Войти
Krafla, геотермальная электростанция в Исландии 
Страны с установленными и / или разрабатываемыми проектами геотермальной энергии Геотермальная энергия - это энергия, вырабатываемая с помощью геотермальной энергии. Используемые технологии включают электростанции с сухим паром, электростанции с мгновенным испарением пара и электростанции с двойным циклом. Производство геотермальной электроэнергии в настоящее время используется в 26 странах, в то время как геотермальное отопление используется в 70 странах.
По состоянию на 2015 год мировая мощность геотермальной энергии составляет 12,8 гигаватт (ГВт), из которых 28% или 3,55 ГВт установлены в США. Международные рынки росли в среднем на 5 процентов в год в течение трех лет до 2015 года, а мировая мощность геотермальной энергии, как ожидается, достигнет 14,5–17,6 ГВт к 2020 году. На основе текущих геологических знаний и технологий компания GEA публично раскрывает Геотермальная энергетическая ассоциация (GEA) оценивает, что до сих пор было задействовано только 6,9 процента от общего глобального потенциала, в то время как IPCC сообщила, что потенциал геотермальной энергии находится в диапазоне от 35 ГВт до 2 TW. Страны, вырабатывающие более 15 процентов электроэнергии из геотермальных источников, включают Сальвадор, Кению, Филиппины, Исландия, Новая Зеландия и Коста-Рика.
Геотермальная энергия считается устойчивым,, возобновляемым источником энергии, потому что отвод тепла невелик по сравнению с Теплосодержание Земли. выбросы парниковых газов геотермальных электростанций составляют в среднем 45 граммов углекислого газа на киловатт-час электроэнергии, или менее 5 процентов от выбросов традиционных угольных электростанций.
В качестве источника возобновляемой энергии для производства электроэнергии и тепла геотермальная энергия может удовлетворить 3-5% мирового спроса к 2050 году. Предполагается, что при наличии экономических стимулов к 2100 году можно будет удовлетворить 10 % мирового спроса.
В 20 веке спрос на электроэнергию привел к рассмотрению геотермальной энергии как источника генерации. Принц Пьеро Джинори Конти испытал первый геотермальный электрогенератор 4 июля 1904 года в Лардерелло, Италия. Он удачно зажег четыре лампочки. Позже, в 1911 году, здесь была построена первая в мире коммерческая геотермальная электростанция. Экспериментальные генераторы были построены в Беппу, Япония, и Гейзерах, Калифорния, в 1920-х годах, но Италия была единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии до 1958 года.
Тенденции в области пять стран-производителей геотермальной электроэнергии, 1980–2012 гг. (US EIA) 
Мировые геотермальные электрические мощности. Верхняя красная линия - установленная мощность; нижняя зеленая линия - реализованное производство. В 1958 году Новая Зеландия стала вторым крупным промышленным производителем геотермальной электроэнергии, когда была введена в эксплуатацию ее станция Вайракей. Wairakei была первой станцией, использующей технологию мгновенного пара. За последние 60 лет чистая добыча жидкости превысила 2,5 км. Субсидия в Вайракей-Таухара была проблемой на ряде официальных слушаний, связанных с экологическим согласием на расширенное развитие системы как источника возобновляемой энергии.
В 1960 году Pacific Gas and Electric начали эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США в Гейзерсе в Калифорнии. Оригинальная турбина прослужила более 30 лет и вырабатывала 11 МВт полезную мощность.
Электростанция с двойным циклом была впервые продемонстрирована в 1967 году в Советском Союзе и позже. введен в США в 1981 году после энергетического кризиса 1970-х и значительных изменений в политике регулирования. Эта технология позволяет использовать ресурсы с гораздо более низкой температурой, чем это было ранее. В 2006 году станция бинарного цикла в Чена Хот Спрингс, Аляска, была подключена к сети, вырабатывая электричество за счет рекордно низкой температуры жидкости 57 ° C (135 ° F).
Геотермальная энергия. Электростанции до недавнего времени строились исключительно там, где вблизи поверхности доступны высокотемпературные геотермальные ресурсы. Разработка электростанций с двойным циклом и усовершенствование технологий бурения и добычи могут позволить усовершенствованные геотермальные системы в гораздо большем географическом диапазоне. Демонстрационные проекты осуществляются в Ландау-Пфальц, Германия, и Сульс-су-Форе, Франция, в то время как более ранние проекты в Базеле, Швейцария были закрыты после это вызвало землетрясения. Другие демонстрационные проекты находятся в стадии строительства в Австралии, Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах Америки.
