Геотермальное теплоснабжение: российские научные и инженерные школы

Структура геотермальных систем теплоснабжения мира в 2015 году характеризовалась следующими показателями установленной мощности и годовой выработки тепловой энергии: бассейны — 44,74 и 45,43 %; отопление — 36,98 и 33,58 %; теплицы — 8,96 и 10,15 %; прочие — 9,32 и 10,84 % [1].

Геотермальное теплоснабжение, в отличие от традиционных источников энергии, использует тепло горных пород Земли. Их поверхностные слои до так называемого «нейтрального слоя» на глубинах 3–20 м аккумулируют солнечную энергию, а на б?льшей глубине тепловой режим определяет геотермальный поток магмы Земли. Степень его изменения или геотермальный градиент в каждом географическом месте определяется его геологическими условиями. Повышение значения этого градиента, водонасыщенность пород и слои глины над ними определяют возможность формирования геотермального месторождения (рис. 1). При отсутствии водонасыщенности пород, но возможности организации в них разветвлённой трещиноватости для циркуляции воды создаются условия для формирования петрогеотермальной циркуляционной системы.

Российская Федерация обладает огромными запасами геотермальной энергии (рис. 2) и полувековым опытом её использования, в том числе для теплоснабжения. В 1972 году прогнозные запасы геотермальных вод в Предкавказье, Сахалине, Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, Камчатке, Курильских островах оценивались в 218 м?/с [2]. По данным 2010 года д.т.н. А. Б. Алхасова [3], в 11 регионах России (Дагестан, Чечня, Краснодарский и Ставропольский края, Адыгея, Карачаево-Черкесия, Кабардино-Балкария, Камчатка, Сахалин, Чукотка, Магаданская область) было разведано 66 геотермальных месторождений с температурами на устьях скважин от 40 до 300 °C с эксплуатационными запасами 315,23 тыс. м?/сут. при добыче 52,6 тыс. м?/сут. Установленная тепловая мощность российских геотермальных систем теплоснабжения составляет 310 МВт с выработкой тепловой энергии 170 ГВт·ч/год.

Из всех возобновляемых источников энергии (ВИЭ) геотермальная энергия является наиболее сложным видом. Исследование горных пород, их водонасыщенность, моделирование месторождений выполняют геология и гидрогеология. Бурение геотермальных скважин и обустройство месторождений осуществляют специалисты по бурению. Обратная закачка отработанного геотермального теплоносителя в объёмах, кратно б?льших, чем при добыче нефти, требует специальных компетенций. Геотермальные воды имеют сложный химический и газовый состав, который в сочетании с высокими температурами обуславливает необходимость разработки специальных методов защиты от отложения солей и коррозии, как после скважин, так и на глубинах 2–3 км.

Создание геотермальных систем теплоснабжения требует учёта следующих специфических особенностей геотермального теплоносителя: стабильная в течение всего срока эксплуатации температура, одноразовость использования, переменный в течении эксплуатации дебит скважин, необходимость подбора потребителей для максимально возможной загрузки скважин в течении года, необходимость защиты потребителей от отложения солей и коррозии, а окружающей среды, при сбросе отработанной геотермальной воды, — от теплового и химического загрязнения.

Геотермия, как наука, неразрывно связана с геологией и гидрогеологией. При разведке и добыче полезных ископаемых, нефти и газа исследуют также геотермические условия недр. Первым в России учёным, систематически исследовавшим геотермальные проблемы, был талантливый и незаурядный геолог, горный инженер и преподаватель Леонард Антонович Ячевский (1858–1916). В 1905 году он публикует статьи по геотермии и становится членом Международной геотермической комиссии. В 1910 году по его инициативе была организована постоянная Геотермическая комиссия при Русском географическом обществе.

После Великой Отечественной войны в Министерстве геологии СССР был организован отдел геотермии, а в 1949 году в городе Махачкале осуществили бурение первой геотермальной скважины, давшей промышленный дебит горячей воды. История отечественных геотермальных исследований на Камчатке весьма образно описана Владимиром Ивановичем Белоусовым (1936 г.р.) [4]. На своём сайте он разместил уникальные документы по истории геотермии в мире, в СССР и на Камчатке. По его мнению, история геотермии Камчатки началась с 1948 года, когда инженер-теплотехник проектносметной конторы «Главсахалинрыбпром» Александр Александрович Гайваронский (1903–1971) обратился к Иосифу Сталину с предложением о развитии геотермии на Камчатке. При поддержке академика Михаила Викторовича Кирпичёва (1878– 1955), выдающегося теплотехника и основателя советской научной школы котлостроения, председатель Правительства СССР В. М. Молотов дал указание о начале геотермальных исследований на этом крупнейшем советском полуострове. В 1954 году туда направили экспедицию лаборатории Института вулканологии СССР, а в 1956-м были пробурены первые две разведочные скважины.

