Состояние и перспективы развития геотермальной энергетики

По оценкам, сегодня используется около 3,5% мирового геотермального потенциала для выработки электроэнергии и только 0,2% — для получения тепла.

Последние годы характеризуются резким увеличением объемов и расширением областей использования геотермальных ресурсов. В энергетическом балансе ряда стран геотермальные энергетические технологии становятся доминирующими, а доля геотермальной энергетики в мировом энергетическом балансе неуклонно растет.

В зависимости от температуры геотермальные ресурсы широко используются в электроэнергетике и теплофикации, промышленности, сельском хозяйстве, бальнеологии и других областях (таблица 1).

Новейшие энергетические технологии с использованием геотермальных ресурсов отличаются экологической чистотой и по эффективности приближаются к традиционным. На современных ГеоЭС коэффициент использования мощности достигает 90%, что в 3–4 раза выше, чем для технологий с использованием других ВИЭ (солнечной, ветровой, приливной). На ГеоЭС, использующих ГЦС-технологию и бинарный цикл (БЭС), полностью исключаются выбросы диоксида углерода в атмосферу, что является важнейшим экологическим преимуществом таких энергетических установок.

К началу 2005 г. ГеоЭС работают в 24 странах мира, а суммарная установленная мощность их достигла 8910,7 МВт. Лидерами по установленной электрической мощности ГеоЭС являются США — 2544 МВт, Филиппины — 1931, Мексика — 953, Индонезия — 797, Италия — 790, Япония — 535, Новая Зеландия — 435, Исландия — 202 МВт. За последние 30 лет ежегодный прирост мощностей составлял 7%. Годовая выработка электроэнергии на ГеоЭС мира в 2004 г. составила 56798 ГВт · ч [95]. По прогнозу суммарная установленная мощность ГеоЭС в мире к 2010 г. может удвоиться.

В последние годы быстрыми темпами развиваются технологии прямого использования геотермальных ресурсов в теплоснабжении. За последние 15 лет суммарная тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения увеличилась более трех раз и достигла 28000 МВт.

Мировыми лидерами по установленной тепловой мощности геотермальных систем являются США — 7817, Швеция — 3840, Китай — 3687, Исландия — 1791, Турция — 1177.

В отличие от ресурсной базы для сооружения ГеоЭС, где температура геотермального теплоносителя должна быть достаточно высокой, запасы средне- и низкотемпературного тепла, пригодного для теплоснабжения, чрезвычайно велики и находятся в мире практически повсеместно.

Области использования геотермального тепла
Таблица 1. — Области использования геотермального тепла

В последние годы активно развиваются геотермальные системы теплоснабжения на основе тепловых насосов. В таких системах в качестве первичного источника тепла используется низкопотенциальная (температурой до 55 ?C) термальная вода и петротермальная энергия верхних слоев земной коры. При использовании тепла грунта применяются грунтовые теплообменники, размещаемые либо в вертикальных скважинах глубиной до 300 м, либо на некоторой глубине горизонтально.

Примерно 57% общей мощности геотермальных тепловых систем в мире приходится на теплонасосные системы. Общая установленная мощность теплонасосных систем составляет 15723 МВт, при годовой выработке тепла 86673 ТДж. В 2005 г. геотермальные теплонасосные системы теплоснабжения используются в 32 странах мира со средним коэффициентом преобразования Kп = 3,5. Наибольшее развитие эти технологии получили в США, Германии, Канаде.

В США 69% общего прямого использования геотермальных ресурсов реализуется на основе применения тепловых насосов. В 2004 г. было установлено примерно 60000 тепловых насосов.

В Германии общая тепловая мощность геотермальных систем составляет 505 МВт, из которых 400 МВт — на основе применения тепловых насосов, использующих тепло грунта.

Благодаря переводу экономики на геотермальные ресурсы Исландия превратилась в развитую страну с высоким уровнем жизни. Более 87% теплоснабжения в Исландии осуществляется на геотермальном тепле, а в ближайшей перспективе планируется довести до 92%. Примером успешной реализации крупного проекта является создание системы геотермального теплоснабжения г. Рейкьявика, которая обеспечивает около 99% потребностей в тепле. Данная система потребляет 2348 л/с геотермальной горячей воды температурой 86–127 ?C (рисунок  1).

