Экономические основы технологического развития на примере геотермальной энергетики

Министерство  образования и  науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический  университет им. И.И. Ползунова»

Институт  экономики и управления

Кафедра экономической теории и предпринимательства 
 
 
 
 
 

Реферат защищен с оценкой ______________

Руководитель  работы _______________ О.Л. Никитина

«__» ____________ 2012 г 
 
 
 

«ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ на примере геотермальной энергетики»

Реферат по экономическим основам технологического развития

Студент группы Эк-12 Ходырев Павел Николаевич

Руководитель  работы -  Никитина О.Л. 
 
 
 
 

Барнаул  2012 

  Содержание

  ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..3

1. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ КАК ПРИМЕР ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ………………………………………….4
2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И ТИПЫ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ……………………………………………..7
3. СТОИМОСТЬ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ……………......15

  ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………...16

  СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………...18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение

  Наш век это время внедрения и  использования новейших технологий во многих отраслях добывающей, промышленной, энергетике, медицине, космонавтике и во многих других. И некоторые из этих введений коренным образом изменили нашу жизнь и цивилизацию в целом. Примеров таких технологий огромное количество простейшие из них ядерная энергётика, сотовая связь, персональные компьютеры и многое другое. Настоящий мир трудно представить без них.

  Существуют  разные мнения по вопросу о целесообразности, значимости, статусу и экономической  жизнеспособности различных, новых технологий. По внедрению, использованию и последствиям многим таких технологиям в обществе идут постоянные общественно-политические дискуссии. Да, конечно многие технологии спорны. Допустим взять туже ядерную энергетику, достаточно вспомнить катастрофы связанные с ней такие как аварии в Чернобыле и Фукусиме – 1.

  Многие новые технологии направлены в сторону уменьшению потребления ресурсов и переходу к использованию возобновляемых природных ресурсов. Именно такой технологией и является геотермальная энергетика.

  Актуальность  этой технологии несомненно велика ведь использования энергии тепла Земли поистине безграничны, поскольку под поверхностью нашей планеты, являющейся, образно говоря, гигантским естественным энергетическим котлом, сосредоточены огромнейшие резервы тепла и энергии, основными источниками которых являются происходящие в земной коре и мантии радиоактивные превращения, вызываемые распадом радиоактивных изотопов. Энергия этих источников столь велика, что она ежегодно на несколько сантиметров сдвигает литосферные пласты Земли, вызывает дрейф материков, землетрясения и извержения вулканов.  Кроме того в ряде достоинств данного вида энергии имеется полная независимость от  условий окружающей среды, времени года и суток, в отличии от ветреных  и солнечных установок.

  Хотя  и потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных станций и уступает большинству станций на иных возобновляемых источниках энергии, однако она получила весьма широкое развитие  в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые.

  1.Геотермальная  энергия как пример  энергосбережения.

  Как уже было сказано в введение наш  век время новых технологий. Но многие из них возникли из-за необходимости  сохранения не возобновляемых ресурсов, недостаток которых «вылился» в энергетический кризис 1973-1974,1978-1979 годов. В связи с ними человечество начинает создание  и активное использование энергетических технологий использующих для своего производства возобновляемые источники энергии, такие как гидро, солнечная, ветровая энергии. Геотермальная энергия стала новым шагом на пути использования тепла земли как нескончаемого источника энергии.

  Эксплуатация  первой геотермальной электростанции началось более ста лет назад, в 1904 году на территории Италии в месте под названием Лардерелло, она работает и по сей день. Первая геотермальная станция в СССР была построена на Камчатке в 1967 году и носила название Паужетская ГеоТЭС. Её мощность составляла  5мВт, впоследствии увеличена  до 11 мВт.  

  Характерной чертой геотермальной энергетики является возможность ее использования в виде геотермальной воды, пара или смеси воды и пара (в зависимости от их температуры) для нужд горячего водо- и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей, ее практическая неиссякаемость, полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Тем самым использование геотермальной энергии (наряду с использованием других экологически чистых возобновляемых источников энергии) может внести существенный вклад в решение следующих неотложных проблем:

1. Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения в тех зонах нашей планеты, где централизованное энергоснабжение отсутствует или обходится слишком дорого (например, в России на Камчатке, в районах Крайнего Севера и т.п.).
2. Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений и т.п.
3. Снижение вредных выбросов от энергоустановок в отдельных регионах со сложной экологической обстановкой.

