Карин Шатене, инженер-строитель в Verkis

Хорлейкур Йоханссон, инженер-механик в Verkis

Стейнунн Хауксдотир, директор отдела картографии и разведки, ISOR

Казахстан входит в топ-10 наиболее энергоемких экономик мира, главным образом благодаря: (1) высокому вкладу энергоемких отраслей в валовой внутренний продукт (ВВП), включая энергетический и добывающий сектор; (2) низкой энергоэффективности в ключевых энергопотребляющих секторах; и (3) неблагоприятным климатическим условиям.

Казахстан является крупным производителем и экспортером нефти и газа. В Казахстане только в секторах производства электроэнергии и тепла ежегодно потребляется около 30 миллионов тонн нефтяного эквивалента (тнэ) энергии. 74% из них приходится на уголь, 21% - на природный газ и около 1% - на нефть и нефтепродукты. В то время как объем добычи в стране мог бы удовлетворить общий спрос на газ, поставки внутри Казахстана не всегда полностью надежны, и некоторые центральные и северные регионы испытывают нехватку газа. Использование природного газа домашними хозяйствами в основном зависит от наличия газовых сетей и цен. Тем не менее, согласно опросу, проведенному Международным энергетическим агентством (МЭА), уголь и дрова использовались 30% казахстанских домохозяйств в 2018 году.

Климат страны характеризуется суровыми зимами, а потребление энергии для обогрева бытовых помещений вели-ко. Сектор отопления помещений является основным потребителем энергии в Казахстане, и отсутствие инвестиций сделало этот сектор одним из самых энергоемких в стране. Согласно исследованию Международного энергетического агентства «Чистое потребление энергии в домашних хозяйствах в Казахстане: дорожная карта», потребление энергии в жилых домах для отопления составило около 116 500 ГВт ч в 2018 году и, как ожидается, увеличится до 142 900 ГВт ч к2030 году при инерционном сценарии, что представляет собой увеличение на 22% по сравнению с 2018 годом.

Несмотря на государственные субсидии, благодаря которым цены на энергоносители для граждан остаются низкими по сравнению с другими странами мира, энергетическая бедность в Казахстане остается проблемой: 67% домохозяйств в сельской местности

по-прежнему используют уголь в качестве основного источника отопления. Несмотря на относительно низкие цены на энергоносители и изобилие энергоресурсов, многие домохозяйства не могут позволить себе адекватные энергетические услуги из-за сочетания неравенства доходов, высокого спроса на отопление и энергетической неэффективности. Кроме того, сжигание угля и твердого топлива для отопления приводит к загрязнению помещений и представляет серьезную опасность для здоровья.

На сегодня было разработано несколько проектов по возобновляемым источникам энергии (ВИЭ), и те, которые разрабатываются, в основном предназначены для производства электроэнергии. По оценкам, в 2016 году на долю ВИЭ приходилось менее 2,4% от общего объема поставок первичной энергии в Казахстане, в основном разделенной между биомассой и гидроэнергией. Этот низкий процент привел Казахстан к принятию амбициозных целей и политических мер по развитию возобновляемых источников энергии, направленных на увеличение использования возобновляемых источников энергии. Эти цели включают увеличение доли возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии, стремясь к тому, чтобы к 2050 году она составляла не менее 50%.

Кроме того, Казахстан принял ряд политических мер для поддержки инвестиций в проекты ВИЭ.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ РЕСУРС

Геотермальные ресурсы - жидкости внутри Земли, хранящиеся в геологических образованиях в ее коре. Они могут характеризоваться различными параметрами, такими как температура, давление и энтальпия. Возможно, наиболее распространенной категориза- цией является температура: низкая (~от20 до 80°С), средняя (от 80 до 150°С) и высокая (>150°С). Такая практическая классификация позволяет легко согласовать ресурс с его потенциальным использованием. Высокотемпературные ресурсы часто являются приоритетными для производства электроэнергии. Низкотемпературные и среднетемпературные источники менее подходят для выработки электроэнергии, но они гораздо более распространены и подходят для непосредственного использования. Прямое использование геотермальной энергии относится ко всем областям применения, где ценный товар извлекается непосредственно из геотермальных жидкостей из тепла, минералов и газов (см. рисунок1).

