Мутновская ГеоГЭС на Камчатке: особенности использования энергии гейзеров

Двадцатый век жители Камчатки провожали при свечах, дома топили буржуйками. Проблемы энергетических ресурсов всегда остро стояли на полуострове. Делать ставку на привозной мазут и солярку, разрабатывать собственные месторождения каменного угля или искать альтернативные источники энергии? Хорошим примером станции, использующей потенциал горячего пара из земных недр, стала Мутновская гидротермальная электростанция.

Что такое геотермальная энергия

По мнению ученых-геофизиков, температура ядра Земли составляет от 3 000 до 6 000°С. Предполагают, что в подошве земной коры на глубине 10-15 км значение температуры падает до отметки в 600-800°С, в океанах всего лишь 150-200°С. Но и этих температур достаточно для выполнения работы. Главными источниками разогрева недр являются уран, торий и радиоактивный калий. О мощи внутренней энергии свидетельствуют землетрясения, извержения сотен вулканов, гейзеры.

Геотермальной называют энергию тепла, которое выделяют внутренние зоны Земли на поверхность. Использовать её возможно в районах сейсмической и вулканической активности. Там, где тепло земли поднимается вверх в виде горячей воды и пара, вырываясь наружу фонтанирующими источниками (гейзерами). Эффективно используют геотермальную энергию в таких странах: Венгрия, Исландия, Италия, Мексика, Новая Зеландия, Россия, Сальвадор, США, Филиппины, Япония.

Геотермальные источники классифицируют на выделяющие

• сухой горячий пар,
• влажный горячий пар,
• горячую воду.

По мнению специалистов, с 1993 по 2000 год выработка электричества при помощи геотермальной энергии выросла в мире более чем в два раза. В западной части США за счет горячих вод из недр Земли обогревают почти 200 домов и ферм. В Исландии почти 80% жилого фонда согревается благодаря воде, добытой в геотермальных скважин вблизи городка Рейкьявик.

Как строилась Мутновская ГеоЭС

А как возможности геотермальной энергии используются в России? Ещё в шестидесятые годы прошлого века основная проблема СССР состояла не в недостатке ресурсов, а в трудности доставки энергии через огромные территории. Советские ученые предлагали смелые и неожиданные проекты: поворот на юг северных рек, использование энергии морских приливов и действующих вулканов.

Первым удачным решением по использованию альтернативной энергии стало строительство на Камчатке Паужетской геотермальной станции. Ее мощности хватило для обслуживания ближних поселков: Озерновский, Шумный, Паужетка и рыбоконсервных заводов в округе. Источниками энергии выступили вулканы Камбальный и Кошелев.

Дальше - больше. В 1987 году выходит Постановление ЦК КПСС "О комплексном развитии Дальневосточного экономического района". В документе проговаривается значимость геотермальных ресурсов Камчатки. Принимается решение о строительстве и вводе в строй к 1997 году Мутновской ГеоТЭС, мощностью 50 000 кВт. Предполагается увеличение мощности станции к 1998 году до 200 000 кВт.

Планам сбыться не удалось. Советский Союз распался. Для реализации проекта по строительству геотермальной станции на Камчатке в 1994 году создается ОАО "Геотерм". Первую очередь Мутновской ГеоЭС ввели в строй только в 2001 году. После запуска второго блока в 2002 году станция вышла на рабочую мощность 50 МВт. К настоящему времени введены в эксплуатацию три очереди энергоблоков, пять турбин, что позволяет станции стабильно функционировать и вырабатывать дешевую электроэнергию.

Всего на территории МГеоЭС -1 пробурено около 90 скважин. Для поддержания мощности в 2008 году введена в строй рабочая скважина Гео-1. Вместе с Верхне-Мутновской ГТЭС станции снабжают электроэнергией более третьей части Камчатского края.

