«Эврика» 1980. ПРИРАСТАТЬ БУДЕТ СИБИРЬЮ

 

 

Тепловая энергия Земли. Геотермальные источники и теплостанции

 

 

 

Еще из школьных учебников мы знаем, что по мере углубления в недра нашей планеты температура горных пород непрерывно возрастает примерно на 1 градус на 33 метра глубины, свидетельствуя о существовании в Земле тепловых потоков, идущих из ее глубин к поверхности. Их возникновение обусловлено преимущественно распадом радиоактивных элементов — главным образом урана, тория и калия.

 

Земля постепенно теряет тепло, отдавая его в мировое пространство. Размеры этого тепловыделения огромны. За один только век она расходует столько тепла, сколько его могут дать, если их сжечь, все мировые запасы нефти, угля, леса и других видов топлива.

 

Есть ли способы, позволяющие использовать это тепло на благо людей?

 

Безусловно, есть. Наша планета сама предлагает нам такие возможности в виде горячего водоснабжения. На Земле немало мест, где бьют горячие ключи, текут теплые ручьи, а при бурении на глубине нескольких сотен метров обнаруживается даже перегретый пар под давлением нескольких атмосфер, с температурой более 200 градусов. Пожалуйста, ставьте турбины и получайте электроэнергию или отопление. И притом ни пыли, ни чада, ни гари, ни дыма... Абсолютно чисто и очень дешево. Похоже на сказку, но можно привести и реальные факты.

 

Столица Исландии — Рейкьявик, находящийся у Северного полярного круга — единственный в мире город, который не имеет ни одной топки, ни одной трубы, он отапливается природными горячими водами, имеющими температуру 80—90 градусов, а в его теплицах, обогреваемых теми же водами, выращиваются не только овощи и цветы, но даже виноград.

 

Глубинное тепло Земли используется для отопления и у нас, но пока в мизерных для нашей страны масштабах, преимущественно на Кавказе и в Закавказье. Большие запасы термальных вод обнаружены в Казахстане и в республиках Средней Азии.

А как обстоит дело с горячими подземными водами в Сибири, на Дальнем Востоке, на Крайнем Севере?

 

Конечно, первыми здесь всегда называют Камчатку и Курильские острова, лежащие в области современного вулканизма, где «подземные топки», подогреваемые раскаленными магматическими массами, обеспечивают бесперебойную работу горячих ключей, малых и гигантских гейзеров. А ведь они только внешние проявления, только «визитные карточки» процессов, происходящих на глубине.

 

Геотермальными проблемами я «заболел» без малого четверть века назад. В 1956 году мне довелось возглавлять экспедицию Академии наук на Камчатку и Курилы — одну из первых, целью которой было выяснение возможностей использования подземного тепла. Среди членов экспедиции были специалисты разного профиля — геологи, физики, механики, в том числе академики И. Е. Тамм, А. А. Дородницын, А. Н. Тихонов, опытные вулканологи Б. И. Пийп и В. И. Влодавец.

 

Мы посетили главные вулканологические станции и районы геотермальных вод Паратунку (вблизи Петро- павловска-Камчатского) и Паужетку (на западном побережье Камчатского полуострова). Земля там во многих местах теплая, а если вырыть яму глубиной всего 20—40 сантиметров, из нее начинает идти горячий пар.

В районе Паратунских источников экспедиция наметила программу работ по выявлению ресурсов термальных вод, необходимых для теплофикации и парникового хозяйства. Местные власти особенно заинтересовались парниками, ибо завоз овощей на Камчатку обходится очень дорого. Осмотр Паужетских источников убедил нас в необходимости здесь разведочно-буровых работ на подземный пар, имея в виду в дальнейшем построить на этом паре электростанцию. Было выбрано и место первой 500-метровой скважины примерно в 30 километрах от крупного рыбного комбината на Охотском море.

 

Экспедиция продолжалась месяц. На чем только мы не передвигались — и самолетом, и на рыболовецких судах, и на катерах, и на лошадях, и пешком. Наездники мы были не очень опытные и, случалось, падали. Шутили над А. Н. Тихоновым, что он при падении отдавил своей лошади ногу...

 

Незабываемое впечатление произвело на нас путешествие в кратер действующего вулкана Эбеко на Па- рамушире, одном из северных островов Курильской гряды. Поднявшись по северному склону вулкана на высоту в 1200 метров, мы спустились затем в кратер и попали на берег горячего озера, вода которого, по наблюдениям местных жителей, обладает целебными свойствами. Северный склон кратера покрыт толстым слоем снега, а из крутой стены южного склона с гулом, напоминающим свист локомотива, вырываются клубы горячего сернистого пара. Вода около этого склона непрерывно кипит.

