Революция в области зеленой энергии идет полным ходом. Возобновляемые источники энергии доказали свою высокую устойчивость, превратившись в единственный энергетический сектор, в котором зафиксирован какой-либо рост в то время, когда ископаемое топливо переживает худший экзистенциальный кризис. Американская солнечная и ветровая генерация интегрируется в национальную электрическую сеть без ущерба для надежности. Ожидается, что в ближайшие пару десятилетий будут доминировать возобновляемые источники энергии, поскольку инновации снижают затраты. И, похоже, нет недостатка в инвесторах, готовых заявить о своих правах в этом секторе.
В 2018 году группа по защите интересов возобновляемых источников энергии Американский совет по возобновляемым источникам энергии (ACORE) выступила с инициативой по обеспечению к 2030 году инвестиций частного сектора в возобновляемые источники энергии и внедрение сетевых технологий в размере 1 триллиона долларов. По данным группы, совокупные инвестиции за первые два года достигли 125,1 миллиарда долларов, и это говорит о том, что будущее выглядит светлым, несмотря на сбои из-за Covid-19.
Тем не менее, один возобновляемый источник упоминается вскользь: геотермальная энергия.
Чистая мощность
По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), в 2019 году в мире было установлено 176 ГВт возобновляемых мощностей, что составляет 72% от чистого прироста генерирующих мощностей. На долю ветряных и солнечных электростанций приходилось 90% этой энергии (158 ГВт), в то время как было добавлено только 0,7 ГВт новой геотермальной энергии.
Поначалу это кажется довольно загадочным, учитывая, что геотермальная энергия является одной из самых распространенных первичных форм энергии в природе: геотермальная энергия может быть найдена почти везде от отдаленных глубоких скважин в Индонезии и так же близко, как грязь на наших задних дворах.
Помимо сейсмически активных горячих точек, существует постоянная подача более мягкого тепла — полезного для целей прямого нагрева — на глубинах от десяти до нескольких сотен футов под поверхностью. Это тепло можно найти практически в любом месте на Земле, так как оно происходит от момента образования и аккреции планеты, тепла от распада радиоактивных элементов, а также от нагрева от трения, вызванного опусканием более плотного материала ядра к центру планеты. Действительно, всего 10 000 метров поверхности Земли содержат в 50 000 раз больше энергии, чем все ресурсы нефти и природного газа в мире.
По сравнению с ветровой и солнечной, геотермальная энергия очень надежна, поскольку она постоянна и доступна в течение всего года, независимо от времени года или погоды. Геотермальные электростанции имеют средний коэффициент готовности > 90% по сравнению с ~ 75% для угольных станций.
У геотермальной энергетики есть еще кое-что еще более впечатляющее: это один из самых чистых источников энергии, к тому же он очень дешевый.
Действительно, геотермальные электростанции часто связаны с выбросами диоксида серы и кремнезема, а резервуары могут содержать следы токсичных тяжелых металлов, включая мышьяк, ртуть и бор. Однако загрязнение, связанное с геотермальной энергией, далеко не то, что мы наблюдаем с ископаемым топливом.
Геотермальные электростанции не сжигают ископаемое топливо для выработки электроэнергии, что автоматически означает низкий уровень выбросов загрязняющих веществ в воздух. Управление энергетической информации США (EIA) заявляет, что геотермальные электростанции выделяют примерно на 99% меньше углекислого газа и на 97% меньше соединений серы, вызывающих кислотные дожди, чем электростанции на ископаемом топливе аналогичного размера.
Геотермальные электростанции оснащены скрубберами для удаления сероводорода, естественным образом содержащегося в геотермальных резервуарах. Кроме того, подавляющее большинство геотермальных электростанций перерабатывают пар и воду, которые они используют, закачивая их обратно в землю. Эта переработка помогает возобновить геотермальные ресурсы. В EIA говорят, что приложения прямого использования и геотермальные тепловые насосы практически не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду.
Столица Исландии Рейкьявик, которая отапливает 95% своих зданий с помощью геотермальной энергии, считается одним из самых чистых городов в мире.
При цене 0,04-0,14 доллара США за кВтч геотермальные электростанции имеют самую низкую нормированную стоимость из всех источников генерации в США, как традиционных, так и возобновляемых.
Поэтому вполне естественно задаться вопросом, почему этот в остальном идеальный источник энергии обеспечивает лишь небольшую часть наших потребностей в энергии, составляющую 16 ГВт во всем мире или 0,3% мирового производства электроэнергии.
Несмотря на свои положительные качества, геотермальная энергия имеет несколько критических ограничений.
Нехватка высокотемпературных ресурсов — главная причина, по которой рост геотермальной энергии не поспевает за ветром и солнечной энергией. Высокотемпературные геотермальные ресурсы встречаются только там, где есть совпадение высокого теплового потока и благоприятной гидрологии. К сожалению, такие совпадения случаются лишь в нескольких местах на нашей планете.
Другой критический фактор, который замедлил рост геотермальной энергии, — это тот факт, что геотермальные поля содержат гораздо меньше полезной энергии, чем обычные нефтяные месторождения. Например, месторождение гейзеров площадью ~50 квадратных миль в Калифорнии, крупнейшее в мире геотермальное месторождение, генерирует нефтяной эквивалент около 5 миллионов баррелей (~8 ТВтч) в год при полной добыче. Баккен производит в 60 раз больше.
Еще одним недостатком является то, что геотермальное тепло нелегко транспортировать, а это означает, что его необходимо использовать там, где оно производится. Это причина того, что геотермальные ресурсы в удаленных местах, таких как Анды, Камчатка и Индонезия, остаются неиспользованными.
Усовершенствованные геотермальные системы
К счастью, есть надежда.
Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) обещают увеличить площади, в которых может быть использована геотермальная энергия, а также выработку энергии из скважин на меньшей площади.
Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) представляют собой геотермальные резервуары, позволяющие экономично использовать низкопроницаемые проводящие породы за счет создания гидравлической связи в изначально низкопроницаемых породах посредством гидравлического, термического или химического воздействия.
Усовершенствованная геотермальная система (EGS) — это, по сути, искусственный резервуар, созданный там, где есть горячие породы, но недостаточная или низкая естественная проницаемость или флюидонасыщенность. В EGS жидкость закачивается в недра в тщательно контролируемых условиях, что вызывает повторное открытие ранее существовавших трещин, создавая проницаемость. Повышенная проницаемость позволяет жидкости циркулировать по породе и переносить тепло к поверхности, где может вырабатываться электричество.
Передовые технологии EGS молоды и все еще находятся в стадии разработки; однако EGS была успешно реализована в пилотном масштабе в Европе, а теперь в двух демонстрационных проектах, финансируемых Министерством энергетики США. Европейский Союз развил эту идею и поддерживает исследования по преобразованию нефтяных скважин в геотермальные. Один из вариантов включает преобразование нефтяных скважин для добычи геотермальной энергии или совместное производство нефти и тепла из существующих нефтяных скважин.
Исследование Массачусетского технологического института (MIT), проведенное в 2006 году, показало, что только в Соединенных Штатах в ближайшие 50 лет EGS может обеспечить 100 ГВт экономически выгодной мощности. Это более чем в шесть раз больше, чем сейчас производит вся планета.
