WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
Сугробов В.М., Кононов В.И., Постников А.И.

Раздел 1: ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ, ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОГНОЗНЫЕ ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ ОБЛАСТЕЙ СОВРЕМЕННОГО ВУЛКАНИЗМА КАМЧАТКИ И КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ: НАУЧНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ Сугробов В.М. 1, Кононов В.И. 2, Постников А.И. 3 1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский 2 Геологический Институт РАН, Москва, E-mail: kononov@ginras.ru 3 ЗАО «Наука», Москва, E-mail: postnikov@geotherm.ru Практически все высокотемпературные геотермальные месторождения, на базе которых работают ГеоЭС, сосредоточены в тектонически-мобильных поясах земной коры с проявлениями современного вулканизма. В России это Камчатка и Курильские острова. В настоящее время установленная здесь мощность ГеоЭС составляет 79 МВтэ, в том числе 73 МВтэ на Камчатке.

Прогнозная электрическая мощность на Камчатке оценивается в 550 МВтэ по тепловой разгрузке и 1250 МВтэ по тепловой энергии резервуаров и порядка 400 МВтэ на Курильских островах. В области современного вулканизма России потребляется порядка 3100 ТДж/год геотермальных ресурсов прямого использования. На Камчатке прогнозная величина низкопотенциальных геотермальных ресурсов (1520 МВт) может обеспечить рост потребления геотермального тепла до 27 тыс. ТДж/год.

PROGNOSTIC GEOTHERMAL RESOURCES OF KAMCHATKA AND KURIL ISLANDS MODERN VOLCANISM AREAS:

SCIENTIFIC AND PRACTICAL ASPECTS Sugrobov V.M. 1, Kononov V.I. 2 and Postnikov A.I. 3 1 Institute of Volcanology and Seismology FED RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky 2 Geological Institute RAS, Moscow, E-mail: kononov@ginras.ru 3 “Science” joint-stock company, Moscow, E-mail: postnikov@geotherm.ru Most high-temperature geothermal fields used as a base for geothermal power plants are located in tectonically mobile belts of the earth crust characterized with recent volcanic activity. In Russia such area are Kamchatka Peninsula and Kuril Islands with the present installed capacity of GeoPPs of 73 MW and 6 MW respectively. Prognostic GeoPP capacity in Kamchatka is evaluated as 550 MW (according data on natural heat discharge) or 1250 MW (according to estimation of thermal energy in reservoirs) and up to 400 MW in Kuril Islands. The direct use of geothermal resources in region of recent volcanism in Russia amounts to 3100 TJ per year and can be increased up to 27*103 TJ per year in Kamchatka only.

1. Введение В XX веке началось активное освоение глубинного тепла Земли. Практическое использование геотермальных ресурсов приняло промышленные масштабы во Раздел 1. Геотермальные и минеральные ресурсы, общие вопросы многих странах, особенно в Италии, Исландии, Новой Зеландии, США, Филиппинах, Мексике, Японии и в последние годы в России. Предполагается, что в наступившем столетии доля геотермальных ресурсов в энергобалансе стран, обладающих ими, будет увеличиваться с большими темпами. За период с 2000 по 2005 годы (данные Всемирного Геотермального Конгресса 2005 г.) установленная мощность геотермальных электростанций возросла на 938 МВт и составила 8912 МВт (табл.

1). Выработка электроэнергии за счет указанной мощности составляет пока 0,4% мировой генерации электричества. К 2010 году ожидается увеличение доли вырабатываемой электроэнергии за счет геотермальных ресурсов до 1%.

Значительно возросло прямое использование заключенного в геотермальных ресурсах тепла. Прирост тепловой мощности прямого использования достиг около 12,9% ежегодно при общей ее величине в 2004 году 27825 МВтт. Уже 71 страна мира использует геотермальные ресурсы в различных системах теплоснабжения в сравнении с 58 в 2000 г. и 28 странами в 1995 г. Причем, на первое место выдвинулось использование геотермальных ресурсов для обеспечения работы тепловых насосов (33%). По-прежнему большая доля падает на купание и плавательные бассейны (29%) и обогрев помещений (20%). Практически все высокотемпературные геотермальные месторождения, на базе которых работают ГеоЭС, сосредоточены в тектонически-мобильных поясах земной коры с проявлениями современного вулканизма. В России это Камчатка и Курильские острова. В настоящее время установленная мощность ГеоЭС в этом регионе составляет 79 МВт, в том числе 73 МВт на Камчатке. Прогнозная электрическая мощность на Камчатке оценивается в 550 МВтэ по тепловой разгрузке и 1250 МВтэ по тепловой энергии резервуаров и порядка 400 МВтэ на Курильских островах. В области современного вулканизма России потребляется порядка 3100 ТДж/год геотермальных ресурсов прямого использования, что составляет почти 50% используемых ресурсов страны. Между тем только на Камчатке прогнозная величина низкопотенциальных геотермальных ресурсов (1520 МВт) может обеспечить рост потребления геотермального тепла до 27 тыс. ТДж/год.

