Работает подземное тепло

В своем выступлении на проходившей в 2003 году конференции Ассоциации изучения оскудения нефти и газа (ASPO) бывший советник президента Джорджа Буша Мэтью Симмонс сказал: "Я думаю, что срок, когда нефть иссякнет, точно спрогнозировать не удастся до тех пор, пока этого не произойдет. Но это случится, и мой прогноз, что это событие не за горами: Его последствия будут непредсказуемыми и ужасными: Единственная альтернатива, которую мы имеем сегодня, - это сокращение наших экономик".

С авторитетным мнением специалиста трудно не согласиться. Однако, наряду с предложенным решением проблемы, существует и другой путь выхода из грядущего кризиса, а именно - ускоренное развитие методов и средств использования так называемых возобновляемых источников энергии, в том числе и геотермальной.
Как известно, именно эта энергия поддерживает тепловые процессы в недрах Земли, а наиболее эффектным и мощным ее проявлением служат извержения вулканов, сопровождающиеся выходом на поверхность потоков расплавленной магмы. Благодаря внутреннему теплу планеты почти вся она имеет температуру выше тысячи градусов Цельсия, а доля вещества с температурой ниже ста градусов и вовсе составляет лишь 0,1 процента от массы Земли. И пусть даже реальному использованию поддаётся лишь очень незначительная часть этой энергии, при таких масштабах она практически неисчерпаема. Если же говорить о ее запасах, годных к использованию человеком, то они более чем в тридцать раз превосходят энергозапасы всех ископаемых ресурсов, вместе взятых.

Использование геотермальной энергии не требует больших издержек, так как речь идет об уже "готовых к употреблению", созданных самой природой источниках. Немаловажно также и то, что эта энергия почти не загрязняет окружающую среду, одновременно давая возможность значительно снизить существующий уровень эмиссии углекислого газа в атмосферу Земли.
Последнее выглядит особенно привлекательным в свете того, что в Америке собираются в ближайшее время ввести в действие программу FutureGen стоимостью в миллиард долларов, целью которой (признаем, весьма сомнительной) будет свести к нулю выбросы двуокиси углерода на угольных тепловых электростанциях.
Но вернемся к геотермальной энергии. Ее используют для выработки электричества и обогрева домов, учреждений и промышленных предприятий. В зависимости от типа источника тепла делать это можно разными способами.

Иногда из-под земли вырывается чистый "сухой пар" без примеси водяных капелек. Этот пар непосредственно используется для вращения турбины и выработки электроэнергии. Из других горячих источников на поверхность поступает смесь воды с паром, то есть "влажный пар". Его отделяют от воды и тоже отправляют в турбины. И, наконец, в большинстве месторождений есть только горячая вода. С ее помощью можно нагревать другие вещества, также превращая их в "пар", вращающий турбины и электрогенераторы. Последнюю технологию называют бинарным циклом.
На сегодняшний день из всех возобновляемых источников - подземного тепла, ветра, солнца, приливов и отливов - больше всего энергии вырабатывается именно на геотермальных электростанциях. Они действуют в Соединенных Штатах, на Филиппинах, в Италии, Мексике, Индонезии, Новой Зеландии, Японии, России, Коста-Рике и Сальвадоре. А наиболее интересный и перспективный, пусть и не самый крупный, проект реализуется сегодня в Исландии - стране, и без того почти полностью покрывающей свою потребность в электрической и тепловой энергии за счёт подземного тепла.

Около двух лет назад там завершился монтаж станции нового образца, которая значительно превосходит все прочие объекты того же назначения. "Исландцы в этом деле - признанные мастера, - говорит с нескрываемой завистью Маршалл Ралф, сотрудник американской энергетической фирмы Power Engineers. - Правда, многие рекорды в этой области всё ещё принадлежат нам".
Фирма Power Engineers со штаб-квартирой в штате Айдахо является одним из участников исландского проекта. Другой его участник - расположенная в Калифорнии компания Exergy. Ее основал Александр Калина - бывший советский инженер, выходец из Одессы, закончивший там Холодильный институт. Не найдя признания на родине и изрядно намыкавшийся в борьбе с министерскими чиновниками и начальниками-плагиаторами, талантливый изобретатель в 70-е годы эмигрировал в Америку.

Не найдя здесь людей, готовых вложить большие деньги в реализацию его идей, Александр основал собственную фирму и стал пробивать себе дорогу в совершенно неведомом ему бизнесе. В 1993 году новаторской разработкой Калины наконец-то заинтересовались - ее купил концерн General Electric. Сумма сделки, как обычно, не называлась, но, по оценке журнала Forbes, гонорар изобретателя мог составить десятки миллионов долларов.
После того как русская идея была реализована сперва на экспериментальной американской установке , а затем в Японии и Исландии, она получила официальное название "цикл Калины".

