Загрязнение окружающей среды в различных частях мира, связанное с освоением геотермальных ресурсов, вызывает большое беспокойство. Загрязнение воздушной среды повышается, если газы, такие как сероводород, попадают в воздушные слои и требуется дополнительное финансирование для решения этой проблемы. Кроме того, большинство гидротерм содержат соли и такие вещества, как мышьяк, фтор и бор, а также другие минеральные элементы. Поскольку геотермальная энергетика в настоящее время развивается вдали от больших промышленных центров, которые создают наибольшие экологические проблемы, загрязняющие выбросы её отходов не являются сейчас главной проблемой. Но, несомненно, это не служит причиной о снятии вопроса о ликвидации отработанных отходов.
Там, где геотермальные электростанции располагаются вблизи моря, обычно проблемы ликвидации отходов геотермального производства нет. Но там, где их попадание в речную сеть является реальным, то возникает проблема загрязнения пресных вод. Несмотря на малые концентрации большинства химических компонентов в гидротермах, некоторые из них могут наносить значительный ущерб окружающей среде. Так, например, бор в концентрации 2 части на миллион уничтожает растения.
Расчётами было показано на примере одной из ГеоТЭС в Южной Америке, что во влажный период наблюдается сильное разбавление отработанных гидротерм, но в сухой сезон концентрация бора могла подниматься до опасного уровня. В настоящее время в практике эксплуатации геотермальных ресурсов предусматривается всеми проектами закачка отработанных гидротерм и конденсатов с растворёнными неконденсируемыми газами обратно в водоносный комплекс. Это увеличивает стоимость электрической энергии, вырабатываемой геотермальными станциями.
Кауфман (Kaufman, 1970) рассчитал, что кроме затрат на бурение
скважин для закачки отработанных гидротерм, стоимость реинжекционной системы может составить 100 долларов на 1000 галлонов (~ 4 метрических тонны). В связи с этим стоимость киловатт-часа повышается на 3-4 тысячных долей доллара.
Итоги первого этапа реализации геотермальных программ на Камчатке. Негативное воздействие на окружающую среду
Как уже отмечалось в разделе 1, на начальном этапе освоения геотермальных ресурсов на Камчатке был разработан проект развития геотермальной энергетики на базе Паужетских горячих (кипящих) источников на южной оконечности Камчатского полуострова, в 30 км от Озерновского рыбокомбината. Целью проекта было строительство опытно-промышленной геотермальной электростанции с установленной мощностью 5 МВт. Проект был подтверждён специальным Постановлением Совета Министров СССР и предусматривал бурение двух 500 метровых скважин роторного бурения с оборудованием промысловых площадок и применением специального противовыбросного (превенторов) и пароотделительного (сепараторов) оборудования.
Разведочная модель Паужетского месторождения горячих вод базировалась на ортомагматической концепции их происхождения. Предполагалась, что кипящие термальные источники, расположенные у борта долины реки Паужетки, непосредственно связаны с магматическим очагом и являются конденсатами магматических флюидов.
Проходка первой скважины и опытные выпуски и термометрические измерения в ней показали ошибочность предложенной разведочной модели. Оказалось, что кипящие источники располагаются в конце подземного потока гидротерм, стекающего по водоносным горизонтам (комплексам) по северо-западному склону Камбального хребта, входящего в сложную структуру одноимённого долгоживущего вулканического центра.
