Потенциал использования виэ в россии, существующие проекты, перспективы развития

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………… 3
1.СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ…………………………………………………………………………. 4
2. РЕСУРСЫ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД………………………………………………… 11
2.1 ПРЕДКАВКАЗСКИЙ АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН…………………… 11
2.2 ЗАПАДНО-СИБИРСКИЙ АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН…………….. 14
2.3 КАМЧАТКАЯ И КУРИЛЬСКАЯ СИСТЕМЫ СОВРЕМЕННОГО ВУЛКАНИЗМА…………………………………………………………………. 15
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ………………………………………………………………… 17
3.1 РАЗВИТИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ……………… 17
3.2 ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ………………………………………………………….. 21
3.3 КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ………………………………………………………….. 27
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ………………………………………………………………….. 31
4.1 РАЗВИТИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ……………….. 31
4.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ…………………………………………………………… 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………… 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….. 42
ВВЕДЕНИЕ
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — это альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, энергия малых рек, геотермальная энергия, энергия приливов, волновая энергия, а также энергия, определяемая разностью температур по глубине океана. Все перечисленные источники, кроме геотермальной энергии и энергии приливов относят к ВИЭ солнечного происхождения. Кроме того, к ВИЭ относятся различные отходы и источники низкопотенциального тепла в сочетании с тепловыми насосами.
Главными преимуществами ВИЭ, определяющими интерес к ним, являются неисчерпаемость или возобновляемость, экологическая чистота и повсеместная доступность того или иного ВИЭ.
К недостаткам ВИЭ, ограничивающим их широкое применение, относят малую плотность энергетических потоков и непостоянство их во времени.
В России имеются значительные ресурсы ВИЭ. Практически во всех регионах существуют один или два типа ВИЭ, коммерческая эксплуатация которых может быть оправдана, при этом некоторые регионы богаты всеми типами возобновляемых источников. По экспертным оценкам экономический потенциал ВИЭ России составляет 270 млн т у.т/год:
• геотермальная энергия — 115 млн т у.т/год;
• малые гидроустановки — 65,2 млн т у.т/год;
• биомасса — 35 млн т у.т/год;
• солнечная энергия — 12,5 млн т у.т/год;
• энергия ветра — 10 млн т у.т/год;
• низкопотенциальное тепло — 36 млн т у.т/год.
В настоящее время используется незначительная доля огромных запасов ВИЭ. Энергия от возобновляемых источников составляет около 4 % общей первичной поставки энергоресурсов, при этом две трети ее приходятся на гидроэнергетику, а одна треть — на все остальные типы источников.
Экономическая роль возобновляемой энергетики значительно повысилась, что связано с ростом цен на ископаемое топливо и падением затрат, связанных с разработкой ВИЭ.
Геотермальные установки представляют коммерческий интерес на Камчатке, Курильских островах, в Западной Сибири и на Северном Кавказе. Значительные ветроэнергетические проекты могут оказаться конкурентоспособными в прибрежной зоне российского Дальнего Востока, в степях Поволжья и на Северном Кавказе. На Северном Кавказе, Урале и в Восточной Сибири представляет интерес строительство небольших гидроустановок. Использование биомассы для целей энергетики имеет коммерческий смысл во многих регионах России, особенно на северо-западе страны, где хорошо развита целлюлозно-бумажная промышленность. В первую очередь широкое внедрение энерготехнологий на основе ВИЭ должно проходить на территориях, не обеспеченных централизованным энергоснабжением, и на которых используется дорогое привозное топливо.
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Геотермальные ресурсы представляют собой практически неисчерпаемый, возобновляемый и экологически чистый источник энергии, который будет играть существенную роль в энергетике будущего.
Рост цен на органическое топливо существенно повышает конкурентоспособность энергетических технологий на основе ВИЭ, особенно геотермальной энергетики. Мировой потенциал изученных геотермальных ресурсов составляет 0,2 ТВт электрической и 4,4 ТВт тепловой мощности. Примерно 70 % этого потенциала приходится на месторождения с температурой флюида менее 130 °С.
