После короткого описания Сахалинской ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Южно-Сахалинской ТЭЦ и Ногликской ГТЭС, редакция журнала «Геоэнергетика» была совершенно уверена, что заканчивает описание сахалинской части проекта российско-японского энергомоста. Но произошло нечто, чего мы уж точно никак не предполагали. На имя редакции пришло письмо из города Токио, в котором наш уважаемый автор сегодняшней статьи предложил, ни много ни мало, а… расширить проект российско-японского энергомоста. И предложение это, которое мы предлагаем вашему вниманию, на наш взгляд, весьма достойное и написано оно человеком, который очень глубоко осведомлен в том, о чем пишет.
Глубоко настолько, что «Геоэнергетика» вынуждена предварить статью небольшим техническим предисловием, чтобы было лучше понятно, о чем пойдет речь. Сама статья размещена практически без изменений, нам остается только догадываться, является ли это следствием блестящего знания русского языка самим автором или же это работа хорошего переводчика. Так или иначе, мы надеемся на продолжение сотрудничества с господином…
С частью энергетических аббревиатур мы уже разобрались, коротко напомним. ГРЭС – государственная районная электростанция в прошлом, сейчас эта аббревиатура расшифровывается как гидрорекуперационная электростанция. Энергия реакции горения в ней переносится водой, превращающейся в пар, которая после ее конденсации используется повторно, ГРЭС производит только электроэнергию. ТЭЦ – теплоэлектроцентраль. Принцип работы тот же, что у ГРЭС, только пар после его прохождения через турбину, используется еще раз – для нагрева сетевой воды, которую мы, потребители, получаем для наших комнатных радиаторов и из крана с горячей водой. ГТЭС – газотурбинная электростанция. В ней никакой воды нет, турбина вращается раскаленными газами, которые под большим давлением подаются сразу из топки котла. А в этот раз речь пойдет о ГеоЭС и о ГеоТЭС. Геотермальные электростанции и геотермальные теплоэлектростанции. Электростанции, работающие за счет тепла планеты Земля.
Если припомнить школьный курс географии, то был там раздел, посвященный геологии. И рассказывали нам наши школьные учителя, что в центре Земли находится раскаленное ядро, проявления бурной активности которого мы наблюдаем в виде вулканов и гейзеров. Было такое? Было-было, вспоминайте! Братья геологи уверены, что температура ядра нашей планеты составляет от 3 до 6 тысяч градусов, но, чем дальше от ядра, чем ближе к поверхности – тем ниже температура. Состав земной коры таков, что передача тепла к поверхности крайне затруднена, так уж распорядилась матушка-природа. Но давайте прикинем, о каких запасах энергии вообще идет речь.
Внутреннее строение планеты Земля, Фото: altapress.ru
Объем нашей планеты известен точно, он составляет 1’085 млрд кубических километров. Более-менее точно известен объем ядра, нам остается пробурить скважину до него, измерить температуру и ответ будет готов! Есть только одна небольшая неприятность: современный предельный уровень технологии бурения позволил пробурить Кольскую сверхглубокую скважину до отметки 12’262 метра от поверхности. Глубже пока никак, хотя остается совсем немного, каких-то 6 тысяч километров. Самые любопытные могут подождать точный ответ сколько-нибудь сотен лет, а мы предлагаем остановиться на том, что запас энергии самой нашей планеты невероятно огромен, за год человечество использует едва ли тысячную долю процента этого невероятного ресурса.
Геотермальную энергию принято относить к возобновляемым источникам, хотя принципиальное отличие от энергии ветра, солнца, приливов видно невооруженным глазом. Геотермальная энергия не зависит от погоды на поверхности планеты, от времени суток, от облаков. Надо просто научиться использовать энергию планеты себе на пользу и жить припеваючи… Как этого добиться? Два варианта. Либо развить технологию бурения так, чтобы в любом выбранном месте можно было добраться до слоев с температурами в районе градусов так 300-400. В среднем с погружением на каждые 100 метров мы получаем повышение температуры на 2,5 градуса, так что скважины глубиной 15-20 км нас вполне устроят. Но реалистичен, разумеется, второй вариант: искать и находить геотермальные источники поближе к поверхности, чтобы использовать их энергию. Районов, где геотермальные источники имеются в большом количестве, довольно много. Японские и Филиппинские острова, Исландия, Кордильеры, Анды, Альпы, Курильские острова и Камчатка, Кавказские горы, Новая Зеландия и ряд регионов Мексики – наверняка список может продолжить каждый из нас. Если же освоить технику бурения до глубины порядка 7 км, то человечество получит возможность использовать ГеоТЭС суммарной мощностью до 200-250 ГВт.