Принципиальная схема организации теплоснабжения в г.Рейкьявике

Наибольший уровень прямого использования геотермальной энергии в последние годы приходится на Китай, Исландию, США и Турцию, общий объем которой составляет более 54% мирового. В Турции потребление геотермального тепла с 1994 по 1999 г. возросло более трех раз, а до 2010 г. предполагается довести суммарные тепловые мощности на геотермальных ресурсах до 5000 МВт, что позволит обогреть более 30% жилых помещений страны.

Существенный прирост применения низкопотенциальной геотермальной энергии, в результате внедрения геотермальных тепловых насосов, достигнут в Австрии, Канаде, Швейцарии и Швеции. В Швейцарии с помощью тепловых насосов в 2000 г. добывали 0,4 млрд кВт · ч в год при среднегодовом приросте 12%.

Предполагается, что к 2010 г. суммарная тепловая мощность геотермальных систем теплоснабжения в мире достигнет почти 45000 МВт. Геотермальная энергетика в бывшем СССР стала развиваться с середины шестидесятых годов прошлого столетия, когда впервые были созданы Северокавказская разведочная экспедиция по бурению и реконструкции нефтегазовых скважин на термальные воды (1964 г.), а затем соответствующие промысловые управления по использованию глубинного тепла Земли в различных районах Кавказа и на Камчатке. С 1970 по 1990 гг. добыча термальной воды была увеличена в 9 раз, а природного пара в 3,2 раза. В 1990 г. было добыто 53 млн м3 термальной воды и 413 тыс. т природного пара.

Россия располагает не только большими запасами органического топлива, но и геотермальными ресурсами, энергия которых на порядок превышает весь потенциал органического топлива. Использование тепла Земли в России может составить до 10% в общем балансе теплоснабжения. На территории России разведано 66 геотермальных месторождений с производительностью более 240 тыс. м3/сут термальных вод и более 105 тыс. т/сут парогидротерм (таблица 2). Пробурено свыше 4000 скважин для использования геотермальных ресурсов.

Проблемами использования тепла Земли занимаются около 50 научных организаций, которые находятся в ведении Российской академии наук и ряда министерств.

Наиболее перспективными для освоения геотермальной энергии являются Камчатско-Курильский, Западно-Сибирский и Северо-Кавказский регионы. На Камчатке, Курильских островах и на Северном Кавказе геотермальное электро- и теплоснабжение может составить до 50–95% от общего потребления энергии. На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения, залегающие на глубинах от 300 до 5000 м. Температура в глубоких резервуарах достигает 180 ?C и более. Эти месторождения способны обеспечить получение до 10000 тепловой и 200 МВт электрической мощности. Энергетический потенциал артезианских скважин, пробуренных на низкопотенциальные воды в равнинной и приморской зонах Дагестана, оценивается в пределах 1500 тыс. т у. т., что почти в 3 раза превышает потребности теплоснабжения. В Дагестане добычей термальной воды занимается АО «Геотермнефтегаз» на девяти водозаборах, работающих в основном в прерывистом режиме, только в отопительный период по двухконтурной системе. Наиболее интенсивно эксплуатируются Махачкала-Тернаирское, Кизлярское и Избербашское месторождения термальных вод. Всего в Дагестане геотермальным теплоснабжением пользуются более 100 тыс. человек.

Разведанные геотермальные месторождения
Таблица 2. — Разведанные геотермальные месторождения

Тепловой потенциал разведанных геотермальных месторождений Краснодарского края и республики Адыгея превышает 3800 ГДж в год, что составляет более 71% от количества тепловой энергии, выработанной Кубаньэнерго в 2000 г. В системах теплоснабжения используется менее 5% этого потенциала.

Чтобы обеспечить высокую экономическую эффективность термальных вод необходимо максимально использовать тепловой потенциал, чего можно достигнуть при комплексном использовании этих вод.

Примером комплексного использования термальных вод служит Мостовское месторождение в Краснодарском крае. На Северном Кавказе около 500 тыс. человек используют геотермальные ресурсы для теплоснабжения в коммунально-бытовом секторе, сельском хозяйстве и промышленности.

Все производство природного пара сконцентрировано в Камчатской области, обладающей исключительными запасами тепла Земли, которые близко подходят к ее поверхности. Запасы геотермального пара и воды на Камчатке позволят получать до 2000 МВт электрической и 5000 МВт тепловой энергии, удовлетворять все потребности этого края в электроэнергии, теплоснабжении и превратить его в высокоразвитый край России.

В 1997 г. на о. Кунашир пущена в эксплуатацию тепловая геотермальная станция мощностью 20 МВт.

Геотермальная электроэнергетика России сосредоточена в одном месте на Камчатке. На Мутновском геотермальном месторождении сегодня успешно работают 5 ГеоЭС.

Общая установленная электрическая мощность ГеоЭС России составляет 73 МВт, а тепловая мощность энергоустановок прямого использования геотермального тепла — 307 МВт.

При прямом использовании более половины добываемых ресурсов применяется для теплоснабжения жилых и промышленных помещений, треть — для обогрева теплиц, и около 13% для индустриальных процессов. Кроме того, термальные воды используются примерно на 150 курортах и 40 предприятиях по розливу минеральной воды.

Необходимо отметить, что эксплуатация большинства геотермальных месторождений ведется на достаточно низком уровне. Зачастую после потребителя термальные воды сбрасываются с температурой 50–70 ?C. Полезно используется примерно одна пятая теплового потенциала термальной воды. Объемы добываемых вод значительно уступают утвержденным ГКЗ запасам. В среднем выведенные ресурсы по Северному Кавказу используются по теплоносителю на 32%, а по энергетическому потенциалу всего на 19%.

Из-за ошибочных технических решений (прямая подача потребителю воды, не соответствующей по химическому составу установленным нормам, отсутствие пиковых установок для обеспечения стандартных параметров по температуре и др.) использование термальных вод во многих случаях было скомпрометировано, и многие потребители со временем стали отказываться от использования продукции геотермальных месторождений.

Неоправданно низкие себестоимость и цены на геотермальную продукцию, принятые из-за специфики экономического учета, когда скважины принимались на баланс по цене в 3–4 раза меньшей их фактической стоимости (иногда и без стоимости), свели прибыль геотермальной отрасли к мизерной величине, не обеспечивавшей возможность ее дальнейшего эффективного развития.

Кроме того, 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, характеризующие термальные воды на больших глубинах;
  • одноразовость использования термальных вод в системе теплоснабжения и сравнительно низкая их температура и т. д.

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

  • освоение технологий строительства высокодебитных скважин с горизонтальными стволами в продуктивном горизонте;
  • перевод значительного количества бездействующих скважин на выработанных нефтяных и газовых месторождениях на добычу геотермального флюида;
  •  широкое освоение технологии геотермальных циркуляционных систем (ГЦС);
  • разработка эффективных методов борьбы с коррозией и солеотложением;
  • разработка двухконтурных систем геотермального энергоснабжения на основе дешевых коррозионно-стойких теплообменников и серийный выпуск модульного оборудования для строительства одноконтурных и бинарных ГеоЭС;
  • разработка эффективных комплексных технологий утилизации геотермальной и сопутствующих видов энергий и гидроминеральных ресурсов;
  •  разработка эффективных технологий утилизации низкопотенциального геотермального тепла.

Реализация на практике перечисленных проблем позволит резко повысить отдачу существующего геотермального производства и решить значительные энергетические проблемы, связанные с замещением традиционных органических топлив и обеспечением промышленности минерально-сырьевыми ресурсами.

Области применения и эффективность использования геотермальных вод зависят от их энергетического потенциала, общего запаса и дебита скважин, химического состава, минерализации, агрессивности вод, наличия потребителя и его удаленности и некоторых других факторов.

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.

Наиболее простыми и экономичными являются системы с непосредственной подачей воды в систему теплоснабжения. Для таких систем нужен геотермальный теплоноситель высокого качества, при использовании которого процессы солеотложения и коррозии практически отсутствуют. Однако ресурсы таких вод незначительны, следовательно на практике чаще всего используются системы с применением промежуточных теплообменников или с предварительной водоподготовкой.

В условиях реформирования жилищно-коммунального хозяйства наиболее эффективными являются локальные системы теплоснабжения на основе передовых технологий. Практически во всех регионах России имеются значительные запасы низкопотенциальных термальных вод, которые успешно можно использовать в системах теплоснабжения с тепловыми насосами.

Из накопленного в последние десятилетия опыта освоения тепловой энергии земных недр следует, что гидрогеотермальные ресурсы успешно осваиваются во многих странах мира для производства электроэнергии и тепла, удовлетворяя при этом самые разные потребности хозяйственной деятельности человека. Масштабы использования геотермальной энергии постоянно растут, количество стран, успешно использующих эту энергию, также с каждым годом увеличивается.

Геотермальные ресурсы представляют собой практически неисчерпаемый, возобновляемый и экологически чистый источник энергии, который будет играть существенную роль в энергетике будущего.

