Петротермальная энергетика России. Перспективы развития

Рис. 5. Возможная ожидаемая ошибка или распределение реализаций случайной функции, удовлетворяющих данным обучения

Поскольку подобным образом можно представить широкий класс задач, где система представляется в виде статического черного ящика, то многомер-

ную интерполяцию и аппроксимацию (при условиях гладкости, непрерывности и отсутствии осцилляций между узлами) можно рассматривать как универсальный метод для решения задач данного класса.

Литература

1. Бахвалов, Ю.Н. Метод многомерной интерполяции и аппроксимации и его приложения / Ю.Н. Бахвалов. - М., 2007.

2. Бахвалов, Ю.Н. Метод распознавания образов на основе теории случайных функций / Ю.Н. Бахвалов, А.Н. Зуев, Т.А. Ширабакина // Известия вузов. Приборостроение. - 2005. - Т. 48. - № 2. - С. 5 - 8.

3. Bahvalov, J.N. A statistical model of interpolation and its application to texture segmentation / J.N. Bahvalov, A.S. Potapov // Eighth International Workshop on Nondestructive Testing and Computer Simulations in Science and Engineering, Alexander I. Melker, Editor, Proceedings of SPIE. - 2004. -V. 5831. - P. 191 - 198.

УДК 550.361

НА. Гнатусь, С.В. Карпов ПЕТРОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА РОССИИ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Рассмотрены энергетические, технологические и экономические аспекты использования петротермальных ресурсов (теплоты, аккумулированной в «сухих» горячих горных породах земной коры) для производства электроэнергии и теплоснабжения. Отмечена возможность использования в качестве коллекторов теплоты зон естественной или искусственной трещиноватости. Применение новых технологий бурения скважин делает петротермальные ресурсы конкурентоспособными по сравнению с другими видами возобновляемых и невозобновляемых энергетических ресурсов.

Петротермальная энергетика, циркуляционная система, тепловой коллектор, скоростное бурение, перспективы развития.

The article considers energy, technological and economic aspects of using petro-thermal resources (heat accumulated in the «dry» hot rocks of crust) for producing electricity and heat supply.

The possibility of using the heat of the zones of natural or artificial cracking as a collector is mentioned in the paper. Application of new technologies of well drilling makes petro-thermal resources competitive as compared to other types of renewable and nonrenewable energy resources.

Petro-thermal power engineering, circulating system, thermal collector, high speed drilling, prospects of development.

Основные тенденции в использовании невозобновляемых природных энергетических ресурсов

Процесс интенсивного извлечения и использования невозобновляемых природных энергетических ресурсов в мире происходит очень быстрыми темпами. Слова «нефть» и «природный газ» стали самыми ходовыми не только в геологических публикациях, но ив политических сообщениях. И не случайно. Ведь запасы нефти и природного газа на суше стремительно убывают и дорожают. Основные объемы потенциального прироста их запасов сосредоточены на континентальном шельфе.

Россия, несомненно, является одной из богатейших стран в мире по энергетическим ресурсам, где фактор несовпадения хозяйственных потребностей и природных возможностей пока не актуален. Однако извлечение невозобновляемых энергоресурсов из

недр происходит настолько интенсивно, что по мнению европейских независимых энергетических агентств, наша страна уже в 30-е годы может столкнуться с дефицитом экспортного потенциала углеводородов. В крупнейшей Западно-Сибирской провинции происходит монотонное падение добычи сырья. Уходит в прошлое эпоха «сухого» сеноманского газа. Прежний этап экстенсивного развития добычи природного газа подошел к завершению. Так извлечение газа из месторождений-гигантов Нижнего Приобья: Медвежьего, Уренгойского и Ямбургского составил, соответственно, более 84, 63 и 50 %.

В настоящее время сырьевая база нефтяной и газовой промышленности сохранила количественные параметры, необходимые для добычи углеводородов в России. Но в связи с освоением новых месторождений с более сложными горно-геологическими условиями себестоимость добычи сырья будет расти.

