Нетрадиционные источники энергии

ротермы остывают, отдавая аккумулированное тепло вмещающим породам.

Однако, если пробурить скважину на глубину 3-4 тыс. м и обеспечить быст-

рый подъем воды, можно получить термальный раствор с температурой до

100 °С. Все это касается областей  со средними геотермическими  показателя-

ми и не относится к вулканическим районам или зонам недавнего горнообразования.

Вулканический тип термальных вод следует выделить особо. Как уже

говорилось, горячие источники вулканических районов нельзя целиком счи-

тать «ювенильными», т. е. магматическими. Опыт исследований показывает,

что в подавляющем случае вода вулканических терм имеет поверхностное

инфильтрационное происхождение. Помимо гейзеров вулканический тип

гидротерм включает грязевые грифоны и котлы, паровые струи и газовые

фумаролы.

Все перечисленные типы термальных вод имеют разнообразнейший

химический и газовый состав. Их общая минерализация колеблется от ульт-

рапресных категорий (менее 0,1 г/л) до категорий сверхкрепких рассолов

(более 600 г/л). Гидротермы содержат  в растворенном состоянии различные

газы: активные (агрессивные), такие, как углекислота, сероводород, атомар-

ный водород, и малоактивные – азот, метан, водород.

В геотермальной энергетике могут быть использованы практически все

виды термальных вод: перегретые воды – при добыче электроэнергии, пре-

сные термальные воды – в коммунальном теплообеспечении, солоноватые

воды – в бальнеологических целях, рассолы – как промышленное сырье.

Запасы и распространение термальных вод

К областям распространения месторождений термальных вод относят-

ся: вулканическое кольцо бассейна Тихого океана, Альпийский складчатый

пояс, рифтовые долины континентов, срединно-океанические хребты, плат-

форменные погружения и предгорные краевые прогибы (рис.5).

По своему происхождению месторождения термальных вод можно

подразделить на два типа, различающиеся способом переноса тепловой энер-

гии.

Первый тип образуют геотермальные системы конвекционного про-

исхождения, отличающиеся высокой температурой вод, разгружающихся на

дневную поверхность. Это районы расположения современных или недавно

потухших вулканов, где на поверхность выходят не только горячие воды, но

и пароводяная смесь с температурой до 200 °С и более. На сегодняшний день

все геотермальные электростанции работают в районах современного вулка-

низма.

Рис. 5. Области производства геотермальной энергии в системе третич-

ных орогенических поясов (заштриховано): 1 – Калифорния; 2 – Серро Прие-

то; 3 – Мексика, Идальго; 4 – Сан-Сальвадор; 5 – Чили, Атакама; 6 – Ислан-

дия; 7 –Араак-Лак; 8 – Лардерелло, Монте-Амиата; 9 – Венгерский бассейн;

10 – Айдин-Денизли; 11 – Кавказ; 12 – Суматра; 13 – Ява; 14 – Новая

Гвинея; 15 – Новая Британия; 16 – Фиджи, Новые Гебриды; 17 – Вайракей,

Вайотапу; 18 – Филиппины; 19 – Япония; 20 – Камчатка.

К месторождениям конвекционного типа относятся также гидротер-

мальные проявления так называемых рифтовых зон, характеризующихся ак-

тивным тектоническим режимом и умеренно повышенными геотермически-

ми градиентами – 45-70 °С/км. (Рифтовые зоны и связанные с ними термо-

аномалии, как правило, простираются на огромные расстояния. Например,

Северо-Мексиканский бассейн термальных вод протянулся на 1,5 тыс. км, от

северо-восточной части Мексики до Флориды. Одна из скважин здесь с глу-

бины 5859 м дает пароводяную смесь с температурой 273 °С, причем этот

флюид выходит при высоком давлении.)

Второй тип геотермальных месторождений образуется при преобла-

дающем кондуктивном прогреве подземных вод, сосредоточенных в глубо-

ких платформенных впадинах и предгорных прогибах. Они располагаются в

невулканических районах и характеризуются нормальным геотермическим

градиентом – 30-33 °С/км.

