Путешествие к центру земли

Джонатан Фейхи Forbes Contributor
На подходе первые проекты электростанций, работающих на энергии земной коры

Использовать энергию раскаленных слоев нашей планеты — давняя мечта ученых. Но в большинстве случаев этот источник тепла расположен либо слишком глубоко под землей, либо слишком далеко от воды, которая могла бы перенести тепло на поверхность. Австралийскую компанию Geodynamics такое положение вещей не устраивает. Она бурит несколько скважин глубиной 5000 м в раскаленном граните под пустыней в центральной Австралии, чтобы получить доступ к этому теплу. Теплу, на котором должны будут работать электростанции общей мощностью 50 МВт.

Этот проект стал первым коммерческим испытанием так называемой усиленной геотермальной системы (EGS). В традиционной системе инженеры бурят скважины около гейзеров, горячих ключей или вулканов и ставят на горячую воду клапан и турбину. EGS же подразумевает бурение скважин к раскаленной мантии и закачку в них воды. Давление выбросит через соседние скважины уже нагретую воду, и ее можно будет использовать для вращения турбины. Фактически создается искусственный гейзер.

Новейшие разработки в области производства турбин позволяют значительно упростить процесс получения электричества из тепловой энергии земли. Такие компании, как Ormat Technologies и United Technologies, разработали генераторы, способные вырабатывать электричество с помощью воды с относительно невысокой температурой. Вместо того чтобы использовать для вращения турбины водяной пар, они сначала нагревают водой другие вещества, например изопентан или изобутан, которые испаряются при более низких температурах, чем вода. В результате турбину вращают уже пары этих жидкостей. За последнее десятилетие минимальная температура, необходимая для работы таких электростанций, снизилась с 200°C до менее 100°C.

Проведенное в Массачусетском технологическом институте исследование показало, что к 2050 году EGS может добавить 100 ГВт электроэнергии к общей мощности, вырабатываемой только в США. Сегодня такие станции дают всего 3 ГВт. (Для сравнения: выработка крупной АЭС составляет около 1 ГВт.) Авторы исследования предполагают, что на начальной стадии стоимость киловатт-часа составит 15 центов, а впоследствии снизится до 5 центов. Эти цифры учитывают расходы на строительство, земельную аренду и т. п. и не учитывают возможные субсидии со стороны правительства.

Но даже такие прогнозы выглядят благоприятно. Стоимость электричества угольных электростанций, которые выбрасывают вредные газы в атмосферу, составляет 8 центов, ветровых электростанций — 6 центов, солнечных — 31 цент. Не стоит забывать о тенденции роста цен на природный газ. Ветер и солнце считаются ненадежными источниками. Без дорогостоящих батарей они не удовлетворяют базовый спрос.

Геотермальные тепловые источники используются для производства электроэнергии с 1904 года. В те времена в итальянском местечке Лардерелло от пара светились несколько лампочек. Сегодня построенная там электростанция дает ток в миллионы домов Тосканы и вырабатывает 5 млрд кВт/ч в год. Но все подобные электростанции расположены в уникальных природных местах, где горячие камни и вода залегают неглубоко. Поэтому на их долю приходится всего 0,5% совокупной мировой выработки электроэнергии.

Исследования в области EGS, впервые начатые в лос-аламосской лаборатории в 1970-е годы, были по большей части заброшены в период падения цен на нефть. Но наблюдающийся в последнее время рост цен на энергоносители и ряд последних технологических разработок привели к возрождению идеи. Министерство энергетики США выделило $90 млн на эти разработки. По словам помощника министра энергетики по вопросам эффективности расходования энергии и возобновляемых источников Александра Карснера, это только начало. «Правительство намерено уделить этому вопросу пристальное внимание. Это настоящее возрождение», — говорит он.

Google.org, подразделение Google, занимающееся благотворительностью, выделяет средства на исследования в области возобновляемых источников энергии, которые были бы дешевле угля. В августе компания объявила, что вложит $10 млн в AltaRock Energy и Potter Drilling, две компании, ведущие разработки в области EGS. «Это богатый источник, кривая стоимости выглядит неплохо, а внимания этой области уделяется мало», — говорит директор Google.org по климатическим и энергетическим разработкам Дэн Рейхер.

В США EGS пока не дает ни ватта, и пройдет еще немало времени, пока ситуация изменится. На строительство станции по этой системе, от геологоразведки, бурения тестовых скважин, получения лицензий, бурения рабочих скважин и до производства генераторов, уйдет не один год. Одна такая скважина может обойтись в $5 млн, в два раза дороже нефтяных и газовых, поскольку она вдвое глубже. На каждом участке нужно не менее четырех скважин. Геологам и инженерам еще предстоит многое узнать о породах, через которые пройдут скважины. Ученые из компании Geodynamics уже испытали потрясение, обнаружив горячую воду под давлением в граните, который ранее считался относительно сухим. Хотя в целом это открытие является весьма обнадеживающим, на практике компании пришлось дорого за него заплатить: в 2005 году, после отказа второй скважины из-за поступавшей под высоким давлением воды, она чуть не обанкротилась.

Первая станция Geodynamics мощностью 50 МВт, по словам директора по научным разработкам компании Дуна Вайборна, обойдется в $250 млн. Это $5 за ватт, а новая электростанция на угле компании Duke Energy в Северной Каролине стоит $2,3 за ватт. Но теперь, когда Geodynamics хорошо понимает, где, как и на какую глубину бурить, стоимость сократится, говорит Вайборн. Он утверждает, что к 2014 году, когда компания введет в строй уже 150 МВт, стоимость ватта будет меньше, чем у угольных станций.

В то время как Geodynamics и другие компании пытаются работать в системе EGS, традиционная геотермальная энергетика также переживает подъем. По данным исследователей Университета Невады в Рино, 80% этих простых в разработке геотермальных систем не открыты и компании начинают их разведку. Нынешние карты геотермальных источников на территории США основаны на данных, полученных в 1970-е годы. Google.org финансирует группу ученых Южного методистского университета, занимающихся обновлением этих данных.

По данным аналитика компании New Energy Finance Марка Тейлора, в мировых масштабах объем инвестиций в исследования геотермальных источников энергии вырос в прошлом году на 83%, до $1,7 млрд. На первом в истории аукционе геотермальных участков, который провело американское Бюро по управлению землями, в 2007 году было продано 57 лицензий. В августе этого года бюро провело еще один аукцион. Крупнейшим покупателем в прошлом году стала компания Ormat, получившая лицензии почти на 300 кв. км в штате Невада. Сейчас Ormat производит энергию суммарной мощностью 0,4 ГВт и планирует ежегодно увеличивать этот показатель на 0,1 ГВт. Заручившись финансовой поддержкой Министерства энергетики, компания намерена провести первый в США тест проекта по системе EGS этой осенью.

Возможно, когда-нибудь система EGS начнет приносить дивиденды. Ormat, получившая в 2007 году прибыль в $27 млн с доходов в $296 млн, упрямо шла к этому с 1980-х годов. И сегодня видит вполне ощутимые результаты: доходы с 2003 года выросли на 25%. «Если вы хотите добиться успеха сегодня, начните заранее», — говорит председатель совета директоров компании Люсьен Броники.

Новости партнеров