В настоящее время используется около 3,5 % мирового геотермального потенциала для выработки электроэнергии и только 0,2 % — для получения тепла. Последние годы характеризуются резким увеличением объемов и расширением областей использования геотермальных ресурсов. В энергетическом балансе ряда стран геотермальные энергетические технологии становятся доминирующими, а доля геотермальной энергетики в мировом энергетическом балансе неуклонно растет. В зависимости от температуры геотермальные ресурсы широко используются в электроэнергетике и тепло- 64 фикации, промышленности, сельском хозяйстве, бальнеологии и других областях (табл. 1).
Новейшие энергетические технологии с использованием геотермальных ресурсов отличаются от других технологий экологической чистотой и по эффективности приближаются к традиционным.
Таблица 1
Области использования геотермального тепла
Область применения Температурный интервал теплоносителя, °С
Энергетика:
одноконтурная ГеоЭСбинарная ГеоЭС130-300
90-200
Виды промышленного производства металлургическая промышленность
производство бумаги
извлечение химических элементов
нефтяная промышленность
изготовление бетонных блоков
текстильная промышленность
деревообрабатывающая промышленность 90-140
90-120
80-105
70-85
70-80
50-80
45-90
Сельское хозяйство:
разведение рыб
обогрев грунта
выращивание овощей и фруктов
пищевая промышленность
теплицы 5-45
5-45
20-65
35-90
35-90
Теплофикация:
тепловые насосы
аэрокондиционированиеместное теплоснабжение
радиаторы
обогрев тротуаров 5-55
25-50
50-85
50-95
40-80
Бальнеология:
плавательные бассейны
грязелечебницы 20-50
25-50
На современных ГеоЭС коэффициент использования мощности достигает до 90 %, что в 3—4 раза выше, чем для технологий с использованием других ВИЭ (солнечной, ветровой, приливной). На ГеоЭС, использующих ГЦС-технологию и бинарный цикл (БЭС), полностью исключаются выбросы диоксида углерода в атмосферу, что является важнейшим экологическим преимуществом таких энергетических установок.
К началу 2005 г. ГеоЭС работают в 24 странах мира, а суммарная установленная мощность их достигла 8910,7 МВт. Лидерами по установленной электрической мощности ГеоЭС являются США — 2544 МВт, Филиппины — 1931 МВт, Мексика — 953 МВт, Индонезия — 797 МВт, Италия — 790 МВт, Япония — 535 МВт, Новая Зеландия — 435 МВт, Исландия — 202 МВт. За последние 30 лет ежегодный прирост мощностей составлял 7 %. Годовая выработка электроэнергии на ГеоЭС мира в 2004 г. составила 56 798 ГВт ч.
Быстрыми темпами развиваются технологии прямого использования геотермальных ресурсов в теплоснабжении. За последние 15 лет суммарная тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения увеличилась более трех раз и достигла 28 000 МВт. Мировыми лидерами по установленной тепловой мощности геотермальных систем являются США — 7817 МВт, Швеция — 3840 МВт, Китай — 3687 МВт, Исландия — 1791 МВт, Турция — 1177 МВт. В отличие от ресурсной базы для сооружения ГеоЭС, где температура геотермального теплоносителя должна быть достаточно высокой, запасы средне- и низкотемпературного тепла, пригодного для теплоснабжения, чрезвычайно велики и в мире находятся практически повсеместно. Поэтому в последние годы часто применяют геотермальные системы теплоснабжения на основе тепловых насосов. В таких системах в качестве первичного источника тепла используется низкопотенциальная (температурой до 55 °С) термальная вода и петротермальная энергия верхних слоев земной коры. При использовании тепла грунта применяются грунтовые теплообменники, размещаемые либо в вертикальных скважинах глубиной до 300 м, либо на некоторой глубине горизонтально. Примерно 57 % общей мощности геотермальных тепловых систем в мире приходится на теплонасосные системы. Общая установленная мощность теплонасосных систем составляет 15 723 МВт, при годовой выработке тепла 86 673 ТДж. В 2005 г. геотермальные теплонасосные системы теплоснабжения используются в 32 странах мира со средним коэффициентом преобразования равным 3,5. Наибольшее развитие эти технологии получили в США, Германии, Канаде. В США
69 % общего прямого использования геотермальных ресурсов реализуется на основе применения тепловых насосов. В 2004 г. было установлено примерно 60 тыс. тепловых насосов. В Германии общая теп- 66 ловая мощность геотермальных систем составляет 505 МВт, из которых 400 МВт реализуется на основе применения тепловых насосов, использующих тепло грунта.
