Геотермальна енергія

Тепло – це форма енергії, а геотермальна енергія – це буквально тепло, яке міститься всередині Землі та породжує геологічні явища планетарного масштабу. Геотермальна енергія в сучасних технологіях одержується з природного тепла. По суті, земля служить котлом, у якому геотермальні рідини можуть досягати високих температур і тиску, необхідних для комерційного застосування. Як правило, ці рідини залягають у пластах на глибині до 3000 метрів і можуть бути вилучені шляхом буріння свердловин. Наземні споруди перетворюють геотермальне тепло в корисну форму енергії, таку як електрика або тепло для інших цілей, наприклад, опалення будинків.

1. Природа геотермальних ресурсів

Тепловий двигун Землі

Тепло всередині ядра Землі постійно утворюється в результаті розпаду довгоживучих радіоактивних ізотопів урану, торію та калію, які присутні на Землі. Крім цього тепла, існують інші потенційні джерела тепла, такі як первісна енергія акреції планет.

Тепло, що утворюється в надрах Землі, і тепло, що розсіюється в космос із Землі, здається, не знаходяться в рівновазі. Теоретично, наша планета охолоджується. Однак процес охолодження відбувається дуже повільно. Температура мантії (див. малюнок нижче) знизилася не більш ніж на 300-350°C за три мільярди років, залишаючись приблизно на рівні 4000°C біля її основи. Оцінки, зроблені понад двадцять років тому, показали, що загальний вміст тепла в Землі, що враховує температури, вищі за середню температуру її поверхні (15 °C), становить близько 12,6 x10e24 МДж, а вміст земної кори — близько 5,4 x 10e21 МДж. Таким чином, теплова енергія Землі величезна, але лише її частина може бути використана людиною. Поки що наше використання цієї енергії було обмежено областями, в яких геологічні умови дозволяють носіям (воді в рідкій або паровій фазі) «переносити» тепло з глибоких гарячих зон на поверхню або ближче до неї, створюючи таким чином геотермальні ресурси, але інноваційні методи в найближчому майбутньому можуть запропонувати нові перспективи в цьому секторі.

Геотермічний градієнт виражає підвищення температури з глибиною в земній корі. На глибинах, доступних для сучасних технологій буріння, середній геотермічний градієнт становить близько 2,5-3 °C/100 м. Наприклад, якщо температура в межах перших кількох метрів під рівнем землі, яка в середньому відповідає середньорічній температурі зовнішнього повітря, становить 15 °C, то можна обґрунтовано припустити, що на глибині 2000 м температура буде приблизно 65°-75°C, на глибині 3000 м – 90°-105 °C і так далі протягом кількох тисяч метрів.

Є, однак, величезні території, в яких геотермічний градієнт далекий від середнього значення. У районах, де глибокий скельний фундамент зазнав швидкого занурення, а басейн заповнений геологічно «дуже молодими» відкладеннями, геотермічний градієнт може бути нижчим за 1 °C/100 м. З іншого боку, в деяких «геотермальних районах» градієнт може перевищувати середнє значення навіть в десять разів.

Наша планета складається з кори, яка досягає товщини приблизно 20-65 км в континентальних областях і приблизно 5-6 км в океанічних областях, мантії, яка має товщину приблизно 2900 км, і ядра, радіус якого становить близько 3470 км.

Земна кора, мантія та ядро. Праворуч вгорі: розріз кори та верхньої частини мантії.

Фізичні та хімічні характеристики кори, мантії та ядра змінюються від поверхні Землі до її центру. Зовнішня оболонка Землі, відома як літосфера, складається з кори та верхнього шару мантії. Літосфера має товщину від менше ніж 80 км в океанічних зонах до понад 200 км в континентальних областях, літосфера поводиться як тверде тіло. Нижче літосфери знаходиться зона, відома як астеносфера, товщиною 200-300 км, яка має «менш жорстку» або «більш пластичну» поведінку. Іншими словами, в геологічному масштабі, де час вимірюється мільйонами років, ця частина Землі поводиться приблизно так само, як рідина в певних процесах.

Через різницю температур між різними частинами астеносфери кілька десятків мільйонів років тому відбувались конвективні рухи і, можливо, утворились конвективні комірки. Їх надзвичайно повільний рух (кілька сантиметрів на рік) підтримується теплом, яке постійно виробляється в результаті розпаду радіоактивних елементів, і теплом, що надходить із найглибших шарів Землі. Величезні об’єми глибоких, більш гарячих порід, менш щільних і легших, ніж навколишній матеріал, піднімаються з цими рухами до поверхні, тоді як холодніші, щільніші та важчі породи поблизу поверхні мають тенденцію опускатися, знову нагріватися та знову підніматися на поверхню, подібно до того, як це відбувається з водою, що кипить у каструлі чи чайнику.

У зонах, де літосфера тонша, і особливо в океанічних областях, літосфера виштовхується вгору і розривається дуже гарячим, частково розплавленим матеріалом, що піднімається з астеносфери, відповідно до висхідної гілки конвективних комірок. Саме цей механізм створив і досі створює хребти, що простягаються понад 60 000 км під океанами, подекуди піднімаючись на поверхню (Азорські острови, Ісландія) і навіть проходять між континентами, як у Червоному морі. Відносно крихітна частина розплавлених порід, що піднімаються з астеносфери, виходить з гребенів цих хребтів і, контактуючи з морською водою, застигає, утворюючи нову океанічну кору.

Схематичний розріз із зображенням тектонічних процесів плит.

Розкидані хребти, трансформаційні розломи та зони субдукції утворюють широку мережу, яка розділяє нашу планету на шість величезних та кілька інших менших літосферних областей або плит. Через величезну напругу, створювану тепловим двигуном Землі, і асиметрію зон, що виробляють і споживають літосферний матеріал, ці плити повільно дрейфують одна проти одної, постійно змінюючи положення. Краї плит відповідають слабким, щільно тріщинуватим зонам земної кори, що характеризуються інтенсивною сейсмічністю, великою кількістю вулканів і, через підйом дуже гарячих матеріалів до поверхні, високим тепловим потоком всередині землі. Найважливіші геотермальні області розташовані навколо країв плит.

Світова модель плит, океанічних хребтів, океанічних западин, зон субдукції та геотермальних полів. Стрілки показують напрямок руху плит до зон субдукції. (1) Геотермальні поля для виробництва електроенергії; 2) серединно-океанічні хребти, пересічені трансформними (довгими поперечними) розломами; (3) зони субдукції, де субдукційна плита згинається вниз і плавиться в астеносфері.

