2.3 Задачи, решаемые современной геотермией

Задачи, которые приходится решать геотермикам, сводятся к четырем основным направлениям: теоретическим, аппаратурно-методическим, региональным и прикладным исследованиям.

Теоретическая геотермия рассматривает проблемы, связанные с происхождением источников тепла, условиями теплопередачи в недрах Земли, фазовым состоянием отдельных геосфер, геодинамической эволюцией литосферы и астеносферы, соотношением между тепловым и другими геофизическими полями.

Без решения аппаратурно-методических задач невозможно получить достоверный фактический материал и провести корректную интерпретацию данных. Этот круг проблем включает вопросы конструирования высокоточной измерительной аппаратуры для работы на континентах и на акваториях в различных диапазонах температур: от отрицательных - в зонах вечной мерзлоты до температур плавления горных пород - в областях современного вулканизма. В комплекс геотермической аппаратуры входят устройства для измерений температуры, геотермического градиента, коэффициентов теплопроводности и тепловых потоков. В сферу конструирования включаются как разработки термочувствительных датчиков, так и преобразователи первичного сигнала и интерфейсы для автоматической регистрации результатов и обработки данных. Методика проведения геотермических работ должна быть оптимальной для получения наиболее достоверных данных; она должна предусматривать учет различных техногенных и природных факторов, искажающих естественное тепловое поле. Освоение методики геотермических измерений немыслимо без освоения математического аппарата, который применяется для аналитического или численного расчета искажающих факторов, а также для статистической обработки данных.

Региональные исследования - это традиционный для геотермии вид работ. Уже в начале нашего века были проведены измерения подземных температур во многих районах страны, а за рубежом они активно велись с середины XIX века. Измерения тепловых потоков начались позже - примерно с середины 30-х годов за рубежом и с конца 50-х годов в России (первые публикации о тепловом потоке на суше появились в 1939 г., а на море - в 1952 г.). Это отставание по времени от геотемпературных измерений было связано с отсутствием аппаратуры для измерений теплопроводности горных пород. Крупные обобщения выразились в подготовке и издании геотермических карт - это были карты температур на различных глубинных срезах: от подошвы слоя сезонных температурных колебаний (примерно, 25 м) до поверхности Мохоровичича, а также карты распределения геотермических градиентов и плотности теплового потока. К сфере региональных исследований относятся обобщения геотермических данных для различных структурно-формационных зон, для областей разновозрастных континентальных и океанических кор, учитывающие особенности их тектонического развития. В этом плане наивысшими достижениями являются глобальные обобщения выборок теплового потока, измеренного в областях разновозрастной складчатости, и установление корреляционной зависимости между средним значением теплового потока и возрастом последней стадии тектоно-магматической активизации, сделанное, как уже упоминалось, российскими учеными в 1966 г. Материал, полученный в ходе региональных работ, позволил судить о температурных условиях, в которых находятся горные породы и полезные ископаемые, что крайне важно для эксплуатации месторождений, а также для оценки геотермальных ресурсов и их использования.

Прикладные геотермические исследования развивались в двух направлениях. Во-первых, они применялись для терморазведки рудных, нефтегазовых и геотермальных месторождений в комплексе с другими геолого-геофизическими методами, а во-вторых, при оценке возможности использования глубинного тепла для энергетики, коммунального и сельского хозяйства.

Глава 3. Экономические аспекты освоения геотермальной энергии в России

3.1 Прогнозирование освоения геотермальной энергии России

Основные традиционные источники энергии (уголь, нефть, газ, ядерное топливо) имеют ограниченные запасы и являются не возобновляемыми. Практическая неисчерпаемость, повсеместность распространения, экологическая чистота и ряд других достоинств геотермальной энергии [6] позволяют считать, что за этим источником - будущее человечества.

Начавшееся в XX веке общемировое интенсивное освоение геотермальных ресурсов продолжается в текущем столетии.

В России геотермальное производство за период 1965-1985 гг. прошло фазу интенсивного роста. Было открыто более 40 геотермальных месторождений, многие из которых введены в эксплуатацию. Наиболее крупные из них - Паратунское и Паужетское на Камчатке, Тернаирское и Кизлярское в Дагестане, Мостовское в Краснодарском крае, Казьминское в Ставрополье. Основным потребителем геотермальной энергии является жилищно-коммунальный сектор: более 75% всей теплоты термальных вод, Оставшиеся 25% используются в сельском хозяйстве, в том числе для обогрева теплично-парниковых хозяйств.

В целом по России к уровню 1985-1990 гг. добыча термальной воды достигала 40 млн. м³ в год, что обеспечивало отпуск потребителям не менее 800 тыс. Гкал теплоэнергии и замещение около 150 тысяч условных тонн органического топлива.

