Исландия докопается до магмы

В Исландии пробурят глубокую скважину для использования энергии расплавленной магмы. Это будет геотермальная станция принципиально нового типа. Создатели проекта обещают на порядок повысить мощность электростанций, работающих на энергии земных недр.

В настоящее время в Исландии полностью отказались от использования ископаемого топлива в качестве источника электроэнергии. 75% всего электричества в стране вырабатывают гидроэлектростанции. На втором месте после них находится геотермальная энергетика. Это стало возможным, потому что Исландия фактически представляет собой часть Срединно-Атлантического хребта, которая выступает над уровнем моря.

Это область расхождения тектонических плит, расположенная на дне Атлантического океана. Районы срединно-океанических хребтов обычно имеют повышенную вулканическую активность. Здесь часто происходят землетрясения, а в местах, где горячая мантия подходит наиболее близко к поверхности, встречаются гидротермальные источники. Последние, кстати, часто служат своеобразными «оазисами жизни» на морском дне.

Из-за того что остров расположен в районе активного вулканизма, Исландия богата гидротермальными источниками. Их энергию и используют геотермальные станции. Турбину динамо-машины вращает нагретый пар, поднимающийся из пробуренной скважины. Обычно каждая станция содержит множество скважин. Например, самая крупная геотермальная станция на острове

— станция Хедлисхейди мощностью в 303 МВт — имеет 50 скважин.

Она расположена около вулкана Хенгидль. Также горячие подземные источники используются в Исландии для отопления помещений.
Проект Iceland Deep Drilling Project («Исландский проект глубокого бурения», IDDP) был создан в 2000 году. Это совместный проект Национальной энергетической администрации Исландии и четырех ведущих исландских энергетических компаний — Hitaveita Sudurnesja, Landsvirkjun, Orkuveita Reykjavíkur и Mannvit Engineering. Его задача — рассмотреть возможные пути реализации и экономические перспективы электростанций, использующих гидротермальную сверхкритическую жидкость в качестве источника энергии.

Сверхкритическая жидкость, или флюид, — это состояние вещества, при котором исчезает различие между его жидкой и газообразной фазами.

Вода в таком состоянии как раз встречается глубоко под землей в районах с повышенной вулканической активностью. Она переносит значительно большее количество тепловой энергии по сравнению с жидкостью или газом.

12 августа этого года участники IDDP начали бурение сверхглубокой геотермальной скважины в районе полуострова Рейкьянес.

Предполагается, что ее глубина достигнет 5 км к концу года. На такой глубине подземные воды как раз находятся в состоянии флюида или сверхкритической жидкости, с температурой от 400 до 1000°С.

Это гораздо выше, чем температура пара, с которой имеет дело обычная геотермальная станция. «Бурение проходит на береговой части Срединно-Атлантического хребта, — поясняет заместитель директора Hitaveita Sudurnesja Альберт Альбертссон, — на такой глубине вулканическая магма встречает и нагревает морскую воду, попавшую под океаническое дно».

На этой глубине давление составляет около 200 атмосфер, что вносит дополнительные сложности в проект.

«Люди и раньше бурили скважины на такую глубину, но раньше они никогда не имели дело с подземной сверхкритической жидкостью», — говорит Альбертссон. Он также предполагает, что в процессе бурения могут быть обнаружены подземные аналоги «Черных курильщиков». Это источники горячей воды с очень высоким содержанием минералов, которая под давлением в сотни атмосфер выбрасывается из-под морского дна. Источник выброса заключен в цилиндрический остов, иногда превышающий высоту в 10 м. «Курильщики» были открыты в 1977 году во время погружения батискафа «Алвин».

Новая скважина будет самой глубокой и самой горячей геотермальной скважиной в мире.

Планируется, что она будет выдавать мощность 50 МВт. Это значительно выше мощности обычной геотермальной скважины, мощность которой около 5 МВт. «То есть энергией уже будет обеспечено не 5 тыс., а 50 тыс. домов», — поясняет Альбертссон.

Пятикилометровая скважина — это не первый подобный проект в Исландии. В 2009 году в районе геотермального поля Крабла на северо-востоке острова была пробурена скважина глубиной 2 км (IDDP-1). Изначально планировалось достичь глубины 4 км, но процесс пришлось прекратить, когда бур уперся в слой магмы. Тогда горячее подземное вещество использовалось для нагрева воды, подаваемой на глубину с поверхности. Скважина была закрыта из-за проблем, связанных с коррозией, но на тот момент это была самая мощная (30 МВт) в мире скважина. Теперь материалы новой скважины рассчитываются на долгосрочное использование.

Если проект IDDP-2 окажется экономически выгодным, то ученые рассчитывают серьезно увеличить долю геотермальной электроэнергии на рынке Исландии. Сверхглубокую скважину бурят не на пустом месте. В рамках проекта было принято решение углубить уже существующую на полуострове Рейкьянес скважину RN-15.

Кстати, несмотря на экономию ископаемого топлива при использовании геотермальных источников энергии, необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности, чтобы не навредить экологии. Дело в том, что в веществе, которое поднимается из земных недр, часто содержатся сероводород, мышьяк и другие соединения, которые могут быть ядовиты при больших концентрациях. Чтобы снизить негативное воздействие на природу и избежать загрязнения грунтовых вод, геотермальные колодцы, пробуренные на большую глубину, должны быть «одеты» в каркас из стали и цемента.

В Исландии 90% домов отапливаются геотермальными источниками. По данным Международной геотермальной ассоциации (IGA), в 2010 году во всем мире за счет тепла подземных недр было выработано 10,7 тыс. МВт электроэнергии.

В последние годы наблюдается рост доли геотермальной энергии в Исландии, на Филиппинах и в Сальвадоре до 25–30%.

Значительные усилия по освоению подземных источников тепла были предприняты в Европе, Австралии, США и Японии, но результаты были более скромными, а стоимость полученной энергии получилась довольно высокой.

Старейшая геотермальная электростанция на территории России введена в эксплуатацию в 1966 году. Она расположена в Паужетском геотермальном месторождении в юго-западной части Камчатского полуострова. Сегодня в России на Камчатке 40% потребляемой энергии вырабатывается на геотермальных источниках.