Добування енергії з надр землі

ВІД НАШОГО ДОПИСУВАЧА З ФІЛІППІН

Під земною поверхнею сховано велетенський скарб. Це не золото, не срібло, не коштовне каміння, а величезний запас тепла, що називається геотермальною енергією.

БІЛЬШІСТЬ її зберігається в глибині земної кори, де міститься розплавлена порода, або магма. Тепло з надр Землі — справжній скарб. Воно є чистим джерелом енергії і має значні переваги над нафтою, вугіллям, газом і ядерним паливом.

Температура земних глибин сягає сотень, навіть тисяч градусів за Цельсієм. Вважається, що кількість тепла, яке щороку виходить з надр землі на її поверхню, становить майже 100 мільярдів мегават-годин енергії, а це набагато перевищує загальну кількість електроенергії, що використовується у всьому світі. Скільки ж це енергії! Проте скористатися цим скарбом не так вже й легко.

Дістатися до скарбу

Значна кількість тепла Землі міститься в її надрах, а якась частина досить близько до поверхні. Це тепло видобувають за допомогою теплових насосів, які під’єднано до системи труб, що розташовані глибоко під землею. Таку енергію використовують зокрема для опалювання домів узимку. Крім того, люди, котрі живуть біля гарячих джерел чи ще якихось геологічно активних районів, знаходять альтернативні шляхи застосування тепла Землі. Наприклад, стародавні римляни використовували гарячі джерела в лазнях.

Чимало тепла нагромаджено під земною корою, в пласті, який називається мантією. Товщина земної кори в середньому становить 35 кілометрів. Туди не можуть дістати сучасні бурові машини. Все ж, кора в деяких місцях тонша, особливо на стиках плит, з котрих вона складається. Отож магма піднімається ближче до земної поверхні й нагріває воду, що затримується в пластах породи. Ця вода здебільшого перебуває на відстані 2—3 кілометрів від поверхні землі, і її можна добути за допомогою сучасної бурової техніки та використати у практичних цілях. Розгляньмо, як саме.

Використання тепла

На рівні моря температура кипіння води дорівнює 100°C. Але під землею тиск набагато більший, тому вода — навіть при значно вищій температурі — не перетворюється на пару *. Там, де при бурінні натрапляють на воду, температура якої понад 175°C, її використовують в роботі електричних генераторів.

Вода має високу температуру, як правило, на вулканічно активних територіях, таких як Тихоокеанське вулканічне кільце,— район діючих і згаслих вулканів у Тихому океані. У цьому кільці розміщена країна Філіппіни. Тут за останні роки було зроблено значний поступ у використанні геотермічної енергії для виробництва електроенергії. По суті, Філіппіни стали одним із найбільших у світі виробників енергії з геотермальних ресурсів. Понад 20 відсотків електрики, яку використовує ця країна, отримують завдяки цьому джерелу.

Щоб більше довідатися про те, як, використовуючи тепло земних надр, виробляють електроенергію, «Пробудись!» відвідав «Мак-Бан» — великий геотермальний завод у філіппінській провінції Лагуна. Цей завод може виробляти 426 мегават енергії. Подивімось, як це робиться.

На геотермальному заводі

Залишивши головну автостраду, ми виїжджаємо на двосмугову дорогу, яка веде до геотермального району. Наближаючись до заводу, ми потрапляємо на територію з великими паровими трубами, що тягнуться з геотермальних свердловин до генераторних установок. Також можна побачити інші труби, по яких подається пара; вони тягнуться до сусідніх пагорбів. Кожна труба має петльові  компенсатори, що розміщені на однаковій відстані один від одного. Ми дізнаємось, що це зроблено для того, аби під час нагрівання і охолодження труби могли подовжуватися чи звужуватись.

Біля села побудовано офіси Філіппінської геотермальної корпорації. Там нас зустрічає менеджер з процесу виробництва Роман Санта-Марія, і вже невдовзі разом з ним ми вирушаємо на екскурсію.

Недалеко від офісів видніються виробничі свердловини. «Ми використовуємо таку ж технологію, як при видобуванні нафти,— каже Роман.— Різниця лише у тому, що отвори мають більший діаметр». Він пояснює: «Фактично свердловини виконують роль водопровідних труб, через які на поверхню під тиском проходять гаряча вода і пара. Це і є та продукція, яку ми постачаємо на електростанцію». Недалеко від нас розміщені дві свердловини, відстань між якими дуже мала. Коли ми запитали нашого гіда причину цього, він пояснив: «То лише на поверхні виглядає так, ніби вони поряд. Під землею одна свердловина спрямована вертикально вниз. Проте друга пробурена під кутом, аби натрапити на інше джерело води та пару. Так зроблено тому, що земля тут дорого коштує. Буріння свердловин одна біля одної зменшує видатки».

Аби більше дізнатися про сам процес роботи, запитуємо: «Ми читали, що на об’єкті ви використовуєте технологію миттєвого випаровування. Що це таке?» Роман пояснює: «Найглибша свердловина тут сягає майже 3700 метрів. На великій глибині гаряча вода перебуває під високим тиском. Однак коли підняти її на поверхню, тиск падає і більша частина води випаровується, тобто перетворюється в пару. Саме тому ця технологія отримала назву миттєвого випаровування».

