Добраться до земных глубин!..
Возобновляемые источники энергии пока не могут полностью заместить газ и нефть, и развитие энергетики на их основе продолжается. В числе таких источников — тепло земных недр. Образуется это тепло, как считают многие, главным образом в результате распада находящихся в недрах Земли радиоактивных элементов, но также, возможно, оно выделяется в ходе физико-химических и тектонических процессов в глубоких слоях земной коры и мантии. О природе геотермальной энергии и технологиях превращения тепла Земли в электроэнергию, а также о развитии геотермальной энергетики в ХХI веке подробно рассказано в статье «Тепло Земли» (см. «Наука и жизнь» №№ 9, 10, 2013 г.). Какое место сейчас занимает этот вид энергии в структуре мировой энергетики и энергетики России среди других возобновляемых источников энергии — ветра, солнца и воды? И есть ли перспективы у геотермальной энергетики в нашей стране?
Общая мощность геотермальных электростанций в мире с 2015 по 2020 год выросла на 30% — с 12 300 до 16 000 МВт, производство электроэнергии на них увеличилось с 73 600 до 95 200 ГВт∙ч, то есть на 29%, и к 2025 году прогнозируют рост мощностей ещё на 21% от уровня 2020 года — до 19 400 МВт.
Много это или мало? Для энергетики в целом рост довольно внушительный, но по сравнению с такими быстрорастущими направлениями альтернативной энергетики, как солнечная и ветровая (первая выросла в 3,3 раза, а вторая на 66%), довольно скромный (см. таблицу ниже). А доля геотермальной энергетики в общемировом производстве электроэнергии остаётся менее одного процента — по сути, статистически исчезающей величиной. Конечно, энергопотребление не ограничивается только производством электроэнергии, хотя на её выработку уходит почти 50% всех мировых энергоресурсов. Однако и при рассмотрении общего мирового энергобаланса картина принципиально не меняется. Так, по данным British Petroleum (BP Energy Statistics Review — 2022), в 2021 году совокупная доля углеводородов в мировом потреблении энергии составила 82%, атомной энергии — 4%, гидроэнергии — 7%, всех остальных возобновляемых источников энергии (ВИЭ), включая ветровую, солнечную, биоэнергетику и геотермальную, — также 7%. А доли разных источников в мировом энергопотреблении в 2019 году, по данным Международного энергетического агентства (IEA), распределялись следующим образом: углеводороды — 81%, атомная энергия — 5%, гидроэнергия — 2,5%, биотопливо — примерно 9,5%, и 2% пришлось на всё остальное, и в этом остальном также среди солнечной и ветроэнергетики «затерялась» энергетика геотермальная.
В чём причина такой незначительной роли геотермальной энергетики в мировом энергобалансе и её отставания в развитии? Ведь геотермальная энергия не дороже энергии, получаемой из других источников. В экономике энергетики используется такой интегральный показатель, как выровненная, или нормированная стоимость энергии (в англоязычной версии — levelized cost of energy, LCOE). Упрощённо говоря, это стоимость единицы энергии, получаемая в результате деления всех затрат на работу энергетической станции в течение её жизненного цикла (чаще всего, на интервале 25—30 лет) и на количество выработанной энергии. Так вот, LCOE геотермальных электростанций, по данным IEA за 2021 год, составляет около $36 за 1 МВт∙ч (или 3,6 цента за 1 кВт∙ч), ветроэлектростанций на суше — примерно $32 за 1 МВт∙ч, а шельфовых (оншорных) ветроэлектростанций — $115 за 1 МВт∙ч и солнечных — от $30 до $45 за 1 МВт∙ч.
Возможно, главная причина отставания геотермальной энергетики — в ограниченности территорий, где возможно размещение станций, использующих тепло Земли. Солнечной энергии в низких широтах повсеместно много, а значит, и станции, работающие на солнечной энергии, можно строить, по сути, неограниченно. Высокий потенциал ветровой энергии присутствует на Земле также на больших площадях: это пространства морских побережий и шельфа, степные и предгорные области, определённые зоны глобальной атмосферной циркуляции. Развитие энергетики на основе биомассы тоже возможно везде, где есть сельское хозяйство или лесопереработка. Что же касается областей, в которых мощный поток энергии поднимается из земных глубин, то, как правило, это горные территории с высокой сейсмической и вулканической активностью, где непросто строить электростанции и доставлять энергию потребителям, которых на склонах гор или вблизи действующих вулканов, как правило, немного.
На данный момент можно выделить четыре основные зоны с повышенным геотермальным потенциалом у поверхности Земли, где возможно строительство геотермальных станций. Это Тихоокеанское «огненное кольцо» по периметру побережья, Альпийско-Гималайская зона, протянувшаяся от Пиренеев и Альп к Кавказу и далее — к горам Центральной Азии и Гималаям; зона Восточно-Африканского рифта и Срединно-Атлантический хребет, а точнее — Исландия, часть этой структуры, поднимающаяся над уровнем океана. Именно в этих зонах сосредоточено, по сути, всё мировое производство геотермальной энергии, при этом более 90% — в странах Тихоокеанского кольца.
Если солнечные, ветровые и гидроэлектростанции есть уже в большинстве стран мира, то геотермальная энергетика присутствует лишь в 30 странах, при этом более 95% всех мощностей и выработки электроэнергии на геотермальных ресурсах приходится на десять стран и более двух третей мощностей — всего на пять: США, Индонезию, Филиппины, Турцию и Новую Зеландию. Отметим, что группа лидеров за последнее десятилетие, по сути, не поменялась — разве что в первую десятку добавилась Кения, вытеснив оттуда Коста-Рику.
Россия, о которой мы подробнее поговорим чуть ниже, на данный момент занимает 14-е место по суммарной мощности геотермальных станций, уступая, в частности, небольшим и не самым экономически развитым странам Центральной Америки. Наши 82 МВт составляют лишь 0,5% мировых мощностей геотермальных электростанций. При этом нельзя сказать, что мы обделены геотермальными ресурсами: Альпийско-Гималайская и Тихоокеанская зоны проходят и по нашей территории, причём первая — на протяжении сотен, а вторая — тысяч километров. И что не менее важно, Россия располагает собственными передовыми технологиями превращения тепла Земли в электроэнергию.