Принципиальные схемы геотермального теплоснабжения

Основными специфическими особенностями геотермальных вод являются одноразовость их использования в системах теплоснабжения и неизменная температура. В традиционных системах теплоснабжения отработанная вода возвращается в котельную или ТЭЦ, и для восстановления первоначальной температуры требуется меньше топлива. В системах геотермального теплоснабжения не использованный потребителем тепловой потенциал воды при ее сбросе (или закачке обратно в пласт) теряется безвозвратно. При постоянном дебите геотермальной скважины, в зависимости от конечной температуры сбрасываемой воды, можно обеспечить теплом различное количество потребителей.

Максимальный энергетический эффект достигается созданием специальных систем отопления с повышенным перепадом температур, использованием пикового догрева и тепловых насосов, разработкой комплексных схем геотермального теплоснабжения с набором последовательных потребителей.

При разработке геотермальных систем теплоснабжения необходимо обеспечивать максимальное значение коэффициента эффективности использования термоводозабора ?геот.

Величина ?геот представляет собой отношение фактически используемого в течение года теплового потенциала скважины Qфак. год. к максимальному количеству тепла Qмак. год., которое можно получить при круглогодичной эксплуатации скважины на дебите, соответствующем эксплуатационным запасам и срабатывании температуры отработанной (сбрасываемой) воды до условной температуры:

формула

В качестве условной температуры может быть принята температура водопроводной воды в зимний период (5 ?C), которая учитывается при определении расхода тепла на горячее водоснабжение.

Значение коэффициента ?геот колеблется в следующих пределах: отопление 0,05–0,34; вентиляция 0,15–0,45; горячее водоснабжение 0,70–0,92. Из этого следует, что наиболее эффективно использование термальных вод для горячего водоснабжения.

При непосредственном использовании термальной воды для горячего водоснабжения и на технологические нужды, помимо замещения традиционного топлива, достигается дополнительный эффект за счет экономии водопроводной или технической воды.

В зависимости от гидрогеотермических характеристик скважины и качества геотермального теплоносителя существует большое количество различных схем теплоснабжения. При выборе схемы теплоснабжения выявляют количество потребителей термальной воды в расчетном режиме, которых классифицируют по предъявляемым ими требованиям к потенциалу теплоносителя, намечают последовательность подачи воды с учетом максимального использования ее температуры. Кроме того, производят технико-экономическое обоснование с рассмотрением нескольких вариантов систем теплоснабжения.

Простейшая схема показана на рисунке 2. Геотермальная вода из скважины поступает в теплоизолированный бак-аккумулятор, откуда насосом направляется непосредственно в отопительные системы и системы горячего водоснабжения. После отопительных систем вода сбрасывается. Такая схема возможна при высоком качестве геотермальной воды, т. е. при низкой минерализации воды, отсутствии в ней вредных для здоровья людей компонентов и проблем с коррозией и отложением солей в коммуникациях и оборудовании.

Схема теплоснабжения с параллельной подачей термальной воды на отопление и горячее водоснабжение

Геотермальная скважина эксплуатируется с постоянным дебитом и этот дебит равен суммарному расходу на отопление и горячее водоснабжение (среднечасовому). Неравномерность потребления воды на горячее водоснабжение в течение суток регулируется баком-аккумулятором. В часы максимального водопотребления дополнительное количество воды забирается из бака-аккумулятора и, наоборот, в часы минимального потребления вода из скважины накапливается в баке.

На рисунке 3 приведена принципиальная схема теплоснабжения с пиковым догревом.

Схема теплоснабжения с параллельной подачей термальной воды на отопление и горячее водоснабжение и пиковым догревом

Системы теплоснабжения с пиковым догревом используются в районах, где теплоэнергетический потенциал геотермальных ресурсов недостаточен для покрытия тепловых нагрузок потребителей. В периоды максимального теплопотребления включается пиковая котельная и термальная вода, проходя через нее, догревается до нужной температуры. С повышением температуры наружного воздуха и снижением теплопотребления пиковая котельная отключается и термальная вода напрямую направляется в систему отопления.

Дополнительное пиковое догревание геотермальных вод осуществляется в периодически действующих паровых котлах с пароводяными теплообменниками, в водогрейных котлах, электрокотлах.