Значительная часть добываемых из недр Земли

ограниченных и невозобновляемых органических ресурсов сжигается как топливо для энергоустановок. В структуре топливных ресурсов доля природного газа составила 64 %. Для получения тепла расход углеводородного топлива увеличивается почти в два раза по сравнению с его расходом на производство электроэнергии. На энергетических предприятиях страны с целью получения электроэнергии и тепла ежегодно сжигается более 500 млн т у.т. (тонн условного топлива). Это тот случай, когда вспоминаются слова великого русского ученого Д. И. Менделеева «о сжигании ассигнаций».

В целом, в мире ради получения тепла и электроэнергии ежесуточно сжигается более миллиона тонн угля и нефти, миллиарды кубометров природного газа. Хотя далеко не вся тепловая энергия при сгорании углеводородов эффективно используется: КПД тепловых электростанций, работающих на природном газе, не достигает 50 %. Половина вырабатываемого тепла «вылетает в трубу» и рассеивается в окружающей среде. А такой вид топлива как каменный уголь при сгорании одновременно отбирает из воздуха большое количество кислорода и загрязняет природу.

Эквивалентное количество энергии по сравнению с тепловыми энергоустановками можно получать на атомных станциях, сжигая не миллионы, а сотни тонн ядерного топлива - разница в четыре порядка огромна. Однако при этом необходимо гарантировать экологическую безопасность использования ядерной энергетики: исключить повторение крупнейших аварий Течи, Чернобыля и Фукусимы, обеспечить защиту атомных электростанций (АЭС) от проявлений терроризма и осуществить весьма дорогостоящий вывод из эксплуатации устаревших и отработавших свой срок энергоблоков АЭС. Запасы урана в мире тоже ограничены. Доказанные извлекаемые его запасы составляют 3 млн 400 тыс. т. За весь период их освоения до 2007 г. его уже добыто около 2 млн т.

Существенные обстоятельства и тенденции развития энергетики позволяют предположить, что в первой половине XXI в. начнется активный переход на нетрадиционные источники энергии. Нефть, уголь, природный газ, горючие сланцы и продукты их переработки практически будут исключены из энергетического использования. Энергетический апокалипсис не за горами - в Европе его ждут к 2030

- 2040 гг.

Объективные факторы (резервы ископаемого топлива и урана, а также изменения окружающей среды, вызванные традиционной тепловой и ядерной энергетикой) позволяют утверждать, что переход к новым способам и формам получения энергии является неизбежным. Чем раньше произойдет прорыв в этом направлении, тем это будет менее болезненным для общества и более выгодным для стран, где такой прорыв произойдет.

Мировая энергетика в настоящее время взяла курс на переход к рациональному сочетанию традиционных и новых источников энергии. Энергопотребление в мире к 2000 г. составляло более 18 млрд т у.т., к 2025 г. оно может возрасти до 30 - 38 млрд т

у.т., а к 2050 г. - до 60 млрд т у.т. Характерной тенденцией развития мировой экономики в этот период будет систематическое снижение доли органического топлива и компенсирующий рост доли возобновляемых энергетических ресурсов.

Весьма богатые, по сравнению с другими государствами, топливные ресурсы России пока обеспечивают развитие отечественной энергетики и требующийся стране экспорт энергоресурсов. Освоение новых источников еще не стало у нас действительно острой необходимостью. Это объясняет, но не оправдывает весьма незначительные объемы работ по освоению нетрадиционных альтернативных источников энергии.

О развитии отечественных петротермальных энерготехнологий

Президент РФ Д. А. Медведев, председатель Правительства страны В. В. Путин неоднократно в своих выступления акцентировали внимание на освоение и развитие отечественной альтернативной энергетики. В этой связи, для обеспечения модернизации экономики и дальнейшего социально-экономического развития регионов Российской Федерации группой российских ученых и специалистов разработан инновационный проект «Развитие петротермальной энергетики России» [1, с. 6], [2, с. 5]. Проект основан на извлечении и использовании теплоты, аккумулированной в «сухих» горячих горных породах земной коры с целью выработки на ее основе постоянных, экономически доступных электроэнергии и тепла для стабильного обеспечения отдаленных, малоосвоенных и энергодефицитных районов России. Он полностью базируется на отечественной технике.

