Перспективы развития геотермальной энергетики в Республике Дагестан

08.05.2021 JeeesAdmin 2021-01 0

Аликеримова Тамила Давлетхановна[0000-0002-1815-1742]1,

Ниналалов Саид Ахмедханович[ 0000-0002-8303-5019]1,2

1Дагестанский государственный университет (ДГУ), Махачкала, Россия

2Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики – филиал Объединенного института высоких температур РАН (ИПГВЭ ОИВТ РАН), Махачкала, Россия

1E-mail: tamila@list.ru

2E-mail: said2706@gmail.com

Аннотация. Рассмотрено несколько перспективных проектов, разработанных в последние годы учеными ДГУ и ИПГВЭ ОИВТ РАН в целях освоения потенциала геотермальной энергетики Дагестана. Комбинированная геотермально-парогазовая энергетическая система, комбинированная гелио-геотермальная теплонасосная система, строительство бинарных ГеоЭС с использованием выработанных нефтяных и газовых месторождений, технология переработки сероводорода при обычных температурах с получением водорода и серы, комплексное освоение высокопараметрических минерализованных гидрогеотермальных ресурсов – все эти проекты имеют высокую экономическую эффективность и перспективны для внедрения.

Ключевые слова: геотермальные месторождения, геотермальные воды, освоение ресурсов, экономическая эффективность.

Центральная и северная низменные зоны Дагестана богаты высокоминерализованными геотермальными источниками. Высокая стоимость делает экономически невыгодной разработку скважин термальной воды. Но практически беззатратными её источниками являются выработанные нефтяные и газовые месторождения, которыми изобилует равнинный Дагестан [1]. А экономическая целесообразность добычи и использования геотермальных ресурсов следует из того, что они содержат большое количество ценных компонентов.

Чтобы обеспечить высокую экономическую эффективность термальных вод, необходимо максимально использовать тепловой потенциал, чего можно достигнуть при комплексном использовании этих вод. Необходимо отметить, что эксплуатация большинства геотермальных месторождений ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после потребителя термальные воды сбрасываются с Т = 50-70°С. Полезно используется примерно 1/5 теплового потенциала термальной воды.

Низкий уровень эксплуатации месторождений и огромная разница между значительными запасами геотермальной энергии и малой ее используемой частью объясняется некоторыми специфическими 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;

—       одноразовость использования термальных вод в системе теплоснабжения и сравнительная их температура.

В связи с этим возникают научно-технические и технологические проблемы геотермальной энергетики, основными из которых являются:

—       освоение технологий строительства высокодебитных скважин с горизонтальными столами в продуктивном горизонте;

—       перевод бездействующих скважин на выработанных нефтяных и газовых месторождениях для добычи геотермального флюида;

—       широкое освоение ГЦС (геотермальных циркуляционных систем);

—       разработка эффективных методов борьбы с коррозией и солеотложением;

—       разработка эффективных технологий утилизации низкопотенциального геотермального тепла.

Области применения и эффективность использования геотермальных вод зависят от их энергетического потенциала, общего дебита и запаса скважин, химического состава, минерализации, агрессивных вод, наличия потребителя и т.д. 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.

Ученые ИПГВЭ ОИВТ РАН и ДГУ предлагают к реализации несколько высокорентабельных проектов, связанных с освоением геотермальных вод (ГТВ).

Комбинированная геотермально-парогазовая энергетическая система (ГПЭС) [2]. Термальные воды могут быть использованы для выработки электроэнергии в ГПЭС, которые сочетают и возобновляемые, и ископаемые источники энергии. Разработана технологическая система по эффективному использованию низкотемпературных термальных вод (80 – 100 °С) для выработки электроэнергии, состоящая из газотурбинного блока и блока бинарной геотермальной электростанции (ГеоЭС) (рис. 1).

Горячая вода нагревает низкокипящее рабочее тело в контуре бинарной ГеоЭС до температуры его испарения. Тепло газотурбинной электростанции (ГТЭС) обеспечивает испарение и перегрев рабочего тела. ГПЭС эффективно использует тепло термальной воды и выхлопных газов ГТЭС, и позволяет непрерывно эксплуатировать геотермальные скважины.

Перспективно для строительства ГПЭС Тернаирское геотермальное месторождение на окраине г. Махачкалы. Производительность водозабора — 20 тыс. м3/сутки, средняя устьевая температура воды — 100°С. Восемь скважин производительностью по 2500 м3/сутки пробурены для добычи воды. Месторождение слабо освоено: работают лишь две скважины, а отработанные воды с температурой 60°С сбрасываются в дренажный канал. При полном использовании ресурсного потенциала месторождения мощность энергоустановок на основе ГПЭС технологии может достигать 60 МВт [3]. Реализация проекта обеспечит значительную часть потребности г. Махачкалы в электроэнергии.

Комбинированная гелио-геотермальная теплонасосная система. В комбинированной системе предлагается совместное использование солнечной энергии и тепла грунта до глубины 2,5 м или сухих горных пород до глубины 100 м для тепло- и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности.