 

На самом большом острове Курил — Куиашире — вблизи города Южио-Курильска находится знаменитый Горячий пляж. Неглубоко под поверхностью песок нагрет до 100 градусов — можно кипятить чай. В нескольких сотнях метров от берега построен дом отдыха с целебным бассейном. По мнению членов экспедиции, здесь также были бы необходимы разведочные работы.

 

Встречи и беседы с камчатскими геологами, а также все виденное убедило нас, что недра Дальнего Востока таят неисчислимые запасы тепловой энергии, которая теряется там без всякой пользы! Ведь на Курильских островах и на Камчатке насчитывается более 200 вулканов, в том числе около 60 действующих!

 

После возвращения из экспедиции мы обратились со своими предложениями в Центральный Комитет партии и получили поддержку. Было решено начать бурение опытных скважин и проектирование Паужетской геотермальной электростанции, первой в Советском Союзе. Немало сделали для продвижения этих работ дальневосточные ученые-вулканологи; чтобы подкрепить их, в 1962 году в Петропавловске-Камчатском был организован академический Институт вулканологии.

 

Паужетская геоТЭС мощностью 5 тысяч киловатт успешно и надежно работает уже более десяти лет. По свидетельству И. Дворова, заместителя председателя Научного совета АН СССР по геотермическим исследованиям, «все технологические процессы на станции полностью автоматизированы, а с 1971 года ее обслуживает один дежурный. Себестоимость киловатт-часа здесь в несколько раз ниже, чем на дизельных электростанциях равной мощности». К зданию электростанции ведет уникальная дорога — под ней проходят трубы с отработанной термальной водой. Эту теплую дорогу никогда не заметает снег — он тут же тает и сливается в кюветы...

 

Сейчас планируется расширение Паужетской геоТЭС примерно вдвое. Ведется разведка парогидротермально- го месторождения в районе Мутновского вулкана с температурой до 350—450 градусов, предполагается строительство здесь электростанции мощностью 200 тысяч киловатт.

 

В 60-х годах работы по геотермальной энергетике получили большое развитие в Институте теплофизики Сибирского отделения. Главной идеей этих работ было создание электростанции с турбиной, работающей не на водяном паре, а на парах фреона. Ведь далеко не всегда и не везде можно получить из земли пар, пригодный для прямого использования в паровой турбине. Значительно чаще из земли изливается в виде ключей (или может быть получена из пробуренной скважины) горячая вода с температурой менее 100 градусов. А фреон — это вещество, которое закипает при отрицательной температуре. И если нагреть его термальными водами, он образует перегретый пар, который и будет вращать фреоновую турбину. Затем охлажденный, например, водой из реки фреон снова возвращается в цикл.

 

Разработка методов использования, как говорят энергетики, низкотемпературного теплоносителя, в нашем случае термальных вод, завершилась созданием действующего фреонового турбогенератора. На его основе в 1967 году на Камчатке, на Паратунском месторождении термальных вод была сооружена первая в стране геоэнергетическая станция-лаборатория мощностью 500 киловатт.

 

Таким образом, была доказана возможность получения электроэнергии с помощью горячей (хотя и неки- пящей) подземной воды. Здесь же был создан уникальный комплекс использования термальных вод. В теплично-парниковом комбинате выращиваются огурцы, помидоры и другие овощи, которые в открытом грунте на Камчатке не произрастают. Дома поселка Термального, где живут рабочие комбината, обогреваются тем же подземным теплом. На горячих Паратунских источниках построен санаторий с открытыми бассейнами, в которых можно купаться круглый год (и, конечно, своя теплица, поставляющая свежие овощи для отдыхающих).

 

А фреоновый турбоагрегат, выполнивший свою научную задачу, получил новую прописку — теперь на нем проводятся опыты по получению электроэнергии из тепла отработанных вод комбината «Азовсталь».

 

Известная всем по кинофильмам знаменитая Долина гейзеров на Камчатке прекрасно иллюстрирует мощь подземных «кочегарок». Но горячие подземные воды необязательно связаны с вулканами. На сегодня более половины всех выявленных в нашей стране запасов термальных вод находится в Западной Сибири. Немало их и в Восточной Сибири, особенно много вдоль трассы Байкало-Амурской магистрали. Есть термальные воды под Тюменью и под Омском, под Улан-Удэ и под молодыми городами и станционными поселками БАМа — Северобайкальском, Кичерой, Северомуйском, Чарой, Олекмой.

