Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Мая 2014 в 16:17, реферат
При этом большое внимание уделяется солнечной и ветряной энергии, устройства для её получения постоянно совершенствуются, о них говорят, их внедряют в производство и используют для частных нужд.
Но в то же время совершенно незаслуженно забывают о геотермальной энергии, считая это направление малоперспективным.
Каждые пять лет IGA проводит Всемирные Геотермальные Конгрессы (World Geothermal Congress - WGC), собирающие более тысячи участников. Российские ученые бывают представлены там большими делегациями. Так WGC-1995 состоялся в Италии (Флоренция), WGC-2000 - в Японии (Хюсю-Тохоку), WGC-2005 - в Турции (Анталия). WGC-2010 состоится в Индонезии на острове Бали.
Успехи России в освоении тепла Земли на Камчатке придали импульс дальнейшему международному сотрудничеству в области геотермальной энергетики. В 2001 -2002 гг. Всемирный Банк и Глобальный Экологический Фонд разработали стратегию развития геотермальной энергетики для стран Европы и Центральной Азии. Международная программа в рамках этой стратегии стимулировала подготовку и развитие новых проектов во многих регионах России. Было отобрано 5 первоочередных геотермальных проектов: 1) Камчатка: «Полное тепло- и электроснабжение Елизовского района на основе геотермальных ресурсов»; 2) Калининградская область: «Тепло- и электроснабжение на основе геотермальных ресурсов»; 3) Камчатка: «Расширение Верхне-Мутновской ГеоЭС . Создание энергоблока № 4 с бинарным циклом мощностью 6,5 МВт»; 4) Краснодарский край: «Геотермальное теплоснабжение г. Лабинска»; 5) Омская область: «Полное геотермальное теплоснабжение с. Чистово Оконешниковского района».
Комплексное использование геотермальных ресурсов
Термальные воды используются для многих целей: для выработки электроэнергии, для теплофикации и хладоснабжения, для горячего водоснабжения, в земледелии, животноводстве, рыбоводстве, в пищевой, химической и нефтедобывающей промышленности, в бальнеологии и курортологии, в рекреационных целях.
Термальные воды, особенно хлоридные рассолы, содержат в своем составе огромный комплекс металлических и неметаллических микрокомпонентов. Насыщенность рассолов микрокомпонентами находится в тесной зависимости как от генетической сущности самих рассолов, так и от литолого-структурных и геотермических особенностей вмещающих пород.
Термальные воды с высокой минерализацией (М) расположены на большей территории России и б. СССР. Они известны почти во всех районах. Рассолы с М выше 200 г/л известны в Пермской и Самарской областях, Татарии, Московской, Рязанской и других центральных областях. В Москве, например, на глубине 1650 м встречены хлоридные рассолы с М = 274 г/л. В Западной и Восточной Сибири существуют крупные месторождения рассолов с высокой температурой. Отдельные месторождения имеют М=400 - 600 г/л. Много термальных рассолов в Средней Азии, Казахстане, на Украине, Камчатке, Курильских островах, Сахалине.
Есть химические элементы, которые возможно извлекать только из подземных вод. Так йод добывается из рассолов, т.к. йодистые соединения хорошо растворимы и в породах йод не накапливается. В больших количествах йод концентрируется морскими водорослями, но добывать их как промышленное сырье эффективно лишь при большом их скоплении. Бром можно добывать из некоторых солей и водорослей, но традиционно бром также получают из сверхкрепких хлоридных рассолов.
Значительная часть месторождений термальных вод высокоминерализована и представляет собой рассолы, содержащие от 35 до 400 и более г/л солей. Они являются минеральным сырьем на многие химические элементы. Многие рассолы, находящиеся на большой глубине, могут стать месторождениями ценнейших химических элементов: цезия, бора, стронция, тантала, магния, кальция, вольфрама и др. По дешевой технологической схеме из природных растворов в основном можно извлекать йод, бром, бор, хлористые соли аммония, калия, натрия, кальция, магния. Извлечение других химических элементов затруднено из-за дороговизны технологии. Перспективным методом является использование ионообменных смол для избирательного извлечения определенных компонентов из природных вод. В основе метода лежит принцип избирательной сорбции ионов полезных элементов или их комплексов со специально введенными в раствор соединениями.