Цикл геотермальної енергії

Опади просочуються глибоко в землю, де вони зігріваються земним теплом. У кількох місцях магма опиняється досить близько до поверхні, щоб нагрівати рідини, до яких можна дістатися за допомогою буріння свердловин. Потім гаряча вода виходить на поверхню. У разі виробництва електроенергії вона перетворюється на пару та доставляється по трубопроводу до електростанцій. У випадках, коли геотермальний резервуар виробляє природну пару, пара очищається для видалення домішок перед передачею на електростанцію. Надлишок рідини повертається в резервуар.

2. Історія використання

На початку дев'ятнадцятого століття геотермальні рідини вже використовувалися з енергетичною метою. У той період в Італії, в зоні, відомій зараз як Лардерелло, була створена хімічна промисловість для вилучення борної кислоти з гарячих вод, що витікають природним шляхом або зі спеціально пробурених неглибоких свердловин. Борну кислоту отримували шляхом випарювання гарячих рідин у чавунних котлах, використовуючи як паливо деревину з сусідніх лісів. У 1827 році Франческо Лардерель, засновник цієї галузі, розробив систему для використання тепла борних рідин у процесі випаровування замість спалювання деревини з лісів, які швидко виснажуються. Використання природної пари для отримання механічної енергії почалася майже в той же час. Геотермальна пара використовувалась для підйому рідин у примітивних газліфтах, а пізніше в поршневих і відцентрових насосах і лебідках, задіяних в буровій діяльності або в місцевій промисловості борної кислоти. Між 1850 і 1875 роками завод у Лардерелло був монополістом у Європі з виробництва борної кислоти. Між 1910 і 1940 роками пара низького тиску в цьому районі Тоскани була застосована для обігріву промислових і житлових будівель і теплиць.

У 1928 році Ісландія, ще один піонер у використанні геотермальної енергії, також почала використовувати свої геотермальні рідини (переважно гарячу воду) для домашнього опалення. Перша спроба виробити електроенергію з геотермальної пари була зроблена в Лардерелло в 1904 році. Успіх цього експерименту вказав на промислову цінність геотермальної енергії та започаткував спосіб її використання, що значно розширився з того часу.

Виробництво електроенергії в Лардерелло мало комерційний успіх. До 1942 року встановлена геотермоелектрична потужність досягла 127,65 МВт. Приклад Італії наслідували кілька країн. Перші геотермальні свердловини в Японії були пробурені в Беппу в 1919 році і в США в Гейзерах, Каліфорнія, в 1921 році. У 1958 році невелика геотермальна електростанція почала працювати в Новій Зеландії, в 1959 році в Мексиці, в 1960 році в США і у багатьох інших країнах у наступні роки.

3. Сучасний стан

Після Другої світової війни багато країн зацікавилися геотермальною енергією, вважаючи її економічно конкурентоспроможною з іншими видами енергії. Її не потрібно було імпортувати, а в деяких випадках це було єдине джерело енергії, доступне на місцевому рівні. Країни, які використовують геотермальну енергію для виробництва електроенергії, перераховані нижче, із встановленою геотермальною електричною потужністю в світі в 1995 році (6833 МВт) і в 2000 році (7974 МВт).

Станом на 2020 рік встановлена геотермальна електрична потужність вже становила 14463 МВт, що дозволило виробити в цьому році 94960 ГВт∙год геотермальної електричної енергії. Лідерами за обсягами виробництва електроенергії є США, Індонезія, Філіпіни, Туреччина, Нова Зеландія, Італія, Ісландія, Кенія, Мексика, Японія, сумарна частка яких у світовому виробництві геотермальної електричної енергії становить близько 93%.

Що стосується неелектричних застосувань геотермальної енергії, у таблиці нижче наведено встановлену потужність (15 145 МВт) і використання енергії (190 699 ТДж/рік) у всьому світі за 2000 рік. На малюнках показано зростання встановленої потужності до 2020 року та галузі застосування геотермальної енергії в 2020 році. Вже в 2020 році сумарне неелектричне використання геотермальної енергії склало 1020887 ТДж/рік, тобто порівняно з 2000 роком воно зросло в 5,35 разів.

В 2020 році 62 країни звітували про пряме використання геотермальної енергії, порівняно з 58 країнами в 2000 році, 28 у 1995 році та 24 у 1985 році.

Найпоширенішим неелектричним використанням у всьому світі (з точки зору встановленої потужності) в 2020 році є теплові насоси (72,1%), опалення приміщень (11,9%), підігрів басейнів (11,4%), опалення теплиць (2,3%).

4. Геотермальні системи

Геотермальні системи можна знайти в регіонах із нормальним або трохи вищим за нормальний геотермальним градієнтом, і особливо в регіонах навколо країв плит, де геотермальні градієнти можуть бути значно вищими за середнє значення. У першому випадку системи будуть характеризуватися низькими температурами, зазвичай не вище 100 °C на економічно доцільній глибині; у другому випадку температури можуть охоплювати широкий діапазон від низьких до дуже високих і навіть вище 400 °C.

Геотермальну систему можна описати схематично як «конвекцію води у верхній частині земної кори, яка в замкнутому просторі передає тепло від джерела тепла до тепловідводу, як правило, до вільної поверхні». Геотермальна система складається з трьох основних елементів: джерела тепла, резервуара та рідини, яка є носієм, що передає тепло. Джерелом тепла може бути або дуже високотемпературна (> 600 °C) магматична інтрузія, яка досягла відносно малих глибин (5-10 км), або, як у деяких низькотемпературних системах, нормальна температура Землі, яка зростає з глибиною.

Резервуар - це об'єм гарячих проникних порід, з яких циркулюючі рідини відбирають тепло. Резервуар, як правило, має покрив з водонепроникних порід і з’єднаний з поверхневою зоною живлення, через яку атмосферні води можуть замінити або частково замінити рідини, які витікають з резервуара природним шляхом (наприклад, через джерела) або видобуваються зі свердловин. Геотермальна рідина - це вода, в більшості випадків атмосферна вода, в рідкому або пароподібному стані, залежно від її температури і тиску. Ця вода часто несе з собою хімічні речовини та гази, такі як CO₂, H₂S тощо.

Механізм, що лежить в основі геотермальних систем, загалом регулюється конвекцією рідини. Малюнок вище схематично описує механізм у випадку гідротермальної системи середньої температури. Конвекція виникає внаслідок нагрівання та подальшого теплового розширення рідин у полі сили тяжіння; тепло, яке подається в основу циркуляційної системи, є енергією, яка приводить в рух систему. Нагріта рідина меншої щільності має тенденцію підніматися вгору і замінюватися більш холодною рідиною високої щільності, що надходить з країв системи. Конвекція за своєю природою має тенденцію підвищувати температуру у верхній частині системи, а температура в нижній частині знижується.