  Как мы видим данный вид энергии решает многие проблемы. И сейчас ведётся  широкое использование этой технологии.  Допустим, в России  уже разведано 56 месторождений геотермальных вод, на 20 из них ведётся промышленная эксплуатация. США является самым крупным производителем геотермальной электроэнергии в 2005 году они произвели 16 млрд. кВт·ч возобновляемой энергии. На её территории построено 77 геотермальных электростанций.

  Чтобы оценить возможности геотермальных  установок в мире в таблице 1 приведены  данные о суммарной мощности станций  в разных странах и доля использования  этой энергии в стране.

  Установленная мощность геотермальных  электростанций по странам

Таблица1.

  Группа  экспертов из Всемирной ассоциации по вопросам геотермальной энергии, которая произвела оценку запасов низко- и высокотемпературной геотермальной энергии для каждого континента, получила следующие данные по потенциалу различных типов геотермальных источников нашей планеты. Эти данные приведены в Таблице 2.

  Оценка  геотермальных источников энергии

Таблица 1. 

  Как видно из Таблицы 2 потенциал геотермальных  источников энергии просто колоссален. Однако пока используется он крайне незначительно: установленная мощность ГеоТЭС во всём мире на начало 1990-х годов составляла всего лишь около 5000, а на начало 2000-х годов – около 6000 МВт. Но в настоящее время геотермальная электроэнергетика развивается ускоренными темпами, не в последнюю очередь из-за галопирующего увеличения стоимости нефти и газа. Этому развитию способствуют принятые во многих странах мира правительственные программы, поддерживающие это направление развития геотермальной энергетики.

  2.Принцип работы и типы геотермальных электростанций

  Геотермальные источники в различных регионах планеты значительно отличаются друг от друга, из-за чего их приходится классифицировать по десяткам различных характеристик, таким как средняя температура, минерализация, газовой состав кислотность и прочее. В плоскости практического применения для выработки электрической энергии основной классификацией геотермальных источников можно считать деление на три основных типа:

1. Прямой – используется сухой пар;
2. Непрямой – используется водяной пар;
3. Смешанный(бинарный цикл).

  В простейших геотермальных электростанциях  прямого типа для производства электроэнергии используют пар, который поступает из скважины непосредственно в турбину генератора. Первая геотермальная электростанция была именно такого типа. Рассмотрим эти типы геотермальных электростанций по отдельности.

  Геотермальные электростанции прямого типа преимущественно работают на гидротермальном пару. Пар, как уже говорилось, поступает непосредственно в турбину, она состоит из серии наклонных лопастей, установленных на центральном вале. Сжатый пар вращает её. Вращающаяся турбина включает генератор. Вода охлаждается и поступает обратно в землю. Использование пара позволяет отказаться от сжигания ископаемого топлива, так же отпадает необходимость в транспортировке и хранении топлива. Это старейшие геотермальные электростанции. Принцип её действия изображён на рисунке 1.

Рисунок 1.

  Станции непрямого типа для получения  пара используется вода при температуре  выше 180 градусов Цельсия. С помощью  особой техники с большой глубины  поступает горячая вода под высоким давлением и распрыскивается в ёмкость с низким давлением, вращает турбины генератора, вырабатывающего электричество. Вода охлаждается и поступает обратно под землю. Схема такой станции представлена на рисунке 2. 

  Рисунок 2.

  На  электростанциях бинарного типа используется средняя по температуре  термальная вода, нагретая от 107 до 182 градусов.  Термальная вода поступает в теплообменник, по которому течёт жидкость, имеющая точку кипения ниже, чем у воды. Тепло превращает жидкость в пар, вращающий турбины. Термальная вода не входит в контакт с турбиной, из теплообменника она попадает обратно под землю. Большая часть геотермальных источников имеет среднюю температуру, поэтому в будущем планируется постройка, в основном, бинарного типа. 

Рисунок 3.

