От экологии к зелёной энергетике

Экология, энергетика и экономика взаимосвязаны, темпы роста последней неизменно сопровождаются увеличением производства и потреблением энергии с последующим повышением техногенной нагрузки на окружающую среду, загрязнением воздушного пространства вредными отходами.

В этом отношений Алматы очень уязвим. Если для равнинных городов спасением являются выдувающие ветры, то горы Заилийского Алатау окружают город словно подкова с востока, юга и частично с запада, образуя свообразный котлован, в результате чего загрязненный воздух из нижних слоев переносится в верхние и в виде смога, состоящего из вредных химических примесей, пыли, повисает над городом. Смог хорошо виден из космоса.
На загрязненность воздушного бассейна города влияют и неблагоприятные климатические условия, приводящие к накоплению вредных примесей. Основные факторы – горизонтальный ветровой поток и межслойный воздушный обмен, обусловленный орографическими особенностями города. В зимний период во время отопительного сезона над городом распространяется дым – стабильный и инертный. В летнее время ежесуточно долинный ветер северных румбов вытесняет загрязненный городской воздух в горы, они в течение дня обволакиваются дымкой, заметной невооруженным глазом. К вечеру взвесь пыли и газа в силу конвекции оседает на горные склоны, отсюда вместе с тающей водой ледников вся эта химия попадает в реки и подземные резервуары.
Так что же нам делать для удаления зловещего смога, нависшего над нашим прекрасным городом, сделать воздух чистым, небо – прозрачным. Предлагается технологическое решение, направленное на обращение вреда в пользу. Суть решения заключается в использовании классических законов физики и аэродинамики горно-долинной циркуляции воздушной массы с учетом ряда факторов, характерных для конкретной местности, а именно: юго-восточного направления ветра в ночное время, разности высоких и низких атмосферных давлений и температуры. При реализации решения на практике зоны высоких атмосферных давлений и температуры внизу и низких давлений и температуры на высоте соединяются тонкостенными теплопоглащающими трубопроводами, окрашенными в черный цвет. На стенки трубопроводов на всей протяженности вставляются параболоидные линзы, усиливающие эффект нагревания воздуха внутри трубопроводов от солнечных лучей вплоть до температуры плавления металла. Выходы трубопроводов будут ориентированы в юго-восточном направлении на смог дыма. За счет разности давлений и температуры внутри трубопроводов образуются сжатые реки ветра ураганной силы, и при открытии заслонки в ночное время, наличии вертикальной тяги, набирая дополнительные массы нагретого воздуха из околотрубопроводного пространства, однонаправленно сливаясь с юго-восточным направлением ветра, он вытесняет смог в сторону северо-восточной части города. Там навстречу движению смога по расчетной схеме на высотных башнях устанавливаются объемно всасывающие эжекторы с отсадкой вредных веществ, пропускающие через себя воздушные потоки с ускорением. Далее очищенный воздух идет на города Талгар, Иссык, Капшагай и другие населенные пункты, сельхозугодья.
Техническая особенность и экономическая выгода технологического решения в том, что она осуществляется без единого движущегося механизма, без затрат энергии, с минимальным числом обслуживающего персонала. Для того чтобы убедиться в реализуемости и эффективности данного решения, следовало бы спроектировать и протянуть хотя бы одну пробную нитку трубопроводов и установить высотные эжекторы для очистки воздуха, что можно сделать при незначительных финансовых затратах и малом времени.
Теперь об освоении энергии из горячих источников Алматы. Выгодность производства электрического тока из геотермальных источников объясняется следующим основополагающим обстоятельством. Конечный продукт добычи и переработки нефти, газа, угля и расщепление урана – перегретый пар, который вращает турбины тепловых и атомных электростанций, вырабатывая электричество, тогда как геотермальные воды в недрах земли в состоянии пара самой природой созданы готовыми к употреблению.
Геотермальные воды известны с древних времен. Ими отопливались знаменитые древнеримские бани. Первая геотермальная электростанция была построена в 1904 году в итальянском городке Лардерелло, затем в США в начале 1930-х годов, в России – в 1965 году.
Ныне энергия подземных горячих источников промышленно освоена в 75 странах мира. Последние годы геотермальные станции как грибы после дождя растут в Испании, Китае, Голландии, Дании, Норвегии, Франции, Мексике, Израиле, Японии и т. д. Исландия давно отказалась от традиционных источников энергии и полностью перешла на использование геотермальных источников для производства электрического тока и теплоснабжение городов и населенных пунктов. Сейчас Исландия занята реализацией проекта экспорта электрической энергии геотермальных источников в Великобританию.
По данным зарубежных ученых, помимо геотермальных источников в виде пара и воды неисчерпаемый источник энергии будущего – месторождения горячих горных пород.
В свете сказанного каковы ресурсы геотермальных источников в Казахстане, в частности в городе Алматы, и перспективы их освоения. По геологическим материалам обнаруженные запасы геотермальных вод до глубины 3500 м эквивалентны 97,1 млрд тонн условного топлива, что на порядок больше суммарных запасов нефти и газа страны, вместе взятых. Если их поиски углубить до глубины 7000 м, то запасы могут быть удвоены, утроены.
Кроме того, согласно геотермической карте недр на значительной части территории Казахстана на глубине ниже 2000 м
залегают мощные по размерам пласты горячих горных пород с температурой нагрева 300–350⁰С.
В окрестностях мегаполиса имеется Алматинский артезианский бассейн, где термальные воды залегают в интервале глубин 1500–2000 м, температура воды на изливе от 40 до 84⁰С, минерализация от 0,8 до 14,2 г/л, запасы эквиваленты 302 млн тонн условного топлива.
В черте города расположены восемь самоизливающихся скважин термальных вод. Что же мешает их подключению к теплосети Алматы, что позволит заметно снизить себестоимость горячей воды и тепла?
В странах Западной Европы подача геотермальной воды в теплосистему считается выгодной, если температура воды на изливе не ниже 20–30⁰С. У нас же этот показатель значительно выше, то есть выгодно.
Для выработки электрического тока с использованием геотермальных вод Алматинского артезианского бассейна необходимо в районе ТЭЦ пробурить скважины, по которым вода поступает в котлы электростанции для подогрева до состояния пара. Тогда в тепловых электростанциях существенно сокращаются объемы расхода угля, газа и топлива, отсюда сокращаются стоимость электроэнергии и вредные выбросы, исходящие от них в атмосферу. При этом используется схема замкнутой циркуляции, в которой отработанные воды обратно закачиваются в горячие пласты для подогрева, тем самым способствуя снижению негативных последствий геотермальной энергии для окружающей среды.
По данным зарубежной практики освоения геотермальных месторождений в качестве источников энергии, стоимость электроэнергии, производимой на современных геотермальных станциях, в среднем на 30% меньше, чем на ветровых электростанциях, и в 10 раз дешевле, чем на солнечных электроустановках.
Освоение геотермальных месторождений для выработки электрического тока и теплоснабжения в Казахстане, в частности в городе Алматы, лишь дело времени. Это огромный, пока промышленно нетронутый природный ресурс для развития конкурентоспособной экономики города, страны, меняющий их облик, создания здоровой жизненной среды для народа.
Вышеприведенная схема очищения воздушного пространства мегаполиса от смога, решение по обеспечению жителей экологически безопасной дешевой электроэнергией и теплом жизненно важны, социально значимы, научно обоснованы природными ресурсами, не сложны в исполнении. Чем скорее, тем лучше для всех нас.
Токтамыс МЕНДЕБАЕВ,
доктор технических наук