Источники подземного тепла довольно широко распространены. В основном они связаны с поясами активной сейсмической и вулканической деятельности, которые занимают значительную часть площади Земли. В пределах этих поясов можно выделить отдельные наиболее перспективные геотермальные районы. Наиболее крупные среди них расположены в Новой Зеландии, Японии, Исландии, на Камчатке и Северном Кавказе в России, а также на юго-западе Америки - в Калифорнии.
Впрочем, сегодня всё чаще встаёт вопрос об использовании заключённого в недрах Земли тепла повсеместно, а не только в этих районах. Идея одной из таких технологий была впервые выдвинута американскими учёными ещё в начале 70-х годов. Эта технология получила название "hot dry rock", то есть "горячие сухие горные породы". В её основу положено известное явление: по мере углубления в недра Земли их температура растёт - примерно на 3 градуса каждые 100 метров. Если пробурить на глубину в 4-6 километров две скважины и через одну закачивать внутрь холодную воду, а через другую отводить полученный из нее разогретый пар, его можно использовать для производства электроэнергии.

Пока же геотермальные электростанции, как правило, строятся над глубинными разломами в земной коре, по которым магматическое тепло поднимается из недр на поверхность. Один из таких разломов проходит через Южную и Центральную Америку и, в частности, через Калифорнию.
В 1847 году работник изыскательской партии Уильям Белл Эллиот наткнулся здесь, немного севернее того места, где теперь находится Сан-Франциско, на вырывающиеся из-под земли облака горячего пара. Решив, что нашел вход в преисподнюю, религиозный человек назвал его Долиной гейзеров или просто Гейзерами.

Уже через пять лет под руками практичных американцев это место превращается в термальный курорт, который посещают такие известные всей стране люди, как промышленный магнат и банкир Джон Пирпонт Морган, будущие президенты страны Улисс Грант и Теодор Рузвельт, писатель Марк Твен:
В начале 1920-х годов предприниматель Джон Грант бурит в Гейзерах несколько скважин для получения горячего пара и строит здесь первую геотермическую электростанцию с небольшой мощностью в 250 киловатт. Впрочем, ее оказывается достаточно для освещения многих зданий и улиц нового курорта. Однако из-за того, что вырабатываемое из подземного тепла электричество оказалось не таким дешевым, как предполагалось, станцию вскоре пришлось закрыть.
Первая крупномасштабная (в то время она была самой мощной в стране) и экономичная геотермическая электростанция была введена в строй в Долине гейзеров почти через сорок лет после этого. С тех пор компания Pacific Gas and Electric уже более тридцати лет непрерывно и успешно эксплуатирует это предприятие. А самую крупную в мире геотермальную электростанцию Хебер мощностью 50 мегаватт построили в той же Калифорнии в 1984 году.
Всего же в разных уголках Соединенных Штатов действует сейчас 69 электростанций на подземном тепле, из них только в одной Долине гейзеров их насчитывается 19.
За последние двадцать лет на создание новых технологий в области строительства геотермальных электростанций в мире израсходовано около двух миллиардов долларов. В начале 1990-х годов электроэнергия, полученная на базе подземных источников тепла, вырабатывалась уже в 26 странах. При этом Америка по-прежнему опережает всех остальных: суммарная мощность ее станций, действующих в штатах Юта, Невада, Калифорния, Айдахо, Нью-Мексико, Луизиана, Орегон, Вашингтон и на Гавайях, почти в четыре раза превышает этот показатель занимающих второе место Филиппин.

И это далеко не предел. Согласно национальной программе развития энергетики, в стране каждые пять лет мощность геотермальных электростанций будет удваиваться, причем эта тенденция будет сохраняться в течение ближайших 15-20 лет. Последним примером ускоренного строительства таких станций может служить новая станция в Неваде, которую компания Ormat Nevada Inc. возвела всего за восемь месяцев - с марта по ноябрь текущего года.

Способствовать столь бурному росту будет и то, что удельные затраты на построение таких станций в Соединенных Штатах более чем на треть ниже, чем на сооружение атомных электростанций, и вдвое меньше, чем на строительство угольных тепловых.
Конечно, до того, как геотермальную энергию можно будет считать ключевым элементом энергетической инфраструктуры страны, придется решить ценовую проблему. В настоящее время Министерство энергетики Соединенных Штатов работает над тем, чтобы в следующем десятилетии стоимость одного киловатт-часа "добытого из-под земли" электричества не превышала 3-5 центов. Если этого удастся добиться, Америку ждет поистине светлое будущее. Особенно если вспомнить, что сейчас каждый киловатт-час обходится нам примерно в 4-6 раз дороже.