О проекте развития геотермальной энергетики в России корреспонденту «РГ» рассказывает научный руководитель Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН академик РАН Сергей Алексеенко.
Сергей Владимирович, учёными вашего института разработан очень масштабный проект развития геотермальной энергетики в нашей стране, который должен кардинально изменить структуру ТЭК. Думаю, пока немногие представляют, что это вообще за вид энергии.
Сергей Алексеенко: Геотермальная энергия — это часть возобновляемой, под которой чаще всего понимают энергию ветра и солнца. Однако эти источники работают очень нестабильно и зависят от географии, времени суток и погоды. А ещё они наносят заметный вред экологии — в лопастях ветряков гибнут тысячи перелётных птиц, а солнечные батареи закрывают от солнца тысячи гектаров земли. Я утверждаю, что единственный по-настоящему экологичный, безотходный и, самое главное, неисчерпаемый ресурс — это подземное тепло, на котором и базируется геотермальная энергетика.
Ваш проект подразумевает распространение геотермальной энергетики на всю Россию. С чего он начинался?
Сергей Алексеенко: В 2016 году в России была утверждена Стратегия научно-технологического развития России. Впервые было заявлено о переходе на инновационное развитие. Основной механизм развития — выполнение комплексных научно-технических программ в рамках Стратегии — от научной идеи и до производства оборудования. Для выполнения задачи были созданы советы по приоритетным направлениям. Я являюсь членом Совета по приоритетному направлению «Энергетика» и отвечаю за возобновляемую энергетику, куда входит и геотермальная энергетика. Примерно в то же время наш институт теплофизики сделал заявку на геотермальный проект, он так и называется — «Технология геотермальной энергетики». Мы собрали всех в России, кто уже занимался и хоть что-то сможет сделать по этому направлению. Это Дагестан, Чечня, Калуга, Новосибирск, Красноярск.
Что включает в себя проект?
Сергей Алексеенко: Прежде всего, это разработка технологий строительства геотермальных бинарных станций и применения геотермальных тепловых насосов, с помощью которых извлекается тепло земли. Начнем с бинарных станций. Их назначение — получение электрической энергии от воды с не очень высокой температурой, даже менее 100 градусов, когда вода еще не кипит. Бинарный — это значит есть два контура. По первому контуру проходит геотермальная вода. А через теплообменник подключается второй контур, в котором циркулирует низкокипящий фреон, как в холодильнике. Фреон при такой температуре испаряется и вращает фреоновую турбину, которая и вырабатывает электрическую энергию. Термодинамический цикл, использующий неводный теплоноситель, называется органическим циклом Ренкина.
Впервые в мире Институт теплофизики построил бинарную станцию на Паратунке вблизи Петропавловска-Камчатского. Паратунская станция работала с 1967 по 1974 годы, а потом оказалось, что электричество там не нужно, а требуется тепло. Вследствие чего установку разобрали, фреоновую турбину перевезли в европейскую часть России и в итоге она там так и не нашла применения. Сейчас в России нет ни одной бинарной станции. В мире — около двух тысяч подобных установок, и все ссылаются на опыт России. Наш проект нацелен на то, чтобы восстановить бинарные станции, благодаря которым можно получать электрическую энергию от низкопотенциального тепла.
Отметим, что традиционная геотермальная энергетика базируется на использовании горячей подземной воды, запасов которой немного. А вот петротермальная энергетика основывается на извлечении энергии из глубинных сухих пород Земли. Для этого нужно пробурить две скважины на глубину от трех до десяти километров (технически достижимые глубины). Температура там достигает 350 градусов. Если мы закачаем туда через одну скважину холодную воду, то она там нагреется, и затем через другую скважину мы получаем горячую воду или пар, которые подаются на обычную тепловую станцию. В обозримом будущем петротермальная энергетика может заменить собой углеводородное топливо, и это не фантастика. Вполне обоснованно можно выдвинуть такой постулат: петротермальной энергии достаточно, чтобы навсегда обеспечить энергией все человечество. Но пока эти технологии находятся на стадии научных исследований и пилотных проектов.
Бинарные станции — это электроэнергия, а чем займутся тепловые насосы?
Сергей Алексеенко: Это вторая часть проекта. Тепловой насос работает как термотрансформатор. Это тот же самый холодильник по принципу действия. Но назначение теплового насоса заключается в передаче тепла от низкотемпературного источника при помощи внешнего подвода энергии (обычно электрической) к потребителю с более высоким температурным уровнем, достаточным для теплоснабжения. Роль низкотемпературного (иначе, низкопотенциального) источника играет подземная вода с невысокой температурой. И главное здесь то, что достигается существенная экономия топлива — до 50 процентов.
