Подключиться к «земной батарее»

Возобновляемая энергия, о которой сегодня говорят на каждом углу, не ограничивается ветром, солнцем и биотопливом.

В свое время научный руководитель Института теплофизики СО РАН академик Сергей Алексеенко неоднократно обращал внимание на неиссякаемый источник возобновляемой энергии буквально у нас под ногами. Речь идет об энергии сухих глубинных пород. Западная Сибирь особенно богата этим энергетическим ресурсом, и было бы разумно, отмечает ученый, освоить технологии по ее извлечению.

Напомним, что сама идея освоения энергии глубинных пород была в свое время высказана именно нашими соотечественниками – ученым-самоучкой Константином Циолковским и геологом Владимиров Обручевым. Надо сказать, что в советское время геотермальной энергетике уделялось серьезное внимание, о чем также напоминает академик Сергей Алексеенко. По этой части мы когда-то шли почти вровень с американцами, совершенствуя технологии глубинного бурения. Однако с определенных пор наша страна «сошла с дистанции», в то время как американцы продолжали двигаться вперед, добившись к сегодняшнему дню весьма хороших практических результатов.

В декабре прошлого года министр энергетики США Дженнифер Гранхольм, выступая на заседании Национального нефтяного совета, назвала геотермальную энергию своей излюбленной темой. Чтобы было понятно: несмотря на реверансы администрации Байдена в адрес солнечных и ветряных электростанций, в сегодняшней Америке не сбрасывают со счетов и иные источники энергии. Например – атомную энергию и геотермальную энергию. В этом случае выступление госпожи Гранхольм перед нефтяниками весьма показательно в том смысле, что она обратила внимание на один принципиально важный аспект нефтедобычи – бурение скважин. Дескать, скважины можно бурить не только ради извлечения углеводородов, но также для непосредственного получения тепла земных недр.

Внесем здесь необходимые уточнения. Технология, связанная с извлечением тепла сухих глубинных пород для выработки электроэнергии, в Америке обозначается как Enhanced geothermal system (EGS) – «Усовершенствованная геотермальная система» (хотя слово Enhanced в данном контексте можно перевести как «усиленная», «расширенная» или как «углубленная»). В этом плане необходимо учитывать отличие EGS от гидротермальной энергетики, где используются естественные горячие источники. Когда мы говорим о тепле сухих глубинных пород, мы подразумеваем, что в этом случае в глубинных породах создается искусственный горячий резервуар, откуда нагретая вода поступает наверх по предварительно пробуренной эксплуатационной скважине. Те есть с помощью одних (нагнетательных) скважин мы под давлением подаем холодную воду, эта вода «забирает» глубинное тепло, а потом устремляется на поверхность по эксплуатационным скважинам. Полученное тепло можно использовать либо напрямую (например, для обогрева теплиц), либо для производства электроэнергии. Отдавшая тепло вода снова впрыскивается под землю, и цикл повторяется.

Мы даем здесь, конечно, грубое описание технологии, показывая лишь ее общий принцип. Главное преимущество EGS в том, что она позволяет извлекать энергию почти в любой точке мира (в отличие от гидротермальной системы). Всё определяется глубиной бурения, которая прямо зависит от экономической составляющей процесса. Новейшие усовершенствованные методы бурения позволяют проникать на глубину более 15 километров, что дает доступ к глубинным породам с температурой более 400 градусов Цельсия. По оценкам специалистов, срок службы одной установки EGS спокойно может составить 20-30 лет. В настоящее время такими системами занимаются не только в США, но также в Австралии, Франции, Японии, Германии, Швейцарии, Южной Корее, Великобритании.

Согласно последним прогнозам Министерства энергетики США, к 2050 году мощности на основе геотермальной энергии увеличатся в 16 раз – до 60 ГВт.  Это будет составлять примерно пятую часть в структуре возобновляемой энергетики. По данным американских специалистов, на территории США вполне реально получить от 5 000 ГВт энергии даже на глубине от трех до семи километров. Не удивительно, что в 2021 году Министерство энергетики инициировало программу Energy Earthshot, которая должна ускорить разработку надежных решений в области технологий по использованию «чистой» энергии. Программа включает в себя несколько проектов. Один из них - Enhanced geothermal Earthshot, - представленный в сентябре прошлого года, направлен на снижение стоимости извлечения глубинного тепла. Разработчики надеются, что к 2035 году установки EGS позволят получать геотермальную энергию стоимостью не выше 45 долларов за один МВт-час.

Для сторонников «зеленого» энергоперехода геотермальная энергия открывает новые возможности в плане альтернативы ископаемому топливу. Как-никак, но тепло глубинных пород считается возобновляемым энергоресурсом, поскольку считается, что Земля постоянно излучает из своего ядра тепло, и это будет происходить еще в течение миллиардов лет. В случае успешного развития данных технологий такую энергию, как мы сказали, можно будет извлекать в любой точке планеты. Есть некоторые проблемы с точки зрения экологии (выделение небольшого количества диоксида серы, диоксида азота и твердых частиц), но они не считаются критичными. Принципиально важно то, что такие установки могут работать десятилетиями, а при грамотном управлении резервуарами – сотни лет. И, в отличие от ветроэнергетики и фотовольтаики, здесь нет зависимости от погодных условий. Такие установки могут работать в оптимальном режиме в любое время суток и в любое время года.

Еще одно немаловажное преимущество углубленных геотермальных систем – их компактность. Для размещения геотермальной электростанции требуется меньше места, чем для размещения тепловых, солнечных и ветряных электростанций (при соотносимой установленной мощности). По данному показателю EGS уступают только АЭС. Согласно официальным данным, предоставленным правительством США, на единицу произведенной энергии для геотермальной электростанции потребуется в 2,5 раза меньше территории, чем для газовой ТЭС. Почти в пять раз меньше, чем для солнечной электростанции. И почти в десять раз меньше, чем для ветропарка! Иными словами, если вы заменяете ископаемое топливо (а тем более – «мирный атом») ветром и солнцем, то вы неизбежно столкнетесь с нехваткой земли. Геотермальные электростанции позволяют вам избежать таких проблем. А это – весьма существенный фактор, учитывая постоянные проволочки с выделением мест под солнечные или ветряные электростанции.

Как видим, у ископаемого топлива намечается куда более серьезный конкурент, нежели солнце и ветер. Напомним, что государственная поддержка разработок технологий EGS продолжается в целом ряде стран, включая США и страны ЕС. И как мы показали в самом начале, некоторые правительства вполне могут склонить к подобным проектам производителей нефти и газа, для которых производство геотермального тепла может стать некой энергетической альтернативой углеводородам. Насколько данная стратегия будет успешной, пока сказать мы не можем. Однако в любом случае российскому руководству стоило бы обратить внимание на указанный тренд и подготовить аналогичные программы государственной поддержки разработок в этой области. Тем более что о необходимости такой работы давно уже заявляют наши ученые.

Николай Нестеров