Геотермальная энергия

Геотермальная энергия, или теплота земных недр, представляет собой тепло, аккумулированное в доступных частях Земли. Так как оно удовлетво­ряет критерию устойчивости, оно относится к реге­неративным видам энергии. Геотермальная энергия - это энергоресурс, пригодный к использованию в течение долгого времени. Теоретически за счет за­пасов тепла, аккумулированного в верхней трехки­лометровой зоне земной коры, можно было бы обе­спечивать современные потребности мира в энергии в течение более 100 000 лет.

Геотермальная энергия может использоваться для выработки тепловой и электрической энергии. Различают в основном близкое к поверхности и глубокозалегающее тепло.

Геотермальная теплота с глубины примерно 5 – 10 м имеет однородную температуру и в боль­шинстве случаев с помощью тепловых насосов подается непосредственно для обогревания или охлаждения.

Геотермальная энергия глубокого залегания де­лится на энергию с высоким и низким теплосодер­жанием.

Месторождения с высоким теплосодержанием приурочены к тепловым аномалиям, как правило, связанным с вулканической активностью; это тепло используется во всем мире для выработки электро­энергии. Месторождения с низким теплосодержа­нием, которые, к примеру, имеются в Руре и Сааре, можно разделить в соответствии со следующими ви­дами использования геотермальной энергии.

Гидротермальные системы, в которых термаль­ная вода циркулирует в грунтовом слое между дву­мя скважинами.

Петротермальные системы, так называемые су­хие нагретые породы, в которых специально вве­денный теплоноситель циркулирует по трещинам и разломам между двумя глубокими скважинами.

Система глубоких геотермических зондов, в кото­рой среда-носитель циркулирует в замкнутом кон­туре внутри скважины.

Добыча геотермальной энергии при строитель­стве туннелей (широко распространенный способ в Швейцарии и Австрии), а также из глубоких шахт.

Сочетание геотермальной энергии с возможно­стями использования участков бывших горных раз­работок можно рассматривать как идеальное.

При использовании рудничной воды в качестве тепло­носителя главными объектами затрат являются ин­вестиционные затраты, например, связанные с бу­рением глубоких геотермических скважин, а также текущие эксплуатационные расходы. Энергия сама по себе поступает в распоряжение, казалось бы, бес­платно. Если для доступа к рудничной воде восполь­зоваться бывшими шахтными стволами, то можно за­метно снизить объем капиталовложений. Разумеется, уже при засыпке или санировании шахтных стволов необходимо обеспечить доступ к рудничной воде и, таким образом, сохранить их для возможного геотер­мического использования. Помимо экономии затрат на вскрытие и эксплуатацию дополнительные преи­мущества состоят в том, что за счет обширных под­земных гидравлических соединений в пределах ка­менноугольных бассейнов обеспечивается доступ к практически неограниченному геотермическому по­тенциалу, температура которого остается постоян­ной круглый год.

Геотермальная энергия существует всегда, независимо от времени дня и сезона, а также независимо от погоды. Геотермальная энергия может служить, таким образом, в качестве базового энерго­носителя. Рудничная вода с температурой от 25 до 40 °С насосами подается на поверхность. В теплооб­меннике вода отдает свое тепло. Затем вода через вторую находящуюся на достаточном удалении сква­жину снова закачивается в массив. Старые шахтные стволы идеально для этого подходят. Относительно небольших затрат требует использование уже име­ющихся трубопроводов, либо разбуривание старых трубопроводов или засыпанных стволов.

Еще одна возможность состоит в том, чтобы ис­пользовать воду из имеющихся систем рудничного водоотлива в энергетических целях, отбирая теп­ло с помощью теплообменника. В качестве приме­ра можно привести открытие недавно Школы ме­неджмента и дизайна на шахте «Цолльферайн» в Эссене. Хотя шахта «Цолльферайн» закрыта еще в 1986 г., здесь ведется добыча энергии будуще­го. Энергия, необходимая для работы помещений школы, производится на базе тепла, забираемого из рудничного водоотлива, и используется зимой в отопительных системах, а летом для кондициони­рования помещений.

В развивающемся промышленном районе на ме­сте бывшей шахты «Реден» в Сааре предпочтение теперь отдается геотермической энергии. Здесь должна быть реализована концепция «близкого» тепла, предусматривающая снабжение теплом, от­даваемым рудничной водой, которая подается с по­мощью надежных и дешевых тепловых компресси­онных насосов. Для защиты от пиковой нагрузки должны использоваться котел на древесной щепе и котел на жидком топливе. Такая система теплоснаб­жения, которая устанавливается на трех надежных стойках, после завершения строительства сможет обеспечить непрерывное местное теплоснабжение в объеме нескольких мегаватт.