В то же время в разряд актуальных проблем выдвигается задача наиболее эффективного использования природных сырьевых ресурсов, включая термоминеральные воды и рассолы. Вовлечение этих вод в хозяйственную деятельность может способствовать решению ряда социально-экономических и экологических проблем.
Работы ряда научных учреждений в России позволяют создать процессы химической переработки гидроминерального сырья и расширить сферы его хозяйственного применения. Большой объем лабораторных и натурных испытаний по извлечению ценных компонентов из термальных вод подтверждает необходимость и возможность комплексного использования этого нетрадиционного сырья.
Интерес к минерализованным водам и рассолам в качестве минерального сырья связан с рядом преимуществ этого вида сырья перед твердыми источниками рассеянных элементов, металлов и минеральных солей. Промышленные подземные воды характеризуются широким региональным распространением и большими геологическими и эксплуатационными запасами (Бондаренко, 1999). Они являются поликомпонентным сырьем и могут одновременно использоваться в бальнеологии и теплоэнергетике. Добыча этого сырья требует проведения относительно небольших капитальных работ и осуществляется скважинными водозаборами, позволяющими извлекать гидроминеральное сырье с больших глубин.
Минерализованные воды и рассолы характеризуются большим разнообразием общей минерализации, химического состава, содержания полезных компонентов и количественного их соотношения, а также газового состава и температуры. Из всего многообразия минерализованных вод к числу наиболее распространенных типов гидроминерального сырья относятся: термальные рассолы межконтинентальных рифтовых зон; термальные воды и рассолы островных дуг и областей альпийской складчатости; воды и рассолы артезианских бассейнов; рассолы (рапа) современных эвапоритовых бассейнов морского или океанического происхождения и континентальных озер; морские воды.
Рентабельность промышленного получения тех или иных компонентов из гидроминерального сырья определяется не только их концентрацией, но и глубиной залегания подземных вод и эксплуатационных скважин, фильтрационными свойствами водовмещающих отложений, дебитами и т.д. На экономические показатели эксплуатации существенно влияет способ сброса отработанных вод, что определяет затраты на охрану природной среды.
Исходя из общих условий и закономерностей распространения подземных минерализованных вод и рассолов, содержащих редкие элементы, а также с учетом опыта использования таких вод в качестве гидроминерального сырья в России и за рубежом установлены следующие пределы концентраций элементов, при которых воды представляют промышленный интерес (мг/л): I -10, Li -10, цезий - 0.5, Ge - 0.5, Br - 200, рубидий - 3, стронций - 300.
Еще перед второй мировой войной за рубежом, в частности, в США, была разработана технология извлечения из гидроминерального сырья одного из его компонентов -лития. В 70-х годах около 85% мировой добычи Li осуществлялось именно таким способом (Кременецкий и др., 1999).
В Японии из термоминеральных подземных рассолов в промышленных масштабах добываются I, Br, B, Li, As, Ge, W и ряд минеральных солей, а в Израиле из рассолов Мертвого моря - карналлит, бром, хлориды магния и кальция, а также сырье для производства лекарственных препаратов и парфюмерии. В 80-е годы из гидроминерального сырья получали 30% мировой добычи лития, 31% -цезия, 8% - бора, 5% - рубидия, а также в значительных масштабах Ca, Mg, Na, K, S, Cl, U, Ra, Cu.
Огромные запасы редкометального сырья заключены в минерализованных подземных водах и рассолах на территории России и СНГ - в них содержится свыше 55% общих запасов лития, 40% рубидия и 35% цезия.
В зависимости от состава и свойств термальных вод выделяются два основных направления использования геотермальных ресурсов: теплоэнергетическое и минерально-сырьевое.
Теплоэнергетическое направление является основным для пресных и слабоминерализованных вод, когда ценные компоненты в промышленных концентрациях практически отсутствуют, а общая минерализация не препятствует нормальной эксплуатации системы. Если высокопотенциальные воды характеризуются повышенной минерализацией и склонностью к солеотложениям, то утилизация минеральной составляющей рассматривается как попутный процесс, способствующий эффективному теплоснабжению.
Минерально-сырьевое направление является основным для геотермальных вод и парогидротерм, содержащих ценные компоненты в промышленных количествах. При этом обоснование промышленных концентраций обусловлено уровнем технологий. Для таких вод теплота является попутным продуктом, использование которого может повысить эффективность процесса получения основной продукции и даже сэкономить топливо.