Бурением на нефть и газ, а частично и на воду обнаружены сотни под-

земных артезианских бассейнов термальных вод, занимающих площади в не-

сколько миллионов квадратных километров. Как правило, артезианские бас-

сейны, расположенные в равнинных областях и предгорных прогибах, со-

держат воду с температурой 100-150° С на глубине 3-4 км.

Можно без преувеличения сказать, что любой отмеченный на карте

предгорный прогиб, который был сформирован в эпоху альпийского горооб-

разования, содержит бассейн термальных вод. Таковы артезианские бассей-

ны предгорных прогибов Пиренеев, Альп, Карпат, Крыма, Кавказа, Копет-

Дага, Тянь-Шаня, Памира, Гималаев. Термальные воды этих бассейнов де-

монстрируют уникальное многообразие химических типов от пресных (пить-

евых) до рассольных, употребляющихся как минеральное сырье для извлече-

ния ценных элементов. Больше половины всех известных минеральных (ле-

чебных) вод выходят в виде источников или выводятся скважинами в преде-

лах альпийских предгорных и межгорных прогибов. Опыт показывает, что

термальные воды подобных малых бассейнов являются наиболее перспек-

тивными для комплексного использования в практических целях.

Подсчеты запасов термальных вод основываются на имеющихся дан-

ных об объемах гравитационных вод, заключенных в пластах, объемах самих

водоносных горизонтов и коллекторских свойствах слагающих их горных

пород. Запасы термальных вод представляют собой общее количество выяв-

ленных термальных вод, находящихся в порах и трещинах водоносных гори-

зонтов, имеющих температуру 40-200° С, минерализацию до 35 г/л и глубину

залегания до 3,5 тыс. м от дневной поверхности.

С развитием глубокого бурения на 10-15 км открываются многообе-

щающие перспективы вскрытия высокотемпературных источников тепла. На

таких глубинах в некоторых районах страны ( исключая вулканические) тем-

пература вод может достигнуть 350° С и выше.

Районы выхода на поверхность кристаллического фундамента(Балтий-

ский, Украинский, Анабарский щиты) и приподнятые горные сооружения

(Урал, Кавказ, Карпаты и т. д.) совершенно  не имеют запасов термальных

вод. На участках погружения фундамента, т. е. при увеличении толщины

осадочного чехла, в недрах наблюдается некоторое «потепление» до 35-40 °С

на платформах и до 100-120 °С в глубоких предгорных впадинах.

К числу районов, имеющих максимально «теплые» земные недра, не-

сомненно, относится Курило-Камчатская вулканическая зона. Здесь нагре-

тость пород и содержащихся в них вод зависит не только от глубины их зале-

гания, но в большей степени от близости к вулканическим центрам и разло-

мам в земной коре.

Таким образом, температура пород, а следовательно, и вод находится в

зависимости от глубины залегания и от района, который характеризуется

большей или. меньшей геотермической активностью.

Экология и нетрадиционные источники энергии

В комплексе существующих экологических проблем энергетика зани-

мает одно из ведущих мест. В связи с интенсивным вовлечением возобнов-

ляемых источников энергии в практическое использование особое внимание

обращается на экологический аспект их воздействия на окружающую среду.

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Солнечные станции являются еще недостаточно изученными объекта-

ми, поэтому отнесение их к экологически чистым электростанциям нельзя

назвать полностью обоснованным. Солнечные станции являются достаточно землеемкими. В случае создания СЭС с солнечными прудами удельная землеёмкость повысится и увеличится опасность загрязнения подземных вод рассолами.

Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения

земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий, раститель-

ности и т. д. Нежелательное экологическое действие в районе расположения

станции вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного

излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями. Это приводит

к изменению теплового баланса, влажности, направления ветров; в некото-

рых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих кон-

центраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение

низкокипящих жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетиче-

ских системах во время длительной эксплуатации могут привести к значи-

тельному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют жид-

кости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся высокотоксичными ве-

ществами.

Космические СЭС за счет СВЧ-излучения могут оказывать влияние на

климат, создавать помехи теле - и радиосвязи, воздействовать на незащищен-

ные живые организмы, попавшие в зону его влияния. В связи с этим необхо-

димо использовать экологически чистый диапазон волн для передачи энер-

гии на Землю.