Кроме того, в бывших ахенском и нидерландском каменноугольных бассейнах уже есть конкретные планы по использованию геотермальной энергии. В нидерландском городе Геерлене реализуется так на­зываемый проект «Шахтная вода» (Minewater-Project) силами международного партнерства, в которое вхо­дят нидерландские, французские, английские и не­мецкие организации. Цель проекта - показать, что добыча геотермальной энергии из бывших шахт яв­ляется надежным и экологически приемлемым спо­собом получения энергии. Первый реальный пилотный проект уже реализуется в настоящее время в Геерлене. Новый городской жилой квартал пример­но на 700 квартир будет снабжаться геотермальным теплом, добываемым на бывшей голландской камен­ноугольной шахте. В настоящее время на ней ведут­ся необходимые буровые работы.

В задачи MGG входит поиск тех, кто заинтересо­ван в использовании участков, занятых в прошлом горнодобывающими предприятиями в Руре и Саа­ре, которые пригодны для создания системы энер­госнабжения на базе геотермической энергии. К ним относятся энергоемкие предприятия, которые испытывают круглогодично высокую потребность в энергии, такие, например, как тепличные хозяйства или объекты, предназначенные для организации досуга, например, бассейны. Следует учесть также теплоснабжение сельскохозяйственных площадей, что уже практикуется в Нидерландах.

Использовать геотермическую энергию планиру­ется также на шахте «Хаус Аден 1/2» в Бергкамене. Уже сейчас здесь для производства электроэнергии применяется метан, но все же без утилизации ге­нерируемого тепла. В будущем производство этой энергии можно было бы совместить с получени­ем геотермальной энергии из системы водоотли­ва шахты «Ост», принадлежащей компании «Дойче Штайнколе АГ» (ДСК). В рамках реализации программы «Wasserstadt Haus Aden» теплом будет снабжаться не только запланированный городской жилой массив на 400 квартир, но и центр водолаз­ного спорта, спортивный зал на побережье, а также спацентр с термальным источником.

Геотермаль­ная энергия для таких энергоемких потребителей, связанных с организацией досуга, является прак­тически идеальным вариантом, так как она имеется почти в неограниченном объеме, а температура по­стоянна. В настоящее время готовится инженерно-техническое и экономическое обоснование проек­та геотермического использования рудничной воды в районе шахты «Хаус Аден».

В целом, помимо чисто энергетических преиму­ществ, использование геотермальной энергии обеспечивает улучшение имиджа энергетики, так как не вызывает эмиссии вредных веществ. В сочетании с другими возобновляемыми видами энергии, такими как биомасса или пластовый метан, геотермальная энергия представляет собой недорогой, экологиче­ски целесообразный и надежный первичный энерго­носитель для производства электроэнергии с отбо­ром и использованием тепла, например, в системах централизованного теплоснабжения.

Метан

Выделение метана (СН₄) происходит в процессе добычи каменного угля. До сих пор метан всегда был врагом горняков. Сегодня метан находит свое полезное применение. Выделяющийся из закрытых шахта метан влияет на окружающую среду, способ­ствуя созданию сильного парникового эффекта, по­этому он входит в состав парниковых газов, пере­численных в Киотском протоколе. Роль этих газов в решении проблемы защиты климата уже хорошо известна, поэтому в течение десятилетий благо­даря каптажу и сжиганию метана обеспечивается не только более эффективная отработка каменно­угольных месторождений, но и вносится существен­ный вклад в охрану окружающей среды.

Извлекаемый через засыпанные шахтные ство­лы метан сжигается в блочных теплоэлектростан­циях и превращается в электрическую энергию. В настоящее время тепло отработавших газов отби­рается только на нескольких предприятиях, так как прогнозы относительно возможных объемов извле­чения СН₄, а также срока службы установок по ути­лизации метана в основном ненадежны.

Уже сейчас в эксплуатации находится 58 блоч­ных теплоэлектростанций в бывших районах горно­добывающей деятельности в земле Северный Рейн-Вестфалия, которые ежегодно производят почти 500 млн кВт-ч электроэнергии. Это соответствует потребности примерно 170 000 домовладений. На упоминавшейся уже шахте «Хаус Аден» в Бергкамене можно было бы использовать метан в сочета­нии с геотермальной энергией.