Відновлювана енергетика у світі зростає високими темпами. Щорічні обсяги введення нових електростанцій, які функціонують на основі ВДЕ, істотно перевищують зростання теплової генерації. Також і розмір щорічних інвестицій в ВДЕ-генерацію в рази перевищує вкладення в газові, вугільні та атомні електростанції.
При цьому основне зростання припадає на вітрові та сонячні електростанції, і для багатьох саме вони стали символами ВДЕ та «зеленої» енергетики, а й геотермальні електростанції, або ГеоЕС, — також дуже цікавий напрямок, потенціал якого дуже високий. Деякі дослідники вважають, що в майбутньому геотермальна енергетика може забезпечити до 1/6 від світового енергопостачання. Не в останню чергу через те, що, на відміну від сонячної або вітряної, геотермальна енергетика абсолютно не залежить від зміни дня та ночі або погодних умов і пори року, має цілий ряд інших переваг, про які ми й розповімо далі.
Згідно з базою даних IRENA (Renewable capacity statistics 2019), у 2018 році глобальна встановлена потужність геотермальних електростанцій вросла на 540 мегаватів та склала 13 329 мегаватів.
Як це працює?
Як і в багатьох видах електростанцій, потік гарячого пара використовується для обертання турбіни генератора — ГеоЕС в даному випадку не унікальні. І теплоелектростанції, та, фактично, атомні електростанції використовують той же самий принцип, хоча джерела енергії, які допомагають розігрівати воду і виробляти пар, в них застосовуються радикально різні. ГеоЕС відносяться до ВДЕ саме тому, що в якості головної рушійної сили в них використовується пара або гаряча вода з природних геотермальних джерел, що знаходяться під землею.
З зануренням в надра планети температура буде рости приблизно на 3°C кожні 100 метрів спуску, хоча в різних регіонах Землі цей показник (так званий геотермічний градієнт) може відрізнятися. Це означає, що деякі місця підходять для побудови геотермальної електростанції краще, а деякі — набагато гірше, аж до моменту, коли прокопувати свердловину до шарів потрібної температури стає просто економічно невигідно. Звідси й популярність ГеоЕС в країнах з великою сейсмічної/вулканічною активністю.
Залежно від наявного джерела геотермальної енергії ГеоЕС можна умовно розділити на гідротермальні, бінарні гідротермальні та петрогеотермальні.
У гідротермальних електростанціях з труби, прокладеної до водоносних шарів, піднімається розпечений пар, який обертає турбіну генератора. Якщо замість пара піднімається пароводяна суміш температурою вище 150°C, її водяна частина відділяється в спеціальному сепараторі та може надалі теж перетворитися в пар для генератора в умовах низького тиску.
Бінарні гідротермальні електростанції застосовуються там, де температура води не піднімається вище 100°C, а копати свердловину глибше вже невигідно або з якихось причин неможливо. Тоді ця вода використовується для розігрівання інший робочої рідини з низькою температурою кипіння, наприклад, фреону, пар від якого і подається на турбіну генератора.
Петрогеотермальні станції — порівняно нове явище. У місцях, де температура земної кори підходить для ГеоЕС, але водоносні шари майже відсутні, буриться свердловина (на глибині від 3 до 10 км) та вводяться дві труби. В одну з них закачується під тиском вода, яка розігрівається в утвореному тиском гідророзриві та повертається через другу трубу у вигляді пари для турбіни. Станом на 2018 рік у світі працювало всього 22 петрогеотермальні електростанції, велика частина яких зосереджена в Європі. На думку деяких вчених, петрогеотермальної енергії досить, щоб назавжди забезпечити людство енергією.
А в чому переваги?
Головною перевагою геотермальної енергетики є її невичерпність, то є та сама причина, по якій цей вид відносять до ВДЕ. Буріння свердловин, будівництво геотермальних електростанцій та закачування води або використання води/пара з геотермальних джерел фізично нездатні викликати падіння температури ядра Землі або якимось чином вичерпати цей ресурс.
Геотермальна енергетика більш стабільна, ніж інші види енергетики. Вона не залежить від погодних умов або часу дня, на відміну від своїх більш популярних «побратимів» по ВДЕ, сонячної та вітряної енергетики, або від постачання палива, яке необхідно для роботи ТЕС або АЕС. Також цей вид енергетики дозволяє будувати електростанції навіть в важкодоступній місцевості та у віддалених регіонах з погано розвиненою транспортною інфраструктурою. Геотермальна енергетика, на відміну від сонячної або вітрової енергетики не вимагає значних площ для розміщення об'єктів. Наприклад, для вироблення 1 ГВт·год/рік знадобиться ГеоЕС площею всього в 400 м2, а аналогічна сонячна станція займе понад 3 квадратних кілометрів.
При дотриманні всіх умов безпеки геотермальні електростанції практично безпечні для екології та виробляють дуже мало вуглекислого газу, а разом з електроенергією з їх допомогою можна вести видобуток корисних копалин, наприклад, розчинені в пароводяної суміші метали та гази.
При всіх своїх перевагах у ГеоЕС є і недоліки. Як було сказано вище, при дотриманні умов безпеки ці станції не завдають шкоди екосфері, але це не скасовує того факту, що робоча рідина на ГеоЕС небезпечна і містить важкі метали, наприклад, свинець, миш'як або аміак, які можуть викликати локальну катастрофу в разі аварії. Також ГеоЕС відрізняються меншою потужністю, ніж гідроелектростанції, ТЕС і, тим більше, АЕС, а вартість кіловата в них вище. Це пов'язано з тим, що, при всій простоті конструкції самих електростанцій, величезні інвестиції потрібні на якісну геологорозвідку та аналіз ґрунтів. Приблизний рівень капітальних витрат в даному сегменті знаходиться на рівні $2800/кВт встановленої потужності, що істотно вище, ніж у газових ТЕС, вітрових та сонячних електростанцій.
Які перспективи?
За прогнозами МЕА, до 2040 року споживання та вироблення електроенергії у світі збільшаться на 60%, тобто попит на електроенергію складе 26,4 тис. ТВт·год у 2025 році та понад 35,5 тис. ТВт·год у 2040-му.
Певну роль в задоволенні цього зростаючого попиту буде грати й геотермальна енергетика. Її зростання буде стабільним, хоча навряд чи бурхливим.
За інформацією Bloomberg, у 2018 році інвестиції в геотермальну енергетику у світі виросли на 10% - до $ 1,8 млрд (в цілому ж у світі в ВДЕ було вкладено понад $ 300 млрд).
Лідерами у сфері геотермальної енергетики на даний момент є США, також ГеоЕС дуже популярні в Індонезії та на Філіппінах, де цей вид енергетики виробляє понад 10% електроенергії. Також в десятку світових лідерів в області геотермальної енергетики входить Японія, в якій перша така електростанція відкрилася ще в 1966 році на базі обладнання Toshiba. Потенціал сектора в країні оцінюється у 23 ГВт.
В цілому ж геотермальна енергетика — цікава і перспективна сфера ВДЕ. Вона тільки почала показувати свої справжні можливості, але вже зараз має ряд незаперечних переваг, яких позбавлені сонячна та вітряна галузі, а також традиційні види електростанцій.