Благодаря переводу экономики на геотермальные ресурсы Исландия превратилась в развитую страну с высоким уровнем жизни. Более 87 % теплоснабжения в Исландии осуществляется на геотермальном тепле, а в ближайшей перспективе такое теплоснабжение планируется довести до 92 %. Примером успешной реализации крупного проекта является создание системы геотермального теплоснабжения г. Рейкьявика, которая обеспечивает около 99 % потребностей в тепле. Данная система потребляет 2348 л/с геотермальной горячей воды температурой 86—127 °С (рис. 1).
Наибольшее количество прямого использования геотермальной энергии в последние годы приходится на Китай, Исландию, США и Турцию, общий объем которой составляет более 54 % мирового. В Турции потребление геотермального тепла с 1994 по 1999 г. возросло более 3 раз, а до 2010 г. предполагается довести суммарные тепловые мощности на геотермальных ресурсах до 5000 МВт, что позволит обогреть более 30 % жилых помещений страны. Существенный прирост применения низкопотенциальной геотермальной энергии, в результате внедрения геотермальных тепловых насосов, достигнут в Австрии, Канаде, Швейцарии и Швеции. В Швейцарии с помощью тепловых насосов в 2000 г. добывали 0,4 млрд кВтæч в год при среднегодовом приросте 12 %. Предполагается, что к 2010 г. суммарная тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения в мире достигнет почти 45 тыс. МВт.
Рис. 1. Принципиальная схема организации теплоснабжения в г. Рейкьявике:
1 — геотермальные скважины; 2 — деаэраторы; 3 — насосная станция; 4 — аварийные (резервные) баки; 5 — пиковая котельная; 6 — потребители тепла
Геотермальная энергетика в СССР стала развиваться с середины 60-х годов прошлого столетия, когда впервые была проведена Северокавказская разведочная
экспедиция по бурению и реконструкции нефтегазовых скважин на термальные
воды (1964 г.), а затем созданы соответствующие промысловые управления по использованию глубинного тепла Земли в различных районах Кавказа и на Камчатке. С 1970 по 1990 годы добыча термальной воды была увеличена в 9 раз, а природного пара в 3,2 раза. В 1990 г. было добыто 53 млн м3 термальной воды и 413 тыс. т природного пара.
Россия располагает не только большими запасами органического топлива, но и также и геотермальными ресурсами, энергия которых на порядок превышает весь потенциал органического топлива. Использование тепла Земли в России может составить до 10 % в общем балансе теплоснабжения. На территории России разведано 66 геотермальных месторождений производительностью более 240 тыс. м3 /сут термальных вод и более 105 тыс. т/сут парогидротерм (табл. 1.11); пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов. Проблемами использования тепла земли занимаются около 50 научных организаций, которые находятся в ведении Российской академии наук и ряда министерств
Таблица 2
Разведанные геотермальные месторождения
Субъект РФ Количество месторождений Температура, °С Эксплуатационные запасы, тыс. м3 /сутДобыча, тыс. м3 /сутОбъем замещаемого топлива, т у.т/год
Республика Дагестан 12 40—104 86,2 10,4 71 400
Чеченская Республика 14 60—108 64,68 — —
Краснодарский край 13 72—117 35,574 4,39 49 400
Ставропольский край 4 55—119 12,2 1,0 2800
Республика Адыгея 3 70—91 8,98 2,1 13 300
Карачаево-Черкесская Республика 1 50—75 6,8 0,4 2900
Кабардино-Балкарская Республика 2 56—67 5,3 0,05 —
Камчатская область 12 70—300 83,8 (32,5*) 34,3 151 900
Сахалинская область 2 85—320 8,2* — —
Чукотский автономный округ и Магаданская обл. 3 60—87 3,5 — —
Наиболее перспективными для освоения геотермальной энергии являются Камчатско-Курильский, Западно-Сибирский и Северо-Кавказский регионы. На Камчатке, Курильских островах и на Северном Кавказе геотермальное электро- и теплоснабжение может составить до 50—95 % общего потребления энергии. На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения, залегающие на глубинах от 300 до 5000 м. Температура в глубоких резервуарах достигает 180 °С и выше. Эти месторождения способны обеспечить получение до 10 000 тепловой и 200 МВт электрической мощности. Энергетический потенциал артезианских скважин, пробуренных для получения низкопотенциальной воды в равнинной и приморской зонах Дагестана, оценивается в пределах 1500 тыс. т у.т., что почти в 3 раза превышает потребности теплоснабжения республики. В Дагестане термальную воду добывает АО «Геотермнефтегаз» на девяти водозаборах, работающих в основном в прерывистом режиме, только в отопительный период по двухконтурной системе. Наиболее интенсивно эксплуатируются Махачкала-Тернаирское, Кизлярское и Избербашское месторождения термальных вод. Всего в Дагестане геотермальным теплоснабжением пользуются более 100 тыс. человек. Тепловой потенциал разведанных геотермальных месторождений Краснодарского края и Республики Адыгея превышает 3800 ГДж/год, что составляет более 71 % количества тепловой энергии, выработанной Кубаньэнерго в 2000 г. В системах теплоснабжения используется менее 5 % этого потенциала.
Для обеспечения высокой экономической эффективности термальных вод необходимо максимально использовать тепловой потенциал, чего можно достичь при комплексном использовании этих вод. Примером комплексного использования термальных вод служит Мостовское месторождение в Краснодарском крае. На Северном Кавказе около 500 тыс. человек используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения в коммунально-бытовом секторе, сельском хозяйстве и промышленности.
Все производство природного пара сконцентрировано в Камчатской области, обладающей исключительными запасами тепла Земли, которые близко подходят к ее поверхности. Запасы геотермального пара и воды на Камчатке позволят получить до 2000 МВт электрической и 5000 МВт тепловой энергии, удовлетворить все потребности этого края в электроэнергии, теплоснабжении и превратить его в высокоразвитый край России. В настоящее время на Мутновском геотермальном месторождении сегодня успешно работают пять ГеоЭС. 69 В 1997 г. на о. Кунашир пущена в эксплуатацию тепловая геотермальная станция мощностью 20 МВт.
Общая установленная электрическая мощность ГеоЭС России составляет 73 МВт, а тепловая мощность энергоустановок прямого использования геотермального тепла — 307 МВт.
При прямом использовании более половины добываемых ресурсов применяется для теплоснабжения жилых и промышленных помещений, треть — для обогрева теплиц, и около 13 % для индустриальных процессов. Кроме того, термальные воды используются примерно на 150 курортах и 40 предприятиях по розливу минеральной воды.
Необходимо отметить, что эксплуатация большинства геотермальных месторождений ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после
потребителя термальные воды сбрасываются с температурой 50—70 °С. Полезно используется примерно одна пятая теплового потенциала термальной воды. В среднем выведенные ресурсы на Северном Кавказе используются в качестве теплоносителя на 32 %, а по энергетическому потенциалу всего на 19 %.
Из-за ошибочных технических решений (прямая подача потребителю воды, не соответствующей по химическому составу установленным нормам, отсутствие пиковых установок для обеспечения стандартных параметров по температуре и др.) использование термальных вод во многих случаях было приостановлено, и многие потребители со временем стали отказываться от использования продукции геотермальных месторождений.
Неоправданно низкие себестоимость и цены на геотермальную продукцию, принятые из-за специфики экономического учета, когда скважины принимались на баланс по цене в 3— 4 раза меньшей их фактической стоимости (иногда и без стоимости), свели прибыль геотермальной отрасли к мизерной величине, не обеспечивавшей возможность ее дальнейшего эффективного развития. Кроме того, низкий уровень эксплуатации месторождений и огромная разница между значительными запасами геотермальной энергии и малой ее используемой частью объясняется некоторыми факторами, характеризующими эту энергию, а также технологией ее извлечения и использования. Такими факторами являются:
• высокая стоимость скважин и низкие транспортабельные качества термальных вод;
• необходимость обратной закачки отработанных вод и значительные расходы на их подготовку;
• невозможность аккумулирования тепловой энергии на длительный период;
• коррозионно-агрессивные свойства, характеризующие термальные воды на больших глубинах;
• одноразовое использование термальных вод в системе теплоснабжения и сравнительно низкая их температура и т.д.
В связи с этим возникают научно-технические и технологические проблемы геотермальной энергетики, основными из которых являются:
• освоение технологий строительства высокодебитных скважин с горизонтальными стволами в продуктивном горизонте;
• перевод значительного количества бездействующих скважин на выработанных нефтяных и газовых месторождениях на добычу геотермального флюида;
• широкое освоение технологии геотермальных циркуляционных систем;
• разработка эффективных методов борьбы с коррозией и солеотложением;
• разработка двухконтурных систем геотермального энергоснабжения на основе дешевых коррозионно-стойких теплообменников и серийный выпуск модульного оборудования для строительства одноконтурных и бинарных ГеоЭС;
• разработка эффективных комплексных технологий утилизации геотермальной и сопутствующих видов энергий и гидроминеральных ресурсов;
• разработка эффективных технологий утилизации низкопотенциального геотермального тепла.
Реализация на практике перечисленных проблем позволит резко повысить
отдачу существующего геотермального производства и решить значительные энергетические проблемы, связанные с замещением традиционных органических топлив и обеспечением промышленности минерально-сырьевыми ресурсами.
Области применения и эффективность использования геотермальных вод зависят от их энергетического потенциала, общего запаса и дебита скважин, химического состава, минерализации, агрессивности вод, наличия потребителя и его удаленности и некоторых других факторов. Наиболее эффективной областью применения геотермальных вод является отопление, горячее и техническое водоснабжение объектов различного назначения. Максимальный энергетический эффект достигается созданием специальных систем отопления с повышенным перепадом температур. Наиболее простыми и экономичными являются системы с непосредственной подачей воды в систему теплоснабжения. Для таких систем нужен геотермальный теплоноситель высокого качества, при использовании которого процессы солеотложения и коррозии практически отсутствуют. Однако ресурсы таких вод незначительны, следовательно, на практике чаще всего используются системы с применением промежуточных теплообменников или с предварительной водоподготовкой. В условиях реформирования жилищно-коммунального хозяйства наиболее эффективными являются локальные системы теплоснабжения на основе передовых технологий. Практически во всех регионах России имеются значительные запасы низкопотенциальных термальных вод, которые успешно можно использовать в системах теплоснабжения с тепловыми насосами.
Из накопленного в последние десятилетия опыта освоения тепловой энергии земных недр следует, что гидрогеотермальные ресурсы успешно используются во многих странах мира для производства электроэнергии и тепла, удовлетворяя при этом самые разные потребности хозяйственной деятельности человек.
2. РЕСУРСЫ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД
2.1 ПРЕДКАВКАЗСКИЙ АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН
Как было сказано выше, по характеру распространения и условиям залегания термальных вод выделяются три типа водонапорных систем: пластовые в платформенных областях, пластовые в краевых прогибах и межгорных впадинах и трещинно-жильные.
Системы пластового типа формируются в платформенных областях, межгорных впадинах и краевых прогибах с относительно спокойным тепловым полем и постепенным нарастанием температуры и минерализации воды с глубиной.
Водоносные системы трещинно-жильного типа приурочены к складчатым областям, и в отличие от пластовых систем термальные воды циркулируют по сложной системе тектонических трещин.
Основные ресурсы теплоэнергетических вод сосредоточены в трех крупных регионах России, Предкавказском, Западно-Сибирском, в области развития современного вулканизма (Камчатка и Курильские острова).
В гидрогеологическом отношении территория Предкавказья представляет собой сложную пластовую водонапорную систему, включающую ряд взаимосвязанных артезианских бассейнов: Азово-Кубанский, Терско-Кумский, Терско-Сунженский и Восточно-Дагестанский. В административном отношении на этих территориях расположены Краснодарский и Ставропольский края, Адыгейская, Дагестанская, Чеченская, Ингушская, Кабардино-Балкарская, Северо-Осетинская и Карачаево-Черкесская Республики.
Гидрогеолого-геотермическими исследованиями, проведенными ВСЕГИНГЕО, Институтом проблем геотермии ДНЦ РАН, СевероКавказским территориальным геологическим управлением и другими организациями, предкавказский артезианский бассейн наиболее детально изучен по сравнению с другими территориями. На большей части территории бассейна выделяют три гидрогеотермических этажа, изолированных друг от друга мощными водонепроницаемыми толщами сарматских и майкопских глин: плиоценовый, миоценовый и мезозойский.