В создании петротермальных энерготехнологий приняли участие академические, научно-исследовательские учреждения, высшие учебные заведения и более 10 промышленных предприятий страны. Инновационный проект одобрен учеными Российской академии наук, Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова, другими ведущими ВУЗами страны. Проект поддержан главами регионов и муниципальных образований 47 субъектов РФ. По их заявкам первоначально требуемая мощность для производства электроэнергии и тепла от петротермальных энергоустановок составила по состоянию на 01.01.2010 г. около 20 ГВт и более 450 млн Гкал тепловой энергии в год. Проект одобрен Федеральным Собранием РФ и направлен Президенту Российской Федерации Д.А. Медведеву. Научноэкспериментальное и опытно-промышленное внедрение петротермальных энерготехнологий возможно уже в 2012 - 2016 гг., а промышленное освоение в широких масштабах в России - в период до 2020 г. и далее.

Роль петротермальной энергии и перспективы ее использования

На Всемирных Геотермальных Конгрессах, состоявшихся в 2000 г. в Японии и в 2005 г. в Турции, отмечалось, что использование тепла Земли станет одним из магистральных направлений в энергетике

третьего тысячелетия. Предполагается, что к концу XXI века доля геотермальных ресурсов в энергобалансе мировой экономики возрастет более чем на 30 %, а по самым оптимистическим прогнозам даже до 80 %.

Понятие «геотермальная энергетика» возникло от понятия «геотермика», это область изучения тепловых процессов Земли. Понятие «геотермальный» в основном приписывается геотермальным (горячим, находящимся в земной коре) водам, пару и пароводяным смесям.

В этой связи целесообразно ресурсы внутризем-ного геотермального тепла разделить на две части: локализованные гидротермальные и повсеместно распространенные петротермальные. Первые из них представлены теплоносителями-флюидами - подземными водами, паром и пароводяной смесью. Вторые представляют собой петротермальную энергию, содержащуюся в «сухих» горячих горных породах, нагреваемых за счет глубинного кондуктивного теплового потока.

Гидротермальные ресурсы составляют лишь 1 % от общих внутриземных ресурсов геотермальной энергии, но в силу относительной технологической простоты их извлечения утилизация этого вида энергии, начатой более ста лет назад, продолжается до настоящего времени. Однако районы их возможного энергетического использования приурочены к зонам современного вулканизма, где подземные воды приобретают дополнительный потенциал при соприкосновении с магматическими телами и циркулируют на относительно небольшой глубине, доступной для буровой техники сегодняшнего дня. Срок службы геотермальных скважин во многих странах не достигает и десяти лет.

Использование термальных высокоминерализованных вод в качестве теплоносителя приводит к зарастанию скважинных зон оксидом железа, карбонатом кальция, силикатными образованиями, соле-отложению и коррозии оборудования. Кроме того, как правило, источники гидротермальной энергии в подавляющем большинстве отдалены от потребителя, что во многом ограничивает их использование. Месторождения пара - редкость, его известные и прогнозные запасы невелики.

По предварительным оценкам на территории России прогнозные запасы термальных вод с температурой 40 - 250 оС, минерализацией 35 - 200 г/л и глубиной залегания до 3 км возможно извлекать с дебитом 21 - 22 млн м3/сут., что эквивалентно сжиганию 30 - 40 млн т у.т./год. Для энергетики будущего огромное значение имеет извлечение тепловой энергии, заключенной в твердых «сухих» горячих горных породах - петротермальных ресурсах. Эта энергия составляет около 99 % общих ресурсов внутриземно-го тепла.

Разумеется, что практический интерес вызывает не общий потенциал геотермальной энергии Земли, а та его часть, которая отвечает современным техническим возможностям проникновения в недра планеты. Технически доступные ресурсы петротермальной энергии в настоящее время резонно ограничить об-

щим теплосодержанием верхних 10 - 12 км земной коры в пределах суши. Это стало возможным благодаря достигнутым успехам традиционного глубокого бурения и перспективным технологиям сверхглубокого бурения геотермальных скважин.