тепловой КПД геотермальных электростанций. низкий, около 7–10%, потому что геотермальные жидкости имеют более низкую температуру по сравнению с паром из котлов. По законам термодинамики эта низкая температура ограничивает эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии во время выработки электричества. Вытяжное тепло тратится впустую, если его нельзя использовать напрямую и на месте, например, в теплицах, лесопилках и централизованном теплоснабжении. Эффективность системы не влияет на эксплуатационные расходы, как это было бы для угольной или другой электростанции, работающей на ископаемом топливе, но она влияет на жизнеспособность станции. Чтобы производить больше энергии, чем потребляют насосы, для производства электроэнергии требуются высокотемпературные геотермальные поля и специальные тепловые циклы. Поскольку геотермальная энергия не зависит от переменных источников энергии, в отличие, например, от ветра или солнца, ее коэффициент использования может быть довольно большим - до 96%. Однако в 2008 году средний мировой коэффициент мощности составлял 74,5%, согласно IPCC.
Усовершенствованная геотермальная система 1: Резервуар 2: Насосная станция 3: Теплообменник 4 : Машинный зал 5: Добывающая скважина 6: Нагнетательная скважина 7: Горячая вода для централизованного теплоснабжения 8: Пористые отложения 9: Смотровая скважина 10: Кристаллическая коренная порода Теплосодержание Земли составляет примерно 1 × 10 ТДж (2,8 × 10 TWh). Это тепло естественным образом течет к поверхности за счет теплопроводности со скоростью 44,2 ТВт и пополняется за счет радиоактивного распада со скоростью 30 ТВт. Эти показатели мощности более чем вдвое превышают текущее потребление энергии человечеством из первичных источников, но большая часть этой мощности является слишком рассеянной (в среднем приблизительно 0,1 Вт / м), чтобы ее можно было восстановить. Земная кора эффективно действует как толстое изолирующее одеяло, которое должно быть пронизано жидкостными каналами (магмой, водой или другими) для высвобождения тепла под ней.
Для производства электроэнергии требуются высокотемпературные ресурсы, которые могут быть получены только из глубоких подземелий. Тепло должно переноситься на поверхность посредством циркуляции флюида либо через магматические каналы, горячие источники, гидротермальную циркуляцию, нефтяные скважины, пробуренные скважины на воду или их комбинацию. Эта циркуляция иногда существует естественным образом там, где кора тонкая: магматические каналы переносят тепло близко к поверхности, а горячие источники переносят тепло на поверхность. Если горячих источников нет, необходимо пробурить скважину в горячем водоносном горизонте. Вдали от границ тектонических плит геотермический градиент составляет 25–30 ° C на километр (км) глубины в большей части мира, поэтому скважины должны быть глубиной в несколько километров, чтобы обеспечить производство электроэнергии. Количество и качество извлекаемых ресурсов улучшаются с увеличением глубины бурения и близости к границам тектонических плит.
В жарких, но сухих почвах или при недостаточном давлении воды закачиваемая жидкость может стимулировать добычу. Разработчики пробурили две скважины на предполагаемом участке и разбили скалу между ними с помощью взрывчатки или воды под высоким давлением. Затем они закачивают воду или сжиженный углекислый газ в одну скважину, а он поднимается в другую скважину в виде газа. Этот подход называется геотермальной энергией горячей сухой породы в Европе или улучшенными геотермальными системами в Северной Америке. Этот подход может иметь гораздо больший потенциал, чем при обычном вскрытии природных водоносных горизонтов.
Оценки потенциала выработки электроэнергии геотермальной энергией варьируются от 35 до 2000 ГВт в зависимости от масштаба инвестиций. Это не включает неэлектрическое тепло, рекуперированное когенерацией, геотермальными тепловыми насосами и другим прямым использованием. В отчете Массачусетского технологического института (MIT) за 2006 год, который включал в себя потенциал усовершенствованных геотермальных систем, подсчитано, что вложение 1 миллиарда долларов США в исследования и разработки в течение 15 лет позволит создать 100 ГВт генерирующих мощностей. к 2050 году только в США. В отчете Массачусетского технологического института было подсчитано, что будет извлечено более 200 × 10 ТДж (200 ЗДж; 5,6 × 10 ТВтч) с потенциалом увеличения этого количества до более чем 2000 ЗДж за счет технологических усовершенствований - этого достаточно для обеспечения всех нынешних мировых потребностей в энергии для нескольких тысячелетия.