В плиоценовом этаже наиболее водообильными и подробно изученными являются водоносные горизонты бакинского и апшеронского ярусов. Температура вод в зависимости от глубины залегания (300—700 м) водоносных горизонтов применяется от 25 до 60 °С, минерализация на подавляющей территории варьирует в пределах 0,5—1,5 г/л. Скважины, вскрывающие водоносные горизонты, дают самоизливающиеся воды с высотой пьезометрического уровня от 10 до 35 м и более над поверхностью земли. Воды плиоценового гидрогеотермического этажа формируются за счет инфильтрации атмосферных осадков, поверхностных вод и конденсации атмосферной влаги в областях питания артезианского бассейна. Прогнозируемые эксплуатационные ресурсы подземных вод этой части разреза бассейна составляют 16,7 млн м3 /сут, из которых более 1,5 млн м3 /сут являются водами со средней температурой 40 °С .Средний, миоценовый гидрогеотермический этаж, перекрытий сарматской глинистой толщей, состоит из слабосцементированных высокопористых водоносных отложений караганских и чокракских горизонтов. Суммарная мощность этажа уменьшается от 2300—2400 в предгорной полосе до 600—1000 м в северной части прогиба. Глубина залегания кровли в этом же направлении растет от 600 в предгорьях до 3500— 4000 м в осевой части Терско-Каспийского прогиба. Коллекторы суммарной мощностью 200—700 м содержат мощную водонапорную систему термальных вод с минерализацией от 3—5 до 10—35 г/л, температурой 60—130 °С и дебитами скважин от 500 до 5000 м3 /сут при избыточных давлениях от 0,3 до 1,5 МПа. Суммарные потенциальные эксплуатационные ресурсы миоценового этажа составляют 1 млн м3 /сут.
Ресурсы миоценового этажа сформулированы из инфильтрационных поверхностных вод и вод мезозойских отложений при их миграции вдоль тектонических нарушений.
Мезозойский гидрогеотермический этаж самый мощный и широко распространенный, сложен толщей песчано-глинистых и карбонатных пород мелового, юрского и триасового периодов. К нему приурочены высокоминерализованные термы хлориднонатриевого и кальциевого состава с минерализацией 60—210 г/л и пластовыми температурами 130—220 °С и выше. Газовый фактор в этих водах достигает 5 м3 /м3 и более. Характерной чертой пластовых вод мезозойского этажа является высокое содержание лития, рубидия, цезия, йода, брома, бора, калия, магния, стронция, что делает их промышленным гидроминеральным сырьем.
Мощность мезозойского гидрогеотермического этажа колеблется от 1000—1200 м в Прикумской области до 4000—5000 м и более 58 в Терско-Сулакском прогибе при максимальной глубине бурения до 10—12 км. Потенциальные ресурсы геотермальных вод и рассолов мезозойского комплекса составляют 2,6 млн м3 /сут.
Генезис вод мезозойского этажа преимущественно седиментационно-элизионный со значительной долей восходящих глубинных флюидов, которые мигрируют субвертикально из подкоровых горизонтов вдоль глубинных разломов в кристаллическом фундаменте. Тепловой режим в бассейне в основном формируется тепловым потоком, идущим с больших глубин, литологическим составом пород, геолого-структурными особенностями и движением подземных вод. Преобладающее влияние на геотермический режим бассейна оказывает глубинный тепловой поток. Большое значение в распределении тепла, идущего с глубин, имеет теплопроводность горных пород. Из пород, слагающих геологический разрез бассейна, самым низким коэффициентом теплопроводности характеризуются мощные толщи майкопских глин, способствующие сохранению тепла. Майкопские и сарматские глины выполняют функции теплоизолирующих покрышек. При погружении водоносных комплексов и возрастании мощности теплоизолирующей покрышки абсолютные величины температур возрастают при постоянном сокращении темпа их приращения. В то же время различие в теплопроводности пород в зависимости от глубины несколько сглаживается и, как следствие, из этого роль литологического фактора в распределении температур в глубоких горизонтах должна уменьшаться, а роль глубинного теплового потока возрастать, что вытекает из зависимости между теплового потока, коэффициентом теплопроводности и геотермическим градиентом.