Среднюю теплоемкость пород этой толщи можно принять равной 1000 Дж/(кг • К), а средний геотермальный градиент - 20 мК/м. Общий ресурс тепловой энергии на глубине 10 км эквивалентен потенциалу сжигания 34,1 • 109 млрд т у.т. Это в несколько тысяч раз больше тепловой способности всех известных запасов топлива на Земле.

Петротермальная энергия - стабильный, весьма мощный и практически неисчерпаемый общепланетарный ресурс. Он занимает одно из лидирующих мест среди нетрадиционных источников энергии. Непрерывная генерация внутриземного тепла за счет радиоактивного распада долгоживущих изотопов, содержащихся в геосферах Земли, а также переход энергии гравитационной дифференциации в глубинных оболочках планеты в тепло компенсирует его внешние потери.

Преимущества петротермального источника энергии следующие: повсеместное распространение, приближенность и приспособленность к потребителю, сравнительно низкие капитало- и трудоемкости при освоении, безотходность, безопасность в эксплуатации, экологическая чистота. К недостаткам можно отнести: сравнительно низкий потенциал на глубине до 3 км, нетранспортабельность, невозможность складирования, отсутствие опыта промышленного освоения в России.

Этот вид энергии может быть доступен для больших и малых территорий на Земле. Особенно на территории России. На глубине до 4 - 6 км горячие породы с температурой 100 - 150 оС распространены почти повсеместно, а с температурой 180 - 200 оС на довольно значительной части Российской Федерации. Это вполне достаточно для целей теплоснабжения. На глубине 5 - 6 км в активных геодинамиче-ских провинциях можно встретить массивы с температурой 250 - 300 оС.

В последние десятилетия в мире рассматривается направление более эффективного использования энергии глубинного тепла Земли в целях частичной замены природного газа, нефти и угля. Это станет возможным не только в районах с высокими геотермальными параметрами (температура, дебит) но и в любых районах России при бурении глубоких и сверхглубоких геотермальных скважин и создания на их основе циркуляционных систем.

Освоение и промышленное развитие петротермальной энергетики в России и за рубежом

Начало систематических отечественных исследований в области освоения геотермальных ресурсов относится к восемнадцатому веку [2, с. 3]. В России они были проведены во время экспедиций, организованных по указанию Петра I. В этом веке и о могуществе земной энергии высказывался М. В. Ломоно-

сов. Еще до пуска первой промышленной ГеоТЭС на природном паре в 1897 г. К.Э. Циолковский впервые высказал мысль и в 1914 г. опубликовал статью о возможности длительного извлечения огромных ресурсов тепловой энергии из подземных горячих пород за счет их теплообмена с холодной водой. В 1920 г. академик В. А. Обручев дал первое детальное, продуманное описание петротермальной циркуляционной системы (ПЦС) извлечения тепла горячих гранитов. Идеи и надежды В.А. Обручева разделили многие его современники, в том числе такие крупные ученые, как: академики В. И. Вернадский и А. В. Ферсман, а также И.М. Губкин, А.А. Скочинский, А.Н. Тихонов. Для эффективной работы циркуляционных систем необходимо иметь или создать в зоне отбора тепла достаточно развитую теплообменную поверхность. Такой поверхностью обладают или встречающиеся на различных глубинах пористые пласты и зоны естественной трещиноватости, проницаемость которых позволяет организовать принудительную фильтрацию теплоносителя с эффективным теплообменом и извлечением тепловой энергии горных пород, или искусственного создания методом гидравлического разрыва (гидроразрыва) теплообменные поверхности в слабопроницаемых массивах. Известны примеры гидроразрыва с трещинами протяженностью до 2 - 3 км.

Механизм гидроразрыва представляет собой хрупкое разрушение пород с расширением природных трещин и с образованием новых разломов в результате растягивающих или сдвигающих деформаций массива под влиянием давления рабочей жидкости (воды), приложенного к его обнажению - стенке скважины, а далее - к борту растущей трещины, причем избыточный объем жидкости служит гидравлическим клином.