Доминирующим при проектировании таких систем должен быть процесс выделения ценных компонентов. Комплексное использование термальных вод в минерально-сырьевом направлении экономически может быть значительно эффективней, чем в теплоэнергетическом. Выбор направления комплексного использования термальных вод должен определяться не только их составом и свойствами, но и уровнем развития комплексных технологических процессов добычи и переработки гидроминерального сырья и технологией теплоэнергетических процессов. Решающую роль при этом играет наличие потребителей и потребности в термальной воде (Свалова, 2005; 2007; Svalova, 2006 a, b, c).
Проблемы и перспективы использования геотермальных ресурсов в России
Доля нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в энергобалансе России ничтожно мала - меньше 1%. Более интенсивное использование возобновляемых источников энергии предусмотрено в «Энергетической стратегии РФ»: к 2010 г. их доля должна возрасти до 3 -4 % , а к 2020 - до 6 - 7 %. Однако развитие альтернативной энергетики зависит от поддержки государства.
Существует много препятствий, мешающих увеличению использования геотермальных ресурсов. Наибольшие препятствия связаны с управлением геологическими рисками. Инвесторы готовы взять на себя экономические, финансовые и технологические риски. Однако часто они не обладают специальными знаниями, которые требуются для оценки и управления геологическими рисками, что снижает возможность инвестиций в дорогостоящие геотермальные проекты. Без гарантий государства здесь не обойтись.
Опыт ведущих промышленно развитых стран показывает, что использование возобновляемых источников энергии на промышленном уровне невозможно без государственной поддержки со стороны законодательной и исполнительной власти. Так в Германии в 2003 г. был принят закон о стимулировании развития геотермальной энергетики, в соответствии с которым для всех геотермальных электрических станций устанавливается стоимость 1 кВт/ч в 15 Евроцентов, при этом все местные энергетические компании обязаны забирать всю вырабатываемую этими электростанциями электроэнергию. В США был принят ряд федеральных законов, заставляющих коммунальные предприятия покупать электроэнергию у независимых производителей, что привело к интенсивному росту производства геотермальной энергии с 1980 по 1990 гг. (Рис. 4).
Рис. 4. Рост производства геотермальной энергии в США с 1980 по 1990 гг. вследствие принятия федеральных законов, заставляющих коммунальные предприятия покупать электроэнергию у независимых производителей.
Европейская директива по возобновляемым источникам энергии, которая возведена в статус закона, демонстрирует подход к структуре энергетики будущего со стороны ведущих европейских держав. Уже к 2010 году Европа планирует увеличить долю возобновляемых источников энергии в общем энергопотреблении до 12%.
Стимулировать развитие малой и альтернативной энергетики в России можно путем создания соответствующей законодательной базы. РАО «ЕЭС России» разрабатывало закон «О возобновляемых источниках электроэнергии», который должен был определить права собственности на различные виды соответствующих ресурсов, а также разделить полномочия федеральной и региональной властей по их управлению. Необходимо принятие такого закона и соответствующих постановлений Правительства РФ, предусматривающих стимулирующие мероприятия на государственном и региональном уровнях. Стимулом для производителей нетрадиционной энергии могли бы стать поправки в Налоговый кодекс, предоставляющие налоговые льготы для производителей оборудования, используемого в малой и возобновляемой энергетике. Также необходимо соответствующее финансирование Федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика» в подпрограмме «Энергообеспечение регионов России, в том числе северных и приравненных к ним территорий на основе использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии и местных видов топлива».
Необходима большая просветительская и научно-образовательная работа по пропаганде использования экологически чистых инновационных технологий для освоения альтернативных источников энергии, включая геотермальные ресурсы (Свалова, 2002; 2003; 2004; Svalova, 2002 a, b; 2005). Широкая общественность зачастую плохо информирована о возможностях и перспективах использования внутреннего тепла Земли на федеральном, региональном и локальном уровне, включая индивидуальное строительство и теплоснабжение. В этом плане интересным примером, достойным подражания, может служить создание «Дома возобновляемой энергии» в Брюсселе, Бельгия (Рис. 5.).
Рис.5. Дом возобновляемой энергии в Брюсселе. Бельгия.
В 2000 г. несколько энергетических ассоциаций решили разместить свои офисы в одном здании - так и родилась идея «Дома возобновляемой энергии» (ДВЭ). В ДВЭ находятся следующие организации: