Читаем без скачивания Энергетика сегодня и завтра - Александр Проценко

Температура термальных вод и пара бывает очень высокой и достигает 350 °C. Но столь горячие источники составляют лишь несколько процентов от всех гидротермальных ресурсов. Преобладает семидесятиградусная вода — две трети подземных водопаровых «котлов».

Очень интересны и многообещающи камчатские кладовые. Именно на Камчатке в 1941 году открыли Долину гейзеров. Сенсация облетела весь мир. Ведь раньше на планете были известны всего три «гейзерных» места — в Исландии, Йеллоустонском парке в США и в Новой Зеландии.

А совсем недавно, в 1983 году, обнаружена еще одна «долина гейзеров» в Забайкалье, в ущельях Удоканского хребта. Правда, гейзерное поле здесь не такое мощное, как на Камчатке. Одна из причин — малое количество осадков в резко континентальном климате Забайкалья, тогда как Камчатку природа водой не обидела.

Поэтому на ней вблизи огнедышащих вулканов много как гейзеров, так и горячих термальных вод.

Неудивительно, что там на реке Паужетке и была построена в 1967 году первая в СССР Паужетская геотермальная электростанция мощностью 5 тысяч киловатт. Температура пароводяной смеси в ее скважинах достигает 200 °C.

Паужетский район стал «экспериментальным полигоном» исследований по утилизации подземного кипятка.

Сбросная вода электростанции обогревает радиаторы жилых зданий поселка, течет из кранов. Бетонное шоссе, соединяющее поселок и электростанцию, чистое от наледей и заносов даже в снежные зимы, потому что обогревается горячими водными сбросами.

Сейчас на повестке дня — создание более мощных станций. Соответствующие подземные «котлы» имеются.

Так, вблизи вулкана Мутновский, в ста километрах южнее Петропавловска-Камчатского, найдено большое гидротермальное месторождение. Давление — 40 атмосфер, а температура пара — 270 градусов. Здесь можно построить электростанцию мощностью до 200 мегаватт.

Но прежде нужно решить многие проблемы, связанные с использованием термальных вод. Например, трубы и краны у экспериментальных скважин оказались покрыты белыми натеками. Дело в том, что из минерализированного раствора выделяются различные вещества. Особенно разъедают металл кремниевая кислота и сероводород, образующий серную кислоту. Нужны специальная арматура, приборы, кабели. Остается неясным, как закачивать использованную воду обратно в пласт. Ведь из многих термальных скважин поступает токсичная «минералка», содержащая фенолы, и сброс ее в водные бассейны недопустим.

В 40–50 километрах от Петропавловска-Камчатского на реке Паратунке расположено одно из крупнейших гидротермальных месторождений. Однако температура подземной воды — всего 80 градусов. Чтобы изучить ее эксплуатационные характеристики, была построена первая в мире Паратунская низкотемпературная станция, 13 паровом цикле решено было вместо воды использовать низкокипящую жидкость фреон.

Геотермальные воды особенно удобны для отопления и водоснабжения. Для этих целей они уже используются в городах и поселках Дагестана, Грузии, Камчатки. Около 300 тысяч человек сейчас пользуются геотермальной энергетикой. На очереди — обогрев крупных жилых массивов Алма-Аты, Омска, Тюмени, Ташкента, поскольку вблизи этих городов расположены громадные запасы подземных горячих вод. Там и развернется строительство мощных гидротермальных систем теплоснабжения.

И в европейской части СССР есть местности, богатые подземным кипятком. Например — Прибалтика. Почти на всей территории Прибалтийских республик обнаружен подогретый артезианский бассейн. Температура воды меняется от 20–25 градусов в районе Риги до 70 градусов под Клайпедой. К сожалению, в ней содержится много различных солей. Но если есть возможность их экономично извлечь, то эффективность использования гидротермальных ресурсов возрастает. Так, из прибалтийских гидрозалежей рентабельно добывать бром.

Термальными водами можно отапливать не только жилища, но и теплицы. Сейчас таких «парников» немного — всего 50 гектаров в Краснодарском крае, в Грозном, Махачкале, Петропавловске-Камчатском. Но не утопия — расширить площади до сотен и тысяч гектаров.

Гидротермальные месторождения, расположенные в основном в зонах сегодняшней или давней вулканической деятельности, хранят много энергии. Но еще больше тепла содержат прогретые массы пород в глубинах земли там, где подземный кипяток отсутствует. Такое тепло называют петрогеотермальным.

