Геотермальная энергия — самый экологически чистый, самый дешевый и практически неисчерпаемый источник энергии. Россия обладает огромными запасами геотермального тепла, энергия которого потенциально в 8–12 раз превышает потенциал всех углеводородных видов топлива.

Самым богатым регионом РФ по запасам геотермальной энергии для применения тепловых насосов и установок на низкокипящих рабочих телах является Западная Сибирь. О перспективах развития такой энергетики в РФ в ходе Открытого интервью рассказал профессор кафедры тепловых электрических станций Новосибирского государственного технического университета, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники Сергей Елистратов. Ведущий беседы — главный редактор «ЭПР» Валерий Пресняков.

Работа на перспективу

— Сергей Львович, что такое геотермальная энергетика сегодня?

— Геотермальная энергетика — развивающееся направление, связанное с использованием ВИЭ. Такая энергетика, основанная на стабильном источнике тепла, которое находится внутри Земли, способна обеспечить человечество электрической и тепловой энергией на долгие годы вперед. Однако промышленные технологии для этого либо не развиты, либо являются пока весьма дорогостоящими.

Россия была первопроходцем в геотермальной энергетике — в 60–70-х годах прошлого века на Камчатке. Институт теплофизики провел испытание первой в мире геотермальной фреоновой энергоустановки проектной мощностью 850 кВт. Она работала на воде с температурой 70 градусов. Однако мы не стали развивать это направление, в отличие от США и Израиля.

Считаю, что в РФ в ближайшие годы должен наступить ренессанс этого направления. Нам нужны мобильные установки, способные работать не только в геотермальной энергетике, но и для утилизации сбросного тепла промышленных предприятий.

— В ряде стран, например в Германии и США, домохозяйства активно используют тепловые насосы, там масштаб таких установок миллионный, у нас же их единицы. Чем обусловлена такая разница?

— Причина заключается в нашем богатстве и менталитете. В России много газа, угля, лесов и, соответственно, дров. Мы привыкли к тому, что можно, не вкладывая много усилий в развитие новых технологий, использовать то, что лежит под ногами. У нас сейчас есть все необходимые ресурсы для производства тепла в достаточном количестве. То есть перед Россией не стоит остро задача получения электроэнергии за счет каких-то других источников. Но тепловые насосы могут существенно улучшить экологию и снизить затраты на теплоснабжение. И наше население начинает это уже понимать.

— Какова вероятность, что мы будем использовать геотермальную энергетику в ближайшие годы?

— Такая вероятность есть, прежде всего, в отдаленных районах — на Дальнем Востоке, северных территориях, где можно получить электроэнергию, используя ресурсы подземного тепла. В перспективе при развитии геотермальной генерации мы сможем в любом месте, пробурив скважины и создав циркуляционные контуры, обеспечить себя теплом и электроэнергией в локальном масштабе, невзирая на то, что не подсоединены к внешним центральным линиям электропередачи.

Есть мнение, что геотермальная энергетика связана только с производством электроэнергии и тепла. На самом деле это кладезь богатых сырьевых ресурсов с точки зрения современной техники. Я имею в виду литиевые системы накопления электроэнергии. Литий можно добывать из подземных водных растворов. Такие месторождения есть на Северном Кавказе и у нас, в Сибири. Сейчас практически все сырье для производства лития импортируется. Мы предлагаем извлекать горячие рассолы, богатые литием, из земли, производить за счет их тепла электроэнергию и при помощи химических технологий гидрометаллургии вычленять редкие металлы, в которых нуждаются современная энергетика и микроэлектроника.

Энергия будущего

— Научный руководитель Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко как-то сказал, что более серьезное финансирование геотермальных технологий будет возможно после веских научных доказательств их работоспособности и рентабельности. Складывается впечатление, что работоспособность таких технологий бесспорна, а вот рентабельность пока под вопросом. Так ли это?

— Вы правы, рентабельность под вопросом из-за очень дорогостоящей подземной части геотермальных станций. Необходимо бурить скважины на большие глубины для добычи высокотемпературных рассолов. То есть нужно решать целый комплекс вопросов в части сейсморазведки, геологоразведки и строительства таких станций.

Надземная же часть апробирована, во многом понятна, хотя и там еще есть технологии, которые предстоит развивать. В случае, если имеются самоизливающиеся источники, эти геотермальные технологии сразу становятся рентабельными. Примером рентабельного производства тепловой энергии для коммунального теплоснабжения являются тепловые насосы, использующие теплоту артезианской воды или же поверхностных источников, как на озере Байкал.

— Вы участвовали в разработке проекта по развитию геотермальной энергетики в РФ. В чем его суть?

— Действительно, формируется комплексный научно-технический проект полного инновационного цикла (КНТП) «Технологии геотермальной энергетики». Его цель — разработка и внедрение экономически выгодных и экологически чистых передовых отечественных технологий геотермальной энергетики для решения задач энерго- и теплоснабжения различных регионов России, включая отдаленные, на основе имеющихся и перспективных гидротермальных и петротермальных теплоисточников, энерго- и ресурсосбережения в различных отраслях промышленности и коммунального хозяйства с получением значимых социально-экономических эффектов.