Уточнение разведочной модели данного геотермального проекта, казалось бы, должно было сопровождаться изменением стратегии геолого-разведочных работ и необходимостью ведения бурения скважин в направлении вверх по северо-западному склону. Из-за недостаточного финансирования проекта было принято решение бурить геотермальные скважины станками колонкового бурения по сетке. Первые же скважины вынудили геолого-разведчиков заниматься поиском термовыводящих разломов. Методом проб и ошибок было принято считать термовыводящими дренами тектонические разломы северо-восточного простирания, которые якобы являлись естественным водозабором по отношению к потоку гидротерм, стекающим вдоль северо-западного склона Камбального хребта. Было пробурено 20 скважин глубиной до примерно 500 метров и 1 роторная скважина глубиной 800 м. Основываясь на данных одиночных и опытных кустовых выпусках продуктивных скважин, были оценены геотермальные ресурсы на фронтальной части верхнего водоносного горизонта со средневзвешенной энтальпией 170ккал/кг. Общий вынос тепла этим потоком оценивался примерно 80000 ккал/с, что считалось достаточным для строительства планируемой геотермальной электростанции. Было принято решение об окончании геолого-разведочной стадии работ и переходе к стадии бурения эксплуатационных скважин. Однако руководство предпочло форсировать строительство Паужетской ГеоТЭС и пришло к выводу о возможности использования большей части разведочных скважин в качестве эксплуатационных. Поскольку средний единичный расход скважин был небольшой, то протяжённость паропроводов и ручьёв, дренирующих гидротермы после сепараторов, занимали значительную площадь. Программой строительства ГеоТЭС не планировалось использование паровых турбин с эксплуатационными параметрами, приспособленными к низким параметрам извлекаемого теплоносителя, а были взяты турбины с более высокими эксплуатационными параметрами. Это привело к неполной выработке электрической энергии из добываемого теплоносителя. Установленная электрическая мощность ГеоТЭС составила лишь 3МВт. Задача доведения мощности Паужетской ГеоТЭС до проектного задания была выполнена уже другой организацией, которая входила в состав Министерства газовой промышленности. По инициативе Института Вулканологии ДВНЦ АН СССР и Камчатэнерго Министерство газовой промышленности приняло решение продолжить бурение с до разведкой Паужетского месторождения горячих вод. Работы были распространены на нижнюю часть северо-западного склона Камбального хребта, так как предыдущая разведочная модель оказалась состоятельной. В результате этих работ начали извлекать более высокопараметрический пар. Мощность Паужетской ГеоТЭС была доведена до 11 МВт. Однако следует отметить, что на полную мощность она никогда не работала из-за отсутствия потребителей в данном районе. Попытки стимулировать расширение геолого-разведочных работ как на Паужетском геотермальном поле с переходом на осевую часть Камбального хребта, где ожидается значительное приращение геотермальных запасов с более высокопараметрическим теплоносителем, так и на Нижне Кошелевском месторождении геотермального пара, натолкнулись на упорное неприятие этой идеи со стороны Камчатэнерго. Последние были нацелены на строительство атомной и тепловых электростанций на привозном мазуте. Главным аргументом против освоения геотермальных ресурсов южной Камчатки являлось не экономичность протяжённой линии электропередач от места производства электрической энергии к главным потребителям, располагающимся в г. Петропавловске-Камчатском.
Длительная эксплуатация Паужетской ГеоТЭС наглядно подтвердила рациональность использования геотермальных ресурсов для получения электрической энергии на Камчатке. Не вызывает сомнений, что в отсутствии развитой инфраструктуры, в которой главным недостатком является полное отсутствие дорожной сети на Камчатке, геотермальная энергетика реализуется с большими трудностями и неоправданными непроизводительными затратами, которые ложатся тяжёлой ношей на стоимость киловатт-часа производимой ГеоТЭС электрической энергии. Отсутствие в социально-экономических программах и программах развития производительных сил на Камчатке целенаправленного строительства дорожной сети предполагает и в дальнейшем нелёгкую реализацию энергетического обеспечения на Камчатке, в том числе и за счёт геотермальных ресурсов. Кроме того, эти работы сопровождаются сильным воздействием на окружающую среду, в значительной степени усиленное безхозяйственным, а порой варварским отношением к природным объектам и экосистемам.
Однако практика эксплуатации Паужетской ГеоТЭС показала, что нарушение экологической обстановки вокруг объекта могут быть сведены к минимуму, а промысловые участки могут быть рекультивированы с созданием рекреационных зон и зон сельскохозяйственного землепользования (строительство теплиц, использование терм в животноводстве и в отопительных системах, как жилищно-коммунальных, таки производственных предприятий).