Унизу трубопроводу є сепаратор. У ньому пара відділяється від гарячої геотермальної води. Однак на цьому етапі пара все ще не придатна для виробництва енергії. Роман пояснює детальніше: «У струменях пари таки залишаються краплини води. Вони містять мінерали, які згодом стануть осадом на паровій турбіні і можуть пошкодити її. Тому від сепаратора пара переміщається до газоочищувача. А він уже має усунути всі ті краплини».

Наш гід звертає увагу на ізольовані труби, через які очищена пара рухається до електричної генераторної установки, що майже за 1 кілометр звідси. Протягом цього часу відбувається часткова конденсація, тому перед тим, як потрапити до турбіни, яка приводить генератор у рух, пару знову очищають.

Далі ми виходимо на вершину пагорба і оглядаємо геотермальний район зверху. «Загальна площа цього району становить приблизно 7 квадратних кілометрів,— зазначає Роман, і додає,— маємо тут 102 свердловини, з яких 63 — виробничі. Інші ж — нагнітальні». У нас виникає запитання: «А що таке нагнітальні свердловини?» Роман відповідає: «Ми використовуємо стільки гарячої води і пари на годину, що дуже важливо повертати воду, яку відділяємо, назад до земних водосховищ, аби не завдати шкоди довкіллю. Сто відсотків рідини знову повертається в землю». До того ж ми дізналися, що таке нагнітання води також допомагає відновлювати резерви геотермального району.

Як геотермальна електростанція впливає на ландшафт? Найбільше впадає у вічі пара, що виходить із заводу. Лише її помітно серед кокосових пальм та іншої рослинності. Також у долині видніється багато домів. Здається, що завдяки дбайливому управлінню геотермальна станція може співіснувати з людьми, не руйнуючи природного середовища.

Устаткування для виробництва енергії, подібне до того, яке ми побачили, приводиться в дію лише парою високої температури. Однак нещодавно доклали зусиль, щоб можна було добувати енергію з рідин, температура яких менша, ніж 200°C. У результаті розробили технологію з бінарним циклом: видобута гаряча вода випаровує вторинну рідину, яка у свою чергу приводить у дію турбінно-генераторний агрегат.

 Переваги і недоліки

Геотермальна енергія має чимало позитивного. Країни, які виробляють її, використовують менше нафти. Кожні десять мегаватів електроенергії, виробленої за рік у такий спосіб, дозволяють заощадити 2,2 мільйона літрів необробленої нафти щороку. Опріч того, геотермальні ресурси є величезними і загроза їх виснаження значно менша, ніж інших енергетичних ресурсів. Також набагато зменшується забруднення. До того ж затрачені на виробництво енергії кошти значно нижчі від тих, що йдуть на виробництво енергії іншими способами.

Все ж існує тривога щодо впливу геотермальної енергії на природне середовище. Геотермальна пара зазвичай містить сірководень, який у великих кількостях токсичний, а в малих — стає причиною неприємного сірчаного запаху. Проте очисні процеси, щоб усунути сірководень, більш ефективні, ніж заходи для попередження викидів в атмосферу на електростанціях, які працюють на органічному паливі. Також до складу рідини, що виходить з парою, може входити невелика кількість арсену чи інших токсичних речовин. Коли її знову закачують у ґрунт, небезпека зводиться до мінімуму. Проблемою також може стати забруднення ґрунтових вод, якщо геотермальні свердловини не достатньо глибоко ізольовані захисним трубопроводом та цементом.

Наш Творець подарував нам планету, яка наповнена різними скарбами. Геотермальна енергія — лише один із них. І люди тільки починають освоювати її. Майбутні вдосконалення, безсумнівно, допоможуть їм побачити, як оптимально використовувати ці скарби і водночас дбати про планету, яка їм доручена (Псалом 115:16).

[Примітка]

[Схема/Ілюстрації на сторінці 15]

(Повністю форматований текст дивіться в публікації)

Геотермальний завод «Мак-Бан» на Філіппінах. (Спрощене схематичне зображення).

Бурова вишка

↓

Геотермальний район

Лінії електропередач

↑

Трансформатор

↑

Генератор

↑

Виробнича свердловина → Сепаратор → Пара → Газоочищувач → Газоочищувач → Турбіна

↓ ↓

↑ Геотермальна вода → Нагнітальна свердловина ← Вода ← Охолоджувальна башта

↑ ↓

Геотермальний район

[Ілюстрації]

ВИРОБНИЧА СВЕРДЛОВИНА.

ПАРОВИЙ ТРУБОПРОВІД.

ГЕОТЕРМАЛЬНИЙ ЗАВОД.

[Відомості про джерела]

Чоловіки, що відкривають паровий вентиль на сторінці 13: з люб’язного дозволу Philippine National Oil Corporation; трубопровід на сторінці 13, панорамний вид і вставка з геотермальним заводом на сторінці 15: з люб’язного дозволу National Power Corporation (Philippines); виробнича свердловина й паровий трубопровід на сторінці 15: з люб’язного дозволу Philippine Geothermal, Inc.