Обладает неограниченными ресурсами. Нефть и газ отдыхают
На рассмотрение президента Дмитрия Медведева поступил уникальный проект «Развитие петротермальной энергосистемы России». Он уже одобрен Советом Федерации РФ, учеными МГУ, Московской патриархией, главами региональных и муниципальных образований 47 субъектов РФ.
Как сообщил в беседе с корреспондентом «Президента» автор и руководитель проекта, член Научного совета РАН по проблемам геотермии, заведующий лабораторией петротермальной энергетики ВНИПИ энергопрома Николай Гнатусь, цель разработки – извлечение и использование тепла, аккумулируемого в глубинах горных пород земной коры для получения постоянных, экономически доступных электроэнергии и тепла для стабильного обеспечения отдаленных, малообжитых районов России. Проект полностью базируется на отечественной технике. В его создании приняли участие академические отраслевые учреждения, высшие учебные заведения и более десятка промышленных предприятий. Реализация проекта может позволить комплексное внедрение новых нетрадиционных технологий уже в 2010–2014 годах.
Чтобы понять перспективность предлагаемой разработки, надо напомнить о том, что уголь, нефть, газ рано или поздно перестанут быть источниками энергии. Не вечны и запасы ядерного топлива. Вообще перспективы невозобновляемых энергетических запасов Земли оставляют желать много лучшего. Вот почему необходим переход к соответствующему росту использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Обычно к ним причисляют солнечную и ветровую энергию, энергию биомассы, низкопотенциальную энергию окружающей среды. Еще говорят о геотермальной энергии, то есть использовании тепла подземных вод, пара и пароводяных смесей. Но существует еще петротермальная, то есть глубинная тепловая энергия. которая содержится в раскаленных твердых «сухих» горных породах. И если запасы подземного пара не везде равномерны, то запасы внутреннего петротермального тепла настолько огромны, что даже если использовать эту энергию для обеспечения всех без исключения видов человеческой деятельности в течение 40 млн лет, за этот срок сможет быть израсходована лишь сотая часть.
Еще в 1914 году в одном из своих трудов о путях усовершенствования жизни на Земле К.?Э. Циолковский высказал идею извлечения основных геотермальных ресурсов, заключенных в твердых породах. А петротермальная циркуляционная система (ПЦС) в горячем гранитном массиве описана в 1920 году В.? А. Обручевым.
Главным достоинством петротермальной энергии является ее практическая неиссякаемость, так как она является планетарным ресурсом и обладает полной независимостью от территориальных и временных условий.
Примечательно, что такой вид энергии обладает экологической чистотой. Однако среди огромных плюсов тепловой энергии планеты у нее есть и недостатки. К ним можно отнести нетранспортабельность такого топлива и невозможность его складирования. Поэтому использовать тепло глубин планеты можно лишь непосредственно в местах его добычи в радиусе до 5–10? км, а в отдельных случаях до 50 ?км.
Основную трудность при освоении тепловой энергии Земли представляет строительство глубоких и сверхглубоких скважин, являющихся каналом для вывода теплоносителя на поверхность. В связи с высокой температурой на забое – при 200–250°С традиционные породоразрушающие инструменты малопригодны для работы. Поэтому предъявляются особые требования к бурильным и обсадным трубам, цементным растворам, технологии бурения, крепления и закачивания скважин. Такая техника в России есть. Например, ее выпускает «Уралмаш». Кроме этого, производится отечественная измерительная техника, серийные эксплуатационная арматура и оборудование. Однако в исполнении, допускающем температуры не выше 150–200°С.
Поэтому традиционное глубокое бурение скважин подчас затягивается на годы и очень дорого. А порой и не всегда доступно из?за высокой плотности пород, рельефа местности и т.?д. Между тем еще в 1986 году для выполнения программы комплексного изучения недр Земли и сверхглубокого бурения в Ярославле было создано специальное государственное научно-производственное предприятие «Недра». В разных уголках страны пробурили 10 научных скважин глубиной от 4 до 9?км. Одна из них – Воротиловская скважина, которая была заложена в 60?км от Нижнего Новгорода для изучения Пучеж-Катункской астроблемы – кратера, который образовался при падении крупного метеорита. Это событие произошло примерно 200 млн лет назад и сопровождалось мощным взрывом. Скважина глубиной 5374 ?м вскрыла полный вертикальный разрез кратера, что позволило детально изучить все эффекты древнего взрыва, последствия которого поражают воображение. Среди новообразованных минералов были обнаружены алмазы, которые возникли в момент взрыва из органического углерода, первоначально заключенного в осадочных породах мишени. Разумеется, эта скважина помогла разведать запасы тепловой энергии.