  Здесь же следует упомянуть о геотермальном насосе. Как мы знаем, температура на поверхности Земли существенно различаются в зависимости от местоположения, высоты над уровнем моря, времени года и текущей погоды. Под землёй всё происходит иначе. На глубине от 30,5 до 122 метров температура стабилизируется в диапазоне от 7 до 21 градуса, в зависимости от широты. Геотермальный насос поднимает это тепло на поверхность. Тепло можно использовать для обогрева зданий в непогоду. Система может работать и в обратном режиме: тепло из дома может охлаждаться под землёй. Часть тепла в жару может быть использована для подогрева воды.

  Этой  идее уже много лет. В 1852 году над  идеей использования насосов для получения тепла работал британский физик-математик лорд Кельвин, всё остановилось на уровне идеи. Первая современная геотермальная система была установлена в одном из домов Индианаполиса. Интерес  к этой технологии  отопления оставался низким до тех пор, пока в 1970 не подняли цены на нефть. К этому времени интерес к таким системам появился в Европе. Геотермальные насосы сейчас используются , в основном, в Северной Америке и Европе.

  В большинстве геотермальных систем используется система закрытой петли. Серия труб установлена под землёй. Трубы могут быть прямыми и изогнутыми, горизонтальными и вертикальными (Рисунок 4, 5), они могут находиться в почве, в подземных водах или под близлежащим прудом. Теплообменная жидкость наполняет трубы. Жидкость поглощает тепло и переносит его в здание. Внутри здания находится теплообменник, который поглощает тепло и переносит его в систему компрессии. Сжатая теплопроводящая жидкость циркулирует в системе отопления здания.  

Рисунок 4. 

Рисунок 5. 
 

  Другой  тип геотермальной системы - открытая кольцевая. В этой системе термальная вода используется в качестве теплопроводящей  жидкости. Пробуриваются две скважины: одна для подъема теплой воды, а  вторая - для возвращения после того, как вода остынет. Для работы системы необходим доступный природный источник очень чистой термальной воды.

  Внутренняя  система теплообмена и насос  работают на электричестве, поэтому  геотермальная система не полностью  заменяет ископаемое топливо. Однако такая система делает отопление более экологичным, снижает потребление нефти, природного газа или электроэнергии для обогрева.

  3.Геотермальная энергия в России

  Россия  располагает значительными геотермальными ресурсами. Территория России хорошо исследована , и сегодня известны основные ресурсы тепла Земли, которые имеют значительный промышленный потенциал, в том числе и энергетический.

  Для энергетического обеспечения ряда удалённых регионов нашей страны геотермальные ресурсы перспективны и выгодны. Сегодня создают тепловые насосы и системы, которые позволяют получить теплоноситель с температурами 80-90 градусов Цельсия и выше. Это означает, что на 75-80% всей территории России можно эффективно использовать тепло Земли для теплоснабжения городов, посёлков и отдельных объектов.

  Для использования геотермальных ресурсов в России уже пробурено более 3000 скважин. Стоимость уже выполненных  исследований в геотермии и буровых  работ, в современных ценах составляют более 4 млрд. долл. США. Так, на Камчатке на геотермальных полях уже пробурено 365 скважин глубиной от 200 до 2500 метров и израсходовано около 300 млн. долл. США. По данным Института вулканологии ДВО РАН, уже выявлены  геотермальные ресурсы позволяют полностью обеспечить Камчатку  электричеством и теплом более чем на сто лет. Наряду с высокотемпературным Мутновским месторождением мощностью 300 МВт(э) на юге Камчатке известны значительные запасы геотермальных ресурсов на Кошелевском, Большом Банном, а на севере – на Киреунском месторождениях.  Всего на этих месторождениях  можно получить около 2000МВт(э).  Запасы  тепла геотермальных вод Камчатки оцениваются в 5000 МВт(т).

  На  Чукотке также имеются значительные запасы геотермального тепла , часть  из них уже открыта и может  активно использоваться для энергообеспечения близлежащих городов и посёлков.

  Курильские  острова также богаты запасами тепла  Земли, их вполне достаточно для тепло- и электрообеспечения этой территории а течении 100-200 лет. На острове Итуруп обнаружены ресурсы двухфазного  геотермального носителя, мощности которого достаточно для удовлетворения энергопотребностей всего острова. На южном острове Кунаширу имеются запасы геотермального тепла , которые уже используются для получения электроэнергии и теплоснабжения города Южно-Курильска. Недра северного острова Парамушир менее изучены, однако известно, что и на этом острове есть значительные запасы геотермальной воды температурой от 70 до 95 градусов Цельсия.

