Геотермальная энергетика, направленная на использование тепла земных глубин для получения электрической и тепловой энергии, – один из перспективных секторов глобального энергетического хозяйства. В настоящее время разведанные запасы данного вида ВИЭ более чем в 30 раз превышают суммарные запасы всех ископаемых ресурсов. По данным ряда исследований, с использованием одной крупной скважины в течение года в среднем возможно получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию более 150 тыс. т угля. Одним из факторов, сдерживающих развитие геотермальной энергетики, является ограниченность числа районов, в которых ее применение является экономически эффективным, то есть тех мест планеты, где горячие воды приближены к поверхности земной коры. В XXI веке внимание ученых направлено на разработку технологий, которые позволили бы расширить географию применения геотермальной энергии.
Для выработки энергии используются два основных типа геотермальных ресурсов – петрогеотермальные и гидрогеотермальные. Петрогеотермальными называют ресурсы слабопроницаемых горных пород, находящиеся на глубине до 10 км, что пока является достаточно сложной технической задачей. В силу ограниченности технических средств, способных бурить скважины такой глубины, технология извлечения и использования таких ресурсов находится на экспериментальном уровне (в настоящее время созданы лишь единичные циркулярные системы с искусственными коллекторами), однако дальнейшее совершенствование этих технологий может позволить освоить способы создания энергетических объектов, обладающих высокой мощностью и производительностью. Гидрогеотермальные ресурсы, находящиеся на глубине 1,5-3 км, успешно эксплуатируются во многих странах.
Для размещения геотермальных станций наиболее эффективными являются геологически активные области, расположенные на Земле по краям континентальных плит. Перспективными считаются также вулканические зоны нашей планеты, в том числе Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага, Филиппинские острова, а также ряд горных массивов – Кавказский хребет, Кордильеры, Анды и др. Устройство геотермальных станций напрямую зависит от горно-геологических условий в районе их размещения.
В настоящее время геотермальные ресурсы используются в 24 странах (в 2015 г. их число, по прогнозам, достигнет 35). В 2010 г. суммарная мощность геотермальных электростанций (ГС), по оценке ассоциации “International Geothermal Association” (“IGA”), составила около 11 ГВт. В промышленных масштабах геотермальная энергия применяется в США, на Филиппинах, в Индонезии, Исландии, Мексике, Италии, Новой Зеландии и других странах.
Данные о геотермальной энергетике в некоторых странах
| I | II* | III | IV* | |
| Всего | 10715 | 18500 | 100,0 | 100,0 |
| США | 3093 | 5400 | 28,9 | 29,2 |
| Индонезия | 1197 | 3500 | 11,2 | 18,9 |
| Филиппины | 1904 | 2500 | 17,8 | 13,5 |
* – прогноз.
Примечание. I – суммарная мощность в 2010 г., МВт; II – суммарная мощность в 2015 г., МВт; III – доля в 2010 г., %; IV – доля в 2015 г., %. Источник: “IGA”.
США являются мировым лидером по объему установленных мощностей геотермальных установок (в 2010 г. – 3,1 ГВт) и одной из стран, осуществляющих интенсивную разработку геотермальных ресурсов. В 2015 г. суммарная мощность национальных ГС, по прогнозам экспертов, может расшириться до 5,4 ГВт. В этом секторе энергетики лидерами являются штаты Калифорния и Невада.
Согласно оценке Геологической службы США, в стране неразведанные запасы гидрогеотермальных ресурсов составляют 30 ГВт, петрогеотермальных – 518 ГВт; а по результатам исследования, проведенного в 2010 г. лабораторией “National Renewable Energy Laboratory” (“NREL”), – 7 ГВт и 16 ТВт соответственно.
В США рынок геотермальной энергетики более чем на 90% принадлежит всего пяти энергетическим компаниям, ведущими из которых являются “Calpine” (в 2011 г. – 42% суммарной мощности национальных ГС) и “Ormat Technologies” (20%).