Теоретические основы механики гидроразрыва в СССР были разработаны академиком С.А. Христиа-новичем, его сотрудниками и учениками. Наиболее широкое применение гидроразрыв получил при разработке нефтегазовых пластов. Гидроразрыв применяется в этих отраслях добывающей промышленности как способ повышения проницаемости пластов для увеличения дебита добычных скважин и для повышения нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений с заводнением. Современная технология позволяет создавать как узкую, но длинную трещину, так и короткую, но широкую.

Большой вклад в развитие идеи по извлечению и использованию петротермальных ресурсов в нашей стране внесли профессор Ленинградского горного института им. Г.В. Плеханова Ю.Д. Дядькин, академики АН УССР А.Н. Щербань и О.А. Кремнев. Они заложили основы новой научной дисциплины - геотермальной теплофизики, в которой обосновываются физические предпосылки для моделирования переноса массы и энергии в различных структурных средах, приводятся методики тепловых и гидродинамических расчетов циркуляционных систем с естественными и искусственными коллекторами, а также дается теплофизический анализ работы систем извлечения энергоресурсов из массива горячих горных пород. Кроме перечисленных фундаментальных во-

просов геотермии в их трудах изложены технологические основы и инженерные решения по извлечению петротермальной энергии из природных и искусственных тепловых коллекторов.

Первая ПЦС извлечения тепла пористых пластов для отопления была создана в 1963 г. в Париже. Сейчас более 60-ти таких систем функционируют во Франции и больше десятка городов обогреваются теплом и освещаются электроэнергией, полученной на основе петротермальной энергии. В 1977 г. первая ПЦС с гидроразрывом практически непроницаемого массива раскаленных гранитов по проекту Лос-Аламосской национальной лаборатории начала создаваться в США. В настоящее время в этой стране на основе ПЦС реализовано более 224 проектов петро-термального теплоснабжения, а до 2050 г. планируется на основе дальнейшего использования петро-термальных ресурсов дополнительно построить пет-ротермальные энергоустановки общей мощностью до 100 ГВт. В 1983 г. английские ученые повторили американский опыт, создав экспериментальную ПЦС с гидроразрывом в Корнуэлле. В настоящее время активно ведутся разработки на основе петротермаль-ного тепла Земли, получившие название HDR (Hot Dry Rock - горячая сухая порода), в Германии, Франции, Италии, Японии, Швейцарии, Китае и других странах. В Австралии на основе петротермаль-ных технологий в ближайшее время планируется строительство электростанции мощностью 1 ГВт с хорошими технико-экономическими показателями.

Однако в целом доля петротермальной энергии в мировом и отечественном топливно-энергетическом балансе пока необоснованно мала. Известно, что на работу по управлению реакцией термоядерного синтеза в мире ежегодно расходуется не менее миллиарда долларов, на развитие солнечной энергии - сотни миллионов, а на освоение петротермальной энергии

- лишь десятки миллионов. Надо полагать, что это временное явление.

Технологические и экономические особенности создания ПЦС и петротермальных энергоустановок на ее основе в России

Принципиальная схема ПЦС с искусственным тепловым коллектором - серией вертикальных трещин, полученных в результате гидроразрыва, может быть представлена в виде двух нагнетательной и эксплуатационной геотермальных скважин, трещин гидроразрыва и теплового котла-коллектора (рис. 1). Это двухконтурная технология с передачей петро-термальной энергии рабочему теплоносителю (воде) в погружных скважинных теплообменниках. Последнее означает, что зоны фильтрации между геотермальными скважинами являются замкнутыми и позволяют использовать для таких коллекторов простой тип ПЦС с нагнетанием-вытеснением: нагнетанием холодной воды и вытеснением нагретой горячими породами воды, пароводяной смеси (ПВС) и пара. На поверхности пар подается на турбину, а ПВС - в теплообменник для нагрева воды для тепловой сети. Отработавший теплоноситель химически очищается и вновь закачивается в нагнетательную скважину.