С каждого квадратного метра поверхности Земли в космос улетучивается тепловой поток мощностью около 0,06 ватта. Другими словами, через территорию нашей страны уходит в пространство поток в полтора миллиарда киловатт. Однако недрам планеты не грозит остывание. Они прогреваются в основном снизу, из горячего ядра земли. Благодаря плохой теплопроводности глубинных пород на поверхности земного шара царит приемлемая для жизни температура. Чем глубже в земную кору, тем «горячее». Но температура меняется медленно — на каждые 30 метров вниз она возрастает на один градус. В некоторых же местах она повышается гораздо быстрее — на один градус через каждые 2–3 метра вглубь. Здесь-то и выгодно извлекать петрогеотермальную энергию.

Наука о тепловом состоянии земли — геотермика — родилась относительно недавно. В середине прошлого века лорд Томсон (лорд Кельвин) исследовал в своей диссертации, как скоро охладится тело планеты, надеясь на основе вычислений определить ее возраст. Однако задачу удалось решить только после открытия радиоактивности.

Поток радиоактивного тепла из ядра земли на глубинах 4–6 километров в тысячи раз больше всей энергии, потребляемой народным хозяйством СССР. Можно ли его утилизовать?

Способ есть, и в принципе он очень простой. Пробурите ряд скважин. После этого в одни нужно закачивать холодную воду, а из других отбирать подогретую. Если на глубине встретится развитая поверхность теплоотдачи, этот способ окажется вполне эффективным.

Пористые пласты или зоны естественной трещиноватости — удобные породы для отвода тепла. Но ведь не всегда такие породы бывают именно там, где особенно нужно тепло. Поэтому заманчиво создать искусственную трещиноватость.

Нельзя ли применить метод искусственных гидроразрывов, как это делается и при интенсификации добычи нефти? Затем в образующуюся при гидроразрыве трещину пробурить скважины для подачи и отбора воды.

Подобная экспериментальная система для извлечения тепла из горячих пород разработана в США. Однако, несмотря на полученные интересные результаты и открывающиеся перспективы, стоимость извлекаемого тепла оказалась очень высокой. С петрогеотермальными станциями придется подождать.

Второе дыхание ветра

Вернемся опять в Крым, где получали апробацию многие необычные энергоустановки. В 1931 году около Севастополя была построена и проработала до 1942 года самая мощная по тем временам 100-киловаттная ветроэлектрическая станция. В те годы и вплоть до 60-х годов тысячи ветряков — эоловых работников — производили электроэнергию в разных концах нашей страны.

А еще раньше в России, по подсчетам любителей статистики и истории, вертелись лопасти около 250 тысяч ветряков-мельниц.

И это неудивительно. Ведь местностей, где на протяжении 200 и даже 300(!) дней в году скорость ветра в приземном слое достигает 5-10 метров в секунду, в нашей стране много. Это и Крайний Север, и юг вдоль Черного, Азовского и Каспийского морей. Прибавьте также Тихоокеанское и Балтийское побережья. Даже там, где ветер не отличается постоянством и силой, его все же можно использовать для промышленных и хозяйственных нужд.

И тем не менее в 60-е годы эоловы станции отступили под натиском более дешевых источников энергии на нефти, а потом и на газе. Такая же картина наблюдалась и во многих других индустриальных странах: в ФРГ, США, Испании и в самой «ветреной» стране Европы — Голландии, где поныне украшают ландшафт около тысячи ветряков — памятников старины.

Только ли дешевизна газа и нефти стала причиной неконкурентоспособности ветровых станций? Вряд ли.

Немаловажно, что на протяжении сотен лет ветродвигатели совершенствовались несравненно медленнее, чем энергетические установки других видов.

Ветряные мельницы появились в Европе в VII–XI веках. Пришли они с Востока и Юга. В Китае, Персии, Египте они существовали задолго до нашей эры.

Основные элементы их — башня, редуктор, вертикальная и горизонтальная оси, четыре-шесть лопастей — менялись незначительно на протяжении веков. Конечно, кое-что улучшалось, но ветрякам далеко было до того аэродинамического совершенства, которым обладают крылья самолетов. Лишь в XVIII веке Бернулли и Эйлер, а затем Жуковский заложили основы теории ветровых станций. Сейчас испытания лопастей и ветряных колес ведутся в аэродинамических трубах, создаются все более эффективные конструкции.