English Телефон/факс:
7 (4852) 32-88-85
Печать

Основные направления энергоэффективного использования
геотермальных ресурсов в Ярославской области

Генеральный директор ФГУП НПЦ "Недра", д.т.н., академик РАЕН,
председатель Общественного Совета по нетрадиционной энергетике
при Администрации Ярославской области Б.Н. Хахаев

Мировое сообщество все ближе подходит к необходимости безотлагательного выбора стратегии обеспечения возрастающего населения Земли энергией.

Министерством природных ресурсов, Администрациями отдельных регионов до настоящего времени не уделялось достаточного внимания колоссальным тепловым ресурсам, находящимся в недрах Земли. В этом отношении Россия обладает уникальными возможностями, в связи с разнообразием геологических условий для использования тепловых источников: от низкопотенциального тепла верхних слоев Земли до глубинных горячих сухих пород и пароводяных геотермальных сред.

Геотермальная энергия является основным ресурсосберегающим и экологически безопасным возобновляемым тепловым источником, характеризуемым практической неисчерпаемостью, повсеместной распространенностью ресурсов и способностью замещения значительных объемов традиционных энергоносителей (уголь, нефть, газ и др.).

В мире использование тепловой энергии Земли идет достаточно интенсивно, тогда как в России пока сделаны лишь робкие попытки использования этого энергоресурса, не нашедшие поддержки и понимания. К настоящему времени доля использования геотермальной энергии в топливно-энергетическом балансе страны несоразмерно мала – сотые доли процента, для сравнения в Голландии – 3%, в Германии – 12%, в Дании – 10%. В 2001 году страны ЕС скорректировали ранее принятую ими программу выработки альтернативной энергии. В 2010 году она должна занять 18% в суммарной выработке энергии странами, входящими в сообщество. А согласно прогнозу Мирового энергетического агенства, данным в 2005 г., к 2030 году используемые нетрадиционные (возобновляемые) энергоресурсы будут составлять около 35% от энергоресурсов нефти и 50% – от природного газа и угля (Oil &.Gas Journal Nov. 21, 2005, - P.30).

В Европе, особенно в Германии, Франции, Австрии, Литве, идет строительство геотермальных станций с получением горячих вод с глубины до 5 км и созданием бинарных циркуляционных станций с получением тепла и электроэнергии.

Актуальность этих разработок обоснована также постоянным ростом цен на энергоносители в сторону среднемировых значений, увеличением стоимости геолого-разведочных работ и добычи ископаемого топлива при возрастающих объемах потребления энергоресурсов. Поэтому многие страны оказывают государственную поддержку таким разработкам, например, в виде погашения 20-30% средств, вложенных в геотермальные проекты.

Понимая, что без серьезной государственной помощи продвижение такого рода проектов представляет трудности, Государственная дума и Правительство России впервые повернулись к решению указанных проблем, о чем свидетельствует начатая разработка Российской программы развития возобновляемых источников энергии.

Свыше 70 стран Европы и мира для решения подобных задач используют геотермальные технологии. Пример - две основные технологии, служащие для энергообеспечения объектов с различной теплопотребностью – от индивидуального жилого дома до сельского поселка или городского микрорайона. Обе эти технологии могут быть успешно реализованы и в геолого-климатических условиях Ярославской области.

Первая технология - на основе геотермальных циркуляционных систем (ГЦС), состоящих из дублета глубоких (до 1,5-2,5 км) скважин, позволяет, применяя тепловые насосы и пиковый догрев, обеспечить высокотемпературные режимы отопления (90°С и выше), с тепловой мощностью от 4 до 20 МВт и более.

Существует другая технология, так называемых грунтовых тепловых насосов, т.е. тепловых насосов, связанных с системой сбора низкопотенциального тепла приповерхностного грунта. Такие геотермальные системы содержат контур циркуляции незамерзающего теплоносителя, включающий в себя, в зависимости от теплопотребности объекта, от 1 до нескольких десятков теплообменников, располагаемых в мелких скважинах (40-200 м).