Очевидно, что дальнейшее развитие использования тепла Земли, в том числе в вулканических областях России, будет определяться успехами в выявлении и реалистичных оценках геотермальных ресурсов.

Сугробов В.М., Кононов В.И., Постников А.И.

Таблица 1. Установленная генерирующая мощность геотермальных электростанций мира [20, 21].

2005-СТРАНА 1990 1995 2000 2005 % увеличения увеличение Австралия 0 0.2 0.2 0.2 0 Неизменный Австрия 0 0 0 1 1 Первый ввод Германия 0 0 0 0.2 0.2 Первый ввод Гватемала 0 0 33 33 0 Неизменный Индонезия 144.75 310 590 797 297 Исландия 44.6 50 170 202 32 Италия 545 632 785 790 5 Кения 45 45 45 127 82 Китай 19.2 29 29 28 -1 Неизменный Коста-Рика 0 55 143 163 20 Мексика 700 753 755 953 198 Никарагуа 35 35 70 77 7 Новая Зеландия 283.2 286 437 435 -5 Неизменный Папуа Новая 0 0 0 6 6 Первый ввод Гвинея Португалия 3 5 16 16 0 Неизменный (Азорские о-ва) Россия 11 11 23 79 56 Сальвадор 95 105 161 151 -10 Неизменный США 2774.6 2817 2228 2544 316 Таиланд 0.3 0.3 0.3 0.3 0 Неизменный Турция 20.6 20 20 20 0 Неизменный Филиппины 891 1227 1909 1931 22 Франция 4.2 4 4 15 11 Эфиопия 0 0 7 7 0 Неизменный Япония 214.6 414 547 535 -12 Неизменный Всего 5831.72 6797 7974 8912 938 Раздел 1. Геотермальные и минеральные ресурсы, общие вопросы 2. Геотермальные ресурсы В вулканических районах проявляются все возможные виды выделения тепловой энергии Земли: кондуктивный тепловой поток, извержение вулканов, формирование магматических очагов, вынос геотермального флюида (циркуляция и разгрузка термальных вод и пара). Соответственно в этих районах обнаруживаются все виды геотермальных ресурсов, которые представляют собой тепло, заключенное в недрах и содержащееся в горных породах и термальных водах, нагретых кондуктивным и конвективным тепловым потоком.



I. Геотермальные ресурсы, связанные с извлечением тепла, аккумулированного горными породами, или петрогеотермальные ресурсы по определению Ю.Д.

Дядькина и др. [8]:

1) естественные ресурсы тепла, аккумулированного горными породами под воздействием регионального теплового потока;

2) естественные ресурсы тепла пород промежуточных магматических очагов.

II. Геотермальные ресурсы термальных вод и пара отдельных гидрогеологических структур:

1) естественные и эксплуатационные запасы термальных вод и пара гидротермальных систем;

2) естественные и эксплуатационные запасы термальных вод гидрогеологических структур, формирующихся за счет кондуктивного теплового потока.

2.1. Геотермальные ресурсы тепла, аккумулированного горными породами Геотермальные ресурсы, связанные с запасенным (аккумулированным) теплом горных пород и основанные на кондуктивном тепловом потоке определяются как базовые геотермальные ресурсы [24]. В областях активного вулканизма региональная их оценка имеет, очевидно, самый общий интерес, так как существующие здесь мощные термоаномалии (гидротермальные системы и магматические очаги) обладая громадным потенциалом, могут обеспечить широкое развитие геотермальных электростанций и систем геотермального теплоснабжения.

Чтобы показать возможный масштаб геотермальной энергии, ранее была сделана оценка для Камчатки содержания тепла первого 10-километрового слоя [16].