И, наконец, третья задача проекта, это извлечение ценных веществ, которые содержатся в геотермальной воде. Оказывается, в некоторых водах, в частности в Дагестане, очень много дорогостоящего лития. Коллеги из Института проблем геотермии Дагестана под руководством профессора А.Б. Алхасова подсчитали, что одного Тарумовского месторождения возле Махачкалы хватит, чтобы покрыть все потребности России в литии. Представляете масштабы? Поэтому данная задача тоже включена в наш проект.
Сколько лет идее использования глубинного тепла в России?
Сергей Алексеенко: Впервые её выдвинул Константин Циолковский еще в 1897 году. Потом её использовал академик Владимир Обручев. Как всегда — мы первые предложили, но не мы первые реализовали.
В мире это направление очень активно развивается. К примеру, к 2050 году в США в пересчёте на мощность планируют извлекать 60 ГВт в виде электрической энергии и 320 ГВт тепловой. Для сравнения: на сегодняшний день всё теплоснабжение России составляет 175 ГВт. У нас почти никто в промышленности этим не интересовался, но в прошлом году сразу три нефтяные компании занялись геотермальной энергетикой. Они имеют опыт в бурении, на которое приходится примерно 60 процентов капитальных затрат. Это дорогостоящее удовольствие. Стоимость одной скважины глубиной 5 км может доходить до миллиарда рублей.
То есть в США такие технологии более выгодны, чем у нас?
Сергей Алексеенко: Там совершенно другой климат, и поэтому они поставили амбиционную задачу, приняв государственную программу «Извлечение тепла из-под ног». Сейчас у них уже два миллиона тепловых насосов, а к 2050 году увеличится до 28 миллионов. Им будет оснащено каждое домохозяйство. А это, как я уже сказал, экономия почти 50 процентов топлива.
У нас климат более холодный, поэтому эффективность тепловых насосов низкая. Они наиболее эффективны в европейской части России. А с Сибирью есть сложности. Тем не менее одна сибирская компания уже установила в коттеджи 300 тепловых насосов. Значит, выгодно и здесь. Проблема ещё в том, что о них в России мало кто знает. И ещё — нам нужно готовить специалистов. Сейчас мы этим тоже начали заниматься. В частности, Новосибирский государственный технический университет запланировал подготовку специалистов по тепловым насосам и насосной технике.
Если мы хотим развивать это направление всерьез, то без государственного финансирования не обойтись?
Сергей Алексеенко: Конечно. Скажем, в Америке эта программа разработана и поддерживается министерством энергетики США. Вначале бюджетные деньги используются для научной проработки, потом подключаются инвесторы, создаются пилотные установки и только затем начинается массовое производство. За научные исследования никто, кроме государства, платить не будет. У нас же многие компании занимаются ими на свой страх и риск.
Недавно вы комментировали для «РГ» статью об использовании тепловых насосов в двух школах Тюменской области, где экономия тепла составила 50 процентов...
Сергей Алексеенко: И это не единичный случай на социальных объектах. По инициативе органов власти также поставлен такой насос в одной из новосибирских школ. И он показал себя весьма эффективно. Но если рядом есть газ, то, конечно, он обойдется дешевле. Тепловые насосы необходимы прежде всего там, где нет газоснабжения. Тогда они рентабельны.
Считается, что наибольший выход тепла Земли наблюдается в вулканических зонах по тектоническим разломам земной коры. А мы говорим о Тюмени, Новосибирске...
Сергей Алексеенко: Тепло из-под земли можно брать откуда угодно. Если других источников нет, тогда это незаменимый вариант. Вопрос в рентабельности. Решение зависит и от тарифов на электроэнергию. Если они невысокие, то проще поставить дизель-генератор и потреблять электроэнергию. Но если это отдаленное место, попробуйте туда завезти дизельное топливо. Скажем, на Север или Курильские острова. В этом случае тепловой насос в помощь. На территории домовладения бурятся несколько скважин и — пожалуйста, получай тепло, а при желании и электричество. К тому же сразу и экономика, и экология в плюсе. И ещё это распределённая генерация, потому что в отдаленные места не потянешь электрическую сеть.
Тепловые насосы наши или импортные?
Сергей Алексеенко: Мы сегодня можем делать для них почти все комплектующие, кроме компрессоров. Но уже есть варианты, чтобы наладить и их выпуск в России. А вот новые фреоны для бинарных циклов необходимо разрабатывать практически с нуля.
Каков бюджет вашего проекта?
Сергей Алексеенко: Общая стоимость составляет 15 миллиардов рублей, из которых три — госфинансирование, а 12 — это привлечённые частные инвестиции от промышленных партнеров.
На какой стадии сейчас находится проект?
Сергей Алексеенко: Наша заявка одобрена советом по энергетике РФ и находится на рассмотрении в комиссии при правительстве. Ждем ответа. В принципе до сих пор проект был поддержан на всех стадиях, у нас очень серьезные партнеры из нефтегазового комплекса, многие университеты и научно-исследовательские институты. Мы готовы выполнить все задачи, которые сформулировали.
Источник: «Российская газета».