Как человек использует тепло Земли? В районах, где мы наблюдаем активность планеты в виде гейзеров, неглубоко под поверхностью есть вода, нагретая выше температуры кипения – используем ее. Этот вариант специалисты называют гидротермальной энергетикой, ведь в дело идет вода. Но таких мест немного, намного больше участков, где недалеко от поверхности имеются высокотемпературные сухие породы. Если подать в них воду, дать ей нагреться и перегреться, а затем поднять на поверхность – она станет отличным источником тепла. Это уже петротермальная энергетика («петр» — камень, скала). Воду или пар, как и их смесь, используют для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии, комбинируя все эти варианты использования или применяя все сразу.
При использовании геотермальных воды или пара приходится бороться за рентабельность получаемой энергии. Почему? Казалось бы, бури скважину, вгоняй воду/пар в трубы, отправляй на турбины и ни о чем не думай. Да вот только трубы это ведь металл или пластик, а вода и пар, идущие из глубины планеты, что только с собой не несут. Не будем вдаваться в подробности, просто перечислим классификацию геотермальных вод. Их подразделяют по температуре, по минерализации, по общей жесткости, по кислотности, по газовому составу и по газонасыщенности. Хотите, чтобы ваша ГеоТЭС проработала долго? Придумывайте системы фильтров, экспериментируйте с покрытием внутренних поверхностей труб. Не намного проще и с петротермальной энергетикой, там тоже идет борьба за рентабельность. Для петротермальных электростанций требуются две скважины глубинами около 5 км: одна для подачи воды на нагрев, вторая для того, чтобы забрать горячую воду или пар. Не так все просто, но мы потихоньку учимся, понемногу осваиваем. Кому-то просто повезло, мы можем только завидовать. За счет геотермальных источников получает 30% своей электроэнергии Исландия, 27% — Филиппины, 25% — Сальвадор. Исландцы за счет своих геотермальных источников получают 90% необходимого им отопления, потому их остров и стал экологическим эталоном.
Большой Гейзер в Исландии, Фото: http://euromapa.net
Впрочем, хватит теории, давайте бегло посмотрим, как обстоят дела с геотермальной энергетикой в России. Начало было положено в далеком 1966 году близ поселка Паужетка в юго-западной части Камчатки, рядышком с вулканами Кошелева и Камбального. Вводили в строй ее как экспериментальную, но эксперимент оказался настолько удачен, что станция продолжает работу и сейчас. Мало того — РусГидро сумело разработать и установить на Паужетской ГеоТЭС бинарную турбину, которая стала первой установкой такого типа в России. Если коротко, то изобретение весьма остроумно. Геотермального пара с годами становится меньше, поэтому его начинают расходовать более рационально, а именно с его помощью нагревают жидкость, имеющую температуру кипения ниже, чем у воды. И уже вот этот пар, образующийся из второй жидкости, вращает турбину. Есть и еще один положительный момент — механизмы турбины не контактируют с агрессивными веществами, содержащимися в геотермальном паре, что, разумеется, увеличивает срок службы турбины. Мы уверены, что наш новый автор осведомлен и о такого рода новшествах, как и все те производители оборудования для ГеоЭС, о которых он ведет речь. А про то, что умеет и делает Россия в геотермальной энергетике придется рассказать отдельно – это не только перспективно, но и просто интересно!
Предложение о ГеоТЭС на Курильских островах
В мире ГеоТЭС очень популяны, особенно в вулканических странах. В России ГеоТЭС есть на Камчатском полустрове и на Курильских островах. Но из-за технических неполадок Океанская ГеоТЭС на острове Итуруп и Менделеевская ГеоТЭС на острове Кунашир не работают.
В настоящий момент японское и российское правительства намеренны обсудить вопросы по совместной экономической деятельности на южных Курильских островах. В этой связи хочу предложить следующие 3 шага или фазы решения вышеуказанных вопросов.
Первая фаза
Ремонт Океанской ГеоТЭС и Менделеевской ГеоТЭС. И демонтаж оборудования на Океанской ГеоТЭС и ремонт скважин на Менделеевской ГеоТЭС необходимо провести вместе с японскими предприятиями, поскольку компании, которые способны это выполнить сейчас, находятся на восточном Хоккайдо. Благодаря чему возможно легко и быстро мобилизовать буровое оборудование на острове Кунашир. Важно чтобы эти ГеоТЭС были легки в обслуживании и просты в эксплуатации. Для этого важно провести обучение местного персонала. Все это не будет сложным для японских компаний.