В 1956 году создаются Лаборатория гидрогеологических проблем им. С. В. Саваренского в Москве (Ф. А. Макаренко), лаборатория геотермии Института физики Земли в Москве (И. Д. Дергунов), лаборатория гидрогеологических и геотермических исследований Института геологии Дагестанского филиала АН СССР в Махачкале (С. А. Джамалов). Результаты исследований были рассмотрены на Первом Всесоюзном совещании по геотермии в Москве в 1956 году. Академией наук СССР для координации исследований в 1961 году была организована комиссия по гидрогеологии и геотермии, которую в 1964-м преобразовали в Научный совет по геотермальным исследованиям во главе с академиком А. Н. Тихоновым. В 1963 году Правительство СССР принимает постановление «О развитии работ по использованию в народном хозяйстве глубинного тепла Земли», которым на Министерство газовой промышленности СССР была возложена обязанность освоения тепловой энергии недр. В 1964 году в Москве состоялось второе Всесоюзное совещание по геотермии, а на третьем Всесоюзном совещании в 1969-м в Махачкале отмечалось, что геотермальным теплоснабжением в семи городах было обеспечено 50 тыс. человек, 100 промпредприятий и 15 га теплиц. Геотермальными исследованиями в СССР в этот период занимались 64 организации.

Исследование геологических, гидрогеологических и теплофизических вопросов геотермии осуществлялось в четырёх основных научных школах: московской, ленинградской, киевской и дагестанской.

В результате исследований Геологического института АН СССР (Ф. А. Макаренко, В. И. Кононов, М. Д. Хуторский, В. И. Дворов) и объединённого Института физики Земли АН СССР (И. Д. Дергунов, Е. А. Любимова) были определены основные перспективные геотермальные месторождения страны. Они, как правило, сопутствуют тектоническим разломам на границах плит, по которым раскалённая магма поднимается к поверхности Земли. В 1972 году была опубликована Геотермическая карта СССР под редакцией В. А. Макаренко.

Исследование состояний и движений подземных вод от областей питания до мест разгрузки и моделирование геотермальных месторождений выполнили гидрогеологи Всероссийского НИИ гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) Б. Ф. Маврицкий и А. А. Шпак [5]. Исследованиями передачи тепла от магматических очагов к горным породам, изменений теплового режима водонасыщенных пород при отборе и нагнетании геотермальной воды в массивах горных пород занимались горные теплофизики.

В СССР лидером использования тепла сухих горных пород (петрогеотермия) был основатель ленинградской научной геотермальной школы, д.г.-м.н. Юрий Дмитриевич Дядькин (1929–2002). В Ленинградском горном институте (ЛГИ) он разработал теоретические и экспериментальные основы использования глубинного тепла Земли [6], участвовал в разработке геотермального атласа СССР [5]. Большую роль в развитии геотермальных исследований имела организованная им в 1970 году при ЛГИ Проблемная научноисследовательская лаборатория горной теплофизики. Заведуя также кафедрой разработки рудных месторождений ЛГИ, он был первым президентом Российской геотермальной ассоциации. Его достойным преемником и лидером российской геотермии стал д.т.н. Эмиль Иосифович Богуславский (1934 г.р.), в монографии которого «Освоение тепловой энергии недр» (2018 год) [7] приведены результаты исследований геотермальных и петрогеотермальных месторождений. При этом анализируются проблемы во всём своём многообразии — от математического моделирования процессов теплообмена в горных породах до экономики геотермального теплоснабжения. В настоящее время в России это единственная столь информативная и конкретная книга.