В настоящее время глубина геотермальных скважин редко превышает 3 км (1,9 мили). Верхние оценки геотермальных ресурсов предполагают глубину скважин до 10 км (6,2 мили). Бурение на такой глубине теперь возможно в нефтяной промышленности, хотя это дорогостоящий процесс. Самая глубокая исследовательская скважина в мире, Кольская сверхглубокая скважина (KSDB-3), имеет глубину 12,261 км (7,619 миль). Этому рекорду недавно подражали коммерческие нефтяные скважины, такие как скважина Z-12 Exxon на месторождении Чайво, Сахалин. Бурение скважин на глубину более 4 км (2,5 мили) обычно требует затрат на бурение в десятки миллионов долларов. Технологические проблемы заключаются в бурении широких стволов с меньшими затратами и в разбивании больших объемов породы.
Геотермальная энергия считается устойчивой, потому что отвод тепла невелик по сравнению с теплосодержанием Земли, но отбор по-прежнему необходимо контролировать, чтобы избежать местного истощения. Хотя геотермальные участки способны обеспечивать тепло в течение многих десятилетий, отдельные колодцы могут остывать или исчерпывать воду. На трех самых старых участках, в Лардерелло, Вайракей и Гейзерах, производство снизилось с пикового значения. Неясно, извлекали ли эти станции энергию быстрее, чем она пополнялась с большей глубины, или истощаются питающие их водоносные горизонты. Если добыча сократится, и вода будет закачана повторно, эти скважины теоретически могут полностью восстановить свой потенциал. Такие стратегии смягчения последствий уже реализованы на некоторых объектах. Долгосрочная устойчивость геотермальной энергии была продемонстрирована на месторождении Лардарелло в Италии с 1913 года, на месторождении Вайракей в Новой Зеландии с 1958 года и на месторождении Гейзерс в Калифорнии с 1960 года.
Электростанции с сухим паром (слева), мгновенным паром (в центре) и бинарным циклом (справа). Геотермальные электростанции аналогичны другим паровым турбинам тепловым электростанциям в том тепле от топлива источник (в случае геотермального источника - ядро Земли) используется для нагрева воды или другого рабочего тела. Затем рабочая жидкость используется для вращения турбины генератора, тем самым производя электричество. Затем жидкость охлаждается и возвращается к источнику тепла.
Сухие паровые электростанции - самая простая и старая конструкция. Этот тип электростанции встречается не очень часто, потому что он требует ресурса, который производит сухой пар, но является наиболее эффективным с простейшими средствами. На этих участках в резервуаре может присутствовать жидкая вода, но вода не выходит на поверхность, только пар. Dry Steam Power напрямую использует геотермальный пар с температурой 150 ° C или выше для вращения турбин. Когда турбина вращается, она приводит в действие генератор, который затем производит электричество и добавляет к силовому полю. Затем пар поступает в конденсатор. Здесь пар снова превращается в жидкость, которая затем охлаждает воду. После охлаждения вода стекает по трубе, по которой конденсат возвращается в глубокие колодцы, где его можно снова нагреть и добыть. В Гейзерах в Калифорнии, после первых тридцати лет производства электроэнергии, запас пара истощился, и выработка была существенно сокращена. Чтобы восстановить некоторую часть прежней мощности, в 1990-е и 2000-е годы была разработана дополнительная закачка воды, включая использование сточных вод близлежащих муниципальных очистных сооружений.
Мгновенные паровые станции вытягивают глубокую горячую воду под высоким давлением в резервуары с низким давлением и использование образовавшегося пара для привода турбин. Для них требуется температура жидкости не менее 180 ° C, обычно больше. На сегодняшний день это наиболее распространенный тип станций. В паровых установках мгновенного действия используются геотермальные резервуары с водой с температурой выше 360 ° F (182 ° C). Горячая вода течет вверх через колодцы в земле под собственным напором. По мере того, как она течет вверх, давление падает, и часть горячей воды превращается в пар. Затем пар отделяется от воды и используется для питания турбины / генератора. Любая оставшаяся вода и конденсированный пар могут быть закачаны обратно в резервуар, что делает его потенциально устойчивым ресурсом.
Электростанции с двойным циклом являются новейшей разработкой и могут принимать температура жидкости до 57 ° C. Умеренно горячая геотермальная вода проходит через вторичный флюид с гораздо более низкой температурой кипения, чем вода. Это вызывает мгновенное испарение вторичной жидкости, которая затем приводит в движение турбины. Это наиболее распространенный тип строящихся геотермальных электростанций. Используются как органический цикл Ренкина, так и цикл Калины. Тепловой КПД станций такого типа обычно составляет около 10–13%.
Центр геотермальной энергии в департаменте Усулутан, Сальвадор.