Наибольшую теплопотребность, от городского микрорайона – до сельского поселка, может обеспечить технология на базе геотермальных циркуляционных систем с глубокими скважинами, получившая развитие в ряде стран Европы и мира (США, Франция, Германия, Австрия, Дания и др.).

На примере Ярославской области, имеющей благоприятные геологические условия, подсчитанный потенциал гидрогеотермальных ресурсов составляет около 7 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.). ФГУП НПЦ "Недра" при поддержке Администрации Ярославской области впервые в России разработал технико-экономические обоснования геотермальных станций применительно к пластовым водам с температурой 35-60°С: для городского микрорайона на 8300 человек в г. Рыбинске и для сельского поселка Медягино. На территории этого поселка с помощью пробуренной скважины глубиной 2250 м подтверждены ожидаемые параметры кембрийского водоносного комплекса (дебит до 3000 м3 в сутки, температура флюида на забое скважины 55-56°С). Строительство геотермальной станции не было завершено в результате недооценки эффективности последующего финансирования, хотя при сравнительно невысоких удельных затратах (400-500 долл. США на 1 кВт установленной мощности), станция могла бы обеспечить годовую экономию топлива до 5 000 тонн условного топлива и снижение выбросов СО2. Инвестиционные предложения и экономические показатели указанных геотермальных проектов теплоснабжения приведены в таблице 1.

В последнее время ФГУП НПЦ "Недра" осваивает также геотермальные проекты комплексного получения тепловой и электрической энергии при обработке геотермальных рассолов с целью получения полезных минеральных компонентов, а также – применение рассолов по другому назначению (например, для поливки дорог против обледенения).

Как возможный вариант применения указанных технологий, геотермальная энергия и рассолы могут быть эффективно использованы при реконструкции Ляпинской отопительной котельной в г. Ярославле, а также отопительных котельных с использованием имеющихся глубоких скважин в г. Данилове и Любиме.

В последние десятилетия, в связи с появлением и совершенствованием тепловых насосов, бурное развитие в мировой практике получила технология использования тепла верхних слоев грунта. Средняя температура слоев грунта до глубины 100 м по Московской и Ярославской областям составляет около 7оС. Такой температуры достаточно, чтобы с помощью теплового насоса на 1 кВт потребляемой им электроэнергии вырабатывать 3-4 кВт тепловой энергии.

В первую очередь, эта технология соответствует региональным и муниципальным интересам, как источник генерации тепла для объектов различного назначения (школ, больниц, культурно-просветительных учреждений и т.п., а также – объектов ЖКХ), с теплопотребностью от 10 кВт (дом на одну семьи) до нескольких сотен кВт. Как показали проведенные сравнительные расчеты, в условиях существующей цены на природный газ и предпосылками к её дальнейшему повышению, начиная с 2006 года, при комплексной оптимизации архитектурно-строительных и инженерных решений становится предпочтительным, максимально эффективным и экономически выгодным использование грунтовых теплонасосных установок (ТНУ) и в строительстве индивидуального жилья.

Перспективность такой технологии также подтверждена первым опытом строительства и эксплуатации грунтовых теплонасосных установок в России (например, успешное теплоснабжение сельской школы в д. Филиппово Любимского МР Ярославской области с 1998 г., в течение 9-ти отопительных сезонов). Проект был разработан при очень активной поддержке Администрации области и Любимского МО.

Рационально используя вторичные энергоресурсы и дополнительные источники энергии из окружающей среды, например, сбросное тепло вытяжной вентиляции в зданиях, можно значительно повысить эффективность и снизить инвестиции в строительство геотермальных систем теплоснабжения. За счет создания дополнительного контура циркуляции теплоносителя, можно также полностью обеспечить охлаждающую нагрузку в помещениях в летний период для центральных и др. регионов России, применяя при этом потенциал мелких скважин, охлажденных во время извлечения тепла грунта в отопительный сезон.

