Баварский геотермальный потенциал для энергоснабжения

Немецкая земля Бавария реализует амбициозную программу по подключению к геотермальным источникам, а Мюнхен надеется сделать свою отопительную систему полностью углеродно-нейтральной к 2040 году

Вдоль участка шоссе недалеко от баварского городка Хольцкирхен расположено ничем не примечательное скопление двухэтажных деревянных зданий, отгороженных от окружающего леса. Когда пассажиры едут в Мюнхен из городов, укрытых в предгорьях Альп, они могут и не заметить Geothermie Holzkirchen, теплоэлектростанцию, которая занимает около двух футбольных полей, не создает шума и не загрязняет воздух.

Геотермальная электростанция в Хольцкирхене является одним из полудюжины таких ненавязчивых объектов к югу от Мюнхена, города с населением 1,5 миллиона человек, который намерен стать первым в мире муниципалитетом такого размера, который будет обогревать большую часть своих домов и предприятий геотермальной энергией, что сделает его систему отопления к 2040 году нейтральной по выбросам углерода. Одни теплоэлектростанции будут находиться на окраине Мюнхена, откуда сетями централизованного теплоснабжения будут связаны с баварской столицей, а другие - в самом центре оживленного центра Мюнхена.

«Мюнхен не сможет достичь климатических целей, если не решит проблему отопления, а Бавария располагает обильными потоками термальной воды на глубине между Альпами и Дунаем, которые идеально подходят для геоэнергетики». В то время как геологические условия Альп благоприятствуют использованию геотермальной энергии, растущий уровень эксплуатации этого возобновляемого ресурса в Баварии показывает, что многие другие регионы мира могут использовать геотермальные источники для отопления зданий и выработки электроэнергии.

Мюнхен и Бавария не новички в бизнесе чистой энергии. Бавария - это европейская колыбель солнечной энергии и сельскохозяйственной биоэнергетики. Региональное правительство Мюнхена с заметным успехом привлекает предприятия, неправительственные организации, ученых и местных чиновников к участию в развитии экологически чистой энергии.

Бавария получает прибыль, как никакая другая немецкая земля от Energiewende (Энергетический поворот - курс Германии на постепенный отказ от использования ископаемого углеводородного топлива и ядерной энергетики с почти полным переходом на возобновляемые источники), принесший субсидии и налоговые льготы, создавший рабочие места и обеспечивший стабильный дополнительный доход для фермеров. Баварцы проявили особую проницательность в использовании федеральных схем ценовой поддержки для возобновляемых источников энергии.

До сих пор геотермальная энергия находилась в стороне от мощного внедрения возобновляемых источников энергии в Европе, где солнечная и ветровая энергия доминируют. В отличие от солнечной и ветровой энергии, геотермальная энергия остается дорогостоящей и капиталоемкой инвестицией. Кроме того, опасность возникновения землетрясений при глубоком гидроразрыве отпугивает некоторых потенциальных инвесторов.

На геотермальную энергию приходится всего 0,3 процента производства первичной энергии в Европейском союзе, а во всем мире эксплуатация геотермальной энергии еще ниже. Скромные европейские цифры, справедливо сказать, не учитывают тяжеловесов, не входящих в ЕС, Исландию и Турцию, последняя более чем вдвое увеличила свои мощности в период с 2016 по 2018 год до рекордных 1347 мегаватт, этого достаточно для питания нескольких миллионов домов.

Часть территорий Турции находится вблизи тектонических активных процессов, обеспечивающих богатство геотермальных ресурсов. Цель Турции на 2025 год - достичь 7 000 мегаватт геотермальной мощности, чтобы удовлетворить энергетические потребности растущего среднего класса. В настоящее время геотермальные мощности Турции превышают аналогичные показатели всех 28 стран ЕС вместе взятых. Почти 90 процентов отопления Исландии происходит из ее вездесущих вулканических резервуаров.

Другие места в Европе тоже используют геотермальную энергию, и некоторые из них - на протяжении десятилетий. Париж, который также находится на вершине благоприятного для этого геологического образования, в настоящее время обеспечивает около 900 000 человек геотермальным теплом. Французская столица пользуется щедрыми государственными субсидиями на геотермальную энергию и планирует выйти за рамки 50 геотермальных станций, которые в настоящее время находятся в эксплуатации.

Геотермальное отопление особенно хорошо подходит для многих европейских городов, поскольку они имеют системы централизованного теплоснабжения, в отличие от городов США, где дома и здания, как правило, имеют свои собственные отопительные установки. Тем не менее, несмотря на прогресс в Европе и Турции, Международное энергетическое агентство (МЭА) говорит, что геотермальное производство тепла и электроэнергии во всем мире значительно отстает от того, чтобы играть существенную роль в сокращении выбросов парниковых газов.

Специалисты по энергетическому планированию Европы говорят, что основное потребление геотермальной энергии будет направлено на отопление и охлаждении, которые в совокупности обеспечивают почти половину спроса на энергию в ЕС.

«В краткосрочной перспективе нет альтернативы геотермальной энергии для замены ископаемого топлива и ядерной энергии при обезуглероживании сектора отопления». Геотермальные источники также могут генерировать электричество, используя пар для привода турбин.

Несоответствие между потенциалом геотермальной энергии и имеющимися результатами разочаровывает энтузиастов. «Абсолютно иррационально, что геотермальная энергия так недооценивается». «В отличие от ветра и солнца, геотермальная энергия обеспечивает как тепло, так и охлаждение, а также вырабатывает электроэнергию при базовой нагрузке, и делает это круглосуточно». Геотермальное хранение - хранение горячей и холодной воды в подземных водоносных горизонтах - будущая перспектива развития отрасли.

