Неисчерпаемый источник энергии

Дата публикации: 17 марта 2020

Специалисты пророчат: через 20 лет запасы нефти иссякнут, а человечество останется без привычного источника энергии. По мнению геофизика Сергея Черкасова, все утверждения о том, что энергии не хватит — паникерство. К тому же сегодня существует множество альтернатив. Однако на геотермальную энергетику, в отличие от солнечной и ветровой, не обращают внимания, хотя она практически неисчерпаема. Почему так произошло? Разбираемся вместе с Сергеем Владимировичем Черкасовым.

Сергей Владимирович Черкасов – геофизик, кандидат геолого-минералогических наук, директор Государственного геологического музея имени В. И. Вернадского Российской академии наук.

— Как вы выбирали профессию?

— В 1976 году я поступил в Инженерно-физический институт по направлению «Теоретическая физика». Очень хотел стать физиком-теоретиком. Проучился я всего полтора года и окончил только один семестр. А родился я в Северодвинске, поэтому поступив в институт, оторвался от контроля родителей и от опеки.

У моей тогда еще девушки, а сейчас супруги дядя был геофизиком. Оказалось, что геофизика, то есть непосредственная работа с землей, намного интереснее, чем теоретическая физика. Поэтому я решил поступить в Московский геологоразведочный институт на геофизический факультет, который в то время находился в этом же здании, что и современный Геологический музей. Так я пришел в профессию.

— Вспомните свою первую экспедицию.

— Сложно вспомнить именно первую экспедицию, поскольку в институте у нас были довольно серьезные учебные практики. Самой ответственной, пожалуй, стала преддипломная практика в 1982 году на Дальнем Востоке – в Охотском районе Хабаровского края. Не обошлось без инцидентов.

За год до этого мой товарищ побывал там и прилично заработал на сдельных расценках. У меня к тому времени уже была семья, росла дочь. Вопрос о деньгах стоял остро.

Но отправившись туда, я попал не в отряд со сдельными расценками труда, а в группу заверки аэроаномалий.  Нас было трое: геолог, техник-геофизик и я – практикант. Все лето мы работали втроем в Охотском районе Хабаровского края, где в радиусе 250 км никто не живет. Проверяли аэрогеофизические аномалии.

И все бы хорошо, да только мои старшие товарищи (мне они тогда казались очень старыми – геологу, например, было 26 лет) уже в первую неделю переругались друг с другом и до конца лета не общались между собой.

Геолог был главным в группе и говорил мне: «Сережа, скажи, пожалуйста, Вите (а их обоих звали Викторами), что мне пора выходить на связь, пусть приемник потише сделает». Я поворачиваюсь и говорю: Витя, приемник притуши, на связь пора. Он его выключает. И вот так всё лето.

— Вы у них были посредником?

— Точно. И работа, кстати, была не из легких. Когда вертолет нас доставлял на точку, мы устраивали в одной палатке склад для хранения продуктов и других жизненно необходимых вещей. Вторая палатка была жилой. Мы ставили ее на деревянном каркасе. А третья служила баней.

А работали мы так. Прилетали на точку, расставляли палатки, а дальше ходили по маршрутам. Каждый маршрут длился 5-6 дней. По форме он напоминал лепесток ромашки. По дороге мы съедали припасы, но собирали образцы пород. Поэтому вес рюкзака к концу похода становился больше — до 45-50 кг.

А дорог там просто не было. Хребет Джугджур очень неоднороден. Там и перепады высот, и осыпушки со стлаником, и, конечно, медведи.

— С тех пор как вы стали геологом сильно ли изменилась сама геология как наука?

— Конечно. Взять хотя бы развитие технологий. Недавно музей принимал участие в разработке комплекса беспилотной магниторазведки. Это наш совместный проект с питерской компанией «Геоскан».  В прошлом году они с этим комплексом отлетали 15 тысяч км коммерческой съемки.

Но дело, конечно, не только в технологиях. Скажем, еще 60-70 лет назад месторождения можно было найти  в относительно доступных местах, по крайней мере – на земной поверхности. То есть типичный образ геолога с рюкзаком и молотком был актуален.

В наше время месторождение на поверхности уже не найдешь. Приходится искать под слоями почвы или осадками. Поэтому современная геология связана с поиском погребенных месторождений и структур. Именно поэтому наука меняется, в том числе содержательно.

Как мне кажется, и правительство, и современное общество уделяет геологии недостаточно внимания. В Советском Союзе существовало целое министерство геологии. Сейчас в России есть только министерство природных ресурсов, в котором геология – одно из четырех направлений.

[ А в школьной программе за все 11 лет всего 22 учебных часа посвящены геологии. Это характеризует отношение общества к этой науке и уровень геологической культуры в стране ]

— Какие важные задачи решает современная геология?