Если температура термальной воды низкая (до 55 ?C), то такую воду можно использовать в системах теплоснабжения с тепловыми насосами. Термальная вода из скважины поступает в испаритель теплового насоса, где, передавая теплоту испаряющемуся рабочему агенту, охлаждается. Образовавшийся пар сжимается компрессором с повышением его температуры и поступает в конденсатор. В конденсаторе тепло паровой фазы передается воде, циркулирующей в контуре отопительной системы. Отработанная термальная вода при ее высоком качестве может быть использована на нужды хозяйственно-питьевого  или  технического водоснабжения. При неудовлетворительном химическом составе вода с разрешения экологической службы сбрасывается на поверхность или закачивается обратно в материнский пласт, а также  может быть направлена на блок химводоочистки для доведения ее до кондиций питьевого или технического водоснабжения. При необходимости система может быть дооборудована пиковой котельной. На рисунке 4 приведена схема такой системы.

Схема геотермального теплоснабжения с тепловым насосом

Большая часть геотермальных вод относится к высокоминерализованным водам. Непосредственное использование их в системах геотермального теплоснабжения затруднено из-за их коррозионной активности и склонности к интенсивному солеотложению. Тепловой потенциал таких вод может быть использован в системах геотермального теплоснабжения с помощью промежуточных теплообменников.

Системы с промежуточными теплообменниками являются двухконтурными, где тепловой потенциал высокоминерализованной воды первичного контура через теплообменник передается пресной воде, циркулирующей во вторичном контуре системы теплоснабжения (отопления, горячего водоснабжения). Недостатком систем с теплообменниками является сокращение срабатываемого потенциала термальной воды на величину конечной разности температур в теплообменнике.

На рисунке 5 приведена схема закрытой однотрубной системы геотермального теплоснабжения. Геотермальная вода из бака-аккумулятора насосом подается в теплообменник, куда также из водопровода поступает холодная вода. В теплообменнике происходит нагрев водопроводной воды, после чего она направляется в систему горячего водоснабжения. Отработанная минерализованная вода из теплообменника направляется на сброс или закачивается в пласт через нагнетательную скважину. Недостатком такой системы является отсутствие циркуляции теплоносителя, что при отсутствии водоразбора (в ночное время) приводит к остыванию воды в магистральных и разводящих трубах. Такая схема устраивается при близком расположении термоводозабора от потребителей горячей воды.

Схема однотрубной закрытой системы горячегог водоснабжения

При сравнительно большом удалении термоводозабора от потребителя целесообразна схема с наличием двухтрубной распределительной сети, по которой происходит циркуляция теплоносителя.

На рисунке 6 приведена принципиальная схема использования высокоминерализованных (до 40 г/л) геотермальных вод для теплоснабжения жилого микрорайона г. Каспийска в Дагестане с использованием промежуточных теплообменников.

Геотермальная вода от двух скважин направляется параллельно в теплообменники отопления и 2-й ступени горячего водоснабжения. После теплообменника отопления геотермальная вода поступает в теплообменник 1-й ступени горячего водоснабжения, после чего сбрасывается с температурой 21–22 ?C. Сброс из теплообменника 2-й ступени происходит с температурой 40 ?C, поскольку потребителей термальной воды с такой температурой нет.

Система отопления с пиковой котельной и расчетными параметрами 95–40 ?C образуют замкнутый контур, по которому циркулирует пресная вода. В летнем режиме работают только теплообменники отопления на геотермальной воде, и они обеспечивают горячим водоснабжением два микрорайона.

Принципиальная схема системы геотермального теплоснабжения жилого микрорайона г. Каспийска

Геотермальные воды успешно используются для теплоснабжения теплици обогрева грунта. В схеме геотермального теплоснабжения тепличного хозяйства в г. Черкесске (рис. 7) термальная водя, пройдя пиковый электродогрев, поступает в теплицы круглогодичной эксплуатации площадью 6000 м2, а затем перед сбросом подогревает поливочную воду в теплообменнике. При снижении температуры наружного воздуха включается сезонный обогреваемый грунт площадью 15000 м2.

Принципиальная схема использования термальных вод для тепличного хозяйства в г. Черкесске

Применение той или иной схемы геотермального теплоснабжения определяется многими факторами, среди которых особое место занимает химический состав геотермальной воды.

Различные аспекты теплотехнического использования геотермальных вод рассмотрены в работе Б. А. Локшина и ведомственных строительных нормах, разработанных ЦНИИЭП инженерного оборудования.

Принципиальные схемы геотермальных систем теплоснабжения должны выбираться с учетом температуры и химического состава геотермального теплоносителя, характера возможного потребления геотермальной теплоты, условий сброса отработанной геотермальной воды, наличия источника питьевой воды, взаимного расположения термоводозабора, потребителя, места сброса и источника воды питьевого качества, а также расстояний между ними. Тепловую энергию нельзя экономично транспортировать на большие расстояния. Освоение геотермальных ресурсов возможно лишь там, где уже имеются соответствующие потребители тепла или экономически целесообразно построить объекты геотермального энергоснабжения.