Аналоги таких проектов получили широкое практическое развитие в Германии и др. странах Европы. В настоящее время мы выполняем проект подобной геотермальной системы для коттеджного поселка (rezidens.ru) в Некрасовском муниципальном районе Ярославской области. Для расчетов используется компьютерная программа, разработанная ФГУП НПЦ "Недра", в основу которой положена физико-математическая модель теплопереноса в мелких скважинных теплообменниках, созданная в технологическом университете г. Лунд (Швеция) и прошедшая многократную практическую проверку при проектировании и эксплуатации грунтовых систем теплосбора во многих странах мира.

Оценка технико-экономических показателей по вариантам технологии, на примере энергообеспечения объектов различного назначения, указывает на конкурентоспособность предлагаемых ресурсосберегающих и экологически благоприятных проектов, по отношению к традиционному тепло- и холодоснабжению. Себестоимость отпускаемого тепла и холода снижается в 1,5-2,0 раза, что обеспечивает удовлетворительные сроки окупаемости геотермальных проектов, в диапазоне 3,5-6,0 лет – даже в регионах с холодным климатом (значительная часть территории Северо-Западного, Уральского, Сибирского и др. федеральных округов России).

Возможность тиражирования геотермальных технологий на регионы с различными геолого-климатическими условиями, при широком спектре энергообеспечиваемых объектов муниципальной и другой принадлежности (индивидуальные и многоквартирные жилые дома, школы, офисы, торговые центры, спортивно-оздоровительные комплексы и др.) при достигаемой экономии топлива 40-70% на каждом объекте, приведет в масштабе регионов и всей страны к внушительным объемам замещения ископаемых энергоносителей. Так, на примере Ярославской области, укрупненные оценки показали, что перспективные ресурсы приповерхностного грунта могут обеспечивать ежегодно не менее 30-40% общей годовой теплопотребности области, при глубине скважин 100 м.

Используя разработанные методики и технологии, в частности, на территории Ярославской области, могут быть решены вопросы организации энергообеспечения новых микрорайонов, планируемых к юбилейной дате 1000-летия г. Ярославля (2010 г.). Работы были начаты ФГУП НПЦ "Недра" для энергообеспечения МКР-1 и МКР-2 в жилом районе "Дядьково" и МКР-9 жилого комплекса "Тверицы", но также были приостановлены за отсутствием финансирования.

Продолжение работ по региональной оценке приповерхностных и других геотермальных ресурсов и совершенствованию геотермальных технологий служит предпосылкой для разработки и реализации программ недропользования по различным направлениям, включая энергетическое использование ресурсов для реформирования ЖКХ и ряда других отраслей. Решению этой задачи служат, в первую очередь, начатые работы по выявлению приоритетных по геологическим условиям, спросу на энергию и инвестиционной привлекательности участков территории Ярославской области для реализации ресурсосберегающих и экологически благоприятных проектов энергообеспечения. Для этого предназначались, в частности, приостановленные из-за прекращения финансирования в 2007 году работы ФГУП НПЦ "Недра" по оценке и районированию перспективных приповерхностных геотермальных ресурсов в Ярославской области.

Принятый Государственной Думой Ярославской области 26.09.2006 года закон "Об энергосбережении в Ярославской области", также не акцентирует задач внедрения возобновляемых источников энергии. Было бы целесообразно дополнить закон соответствующими статьями четко формулирующими налоговые льготы и другие меры экономического стимулирования юридических организаций и физических лиц за эффективное использование местных альтернативных видов топлива, вторичных энергоресурсов и возобновляемых источников энергии в Ярославской области.

Опыт совместной работы Администрации Ярославской области с ФГУП НПЦ "Недра" и другими предприятиями и организациями, имеющийся интеллектуальный и промышленный потенциал области, при активном использовании современных инвестиционных программ позволяют успешно использовать геотермальные и другие возобновляемые источники энергии на территории области. В различных международных фондах (например ГЭФ – глобальный экологический фонд) можно получить средства на строительство объектов использования геотермальной энергии при условии участия и частичного финансирования Администрации области и российского бизнеса.

Содержание ДВЯ N4 за 2007 год