— Это целый комплекс задач. Наиболее всем известные, конечно, связаны с полезными ископаемыми. Это поиски, разведка, и последующая добыча нефти, газа, которые имеют большое значение для экономики России. Поиски и разведка руд металлов и химического сырья. До сих пор основной объем добычи приходится на месторождения, открытые в период «золотого века» геологии, который закончился к 70-м годам прошлого века.

Многие компании уже сейчас предчувствуют, что главные месторождения в какой-то момент будут исчерпаны. Придется искать что-то новое. Поэтому актуальные задачи по поиску полезных ископаемых, разведки существуют и сегодня.

Второе крупное направление касается оценки геологических рисков. Все чаще мы слышим о происходящих землетрясениях или извержениях вулканов, из-за которых меняются маршруты авиарейсов. И специалисты пытаются делать точные прогнозы, чтобы избежать жертв. От  вулканов и землетрясений страдает одномоментно большое количество человек. Но не менее серьезные проблемы вызывают поверхностные эффекты – оползни, размывы. Все эти процессы геология продолжает изучать, а геологи продолжают искать способы защиты от этих явлений или уменьшения ущерба.

Именно эти два больших направления важны для современной экономики. При этом надо отдавать себе отчет, что за этими видимыми вершинами айсберга скрывается колоссальная terra incognita. Огромные объемы геологической информации до сих пор не изучены.

Самая глубокая скважина в мире – Кольская сверхглубокая скважина  – пробурена на Кольском полуострове на глубину 12 км. Это примерно как расстояние от Москвы до Шереметьево. А расстояние от поверхности Земли до ее центра – 6 400 км. Это как от Москвы до Владивостока. Чувствуете разницу?

(Кольская сверхглубокая скважина в 1997 году занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самое глубокое вторжение человека в земную кору. Была также самой длинной скважиной в мире до 2008 года, когда её обошла пробуренная под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A (12 290 м, нефтяной бассейн Аль-Шахин, Катар). – прим. НР). Источник: SeaNews

Сейчас абсолютно ясно, что исследовать такие глубины человек не сможет. Даже в Кольской скважине температура превышает 200 градусов по Цельсию. Представьте, какие технологические и технические задачи приходилось решать тогда – около 40 лет назад, когда ее бурили.

Между тем для нас важно понять, какие процессы происходят на таких глубинах, какие процессы происходили на нашей планете раньше. Поэтому, если говорить о фундаментальной геологии, то этот вопрос также не снимается с современной геологической повестки.

— Вы упомянули нефть и газ. Многие специалисты говорят о том, что совсем скоро этих запасов будет недостаточно для нужд человечества. Так ли это на самом деле? Каков самый негативный сценарий?

— Оценки разные. Я помню, некто предрекал, что уже к 2030 году будет ощущаться дефицит. А кто-то  ? что к началу следующего века. Даже сейчас эти оценки потихоньку отодвигаются. Во-первых, мы знаем, что большая часть горючих полезных ископаемых располагается в шельфовой зоне Мирового океана. И пока их добыча не такая активная.

Во-вторых, до сих пор существуют две концепции происхождения нефти. Одни говорят – органика, другие – глубинные процессы. И на самом деле, нефть уже находили в гранитах, где никакой органики быть не может. Но, с другой стороны, она могла туда как-то попасть. Тем не менее, геологи постоянно находят новые типы месторождений.

Также хотелось бы отметить, что получение энергетического сырья – во многом вопрос технологий. Если научиться разделять молекулы воды на водород и кислород, можно получить неисчерпаемый источник энергии. По всей видимости, изменения в структуре мировой энергетики будут продолжаться. А утверждение о том, что энергии не хватит – это паникерство.

— Появляется все больше альтернатив. Специалисты возлагают большие надежды на геотермальные источники энергии. В чем их преимущество?

— Геотермальные источники энергии – мой конек.

[ В 2007 году меня этим направлением «заразили» коллеги-французы из Французской геологической службы. Я представить себе не мог, что больше полумиллиона жителей большого Парижа получают отопление от геотермальных станций ]

Казалось бы, Франция – совершенно спокойное место, где нет даже вулканов. Между тем, я был на многих станциях и всерьез заинтересовался этим вопросом.

Мы тогда вместе с французами организовали  на эту тему ряд семинаров и совещаний. Одно из них проходило при участии тогдашнего министра природных ресурсов Сергея Ефимовича Донского. На совещании участники договорились о создании геотермальных полигонов в России. В 2013 году вместе с Грозненским государственным нефтяным техническим университетом мы выиграли проект по созданию опытно-промышленной геотермальной станции в Чечне.

И в 2015 году была запущена Ханкальская опытно-промышленная геотермальная станция. Она не производит электроэнергию, но отапливает тепличные комплексы. Ее тепловая мощность – 10 мегаватт.

