Ученые ТПУ первыми в России запустили «холодную» геотермальную станцию

Торжественный запуск в режиме опытной эксплуатации геотермальной тепловой станции мощностью 25 киловатт, разработанной специалистами Томского политехнического университета, прошел в рабочем поселке Белый Яр Верхнекетского района на севере Томской области, 14 ноября сообщает пресс-служба ТПУ.

Экологичная станция томичей работает на воде температурой от 60 °C, что является рекордно низкой температурой для геотермальной энергетики. Она является первой российской станцией «холодного» типа. Использование таких станций позволит получать автономное электро- и теплоснабжение отдаленным районам с холодным климатом.

Данная станция не менее полугода проработает в режиме опытной эксплуатации, в течение которого будут осуществляться проверки на бесперебойность, безопасность и автономность работы.

Участие в церемонии запуска приняли и. о. ректора ТПУ Леонид Сухих, губернатор Томской области Владимир Мазур, советник губернатора Камчатского края Александра Лебедева и представители руководства ПАО «Камчатскэнерго».

Губернатор Томской области Владимир Мазур в своей речи отметил: «Томская область — научный регион, где не просто активно развивают и совершенствуют новые технологии, но и внедряют их. Три года назад, когда мы начинали этот проект, мы хорошо понимали, зачем мы это делаем. Томская область — регион с большой территорией, имеющий отдаленные населенные пункты и промышленные площадки предприятий».

При этом на ее территории много уже выработанных нефтяных скважин, которые можно использовать для установки геотермальных тепловых станций, что будет способствовать развитию региона, считает его глава.

«Томский политех стал инициатором проекта, предложив использовать потенциал подобных объектов. Оперативно была проведена очень серьезная работа, и всё получилось — сегодня мы запустили первую в России подобную станцию. Уверен, что проект будет масштабироваться. Значение его для области трудно переоценить — это и альтернативный источник энергии, и экономия для населения и предприятий», — сказал Владимир Мазур.

Он добавил, что хотя Россия уже является мировым лидером во многих отраслях энергетики, в том числе атомной и нефтегазовой отрасли, однако настоящие лидеры мыслят и действуют стратегически — с заделом на десятки лет вперед. «Поэтому важно искать альтернативные источники энергии, создавать новые технологии и совершенствовать существующие, вкладываться в перспективные направления энергетики», — заявил губернатор.

Перед тем как переехать, станция девять месяцев проработала в экспериментальном режиме в Томске, в кампусе ТПУ, где роль геотермальной скважины играл специальный модуль. В Белом Яру ее установили на окраине поселка рядом со скважиной. Там университетом был создан исследовательский полигон «Чистая энергия».

В структуру станции входит основной бокс (станция ГеоЭС), центр управления и мониторинга, а также система очистки отработавшего геотермального флюида. Станция изготовлена в основном из отечественных комплектующих. Работает она автономно, управляется дистанционно с помощью пакета запатентованного программного обеспечения.

Главной особенностью станции, отличающей ее от аналогов, является работа на скважинах с низкой температурой, что стало возможным за счет применения органического цикла Ренкина, а также некоторых инженерных решений, примененных в ее конструкции.

Традиционные геотермальные тепловые станции работают на паре от кипящей воды. Четыре подобные станции в России находятся на Камчатке и Курильских островах. В них турбины, вырабатывающие электрическую энергию, приводит в движение пар, причем именно «сухой пар». Получить его можно или нагревом воды выше 150 °C, или осушением пара с помощью специальных технологий, или же применением цикла Ренкина.

Советник губернатора Камчатского края Александра Лебедева, выступая на мероприятии, рассказала, что из-за изолированности энергосистемы Камчатки очень острой являются проблемы высокой стоимости электроснабжения, а также обеспечения качества жизни населения в отдаленных районах. Поэтому такие станции, способные эти проблемы решить, вызывают огромное любопытство и интерес.

В цикле Ренкина нагревается не вода, а хладагент, который кипит при более низких температурах. Так, фреон кипит и переходит в газообразное состояние уже при температуре от 47 °C, до которой его нагревает вода. Образовавшийся газ под давлением подается на винтовой детандер или турбину. Отдав свою энергию, фреон конденсируется в жидкость и возвращается в цикл.

Разработанная в ТПУ станция работает на фреоне марки R245fa, поскольку именно этот фреон наиболее изучен для использования цикла Ренкина в геотермальных станциях. Кроме того, он не токсичен и не разрушает озоновый слой.

Опытный образец станции ТПУ в ходе экспериментов продемонстрировал работу при температуре от 60 °C (вода в белоярской скважине может достичь 80 °C). Этого удалось добиться за счет особенностей конструкции станции ГеоЭС и использования для выработки энергии не турбины, а детандера, который ее надежней и намного дешевле.

За шесть месяцев работы в поселке станция должна на практике доказать, что может эффективно и без сбоев работать в автономном режиме. В это же время будет прорабатываться вариант включения ее в электрическую и тепловую сеть нескольких объектов поселка, что возможно, если станция обеспечит стабильную и бесперебойную энергию.

«Затем задача на 2026 год — станция мощностью в два раза больше опытного образца, на 50 киловатт, — рассказал и. о. ректора ТПУ Леонид Сухих. — Рассчитываем ее испытать на Камчатке. И уже в 2027 году создать станцию на 250 киловатт. При такой мощности станция уже сможет принести реальный социальный и экономический эффект и для жителей отдаленных районов, и для индустрии — как альтернатива использованию дизельных генераторов на промыслах».

Экономические расчеты показали, что при работе станции в опытном режиме стоимость электроэнергии, согласно расчетам, составит от 7 до 15 руб. за кВт⋅ч. При регулярной работе стоимость будет уже не более 5 руб. за кВт⋅ч, тогда как сейчас на северных территориях эта стоимость находится в диапазоне 40–1500 руб., а иногда цена киловатт-часа достигает 2200 руб.

Поэтому томские политехники считают их разработку перспективной альтернативой дизельным электростанциям для удаленных промыслов нефтяной отрасли. Особенно если учесть, что в России насчитывается порядка 40 000 обводненных горячих скважин, на которых могут работать подобные станции при их масштабировании до 1 МВт.

Также воду из скважины, поступающую в станцию, которая там очищается, можно использовать и для отопления зданий, и даже для питья. Пока ее будут сливать на грунт, хотя по результатам лабораторных исследований система фильтров в станции очищает воду до питьевых стандартов.