Анализ потенциала геотермальных энергетических ресурсов России
2.5.1. Методика и результаты оценки геотермального энергетического потенциала
При исследовании по проекту TAC1S за основу принята методика оценки геотермального энергетического потенциала, изложенного в работе [9].
Оценка гидрогеотермальных ресурсов состоит в определении возможной производительности водозаборного сооружения при заданном или прогнозном понижении уровня воды в скважинах при заданной производительности водозаборного сооружения, при предположении, что при расчетном водоотборе качество термальных вод будет удовлетворять требуемым для эксплуатации кондициям в течение всего периода эксплуатации.
Ресурсы термальных вод определяются как по месторождениям или эксплуатационным участкам с целью обоснования проектирования водозаборных сооружений, необходимых для обеспечения конкретных объектов теплоэнергетическим сырьем, так и в пределах крупных гидрогеологических регионов для обоснования генеральных схем промышленного использования этих вод.
На месторождениях (участках) и в регионах оценка выполняется по результатам специальных разведочных работ или по данным эксплуатации действующих водозаборных сооружений.
Региональные оценки осуществляют в пределах отдельных гидрогеологических структур по основным перспективным водоносным горизонтам, определяющим в комплексе размеры ресурсов и теплоэнергетический потенциал термальных вод, а также геолого-экономические показатели их промышленного освоения.
Анализ ресурсов проводится применительно к этим зонам, по его результатам осуществляется геолого-экономическое районирование перспективных территорий по комплексу показателей, определяющих возможные масштабы и экономический эффект, последовательность изучения и промышленного освоения гидротермальных ресурсов. В ходе регионального анализа выявляется не только прогнозный теплоэнергетический потенциал термальных вод в каждом перспективном районе, но и даются рекомендации о рациональных способах промышленного освоения ресурсов (возможные схемы водозаборных сооружений, их размещение в перспективных районах, методы разработки водоносных горизонтов и способы эксплуатации скважин), обеспечивающие максимальный эффект от их практического использования.
Оценка эксплуатационных запасов термальных вод и их теплоэнергетического потенциала проводится на основании утвержденных кондиций. Кондиции представляют собой совокупность экономически и технологически обоснованных требований к качеству и количеству воды, техническим условиям эксплуатации месторождения при рациональном использовании недр и соблюдении правил охраны окружающей среды. При этом сами кондиции используются как оценочные экономические показатели геотермальных ресурсов.
Основными показателями кондиций являются:
а) минимальная температура воды (или энтальпия пароводяной смеси) на устье скважины;
б) максимально допустимая минерализация и предельные содержания отдельных компонентов или их групп, включая содержание некой — денсирующихся газов в парогидротермах (двуокиси углерода, сероводорода, метана, аммиака, азота, водорода, этана);
в) предельные положения динамических уровней в эксплуатационных скважинах (минимальные избыточные давления воды или пара на устье) и максимальные давления на устьях нагнетательных скважин;
г) предельные глубины и дебиты эксплуатационных скважин.
Кроме того, в проекте кондиций должны быть обоснованы способы и
средства водоподъема, система транспортировки воды до водопотребителя, согласованный с заказчиком расчетный срок эксплуатации водозабора и режим водоотбора в пределах этого срока, способы удаления использованных вод.
В каждом конкретном случае эксплуатационные запасы оцениваются с учетом заявленной потребности в теплоносителе и наличия действующих водозаборных сооружений с целью установления возможного взаимного влияния проектируемого и действующих водозаборных сооружений и обоснования ожидаемого прироста запасов.
Расчет водозабора включает обоснование рациональной схемы размещения эксплуатационных и нагнетательных (в случае применения геоциркуляционной технологии) скважин, режима их эксплуатации.
Основной расчетной формулой для подсчета эксплуатационных запасов при использовании гидродинамического метода в соответствии с [9] является:
= 4‘* кп S/R, ^=4’^ тф( (2.2)
где: — эксплуатационный дебет водозабора (эксплуатационные
запасы). м3/сут; S — допустимая расчетная величина снижения уровня подземных вод в пласте, ; Кт — коэффициент водопроводимости, м2/сут; R — гидравлическое (фильтрационное) сопротивление, безразмерная величина; Яф — коэффициент фильтрации, м/сут; т — эффективная мощность комплекса (горизонта), м.
Гидравлическое сопротивление формируется вокруг скважин и учитывает внешние граничные условия (плановые, вертикальные), взаимное размещение скважин в водозаборном сооружении и расстояния между ними, время эксплуатации, радиус водозаборной части скважины, а так лее ее гидродинамическое несовершенство.
Водозаборные сооружения задаются как группа взаимодействующих скважин, размещенных на местности произвольно или в виде упорядоченных систем (площадной, кольцевой, линейной II т. д.).
Расчетный срок эксплуатации в соответствии с установившейся практикой оценки запасов подземных вод рекомендуется принимать равным 10 тыс. суток (примерно 27 лет).