  На  северном Кавказе хорошо изучены  геотермальные месторождения с  температурой в резервуаре от 70 до 180 градусов Цельсия, которые находятсяна глубине от 300 до 5000 м. Здесь уже в течение длительного времени используется геотермальная вода для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Здесь около 500 тыс. человек используют геотермальные ресурсы  для теплоснабжения в сельском хозяйстве и промышленности.

  Приморье, Прибайкалье, Западно-Сибирский регион также располагают запасами геотермального тепла, пригодного для широкомасштабного применения в промышленности и сельском хозяйстве и конечно для теплоснабжения городов, посёлков.

  Сегодня большой интерес представляют геотермальные ресурсы Краснодарского и Ставропольского края, а также Калининградской области, где имеются запасы горячей воды с температурой до 110 градусов Цельсия, а их тепловой потенциал можно оценить в 1000 МВт(т).

  На  Рисунке 6 приведена карта геотермальных ресурсов России, а в Таблице 3 показатели работы геотермальных электростанций России в 2000 и 2001 годах. 

  Основные  показатели работы геотермальных электростанций России за 2000-2001 гг.

  Таблица 3 

Рисунок 6. 

Россия  обладает не только значительными ресурсами геотермальной энергии, но и передовыми технологиями использования геотермальной энергии. В последние 15-20 лет в России выполнен комплекс фундаментальных исследований в области геотермальной энергетики и создано отечественное геотермальное машиностроение, что позволило произвести энергетическое оборудование для 15 тепловых и электрических станций Камчатки, Курильских островов и Латинской Америки.

 В  настоящее время находится в  эксплуатации геотермальная станция  мощностью 50 МВт на Камчатке (Мутновская ГеоЭС), вводится в эксплуатацию Верхнемутновская электростанция мощностью 11 МВт. Геотермальные станции на Камчатке оснащены высокотехнологичным оборудованием, разработанным с учётом последних достижений российской науки и техники. Данные станции могут управляться удалённо с использованием спутниковой системы телекоммуникаций (центр управления станцией находится в Москве). Мутновская Гео ЭС мощностью 50 МВт(э) – лучшая геотермальная станция в мире по экологическим параметрам и уровню автоматизации.

  Ведущим разработчиком технологий использования  геотермальной энергии в России является АО «Наука» (Геотерм). В условиях открытого рынка и мировых  цен на нефть, газ и лес, геотермальные  тепловые и электрические станции  имеют бесспорно преимущество перед традиционными ТЭС, ТЭЦ и котельными по стоимости 1кВт*ч(эл) и 1 Гкал(тепла), с одной стороны, и по снижению выбросов парниковых и других газов в атмосферу (в 700-1000 раз меньше по сравнению с ТЭС при сжигании угля и мазута и в 200-300 раз меньше при сжигании газа).

  Учитывая, что в ряде регионов России имеются  значительные ресурсы низкотемпературной геотермальной энергии, разрабатываются  проекты по использованию низкопотенциальной энергии для обогрева жилых и  производственных помещений.

  Планируемая установленная мощность геотермальных  станций по выработке электроэнергии в России к 2010 году составило 68,3 МВт, а по выработке тепловой энергии 16,3 Гкал, что в сумме обеспечит  замещение органического топлива  в объёме 133,84 тыс. т. у. т.

  Основные  энергетические объекты геотермальных  станций планируется осуществить  в следующих регионах: Республика Бурятия (сооружение 22 ГеоТЭС общей  мощностью 1 МВт) , Камчатская область (сооружение 22 объектов общей мощностью 56 МВт), Краснодарский  край( геотермальное теплоснабжение города Лабинска общей мощностью 1 Гкал/ч), Омская область (строительство 5 установок для отопления и горячего водоснабжения общей мощностью 0,5 Гкал/ч), Сахалинская область (сооружение 3 ГеоТЭС общей мощностью 10,8 МВт на островах Кунашир, Итуруп, Парамушир), Ставропольский край (строительство геотермальных тепловых систем общей мощностью 1,5 Гкал для теплоснабжения и производства сельскохозяйственной продукции).