Географическая структура геотермальной энергетики США в 2008 г.
| I | II | III | IV | V | VI | VII | |
| Всего | 248 | 9057 | 100 | 30033 | 100 | 517800 | 100 |
| Невада | 56 | 1391 | 15,4 | 4364 | 14,5 | 102800 | 19,9 |
| Айдахо | 36 | 333 | 3,7 | 1872 | 6,2 | 67900 | 13,1 |
| Орегон | 29 | 540 | 6 | 1893 | 6,3 | 62400 | 12,1 |
| Нью-Мексико | 7 | 170 | 1,9 | 1484 | 4,9 | 55700 | 10,8 |
| Аризона | 2 | 26 | 0,3 | 1043 | 3,5 | 54700 | 10,6 |
| Колорадо | 4 | 30 | 0,3 | 1105 | 3,7 | 52600 | 10,2 |
| Калифорния | 45 | 5404 | 59,7 | 11340 | 37,8 | 48100 | 9,3 |
| Юта | 6 | 184 | 2 | 1464 | 4,9 | 47200 | 9,1 |
| Монтана | 7 | 59 | 0,7 | 771 | 2,6 | 16900 | 3,3 |
| Вашингтон | 1 | 23 | 0,3 | 300 | 1 | 6500 | 1,3 |
| Вайоминг | 1 | 39 | 0,4 | 174 | 0,6 | 3000 | 0,6 |
| Аляска | 53 | 677 | 7,5 | 1788 | 6 | … | … |
| Гавайи | 1 | 181 | 2 | 2435 | 8,1 | … | … |
Примечание. I – количество геотермальных установок, ед.; II – энергетический потенциал, МВт; III – доля в общем объеме, %; IV- неразведанные геотермические ресурсы, МВт; V – доля геотермических ресурсов, %; VI – потенциал петрогеотермальных ресурсов, МВт; VII – доля, %. Источник: “USGS”.
Характеристика деятельности ведущих компаний отрасли в США в 2011 г.
| I | II | III | |
| Всего | 3102 | 100,0 | 2077 |
| Calpine | 1310 | 42,2 | 725 |
| Ormat Technologies | 627 | 20,2 | 408 |
| Terra-Gen | 352 | 11,3 | 344 |
| CalEnergy | 329 | 10,6 | 300 |
| Northern California Power Agency | 220 | 7,1 | 108 |
| Прочие компании | 264 | 8,5 | 192 |
Примечание. I – суммарная мощность ГС, МВт; II – доля в национальной суммарной мощности, ГС, %; III – эксплуатируемые мощности, МВт. Источники: “GEA”, “Islandsbanki”.
Инвестиции, необходимые для развития отрасли с 2012 г. по 2016 г., когда суммарная мощность, по прогнозам, увеличится на 1,3 ГВт, оцениваются в $12,4 млрд., в том числе для бурения скважин – $6,9 млрд., строительства геотермальных установок – $4,9 млрд.
Инвестиции в геотермальную энергетику на различных проектных стадиях в 2012-2016 гг., млн. $
| 2012 г. | 2013 г. | 2014 г. | 2015 г. | 2016 г. | Всего | |
| Всего | 1804 | 1981 | 2542 | 3180 | 2831 | 12338 |
| Разведка | 65 | – | – | – | – | 65 |
| Разработка предварительного ТЭО | 211 | 186 | 101 | – | – | 498 |
| Разработка основного ТЭО | 958 | 1124 | 1591 | 1996 | 1238 | 6907 |
| Проектирование и строительство | 570 | 671 | 850 | 1184 | 1593 | 4868 |
Источники: “GEA”, “Islandsbanki”.
Потенциал геотермальной энергии некоторых предприятий отрасли на различных проектных стадиях в 2011 г., МВт
| I | II | III | IV | V | |
| Gradient Resources | 1035 | 785 | 130 | 120 | – |
| Oski Energy | 563 | 175 | 388 | – | – |
| Ram Power | 541 | 164 | 294 | 83 | – |
| Nevada Geothermal | 268 | 155 | 113 | – | – |
| U.S. Geothermal | 264 | 39 | 44 | 137 | 44 |
| Alterra Power | 231 | – | 201 | – | 31 |
| Terra-Gen | 200 | – | – | 100 | 100 |
| Ormat Technologies | 199 | 30 | – | 110 | 59 |
| CalEnergy | 159 | – | – | 159 | – |
| Eureka Green Systems | 150 | – | 150 | – | – |
| Energy Source | 150 | – | – | – | 150 |
| Earth Power Resources | 128 | 64 | 64 | – | – |
| Newberry Geothermal | 120 | 120 | – | – | – |
| Navy Geothermal Program | 120 | 35 | 85 | – | – |
| Great American Energy | 65 | – | – | 65 | – |
| City of Unalaska | 50 | 50 | – | – | – |
Примечание. I – всего; II – разведка; III – разработка предварительного ТЭО; IV – разработка основного ТЭО; V – проектирование и строительство. Источники: “GEA”, “Islandsbanki”.
