Классификация источников геотермальной энергии [1, С. 92–95], [2, С. 504]
Все пригодные для практического использования источники геотермальной энергии можно разделить на гидротермальные и петротермальные.
В свою очередь гидротермальные источники делятся на:
– источники сухого пара – ресурсы сравнительно легко осваиваются, но встречаются редко;
– месторождения влажного пара – распространены в большей степени, в частности на Камчатке в России, в долине гейзеров в США и в других местах;
– горячая (термальная) вода – ресурсы большие, используются главным образом для отопления и в тепличном хозяйстве.
Основным условием существования водяных геотермальных источников является наличие непроницаемого для воды слоя горных пород, который передает тепло от мантии или магмы к формациям, содержащим в больших количествах воду. Находясь под давлением выше атмосферного, вода может нагреваться до температуры, превышающей 100 °С, и выходить вверх на поверхность через трещины в породе, причем, часто, в виде пароводяной смеси.
В пароводяных и паровых месторождениях водоносные слои находятся между двумя водонепроницаемыми прослойками. Нижняя передает тепло от мантии или магмы к воде, а верхняя не допускает ее выход на поверхность. Вода в таких местах превращается в пар, а при высоких давлениях – в перегретую воду. Извлечение пара из таких слоев возможно только при бурении скважин. Такие источники являются самоизливающимися, т.е. пар самостоятельно выходит через скважину на поверхность.
Температура воды или пара в гидротермальных источниках может составлять от 30 до 300…350 °С и зависит от их расстояния до мантии Земли, а также от близости к раскаленной или расплавленной магме. Термальные подземные источники, позволяющие получать на выходе из скважины воду или перегретый пар с температурами, необходимыми для производства электроэнергии (150 °С и выше), часто располагаются на глубине 2…6 км (иногда на глубинах несколько сотен метров).
Петротермальные источники связаны с теплотой сухих горных пород. Они располагаются в тех районах земной коры, в которых отсутствует вода. Температуры, достаточные для подогрева воды или получения пара, достигаются на глубине свыше 3 км. Поэтому если на такую глубину пробурить две скважины и закачать в одну из них воду, то из другой скважины могут быть получены пар или горячая вода. Практическое освоение таких источников еще не начато.
Классификация и направления использования геотермальных ресурсов [1, С. 95–96], [2, С. 504]
По характеру скопления термальные воды делят на трещинно-жильные и пластовые.
Трещинно-жильные термальные воды встречаются в горно-складчатых областях и характеризуются локальными выходами термальных источников и парогидротерм (пароводяной смеси) с температурой до 370 К и выше.
Пластовые термальные воды залегают в пределах континентальных платформ, краевых прогибов и межгорных впадин. Такие бассейны могут занимать площади в сотни тысяч и миллионы квадратных километров.
По степени минерализации различают термальные воды:
– с низкой минерализацией (до 10 г/л), которые могут использоваться без предварительной подготовки;
– со средней минерализацией (10…35 г/л), требующие очистки;
– с высокой минерализацией (35…200 г/л), которые могут использоваться только в двухконтурных схемах.
По тепловому потенциалу различают:
– низкопотенциальные термальные воды с температурой до 100 °С;
– термальные воды и парогидротермы с температурой 100…150 °С;
– парогидротермы с температурой 150…200 °С.
Низкопотенциальные геотермальные ресурсы могут использоваться по следующим направлениям:
– коммунальное хозяйство (нужды отопления и горячего водоснабжения зданий различного назначения, бани, плавательные бассейны, хладоснабжение);
– сельское хозяйство (снабжение водой животноводческих комплексов, тепловое орошение, отопление теплично-парниковых комбинатов);
– технологические нужды (сушка фруктов, чайного листа и т.д.);
– теплоснабжение промышленных предприятий;
– извлечение ценных химических элементов и соединений (йод, бром, стронций, рубидий, цезий, литий и др.).
Тепло геотермальных ресурсов с температурой 100…150 °С может применяться как в промышленности, так и для генерации электроэнергии в установках, работающих на низкокипящих рабочих жидкостях (изобутане, фреоне и т.д.). После выполнения работы, затрачиваемой на производство электрической энергии, указанные ресурсы могут быть использованы как термальные воды низкопотенциального типа в технологических или теплофикационных целях.
Парогидротермы с температурой 150…200 °С могут использоваться для выработки электроэнергии.
Литература
1. Баранов, Н.Н. Нетрадиционные источники и методы преобразования энергии: учебное пособие для вузов / Н.Н. Баранов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – 384 с.
2. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. чл.-корр. РАН А.В. Клименко и проф. В.М. Зорина. – 3-е изд., перераб и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 564 с. – (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 2).