На сегодняшний день, по оценке СПГГИ (ТУ) геотермальные ресурсы составляют для нужд теплоснабжения -31 трлн. т у.т. Для их разработки промышленно освоена циркуляционная технология.

На нуждах централизованного теплоснабжения, согласно «Основным положениям Энергетической стратегии России на период до 2020 года», планируется в 2020 г. сэкономить 120-135 млн. Гкал и 51-60 млн. т у.т. - на прямом сжигании органического топлива. Из этого объема 15% будет производится дороже 60 USD за т у.т. На этой базе были обоснованы сценарии экономически эффективного замещения органического топлива геотермальной энергией до 2020 года.

Первый сценарий предусматривает к 2020 году замену 10 млн. т у.т. органического топлива. Разработанный на базе экономико-математического моделирования Бизнес-план такого сценария показывают, что для этого потребуется создать 850 двухскважинных модулей (рис. 1), инвестировать 3,8 млрд. USD. Но это может обеспечить за 15 лет сумму NPV - от 3 до 9 млрд. USD и срок окупаемости от 7,5 до 11,5 лет (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Экономия органического топлива и необходимое количество построенных двухскважинных модулей СГТ до 2020 г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Бизнес сценарий развития геотермальной энергетики в России до 2020 г.

3.2 Предпосылки развития геотермального производства в России

Одной из важных задач является определение основных предпосылок и главных тезисов концепции дальнейшего освоения геотермальных ресурсов [7,8].

Основные предпосылки дальнейшего развития геотермии исходят из общего характера и основных тенденций развития мировой экономики и энергетики, направленных на непрерывный прогресс при постоянном возрастании экологических ограничений и экономических проблем. В настоящее время обеспечение и учет экологических целей и нормативов становятся важнейшими компонентами всех оптимизационных оценок, расчетов и финансовой практики по развитию энергетического хозяйства. Кроме того, следует согласиться с прозвучавшим на мировых форумах мнением о том, что в энергетике маловероятно появление в ближайшие 20-30 лет принципиально новых технологических решений и технический прогресс в этот период будет носить характер постепенных усовершенствований. В соответствии с этим на первый план выдвинутся не технологии, а «институциональные» факторы развития. К ним относятся: мотивация деятельности, где решающее значение приобретают интересы человека, задачи сохранения окружающей среды и вопросы общественной приемлемости технологий, социальные задачи, международные проблемы и т.п.

В сущности, мировое сообщество призвано продолжить решение триединой задачи: оптимального сочетания энергетики, экологии и экономики. Исходя из этого, в свое время было сформулировано требование о создании «приемлемой энергетики», в первую очередь, с точки зрения ее взаимодействия с окружающей средой.

Это определяющее требование относится, несомненно, и к геотермальной энергетике. Прогнозируется ее дальнейший рост. Можно предположить пяти - десятикратное увеличение производимой ею энергии к 2020-2030 гг. с соответствующим возрастанием ее доли в мировом энергопроизводстве с нынешних нескольких десятых долей процента до 1,5 - 2,0%.

Изложенное создает в целом благоприятные исходные условия для развития геотермии. Значительные потенциальные ресурсы геотермальной энергии, предполагаемый рост стоимости органического топлива, сложности, связанные с развитием атомной энергетики и обострение экологической обстановки, вызванное вредными выбросами установок, сжигающих традиционные виды топлива - все это обеспечивает и усиливает предпосылки к широкому развитию геотермии.

Исходя из опыта развития геотермии в нашей стране за предыдущий период, зарубежного опыта, ресурсной базы, общеэкономических предпосылок и актуальных задач совершенствования топливно-энергетического баланса, можно сформулировать следующие главные тезисы концепции развития геотермии в России на период до 2020 - 2030 гг.:

1. Геотермальные ресурсы в настоящее время являются преимущественно локальным сырьем. Однако благоприятные экологические характеристики с учетом возможностей использования в будущем колоссальных запасов петрогеотермальной энергии делают развитие геотермии безусловно актуальным и перспективным.

2. При планировании развития геотермального производства в целях теплоснабжения следует исходить из обеспечения в первую очередь потребителей, расположенных в районах с высокой плотностью населения и сложной экологической обстановкой, затем - удаленных районов, требующих завоза органического топлива, и наконец всех других районов, имеющих к этому необходимые предпосылки. Следует обеспечить максимальное использование для нужд геотермии отработавших свой ресурс скважин нефтегазового фонда. Необходимо принять меры к форсированному развитию геотермальной электроэнергетики, в первую очередь на базе выявленных запасов парогидротерм Камчатской области.