Из ущерба, нанесённого геолого-разведочными, строительными и эксплуатационными работами, следует отметить, что было погублено несколько стволов Камчатской берёзы и ольховый кустарник. Они во время опытных выпусков в атмосферу пароводяной смеси покрылись золями кремнекислоты.
Далее, за счёт понижения гидростатического уровня верхнего водоносного комплекса исчезли поверхностные термопроявления (источники Парящий 1, Парящий 2, Пульсирующий и Пятиминутка). Произошло тепловое загрязнение ручьёв Быстрого, температура которого повысилась за счёт сброса термальных вод после сепарирования на скважинах, расположенных на его бортах каньонообразной долины. В ложе стоков гидротерм с температурой около1000С из сепараторов вплоть до ручья отложился гейзерит.
Кроме того, от конденсаторов ГеоТЭС к реке Паужетке тянется ручей с разбавленным конденсатом. Несомненно, от этого ручья и других сточных термальных вод происходят испарения растворённых газов СО2 и H2S.
Наиболее ощутимым нарушением воздушной среды является шум, издаваемый расположенным на подводящем паропроводе регулятором расхода пара, в особенности в ночное время, когда потребление электрической энергии, вырабатываемой ГеоТЭС, снижается.
Несомненно, нарушением окружающей среды является выемка грунта под автомобильную дорогу, вдоль которой в настоящее время наблюдаются эрозионные процессы в поверхностном элювиально-делювиальном чехле, сложенном рыхлой пирокластикой.
Геолого-разведочные работы на Паратунской геотермальной системе, расположенной в долине реки Паратунки и её притока Карымшине, а также Больше-Банной геотермальной системе происходили не планомерно, без какого-либо единого геотермального проекта. Они должны были обеспечить ближайшие населённые пункты пресной водой. Финансирование этих исследований проводилось спорадически по статьям. Поскольку оно было недостаточным и предназначено под иные задачи, то геолого-разведочные работы оценивались не по объёмам извлекаемого теплоносителя, а по погонным метрам проходки колонковых разведочных скважин. Порочность этого способа разработки геотермальных ресурсов очевидна, так как частота расположения скважин на разведуемой гидротермальной системе необоснованно завышена и здесь ни о какой экономической целесообразности буровых работ не приходится говорить. Соответственно такому подходу к освоению геотермальных ресурсов и нанесённый ущерб окружающей среде.
В настоящее время экологический ущерб минимизировался естественным путём. После прекращения геолого-разведочных и буровых работ восстановился гидростатический уровень гидротерм в недрах гидротермальных систем. На Паратунской гидротермальной системе извлечение термальных вод производится за счёт гидростатического напора самоизливом - это наиболее щадящий режим эксплуатации подземных гидротерм низкотемпературных гидротермальных систем. Карымшинская и Больше-Банная системы в настоящее время не эксплуатируются и их источники и скважины используются для бассейнов, которые посещаются, в основном неорганизованными туристами.
Все вышеизложенные негативные замечания по разработке геотермальных ресурсов некоторых гидротермальных систем Камчатки относятся в полной мере к реализации геотермального проекта на Северо-Мутновском геотермальном поле. Поскольку первые этапы этого проекта выполнялись геолого-разведочной организацией Министерства Геологии РСФСР, которые не имели возможности использовать буровое оборудование нефтяного ряда, реальных результатов не было достигнуто. На следующем этапе были привлечены организации Министерства нефтяной и газовой промышленности и буровые работы производились тяжёлыми станками, которые достигали необходимых проектных глубин. Однако как и на первом этапе геолого-разведочных работ, подход к освоению геотермальных ресурсов Северо-Мутновской системы не отличался высокой организацией работ, элементы системного подхода в реализации геотермального проекта отсутствовали. Основным недостатком этих работ приходится считать слабую научную и экологическую проработку проекта и главной бедой - реализация его, несколькими не связанными единой программой, организациями которые, к тому же имеют разные цели. Геологические работы преследовали цель пробурить как можно больше метров проходки скважин (оплата производилась по расценкам бурения на нефть) Энергетики преследовали цель построить электростанцию на извлекаемом геотермальном паре. Инфраструктура района работ развивалась стихийно и при участии различных организаций, не связанных единым проектом. Экологическая часть проекта в проработанном виде отсутствовала. Некоторые мероприятия, такие, например, как реинжекция, находятся в стадии становления и проводятся в рамках технологического процесса реализации геотермального проекта, который определяется требованиями организации, финансирующей строительство Верхне-Мутновской ГеоТЭС.
