Почему геотермальная энергия может заменить человечеству углеводородное топливо
О проекте развития геотермальной энергетики в России корреспонденту "РГ" рассказывает научный руководитель Института теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН академик Сергей Алексеенко.
Сергей Владимирович, учеными 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 еще они наносят заметный вред экологии - в лопастях ветряков гибнут тысячи перелетных 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 энергетике 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 строительство геотермальных бинарных станций и массовое применение тепловых насосов. Начнем с бинарных станций. Принцип их работы - получение электрической энергии от воды с температурой менее 100 градусов Цельсия. Бинарный - это значит, что используются два контура. По одному идет геотермальная вода. А через теплообменник есть второй контур, в котором крутится фреон, как в холодильнике. Газ при такой температуре испаряется и крутит фреоновую турбину, которая и вырабатывает электрическую энергию.
Впервые в мире наш институт построил такую станцию вблизи Петропавловска-Камчатского. Она работала с 1967 по 1974 год, но потом по разным причинам от нее отказались. Сейчас в России нет ни одной бинарной станции. А в мире их около двух тысяч. Все ссылаются на опыт России, а у нас ничего не осталось. Так вот, наш проект предполагает восстановить бинарные станции, благодаря которым можно получать электрическую энергию практически в любой точке страны.
Инфографика "РГ" / Антон Переплетчиков / Андрей Полынский
Бинарные станции - это электроэнергия, а чем займутся тепловые насосы?
Сергей Алексеенко: Это вторая часть проекта. Тепловые насосы извлекают энергию из глубинных сухих пород Земли. Принцип действия похож на работу холодильника, только передача тепла идет в обратную сторону. Насос через одну скважину забирает тепло из грунта (на глубине температура достигает 350 градусов Цельсия) и с помощью компрессора преобразует его в носитель с гораздо более высокой температурой. Он поднимается на поверхность по второй скважине и поступает в систему отопления. При этом экономится примерно 50 процентов топлива!
Хочу подчеркнуть, что в обозримом будущем геотермальная энергетика может заменить углеводородное топливо и навсегда обеспечить энергией все человечество. И это не фантастика, технология позволяет.
И, наконец, третья цель проекта - 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 Алхасова подсчитали, что одного Торомовского месторождения хватит, чтобы покрыть все потребности России в литии.
Сколько лет идее использования глубинного тепла в России?
Сергей Алексеенко: Впервые ее выдвинул Константин Циолковский еще в 1897 году. Потом ее использовал академик Владимир Обручев и даже описал в своем знаменитом романе "Путешествие к недрам Земли". 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 пересчете на мощность планируют извлекать 60 ГВт в виде электрической энергии и 320 ГВт тепловой. Для сравнения: на сегодняшний день все 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.
Принцип действия теплонасоса похож на работу холодильника, только передача тепла идет в обратную сторону. При этом экономия 50 процентов топлива!
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 еще в том, что о них в России мало кто знает. И еще - 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.
Впервые эту идею выдвинул Константин Циолковский еще в 1897 году. Потом ее использовал академик Владимир Обручев и даже описал в своем романе "Путешествие к недрам Земли"
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. Наш институт по инициативе органов власти тоже поставил 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 еще это распределенная 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 привлеченные 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.