З усіх елементів геотермальної системи джерело тепла є єдиним, яке повинно бути природним. Якщо умови є сприятливими, інші два елементи можуть бути «штучними». Наприклад, геотермальні рідини, добуті з резервуара для приводу турбіни на геотермальній електростанції, після їх утилізації можуть бути введені назад у резервуар через спеціальні нагнітальні свердловини. Таким чином природне поповнення водосховища поєднується зі штучним поповненням. Протягом багатьох років повторне закачування було прийнято в різних частинах світу як засіб різкого зменшення впливу на навколишнє середовище роботи геотермальних електростанцій.

У проєкті Hot Dry Rock (HDR), реалізованому в США на початку 1970-х років, як рідина, так і резервуар є штучними. Вода під високим тиском закачується через спеціально пробурену свердловину в глибоке тіло гарячої компактної породи, викликаючи її гідравлічний розрив. Вода проникає в ці штучні тріщини, відбираючи тепло з навколишньої породи, яка діє як природний резервуар. В цей «резервуар» пізніше проникають через другу свердловину, яка використовується для видобутку нагрітої води. Отже, система складається з:

1. свердловини, яка використовується для гідравлічного розриву, через яку закачується холодна вода;
2. штучний резевуар;
3. свердловина, яка використовується для видобутку гарячої води.

Вся система разом із установкою для поверхневої утилізації могла б утворити замкнутий цикл. Цей цікавий проєкт був зрештою покинутий після кількох років експериментів, оскільки він виявився занадто дорогим, а результати були не зовсім задовільними.

Геотермальну енергію зазвичай класифікують як відновлювану та стійку. Відновлюваність характеризує властивість джерела енергії, тоді як стійкість показує, як використовується ресурс. Найважливішим аспектом для класифікації геотермальної енергії як відновлюваного джерела енергії є швидкість поповнення енергії. При експлуатації природних геотермальних систем поповнення енергії відбувається шляхом адвекції термальної води в тому ж часовому масштабі, що й споживання ресурсу. Це виправдовує віднесення геотермальної енергії до відновлюваних джерел енергії. У випадку гарячих сухих порід і деяких водоносних горизонтів гарячої води в осадових басейнах поповнення енергії відбувається лише за рахунок теплопровідності; однак через повільність цього процесу гарячі сухі породи та деякі осадові резервуари слід розглядати як обмежені енергетичні ресурси. Сталість у споживанні ресурсу залежить від його початкової кількості, швидкості утворення та швидкості споживання. Очевидно, що споживання може підтримуватися протягом будь-якого періоду часу, коли ресурс створюється швидше, ніж вичерпується.

Пряме використання тепла

Пряме використання тепла є одним із найстаріших, найуніверсальніших і також найпоширеніших видів використання геотермальної енергії. Опалення та централізоване теплопостачання, сільськогосподарське застосування, аквакультура та промислове використання є найвідомішими та найпоширенішими формами використання, але інші форми вже використовуються або знаходяться на останніх стадіях підготовки.

Опалення і централізоване теплопостачання досягли значного прогресу в Ісландії, де загальна потужність діючої геотермальної системи централізованого теплопостачання зросла приблизно до 1200 МВт ще в кінці 1999 року, але вони також широко поширені в країнах Східної Європи, у США, Китаї, Японії, Франції та ін.

Спрощена блок-схема геотермальної системи централізованого теплопостачання Рейк'явіка

Геотермальні системи централізованого теплопостачання є капіталомісткими. Основними витратами є початкові інвестиційні витрати на буріння видобувних та нагнітальних свердловин, свердловинні та транспортувальні насоси, трубопроводи та розподільні мережі, обладнання для моніторингу та контролю, пікові станції та резервуари для зберігання. Експлуатаційні витрати, однак, порівняно нижчі, ніж у звичайних системах, і складаються з витрат на перекачування, системи обслуговування, контролю та управління. Вирішальним фактором при оцінці початкової вартості системи є щільність теплового навантаження, або потреба в теплі, поділена на площу території району. Висока щільність тепла визначає економічну доцільність проєкту централізованого теплопостачання, оскільки розподільна мережа є дорогою.

Певної економічної вигоди можна досягти, поєднуючи опалення та охолодження в регіонах, де це дозволяє клімат. Коефіцієнт навантаження в системі з комбінованим опаленням і охолодженням був би вищим, ніж коефіцієнт лише для опалення, і, отже, ціна одиниці енергії була б кращою.

5. Сільське господарство

Застосування геотермальних рідин у сільському господарстві включає землеробство у відкритому ґрунті та опалення теплиць. Термальну воду можна використовувати у відкритому землеробстві для зрошення та/або обігріву ґрунту. Найбільшим недоліком зрошення теплою водою є те, що для отримання будь-якої значущої варіації температури ґрунту потрібна така велика кількість води при досить низькій температурі, щоб запобігти пошкодженню рослин, яке призвело б до затоплення полів. Одним із можливих рішень цієї проблеми є використання системи підповерхневого зрошення, з’єднаної з пристроєм для підігріву ґрунту заглибленим трубопроводом. Нагрівання ґрунту в заглиблених трубопроводах без системи зрошення може знизити теплопровідність ґрунту через падіння вологості навколо труб і, як наслідок, теплову ізоляцію. Найкращим рішенням є поєднання підігріву ґрунту та поливу. Необхідно ретельно контролювати хімічний склад геотермальних вод, які використовуються для зрошення, щоб уникнути негативного впливу на рослини.

Основними перевагами регулювання температури в сільському господарстві є:

1. запобігання будь-якому пошкодженню, спричиненому низькими температурами навколишнього середовища;
2. подовження вегетаційного періоду, прискорення росту рослин і підвищення продуктивності;
3. стерилізація ґрунту.

Найпоширенішим застосуванням геотермальної енергії в сільському господарстві є, однак, опалення теплиць, яке було впроваджено у великих масштабах у багатьох країнах. Вирощування овочів і квітів поза сезоном або в несприятливому кліматі тепер може спиратися на широко апробовану технологію. Для досягнення оптимальних умов росту доступні різні рішення, які базуються на оптимальній температурі росту кожної рослини, кількості світла, концентрації CO2 у тепличному середовищі, вологості ґрунту та повітря, а також руху повітря. Стіни теплиці можуть бути зі скла, склопластику, жорстких пластикових панелей або поліетиленової плівки. Скляні панелі більш прозорі, ніж пластикові, пропускають набагато більше світла, але забезпечать меншу теплоізоляцію, менш стійкі до ударів, важчі та дорожчі, ніж пластикові панелі. Найпростіші теплиці виготовлені з одинарних поліетиленових плівок, але останнім часом деякі теплиці будуються з подвійним шаром плівки, розділеним повітряним простором. Ця система зменшує втрати тепла через стіни на 30-40%, і таким чином значно підвищує загальну ефективність теплиці.