Правительство США оказывает финансовую поддержку геотермальной энергетике. В 2011 г. в рамках соответствующей программы было направлено $282 млн. на реализацию 52 проектов, предусматривающих строительство ГС суммарной мощностью 228 МВт. Следует подчеркнуть, что в стране размер дотации на электроэнергию, получаемую с использованием геотермальной энергии, в первые 10 лет работы ГС составляет 2,2 цента/кВт.
Наряду с этим значительный объем государственных инвестиций направляется в исследовательский сектор. В соответствии с Программой геотермальных технологий “Geothermal Technology Program” (“GTP”), разработанной Министерством энергетики США, основными целями отрасли являются увеличение производства геотермальной энергии (к 2020 г. – до 30 ГВт) и снижение соответствующей стоимости электроэнергии (до $0,06/кВт-час).
Согласно данным прогноза, опубликованного агентством “Energy Information Administration” (“EIA”) в январе 2012 г., ежегодный прирост установленных мощностей с 2010 г. по 2035 г. будет составлять 4,1%, что в сфере ВИЭ делает этот сектор вторым по темпам роста (после солнечной энергетики).
Суммарная мощность генерирующего оборудования в США, ГВт
| 2010 г. | 2015 г.* | 2020 г.* | 2025 г.* | 2035 г.* | |
| Всего | 1006,6 | 1017,4 | 1020,9 | 1044,9 | 1122,3 |
| На базе ВИЭ | 126,1 | 142,4 | 143,8 | 148,4 | 169,2 |
| На основе геотермальной энергии | 2,4 | 2,8 | 3,7 | 4,4 | 6,4 |
* – прогноз. Источник: МЭА.
Правительство Индонезии намерено снизить зависимость от нефти и обеспечить растущие энергетические потребности путем ускоренного развития геотермальной энергетики. В 2010 г. мощность национальных ГС составила почти 1,2 ГВт. К 2015 г. государство намерено увеличить данный показатель до 3,5 ГВт, а к 2025 г. – до 9 ГВт.
Широко используются геотермальные ресурсы. Суммарная мощность геотермальных станций в стране составляет почти 2 ГВт. В дальнейшем правительство Филиппин намерено увеличить долю геотермальной энергии в общем объеме производимой энергии с 23% в 2011 г. до 60% в 2013 г.
В Исландии, обеспечивающей около 80% энергетических потребностей за счет возобновляемых источников энергии, на долю геотермальной энергетики приходится более 25%; в стране действуют пять крупных ГС. Кроме того, 87% зданий обеспечиваются отоплением и горячей водой с помощью геотермальной энергии. К 2050 г. Исландия планирует полностью отказаться от использования ископаемого топлива.
В России технический потенциал геотермальной энергии достаточно высок. В настоящее время в стране используются геотермальные ресурсы Сахалина, Камчатки, Курильских островов, Краснодарского и Ставропольского краев, а также Дагестана и Ингушетии.
По оценкам экспертов, геотермальные ресурсы Камчатки и Курильских островов могут обеспечить эксплуатацию ГС суммарной мощностью более 1 ГВт. В настоящее время в регионе эксплуатируются две крупные геотермальные электростанции – Верхне-Мутновская (12 МВт) и Мутновская (50 МВт), которые обеспечивают до 30% местного спроса на первичную энергию. В ближайшее время предполагается начать реализацию программы, направленной на дальнейшее освоение геотермальных ресурсов.
Необходимо подчеркнуть, что геотермальная энергетика может оказывать негативное влияние на окружающую среду. Экологическую опасность представляют сильно засоленные воды, получаемые в процессе конденсации водяного пара, а также тот фактор, что скважины ГС являются источниками газообразных выбросов, которые, при определенной концентрации, например, сероводорода и радона, вредны для человека и природы. (БИКИ/Энергетика Украины, СНГ, мира)