Интегрированная технология использования глубинного тепла Земли. Разработка предполагает вовлечение в экономику региона ранее не используемых геотермальных ресурсов и расширение их использования в энергобиологических комплексах для выращивания в индустриальных условиях ценных продуктов питания – товарных осетровых (балык красной рыбы, осетровая икра), ранних овощей, мяса птицы, микроводорослей (спирулина, хлорелла). Концепция интегрированных геотермальных систем, которая будет реализована при сооружении энергобиологических комплексов, придаст новый импульс развитию геотермального производства, продемонстрирует возможности с точки зрения увеличения промышленного и налогового потенциала и создания новых рабочих мест.

Технология переработки сероводорода при обычных температурах с получением водорода и серы. Метод может  быть эффективно применён в нефте- и газохимии, геотермальной энергетике, в решении экологических проблем утилизации сероводорода, в частности, для решения известной черноморской сероводородной проблемы с дополнительным получением водорода – одного из лучших экологичных энергоносителей и востребованного химического реагента. [4]

Комплексное освоение высокопараметрических минерализованных гидрогеотермальных ресурсов [5]. В составе большинства высокоминерализованных ГТВ Дагестана содержатся в промышленно значимых концентрациях ионы лития. Соли лития используются в стекольной, фармацевтической, электрохимической и атомной промышленности. Карбонат лития в России практически не добывается и ввозится из Чили. В то же время разведанные запасы редкометальных термальных вод одного Берикейского месторождения обеспечивают выработку более 2000 тонн карбоната лития в год. Это превышает все потребности промышленности страны. Строительство заводов по производству карбоната лития на Южно-Сухокумской, Тарумовской, Комсомольской и других месторождениях Дагестана даст возможность экспортировать карбонат лития в страны Европы. Кроме солей лития ГТВ содержат пищевую соль, магнезию жженную и другие ценные компоненты, причем минерализация составляет до 200 граммов солей на 1 литр термальной воды.

Строительство бинарных ГеоЭС с использованием выработанных нефтяных и газовых месторождений. Капитальные затраты на реконструкцию скважин для добычи термальной воды гораздо ниже затрат на строительство новых скважин. В пределах Восточно-Предкавказского артезианского бассейна имеется более 2000 простаивающих скважин, большинство из которых могут быть применены для добычи термальной воды. Для 14 выработанных нефтегазовых месторождений проведена оценка строительства бинарных ГеоЭС с ГЦС-технологией. До 30% генерируемой на таких ГеоЭС электрической мощности затрачивается на циркуляцию теплоносителя в контуре ГЦС. Общая полезная мощность ГеоЭС на этих месторождениях достигает более 330 МВт [6].

Литература

  1. Алхасов А.Б., Алишаев М.Г., Алхасова Д.А., Каймаразов А.Г., Рамазанов М.М., Освоение низкопотенциального геотермального тепла // Москва: Физматлит, 2012.
  2. Алхасов А.Б. Технологии комплексного освоения геотермальных ресурсов Северокавказского региона //«Теплоэнергетика». Вып. 3, 2018, с. 31-35.
  3. Алхасов А.Б., Алхасова Д.А. Оценка эффективности создания бинарных геотермальных энергоустановок с использованием отработанных нефтяных и газовых скважин на Юге России// «Теплоэнергетика». Вып.2, 2018, с.24-32.
  4. Алхасов А.Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии // Москва: Физматлит, 2008.
  5. Алхасов А.Б., Алхасова Д.А., Рамазанов А.Ш., Каспарова МА. Технологии освоения высокоминерализованных геотермальных ресурсов // «Теплоэнергетика». Вып. 9, 2017, с.17-24.
  6. Инвестиционные проекты (Использование тепла Земли). Вып. 1. — Махачкала: Институт проблем геотермии ДНЦ РАН, 2005.

Reference

  1. Alhasov A.B., Alishaev M.G., Alhasova D.A., Kaymarazov A.G., Ramazanov M.M. Exploitation of low-potential geothermal heat. Moscow: Physmatlit, 2012.
  2. Alhasov A.B. Technologies of combined exploitation of North-Caucasus geothermal // Teploenergetika, vol. 3, 2018, pp. 31-35.
  3. Alhasov A.B., Alhasova D.A. Efficiency assessments for the binary geothermal power plants with use of exhausted oil and gas wells in the South of Russia// Teploenergetika, vol. 2, 2018, pp.24-32.
  4. Alhasov A.B. Geothermal energy: problems, resources, technologies // Moscow: Physmatlit, 2008.
  5. Alhasov A.B., Alhasova D.A., Ramazanov A.Sh., Kasparova M.A. Technologies of exploitation of high-mineralyzed geothermal resources // Teploenergetika, vol. 9, 2017, pp.17-24.
  6. Investment projects (Use of the heat of the Earth). Vol. 1. — Makhachkala: Institute for Geothermal  Problems DNC RAS, 2005.