ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

© 2021 г. С. В. Черкасов^1,*, А. М. Фархутдинов², И.М. Фархутдинов¹

¹ ФГБУН Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского РАН,

 ул. Моховая, д. 11, стр. 11, Москва, 125009 Россия

² ФГБОУ Башкирский государственный университет,

ул. Заки Валиди, д. 32, Уфа, 450076, Россия

E-mail: s.cherkasov@sgm.ru

Поступила в редакцию 7.12.2020 г.
После доработки 7.12.2020 г.
Принята к публикации 20.12.2020 г.

Геоэкологические аспекты геотермальной энергетики связаны с существующими технологиями использования тепла Земли, как прямого (использование теплоэнергетических вод для получения тепловой энергии – гидротермальные системы), так и с производством электроэнергии (искусственные/усовершенствованные геотермальные системы – Enhanced geothermal system (EGS) и геотермальные системы на природных пароводяных смесях, петро- и гидротермальные системы, соответственно).

С позиций геоэкологии рассматриваются преимущества использования геотермальных ресурсов по сравнению с другими источниками энергии, а также геоэкологические риски, связанные с эксплуатацией геотермальных природно-техногенных систем. На качественном уровне анализируется вероятность негативного воздействия объектов геотермальной энгергетики на окружающую среду в результате возможного химического загрязнения при утечках на поверхности минерализованных подземных вод, техногенного нарушения гидродинамического равновесия резервуара теплоэнергетических вод и его истощения, а также – понижения температуры подземных вод в результате обратной закачки охлажденного теплоносителя. Минимизация перечисленных рисков осуществляется посредством полной обратной закачки и мониторинга утечек теплоносителя, мониторинга микросейсмической активности в районе эксплуатации петротермальных ресурсов, прогнозированием негативных процессов методами математического моделирования и оптимизацией циркуляционных систем теплоотбора. Рассматривается опыт минимизации геоэкологических рисков на предпроектной стадии создания Ханкальской опытно-промышленной геотермальной станции.

На основе качественного анализа геоэкологических рисков геотермальной энергетики и существующих технологий теплоотбора делается вывод о преимуществе гидротермальных природно-техногенных систем перед петротермальными при современном уровне развития технологий бурения и теплоотбора. Устанавливается, что месторождения теплоэнергетических вод при полной обратной закачке отработанного флюида являются наиболее экологически чистым возобновляемым источником энергии, не зависящим от погодных условий. Отмечается, что технологии, разрабатываемые для гидротермальных природно-техногенных систем, создают основу как для повышения эффективности гидротермальной, так и для развития петротермальной энергетики.                  

Ключевые слова: геоэкологические риски, геотермальные подземные воды, геотермальные ресурсы, гидротермальные ресурсы, возобновляемая энергетика 