Киевская геотермальная школа была основана д.т.н. Олегом Александровичем Кремневым (1919–1987). Совместно с д.т.н. Анатолием Васильевичем Щурчковым он исследовал вопросы создания петрогеотермальных систем в пористых породах [8], геотермальных циркуляционных систем, технико-экономической оценкой создания систем геотермального теплоснабжения с номограммами определения тепловой мощности скважины в зависимости от глубины, температуры и дебита, стоимости бурения скважин, а также удельных капитальных вложений [9]. Достойным преемником и главным специалистом геотермии Украины в настоящее время является д.т.н. Юрий Петрович Морозов (1943 г.р.). В его книге «Добыча геотермальных ресурсов и аккумулирование теплоты в подземных горизонтах» (2017 год) [10] обобщён опыт работы киевской геотермальной научной школы.

В мировой практике петрогеотермальные системы получили ограниченное применение. Основная проблема — нестабильность трещинноватости горных пород и, соответственно, дебитов скважин. В СССР имелся негативный опыт создания такой системы в городе Тырнауз (Кабардино-Балкария). На глубине 3,7 км температура пород составляла 200 °C, давление нагнетания воды — 60 МПа. После аварии эксперимент был прекращён [3].

В соответствии с постановлением Правительства СССР, в 1963 году бурение скважин и обустройство геотермальных месторождений в СССР осуществляло Министерство газовой промышленности. С 1966 по 1981 годы им было создано пять региональных Управлений по использованию глубинного тепла Земли: Кавказское (Махачкала), Северо-Кавказское (Грозный), Кубанское (Армавир), Грузинское (Тбилиси) и Камчатское (ПетропавловскКамчатский). В задачу этих объединений входило бурение новых геотермальных, переоборудование нефтяных и газовых скважин, обустройство месторождений, добыча и реализация геотермальной воды. В 1981 году на базе этих управлений, дополненное институтом ВНИПИгеотерм, в Махачкале было организовано НПО «Союзбургеотермия». Первый эксплуатационный нормативный документ («Правила разработки месторождений теплоэнергетических вод») был разработан Мингазпромом СССР в 1985 году. Действующие Правила разработки месторождений теплоэнергетических вод ПБ 07-599–03 утверждены в 2003 году.

Разработку проектов геотермальных систем теплоснабжения с 1965 года выполнял Центральный НИИ экспериментального проектирования инженерного оборудования (ЦНИИЭПИО). Ведущим специалистом СССР по геотермальному теплоснабжению был к.т.н. Борис Абрамович Локшин (1937–1970). Его книга «Использование геотермальных вод для теплоснабжения» [11] не потеряла актуальность до настоящего времени.

Б. А. Локшин впервые ввёл понятие коэффициента эффективности геотермального теплоснабжения, разработал первый проектный нормативный документ СССР «Инструкция по комплексному использования геотермальных вод для теплохладоснабжения зданий», ВСН 36-77.

Большой вклад в геотермальное теплоснабжение внёс непосредственный руководитель Б. А. Локшина — к.т.н. Александр Захарович Ивянский (1925–2006). Достойным преемником Б. А. Локшина и А. З. Ивянского стал к.т.н. Всеволод Исакиевич Красиков (1949 г.р.). Он разработал «Нормы проектирования ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий» [12]. ЦНИИ ЭПИО разработаны проекты геотермального теплоснабжения Махачкалы, Каспийска, Изберабаша, Тернаира, Черкесска, Грозного и Тобольска, десятки отдельных проектов геотермального теплоснабжения. Под руководством В. И. Красикова были разработаны проекты геотермального теплоснабжения города Усть-Лабинска и посёлка Розовый Краснодарского края, города Вранье (Врање) в Сербии.

В 1970-е годы, до 1985 года, проектированием геотермальных систем электрои теплоснабжения также занималось Новосибирское отделение института «Теплоэлектропроект», которые разработало схемы геотермального энергоснабжения Тюменской области, городов Петропавловск-Камчатский и Южно-Сахалинск.