Опалення теплиць можна робити за допомогою примусової циркуляції повітря в теплообмінниках, циркуляційних трубах або каналах гарячої води, розташованих на або у підлозі, ребристих агрегатах, розташованих уздовж стін і під лавками, або комбінацією цих методів. Використання геотермального тепла для опалення теплиць може значно знизити їх експлуатаційні витрати, які в деяких випадках складають 35% вартості продукції (овочів, квітів, кімнатних рослин та саджанців дерев).

6. Промислове застосування

Весь діапазон температур геотермальних рідин, будь то пара чи вода, можна використовувати для промислового застосування. Різні можливі форми утилізації включають технологічне нагрівання, випаровування, сушку, дистиляцію, стерилізацію, промивання, видалення льоду, сольову та хімічну екстракцію, а також нафтовидобування. Тепло для промислових процесів застосовується принаймні в 19 країнах, де установки, як правило, великі, а енергоспоживання високе. Приклади включають: твердіння бетону, розлив води та газованих напоїв, виробництво паперу та автозапчастин, нафтовидобування, пастеризація молока, шкіряна промисловість, хімічна екстракція, екстракція CO2, вирощування грибів та прання, видобуток солі та сушка діатомової землі, целюлоза та переробка паперу, виробництво боратів і борної кислоти.

Дорога з геотермальним підігрівом в Японії

Теплові насоси

Геотермальне кондиціонування (опалення та охолодження) значно розширилося з 1980-х років після впровадження та широкого використання теплових насосів. Різноманітні доступні системи теплових насосів дозволяють нам економічно видобувати та використовувати тепло, що міститься в тілах з низькою температурою, таких як ґрунт і мілкі водоносні горизонти, ставки тощо. Теплові насоси – це машини, які подають тепло в напрямку, протилежному тому, в якому воно має тенденцію переходити природним шляхом, тобто з холодного приміщення чи тіла до теплішого. Тепловий насос фактично є нічим іншим, як холодильною установкою. Будь-який холодильний пристрій (віконний кондиціонер, холодильник, морозильна камера тощо) переміщує тепло з приміщення (щоб підтримувати його прохолодним) і віддає це тепло до середовищ з при вищими температурами. Єдина різниця між тепловим насосом і холодильною установкою - це бажаний ефект, охолодження для холодильної установки та нагрівання для теплового насоса. Друга відмінна риса багатьох теплових насосів полягає в тому, що вони є реверсивними і можуть забезпечувати опалення або охолодження приміщення.

Теплові насоси

Теплові насоси потребують електроенергії для роботи, але за відповідних кліматичних умов і хорошої конструкції енергетичний баланс є позитивним. У Сполучених Штатах, Швейцарії та Німеччині у великій кількості встановлюються системи теплових насосів, пов’язаних із землею та водою. У цих системах використовуються водоносні горизонти та ґрунти з температурою в діапазоні від 5 до 30 °C.

7. Геотермальна електрика

Геотермальна енергія («тепло землі») має величезний потенціал для виробництва електроенергії. Близько 95 тис. ГВт∙год геотермальної електроенергії виробляється в усьому світі. Перша геотермальна електростанція потужністю 250 кВтe була побудована в 1904 році в Ларделло (Італія). Інші були введені в експлуатацію в Wairakai, Нова Зеландія (1958), Pathe в Мексиці (1959) і Гейзери в США (1960). З 1980 року встановлена потужність значно зросла, і загальна вихідна потужність досягла 14463 МВт у 2020 році, в тому числі найбільші потужності 2587 МВт, встановлені у США.

Геотермальні електростанції використовують енергію, яка видобувається шляхом буріння свердловин у резервуарах і подачі пари або гарячої води до електростанцій, які перетворюють тепло в електрику. Сучасні технології виробляють електроенергію з гідротермальних ресурсів (гаряча вода/пара). У майбутньому вони зможуть використовувати тепло глибоких, гарячих, сухих гірських утворень земної кори та, можливо, ще глибшу, майже необмежену енергію земної магми.

Геотермальні ресурси бувають п’яти видів:

• гідротермальні рідини
• гарячі сухі гірські породи
• геонапірні розсоли
• магма
• навколишнє тепло землі.

З цих п'яти тільки гідротермальні рідини були комерційно розроблені для виробництва електроенергії. Основними видами геотермальних електростанцій, що використовуються сьогодні, є:

• парові
• на основі високотемпературної води
• бінарні.

Ці три технології можна використовувати для перетворення енергії гідротермальних теплоносіїв на електроенергію. Застосований тип перетворення залежить від стану рідини (пари чи води) та її температури:

Парові (на сухій парі) – звичайні парові турбіни використовуються з гідротермальними теплоносіями, які знаходяться повністю або переважно у вигляді пари. Пара направляється безпосередньо до турбіни, яка приводить в рух електричний генератор, усуваючи потребу в котлах і викопному паливі, характерну для звичайних електростанцій.

Для високотемпературної води для гідротермальних теплоносіїв з температурою вище 200° C, що знаходяться переважно у вигляді води, зазвичай використовується технологія пари самозакипання (flash steam). У цих системах рідина розпилюється в резервуарі, який знаходиться під набагато нижчим тиском, ніж рідина, в результаті чого частина рідина швидко закипає та перетворюється на пару. Пара використовується для приводу турбіни, яка знову ж таки приводить в дію генератор. Трохи рідини залишається в резервуарі після того, як рідина переходить у пару; якщо вона все ще досить гаряча, цю рідину, що залишилася, можна знову повернути в резервуар, щоб отримати ще більше енергії для виробництва електроенергії.

Парові установки використовують дуже гарячу (понад 150°C) пару та гарячу воду (як це відбувається на станціях Гейзери у північній Каліфорнії – у найбільшого виробника геотермальної електроенергії у світі). Пара або надходить безпосередньо з джерела, або дуже гаряча вода подається під високим тиском, який потім скидається, що призводить до миттєвого закипання («flash») та випаровування води з утворенням пари. Потім ця пара обертає турбіни, які приводять в дію генератори, що виробляють електроенергію. Єдиним значним викидом від цих установок є водяна пара. Викидається також незначна кількість вуглекислого газу, оксиду азоту та сірки, але майже в 50 разів менше, ніж на традиційних електростанціях, що працюють на викопному паливі. Вироблена таким чином енергія зараз коштує близько 4-6 центів за кВт/год.