Подсчет производился по объему горных пород в интервале глубин 1-10 км, средней температуре в слое, рассчитанной для стационарного режима по данным теплового Сугробов В.М., Кононов В.И., Постников А.И.

потока, подобранного в соответствии с геологическим разрезом значения о теплопроводности (2,5-2,7 Вт/м С для вулканогенно-осадочного слоя Камчатки) и теплоемкости горных пород (около 2,5 Дж/см3). Величина теплового потока взята из работы [15], отметившей следующее распределение кондуктивного фонового теплового потока из консолидированного фундамента: высокие и повышенные значения потока в пределах Центрально-Камчатского вулканического пояса (мВт/м2) и Срединного выступа (83 мВт/м2), пониженные значения (57-63 мВт/м2) в пределах структурно-тектонических элементов Западной и Восточной Камчатки и Корякско-Авачинской депрессии.

Тепло, аккумулированное в первом километровом слое, не учтено, так как температура на его подошве составляет в обычных условиях приблизительно 30оС, т.е. соответствует наименьшей температуре воды, сбрасываемой после использования в основных системах теплоснабжения. Тепловая энергия, аккумулированная горными породами, составляет огромную величину:

5,2 х10 23 Дж.

2.2. Геотермальная энергия неглубокозалегающих магматических очагов В вулканических областях большие перспективы связаны с использованием тепла, заключенного в породах магматических очагов, в том числе периферических очагов действующих вулканов. Магматические очаги обладают громадным энергетическим потенциалом, определяемым (по геофизическим и петрологическим данным) высокой температурой (600-1000°С) и большим объемом нагретых пород.

С точки зрения возможного извлечения тепловой энергии интерес могут представлять очаги, залегающие на глубинах доступной буровой технике, то есть в интервале 3-км. Ес т е с т в е н н ы е р е с у р с ы т е п л а м а г м а т и ческих очагов сейчас можно оценить приближенно, основываясь преимущественно на геологических исследованиях действующих вулканов и молодых кальдер. На Камчатке геофизическими методами первым был обнаружен магматический очаг под Авачинским вулканом [19].

Влияние обнаруженного периферического магматического очага на геотемпературное поле приочаговой зоны впервые было оценено аналитическим расчетом Б.Г. Поляком [14]. Было показано, что для стационарного варианта тепловой поток не будет фактически отличаться от фонового на расстоянии 15 км от центральной оси очага. Использование промежуточного очага Авачинского вулкана для извлечения тепла предложил В.В. Аверьев (1964-1967 гг.), обосновавший Раздел 1. Геотермальные и минеральные ресурсы, общие вопросы необходимость бурения глубокой скважины в приочаговую зону для изучения геотермических условий и разработки схемы извлечения тепловой энергии. Позднее, опираясь на результаты комплексных геофизических исследований, включающих наземную магнитную съемку, аэромагнитную съемку, гравиметрические съемки и сейсморазведочные работы в различной модификации предложение В.В. Аверьева было конкретизировано в докладе Института вулканологии [22]. Приблизительный масштаб возможного извлечения ресурсов тепла можно представить по объему магматического очага и его температуре. Глубина залегания верхней кромки очага по сейсмическим данным - 1,5 км от уровня моря, по гравиметрическим данным центр тяжести аномальных масс залегает на глубине 4 км. Размеры очага по данным сейсморазведки определяются в плоскости фундамента и оцениваются радиусом 5,± 0,9 км. При этом наиболее "разогретая" часть очага оценивается радиусом 3,6 км.





Гравиметрия дает размеры аномальной зоны при плотности пород очага 2,85-3,г/см3 - 5,2 х 2,6 км. Физические параметры вещества очага оцениваются по прохождению сейсмических волн (скорость продольных волн - 2200 м/сек, вязкость пород - 105-108 пуаз). Объем магматического очага Авачинского вулкана можно оценить в 150-300 км3. Если считать выделение тепла в 2,4 ·1018 Дж/км3 при снижении температуры от 850 до 300оС [25], при всем объеме магматического очага Авачинского вулкана ресурсы тепла составят 3,6-7,2 ·1020 Дж. По геологическим данным предполагается, что неглубокозалегающие магматические очаги имеют вулканы Кошелевский, Ходутка, Опала, Ипелька, Горелый, Мутновский, Малый Семячик, Дзендзур, Кизимен и другие, кальдера Ксудач, Узон, вулканический рифт вулкана Толбачик. Радиус промежуточных очагов в среднем вряд ли превышает км [18]. Соответственно, объемы магматических очагов названных вулканов и кальдер можно определить примерно в 25 км3. Тогда минимальные ресурсы тепла магматических очагов Камчатки можно оценить величиной порядка 1,5·1021 Дж.