3. Следует обеспечить широкий научный поиск в области использования геотермальных ресурсов. Необходимо вести научные исследования по всему циклу производства: разведка - бурение - обустройство - добыча - транспорт- использование. Необходимо интенсифицировать исследования в направлениях, обеспечивающих стратегические цели развития геотермии и, прежде всего, в направлении создания ГеоТЭС, работающих на горячей воде, создания теплонасосных установок, утилизирующих низкопотенциальные термальные воды, использования петрогеотермальной энергии, извлечения редкометальной и химической продукции из высокоминерализованных термальных вод.

4. Чрезвычайно актуальной задачей развития геотермального производства является переход к новым формам экономической деятельности: применение современных способов привлечения капитала, внедрение новейших методов стимулирования, организации производства и управления.

5. В качестве особых, главных условий дальнейшего роста следует обеспечить государственную поддержку основным научно-техническим целям развития геотермии и стремиться к многоцелевому, комплексному освоению геотермальных и гидроминеральных ресурсов в направлении, обеспечивающем оптимальную интеграцию создаваемых производств с сопряженными элементами других отраслей народного хозяйства

В целом при развитии геотермального производства с учетов описанных выше пунктов можно сказать, геотермальная энергия в XXI веке должна будет занят значимую роль в топливно-энергетическом балансе России.

Заключение

В работе кратко была рассмотрена история становления геотермии - несомненно, геофизической науки, но сочетающей в себе знания по геологии, тектонике, геодинамике др.

Исторически сложилось так, что экспериментальные геотермические данные скапливались в руках гидрогеологов, заинтересованных в исследовании температуры подземных вод.

Это обусловило то, что в учебных программах геофизических специальностей вузов отсутствовал курс геотермии, хотя специалисты-геофизики, работающие в области рудной, нефтяной геологии, а также в области теоретической геодинамики должны иметь более полное представление о геотермическом поле, о термических неоднородностях и о направлении энерготрансформирующих процессов в недрах.

К сожалению, даже на сегодняшний день, специалисты геотермики не готовятся нашими вузами, хотя за рубежом существуют и региональные, и международные центры подготовки, самый крупный из которых - это Геотермальная школа в Пизе (Италия). Однако в связи с расширением региональных геотермических исследований и увеличением потребности в практическом использовании глубинного тепла необходимость в специалистах-геотермиках будет постоянно возрастать.

В работе не удалось подробно рассмотреть прикладную геотермию, хотя, на мой взгляд, задачи решаемые этой научной областью (задачи поиска, разведки и использования полезных ископаемых, в том числе и термальных вод) и определяют на сегодняшний день интерес к развитию геотермии в мире. Ведь в частности и на развитие геотермальной энергетики делают ставку ученые и экономисты России для решения предстоящих в будущем энергетических проблем.

Можно надеяться, что Россия войдет в круг стран, которые широко используют экологически чистый, дешевый, нетрадиционный, возобновляемый источник энергии - глубинное тепло Земли.

Литература

1. В.П. Кохановский и др. // Философия науки в вопросах и ответах: Учебное пособие для аспирантов. Ростов н/Дону: Феникс, 2006. - 352 с.

2. Зиневич Ю.А., Гуревич П.С., Широкова В.А. // Философские науки. Москва: «Гуманитарий». 1994г.

3. Лешкевич Т.Г. // Философия науки: Уч.пос. - М.: ИНФРА-М. 2005. - 272 с.

4. Хуторской М.Д. // Ведение в геотермию: Курс лекций. - М.: Изд-во РУДН, 1996. 156 с.

5. Курбанов М.К. // Геотермальные и гидроминеральные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья. - М.: Наука, МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001 г. - 260 с.

6. Богуславский Э.И. // Прогнозирование освоения геотермальной энергии для корректировки энергетической программы России. Материалы Международной конференции «Возобновляемая энергетика. Проблемы и перспективы». Махачкала 2005 г. Стр. 31-35.

7. Омаров О.А. // Перспективы использования возобновляемых источников энергии в Дагестане и проблемы подготовки специалистов по возобновляемой энергетике. Материалы Международной конференции «Возобновляемая энергетика. Проблемы и перспективы». Махачкала 2005 г. Стр. 88-92.

8. Омаров М.А., Гаджидадаев И.Г., Белан С.И., Панич Л.Н // Цели и задачи развития геотермального производства в России. Материалы Международной конференции «Возобновляемая энергетика. Проблемы и перспективы». Махачкала 2005 г. Стр. 92-100.

Размещено на Allbest.ru