Теплоэнергетический потенциал ресурсов термальных вод, возможные масштабы и технико-экономические показатели их практического использования, а также их возможный вклад в топливно-энергетический баланс отдельных экономических районов и страны в целом в значительной мере определяются обоснованностью принимаемого в расчетах полезно используемого перепада температуры вод.
Т1сп = Тс * Т, (2.3)
где: Т — усредненная за расчетный период разработки температура термальных вод. С; Тк -— конечная температура воды после использования, С, зависящая от начальной температуры воды, вида ее практического использования, применяемых схем теплоснабжения или выработки электроэнергии, а также конструкций теплоэнергетического оборудования.
Ввиду трудности определение показателя Т при расчетах условного теплоэнергетического потенциала ресурсов термальных вод принимаются единые значения Ги = 30 — 35 С, рассчитанные на максимальное использование главного полезного свойства оцениваемого ресурса — тепла. При этом объемы эксплуатационных ресурсов и теплоэнергетический потенциал термальных вод применительно к их практической разработке в значительной степени будут зависеть от заданного уровня охлаждения пласта на конец расчетного времени. Этот показатель определяется из условия сохранения первоначальной пластовой температуры вблизи забоев эксплуатационных скважин в течение всего расчетного срока, т. е. сохранения неизменной температуры воды на устьях эксплуатационных скважин при температуре нагнетаемой воды 30 — 35 С.
Производительность скважин по теплу G связана с ее производительностью по воде Q следующим соотношением [59J:
G = </ ■ СЕ *р* 71 * сп, (2.4)
где: G — производительность скважины по теплу, Гкал/год, С — удельная теплоемкость воды, Гкал/т ■ С, с — плотность воды, т/ма, q — производительность скважины по воде, м3/год.
Согласно многочисленным исследованиям [6,9, 57, 59], Россия располагает значительными запасами геотермальных ресурсов, находящимися на глубине до 2500 м. Технические ресурсы геотермальной энергии России оцениваются в 11870 млн. т у. т,/год, что примерно в 10 раз превышает разведанные энергетические запасы органического топлива. По оценкам специалистов, за счет геотермальных ресурсов и новых
технологий (геотермальные тепловые насосы и бинарные электрические станции) можно в ближайшие 10 — 15 лет сократить на 20 — 30% потребление органического топлива в стране.
Распределение геотермальных ресурсов по территории РФ приведено на рис. 18 и 19, Приложения Г.
Практически на всей территории России имеются запасы тепла земли с температурой от 40 до 300 С, имеющие практическое применение.
В РФ разведано 47 геотермальных месторождений с запасами термальных вод, позволяющих получить — 240 • 103 м3/сутки и парогидро* терм производительностью более 105 * 103 т/сутки [9].
На территории России пробурено более 3000 скважин с целью использования геотермальных ресурсов.
Значительные запасы геотермального тепла открыты на Чукотке.
Значительными запасами тепла земли обладают Курильские острова, которых достаточно для их тепло — и электрообеспечения на 50 — 200 лет. Большими запасами геотермальной воды с температурой от 70‘ до 95 С обеспечены острова Кунапгар и Парамушир.
Дальневосточное Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного использования в промышленности и сельском хозяйстве,
В целом в России доля геотермальной электроэнергии может составить, по оценкам специалистов, 1 — 1,5%. Такие районы, как Камчатка, Курильские острова, ряд районов Северного Кавказа, Калининградская область — могут получать значительную часть электроэнергии за счет геотермальных ресурсов.
В теплоснабжении России доля геотермальной энергии по экспертным оценкам может достигнуть 60%,
Наибольший интерес для Проекта TACIS представляют геотермальные ресурсы европейского Юга России и Северного Кавказа.
На Северном Кавказе хорошо изучены геотермальные месторождения с температурой резервуаров от 70 до 180 С. находящихся на глубине от 300 до 3000 м. В регионе имеется многолетний опыт использования геотермальных вод для теплоснабжения и горячего водоснабжения.
I ак, в Дагестане в 2000 году было добыто более 6 млн. м“ геотермальной воды. На Северном Кавказе используют геотермальное водоснабжение до 500 тыс. человек.
Значения валового, технического, экономического и производственного (подготовленного для промышленного освоения) гидрогеотермаль — иых потенциалов России, соответствующие данным работы [9], приведены в табл. 2.11,
Потенциал геотермальной энергетики России
|
Таблица 2.11
Примечание I. Расчет валового, технического, экономического гидрогеотермального потенциалов России в работе [9] проведен для термальных вод с температурами >50 С и с минерализацией < 35 г/л при традиционной технологии их извлечения без обратной закачки). ГТпимімттч» 2. Для теплоснабжения используются гидрогеотермальные ресурсы л режиме 70/26°G, для отопления — й режиме 00/40 С |