Геотермальная энергетика: как работает геотермальная электростанция

Геотермальная энергетика — это одна из самых перспективных и экологически чистых форм получения электроэнергии. Озарение идеи о возможности использования внутреннего тепла Земли для выработки электроэнергии появилось еще в XIX веке, однако лишь в последние десятилетия эта технология начала активно развиваться благодаря новым методам добычи и увеличению эффективности. В современном мире, когда проблема изменения климата становится все более острой, геотермальные электростанции представляют собой важный компонент энергетического баланса многих стран.

Что такое геотермальная энергетика и как она возникла?

Геотермальная энергетика основана на использовании тепла, залегающего под поверхностью Земли, для производства электроэнергии. Внутреннее тепло Земли образовалось миллионы лет назад в результате радиоактивных распадов — радионуклидов, располагавшихся внутри ядра и мантии планеты. Внутреннее тепло Земли постоянно пополняется, обеспечивая возможность его использования в течение очень долгого времени без истощения

Первый коммерческий опыт использования геотермальной энергии датируется началом XX века. В 1913 году в Италии построили первую в мире геотермальную электростанцию, которая работала с использованием горячих источников. В последующие десятилетия страны, такие как США, Эстония, Филиппины, активно развивали подобные технологии. Сегодня геотермальные станции находятся в ряде стран и играют важную роль в национальных энергетических балансах.

Принцип работы геотермальной электростанции

Основной принцип работы геотермальной электростанции заключается в использовании высокотемпературных подземных источников тепла. Для этого устраиваются скважины, через которые поднимается горячая вода или пар. Далее происходит преобразование внутренней энергии воды в электрическую при помощи специальных турбин и генераторов.

Чтобы понять схему, достаточно представить классическую тепловую электростанцию, только вместо ископаемого топлива используется природная горячая вода. В большинстве случаев используют три типа геотермальных систем: сухие паровые, жидкие и бинарные системы. Каждый из них рассчитан на разные геологические условия и уровень температурных показателей.

Основные компоненты системы

• Геотермальные скважины — обеспечивают добычу горячей жидкости или пара из подземных резервуаров.
• Цикл преобразования — включает в себя теплообменники, турбины и генераторы, где происходит преобразование внутренней тепловой энергии в механическую, затем — в электрическую.
• Извлекаемая жидкость — после прохождения через турбины вода возвращается в подземное пространство или удаляется для дальнейшей переработки, что позволяет системе работать циклически.

Типы геотермальных электростанций

Различают три основных типа геотермальных станций, каждый из которых подходит для разных условий эксплуатации. Их классификация основана на температурных характеристиках источника и конструкции системы.

Дамнігова (дракона) система

Это наиболее распространённый тип станций, использующий пар при температуре обычно выше 150°C. Вода поднимается из скважин и попадает прямо в паровые турбины. После этого пар конденсируется и возвращается в систему. Такие станции отличаются высокой эффективностью и применимы в геотермальных районах с богатым ресурсом.

Бинарные системы

Используются в условиях, где температура воды не достигает 150°C. В таких случаях горячая вода передаёт своё тепло в специальный органический рабочий цикл — например, органический аналог Ренкина. Это помогает обеспечить работу станции даже в более холодных геологических условиях. Бинарные установки — наиболее универсальные и широко применяемые сегодня.

Жидкостные системы

Питаются горячей жидкостью, которая после прохождения через паровую турбину возвращается обратно в подземный пласт. Этот тип менее распространён, но он эффективен для мелких и средних объектов и использует низкотемпературные источники тепла.

Преимущества и недостатки геотермальной энергетики

К числу главных преимуществ этого вида энергии относятся экологическая чистота, стабильность и предсказуемость производства, а также низкие эксплуатационные расходы после строительства.

Тем не менее, есть и определённые недостатки. Это высокая стоимость начальных инвестиций, геологические ограничения на разработку участков, а также возможное снижение эффективности из-за понижении температуры источника при интенсивной эксплуатации.

Статистика и примеры из мира

Общая мировая мощность геотермальных электростанций к 2023 году превышает 14 ГВт, и это число постоянно растёт. Из наиболее развитых в этом направлении стран можно выделить США, Исландию и Филиппины, где геотермальная энергетика составляет значительную часть общего энергобаланса.

Перспективы развития и советы специалиста

В будущем развитие геотермальных технологий предполагает не только расширение существующих мощностей, но и усовершенствование методов добычи тепла, снижение затрат на строительство и повышение эффективности систем. Например, внедрение новых материалов и технологий по повышению долговечности скважин и теплообменников позволит увеличить срок эксплуатации станций.

Мой совет, — говорит эксперт по возобновляемой энергетике, кандидат технических наук Иван Николаевич, — необходимо инвестировать в исследования и разработки, а также поощрять государственные программы поддержки проектов в сфере геотермальной энергетики. Это позволит не только повысить энергонезависимость стран, но и значительно сократить углеродный след, что критически важно в нынешних условиях смены климата».