0 100 200300 400

Рис. 1. Петротермальная циркуляционная система (ПЦС):

НС - нагнетательная скважина; ЭС - эксплуатационная скважина; К - коллектор

Технические средства и процессы добычи, обработку и доставку петротермальных теплоносителей к их потребителю на основе ПЦС, разработанные и внедренные на базе отечественной техники, следует рассматривать как высокоэффективную технологию, которая обеспечивается опытом и квалифицированными кадрами, необходимыми для освоения всей совокупности топливно-энергетических подземных ресурсов.

При высокой температуре в призабойной зоне в условиях длительной эксплуатации труб и породоразрушающего инструмента необходимы особые требования к технологии бурения, измерительной технике, выбору бурильных и обсадных труб, цементных растворов, креплению и заканчиванию скважин. По всем этим направлениям выполнены необходимые работы.

Сооружение петротермальных энергоустановок на базе существующих способов механического бурения геотермальных скважин будет неконкурентоспособным по сравнению с разработанными новыми высокоэффективными технологиями и способами скоростного строительства глубоких и сверхглубоких геотермальных скважин, удешевляющих этот процесс.

С целью преодоления технических и экономических трудностей группой российских ученых и специалистов проведена работа по созданию инновационных высокоэффективных технологий, технических средств и методов проводки глубокого и сверхглубокого проникновения в сложных горно-геологических условиях в недра земной коры. В настоящее время промышленные предприятия страны готовы к производству:

- породоразрушающих инструментов многоразового использования (буровой снаряд), являющихся отечественным «ноу-хау». Аналоги в мировой практике нам неизвестны. Скорость бурения твердых пород со средней плотностью 2500 - 3300 кг/м3 составляет до 30 м/ч при диаметре скважины от 200 до 500 мм;

- высокопрочных бурильных труб из новых материалов, способных работать в призабойной зоне с температурой до 400 оС;

- беззамковых соединений труб бурильной колонны;

- оборудования и приспособлений для скоростного строительства вертикальных и наклонно направленных геотермальных скважин с опережающим открытым стволом;

- приспособлений, обеспечивающих корректировку конструкции скважины в процессе бурения;

- компоновок по укреплению стенок ствола скважины;

- комплексной беспроводной термобаростойкой геофизической техники;

- оборудования для создания высокоэффективного искусственного теплового коллектора с серией вертикальных трещин гидроразрыва;

- специальных термостойких пакеров;

- приспособлений и приборов для стационарного и оперативного слежения за состоянием ствола скважины;

- оборудования для бурения глубоких и сверхглубоких геотермальных скважин без подъема бурильной колонны;

- усовершенствованных буровых установок «Уралмаш - 15000»;

- нагнетательных насосов большой гидравлической мощности.

Породоразрушающие инструменты многоразового использования обладают большой экономической эффективностью и огромным потенциалом. Внедрение их и других высокоэффективных инновационных технологий в производство позволяет открыть новый этап в строительстве глубоких и сверхглубоких геотермальных скважин и создания на их основе ПЦС с естественным или искусственно сооружаемым коллектором с серией вертикальных трещин гидроразрыва, что обеспечивает доступ к неисчерпаемым источникам тепловой энергии Земли.

Паропроизводительность ПЦС может быть любая. Для стабильного обеспечения сухим насыщенным паром турбины мощностью 25 МВт достаточно производительности системы 150 - 200 т/ч при средней температуре 220 - 250 оС. Продолжительность эксплуатации таких циркуляционных систем составит 40 лет и более. Теплоноситель - вода, ПВС, пар.

Глубина скважин определяется петротермальны-ми условиями и энергетическими требованиями потребителя (рис. 2). Для нужд теплоснабжения необходимая глубина скважин на всей территории страны лежит в пределах 3 - 4,5 км и не превышает 5 - 6 км. Выработка электроэнергии в широких масштабах потребует создание циркуляционных систем со скважинами на глубине 7 - 9 км.