Можно предполагать по аналогии с камчатскими вулканами существование на Курильских островах субповерхностных магматических очагов вулканов и кальдер, характеризующихся кислым и средним составом лав. Мы выделили только вулканы на крупных островах гряды; Эбеко, Карпинского (о. Парамушир); Берга (о.

Уруп); Баранского, Ивана Грозного (о. Итуруп); Менделеева (о. Кунашир), кальдеры Тао-Русир (о. Онекотан); Заварицкого (о. Симушир); Головнина (о.

Кунашир). Если ориентироваться на параметры магматических очагов, принятых нами для вулканов Камчатки, то ресурсы тепла магматических очагов названных Сугробов В.М., Кононов В.И., Постников А.И.

вулканов и кальдер Курильских островов составят около 5•1020 Дж.

2.3. Геотермальные ресурсы гидротермальных систем Гидротермальные конвективные системы разделяются условно на высокотемпературные (температура в недрах более 150оС) и гидротермальные системы с температурой в недрах менее 150оС. Геотермальные ресурсы высокотемпературных гидротермальных систем, обеспеченные запасами термальных вод и пара и теплом, аккумулированном обводненными породами вызывают наибольший интерес, так как используются или могут быть использованы в различных теплоэнергетических установках не только для получения тепла, но и выработки электроэнергии.

На Камчатке все известные крупные гидротермальные системы и термопроявления расположены в Восточно-Камчатском и Центрально-Камчатском вулканических поясах. Около 150 групп термальных источников, характеризующихся различными температурами и химическим составом воды, в том числе 11 высокотемпературных гидротермальных систем, объединены в четыре геотермальные провинции (рис. 1). Выделение их базируется на особенностях геолого-структурных и гидрогеологических условий. На Курильских островах, несмотря на существование многочисленных термальных источников и парогазовых струй, четко охарактеризованы высокотемпературные гидротермальные системы и месторождения: Менделеева-Горячий Пляж (о. Кунашир), вулкана Баранского (о. Итуруп), Северо-Парамуширская (Северо-Курильское м-ние) на о. Парамушир.

2.3.1. Высокотемпературные гидротермальные системы При оценке прогнозных геотермальных ресурсов нами применялось два основных способа:

- по величине естественной тепловой разгрузки (выносу тепла поверхностными термопроявлениями);

- по данным определения тепловой энергии, содержащейся в горных породах, насыщенных флюидом и распространенных в пределах гидротермальных систем [26].

Первая оценка основывается на допущении, что естественная тепловая разгрузка, определяемая по сумме выноса тепла поверхностными термопроявлениями, отождествляется с минимальными геотермальными ресурсами, увеличение которых возможно при вскрытии глубоких горизонтов скважинами в Раздел 1. Геотермальные и минеральные ресурсы, общие вопросы о о 156 о о ОХОТСКОЕ море 0.069 I 0.0.II 9-0.о о 0.16 ТИХИЙ океан III 0.066 54-0.0.0.20 0.0.Петропавловск29-0.268 Камчатский 24 0.1 4 250-IV о 15-3 38-29-58 1 144-0.Рис. 1. Карта расположения геотермальных месторождений Камчатки, эксплуатирующихся и рекомендуемых для поисково-разведочных работ (см. табл. 2, 3).

1 – геотермальные провинции: I - Северо-Камчатская; II - Центрально-Камчатская; III - ВосточноКамчатская; IV - Южно-Камчатская; 2-4 – низкотемпературные геотермальные месторождения (температура в недрах менее 150оС): 2 – эксплуатирующиеся; 3 – разведанные; 4 – перспективные для разведки; 5-7 – высокотемпературные месторождения: 5 - эксплуатирующиеся; 6 – разведанные; 7 – перспективные для разведки (цифры у знаков 2-7 соответствуют номерам месторождений в таблицах 1,3); 8 – вулканы и кальдеры с неглубокозалегающими магматическими очагами; 9 – прогнозируемая мощность ГеоЭС (МВтэ); 10 – прогнозируемая величина извлекаемого тепла по тепловой энергии резервуара (1018 Дж).

Сугробов В.М., Кононов В.И., Постников А.И.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.