Сергей Елистратов: «Геотермальная энергия доступна 24/7»

В последнее время наблюдается всплеск интереса к геотермальной энергетике как к одному из наиболее перспективных направлений в области возобновляемых источников энергии. Она основана на использовании тепла, которое находится в недрах Земли. И добывать это тепло можно практически повсеместно, в любом из уголков планеты. В геотермальных источниках заложен большой потенциал, способный обеспечить электрической и тепловой энергией северные и отдаленные районы России, считает профессор кафедры тепловых электрических станций НГТУ НЭТИ доктор технических наук Сергей Елистратов. В интервью ученый рассказал о способах выработки геотермальной энергии, о преимуществах подземного ресурса и планах по развитию данного направления в энергетике. 

Каковы перспективы развития геотермальной энергетики в России? 

Интерес к возобновляемой энергетике вырос в последние годы. Топливо становится дорогим, плюс возникают сложности с его доставкой в отдаленные населенные пункты. Одна из задач в этих регионах — заменить привозные виды топлива на местные энергоресурсы. Таким доступным энергоресурсом может стать геотермальное тепло. 

В России сейчас работают геотермальные электростанции: три на Камчатке и одна строится на Курильских островах — все это регионы с высокой вулканической активностью. В нашей стране есть еще территории, имеющие высокий потенциал для развития геотермальной энергетики, — Дальний Восток, Северный Кавказ, Сибирь. У разных территорий свои условия для получения геотермальной энергии. В зонах вулканической активности это, в основном, парогидротермы, а на большинстве территорий России — это просто горячая вода. 

Каким образом геотермальные источники используются для получения энергии? 

Горячая вода с температурой 150—250 градусов из подземных источников под давлением в несколько атмосфер выходит наверх в виде смеси воды и насыщенного пара, который затем используется для выработки электрической энергии на обычных паровых турбинах. В тех регионах, где температура горячей воды под землей составляет не более 100°С, эффективно применение бинарных энергетических установок. В таких установках используется не водяной пар, а пары низкокипящих рабочих тел (фреоны, изобутан, аммиак и т. д.). Энергоустановки на низкокипящих рабочих телах имеют значительно большие области применения по сравнению с работающими на водяном паре, потому что источников с температурой воды 60—100°С в нашей стране достаточно много, в том числе в промышленности. На сегодняшний день одно из перспективных направлений — выработка электроэнергии из воды, которая поступает из подземных пластов при добыче нефти. 

В чем преимущества геотермального ресурса? Насколько геотермальная энергия является конкурентоспособным вариантом в сравнении с традиционными и возобновляемыми источниками энергии? 

Весомым преимуществом является то, что в недрах земли большие запасы тепла в виде горячей воды или смеси пара с водой, а значит, это практически неисчерпаемый источник энергии. Кроме того, это экологически чистая энергия: при ее генерации в атмосферу не выбрасываются вредные вещества, как при сжигании топлива, и не наносится ущерб окружающей среде. 

Поскольку горячая вода поступает из недр земли, не требуется дополнительно возводить сооружения для ее нагрева. Геотермальная энергия доступна в режиме 24/7, не зависит от внешних факторов (природных, климатических условий, времени суток), это позволяет решить проблему обеспечения электроэнергией любой территории — можно строить геотермальные электростанции в отдаленных населенных пунктах, в труднодоступной местности и обходиться без дорогостоящего завоза энергоресурсов. Кроме того, существует еще такое понятие, как петротермальная энергетика — в любом месте планеты вы бурите скважину и доходите не до воды, а до того горизонта, где у вас есть высокая температура в твердых земных породах. А потом просто подаете туда воду и, набрав тепло на большой глубине, она выходит наверх либо в виде горячей воды, либо в виде пара под давлением, обеспечивающим работу турбин и выработку электроэнергии. То есть получить тепло из недр земли можно фактически в любом месте планеты. Если довести технологию по выработке геотермальной энергии до уровня экономически приемлемой, человечество будет обеспечено электрической и тепловой энергией на долгие годы. 

Однако стоит отметить, что использование подземного тепла сопровождается бурением дорогостоящих скважин. Необходимо создание более эффективных технологий добычи и комплексного использования геотермальных ресурсов. Институтом теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН два года назад был разработан комплексный научно-технический проект полного инновационного цикла «Технологии геотермальной энергетики», интегрирующий существующие и перспективные геотермальные технологии. В настоящее время отдельные его направления уже находятся в стадии детальной проработки. В стадии завершения находится работа по представлению в Минобрнауки РФ для финансирования в 2025—2026 гг. проекта «Разработка комплекса технологий проектирования геотермальных станций и его апробация на опытном полигоне». Сейчас на полигоне недалеко от города Петропавловска-Камчатского уже бурится для этого геотермальная скважина, и к концу следующей весны мы сможем приступить к размещению там для натурных испытаний бинарной геотермальной электростанции отечественного производства. Также, благодаря современным методам зондирования подземных горизонтов, можно будет определить, где есть подземные бассейны воды, какой они температуры, на какую глубину нужно забуриться и какие геотермальные установки надо будет применять для того, чтобы получить электрическую и тепловую энергию.  

Что делается непосредственно в НГТУ НЭТИ в плане развития такого направления, как геотермальная энергетика? 

У нас на кафедре тепловых электрических станций читаются такие дисциплины, как «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях» и «Альтернативные тепловые станции» (туда входит и изучение геотермальной энергетики). Мы занимаемся подготовкой кадров, которые будут обладать необходимыми компетенциями — смогут проектировать теплонасосные установки и создавать автоматизированные системы по обеспечению отдельных регионов электрической и тепловой энергией, используя  геотермальные энергоресурсы. 

В рамках совместной образовательной деятельности Камчатским государственным университетом имени Витуса Беринга и НГТУ НЭТИ планируются создание сетевой программы обучения по геотермальной энергетике, посещение  нашими студентами и преподавателями геотермальных станций на Камчатке. В КамГУ в конце 2024 года создана научно-исследовательская лаборатория перспективных энергетических технологий, где мне отведена роль заведующего на период ее становления. Здесь будет организован центр компетенций в области геотермальной энергетики. Лаборатория позволит КамГУ во взаимодействии с НГТУ НЭТИ готовить технических специалистов, которые будут заниматься развитием геотермальной энергетики в отдаленных районах нашей страны.