Принцип работы геотермальной электростанции (ГеоЭС) практически ничем не отличается от принципа функционирования обычной тепловой электростанции (ТЭС). Различие состоит в первичном источнике энергии, которым в случае ТЭС является углеводородное топливо (мазут, уголь, газ), преобразующее воду в пар, который необходим для вращения турбины и производства электроэнергии. ГеоЭС получает пар из недр Земли в готовом виде, первичным (и возобновляемым) источником энергии здесь является тепло нашей планеты.

На прямое использование тепла недр сегодня приходится большая доля геотермальной энергетики (91 ТВт · ч). В этом направлении доминирует Китай (45 ТВт · ч в 2011 г.). Производство электричества составило в 2013 г. 76 ТВт · ч. Общий мировой объем генерирующих мощностей оценивается в 12 ГВт, в 2013 г. прирост составил 530 МВт, из которых 241 МВт пришелся на Новую Зеландию[120].

Мировым лидером в геотермальной электроэнергетике являются США с размером установленной мощности 3,4 ГВт, за ними следуют Филиппины (1,9), Индонезия (1,3), Мексика (1,0), Новая Зеландия (0,9), Италия (0,9), Исландия (0,7)[121]. России, увы, в списке лидеров нет, несмотря на богатые легкодоступные геотермальные ресурсы Камчатского края, Курильских островов и Кавказа. Наша страна располагает установленной мощностью 0,08 ГВт[122], немного уступая по этому показателю Никарагуа.

Лидером по доле геотермальной энергетики в национальной экономике, безусловно, является Исландия, славящаяся своими геотермальными источниками. «В Исландии в настоящее время более 60 % всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счет геотермальных источников обеспечивается 90 % отопления и 30 % выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, т. е. также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия служит своего рода мировым экологическим эталоном»[123].

Является ли геотермальная энергетика экологически чистой? Как и в любом ином виде человеческой деятельности, здесь многое зависит от используемых подходов и технологий.

Геотермальные водные ресурсы могут содержать целый набор газов, в частности двуокись углерода (CO2), сероводород (H2S), метан (CH4) и аммиак (NH3). В случае извлечения подземных жидкостей могут происходить выбросы данных веществ, способствующих загрязнению окружающей среды, кислотным дождям и т. п. Тем не менее существующие геотермальные электростанции характеризуются умеренным уровнем выбросов, составляющим в среднем в среднем 122 кг CO2 на мегаватт-час электроэнергии, что существенно ниже выбросов генерации на ископаемом топливе[124].

В дополнение к газам горячая вода из геотермальных источников может содержать такие токсичные элементы, как ртуть, мышьяк и бор. Эти химические вещества загрязняют окружающую среду, если после отработки использованные жидкости сливаются в грунт или водоемы. Современная практика геотермальной энергетики предусматривает закачку охлажденной геотермальной жидкости обратно в исходный водоносный горизонт, исключая ее контакт с окружающей средой. Данная технология реализуется и в России, в частности на Верхне-Мутновской ГеоЭС на Камчатке[125].

Добыча термальной воды (впрочем, как и обычной) может вызывать просадку или подвижки грунта, а чрезмерно активное использование геотермальных ресурсов с использованием технологий гидроразрыва пласта может даже провоцировать землетрясения. Например, в швейцарском Базеле геотермальный проект с участием городских властей был остановлен после того, как в результате закачки (инъекций) воды специалисты зафиксировали в течение первых шести дней более 10 000 (!) подземных толчков, сила которых достигала 3,4 балла по шкале Рихтера[126].

Таким образом, геотермальная энергетика не лишена экологических рисков, однако их уровень в целом ниже, чем у традиционной углеводородной энергетики.

Как следует из приведенных выше данных о распространении геотермальной энергетики, она занимает в мировой электрической генерации крошечную долю, которая оценивается примерно в 0,3 % выработки электроэнергии на Земле[127]. Хотя по прогнозу Международного энергетического агентства доля геотермальной энергетики будет увеличиваться и составит к 2050 г. 3,5 % мирового производства электричества, ее значение останется невысоким[128]. Поэтому создается впечатление, что с этой стороны угроза сырьевой власти отсутствует.

Однако это не совсем так. В экономически развитых странах технологии использования тепла окружающей среды и грунта создают серьезную конкуренцию традиционным источникам тепловой энергии, а тепло – это почти половина мирового потребления энергии[129]. Речь идет об использовании воздушных и геотермальных (грунтовых) тепловых насосов, которые прочно завоевали видное место на европейском и североамериканском рынке отопительного оборудования.

Тепловой насос по своей сути и принципу работы не отличается от обычного бытового холодильника и состоит из тех же самых компонентов (компрессора, испарителя, конденсатора, расширительного клапана). Отличается лишь направленность работы. Холодильник производит холод (понижает температуру) и отдает тепло в помещение, тепловой насос отбирает тепло у окружающей среды (воды, грунта, воздуха) и использует его для повышения температуры. Например, грунтовой тепловой насос преобразует тепло грунта, который на глубине нескольких метров круглогодично имеет постоянную плюсовую температуру, в более высокую температуру теплоносителя.