Экологические проблемы антропогенной энергетики на примере геотермальных электростанций

К основному недостатку геотермальной энергии можно отнести необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт и ее высокая минерализация. Это приводят к тому, что для практического использования теплоты геотермальных вод необходимы значительные капитальные затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной геотермальной воды, а также на создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования.
Недостатки и преимущества геотермальных станций проанализированы в Приложении А.

1.3. Воздействие на окружающую природную среду
Геотермальная энергия обычно считается экологически чистым источником энергии, особенно в отношении ископаемого топлива. Однако использование геотермальной энергии за последние 40 лет показало негативное воздействие на окружающую среду [14].
Оценка воздействия на окружающую среду должна проводиться для выявления и количественной оценки всех возможных и фактических воздействий, а также для обеспечения надлежащего мониторинга состояния станции, а также протоколов на случай потенциальных аварий [15]. Большое внимание также требуется на этапе подготовки проекта, проектирования завода и запуска (Приложение Б).
Гидротермальная энергетика в целом характеризуется отсутствием явного негативного воздействия на окружающую среду. В большей степени риски связаны с петротермальной энергетикой. А именно:
− с возможным химическим загрязнением в результате разлива на поверхности подземных вод, часто – минерализованных;
− с техногенным изменением гидродинамического равновесия и, соответственно, поля напряжений как в резервуаре подземных вод, так и в массиве сухих горячих пород при прокачке через них теплоносителя;
− с истощением резервуара и понижением температуры подземных вод в результате обратной закачки охлажденного теплоносителя.
1.3.1. Геологическое воздействие
Одной из наиболее важных проблем при использовании GE является опасность сейсмичности. Поскольку геотермальные операции обычно происходят в районах, которые также являются тектонически активными, часто бывает трудно отличить геотермальные явления от природных явлений. Однако эта небольшая сейсмическая активность, вызванная геотермальными проектами, не ощущается людьми и не считается опасной.
Согласно исследованиям, несколько более частое возникновение локализованной микросейсмической активности, гидротермальных паровых извержений и оседаний грунта потенциально может быть обусловлено работой геотермальных электростанций. Это связано с тем, что давление под земной корой снижается при добыче геожидкостей для геотермальной деятельности. Затем породы сжимаются на нижних уровнях коры, и она плавно движется вниз. Это явление, называемое проседанием суши, в основном происходит в области флюидов, которая встречается в молодых геотермальных полях [1, 16]. Скорость опускания на разных месторождениях зависит от геологического строения. Например, эта сумма составляет в Охааки 17 см/год; в и Гейзеры, 4,7 см/год. Геотермальная энергия требует обширного бурения добывающих и нагнетательных скважин, что может вызвать сейсмическую активность.
Добыча и закачка жидкости в скважины геотермальных электростанций вызывают напряжения в подземных условиях, что приводит к сейсмичности, передавая эти напряжения на землю.
Механизм сейсмической генерации состоит из четырех этапов:
1. Повышение порового давления (уменьшение эффективного нормального напряжения и уменьшение сопротивления трения разлома) [17].
2. Понижение температуры (термические напряжения создаются при закачке холодного рабочего тела в горячую породу-коллектор и увеличивают поровое давление) [18].
3. Изменение объема жидкости.
4. Химическое изменение поверхностей трещин (когда закачка неродных флюидов в пласты вызывает химическое изменение).
Помимо этого, прямое использование геожидкости в ГЭ может изменить и дестабилизировать геотложения, что может привести к оползням в геотермальных источниках [19].
Для снижения риска опасностей необходимо принятие таких мер, как баланс добычи и скорости закачки, мониторинг местных деформаций и пластового давления, исследования по выявлению разломов, строительство жестких барьеров для объектов и систем оповещения.
В последние годы были изобретены различные устройства, позволяющие максимально точно прогнозировать землетрясения и оседания земель и снижать их риски. Ожидается, что с развитием больших данных и искусственного интеллекта в последнее десятилетие это поможет геотермальным электростанциям снизить ущерб.
1.3.2. Выбросы в атмосферу
Геотермальные электростанции оказывают низкое загрязнения воздуха В целом, выбросы CO2 геотермальных электростанций, по сравнению с ископаемым топливом ниже в 10 раз по сравнению с газовыми электростанциями и менее чем в 20 раз по сравнению с генерацией, работающей на нефти и угле.
Основные выбросы газа в основном связаны с геотермальными электростанциями с сухим паром и паром мгновенного испарения. Установки с сухим паром не производят рассол, насыщенный минералами, поэтому их воздействие на окружающую среду ниже, чем на установках с мгновенным паром. Также бинарные установки работают в замкнутом режиме с прямым возвратом флюидов на глубину, поэтому не производят жидких или газообразных выбросов. На геотермальных электростанциях выделяются выбросы выхлопных газов строительной техники, транспорта и скважин. Однако во многих случаях эти выбросы незначительны по сравнению с неорганизованными. Выбросы во время эксплуатации относятся к устью скважины; глушители и глушители, дренажи трубопроводов, конденсатоотводчики, эжекторы и градирни. На этапе эксплуатации (64,7%) выбросы выше, чем на этапе строительства (35,3%) [20].