В 1990-е годы научная и инженерная геотермальная школа была создана выдающимся учёным, специалистом по паровым турбинам, прекрасным организатором, д.т.н., профессором Олегом Алексеевичем Поваровым (1938–2006). Трижды лауреат Государственных премий, Олег Алексеевич в 1992 году организует в Московском энергетическом институте (МЭИ) Научноисследовательский и учебный центр геотермальной энергетики (НУЦ Гео). В 1994 году О. А. Поваров создаёт АО «Геотерм», в котором он был научным руководителем, вице-президентом компании. В сложных экономических условиях 1990-х годов под руководством О. А. Поварова разрабатываются новые геотермальные турбины, сепараторы и другое оборудование для самой мощной в России Мутновской геотермальной электростанции мощностью 50 МВт, которая была введена в эксплуатацию в 2003 году (рис. 3). Начатое О. А. Поваровым дело по созданию геотермальной энергетики продолжили его ученики, в том числе д.т.н. Григорий Валентинович Томаров (1957 г.р.), к.т.н. Александр Иосифович Никольский (1945 г.р.), к.т.н. Валерий Николаевич Семёнов (1948 г.р.), к.т.н. Андрей Анатольевич Щипков (1975 г.р.). В 2003 году впервые в России творческому коллективу во главе с О. А. Поваровым была присуждена Государственная премия РФ «За фундаментальные исследования в области геотермальной энергетики и создание на их основе ГеоЭС».

Многолетний опыт исследований, разработки оборудования и создания российских геотермальных электростанций был обобщён и представлен в единственной в России монографии по данной тематике «Геотермальная энергетика», авторами которой являются Г. В. Томаров, А. И. Никольский, В. Н. Семёнов А. А. Щипков [13]. В области геотермального теплоснабжения учёными в составе АО «Наука», АО «Геотерм-М», ООО «Геотерм», НУЦ «ГеоМЭИ» были разработаны проекты геотермального теплоснабжения, включая технико-экономическое обоснование (ТЭО) геотермального теплоснабжения городов Лабинска, Усть-Лабинска, Анапы, Апшеронска, Горячего Ключа, посёлков Мостовского района, а также создана система геотермального теплоснабжения посёлка Розового Краснодарского края мощностью 5 МВт [13].

В развитии геотермии в России особо уникален вклад Дагестана. Основателем дагестанской геотермальной научной школы является член-корреспондент АН СССР, д.ф.-м.н. Хабибулла Ибрагимович Амирханов (1907–1986), возглавлявший с 1950 по 1984 годы Институт физики и президиум Дагестанского филиала АН СССР. По его инициативе в 1956 году в Институте геологии была создана лаборатория гидрогеологических и геотермических исследований, которую возглавил к.т.н. Самад Агаевич Джамалов (1903–1980) [14]. В 1980 году на базе данной лаборатории был создан Институт проблем геотермии (ИПГ) Дагестанского филиала АН СССР во главе с д.г.-м.н. Виталием Васильевичем Суетновым (1931–1990), работавшим там до 1983 года. Его приёмником до 1987 года был д.г.-м.н. Магомед Курбанович Курбанов (1933–2011). Коллеги отмечают огромную роль в становлении и развитии ИПГ д.ф.-м.н. Магомед-Камиля Магомедовича Магомедова (1936–2002), руководившего институтом 15 лет (с 1987 по 2002 годы). В 2002 году директором ИПГ стал сотрудник института со дня основания д.т.н. Алибек Басирович Алхасов (1952 г.р.), успешно руководивший институтом также 15 лет (с 2002 по 2017 годы). Под его руководством ИПГ превратился в главную геотермическую научную организацию России. В его составе 101 сотрудник, в том числе 22 доктора наук и 30 кандидатов наук. В структуре института восемь лабораторий, в том числе энергетики, геотермальных энергетических ресурсов, математического моделирования геотермальных объектов, комплексного освоения ВИЭ. В настоящее время Алибек Алхасов возглавляет Дагестанский филиал ОИВТ РАН, заведует кафедрой ВИЭ Дагестанского государственного университета и научной школой «Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов имени Э. Э. Шпильрайна».

Геотермальное теплоснабжение в Дагестане начато в 1949 году, когда по предложению С. А. Джамалова в центре Махачкалы на базе старой нефтяной скважины №27 были построены общественные бани, а первая в СССР скважина №160 была пробурена в 1951 году специально на термальные воды. Она дала воду из караганских отложений с дебитом 2000 м?/сут., с температурой на устье 63 °C и избыточным давлением 15 бар. Со вводом в эксплуатацию было доказано большое практическое значение термальных вод. Посёлки Редукторный, ТЭЦ и ряд других промышленных объектов города Махачкалы до сих пор используют эту скважину для отопления, горячего водоснабжения и розлива минеральной воды. В 1953 году от скважин №98 и №175 геотермальным отоплением были обеспечены здания Института физики и Института геологии Дагестанского филиала АН СССР.

