Станция экологичная и работает с водой рекордно низкой температуры для геотермальной энергетики — от 60 градусов Цельсия. Это первая российская станция подобного «холодного» типа. Она подходит для автономного электро- и теплоснабжения в отдаленных районах с холодным климатом. Режим опытной эксплуатации продлится не менее полугода. Станцию проверят на бесперебойность, безопасность и автономность работы. Проект реализован при поддержке федеральной программы Минобрнауки «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».
В церемонии торжественного запуска приняли участи и.о. ректора ТПУ Леонид Сухих, губернатор Томской области Владимир Мазур, советник губернатора Камчатского края Александра Лебедева, команда руководства ПАО «Камчатскэнерго».
«Томская область – научный регион, где не просто активно развивают и совершенствуют новые технологии, но и внедряют их. Три года назад, когда мы начинали это проект, мы хорошо понимали, зачем мы это делаем. Томская область – регион с большой территорией, имеющий отдаленные населенные пункты и промышленные площадки предприятий. На территории области располагаются отработанные нефтяные скважины, которые подходят для развития геотермальной энергетики. Подобные объекты должны быть востребованы уже сегодня, они просто обязаны работать на экономику региона. Томский политех стал инициатором проекта, предложив использовать потенциал подобных объектов. Оперативно была проведена очень серьезная работа, и все 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 губернатор Томской области Владимир Мазур.
Станция переехала в Белый Яр из Томска, где уже девять месяцев работала в кампусе ТПУ в экспериментальном режиме, с использованием модуля, моделирующего геотермальную скважину. Теперь она установлена на окраине поселка Белый Яр, на пер. Фонтанный, непосредственно у скважины. Здесь оборудован исследовательский полигон вуза «Чистая энергия».
Станция представляет собой один основной бокс (сама станция ГеоЭС) и два вспомогательных (центр управления и мониторинга и система очистки отработавшего геотермального флюида). При ее разработке использовались, преимущественно, отечественные комплектующие. Она создавалась для автономной работы с дистанционным режимом управления. Для этого разработан полный пакет запатентованного программного обеспечения.
Главная особенность станции в том, что она работает на скважинах с низкой температурой. Этого удалось добиться за счет использования органического цикла Ренкина и ряда инженерных решений в конструкции.
Дело в том, что традиционно геотермальные тепловые станции работают на паре от кипящей воды. Так, в России действуют четыре подобные станции — на Камчатке и Курильских островах. Именно пар приводит в движение турбины, вырабатывающие электрическую энергию. Но нужен не просто пар, а «сухой пар». Чтобы его получить, нужна или вода температурой выше 150 градусов Цельсия, или дополнительные решения для осушения пара, или же применение цикла Ренкина.
«Для Камчатки, в силу изолированности энергосистемы, очень остра проблема высокой стоимости электроснабжения, обеспечения качества жизни населения в отдаленных районах. И такие станции дают нам надежду, вызывают огромное любопытство и интерес. Геотермальная энергетика для Камчатки – это базовая энергетика, у нас почти 30% приходится именно на возобновляемые источники. Мы намерены довести эту долю до 50 %. И рады, что с сегодняшнего дня Томская область также будет ассоциироваться с геотермальной энергетикой, и очень рассчитываем на совместное сотрудничество, будем ждать новый образец для эксплуатации», – подчеркнула советник губернатора Камчатского края Александра Лебедева.
В цикле Ренкина главную роль играет уже не вода, а хладагент, кипящий при более низких температурах. Например, подходит фреон. Вода нагревает жидкий фреон, уже при температуре от 47 градусов, он закипает и переходит в газообразное состояние. Под давлением газ подается на винтовой детандер или турбину. Затем фреон конденсируется и в жидком состоянии возвращается в цикл.
Станция ТПУ принципиально работает на фреоне марки R245fa. Несмотря на то, что существуют более дешевые марки и другие виды газа, именно этот фреон считается самым изученным для геотермальных станций с циклом Ренкина и безопасным для окружающей среды.
В начале работы над проектом, по мировым данным, минимальная температура воды, с которой работали другие исследователи с циклом Ренкина, была 115 градусов Цельсия. Сейчас в 2025 году есть данные о 90 градусах Цельсия. В ходе экспериментов опытный образец ТПУ работал при температуре от 60 градусов, а вода в белоярской скважине при повышении расхода может достичь 80 градусов. Этого удалось добиться за счет особенностей конструкции станции, а также использования не турбины, а винтовой пары – детандера – для выработки энергии. Турбина крайне прихотливая и чувствительная часть конструкции, а винтовая пара — это просто, надежно и гораздо дешевле.
Задача следующих шести месяцев доказать на практике, что станция может эффективно, без сбоев, работать в автономном режиме с дистанционным управлением. Параллельно будет прорабатываться вариант включиться в электрическую и тепловую сеть нескольких объектов поселка. Рядом со станцией как раз есть подходящий объект. Это ведь самый главный вызов всех альтернативных источников энергии: как их интегрировать в существующую энергосистему. Для этого они должны давать стабильную и бесперебойную энергию. По оценкам ученых, можно будет тестово подключаться в электрическую сеть двух-трех объектов гостиничного комплекса, расположенного вдоль границ полигона ТПУ.
«Затем задача на 2026 год — станция мощностью в два раза больше опытного образца, на 50 киловатт. 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. С поддержкой региональной власти и наших индустриальных партнеров у нас это получится», — резюмировал и.о. ректора ТПУ Леонид Сухих.
Экономические расчеты показали, что сейчас стоимость киловатта электроэнергии при работе станции в опытном режиме — на уровне от 7 до 15 рублей за выработанный кВт электрической энергии. В режиме регулярной работы стоимость будет не больше 5 рублей. Фактическая стоимость одного кВт*ч на северных территориях может варьироваться в диапазоне 40 – 1 500 рублей, в некоторых случаях цена достигает 2 200 рублей.
Наиболее перспективным направлением применения подобных станций политехники видят экологичную и эффективную альтернативу дизельным электростанциям для удаленных промыслов нефтяной отрасли. В России насчитывает порядка 40 000 обводненных горячих скважин, которые потенциально подходят под подобные станции при их масштабировании до 1 МВт.
Кроме того, воду из скважины, которая поступает в станцию, в перспективе можно использовать для отопления зданий и даже для питья — после ее очистки. Пока очищенную воду из белоярской скважины планируется сливать на грунт. Но лабораторные исследования показали, что система фильтров в станции очищает воду до питьевых стандартов.
Ранее ученые ТПУ проанализировали имеющиеся данные о геотермальной отрасли России и других стран и собрали карту наиболее перспективных для развития подобных технологий регионов страны. В их число вошли Камчатка, Сахалин, Курилы, Северный Кавказ, Западная Сибирь, в мире это Сальвадор, Гватемала, Южная Америка и другие.
Источник фото: пресс-служба Томского политехнического университета