Главная цель первой фазы — быстрое восстановление первоначальной мощности Океанской ГеоТЭС (2,5MWe) и Менделеевской ГеоТЭС (3.6MWe) котороые так важны для местных жителей.
Геотермальные станции в Японии, Источник: jogmec.go.jp
Вторая фаза
Для благоприятного развития экономических отношений между Россией и Японией на южных Курильских островах необходимы бесперебойные поставки электроэнергии. Для развития рыбопромышленности, строительства курортных санаториев и новых жилых районов той мощности электроэнергии, что есть сейчас, не будет достаточно. Поэтому необходимо строительство новой ГеоТЭС (мощность- около 30MWe) за довольно короткий срок. Мне кажется, лучше построить рядом с Океанской ГеоТЭС или Менделеевской ГеоТЭС, что сокращает расходы на геологоразведку. Без данных геологоразведки обычно на строительство ГеоТЭС требуется 12 лет. Или второй вариант — увеличение мощности уже существующих ГеоТЭС. Я думаю, японская сторона будет согласна поддержать этот пункт в проекте в рамках развития совместной экономической деятельности между Россией и Японией.
Цель второй фазы — строительство новой ГеоТЭС (мощность- около 30MWe) для развития бизнеса на Курильских островах.
Третья фаза
На этом этапе мы можем говорить о доходности новой ГеоТЭС (мощность- около 30MWe) как соместного предприятия обеих стран. После чего возможно строительство еще более мощных ГеоТЭС (мощностью 80 Mwe～200 Mwe) не только на южных Курильских островах, но и на северных и на Камчатке. Таким образом появится возможность провести кабели, которые соединят между собой Камчатский полуостров, северные и южные Курильские острова, города Нэмуро и Кущиро (Хоккайдо). Это не только обеспечит электроэнергией острова, но и создаст благоприятную возможность для продажи энергии Японии. Думаю, можно назвать этот проект «Второй Энергетический Мост». Поэтому считаю необходимым предложить японскому правительству проект о создании свободной экономической зоны в городе Кущиро. Ведь при условии наличия большого количества российско-японских предприятий возникает потребность в электроэнергии из России.
Как я уже упоминал выше, на строительство новой ГеоТЭС в среднем необходимо около 12 лет, из которых основной срок уходит на геологоразведку. Считаю, что лучше приступить к поиску геотермальных источников для новой ГеоТЭС уже на первом этапе данного проекта, то есть во время ремонта уже существующих ГеоТЭС.
Цель третьей фазы: строительство более мощных ГеоТЭС (мощностью 80 Mwe～200 Mwe) и продажа электроэнергии Японии.
При выполнении всех трех фаз проекта мы не должны забывать об охране окружающей среды. У японских компаний есть богатый опыт в решении проблем выброса тяжелых металлов во время бурения скважин.
При выполнении второй фазы проекта, считаю необходимым предложить следующий тип новых ГеоТЭС «Flash steam power stations» для большой мощности (30 MВт～). Бинарный тип не удобен для ТЭС с большей мощностью (30 MВт). Поскольку стороительство больших ТЭС на ограниченном пространстве японского государства не возможен, японские компании строят только средний тип (мощность- 30 MВт～110 MВт). Но, хочу заметить, что у японских компаний есть так же опыт и технологии для строительства более мощных ГеоТЭС (200 MВт) за пределами Японии. При этом обеспечивается не только оборудование но так же разведка и обслуживание скважин. Например, такие компании как Mitsubishi Heavy Industries, Toshiba и Fuji Electric занимают 60% мирового рынка в поставках турбин.
Доли рынка поставок геотермальных турбин, Источник: asiabiomass.jp
Надеюсь, что этот проект будет способствовать развитию совместной экономической деятельности России и Японии на южных Курильских островах, принесет пользу в переговорах между обеими странами. Желаю успехов и плодотворного сотрудничества между японским и российским правительствами по ГеоТЭС на Курильских островах.
Цумамист, предприниматель из Японии
Список ссылок:
- Прощай, «Океанская».., Российская Газета (https://rg.ru/2016/02/25/reg-fo/kurilskii-ostrov-geotes.html)
- JOGMEC (Japan Oil, Gas and Metals National Corporation) Homepage, (http://www.jogmec.go.jp/geothermal/geothermal_10_000007.html#h2_3)
- JGA (Japan Geothermal Association) Homepage, (http://www.chinetsukyokai.com/information/nihon.html), (http://www.chinetsukyokai.com/information/nihon.html)
- Скотарев И. Н. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 12. URL: http://sibac.info/archive/technic/12.pdf (дата обращения: 29.01.2017).
Фото: pikabu.ru