Бінарні установки використовують більш низькотемпературні, але набагато більш поширені джерела гарячої води (40°C - 150°C). Гаряча вода проходить через теплообмінник, куди подається також проміжний (тобто, «бінарний») теплоносій з нижчою температурою кипіння (зазвичай використовуються вуглеводні, такі як ізобутан або ізопентан). Вторинна рідина випаровується, утворена пара обертає турбіни, які приводять в дію генератори. Решта вторинної рідини просто повертається через теплообмінник. Геотермальна рідина конденсується і повертається в резервуар. Оскільки бінарні установки використовують замкнений цикл, нічого не виділяється. Енергія, вироблена бінарними установками, зараз коштує приблизно від 5 до 8 центів за кВт/год. Оскільки ці низькотемпературні резервуари набагато більш поширені, бінарні установки є більш поширеними.

Вода помірної температури

Для води з температурою менше 200 град. C, технологія бінарного циклу, як правило, найбільш економічно ефективна. У цих системах гаряча геотермальна рідина випаровує вторинну або робочу рідину, яка потім приводить в дію турбіну та генератор.

Ресурси у вигляді пари найпростіші у використанні, але вони рідкісні. Єдине в Сполучених Штатах парове родовище, яке комерційно розробляється, Гейзери, розташоване в Північній Каліфорнії. В Гейзерах почали виробляти електроенергію в 1960 році. Це було перше джерело геотермальної енергії в країні, а зараз є найбільшим джерелом геотермальної енергії в світі.

Установки з гарячою водою, що використовують геотермальні рідини з високою або помірною температурою, є відносно недавньою розробкою. Однак ресурси гарячої води є набагато більш поширеними, ніж пара. Станції з гарячою водою зараз є основним джерелом геотермальної енергії як у Сполучених Штатах, так і в світі. У Сполучених Штатах такі установки працюють у Каліфорнії, на Гаваях, в Неваді та Юті.

Геотермальні електростанції в Imperial Valley поблизу Броулі, Каліфорнія Геотермальна електростанція в Гейзерах, США

Геотермальні електростанції дуже надійні в порівнянні зі звичайними електростанціями. Наприклад, нові парові установки в Гейзерах працюють понад 99% часу. Взяті як група, геотермальні електростанції мають системну готовність 95% або вище, порівняно з 60%-70% для вугільних і атомних станцій. Крім того, коефіцієнт потужності геотермальних електростанцій найвищий серед усіх типів електростанцій. Коефіцієнт потужності – це кількість енергії, яка фактично виробляється за рік у кіловат-годинах (кВт·год) у порівнянні з кількістю, яку можна було б виробити, якби станція безперервно працювала на повну потужність.

Після використання тепла геотермальні рідини закачуються свердловиною назад у геотермальний резервуар. Ця введена рідина поповнює геотермальний резервуар і підтримує тиск, необхідний для продовження виробництва гарячої води або пари.

8. Майбутнє геотермальної енергетики

Гідротермальні водойми не є єдиним можливим джерелом геотермальної електроенергії. Гаряча суха порода пропонує величезний потенціал для виробництва електроенергії. Енергія гарячої сухої породи надходить із відносно вільної від води гарячої породи, знайденої на різних глибинах під поверхнею Землі. Один із способів видобутку енергії – циркуляція води через штучні тріщини в гарячій породі. Тепло можна забирати з водою на поверхню для виробництва електроенергії, а охолоджену воду можна потім рециркулювати через тріщини, щоб отримати більше тепла, створюючи замкнуту систему. Коли технологія стане настільки розвиненою, щоб зробити ресурси гарячої сухої породи комерційно вигідними, вони є достатньо великими, щоб забезпечити значну частину потреб в електроенергії такої країни як США протягом століть.

Геонапірні розсоли — гарячі, стиснуті, багаті метаном води, знайдені в осадових басейнах на глибині від 3000 до 6000 метрів під поверхнею – і розплавлена магма або частково розплавлена порода в земній корі – також колись можуть використовуватись для забезпечення електроенергією. Однак на даний момент технологія ще не просунулася настільки, щоб можна було економічно ефективно використовувати геонапірні розсоли та магму.

Якщо гідротермальні резервуари, гарячі сухі породи, геотермальні розсоли та магму розглядати разом, потенціал для виробництва електроенергії з геотермальних ресурсів є дуже великим. Загалом гідротермальні резервуари, єдині геотермальні ресурси на сьогоднішній день, які економічно доцільно використовувати для виробництва електроенергії, становлять лише одну десяту цієї ресурсної бази. Завдяки розвитку технологій геотермальні ресурси мають потенціал для отримання майже безмежної енергії із Землі.

9. Навколишнє середовище

У минулому, коли наше довкілля було здоровішим, ніж зараз, і ми менше усвідомлювали загрозу для землі, геотермальна енергія все ще вважалася «чистою енергією». Насправді не існує способу виробництва або перетворення енергії у форму, яка могла б бути використана людиною без прямого чи непрямого впливу на навколишнє середовище. Навіть найдавніший і найпростіший вид виробництва теплової енергії, спалювання деревини, має негативний вплив і спричинює вирубку лісів. Подібним чином використання геотермальної енергії також впливає на навколишнє середовище, хоча слід сказати, що це одна з найменш забруднюючих форм. Геотермальні рідини забираються із Землі та повертаються в Землю, тому викиди в навколишнє середовище дуже низькі.

Типова геотермальна установка вимагає кількох свердловин. Незважаючи на те, що буріння цих свердловин впливає на землю, цей вплив можна мінімізувати за допомогою передового направленого або похилого буріння. Це дозволяє пробурити кілька свердловин з однієї бурової площадки, мінімізуючи кількість землі, необхідної для бурових майданчиків, під’їзних доріг і трубопроводів геотермальної рідини.

Джерела забруднення

У більшості випадків ступінь впливу геотермальної експлуатації на навколишнє середовище пропорційний масштабу такої експлуатації. Виробництво електроенергії на установках бінарного циклу впливатиме на навколишнє середовище так само, як і пряме використання тепла. Ефекти потенційно більші у випадку звичайних протитискових або конденсаційних електростанцій, особливо щодо якості повітря, але їх можна утримувати в прийнятних межах. Будь-які зміни в навколишньому середовищі необхідно ретельно оцінювати, дотримуючись відповідних законів і правил, які в деяких країнах є дуже суворими, а також тому, що на перший погляд незначна зміна може спровокувати ланцюг подій, вплив яких важко повністю оцінити заздалегідь.