Определенное влияние на геотермическую обстановку оказывают геолого-структурные факторы. В тектонически активных поясах установлена резкая дифференциация теплового потока. Низкие его значения наблюдаются в краевых прогибах и в межгорных и неотектонических впадинах, высокие — в антиклинальных сводовых поднятиях. Поэтому глубина геоизотермической поверхности обычно уменьшается в сводовых частях антиклиналей и увеличивается на синклинальных структурах.
На рис.2 приведена схематическая карта глубин залегания геоизотермы 100 °С. Зона наименьших глубин залегания геоизотермической поверхности 100 °С (1500—1600 м) занимает нижнюю часть Ставропольского поднятия, включая участки на его восточном и западном склонах. К северу и югу от этой зоны наблюдается увеличение глубин геоизотермической поверхности.
Рис. 2 Схематическая карта глубин залегания геоизотермы 100 °С для ВосточноПредкавказского артезианского бассейна
В Терско-Сунженской области в передовых хребтах температуры на тех или иных гипсометрических горизонтах выше, чем в соседних прогибах. Наиболее глубокие прогибы находятся на юге бассейна, водоносные комплексы донеогенных отложений поднимаются к северу и в этом же направлении происходит движение потока вод. Движение подземных вод приводит к охлаждению областей питания и прогреванию областей разгрузки.
Предкавказье является наиболее перспективным регионом России для освоения геотермальной энергии. Высокие температуры недр удачно сочетаются с мощными водоносными комплексами, где имеются огромные запасы низко-, средне- и высокопотенциальных термальных вод. Низкопотенциальные воды предлагается использовать для отопления, горячего водоснабжения и использования для различных технологических нужд. Но для этого необходимо решить сложную задачу эффективной утилизации тепла таких вод. Освоение среднепотенциальных вод связано с разработкой передовых технологий двухконтурных систем использования тепла и изучением гидродинамических и тепловых процессов, протекающих в различных элементах систем при эксплуатации. Наиболее перспективными для освоения являются высокопотенциальные рассольные воды с разработкой технологий комплексного извлечения тепловой и потенциальной энергий, сопутствующих газов и минеральных солей, и оптимизацией различных термодинамических циклов, реализуемых в установках по утилизации.
2.2 ЗАПАДНО-СИБИРСКИЙ АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН
Западно-Сибирский платформенный артезианский мегабассейн, где административно расположены полностью или частично Курганская, Тюменская, Омская, Новосибирская и Кемеровская области, Красноярский и Алтайский края, Ямало-Ненецский национальный округ, в геолого-структурном плане представляет собой обширную впадину площадью 3,5 млн км2 , сложенную мощными (до 10 км) осадочными отложениями от юрского до четвертичного возраста. Термальные воды Западно-Сибирского бассейна постепенно начинают использоваться главным образом одновременно с освоением нефтяных и газовых месторождений.
Регионально распространенной толщей глинистых пород туронско-олигоценового возраста мощностью до 800 м разрез осадочного чехла бассейна подразделяется на два гидрогеологических этажа. Верхний этаж, сложенный олигоцен-четвертичными песчаными породами, на большей части бассейна находится в зоне активного водообмена, содержат пресные воды инфильтрационного генезиса. Нижний гидрогеологический этаж, включающий породы от фундамента до меловых включительно, относится к зоне затрудненного водообмена. Он по всей площади, кроме периферийного пояса шириной 20—200 км, надежно изолирован от влияния поверхностных факторов, имеет мощность 2—6 км и содержит воды с минерализацией обычно 10—30 г/л. В составе этажа выделяют пять гидрогеологических комплексов: палеозой-триасовый, нижнесреднеюрский, берриас-валанжинский, неокомский и апт-сеноманский.