Оборудование геотермальных систем теплоснабжения должно выбираться с учетом данных по химическому и газовому составам геотермального теплоносителя, а также испытаний его на агрессивность и склонность к отложению солей.

Избыточное давление на устье скважины следует использовать только для подачи геотермального теплоносителя в сборную емкость (бак-аккумулятор). Подача его потребителю должна производиться насосами. При непосредственной подаче геотермального теплоносителя из скважины к потребителю создается противодавление, что снижает динамический уровень самоизлива и приводит к снижению эксплуатационного дебита скважины.

Приведем термины и определения, используемые в геотермальном теплоснабжении:

  • месторождение геотермальных вод — часть подземной водоносной системы, в пределах которой имеются благоприятные условия для отбора геотермальных вод в количестве, достаточном для их теплоэнергетического использования;
  • термоводозабор — одна или несколько объединенных между собой трубопроводами геотермальных скважин, пробуренных на месторождении геотермальных вод, специально обустроенных и предназначенных для подачи геотермального теплоносителя на нужды теплоснабжения зданий и сооружений;
  •  открытая система геотермального теплоснабжения — система, в которой геотермальная вода непосредственно подается на водоразбор горячего водоснабжения;
  • закрытая система геотермального теплоснабжения — система, в которой на водоразбор горячего водоснабжения подается геотермальная вода, нагретая за счет геотермальной теплоты;
  • геотермальная система теплоснабжения с зависимым присоединением отопления — система, в которой геотермальная вода подается непосредственно в приборы отопительных установок;
  • геотермальная система теплоснабжения с независимым присоединением отопления — система, в которой в отопительные приборы подается другой теплоноситель, нагретый в теплообменнике за счет геотермальной теплоты;
  • транзитные геотермальные тепловые сети — сети от термоводозаборов до устройств перехода на другой температурный график, а при едином температурном графике — до первого ответвления к потребителям;
  • магистральные геотермальные тепловые сети — сети от границы транзитных сетей, а при их отсутствии или протяженности менее 1 км — от термоводозаборов до ответвлений к жилым микрорайонам (кварталам) или промышленным предприятиям;
  • распределительные геотермальные тепловые сети — трубопроводы от границ магистральных сетей до узлов присоединения зданий;
  • геотермальная система — совокупность инженерных сооружений, технических средств и обусловленных ими физических и технологических процессов, которые обеспечивают добычу из недр, обработку и доставку потребителю кондиционного теплоносителя в природных условиях данного геотермального месторождения.

Комплексные геотермальные системы теплоснабжения

Более 85% добываемой геотермальной теплоты при прямом ее использовании расходуется на отопление. Однако при отоплении различных объектов геотермальную энергию используют лишь часть года. На Северном Кавказе, одном из наиболее перспективных регионов для развития геотермальной теплоэнергетики, отопительный период имеет продолжительность немногим более 150 суток. Несовершенство систем отопления в большинстве случаев позволяет использовать лишь небольшую часть теплового потенциала геотермального теплоносителя (особенно в переходные периоды — в начале и конце отопительного периода). Коэффициенты использования геотермального тепла в таких системах отопления имеют низкие значения, что в конечном итоге приводит к их невысокой экономической эффективности.

Большая часть геотермальной теплоты используется на отопление теплиц, являющихся крупными потребителями тепла. Для энергообеспечения тепличных комбинатов требуется наличие мощных термоводозаборов с дебитом несколько тыс. м3/сут, создание которых отличается весьма большими капитальными вложениями. Опыт эксплуатации систем геотермального отопления теплицт акже свидетельствует об их низкой экономической эффективности. В то же время тепличные комбинаты строятся вблизи населенных пунктов, которые в свою очередь нуждаются в отоплении и горячем водоснабжении. Поэтому для улучшения экономических показателей и снижения срока окупаемости вложенных средств необходимо создавать комплексные системы теплоснабжения, где геотермальный теплоноситель сначала используется в системе отопления тепличного комбината, а затем в системе горячего водоснабжения зданий.

На рисунках 8 и 9 представлены комплексные геотермальные системы теплоснабжения с зависимым присоединением отопления теплицы и закрытыми системами горячего водоснабжения зданий. Наличие транзитного участка распределительных двухтрубных сетей связано с необходимостью ра