Наприклад, підвищення температури водойми лише на 2-3 °C в результаті скидання стічних вод з утилізаційного заводу може завдати шкоди екосистемі. Рослинні та тваринні організми, які найбільш чутливі до коливань температури, можуть поступово зникнути, залишивши рибу без джерела їжі. Підвищення температури води може погіршити розвиток ікри інших видів риб. Якщо ці риби їстівні та забезпечують необхідний ресурс для спільноти рибалок, то їхнє зникнення може мати критичне значення для спільноти в цілому. Приклад, який ми щойно навели, є гіпотетичним, але не далеким від істині.

Першим відчутним впливом на навколишнє середовище є буріння, незалежно від того, чи є це свердловини неглибокої глибини для вимірювання геотермічного градієнта на етапі попереднього техніко-економічного обґрунтування чи розвідувальні/видобувні свердловини. Монтаж бурової установки і всього супутнього обладнання передбачає будівництво під'їзних шляхів і бурової площадки. Остання охоплюватиме площу від 300-500 м2 для невеликої бурової установки (максимальна глибина 300-700 м) до 1200-1500 м2 для малої та середньої бурової установки (макс. глибина 2000 м). Ці операції змінять морфологію поверхні території та можуть завдати шкоди місцевим рослинам і дикій природі. Викиди можуть забруднювати поверхневі води; під час буріння геотермальних свердловин, де очікуються високі температури та тиск, слід встановлювати запобіжники.

Під час буріння або випробувань небажані гази можуть викидатися в атмосферу. Вплив буріння на навколишнє середовище здебільшого закінчується після завершення буріння.

Наступний етап, встановлення трубопроводів, які транспортуватимуть геотермальні рідини та будівництво теплоутилізаційних станцій також вплине на тваринний і рослинний світ і морфологію поверхні. Мальовничий вигляд буде змінено, хоча в деяких районах, таких як Лардерелло, Італія, мережа трубопроводів, що перетинає сільську місцевість, і градирні електростанцій стали невід’ємною частиною панорами і є справді відомою та визначною туристичною пам’яткою.

Під час роботи заводу також виникають екологічні проблеми. Геотермальні рідини (пара або гаряча вода) зазвичай містять такі гази, як вуглекислий газ (CO2), сірководень (H2S), аміак (NH3), метан (CH4) і слідові кількості інших газів, а також розчинені речовини, концентрації яких зазвичай ростуть з підвищенням температури. Наприклад, хлорид натрію (NaCl), бор (B), миш'як (As) і ртуть (Hg) є джерелами забруднення, якщо викидаються в навколишнє середовище. Деякі геотермальні рідини, такі як ті, що використовуються для централізованого теплопостачання в Ісландії, є прісними водами, але це виняток із правил. Стічні води геотермальних станцій також мають вищу температуру, ніж навколишнє середовище, і тому є потенційним тепловим забруднювачем.

Скидання стічних вод також є потенційним джерелом хімічного забруднення. Відпрацьовані геотермальні рідини з високими концентраціями хімічних речовин, таких як бор, фториди або миш’як, слід очищати, повторно закачувати в резервуар або те і інше разом. Однак геотермальні рідини від низької до помірної температури, які використовуються в більшості способів прямого використання, зазвичай містять низькі рівні хімікатів, і скидання відпрацьованих геотермальних рідин рідко є серйозною проблемою. Деякі з цих рідин часто можуть скидатися в поверхневі води після охолодження. Воду можна охолоджувати в спеціальних водоймах або резервуарах, щоб уникнути зміни екосистеми природних водойм (річок, озер і навіть моря).

Видобуток великої кількості рідини з геотермальних резервуарів може спричинити явища просідання, тобто поступове опускання поверхні суші. Це незворотне явище, але аж ніяк не катастрофічне, оскільки це повільний процес, що поширюється на величезні території. Протягом кількох років зниження поверхні суші може досягти помітних рівнів, у деяких випадках порядку кількох десятків сантиметрів і навіть метрів, і слід систематично відстежувати, оскільки це може завдати шкоди стабільності геотермальних будівель та будь-яких приватних будинків по сусідству. У багатьох випадках просіданню можна запобігти або зменшити шляхом повторного закачування геотермальних стічних вод.

Незважаючи на те, що багато геотермальних станцій не утворюють помітних твердих відходів, унікальні характеристики деяких геотермальних рідин вимагають особливої уваги до обробки твердих побічних продуктів. У каліфорнійському Солтон-Сі великий геотермальний резервуар роками не розроблявся, оскільки геотермальна вода містить велику кількість розчинених корозійних солей. Щоб вирішити цю проблему, промисловість розробила процес кристалізації солей, які потім можна було відокремити від води. Процес був успішним – вісім електростанцій на березі Солтон-Сі тепер постачають 235 МВт електроенергії в південну Каліфорнію.

Тверді побічні продукти, вироблені цими заводами, часто містять стільки важких металів, щоб потребують спеціальної утилізації. Заводи виробляють до 45 кг твердих речовин на мегават-годину (МВт-год) виробленої електроенергії, але останні технічні досягнення значно зменшили кількість, що потребує утилізації. Деякі заводи тепер здатні зневоднювати побічні продукти та промивати їх для видалення важких металів. Промивна вода нагнітається назад у резервуар, а тверді речовини, що залишилися, переважно кремнезем, використовуються як наповнювач у бетоні для будівництва доріг і захисних дамб від повеней.

10. Геотермальна енергетика в Україні

Україна має достатню ресурсну базу і розвинуті геотермальні технології для вилучення та освоєння таких видів геотермальних джерел енергії:

• субгеотермальні – тепло верхніх шарів Землі до глибини 500 м, яке використовується за допомогою теплонасосних установок;
• гідротермальні – тепло глибинних підземних термальних вод і парагідротерм, яке використовується за допомогою тепло- і електрогенеруючих установок;
• петротермальні – тепло перегрітих «сухих» гірських порід, яке використовується за допомогою свердловинних теплообмінників або шляхом створення штучних підземних проникних колекторів.

Розподіл потенціалу геотермальної енергії за регіонами України показано на рисунку:

Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних джерел енергії України / за заг. ред. С.О. Кудрі. – Київ: Інститут відновлюваної енергетики НАН України, 2020. – 82 с

Інша оцінка наводить три види потенціалу геотермальної енергії – теоретично можливий, технічно досяжний та економічно доцільний:

«Геотермальна стратегія: Можливості та інструменти для України», 2016

Теоретично можливий потенціал в окремих регіонах може перевищувати економічно доцільний в кілька разів.