Каковы принципы работы гидротермальной станции

Как тепло внутри земной коры преобразовать в электрическую энергию? В основе процесса лежат достаточно простые действия. Через специальную нагнетающую скважину под землю закачивается вода. Образуется своеобразный подземный бассейн, выполняющий роль теплообменника. Вода в нем нагревается и превращается в пар, который через эксплуатационную скважину подается на лопасти турбины, соединенные с осью генератора. При внешней простоте процесса, на практике возникают эксплуатационные проблемы:

• геотермальная вода нуждается в очистке от растворенных газов, которые разрушают трубы и негативно влияют на экологию;
• высокая температура кипения воды ведет к потере части энергии с конденсатом.

Поэтому инженеры разрабатываю новые схемы, каждая станция имеет свои конструкционные особенности.

Какие конструктивные особенности у Мутновской ГеоЭС

Недостатков, описанных выше , лишен бинарный цикл. В этом случае геотермальную воду в теплообменниках нагревает относительно низко кипящий теплоноситель. Турбина раскручивается в режиме замкнутого цикла. Результат:

• минимизируются выбросы вредных веществ в атмосферу;
• более высокий КПД установки;
• возможность пользоваться водой температуры ниже 100°С.

Принцип действия родственный бинарному блоку предложили конструкторы Мутновской ГеоЭС (ОАО "Геотерм"). Необходимость такого технического решения диктовалась анализом работы Верхне-Мутновской ГТЭС. На станции большое количество сепарата с температурой равной 150°С (около 1000 т за ч) не использовалось и закачивалось обратно в резервуар.

Рациональное использование избытков тепла позволит получать более 13 МВт электроэнергии без привлечения дополнительных ресурсов для бурения геотермальных скважин и добычи теплоносителей.

В настоящее время энергоустановка МГеоЭС состоит из двух контуров. В первом рабочим телом является геотермальный теплоноситель. Из него в расширитель поступает пар и сепарат. Во втором контуре применяется органическое рабочее тело.

В чем основные преимущества и недостатки геотермальной энергетики

Такой способ получения энергии обладает рядом очевидных достоинств.

• ГеоЭС не нуждаются в топливе, запасы которого ограничены.
• Все расходы на эксплуатацию сводятся к расходам на регламентированные работы по плановой замене комплектующих деталей.
• Не требуют дополнительной энергии для технологических нужд. Дополнительное оборудование заитывается от добываемых ресурсов.
• Возможно попутно производить опреснение морской воды (Если станция расположена на морском побережье)
• Условно считаются экологически чистыми. Потому что основная я масса недостатков привязана к вопросам экологичности объектов.

Внимательно посмотрев на фотографии Мутновской гидротермальной станции, вы будете удивлены. Никакой грязи и копоти, аккуратные чистенькие корпуса с клубами белого пара. Но не все так чудесно. Есть у геотермальных электростанций свои недостатки.

• При расположении вблизи населенных пунктов жителей беспокоит производимый предприятием шум.
• Постройка самой станции обходится дорого. А это сказывается на стоимости конечного продукта.
• Сложно заранее предугадать, что пойдет из скважины на глубоких слоях: минеральная вода (не обязательно целебная), нефть или токсичный газ. А это уже вопросы безопасности населения. Конечно, здорово, если геологи наткнутся при бурении на пласт полезных ископаемых. Но это открытие может полностью поменять образ жизни населения. Поэтому местные власти неохотно дают разрешения даже на проведение изыскательских работ.
• Возникают трудности с выбором места для будущей ГеоЭС. Ведь если источник тепла потеряет со временем свой энергетический потенциал, деньги будут потрачены впустую. Кроме того в районе станции возможны провалы грунта.