Большинство экспертов сходятся во мнении, что общественное признание геотермальной энергии отстает от зрелости этой технологии. «Инженеры, как правило, опасаются подземной геологии, потому что везде она имеет уникальный состав, ссылаясь на разломы и трещины, проблемы подземных вод, глубины залегания и состав отложений». «Это означает много испытаний, а затем адаптацию каждого проекта и технологий к конкретным условиям на месте. Это может быть сложно и отнимает много времени, но это выполнимо».

Идея строительства завода в Хольцкирхене родилась в 2002 году как общественный энергетический проект, финансируемый городом с населением 17 000 человек. Традиционно политически консервативный район, Хольцкирхен долгое время был активным участником Energiewende и стремился исследовать новые границы после многих лет использования солнечной и биоэнергии.

С самого начала предприятие было продуманным бизнес-проектом. Небольшой, но хорошо обеспеченный муниципалитет искал выгодные инвестиции. Ценник в 45 миллионов долларов был далеко не по средствам, но благодаря государственной схеме поддержки геотермальной энергии и договоренности с банками, стало возможным осуществить запуск турбин Holzkirchen Geothermal.

Вейхманн, профессиональный лесничий и член Партии зеленых, с самого первого дня поддержал рискованный капиталоемкий проект. Потребовалось восемь лет, чтобы произвести первый киловатт-час энергии. Муниципалитет знал, что берет на себя риск, поскольку должен был доказать, что геологические изыскания были правильными, прежде чем он смог разработать бизнес-модель и подать заявку на получение банковских кредитов.

Первоначальная разведка, которая подразумевала бурение одного испытательного отверстия, обошлась муниципалитету в 11 миллионов долларов и, если бы он не дал положительных результатов, вторая попытка стоила бы столько же денег, которых у муниципалитета не было. Но, говорит Вейхман, «геология соответствовала, температура воды соответствовала и размер подземного источника соответствовал».

Скважина Хольцкирхена, самая глубокая в Европе и достигает 5,6 км под землей. Затраты на бурение могут составлять от 40 до 70 процентов от общей стоимости подобных геоэнергетических установок. В Хольцкирхене это было ближе к 70 процентам. Буровое оборудование ломалось и застревало, бурильщики пробили газовый пузырь, который они должны были обойти, и установка насосов для глубинных скважин, которые используются для откачки геотермальной жидкости на поверхность, неоднократно задерживалась. «Геотермальная энергия: дойная корова или выгребная яма?», смеялись в местных газетах.

Несмотря на препятствия, сегодня Geothermie Holzkirchen производит тепло и электроэнергию, принося доход более 9 миллионов долларов в год. По текущему курсу город рассчитывается погасить остаток займа через несколько лет. Федеральные ценовые гарантии позволили Германии расширить использование солнечной энергии и энергии ветра на суше от Балтийского моря до Шварцвальда. Многие граждане Германии поддержали Energiewende, хотя другие жаловались, что государственные субсидии значительно увеличили счета за коммунальные услуги.

Технология для геотермальной энергии не слишком сложна. Бурение зависит от типа буровой установки, которую нефтяные компании использовали в течение десятилетий для бурения на нефть. Сердцем завода в Хольцкирхене является колодец, единый вентиль со встроенными подземными насосами, которые нагнетают воду температурой 155 °С на поверхность.

Рядом с ним центр нагрева охлаждает горячую термальную воду, поскольку температура в 155 °С слишком велика для системы, и подает в сеть централизованного теплоснабжения, обеспечивая не только тепло, но и горячее водоснабжение. Жемчужиной завода является турбинный цех стоимостью более миллиона долларов, где пар преобразуется в электричество, которое поступает в электросеть, за что региональный сетевой оператор платит муниципалитету.

На протяжении веков люди использовали более мелкие геотермальные источники для купания и сегодня с помощью тепловых насосов низкотемпературные водоносные горизонты могут также обеспечивать подачу горячей воды и тепла для зданий, теплиц и некоторых промышленных процессов. Электрические тепловые насосы повышают температуру источников воздуха или воды, сжимая газообразные хладагенты, и могут работать в обратном направлении с целью охлаждения.

«Тепловые насосы превращают один киловатт-час электроэнергии в три-четыре киловатт-час тепла». Но некоторые эксперты предостерегают от чрезмерного потребления геотермальной энергии, которая несет в себе риски, помимо финансовых затрат.

В Берлине городские власти запретили геотермальные сооружения, сославшись на чрезвычайно проницаемые недра и породы, которые могут привести к загрязнению подземных водоносных горизонтов геотермальными скважинами. Кроме того, методика, называемая усиленным геотермальным бурением, которая усиливает подземные потоки путем закачки воды и химикатов в подземные пласты, подобно методам, которые используются при добыче нефти и газа, вызывающих землетрясения в некоторых регионах. Большинство из них были умеренными, хотя в 2017 году, в результате бурения геотермальной скважины в Южной Корее произошло землетрясение магнитудой 5,4 балла, которое разрушило здания и ранило более 100 человек.

Отраслевые эксперты утверждают, что комплексный мониторинг, осуществляемый с помощью сейсмометров, которые улавливают звуки, издаваемые трещинами при их росте, может снизить или предотвратить последствия серьезной сейсмической активности. И они говорят, что большая часть Европы могла бы использовать геотермальные ресурсы без технологического улучшения методов, как есть.

Геотермальные скважины могут извлекать энергию в течение 50 лет, прежде чем подземная инфраструктура разрушится. Хольцкирхен теперь пожинает эти выгоды, даже местная газета, некогда критиковавшая проект, сейчас переполнена похвалой.

Источник: Paul Hockenos. Aiming for Climate Targets, Germany Taps Its Geothermal Potential. E360