Литература
Аверьев В.В. Условия разгрузки Паужетских гидротерм на юге Камчатки // Тр. Лабор. Вулканол. Ан СССР. 1961.Вып. 19. С. 80-98.
Аверьев В.В. Гидротермальный процесс в вулканических об-ластях и его связь с магматической деятельностью. Современный вулканизм. М., Наука, 1966 С. 118-128.
Белоусов В.И. О роли геологических факторов в процессе становления и деятельности гидротермальных систем в областях современного вулканизма. Вулканизм и геохимия его продуктов М.: Наука, 1967а. С. 42-50.
Белоусов В.И. Роль геолого-структурных факторов в формировании и деятельности гидротермальных систем в современных вулканических областях. Автореф. канд. геол. - мин. наук. г. Петропавловск-Камчатский, 1967 б. 22с.
Белоусов В.И. К вопросу об образовании спекшихся туфов, распо-ложенных в пределах гидротермальных систем. Вулканизм и глубины Земли. М.: Наука, 1971. С.270-276.
Белоусов В.И. Геология геотермальных полей в областях совре-менного вулканизма. М.: Наука, 1978. 174 с.
Белоусов В. И., Сугробов В.М., Геологическая и гидротермическая обстановка геотермальных районов и гидротермальных систем Камчатки. Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток. Дальневост. кн. Изд., 1976. С. 5-22
Белоусов В.И., Сугробов В.М. О соотношении вулканизма и гидротермальной деятельности в гидротермальных районах Камчатки. Вулканизм островных дуг. М.: 1977. С.110-115.
Белоусов В.И., Кожемяка Н.Н., Огородов Н.В., Сугробов В.М. Кислый вулканизм и гидротермальная активность в Паужетском геотермальном районе. Тезисы докладов ХY Генеральной ассамблеи МГГС. М.. Наука, 1971. С.31-32
Белоусов В. И. , Сугробов В. М., Сугробова Н. Г. Геологическое строение и гидрогеологические особенности Паужетской гидротермальной системы. Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток, 1976. С.23-57.
Белоусов В.И., Гриб Е. Н., Леонов В. Л. Геологические позиции гидротермальных систем долины Гейзеров и кальдеры Узон // Вулканол. и сйсмол.1983. № 1. С. 65-79.
Белоусов В.И., Рычагов С.Н., Белоусова С.П., Кузьмин Ю.Д. Гид-ротермально-магматические (вулкано-гидротермальные) конвективные системы, комплексная модель: этапы развития, геолого-гидрогеологическая структура, механизмы функционирования. Минерало-рудообразование в вулканогенно-гидротермальных системах островных дуг: от модели к эксплуатации. Материалы Российско-Японского полевого семинара. Расширенные тезисы. П.-Камчатский, Россия, 25 июня-2 июля 1998 г.С.189-194.
Белоусов В.И., В.И. ,Рычагов С.Н., Кузьмин Ю.Д., Словцов И.Б., Делемень И.Ф., Кирюхин А.В., Пушкарёв В.Г., Фазлуллин С.М., Белоусова С.П., Шульга О.В., Кузьмин Д.Ю. Адсорбционные свойства гидротермальных систем в областях современного вулканизма и перспектива их использования с целью консервации радионуклидов и других промышленных отходов // Экологическая химия. Т. 8, вып.4, 1999. С. 262-277.