ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ

СУХИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

При написании данной главы использованы материалы отчета [ 1], подготовленного для отдела по ядерным исследованиям Министерст­ва обороны США.

Геотермальная энергия, являясь чистым и повсеместно распро­страненным видом энергии, представляется перспективной для широ­кого использования. Однако, как показано в работе [2], повсеместное использование геотермальной энергии связано с тремя стадиями ее разработки.

В настоящее время США находятся на первой стадии, когда из­влечение геотермальной энергии производится лишь из источников с поверхностными термальными проявлениями. На второй стадии бу­дут осваиваться геотермальные ресурсы в местах с аномальными геотермическими градиентами, а на третьей - сооружаться более глубокие скважины в местах с нормальными геотермическими гра­диентами (~3°С/100 м), имеющими место почти всюду на поверхнос­ти земли.

На третьей стадии будет освоен потенциальный источник надеж­ного и независимого снабжения чистой энергией. Но прежде чем бу­дут созданы условия для широкого использования геотермальной энер­гии, необходимо решить целый ряд проблем научного, технологичес­кого, инженерного и экономического плана. До сих пор отсутствует научное объяснение природы и поведения горных пород при давлени­ях и температурах, имеющих место на больших глубинах. В ходе дальнейших исследований и разработок должна быть также лучше понята проблема материалов и изучены основные процессы переноса тепла, что необходимо для продолжительной эксплуатации таких гео­термальных систем.

Инженерные разработки, начиная с бурения геотермальных сква­жин и кончая созданием подземных систем преобразования энергии и обеспечением переноса тепла к поверхности циркулирующим тепло­носителем, сами по себе ставят задачи как прикладного, так и теоре­тического плана. Критическим фактором выполнения программы ис­следований и разработок на третьей стадии освоения геотермальных ресурсов является создание практических средств для бурения сква­жин в сухих горячих породах на глубины, необходимые для проведения дальнейших научных исследований и технологических разработок. Луч­шим методом бурения таких скважин является роторное бурение, с успехом применяемое при разведке и эксплуатации нефтяных и газо­вых месторождений. Однако геологические факторы' геотермаль­ных месторождений существенно отличаются от геологических фак­торов нефтяных и газовых месторождений. Чтобы оценить возможнос­ти роторного бурения и устранить препятствия на пути его примене­ния в геотермальных системах, требуется изучение особенностей последних и проведение соответствующего анализа. Значительное мес­то в отчете [1] было уделено этим вопросам.

Основные выводы, касающиеся использования тепла сухих горя­чих пород при аномально высоких геотермических градиентах, сле­дующие [1].

1. Методы роторного бурения применимы при бурении скважин в сухих горячих породах на глубины км в мес­тах с геотермическими градиентами, в несколько раз превы тающими нормальные. При таких градиентах на указанной глубине в месторождениях достигается температура 260-315°С.

2. При допущении о гидравлическом способе создания трещин в породе или о каком-то другом эквивалентном спо­собе подземного преобразования энергии ГеоТЭС мощностью 100 МВт (или менее) оказываются экономически более выгод­ными по сравнению с атомными электростанциями и могут конкурировать с обычными тепловыми электростанциями при стоимости жидкого топлива 3,2 цент/л. Указайный способ втрое удешевляет получение энергии из сухих горячих по­род, снижает число требуемых скважин, способствует рас­ширению системы передачи энергии и обеспечивает долгий срок службы скважин (до 20 лет).

Основные выводы, касающиеся использования тепла сухих горя­чих пород с обычными градиентами температуры (~< 3°С/100 м), сле­дующие.

1. Технология роторного бурения должна быть усовер­шенствована и приспособлена для бурения геотермальных скважин глубиной 10-12 км при температурах, достигаю­щих 315° С. Существует известный риск, связанный с надеж­ностью материалов, а также с работой колонны буровых труб, системы каротажа и других подсистем, составляющих систему роторного бурения.

2. Даже при указанном выше допущении о подземном преобразовании энергии с помощью гидравлического разры­ва ни предполагаемые цены, ни риск создания геотермаль­ных систем в этом случае (т е. при роторном бурении на глубины 10-12 км) не оказываются оправданными, а ГеоТЭС конкурентоспособными с электростанциями других типов. Лишь в случае, если методы роторного бурения в нефтяной промышленности будут усовершенствованы и станут приме­няться для скважин глубиной более 9 км, этот вывод можно будет пересмотреть.

3. Другим, единственно приемлемым способом освое­ния геотермальной энергии при нормальных геотермических градиентах является бурение большого числа менее глубо­ких скважин и использование цикла с вторичным теплоноси­телем. В частности, предложено бурить 5 пар скважин на глубины 5,5-6,0 км, где температура составляет ~ 170°С. При этом вполне возможно использовать роторное бурение, хотя число требуемых скважин велико, а начальные капи­таловложения высоки. При использовании метода преобра­зования энергии с вторичным носителем срок эксплуатации месторождения сокращается с 20 до 3 - 4 лет. Это делает такой способ получения энергии неконкурентоспособным. Так, при сроке эксплуатации месторождения 20 лет стои­мость энергии в такой системе составит 15,5-10-3долл./ /кВт-ч, а при 3-5 годах (21,5-28) • 10 ~3 долл./кВт-ч.

Итак, получение энергии из сухих горячих пород с помощью сква­жин глубиной 10 -12 км имеет следующие преимущества: извлечение чистой энергии; самостоятельный и независимый источник энергии; отсутствие проблем его возобновления или трудностей эксплуата­ции; конкурентоспособность ГеоТЭС мощностью доМОО МВт со стан­циями других типов; применимость методов роторного бурения при их совершенствовании и оправдание идеи создания подземной систе­мы преобразования энергии.