За різними оцінками, ресурси геотермальної теплоти з урахуванням розвіданих запасів і коефіцієнта корисної дії перетворення геотермальної енергії зможуть забезпечити роботу ГеоТЕС загальною потужністю до 200-250 ГВт (при глибинах буріння свердловин до 7 км та термінах роботи станцій до 50 років), а також систем геотермального теплопостачання загальною потужністю до 1,2-1,5 тис. ГВт (при глибинах буріння свердловин до 4 км за того ж періоду експлуатації). Теоретично можливий, технічно досяжний та економічно доцільний потенціали геотермальної енергетики в Україні згідно оцінок, проведених в 2000-х роках, еквівалентні щорічній економії відповідно 50, 30 та 21 млн тонн умовного палива.

Деякі характеристики перспективних для ГеоТЕС районів за однією з оцінок представлені у таблиці:

Тобто, оцінена можлива потужність ГеоТЕС в цих районах становить 70 ГВт, що співставно з встановленою потужністю всіх існуючих електрогенеруючих установок України.

Загалом, оцінки всього потенціалу геотермальної енергії можуть дуже різнитись в залежності від початкових припущень та застосованої методології. За прогнозною оцінкою ІТТФ НАН України технічно досяжний потенціал енергії геотермальних вод у 8 найбільш перспективних для впровадження областях України становить майже 15,8 тис. ГВт∙год на рік. Це дасть можливість виробляти близько 13,5 тис. ГВт∙год на рік теплової та 2,3 тис. ГВт∙год на рік електроенергії, що еквівалентно зменшенню споживання природного газу на 2,2 млрд. м³ на рік (А.А. Долінський. Перспективи геотермальної енергетики в Україні, 2016):

Тепловий потенціал існуючих геотермальних свердловин України при використанні в системах геотермального теплопостачання та ГВП (температура термальної води- 60–70 ˚С):

Співробітниками Інституту відновлюваної енергетики НАН України на основі фондових матеріалів «Державного інформаційного геологічного фонду України» зібрано дані та створено електрону базу перспективних геотермальних об’єктів України. На теперішній час база даних налічує 655 геотермальних об’єктів.

Інформацію зібрано по 12 областях, найбільша кількість даних припадає на Полтавську, Львівську, Івано-Франківську та Херсонську області. Згідно цих даних, середні геотермічні градієнти деяких геотермальних басейнів становить:

• Закарпатський внутрішній прогин - 5 ºС/100 м, а для деяких родовищ 7–8 ºС/100 м;
• Прикарпатський передгірний прогин - 2,3 – 3,5 ºС/100 м;
• Дніпровсько-Донецький Артезіанський басейн- до 3 ºС/100 м;
• Причорноморський артезіанський басейн- 2,5 ºС/100 м.

Попри значну дослідженість потенційних місць впровадження, практичне впровадження цього напрямку в Україні досить обмежене. Реалізовані в Україні проєкти геотермального енергопостачання мали переважно фрагментарно-локальний характер і були спрямовані на забезпечення потреб у тепло- та електроенергії конкретних об'єктів або невеликих комплексів їх в окремих населених пунктах.

Об’єкти геотермальної енергетики України, що були побудовані та експлуатувались в Україні, представлені в таблиці:

Тобто, з 1978 по 2002 рік в Україні було побудовано 9 об'єктів геотермальної енергетики, в тому числі на Кримському півострові (5), у Закарпатській (3) і в Херсонській області (1). Сумарна теплова потужність цих об’єктів становила 11,2 МВт, електрична – 0,17 МВт. Станом на 2020 рік їх працювало лише 2 на Закарпатті (по 0,25 МВт) і один на 1 МВт у Криму:

З 2002 року жодна нова установка не була введена в експлуатацію, і в цілому геотермальна енергетика з використанням глибоких свердловин в Україні не розвивається. Потенційно цікавими об’єктами для майбутнього розвитку геотермальної енергетики в Україні вважаються такі:

Подальші плани та перспективи розвитку геотермальної енергетики в Україні можна оцінити за тим значенням, яке надається їй в державних стратегіях, планах розвитку енергетики, енергоефективності та впровадження ВДЕ.

«Енергетична стратегія України на період до 2035 року «Безпека, енергоефективність, конкурентоспроможність» окреслює стратегічні орієнтири розвитку паливно-енергетичного комплексу України на період до 2035 року. В цій стратегії «термальна енергія», під якою розуміють «термальну енергію довкілля та скидні ресурси техногенного походження», має скласти 2% від загального первинного постачання енергії (див. табл. нижче). Звісно, ця стаття включає не лише геотермальну енергію.

Проект Національного плану дій з розвитку відновлюваної енергетики на період до 2030 року на момент підготовки цього матеріалу ще не було затверджено, але його було оприлюднено на офіційному веб-сайті Держенергоефективності та проведено консультації з громадськістю в жовтні 2022 року.

В документі зазначається, що Україна має певний потенціал розвитку геотермальної енергетики. Це обумовлено термогеологічними особливостями рельєфу та особливостями геотермальних ресурсів країни. Проте на відміну від інших відновлюваних джерел енергії темпи нарощування виробничих потужностей геотермальної енергетики в Україні відбуваються значно повільніше. Це пояснюється додатковими початковими капітальними витратами, що включають не тільки затрати на енергетичне обладнання для перетворення геотермальних джерел енергії, а також і витрати на бурильні роботи.

Найбільш поширеним і придатним в даний час для технічного використання джерелом геотермальної енергії в Україні є гідротермальні ресурси (тепло глибинних підземних термальних вод і парагідротерм, яке використовується за допомогою тепло- і електрогенеруючих установок). Найбільш сприятливими геотермічними умовами для освоєння гідротермальних ресурсів характеризуються Передкарпатський (Львівська, Івано-Франківська, частково Чернівецька області) та Закарпатський (Закарпатська область) прогини, Дніпровсько -Донецька западина (Чернігівська, Полтавська, Сумська, Харківська, Дніпропетровська області), Степовий Крим та узбережжя Чорного моря (Херсонська та Одеська області).

Наразі найбільшого розвитку в Україні набув напрямок використання тепла верхніх шарів Землі за допомогою теплонасосних установок. В країні є достатньо геотермальних родовищ з високим температурним потенціалом (120 –180°С), що дає змогу використовувати геотермальне тепло також для виробництва електроенергії. Але необхідно підтримувати такий рівень використання геотермальної енергії, який дозволив би експлуатувати джерело енергетичних ресурсів без шкоди для навколишнього природного середовища. Для кожного регіону України існує певна максимальна інтенсивність видобування геотермальної енергії, яку можна підтримувати тривалий час.

З урахуванням поточної ситуації, умов і наявного потенціалу, в Україні може бути забезпечено виробництво електроенергії геотермальними установками шляхом введення в експлуатацію нових потужностей в обсязі 100 ГВт⋅год у 2030 році (загальною потужністю 20 МВт).