Как выбирали место для строительства Мутновской ГеоЭС

Как театр начинается с вешалки, так ГеоЭС берет начало со скважины. Геолого-разведочные работы в районе Мутновского вулкана начались в 1950-х годах. Была проведена оценка мощности геотермального месторождения и разработан проект геотермальной электростанции. К середине 90-х годов построена ЛЭП и дорога. В подошве вулкана Мутновский за время геологоразведки пробурили около 100 скважин различного назначения. Ведь не каждое бурение заканчивается успехом, зачастую приходилось мириться с "геологическими неудачами". Рабочие скважины постепенно зарастают отложениями солей, растворенных в пароводяной смеси. Поэтому процесс разведки новых месторождений идет постоянно до сих пор. Экологи запрещают сбрасывать сепарат (остатки вещества после разделения пара и жидкости) на почву. Приходится дополнительно бурить скважины в местах реинжекции для закачки сепарата в грунт.

Чем Мутновская ГеоЭС лучше зарубежных аналогов

Гидротермальная станция на Камчатке превосходит зарубежных конкурентов по нескольким параметрам.

• Экологической безопасности. Она достигается за счет исключения прямого контакта геотермального теплоносителя и окружающей среды. Большой плюс - закачка сепарата глубоко под землю.
• Защитой оборудования от процессов коррозии и отложения солей. Применяется современная технология добавления присадки пленкообразующих аминов.
• Принципом блочно-модульного строительства. Это позволило в разы сократить время ввода станции в эксплуатацию.

Где находится Мутновская геотермальная станция

Мутновская сопка — это сложный вулканический массив. Его высота 2323 м над уровнем моря. На склонах находятся разнообразные формы современной газогидротермальной деятельности. Здесь, у подножия вулкана, в 116 км от города Петропавловска-Камчатского располагается Мутновская ГеоЭС. По данным геологической разведки здесь находится богатое геотермальное месторождение, запасы его оцениваются примерно в 300 МВт.

В каком режиме функционирует

Высокий уровень автоматизации позволяет эксплуатировать оборудование минимальному количеству персонала. В центре управления ведется круглосуточное наблюдение за приборами, которые точно указывают количество и качество воды, пара и энергии на выходе.

Сотрудники работают вахтовым методом. Смена продолжается 15 дней. Дорога к станции лежит через Мутновский перевал, иногда даже в июле занесенный снегом, поэтому случаются задержки персонала на пару дней в пути.

Для работников в двадцати минутах ходьбы построено комфортное общежитие. Есть комната отдыха, тренажерный зал, библиотека, сауна, бассейн.

Интересные факты о Мутновской ГеоЭС

• Мутновская ГеоЭС-1 построена и действует в суровых климатических условиях на высоте 780 м над уровнем моря. У подножия вулкана сила ветра подчас достигает 50 м/с, а погода сменяется несколько раз за день. Из-за этого на станции часто случаются нештатные ситуации.
• Ближайшие населенные пункты находятся в 60 км.
• У станции нет аналогов в России, она относится к одной из современных геотермальных электростанций в мире. Часть оборудования разрабатывали специально под местные условия. Эти образцы считаются российскими ноу-хау.
• Строительство станции велось на средства, полученных в кредит от Европейского Банка реконструкции и развития и частично на деньги российских инвесторов. В 2002 году РАО ЕЭС России вложило в стройку 506 млн рублей.
• Себестоимость электроэнергии МГеоЭС составляет около 3,66 рубля за КВт. Для сравнения: дизельные электростанции на изолированных территориях вырабатывают электричество по цене 60 рублей/КВт.

Чем привлекательны окрестности Мутновской сопки

Камчатка - это туристический рай, места малохоженные и безумно красивые. Окрестности Мутновского вулкана пользуются особенной популярностью среди туристов. Путешественников сюда привлекают удобное расположение в 120 км от Петропавловска-Камчатского и дорога, в окружении живописных сопок и жерл вулканов, густых лесов и быстрых рек. С нескольких смотровых площадок открываются отличные виды на Вилючинскую сопку, высота которой 2175 метров.

Здесь повсюду снуют местные суслики, торбаганы, лисы, а на склонах сопок частенько заметны очертания бурых медведей. Встречаются мишки и по берегам рек, лакомятся рыбой!