С. А. Джамалов одним из первых предложил простые в исполнении и надёжные в эксплуатации панельные геотермальные системы отопления. Развитие идей С. А. Джамалова по геотермальному теплоснабжению в Дагестане осуществили его соратники и ученики: Ю. И. Султанов, Г. Б. Бадавов, П. Н. Ригер, А. Ш. Мейланов, А. Н. Абдуллаев.

В 1964 году в Махачкале была организована первая в СССР Северо-Кавказская разведочная экспедиция по бурению и реконструкции нефтегазовых скважин на термальные воды, которая в 1966-м была преобразована в Кавказское промысловое управление по использованию глубинного тепла Земли Мингазпрома СССР. В Дагестане было пробурено 139 тыс. п.м. геотермальных скважин. Здесь к.т.н. Х. Х. Натановым впервые были разработаны методы обработки геотермальной воды для предотвращения солеотложений и коррозии [15]. В 1982 году в Махачкале тем же министерством было организовано Научно-производственное объединение «Союзбургеотермии» под руководством видного нефтяника М. Г. Алиева. В его состав, помимо Кавказского промыслового управления, входили институт ВНИПИгеотерм (Махачкала), Северо-Кавказское управление по использованию глубинного тепла Земли (Грозный), Кубанское (Армавир), Грузинское и Камчатское (Петропавловск-Камчатский) промысловые управления. НПО «Союзбургеотермия» до 1987 года выполняло научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, разработку генеральных схем освоения геотермальных месторождений, бурение новых геотермальных и восстановление нефтяных и газовых скважин, добычу геотермальной воды. ВНИПИгеотерм разработал генеральную схему освоения геотермальных вод СССР до 2000 года.

В России по разведанным запасам и добыче геотермальной воды лидирует Дагестан. Открыто 12 месторождений с запасами 82 тыс. м?/сут., пробурено и восстановлено из ликвидированного нефтяного фонда более 130 скважин.

С 1966 года успешно работают системы теплоснабжения городов Махачкала, Кизляр, Избербаш, других населённых пунктов. Из недр добыто более 200 млн м? термальной воды, отпущено потребителям 10 млн Гкал тепловой энергии, сэкономлено более 2 млн т.у.т. [3]. Эксплуатируются в основном четыре геотермальных месторождения: Махачкала — Тернаирское (48 скважин); Кизлярское (17 скважин); Избербашское (16 скважин); Каякенткое (четыре скважин). Самые глубокие в мире (5500 м) [3] геотермальные скважины были пробурены на Тарумовском месторождении — см. Курбанов М. К. Гидротермальные и гидроминеральные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья (М.: Наука, 2001. 260 с.). Температура на глубине 5500 м составляет 198 °C, на устье скважин — 170 °C. Дебиты пароводяной смеси до 7000 м?/сут. при давлении на устье 7 МПа. В каждом кубометре воды содержится до 4,5 м? газа. Общая минерализация — до 200 г/л.

При преобладании ионов хлора и натрия эти воды характеризуются высоким содержанием лития, рубидия, цезия, йода, брома, стронция [16].

В настоящее время эксплуатацией геотермальных месторождений в Дагестане занимается ООО «Геоэкопром».

Опыт геотермального теплоснабжения Дагестана в книге «Геотермальное теплоснабжение» [17] был обобщён сотрудниками Дагестанского филиала ЭНИН (Махачкала). Это вторая в СССР книга после монографии Б. А. Локшина [11], не потерявшая актуальности до настоящего времени. Авторами отмечены следующие проблемы: малая степень использования теплового потенциала скважин, отсутствие водоподготовки, низкая рентабельность, несовершенство схем геотермального теплоснабжения. Разработаны методика оценки экономической целесообразности геотермального теплоснабжения и структуры себестоимости термальной воды. Сотрудник Дагестанского филиала ЭНИН со дня основания, ученик С. А. Джамалова, — Г. Б. Бадавов [18] в настоящее время продолжает работать в Институте проблем геотермии. Впервые в отечественной практике в 1987–1989 годах Г. М. Гайдаровым на Кизлярском и Тернаирском месторождениях была разработана и апробирована геотермальная самоциркуляционная система, по которой вода от продуктивной скважины поступает в нагнетательную за счёт эффекта термолифта-термопресса (разность плотностей геотермальной воды) [19].

Значителен вклад Института проблем геотермии ДНЦ РАН в развитии геотермических исследований в России. ИПГ является единственным институтом в Российской академии наук, занимающимся проблемами освоения геотермальной энергии. Сотрудниками института опубликовано более 40 монографий по различным аспектам оценки, изучения и освоения геотермальных ресурсов разного энергетического потенциала.

Наиболее значимыми являются монографии: Курбанов М. К. Геотермальные и гидроминеральные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья (М.: Наука, 2001. 260 с.); Алхасов А. Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии (М.: Физматлит, 2008. 376 с.); Алхасов А. Б., Алишаев М. Г., Алхасова Д. А., Каймаразов А. Г., Рамазанов М. М. Освоение низкопотенциального геотермального тепла (М.: Физматлит, 2012. 280 с.).

На Северном Кавказе, по данным д.т.н. А. Б. Алхасова [3], на втором месте по эксплуатационным запасам геотермальных месторождений — Чеченская республика — 65 тыс. м?/сут. с 14-ю месторождениями. В 1994 году годовая добыча геотермальной воды составила 8,8 млн м? в год. Уникально Ханкальское месторождение в 10 км от Грозного, на котором с 1932 по 1989 годы были пробурены 42 геотермальные скважины. На этом месторождении в 1967 году эксплуатировалось 36 скважин и добывалось 7 млн м? геотермальной воды в год. В промышленной эксплуатации 13-й пласт этого месторождения находится с 1974 года. Уникальность этого месторождения состоит в высоких энергетических характеристиках (температура на устье — 95 °C, дебит каждой скважины до 3000 м?/сут.), низкой минерализации около 2 г/л, а также хорошей приёмистости пластов для реинжекции. Эксплуатацией этого месторождения занималось СевероКавказское управление по использованию глубинного тепла Земли. В 1981 году на этом месторождении впервые в СССР были выполнены экспериментальные работы по реинжекции. Геотермальная вода из пяти продуктивных скважин с температурой 90–95 °C после охлаждения в теплицах до 35–45 °C закачивалась в четыре скважины в тот же пласт [7].

В 1981 году институт ЦНИИ ЭПИО разработал технико-экономический доклад геотермального теплоснабжения города Грозного с реинжекцией отработанного теплоносителя.

В 1991–1995 годах в ходе Первой чеченской войны система геотермального теплоснабжения была разрушена, однако скважинный фонд находится в удовлетворительном состоянии. Возрождённая в 2013 году чеченская геотермальная научная школа была создана в Грозненском государственном нефтяном техническом университете им. академика М. Д. Миллионщикова, под руководством д.т.н. Магомеда Шаваловича Минцаева, в сотрудничестве с Государственным геологическим музеем РАН им. В. И. Вернадского в Москве (к.г.-м.н. С. В. Черкасов). В 2015 году на Ханкальском месторождении для теплоснабжения 3 га теплиц была построена геотермальная система теплоснабжения мощностью 8,7 МВт с реинжекцией отработанного теплоносителя (рис. 4). Математическое моделирование разработки месторождения, оптимальное проектирование скважин, обустройство месторождения и центрального геотермального теплового пункта обеспечили успешную реализацию данного проекта [20].

Продуктивная скважина на глубине 900 м обеспечивает на устье дебит без насоса 75 м?/ч (с погружным насосом — 210 м?/ч) при температуре 95 °C. На расстоянии 10 м от устья продуктивной скважины была пробурена реинжекционная скважина методом наклонного бурения на глубину около 1000 м. Расстояние между забоями продуктивной и реинжекционной скважинами равно 500 м. Приёмистость реинжекционной скважины составила без насоса 15–22 м?/ч, при работе насоса — 201 м?/ч.

На втором месте в России после Дагестана по добыче и использованию геотермальной воды находится Краснодарский край. В советское время эта работа контролировалась крайкомом КПСС, реализовалась краевая комплексная межведомственная программа. Бурение новых скважин выполнялось по заявкам местных администраций. В Краснодарском крае разведано 16 геотермальных месторождений, на которых пробурено 74 скважины глубиной 1700–2900 м с температурой 75–120 °C и дебитом 500–4000 м?/сут. Расчётная тепловая мощность данных месторождений — 238 МВт с возможной выработкой тепловой энергии 834 МВт·ч/год и замещением органического топлива в размере 103 тыс. т.у.т. [21]. Было начато сооружение реинжекционной системы Мостовского месторождения — 17 скважин (пробурены реинжекционные скважины, построено здание насосной, укомплектовано оборудование). С началом перестройки в стране реализация этого проекта была приостановлена. Для разведки новых геотермальных месторождений использовались материалы инициаторов геотермии сотрудников института «КраснодарНИПИнефть» к.г.-м.н. Владимира Сергеевича Котова и к.г.-м.н. Владимира Николаевича Матвиенко — в 1956–1963 годах ими в 200 нефтяных скважинах были выполнены измерения характеристик термальных вод и на их основе воссоздано районирование края по перспективности геотермальных ресурсов [22].

В настоящее время эксплуатируется 12 геотермальных месторождений, из них по пяти утверждены запасы 27,75 тыс. м?/сут. Четыре геотермальных месторождения простаивают без потребителей. Наиболее крупными являются Мостовское месторождение (14 скважин, 75 °C, 45 МВт); Вознесенское и Южно-Вознесенское (15 скважин, 100 °C, 50 МВт). Минерализация геотермальной воды этих месторождений не превышает 2 г/л и по основным показателям соответствует стандарту питьевого водоснабжения (на Мостовском месторождении повышенное сверх нормы содержание фтора). В 2000 году годовая добыча геотермальной воды в Краснодарском крае достигла 10 млн м?. Отапливались жилые дома семи населённых пунктов и 30 га теплиц. Классическим примером каскадного срабатывания теплового потенциала геотермальной воды была Мостовская система. Геотермальный теплоноситель вначале поступал на отопление зданий, в теплицы для выращивания помидор, затем, уже охлаждённый, — лимонов. После охлаждения до 30 °C геотермальная вода поступала в рыборазводные пруды. Теплоснабжение жилых и социальных объектов посёлка Мостовского обеспечивалось от трёх геотермальных скважин с дебитами на устье 1500 м?/сут. и температурой 75 °C. На основе двух из них в 1982–1987 годах под руководством д.т.н. Виталия Анатольевича Бутузова (1949 г.р.) была разработана и построена геотермальная система теплоснабжения мощностью 2 МВт с утилизацией тепла отработанной геотермальной воды тепловыми насосами мощностью 1 МВт. Данная система была дополнена пиковой котельной мощностью 5 МВт [23]. В 1987 году институтом ЦНИИЭПИО (к.т.н. В. И. Красиков) совместно с институтом «Гипрокоммунэнерго» (Москва) была разработана схема перспективного развития теплоснабжения посёлка Мостовского на десять лет, которая предусматривала подключение к системам отопления и ГВС посёлка дополнительно пяти скважин и создание комбинированной системы централизованного теплоснабжения с пиковой котельной и тепловыми насосами общей мощностью 19,7 МВт.

В 2004 году фирмой «Геотерм-М» (Москва) под руководством д.т.н. Г. В. Томарова было разработано технико-экономическое обоснование геотермального теплоснабжения на базе всех 14 скважин с учётом жилых и социальных объектов посёлка, тепличного комплекса, рыборазводного хозяйства, бассейнов общей мощностью 47 МВт [23].

В 2003 году, в соответствии с Программой энергосбережения Краснодарского края, геотермальная энергетика получила новый импульс развития. Были разработаны технико-экономические обоснования геотермального энергосбережения городов Лабинска, Усть-Лабинска, Горячего Ключа, Анапы, Апшеронска, посёлков Мостовского и Розового. При этом ТЭО геотермального электротеплоснабжения Лабинска (установленная тепловая мощность 100 МВт, электрическая — 4 МВт) прошло экспертизу Всемирного банка. ТЭО геотермального электротеплоснабжения Усть-Лабинска (установленная тепловая мощность 42 МВт, электрическая — 2 МВт) было выполнено на основании гидрогеологического прогноза по материалам 27 газовых скважин глубиной до 3500 м. В соответствии с утверждённым ТЭО геотермального теплоснабжения посёлка Розового в 2012 году под руководством д.т.н. В. А. Бутузова была построена первая очередь геотермального теплоснабжения тепловой мощностью 5 МВт. Особенностью данной системы является создание геотермальной солнечной системы, в которой гелиоустановка мощностью 110 кВт в летнее время обеспечивает горячее водоснабжение жилых и социальных объектов с возможностью остановки геотермальной скважины для восстановления пластового давления [24].