Ханкальское месторождение расположено в 12 км к югу от Грозного. Здесь благоприятные геологические условия. Как правило, слой с температурой воды 95 градусов в этом регионе располагается на глубине от 2,5 до 3,5 км. Но на месторождении этот слой буквально смят в вертикальную складку и подходит к поверхности на 800 метров. А поскольку он водопроницаемый, то 95-градусная вода перемещается по нему и доходит до поверхности.

Наши коллеги из Грозного пробурили две скважины глубиной 900 метров каждая. Одна из них водозаборная, а вторая нагнетательная. Почему две? В первую очередь, это связано с тем, что теплоэнергетические воды имеют сложный химический состав. Оставлять всю эту глубинную химию на поверхности – неправильно. Во-вторых, если интенсивно откачивать воду, то в резервуаре ее просто не останется. Поэтому использованная (охлажденная) вода закачивается обратно.

И на самом деле, такой метод добычи тепла самый экологически чистый. Поскольку на поверхности у нас расположены только устья скважин, соединенные теплообменником. Вода из водозаборной скважины попадает в теплообменник, нагревая воду во вторичным контуре. Оттуда вода попадает непосредственно к потребителям.

Говоря в целом о перспективах геотермальной энергетики, можно выделить два подхода. Первый связан с использованием термальных или теплоэнергетических вод. Это предполагает наличие под землей резервуара, в котором накапливается горячая вода. Второй подход подразумевает использование тепла сухих горных пород. Например, в уже упомянутой Кольской скважине температура самих пород на глубине 12 км больше 200 градусов. И температурный градиент на разных глубинах – сильно отличается, вплоть до 10 градусов на 100 метров. То есть на глубине одного километра температура может достигать 100 градусов. И это геотермальное тепло сухих пород есть везде: вопрос только в том, на какой глубине.

[ Тепло Земли – на самом деле, неисчерпаемый источник энергии. Эта энергия будет существовать, пока существует планета Земля] 

Но есть свои трудности. Дело в том, что каждая геотермальная станция – это уникальный объект. Нужно четко понимать, на каких глубинах расположены резервуары, каков состав воды, проницаемость и приемистость пород резервуара и т.д. С нефтяными скважинами проще, поскольку из 15 скважин достаточно попасть в одну, из которой будет идти поток. Это быстро окупит затраты.

С геотермальными ресурсами совершенно другая история. Удельный вес капитальных затрат на бурение очень высок. Отчасти поэтому геотермальная энергия отсутствует в перечне возобновляемых источников энергии, утвержденным Минэнерго. Там есть солнечная, ветряная и даже приливная энергетика, а геотермальной нет. Она всегда в падчерицах у энергетики, даже возобновляемой.

Конечно, еще остались энтузиасты, которые продолжают заниматься этими вопросами и обслуживать электростанции на Камчатке. Периодически возникают и даже реализуются некоторые проекты по строительству таких станций. Но чаще такие проекты быстро умирают.

— Почему так происходит?

— Солнечные панели, например, окупаются в течение 6-7 лет. И это не самый быстрый срок окупаемости. Но солнечная панель – это некий гаджет, который можно производить, продавать и так далее. То есть речь идет о живом рынке, бизнесе, о дотациях государства и крупных деньгах. Особенно на фоне движения за экологию и экологически чистые источники энергии.

Та же самая ситуация с ветряными электростанциями. На мой взгляд, это смешное и странное направление, ведь окупаемости не может быть. Но это популярно. Хотя существует ряд исследований, показывающих, что в населенном пункте возле поля ветрогенераторов повысился процент психических заболеваний среди населения. Я думаю, вы также согласитесь, что смотреть на вращающиеся гигантские пропеллеры – неуютное занятие. Тем не менее, это тоже бизнес. «Зеленая» энергетика: ура!

Но с геотермальной энергией так не получится. Если вы хотите получить свои несчастные 10 мегаватт тепловой энергии, будьте добры, пробурите две скважины, найдите точное расположение резервуара. А ведь это не так просто. Нужно получить лицензию на геологоразведочные  работы, на добычу.

Кстати в нашем случае, вода закачивается обратно. При этом лицензионные платежи определяются исходя из расхода воды – определенное количество рублей за кубический метр в час. Но мы ведь воду не тратим, а закачиваем обратно. А это никак не учитывается. В общем, сплошная головная боль.

Я просто преклоняюсь перед Магометом Минцаевым – ректором Грозненского университета и руководителем нашего проекта станции. Благодаря его неутомимой энергии, он смог реализовать этот проект, несмотря на все сложности. Просто гигант. Я горжусь тем, что принимал в этом участие.

— Что необходимо предпринять, чтобы на геотермальную энергетику обратили внимание?

— Самый простой ответ – научиться жить и действовать в соответствии со здравым смыслом. Нужны законы. Только так может что-то получиться. Иначе всё так и останется в опытно-промышленных масштабах.

Поделиться: