Исследование процессов теплопереноса в породах Авачинской площади в естественном состоянии при перспективном получении геотермальной энергии

Современные темпы развития промышленности крупных стран в условия глобального истощения традиционных видов топлива требуют поиска и повышения степени использования возобновляемых источников энергии. Немалую долю в топливно-энергетическом балансе нашей страны может составить геотермальная энергетика, что особенно перспективно для Камчатки. Уже в настоящее время до 30% энергопотребления центрального энергоузла Камчатского края обеспечивается за счет геотермальных источников. Однако, согласно ежегодного доклада Геотермальной Энергетической Ассоциации (США), среди стран мира, использующих геотермальную энергию, Россия занимает только 14 место с показателем установленной мощности ГеоЭС в 97 МВт, при этом большая ее часть приходится на Камчатку. Более того, потенциальные запасы геотермальной энергии в регионе превышают 2 ГВт.

В настоящее время, на эксплуатируемых месторождениях Камчатки, в качестве энергоресурса используется однофазный теплоноситель (пар или вода), либо пароводяная смесь. Эффективность преобразования тепловой энергии данного теплоносителя в электрическую незначительна, вследствие его невысокого эксергетического потенциала. С учетом мирового уровня развития технологий бурения и обустройства скважин в высокотемпературных зонах, последние годы привлекает внимание, прежде всего с экономической точки зрения, разработка областей близповерхностных магматических очагов. В недрах таких систем существуют Р-Т условия для формирования надкритических областей флюида. Добычные скважины, пробуренные в такие области, будут иметь более высокую энтальпию добываемого флюида и более высокую продуктивность, чем скважины на месторождениях парогидротерм. Глубокие скважины, пробуренные на месторождениях Geysers и Salton Sea (США), Kakkonda (Япония), Larderello (Италия), Krafla (Исландия) и Los Humeros (Мексика), вскрыли на забое области с температурой, превышающей критическую точку воды – 374°С. На Камчатке наличие близповерхностных магматических очагов подтверждено геофизическими исследованиями на Ключевской и Авачинско-Корякской группе вулканов.

Лабораторное исследование процессов тепломассопереноса, протекающих в таких системах при высоких термодинамических параметрах, требует наличия дорогостоящего оборудования и значительного времени исследования. В связи с чем, в последнее время, в мире получило развитие численное моделирование гидрогеотермальных и магматогенно-геотермальных процессов в геотермальных системах. В качестве инструментов используются различные программные комплексы (ПК), в том числе свободно распространяемый ПК HYDROTHERM. Используемые в численных экспериментах математические модели основываются на фундаментальных законах сохранения массы и энергии, чем обеспечивается достоверность получаемых результатов, при условии адекватной калибровки численных моделей по всей совокупности доступных фактических данных.

В последнее время Авачинская геотермальная площадь вновь стала привлекать внимание как перспективный источник энергоснабжения для г. Петропавловска-Камчатского. В 2015 г. НИГТЦ ДВО РАН в рамках контракта с КГБУ «Региональный центр развития энергетики и энергосбережения» выполнил работы по исследованию геотермальных ресурсов Авачинской группы вулканов. С 2016 г. начаты работы по оценке теплоэнергетического потенциала Авачинской геотермальной площади, проводимые АО «Росгеология» при участии НИГТЦ ДВО РАН. В связи с этим, исследование теплопереноса в горных породах Авачинской геотермальной площади весьма актуально и необходимо как часть комплекса исследований системы. <...>