 

Это же огромное богатство, это исключительная удача — иметь даровое природное тепло именно здесь, в Сибири, с ее длинными, в полгода, зимами и лютыми морозами, и часто именно там, куда далеко и дорого завозить традиционные виды топлива.

 

 По подсчетам специалистов стоимость отопления подземными горячими водами, даже с учетом бурения скважин, в несколько раз ниже, чем при сжигании угля в котельных.

К этому надо добавить, что термальные воды поставляют на поверхность не только тепло. Как правило, они минерализованы, многие из них имеют целебные свойства, из других можно извлекать редкие и рассеянные элементы: цезий, стронций, бор, рубидий и другие.

Горячими водами можно отапливать жилые поселки и тепличные комбинаты, снабжать ими лечебницы и курорты, плавательные бассейны и рыборазводные пруды, использовать их для добычи полезных ископаемых в условиях вечной мерзлоты.

Сибирские ученые и территориальные геологические управления уже немало сделали для выявления и оценки крупных резервуаров горячих вод. Особенно интенсивно ведет эти работы Институт земной коры в Иркутске. Им составлена прогнозная карта термальных вод в зоне БАМа, намечены наиболее перспективные районы для бурения скважин.

 

Всем ясно — термальные воды в Сибири есть, их много, известно, где их брать. И все-таки пока использование в Сибири подземного тепла происходит в редких, единичных случаях, которые можно пересчитать по пальцам. Не находится хозяина — сильного ведомства или объединения, которое взяло бы на себя все заботы по освоению этого непривычного источника энергии. А другие ведомства считают, что заниматься этим хлопотно, да и зачем им рисковать, когда можно топить углем, хотя бы и привезенным за тридевять земель.

 

Конечно, развитию этого дела мешают еще нерешенные вопросы, но они, как правило, носят технический характер. Например, минерализованные воды могут вызывать коррозию оборудования; но ведь справляются с этим многочисленные курорты минеральных вод, не говоря уже о химической промышленности. Некоторые ссылаются на то, что излив термальных вод может noвредить окружающей среде; но ведь можно пробурить неподалеку две скважины, из одной получать горячую соленую воду, отбирать у нее тепло, скажем, согревая в теплообменнике обычную воду для водоснабжения, а по другой скважине возвращать охлажденную подземную воду в пласт. Такой опыт уже был во Франции.

 

Принципиально возможно добывать тепло из глубин и «сухим» способом, без помощи воды. Например, учеными Белоруссии разрабатываются «тепловые трубы», способные переносить энергию из горячих зон на поверхность. Существуют и предложения извлекать глубинное тепло при помощи термоэлементов.

 

Всеми этими проблемами будут заниматься в новом Институте геотермальной энергетики, создаваемом в рамках Дагестанского филиала Академии наук.

 

Многосторонние «способности» термальных вод требуют комплексного подхода, и это тоже осложняет дело. Здесь нужны согласованные усилия и геологов, и энергетиков, и химиков, и теплотехников. И еще нужны, как во всяком новом деле, энтузиасты, твердо верящие в правоту своих идей. Говорю об этом по личному опыту и по опыту Института теплофизики, потому что добиться бурения первой скважины под Паужетскую геотермальную электростанцию и строительства первой геоТЭС на Паратунке было тоже не так просто.

 

А энтузиаст может сделать очень многое. Недавно в «Правде» я прочитал о таком энтузиасте — Г. С. Гутни- кове, директоре чукотского совхоза имени В. И. Ленина. Он не мог пройти спокойно мимо того, что рядом с центральной усадьбой совхоза бьет горячий родник. Теперь этой водой здесь обогревают теплицы, где выращивают овощи и зелень, отапливают дома, ферму, птичник, используют ее в совхозном профилактории. А ведь все это на Чукотке, на краю земли! Если бы у каждого горячего родника нашелся такой заботливый хозяин, государство могло бы экономить миллионы рублей!

 

Итак, использование подземного тепла — одна из «горячих» проблем Сибири, она ждет преданных ей ученых, инженеров, хозяйственников, овощеводов, врачей. Мне представляется, что это дело достойно того, чтобы им занялась молодежь. Строители БАМа могли бы стать застрельщиками освоения новой целины — энергетической.

 

 

К содержанию книги: О создании Сибирского отделения Академии наук

 

 Смотрите также:

  

системе организации науки...  Научные общества и академии наук   академической науки  Российская академия наук РАН   Институт Академии наук   

 

Российская Академия наук. Издательская деятельность...    академик АМН СССР...

был создан новый научный медико-биологический центр—Сибирский филиал Академии наук - Сибирское отделение АН СССР