В соответствии с Атласом энергетического потенциала [25] геотермальные ресурсы Крымского полуострова оценены в 775 тыс. т.у.т. в год при выработке тепловой энергии 9011 млн кВт·ч/год [10]. Геологоразведочные работы в этом регионе начались в 1970-е годы, было пробурено 26 геотермальных скважин и построено 12 систем теплоснабжения с дуплетными скважинами (продуктивная и инжекционная) [23], в том числе пять геотермальных циркуляционных систем (ГЦС) в Красногвардейском, пять ГЦС в Сакском, два в Джанкойском районах с суточным дебитом каждой скважины от 670 до 4925 м? с температурой 60–87 °C, при глубине скважин от 1000 до 2300 м.

Разработкой проектов геотермальных систем теплоснабжения Крыма занимались Институт технической теплофизики АН УССР и Институт возобновляемой энергетики НАН Украины [10]. Первая ГЦС была построена в 1986 году в селе Ильинка Сакского района. Она проработала три года. Более десяти лет (с 1993 по 2003 годы) работала ГЦС тепловой мощностью 2 МВт в селе Янтарное Красногвардейского района. Уникальная геотермальная система энергои теплоснабжения работала с 1993 по 2017 годы в селе Медведевка Джанкойского района. Тепловая мощность ГЦС — 1 МВт, электрическая мощность газогенератора на отсепарированном из геотермальной воды метане составила 60 кВт, мощность пикового газового котла на метане — 100 кВт. Расстояние между продуктивной и реинжекционной скважинами — 400 м. Реинжекционный насос при расходе 25 м?/ч обеспечивал давление 1,5 МПа. В настоящее время геотермальные системы теплоснабжения в Крыму не эксплуатируются.

Сегодня холдинг «Росгеология» готов выполнить предынвестиционные исследования, геологоразведочные работы, в том числе геофизические, бурение разведочных и эксплуатационных скважин, подготовку ТЭО на разработку геотермальных месторождений, обустройство термоводозаборов, строительство геотермальных электростанций. В 2018 году планируется завершить исследования Авачинской геотермальной площади у подножия одноимённого вулкана в 25 км от Петропавловска-Камчатского для строительства геотермальной станции, призванной обеспечить теплоснабжение Петропавловска-Камчатского и посёлка Елизово. Рассматривается вопрос строительства ГеоЭС мощностью до 15 МВт на Банной площади в Усть-Большерецком районе в 60 км от Петропавловска-Камчатского для освоения золотосеребряного месторождения, сооружения ГеоЭС на курильском острове Кунашир.

Выводы

1. Краткий обзор столетнего опыта работы российских научных и инженерных геотермальных школ показал, что до 1990 года они были безусловными мировыми лидерами по всему спектру достижений: геологические исследования, методы моделирования и разведки, создание первой в мире бинарной геотермальной электростанции, строительство крупных централизованных систем теплоснабжения. Уникальная советская модель экономики позволяла на основе результатов научных исследований развернуть широкое практическое использование геотермальных ресурсов в стране.

2. После 1992 года достижения геотермальной науки в Российской Федерации стали невостребованными. Практически были прекращены масштабные геологические исследования, моделирование разработки месторождений, их разведка. Проводилось единичное бурение скважин. Достижения начала 2000-х годов по созданию российской геотермальной школы турбинного и другого геотермального оборудования не получили должного развития. Уникальный бинарный энергоблок установленной мощностью 2,5 МВт на Камчатке до настоящего времени не введён в эксплуатацию. Работы единственного в России Института геотермальных проблем Российской академии наук в Махачкале не востребованы в должной мере. Тысячи геотермальных скважин в России, каждая из которых в современных ценах стоит 60–100 млн руб., используются нерационально — в основном на теплоснабжение построенных в советское время систем отопления населённых пунктов и теплиц.

3. В современных российских условиях для развития геотермии в первую очередь необходимо выполнить научные исследования по анализу как советского, так и зарубежного опыта, которые по плечу только Российской академии наук. Экономическая целесообразность развития геотермии, особенно в новых российских экономических условиях, с учётом перспективного топливно-энергетического баланса и задач развития арктических территорий нашей страны, подлежит доскональному изучению.