Лардерелло Геотермальная станция в Италии Международная геотермальная ассоциация ( IGA) сообщил, что 10 715 мегаватт (МВт) геотермальной энергии в 24 странах подключены к сети, что, как ожидается, даст 67 246 ГВтч электроэнергии в 2010 году. Это представляет собой увеличение на 20%. мощность геотермальной энергии в режиме онлайн с 2005 года. IGA прогнозировала, что к 2015 году она вырастет до 18 500 МВт из-за большого количества проектов, которые находились на рассмотрении, часто в районах, которые ранее считались мало пригодными для эксплуатации.
В 2010 году Соединенные Штаты стали мировыми лидерами в производстве геотермальной электроэнергии с установленной мощностью 3 086 МВт на 77 электростанциях; самая большая группа геотермальных электростанций в мире расположена на Гейзерах, геотермальном поле в Калифорнии. Филиппины вслед за США занимают второе место в мире по производству геотермальной энергии с 1 904 МВт сетевой мощности; геотермальная энергия составляет примерно 27% производства электроэнергии в стране.
Эл Гор сказал на саммите The Climate Project Asia Pacific, что Индонезия может стать сверхдержавой в производстве электроэнергии из геотермальной энергии. Индия объявила о плане развития первой в стране геотермальной электростанции в Чхаттисгархе.
Канада - единственная крупная страна в Тихоокеанском огненном кольце, которая еще не разработала геотермальную энергию. Регион с наибольшим потенциалом - Канадские Кордильеры, простирающийся от Британской Колумбии до Юкона, где оценки производимой мощности колеблются от 1550 до 5000 МВт.
Геотермальная электростанция в Negros Oriental, Филиппины Самая большая группа геотермальных электростанций в мире расположена в Гейзеры, геотермальное поле в Калифорнии, США. По состоянию на 2004 год, пять стран (Сальвадор, Кения, Филиппины, Исландия и Коста-Рика ) вырабатывают более 15% своей электроэнергии из геотермальных источников.
Геотермальная электроэнергия производится в 24 странах, перечисленных в таблице ниже. В 2005 году были заключены контракты на дополнительные 500 МВт электрической мощности в Соединенных Штатах, в то время как в 11 других странах также строились станции. Усовершенствованные геотермальные системы, которые имеют глубину в несколько километров, действуют во Франции и Германии и разрабатываются или оцениваются как минимум в четырех других странах.
| Страна | Мощность (МВт). 2007 | Мощность (МВт). 2010 | Мощность (МВт). 2013 | Мощность (МВт). 2015 | Мощность (МВт) 2018 | Мощность (МВт) 2019 | Доля в национальной. поколение (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| США | 2687 | 3086 | 3389 | 3450 | 3591 | 3676 | 0,3 |
| Индонезия | 992 | 1197 | 1333 | 1340 | 1948 | 2133 | 3,7 |
| Филиппины | 1969,7 | 1904 | 1894 | 1870 | 1868 | 1918 | 27,0 |
| Турция | 38 | 82 | 163 | 397 | 1200 | 1526 | 0,3 |
| Новая Зеландия | 471,6 | 628 | 895 | 1005 | 1005 | 1005 | 14,5 |
| Мексика | 953 | 958 | 980 | 1017 | 951 | 962,7 | 3,0 |
| Италия | 810,5 | 843 | 901 | 916 | 944 | 944 | 1,5 |
| Кения | 128,8 | 167 | 215 | 594 | 676 | 861 | 51,0 |
| Исландия | 421,2 | 575 | 664 | 665 | 755 | 755 | 30,0 |
| Япония | 535,2 | 536 | 537 | 519 | 542 | 601 | 0,1 |
| Коста-Рика | 162,5 | 166 | 208 | 207 | 14,0 | ||
| Сальвадор | 204,4 | 204 | 204 | 204 | 25,0 | ||
| Никарагуа | 79 | 82 | 97 | 82 | 9,9 | ||
| Россия | 79 | 79 | 82 | 82 | |||
| 53 | 52 | 42 | 52 | ||||
| 56 | 56 | 56 | 50 | ||||
| Португалия | 23 | 29 | 28 | 29 | |||
| Китай | 27,8 | 24 | 27 | 27 | |||
| Германия | 8,4 | 6,6 | 13 | 27 | |||
| 14,7 | 16 | 15 | 16 | ||||
| Эфиопия | 7,3 | 7,3 | 8 | 7,3 | |||
| 1,1 | 1,4 | 1 | 1,2 | ||||
| Австралия | 0,2 | 1,1 | 1 | 1,1 | |||
| 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | ||||
| Всего | 9,731,9 | 10,709,7 | 11,765 | 12,635,9 | 14,369 | 15,406 | – |
Электростанция 120- MWe Несьявеллир на юго-западе Исландии м глубоко под землей несут смесь газов, в частности двуокиси углерода (CO. 2), сероводорода (H. 2S), метана (CH. 4), аммиак (NH. 3) и радон (Rn). В случае выброса эти загрязнители способствуют глобальному потеплению, кислотным дождям, радиации и ядовитым запахам.
Существующие геотермальные электрические станции, относящиеся к 50-м годам. процентиль всех исследований выбросов в течение жизненного цикла, рассмотренных IPCC, производят в среднем 45 кг выбросов CO. 2на мегаватт-час произведенной электроэнергии (кг CO. 2экв / МВт · ч ). Для сравнения, угольная электростанция выбрасывает 1001 кг CO. 2на мегаватт-час, если не использовать улавливание и хранение углерода (CCS).
Станции, которые испытывают высокие уровни кислот и летучих химикатов обычно оснащаются системами контроля выбросов, чтобы уменьшить количество выхлопных газов. Геотермальные станции также могут закачивать эти газы обратно в землю в форме улавливания и хранения углерода, как в проекте CarbFix в Исландии.
Другие станции, такие как геотермальная электростанция в Кызылдере, демонстрируют способность использовать геотермальные жидкости для переработки углекислого газа в сухой лед на двух близлежащих заводах, что приводит к очень небольшому воздействие на окружающую среду.
Помимо растворенных газов, горячая вода из геотермальных источников может содержать в растворе следовые количества токсичных химикатов, таких как ртуть, мышьяк, бор, сурьма и соль. Эти химические вещества выделяются из раствора по мере охлаждения воды и могут нанести вред окружающей среде в случае выброса. Современная практика закачки геотермальных жидкостей обратно в Землю для стимулирования добычи имеет побочное преимущество в снижении этого экологического риска.
Строительство станции может отрицательно сказаться на устойчивости земли. Проседание произошло на месторождении Вайракей в Новой Зеландии. Усовершенствованные геотермальные системы могут вызывать землетрясения из-за нагнетания воды. Проект в Базеле, Швейцария был приостановлен, потому что более 10 000 сейсмических событий силой до 3,4 баллов по шкале Рихтера произошло в течение первых 6 дней закачки воды. Риск геотермального бурения, приводящего к поднятию, был испытан в Штауфен-им-Брайсгау.
Геотермальные источники требуют минимальных требований к земле и пресной воде. Геотермальные станции используют 404 квадратных метра на ГВт · ч по сравнению с 3 632 и 1335 квадратных метров для угольных предприятий и ветряных электростанций соответственно. Они используют 20 литров пресной воды на МВт · ч по сравнению с более чем 1000 литров на МВт · ч для атомной, угольной или нефтяной промышленности.
Геотермальные электростанции также могут нарушить естественный цикл гейзеров. Например, гейзеры Беоваве, Невада, которые были незащищенными геотермальными скважинами, прекратили извергаться из-за разработки станции с двумя вспышками.
Локальное охлаждение климата возможно в результате работы геотермальных циркуляционных систем. Однако, по оценке Ленинградского горного института в 1980-х годах, возможное похолодание будет незначительным по сравнению с естественными колебаниями климата.
Геотермальная энергия не требует топливо; поэтому он невосприимчив к колебаниям стоимости топлива. Однако капитальные затраты, как правило, высоки. На бурение приходится более половины затрат, а разведка глубоких ресурсов связана со значительными рисками. Типичная двойная скважина в Неваде может поддерживать выработку электроэнергии 4,5 мегаватт (МВт) и стоит около 10 миллионов долларов на бурение с 20% -ной интенсивностью отказов. В целом, строительство электростанции и бурение скважин обходятся примерно в 2–5 миллионов евро на МВт электрической мощности, тогда как приведенная стоимость энергии составляет 0,04–0,10 евро за кВт · ч. Усовершенствованные геотермальные системы, как правило, находятся на верхней стороне этих диапазонов, с капитальными затратами выше 4 миллионов долларов США на МВт и нормированными затратами выше 0,054 доллара США на кВт · ч в 2007 году.
Геотермальная энергия обладает высокой масштабируемостью: небольшая электростанция может обеспечить сельскую деревню, хотя первоначальные капитальные затраты могут быть высокими.
Наиболее развитым геотермальным полем являются Гейзеры в Калифорнии. В 2008 году это месторождение поддерживало 15 станций, все принадлежащие Calpine, с общей генерирующей мощностью 725 МВт.
Портал возобновляемых источников энергии 
Энергетический портал 