиной 40 м служил в качестве низкопотенциального теплового источника. Восемь тепловых насосов, изготовленных на Рыбинском инструментальном заводе нагрели до 60⁰С воду, обогревающую школу на 160 учеников. Кроме того, планируется использовать воду, нагретую тепловыми насосами, в аквапарке в Москве.

Экономические особенности использования геотермальной энергии

Экономическая целесообразность использования геотермальных ресурсов зависит от многих обстоятельств. Одними из главных особенностей этого аспекта развития геотермальной энергетики является цена на традиционные виды топлива в местах расположения гидротермальных ресурсов, развитость инфраструктуры, сильно влияющей на капитальные затраты, как геолого-разведочных работ и эксплуатационного бурения, так и на строительство самих геотермальных электростанций и обустройство промыслов. Все названные факторы изменяются во времени и, естественно, экономическая целесообразность должна рассчитываться весьма конкретно для каждого проекта. Невозможно сделать вывод об абсолютной выгодности того или иного геотермального проекта. Однако следует отметить наличие некоторых экономических особенностей в использовании геотермальных ресурсов.

Так, например, экономическая целесообразность строительства геотермальных электростанций характеризуется сравнительно высокими затратами на капитальное строительство. Подавляющую долю в расходной части сметы занимает финансирование строительства геотермальных скважин. Поскольку условия бурения часто зависят от плохо прогнозируемого процесса проходки ствола скважины и возможных притоков геотермального теплоносителя с почти неизвестными термодинамическими параметрами, то и стоимость конструкций скважин колеблется в широких пределах.

В литературе часто называются средняя стоимость оборудования геотермальных скважин в пределах 1-10 млн. долларов. При этом следует понимать, что средняя стоимость скважины зависит от конкретной гидротермальной системы. По-видимому, следует учитывать и развитость той или иной страны, что определяет уровень заработных плат конкретной страны, которые входят основной долей затрат.