Крім того, вбачається можливим використання потенціалу геотермальної енергії для застосування в системах опалення та охолодження:

Прогнозна частка різних видів ВДЕ в системах опалення та охолодження в 2030 р., тис. т н.е., %:

Таким чином, сумарна частка геотермальної енергії в загальному обсязі використання ВДЕ в системах опалення та охолодження прогнозується на рівні близько 2%, або 210 тис. т н.е. в 2030 році.

Крім того, прогнозується впровадження близько 20 МВт електричної потужності на базі геотермальних джерел, починаючи з 2025 року (4 МВт), що дозволить виробляти 100 ГВт∙год електричної енергії в 2030 році. Загалом в 2030 році планується отримати 44230 ГВт∙год електричної енергії з ВДЕ, тобто виробництво на основі геотермальної енергії становитиме близько 0,23% загального обсягу виробництва електроенергії з ВДЕ.

Цікаво відзначити, що в попередньому Національному плані дій з розвитку відновлюваної енергетики на період до 2020 року, що був прийнятий в 2014 році, зазначалось, що на даний час в Україні наукові, геологорозвідувальні та практичні роботи зосереджені тільки на геотермальних ресурсах, які представлені термальними водами. За різними оцінками економічно доцільний енергетичний ресурс термальних вод України становить до 8,4 млн. тонн нафтового еквіваленту на рік. Практичне освоєння термальних вод в Україні ведеться в Автономній Республіці Крим (була окупована РФ в 2014 році), де споруджено 11 геотермальних циркуляційних систем, які відповідають сучасним технологіям видобування геотермального тепла землі. Усі геотермальні установки перебувають на дослідницько-промисловій стадії.

Великі запаси термальних вод виявлено на території Чернігівської, Полтавської, Харківської, Луганської та Сумської областей. Сотні свердловин, які виявили термальну воду і перебувають в консервації, можуть бути відновлені для їх подальшої експлуатації як системи видобування геотермального тепла. З урахуванням досвіду європейських країн щодо впровадження геотермальних електростанцій в Україні може бути забезпечено виробництво електроенергії геотермальними установками шляхом введення в експлуатацію нових потужностей в обсязі 44 ГВт∙год у 2015 році (загальною потужністю 8 МВт) та 120 ГВт∙год у 2020 році (загальною потужністю 20 МВт).

Щодо теплової енергії, зазначалась перспектива отримання в 2020 році 50 тис.т н.е за рахунок геотермальної енергії (крім низькотемпературного геотермального тепла для застосування у теплових насосах), та ще 120 тис.т н.е. геотермальної енергії за допомогою теплових насосів.

Таким чином, оскільки нічого з планів по геотермальній енергії, зазначених в Національному плані дій з ВДЕ до 2020 року не було виконано, ці плани просто були перенесені в новий Національний план дій з ВДЕ до 2030 року, при цьому трохи зменшився прогноз отримання електричної, але трохи виріс прогноз отримання теплової енергії. В будь-якому разі, зазначені плани становлять лише маленьку частинку теоретично можливого потенціалу геотермальної енергетики в Україні.

Але навіть такі помірні плани подальшого розвитку геотермальної енергетики мають шанси не бути втіленими. Проблема полягає в тому, що на рівні планів окремих регіонів/міст/громад, є дуже обмежене бачення щодо можливостей використання геотермальної енергії. Наразі в планах енергоефективності, сталого енергетичного розвитку чи розвитку відновлюваних джерел енергії на рівні громад, міст чи областей України немає жодного плану використання геотермальної енергії навіть в тих областях, де її потенціал більший за середній по країні (за виключенням кількох проєктів на основі неглибоких свердловин та геотермальних теплових насосів).

Отже, можна зробити висновок, що плани загальнодержавного рівня стосовно розвитку геотермальної енергії так і залишаються на цьому рівні, не знаходячи відображення у планах на рівні окремих громад, тобто на рівні безпосереднього впровадження. Це можна пояснити тим, що громади при розробленні своїх планів керуються існуючим досвідом впровадження планів з енергоефективності та традиційним переліком відповідних заходів, які, в свою чергу, відображають найбільш ефективні, з точки зору громад, методи досягнення поставлених цілей.

Певну роль в обережному ставленні до перспективи впровадження геотермальних проєктів може відігравати те, що дані проєкти є достатньо капіталомісткими. При цьому до половини витрат при впровадженні, наприклад, геотермальної електростанції припадає на розвідку, оцінювання ресурсів родовища, тестове буріння, основне буріння (див. рисунок нижче).

Буріння свердловин є другою за розміром статтею витрат при впровадженні проєкту геотермальної електростанції. При впровадженні проєкту використання геотермальної енергії для потреб теплопостачання частка буріння у витратах впровадження може бути і вищою. Вартість буріння свердловин глибиною від 1000 м показано на рисунку нижче.

Deep geothermal energy for district heating: lessons learned from the U.S. and beyond, J.W. Tester, T.J. Reber, K.F. Beckers, M.Z. Lukawski, Cornell University, Ithaca, NY, USA.

Як видно з малюнка, буріння свердловини глибиною 1000 м коштує 1,7-2 млн USD, 2000 м- близько 4 млн USD, а 4000 м- вже більше 10 млн USD. А в проєкті використання геотермальної енергії таких свердловин треба дві або й три.

На думку фахівців, проєкти геотермальної енергетики, на відміну від більшості ВДЕ, мають особливу специфіку, яка полягає у високих ризиках та тривалості першого періоду розробки. Втілення такого проєкту в повному обсязі зазвичай триває від 5 до 10 років за значних інвестицій без гарантії позитивного результату. Ця обставина викликає проблеми залучення приватного капіталу. Тому для успішного розвитку геотермальної енергетики важливою умовою є участь у ньому як державного, так і приватного секторів. Зазначається, що розрахунок лише на комерційний капітал навіть в найбільш економічно розвинених країнах рідко буває успішним.

Для початку розробки проєкту використання геотермальної енергії чи оцінки доцільності такого проєкту на рівні громад чи муніципалітетів варто почати з оцінки потенціалу геотермальних ресурсів в планованому місці його розташування. При оцінці перспектив використання геотермальних ресурсів варто вивчити інформацію щодо відповідних існуючих досліджень території України. Зокрема, налагодити співпрацю з науковими установами НАН України, що мають відповідну інформацію (Інститут відновлюваної енергетики, Інститут загальної енергетики, Інститут геофізики ім. С.І. Субботіна, Інститут технічної теплофізики). Крім того, з огляду на недостатню розповсюдженість таких проєктів в Україні та брак відповідного досвіду як щодо планування, так і практичного втілення, варто вивчати зарубіжний досвід, особливо тих країн, що досягли суттєвого успіху в освоєнні цих напрямків.

Наступний модуль