Основные запасы термальных вод заключены в апт-сеноманском и неокомском водоносных комплексах, которые отличаются от других комплексов высокой водообильностью и самоизливом из скважин. Неокомский водоносный комплекс объединяет песчано-глинистые отложения мощностью до 800 м. Мощность проницаемых песчаных пластов изменяется от 5 до 40 м, пористость 10—22 %, проницаемость до 10–12 м 2 . Дебиты скважин, вскрывших водоносные пласты, изменяются от 100 до 800 м3 /сут. и более. Избыточные напоры достигают 140—160 м. Апт-сеноманский водоносный комплекс сформирован песчано-глинистыми алевритовыми отложениями мощностью до 1000 м. Пористость песчаных пород в сеноманской части разреза нередко превышает 25—30 %, проницаемость достигает 2æ10–12 м 2 . Высокие фильтрационные свойства и большая мощность водоносных пород обеспечивают большие дебиты, достигающие на самоизливе до 2— 4 тыс. м3 /сут.
Максимальная зарегистрированная температура пород составляет 160 °С на глубине 4940 м на Надымской площади. Температура подземных вод в низах осадочного чехла периферии бассейна приблизительно равна 10—20 °С. В центральной зоне температура кровли доюрских пород составляет в Салымском районе 120— 140 °С, на Сургутском своде 90—115 °С, на Нижневартовском своде 105—125 °С. Высокой температурой 135—140 °С характеризуется Красноленинский свод.
Температура подземных вод в кровле неокомского водоносного комплекса изменяется от 10—15 °С по периферии бассейна до 80— 90 °С на Красноленинском своде. Температура в кровле комплекса составляет 40—70 °С, причем наиболее высокие значения отмечены в Шаимском и южной части Березовского района (50—75 °С). Салымский и примыкающие к нему районы характеризуются температурами более 80 °С, на Сургутском своде 55—60 °С, на Нижневартовском своде 65—73 °С.
В кровле апт-сеноманского комплекса температура подземных вод изменяется от 0 до 45 °С. По периферии бассейна развиты наиболее холодные воды, их температура не превышает 20 °С. В центральной зоне максимальная температура (более 40 °С) установлена на Красноленинском своде и в Салымском районе.
В Западно-Сибирском мегабассейне происходит нарастание температуры подземных вод от периферии к центральным районам, вызванное погружением водоносных комплексов. Подземные воды Западно-Сибирского мегабассейна характеризуются малой минерализацией (в среднем 20 г/л), значительным содержанием водорастворенных органических веществ и газов углеводородного состава. Основная региональная гидрохимическая зональность заключается в последовательной смене вод инфильтрационного генезиса с минерализацией 1—5 г/л, развитых в окраинных частях мегабассейна, хлоридно-кальциевыми водами с минерализацией до 15—20 г/л по мере продвижения к центральным областям. Газонасыщенность подземных вод возрастает от окраин мегабассейна к центральной части, достигая в наиболее погруженных частях до 5 м3 газа (в основном метана) в 1 м3 воды. Воды мегабассейна седиментогенные, их формирование связано с накоплением осадков в опресненных внутренних морских водоемах и континентальных условиях. Запасы тепла по неокомскому и апт-альбскому комплексам при насосном способе эксплуатации скважин эквивалентны 27 млн т у.т/год.
2.3 КАМЧАТКАЯ И КУРИЛЬСКАЯ СИСТЕМЫ СОВРЕМЕННОГО ВУЛКАНИЗМА
Среди трещинных водонапорных систем к наиболее перспективным для освоения термальных вод и парогидротерм относятся Камчатская и Курильская системы современного вулканизма (табл. 3).
На Камчатке все перспективные районы распространения термальных вод и парогидротерм приурочены к горно-складчатым структурам или к вулканическим зонам. Минерализация термальных вод невысокая и редко превышает 3 г/л, минерализация парогидротерм достигает 5 г/л. Все месторождения термальных вод и парогидротерм относятся к трещинно-жильному типу. Суммарные запасы высокопотенциального теплоносителя температурой выше 100 °С, в виде пара или пароводяной смеси, соответствуют прогнозной электрической мощности ГеоЭС до 1000 МВт, а прогнозные запасы термальных вод температурой до 100 °С на крупных термоисточниках составляют 814,6 тыс. м3 /сут с запасами тепла 16 млн Гкал/год. По данным института Вулканологии Дальневосточного отделения РАН уже выявленные геотермальные ресурсы позволяют полностью обеспечить Камчатку электроэнергией и теплом более чем на 100 лет. Наряду с высокотемпературным Мутновским месторождением на юге Камчатки, известны значительные запасы геотермальных ресурсов на Кошелевском, Больше-Банном, а также на севере Камчатки —Киреун?