Температура теплоносителя для нужд жилищнокоммунального теплоснабжения не выходит за пределы 150 оС. Для промышленных объектов, как правило, она не превышает 180 - 200 оС, а для выработки электроэнергии - 220 - 250 оС.

На основе постоянных циркуляционных систем

в широких масштабах сооружаются петротермаль-ные теплоэлектростанции (ПетроТЭС, рис. 3), петро-термальные электростанции.

Конструктивная простота станций значительно упрощает их строительство и эксплуатацию. Наземная часть станции может быть выполнена в каркасном или комплектно-блочном (мобильном) исполнении. Электрическая мощность геотермальных турбин, выпускаемых промышленностью, варьируется от 1 до 100 МВт, а мощность ПетроЭС может составлять 1.. .25 МВт и более.

Расчетные технико-экономические показатели опытно-промышленной ПетроЭС суммарной мощностью 25 МВт (все стоимостные показатели приведены в ценах 2007 г.):

- срок строительства - 6 - 10 мес.;

- себестоимость производимой электроэнергии -0,65 р./кВтч;

- себестоимость производимого тепла - 39 р./Гкал;

- суммарные капиталовложения в энергоустановку - 1000 млн р.;

- срок службы - 40 лет;

- средний срок окупаемости - 2,7 - 3,5 года.

По себестоимости вырабатываемой тепло- и электроэнергии петротермальные энергоустановки конкурентноспособны в сравнении с действующими ТЭС и АЭС.

0

1000 1000С

3000

2000С

> £ 3000С

7000

4000С

9000

Рис. 2. Схема трехмерной модели распределения температур и расположение циркуляционной системы извлечения петротермальной энергии твердых горных пород с естественным проницаемым коллектором для выработки электроэнергии, тепла и их поставка потребителю:

НС - нагнетательная скважина, ЭС - эксплуатационная скважина, К - коллектор

Рис. 3. Принципиальная технологическая схема петротермальной теплоэлектростанции мощностью 100 МВт

В перспективе две трети территории России вполне возможно снабдить петротермальными энергоустановками. Создание новой отрасли энергетики даст возможность экономить около одного миллиарда тонн органического топлива в год или в денежном эквиваленте 5 - 7 трлн р. В срок до 2050 г. возможно создать энергетические мощности, практически исключающие потребление органического сырья в качестве топлива. С целью реализации инновационного проекта «Развитие петротермальной энергетики России» учрежден «Фонд поддержки освоения и развития петротермальной энергетики», создаются другие необходимые организационные и производственные структуры, проводится работа по их комплектации высококвалифицированным персоналом, осуществляются необходимые подготовительные работы.

Развитие петротермальной энергетики является

уникальным процессом в мировой энергетике и может стать фундаментом обеспечения энергетической безопасности России.

Литература

1. Гнатусь, Н.А. Перспективы извлечения и использования тепла «сухих горных пород» - петротермальная энергетика России / Н.А. Гнатусь, М. Д. Хуторской // Мониторинг. Наука и технологии. - 2010. - № 2 - С. 6 - 15.

2. Гнатусь, Н. А. Петротермальная геоэнергетика и геофизика / Н.А. Гнатусь, М. Д. Хуторской, В.К. Хмелев-ской // Вестник Московского университета. Сер. 4: Геология. - 2011. - № 3. - С. 3 - 9.

3. Гнатусь, Н.А. Развитие петротермальной энергетики России // Экология и промышленность России. - 2011. -№ 1. - С. 51 - 55.

УДК 621.746. 27

С.В. Лукин, Н.И. Шестаков, В.В. Мухин, В.И. Славов

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА СЛЯБА С КРИСТАЛЛИЗАТОРОМ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ РАЗЛИВКИ

В статье представлены математическая модель и результаты моделирования теплообмена сляба с кристаллизатором машины непрерывного литья заготовок при динамических режимах разливки, когда изменяются скорость разливки и уровень жидкого металла в кристаллизаторе.

Теплообмен, машина непрерывного литья заготовок, кристаллизатор, динамические режимы.