В поисках жара Земли

Ученые уже давно ищут неиссякаемый источник энергии. Полвека назад их воображение пленял управляемый термоядерный синтез. Работы в этом направлении ведутся до сих пор (хотя и без прежнего энтузиазма). В наше время стали всё чаще и чаще обращать внимание на энергию Солнца. В новом тысячелетии солнечная энергетика даже стала мейнстримом, и кто-то именно с ней связывает будущее человечества.

Но есть еще один неиссякаемый источник энергии. О нем говорят меньше, но от этого вопрос не становится менее актуальным. Речь идет об энергии глубинных слоев Земли. Как утверждает академик Сергей Алексеенко (Институт теплофизики СО РАН), этой энергии вполне достаточно для того, чтобы обеспечить человечество теплом и электричеством на всю оставшуюся жизнь. Недаром американцы планируют к 2050 году за счет глубинного тепла выработать не менее 100 ГВт электроэнергии (что составляет почти 40% ВСЕЙ генерации РФ). Уже сейчас в этой стране действуют небольшие опытные электростанции, извлекающие «градусы» с очень больших глубин. Как заметил по этому поводу ученый, есть все основания развивать аналогичную программу геотермальной энергетики и в России - с учетом имеющегося у нас потенциала и ряда преимуществ. По-видимому, к таким преимуществам отнесены очень большие «запасы» геотермальной энергии на территории нашей страны, особенно на территории Западной Сибири. К слову, наши ученые говорят об этом не первый год, пытаясь, очевидно, убедить государственных руководителей уделить внимание столь серьезной теме.

В этой связи остается сожалеть, что нам вновь придется догонять Америку. А ведь полвека назад мы шли здесь с американцами почти вровень, чуть ли, не дыша им в затылок. Эту историю, связанную с освоением советскими учеными технологий извлечения глубинного тепла, стоит вспомнить именно сейчас, когда многое из того, что наши ученые предлагают сегодня, является лишь забытым старым.

Для начала – немного теории. Как вы думаете, в чем сходство между Землей и… атомной электростанцией? В принципе, всё просто. Образно говоря, глубоко внутри нашей планеты бушует природный атомный реактор, вызывающий разогрев глубинных слоев. С научной точки зрения глубинное тепло появляется (и восполняется) в результате распада радиоактивных элементов, неравномерно распределенных в толще Земли. На глубине 15 – 20 километров температуры могут достигать 400 – 600 градусов Цельсия (что соответствует температуре пара в современных электростанциях). Даже на глубине трех километров некоторые породы имеют температуру 100 – 150 градусов, а на глубине 7 – 8 километров температура уже настолько высока, что способна привести к самопроизвольному взрыву пороха.

Таким образом, глубоко под землей существуют природные «котлы», у которых можно забирать энергию так же, как это делается в обычных электростанциях – с помощью воды. Как мы понимаем, для этого нужно пробурить на заданную глубину скважину (точнее – несколько скважин), закачивая туда воду и получая «на выходе» пар нужных параметров, способный вращать турбины электростанций. Например, бурятся две глубокие скважины и соединяются внизу продольными ветвями. Через одну из них (нагнетательную скважину) закачивают в пласт воду, из второй скважины (эксплуатационной) извлекают термальную воду или пар. Таких нагнетательных и эксплуатационных скважин может быть несколько, в зависимости от емкости пласта. Размещаются они разными способами – квадратами, треугольниками или по кругу.

В принципе, сама схема «извлечения» глубинной энергии достаточно проста. Главная сложность здесь заключается в технологии бурения на столь большие глубины. Полвека назад технологии сверхглубинного бурения успешно развивались только в двух странах – в США и в СССР.

К началу 1970-х самую глубокую скважину удалось пробурить американцам в штате Техас – на глубину 7 723 метра. Вторая сверхглубокая скважина была на территории Советского Союза, в Белоруссии. Ее глубина составляла 7 410 метров. То есть фактически наши разработчики не уступали американцам.

Показательно, что обе державы сформировали два разных подхода к бурению сверхглубоких скважин. В то время американцы намеревались пробурить наиболее тонкий слой земной коры в Тихом океане, чтобы достичь зоны верхней мантии. Тогда же, в самом начале 1970-х, американцами была предпринята попытка бурения пробной сверхглубокой скважины у берегов Южной Калифорнии. Такие же работы проводились ими в районе Гавайских островов.

Советский подход предполагал сверхглубокое бурение на суше. Главной целью таких экспериментов со стороны ученых было изучение строения гранитных и базальтовых слоев земной коры. Бурение сверхглубоких скважин намечалось в самых разных регионах СССР. Процесс должен был проходить поэтапно. Вначале планировали углубиться на 7–10 километров, и только потом двигаться дальше – на 15–20 километров. Понятно, что решение этой задачи связывалось не только с геотермальной энергетикой. Так, геологи надеялись, что в Прикаспийской низменности на глубине 6-7 километров могут обнаружиться крупные нефтяные и газовые месторождения. Аналогичные работы велись на Урале, в Средней Азии, в Забайкалье и на Курильских островах.

Вместе с тем вопрос поиска глубинного тепла также не снимался с повестки. Особенно это было актуально для северных территорий страны. Например, горнодобывающие предприятия Якутии, Колымы и Чукотки остро нуждались в топливных ресурсах. Из-за холодов добыча полезных ископаемых в этих краях велась всего 3-4 месяца в году. При наличии неиссякаемого источника горячей воды работу можно было вести круглогодично, причем – открытым способом. Особенно привлекательным виделось строительство северных теплоэлектростанций, работающих на глубинном тепле. Извлекаемый пар с температурой 300-350 градусов Цельсия можно было направлять в турбины электростанции, а отработанную горячую воду использовать для обогрева теплиц или для бытовых нужд. Уже в то время рассматривалась возможность создания мощных геотермальных электростанций на миллион и более киловатт.  Считалась, что такая станция способна работать неограниченное время (поскольку глубинное тепло всегда восстанавливается за счет радиоактивного распада).

Важно отметить, что советские энергетики довольно уверенно двигались в указанном направлении. Поиск альтернативных источников энергии такого рода связывался в ту пору с решением важных государственных задач. Для использования тепла очень глубоких слоев, конечно же, требовалось какое-то время. Однако первые шаги были сделаны. Такими шагами стало, например, строительство геотермальных электростанций на Камчатке. Так, в 1966 году была построена опытно-промышленная Паужетская геотермальная электростанция мощностью 5 МВт. И хоть температура на выходе из скважины была здесь не очень высокой (примерно 150 – 200 градусов), экономически станция себя оправдывала.  Как сообщалось в прессе тех лет, стоимость электричества, получаемого таким способом, оказалось в 10-15 раз ниже, чем стоимость электроэнергии, получаемой на дизельных станциях, разбросанных в различных регионах Камчатки.

Конечно, первые опытные геотермальные станции являлись некой «прелюдией» к извлечению тепла из глубинных слоев Земли. Но, подчеркиваю, принципиально то, что мы уверенно шли этим путем, почти не уступая американцам. Проникновение на многокилометровые глубины было лишь вопросом времени. К сожалению, мы сделали на этом пути остановку, тогда как американцы продолжили движение вперед. И теперь нашим ученым вновь приходится убеждать руководителей страны, чтобы мы возобновили прерванное движение.

Николай Нестеров