В настоящее время в России продолжается бурение только одной Уральской сверхглубокой скважины для получения прямой информации о фундаменте Уральского подвижного пояса. Специалисты обсуждают две альтернативные модели. Согласно одной – на месте Урала ранее существовал обширный океан. Другая модель предполагает, что Уральский пояс был заложен на континентальном основании. Сведения о составе пород, залегающих сейчас на глубине 10–15?км, внесут ясность в эту проблему.
Теплофизические измерения в глубоких и сверхглубоких скважинах позволили существенно уточнить распределение температур и величину глубинного теплового потока. Оказалось, что температуры и плотность теплового потока во многих случаях заметно превышают те оценки, которые получены при изучении приповерхностной зоны. Однако если целесообразность практического извлечения руд и других полезных ископаемых с глубины 5–10 ?км проблематична, то теоретическое значение геохимических данных, полученных при сверхглубоком бурении, в сочетании с открытиями, которые относятся к сохранению высокой проницаемости и пористости горных пород до 10–12?км, исключительно велико. Эти данные подтверждают возможность широкомасштабной циркуляции нагретых вод, которые взаимодействуют с породами земной коры.
Главной проблемой остается решение экономической составляющей. То есть снижение затрат на бурение геотермальных скважин при высоких температурах на забое. В себестоимости создание петротермальных циркуляционных систем эти затраты составляют 70–90 процентов. В связи с этим традиционные технологии бурения оказались малопригодны. Необходимо было разработать новые технологии скоростного бурения глубоких и сверхглубоких геотермальных скважин при высоких температурах. Так родился проект петротермальной станции. Группа исследователей из лаборатории петротермальной энергетики ВНИПИэнергопрома функционирует под руководством профессора Н. Гнасюка уже несколько лет. Они изучили мировой опыт, а также работы отечественных новаторов, в том числе из научно-исследовательских и производственных центров ВПК. Результатом новых разработок стали ноу-хау, в основе которых новые материалы и технологии. Они позволяют бурить скважины на континентах глубиной до 10–15?км. В настоящее время разработано несколько вариантов буровых снарядов (БС). Аналогов в мировой практике нет. Скорость бурения твердых пород до 30?м?/?ч, диаметр скважины 200–500?мм.
Варианты БС многоразового использования обладают большой экономической эффективностью и огромным потенциалом. Для нужд теплоснабжения необходимая глубина скважин на всей территории страны лежит в пределах 3–4,5?км. Выработка электроэнергии в широких масштабах потребует создания циркуляционных систем со скважинами на глубине 7–9?км.
Для сообщения между скважинами можно использовать естественный проницаемый пласт или создать искусственный коллектор с серией вертикальных трещин гидроразрыва, возможно внедрение других технологий. Продолжительность эксплуатации таких циркуляционных систем – 40 лет и более. На основе постоянных ПЦС планируется строительство в широких масштабах тепловых станций – (ПетроТС), электростанций (ПетроЭС) и теплоэлектростанций (ПетроТЭС). По мощности, в зависимости от потребности тепла и электроэнергии, они могут быть различными. Районы обеспечения потребителей теплом ограничиваются радиусом – 10–15?км. В особо благоприятных условиях обеспечение потребителей теплом может достигать 25–50 ?км.
Себестоимость получаемой электроэнергии и тепла на станциях, использующих тепло «сухих» горных пород, может быть в 3–6 раз ниже получаемой электроэнергии и тепла на станциях, построенных по традиционной технологии геотермальных скважин. Согласно расчетам окупаемость петротермальной станции – три года. Но если учесть, что предстоит построить десятки таких станций, то создание новой отрасли даст возможность экономить около одного миллиарда тонн органического топлива в год. При этом экономия может составить 3–5 трлн рублей.
Нет сомнений, что неисчерпаемая тепловая энергия Земли – основа будущей энергетики. До 2030 г. можно создать энергетические мощности по замене до 30 предприятий огневой энергетики, а до 2050 г. почти полностью исключить органическое сырье в качестве топлива из энергетического баланса России.