  4.Стоимость  геотермальной энергии.

  Исходя  из того, что расходы на исследования и разработку геотермальных полей составляют до 50% всей стоимости ГеоТЭС, и поэтому стоимость этой электроэнергии весьма значительна. Допустим стоимость всей опытно-промышленной Верхне-Мутовской  ГеоТЭС составила около 300 млн. рублей. Однако отсутствие транспортных расходов на топливо, возобновляемость геотермальной энергии и экологическая чистота производства электроэнергии и тепла позволяют геотермальной энергетике успешно конкурировать на энергетическом рынке и в некоторых случаях производить более дешёвую электроэнергию и тепло, чем на традиционных КЭС и ТЭЦ.

  Если  в качестве примера рассматривать  Камчатку, где более 80% электроэнергии производится на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, работающих на привозном мазуте, то использование  геотермальной энергии более выгодны. Даже сегодня, когда ещё идёт процесс строительства и освоение новых ГеоТЭС на Мутновском геотермальном поле, себестоимость электроэнергии на Верхне-Мутновской ГеоТЭС более чем в два раза ниже, чем на ТЭЦ в Петропавловске Камчатском. Стоимость 1кВтч(э) на старой Паужетской ГеоТЭС в 23 раза ниже, чем на ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2.

  Себестоимость 1кВтч электроэнергии на Камчатке в  июле 1988г была от 10 до 25 центов, а  средний тариф на электроэнергию был установлен на уровне 14 центов. В июне 2001г. в этом же регионе тариф на электроэнергию за 1кВтч составлял от 7 до 15 центов. В начале 2002г. средний тариф в ОАО «Камчатскэнерго» был равен 3,6 руб. (12центов). Совершенно ясно, что экономика Камчатки не может успешно развиваться без снижения стоимости потребляемой электроэнергии, а этого можно достичь только путём использования геотермальных ресурсов.

  Если  рассматривать геотермальную энергию  в мировом масштабе, то в настоящее  время по стоимости производства геотермальная энергия может  вполне конкурировать с не возобновляемыми источниками энергии. Об этом свидетельствует следующая диаграмма.

  Стоимость производства электроэнергии (2011г)

Рисунок 7.

Кроме того скажем на крупных ГеоТЭС на Филлипинах , Новой Зеландии, в Мексике и  в США себестоимость 1кВт*ч электроэнергии часто не превышает 1 цента, при этом следует иметь в виду, что коэффициент использования мощности на ГеоТЭС достигает значения 0,95.  
 

  Заключение

  Развитие  геотермальной энергетики весьма необходимое, перспективное и выгодное предприятие  в наше время. Разведка и использование геотермальных использование геотермальных источников позволит позволяет обеспечить теплом, горячим водоснабжением и электроэнергией многие регионы нашей страны и других стран. Развитие технологий в этой области позволяет подводить мини геотермальные система к отдельным домам, в геотермальных зонах, что позволит существенно сократить расходы на электроэнергию и водоснабжение потребителей. Широкомасштабное таких систем теплоснабжения с тепловыми насосами, с использованием низкопотенциальных источников тепла позволит снизить расход ограниченного топлива на 20-25%.

  Мы  наблюдаем огромный рост использования  геотермальной энергии в её развитие многие государства вкладывают огромные средства, на реализацию новых проектов и месторождений. Допустим Министерство энергетики Российской Федерации подписало соглашение о финансировании мероприятий Курильской программы в сфере энергетики на 2012 год. Средства в размере 150 млн. рублей будут направлены на развитие возобновляемых источников энергии на островах. В частности, для дальнейшей реконструкции Менделеевской геотермальной станции и также для подготовки проекта реконструкции Океанской геотермальной станции на Итурупе. В перспективе в результате выполнения работ увеличится объём вырабатываемой энергии и снизится её стоимость.

  Также геотермальная энергия это один из выходов из затруднительной ситуации с использованием традиционных(не возобновляемых) источников энергии. Использование  которых наносит вред людям и  окружающей среде и к тому же их запасы могут иссякнуть через пару сотен лет, а может и раньше. Энергия геотермальных станций стала новой ступенью в развитии энергосбережения и энергоэффективности, силу своей неиссякаемостью, сравнительно низкой себестоимостью и экологичности.