DOI: 10.31857/S0869780921020028

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аветисьянц A.A., Крылов В.Б. Опыт строительства циркуляционной системы на Ханкальском геотермальном меторождении // Физические процессы при разработке геотермальных месторождений. Л.: ЛГИ, 1983. C. 85-88.
2. Алхасов А.Б. Возобновляемая энергетика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. 256 с. 
3. ГОСТ Р 56909-2016. Нетрадиционные технологии. Геотермальная энергетика. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2016. 12 с.
4. Правила разработки месторождений теплоэнергетических вод ПБ 07-599-03. М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. 8 с.
5. Фархутдинов А.М., Исмагилов Р.А., Фархутдинов И.М., Черкасов С.В., Минцаев М.Ш. Перспективы использования теплоэнергетических вод Чеченской республики на базе опыта аналогичных работ во Франции (Парижский бассейн) // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 398. С. 257-264.
6. Фархутдинов А.М., Фархутдинов И.М., Черкасов С.В., Исмагилов Р.А., Хайрулина Л.А. Применение компьютерного моделирования для устойчивой эксплуатации термальных подземных вод Ханкальского месторождения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 12. C. 7-17.
7. Фархутдинов А.М., Черкасов С.В., Минцаев М.Ш., Шаипов А.А. Термальные подземные воды Чеченской Республики: новый этап использования // Природа. 2017. № 3 (1219). С. 28-35.
8. Черкасов С.В., Фархутдинов А.М., Шаипов А.А. Об эффекте остаточного дебита геотермальной циркуляционной системы теплоотбора // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2020. Т. 491. C. 90–92.
9. Черкасов С.В., Чурикова Т.Г., Бекмурзаева Л.Р., Гордейчик Б.Н., Фархутдинов А.М. Состояние и перспективы использования геотермальных ресурсов в Российской Федерации / GEOENERGY. Матер. Междунар. научно-практ. конференции. Грозный: Изд-во ГГНТУ, 2015. С. 303-322.
10. Axelsson G. Role and management of geothermal reinjection. Short Course on Geothermal Development and Geothermal Wells. Santa Tecla, Salvador: UNU-GTP. 2012. 21 p.
11. Baisch S., Carbon, D., Dannwolf, U., Delacou, B., Devaux, M., et al. Deep Heat Mining Basel - Seismic Risk Analysis. Basel: SERIANEX, 2009. 21 p.
12. Battye D.L., Ashman P.J. Radiation associated with Hot Rock geothermal power. Australian Geothermal Energy Conference, 2009, https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/AGEC/2009/Battye__Ashman_2009.pdf
13. Bošnjaković M., Stojkov M., Jurjević M. Environmental Impact of Geothermal Power Plants // Technical Gazette. 2019. V. 26 (5). P. 1515-1522. URL: https://doi.org/10.17559/TV-20180829122640
14. Cherkasov S.V., Farkhutdinov A.M., Rykovanov D.P., Shaipov A.A. The use of unmanned aerial vehicle for geothermal exploitation monitoring: Khankala field example // J. of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems. 2018. Т. 6. № 2. P. 351-362.
15. Farkhutdinov Α., Goblet P., de Fouquet C., Cherkasov S. Α case study of the modeling of a hydrothermal reservoir: Khankala deposit of geothermal waters // Geothermics. 2016. V. 59. Part Α.  P. 56-66. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.geothermics.2015.10.005 
16. Gunnarsson I., Aradóttir E.S., Sigfússon B., Gunnlaugsson E., and Júlíusson B.M. Geothermal Gas Emission From Hellisheiði and Nesjavellir Power Plants, Iceland // GRC Transactions. 2013. V. 37. P. 785-789.
17. Holl, H.-G. What did we learn about EGS in the Cooper Basin? Milton, Australia: Geodynamics Limited, 2015. 79 p. DOI: 10.13140/RG.2.2.33547.49443
18. Limberger J., Boxemb T., Pluymaekers M., Bruhn D., Manzella A., et al. Geothermal energy in deep aquifers: a global assessment of the resource base for direct heat utilization // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. No. 82. P. 961-975.
19. Parisio F., Vilarrasa V., Wang W., Kolditz O., Nagel Th. The risks of long-term re-injection in supercritical geothermal systems // Nature Communications. 2019. V. 10.  P. 4391. URL: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12146-0
20. Schill E., Genter A., Cuenot N., Kohl T. Hydraulic performance history at the Soultz EGS reservoirs from stimulation and long-term circulation tests // Geothermics. 2017. V. 7. P. 110-124.
21. Tomarov G., Kolesnikov D., Semenov V., Podverbny V., Shipkov A. Prevention of Corrosion and Scaling in Geothermal Power Plants Equipment // Proc. World Geothermal Congress 19-25 April 2015. Melbourne, Australia, 2015, 6 p. URL: https://www.geothermal-energy.org/pdf/IGAstandard/WGC/2015/27032.pdf
22. Vengosh A., Hirschfeld D., Vinson D., Dwyer G., Raanan H., et al.  High Naturally Occurring Radioactivity in Fossil Groundwater from the Middle East. Environ // Sci. Technol. 2009. V. 43. No. 6. P. 1769-1775.
23. Walczak K., Olszewski J., Zmyślony M. Estimate of radon exposure in geothermal SPAs in Poland //   J. of Environmental and Occupational Health. 2016. V. 29(1)/ P.161–166.
24. Zemach E., Drakos P., Spielman P., Akerley J. Desert Peak East enhanced geothermal systems (EGS) project. Draft Final Report. Reno, NV, USA: Ormat Technologies, Inc. 2017. 87 p.
25. Zotzmann J., Regenspurg S. Evaluating the Efficiency of Scaling Inhibitors in Geothermal Fluids at High Pressures and High Temperatures // Proc. World Geothermal Congress 19-25 April 2015. Melbourne, Australia, 2015, 5 p. URL:  https://gfzpublic.gfz-potsdam.de/pubman/item/item_1267890