Неблагоприятные воздействия солнечной энергии на окружающую

среду могут проявляться:

− в отчуждении земельных площадей, их возможной деградации;

− в большой материалоемкости;

− в возможности утечки рабочих жидкостей, содержащих хлораты и

нитриты;

− в опасности перегрева и возгорания систем, заражения продуктов ток-

сичными веществами при использовании солнечных систем в сельском

хозяйстве;

− в изменении теплового баланса, влажности, направления ветра в рай-

оне расположения станции;

− в затемнении больших территорий солнечными концентраторами, воз-

можной деградации земель;

− в воздействии на климат космических СЭС;

− в создании помех телевизионной и радиосвязи;

− в передаче энергии на Землю в виде микроволнового излучения, опас-

ного для живых организмов и человека.

Влияние ветроэнергетики на природную среду

Факторы воздействия ВЭС на природную среду, а также последствия

этого влияния и основные мероприятия по снижению и устранению отрица-

тельных проявлений приведены в табл. 6

Таблица 6

Неблагоприятные факторы ветроэнергетики:

− шумовые воздействия, электро-, радио - и телевизионные помехи;

− отчуждение земельных площадей;

− локальные климатические изменения;

− опасность для мигрирующих птиц и насекомых;

− ландшафтная несовместимость, непривлекательность, визуальное не-

восприятие, дискомфортность;

− изменение традиционных морских перевозок, неблагоприятные воз-

действия на морских животных.

Возможные экологические проявления геотермальной энергетики

Основное воздействие на окружающую среду геотермальные электро-

станции оказывают в период разработки месторождения, строительства па-

ропроводов и здания станций, но оно обычно ограничено районом месторож-

дения.

Потенциальными последствиями геотермальных разработок являются

оседание почвы и сейсмические эффекты. Оседание возможно всюду, где

нижележащие слои перестают поддерживать верхние слои почвы и выража-

ется в снижении дебитов термальных источников и гейзеров и даже полном

их исчезновении. Так, при эксплуатации месторождения Вайрокей (США) с

1954 по 1970 гг. поверхность земли просела  почти на 4 м, а площадь зоны, на

которой произошло оседание грунта, составила около 70 км2, продолжая

ежегодно увеличиваться.

Высокая сейсмическая активность является одним из признаков близо-

сти геотермальных месторождений, и этот признак используется при поисках

ресурсов. Однако интенсивность землетрясений в зоне термальных явлений,

вызванных вулканической деятельностью, обычно значительно меньше ин-

тенсивности землетрясений, вызванных крупными смещениями земной коры

по разломам. Поэтому нет оснований считать, что разработка геотермальных

ресурсов увеличивает сейсмическую активность.

На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем отрав-

ляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на

ТЭС, и они имеют другой химический состав по сравнению с газообразными

отходами станций на органическом топливе.

Одно из неблагоприятных проявлений ГеоТЭС – загрязнение поверх-

ностных и грунтовых вод в случае выброса растворов высокой концентрации

при бурении скважин. Сброс отработанных термальных вод может вызвать

заболачивание отдельных участков почвы в условиях влажного климата, а в

засушливых районах – засоление. Опасен прорыв трубопроводов, в результа-

те которого на землю могут поступить большие количества рассолов.

Неблагоприятные экологические воздействия геотермальной энерге-

тики на эколгию:

− отчуждение земель;

− изменение уровня грунтовых вод, оседание почвы, заболачивание;

− подвижки земной коры, повышение сейсмической активности;

− выбросы газов (метан, водород, азот, аммиак, сероводород) ;

− выброс тепла в атмосферу или в поверхностные воды;

− сброс отравленных вод и конденсата, загрязненных в небольших коли-

чествах аммиаком, ртутью, кремнеземом;

− загрязнение подземных вод и водоносных слоев, засоление почв;

− выбросы больших количеств рассолов при разрыве трубопроводов.

Экологические последствия использования энергии океана

При преобразовании любых видов океанической энергии неминуемы

определенные изменения естественного состояния затрагиваемых экосистем.

К отрицательным последствиям работы установок, использующих тер-

мальную энергию океана, можно отнести возможные утечки в океан аммиа-

ка, пропана или фреона, а также веществ, применяемых для промывки тепло-

обменников (хлор и др.). Возможно значительное выделение углекислого га-