Геотермальная энергетика делится на два подраздела. Это гидрогеотермальная энергетика, где используется тепло подземных источников нагретой воды, то есть приповерхностное тепло. И петротермальную — это тепло сухих пород с температурой до 350 градусов на глубинах от 3 до 10 км. Петротермальная энергетика имеет ряд преимуществ. Возможность непрерывного производства энергии в любом месте Земли. Отсутствие экологических последствий и эмиссии вредных газов, в том числе парникового СО₂. Не надо хранить первичную энергию — она хранится внутри Земли, а такая станция не займет много места. Главный плюс — это неисчерпаемый источник энергии, его хватит для дальнейшего развития нашей цивилизации.

Схема петротермальной технологии простая — бурится скважина, подает наверх с большой глубины воду в виде пара, который подается на турбину с электрогенератором. Конденсат возвращается обратно в землю, то есть образуется циркуляционный контур воды. Кстати, американцы планируют сделать такие скважины к 2030 году и достичь цены за геотермальную энергию в размере 6 центов за кВт•ч. Это уже сопоставимо с ценами топливной энергетики. В 2020 году в США затраты на НИОКР по глубинному теплу составили $69 млн.

Возвращаясь к КНТП. Планируем завершить с коллегами разработку дорожной карты проекта, подать в Минобрнауки России, которая рассмотрит НИОКР и финансовую часть. Далее КНТП будет передана для рассмотрения в Госкомиссию, где будет решаться вопрос о ее финансировании. Для реализации проекта, запланированного на 2023–2030 годы, требуется 15 млрд рублей.

— На каких направлениях программы сейчас сфокусировано ваше внимание?

— В приоритете три направления. Обоснование и развитие подходов к созданию новых и модернизации существующих энергоблоков ГеоЭС на пароводяных и бинарных циклах, включая развитие топливно-геотермальных систем. Развитие и масштабное применение геотермальных систем теплоснабжения, в том числе на базе тепловых насосов. Развитие технологий извлечения из термальной воды ценных химикатов с приоритетом на литий.

Бизнес заинтересовался

— Используется ли уже в России петротермальная энергетика? Может быть, экспериментально?

— Пока нет. Первые пробные разработки есть в США, и, по последней информации, Финляндия пытается реализовать пилотные объекты. Дело в том, что нужно создавать очень глубинные скважины. Это связано с высокими капитальными затратами. Развитие петротермальной энергетики — это развитие на будущее. А в широком промышленном масштабе — на вторую половину XXI века и далее. К этому времени появятся соответствующие технологии, и мы будем по-другому относиться к энергетике, основанной на органических видах топлива.

Такую энергетику можно развивать на Северном Кавказе, Курильских островах, Сахалине, Камчатке, в Западной Сибири. Казалось бы, откуда в таком холодном регионе, как Западная Сибирь, подобные источники? Дело в том, что при бурении скважин из земли вместе с нефтью поступает вода с больших глубин. Отделяя нефть, мы получаем воду с достаточно высокой температурой, которую можно использовать для выработки электроэнергии.

Таким образом, электроэнергию можно производить на месте. Например, для технологий получения сырья для производства лития или доизвлечения нефти из уже обедненных нефтью скважин. В итоге уменьшается зависимость от дорогостоящего привозного дизельного топлива. В Западной Сибири порядка 2 тысяч таких глубинных скважин, где мы могли бы применить эти технологии.

— Заинтересовались ли нефтяные компании вашими предложениями?

— Да, «Газпромнефть» в Томской области очень заинтересована в развитии этих технологий и финансирует опытные геотермальные установки, которые могли бы извлекать электроэнергию из пластовых вод, являющихся побочным продуктом нефтедобычи.

— Кто, на ваш взгляд, будет основным заказчиком по вашему проекту?

— «РусГидро» — организация, которая отвечает за развитие возобновляемой энергетики в РФ и за развитие энергетики дальневосточных территорий. Институт теплофизики в данном случае выступает в качестве интегратора этих работ. Предполагаем, что ответственным исполнителем и координатором КНТП от государства станет Минэнерго РФ. У нас были соответствующие переговоры по этому вопросу.

— Сталкиваетесь ли вы со скептическим отношением научного сообщества и энергетиков к этому направлению?

— Конечно. Но реагируем следующим образом: делай, что должно, а дальше — что получится.
Одной из задач, которые мы ставим, является разработка комплексных подходов к геотермальной энергии, и это то, что может объединить людей, которые занимаются выработкой электроэнергии. Кому нужна чистая тепловая энергия для теплоснабжения. Кому нужны продукты гидрометаллургии — ценные компоненты для микроэлектроники. Кто занимается бальнеологией — лечением с помощью специальных грязей и минеральных вод.