Каждая геотермальная система уникальна по своему химическому составу и типу геологической формации, в которой она находится. Тщательное исследование и изучение ресурса критически важны для успешного развития проектов. Такие факторы, как глубина залегания, доступность, изобилие ресурсов и характеристики геотермального флюида, необходимо учитывать при принятии решения о методе использования; для выработки геотермальной энергии или приложений прямого использования.

Теоретически геотермальной энергии хватит до тех пор, пока ядро Земли нагревает жидкости в земной коре. В то время как некоторые жидкости выходят естественным путем через горячие источники, большинство ресурсов с низкой и средней температурой эксплуатируются путем бурения и откачки их из резервуаров. Там, где целью является устойчивое, долгосрочное использование, ключевым моментом является достижение состояния, при котором естественное пополнение резервуара в сочетании с повторной закачкой находится в равновесии с эксплуа тацией сточки зрения расхода и температуры.

Ограниченное прямое использование геотермальной энергии в странах указывает на определенные барьеры, включая: (1) ограниченное знакомство с ресурсом; (2) проблемы в согласовании местоположения ресурса с производственным процессом, в котором он используется; (3) относительно небольшие производ- ственные мощности, которые ограничивают интерес и доступность капитала от инвесторов; и (4) адекватность нормативной правовой базы и государственной политики. Однако технология прямого использования геотермальной энергии относительно проста. Экономическая деятельность, в которой в качестве сырья используется тепло, идеально подходит для прямого использования геотермальной энергии, и рынки частного капитала постепенно осознают денежные выгоды от благоприятных для климата и устойчивых проектов.

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ В КАЗАХСТАНЕ

Считается, что Казахстан обладает значительными геотермальными ресурсами с низкой и средней температурой, главным образом в осадочных бассейнах (см. рисунок 2). 

Эта информация получена из существующих глубоких скважин, которые в основном были пробурены как нефтяные и/или газовые скважины и дали горячую воду. Поверхностные проявления (горячие источники) также свидетельствуют о наличии таких ресурсов. Кроме того, существуют параллели между геологическими условиями (глубокие осадочные бассейны) в некоторых частях Казахстана и геологическими условиями осадочных бассейнов в других частях мира с широким использованием низкотемпературной геотермальной энергии (например, в Восточной Европе и Китае).

Геотермальные ресурсы Казахстана в настоящее время минимально используются для спа-салонов, бань и теплиц. Тем не менее потенциал страны подходит для прямого использования, такого как централизованное отопление помещений, агропромышленный комплекс (например, теплицы, сушка пищевых продуктов, пастеризация) и бальнеология для здоровья, отдыха и туризма. Помимо того, что геотермальная энергия является местным возобновляемым источником энергии, она может способствовать сокращению выбросов парниковых газов и местного загрязнения, связанного с использованием ископаемого топлива для получения тепла (включая природный газ, нефть и уголь).

Комплексные исследования геотермальных ресурсов Казахстана были проведены в 1980-х годах в наиболее перспективных регионах южного Казахстана. Эти исследования включали поисковые и оценочные работы в 1982-1991 годах в отношении отопления помещений и горячего водоснабжения в Туркестане и Арысе, а также в Алматинской области. Результаты показали значительные геотермальные запасы и были подтверждены входе предварительного технико-экономического обоснования, проведенного в 2022 году.

В 2006 году было проведено технико-эконо-мическое обоснование 40 существующих глубоких скважин в южной и юго-восточной частях страны, в результате которого были определены наиболее перспективные районы для дальнейших поисков и разведки.

В 2008 году в Жар кентском суббассейне на юго-востоке Казахстана была проведена оценка эксплуатируемых геотермальных запасов, которая включала исследование глубокой скважины (2800 м), производящей воду с температурой 90°С. Она в дальнейшем снабжала тепловой энергией большой тепличный комплекс.

В 2015-2016 годах Министерство энергетики и минеральных ресурсов Казахстана провело глубокое разведочное бурение для получения геотермальной энергии на участке Жар кун а к в бассейне реки Жар- кент, чтобы оценить, существуют ли в этом районе достаточные запасы геотермальной энергии для прямого использования. Этот проект был успешным, и на месте использовалась горячая вода средней температуры из 2-3 скважин.

Геотермальные системы в Казахстане были выявлены в западной, южной и центральной частях страны и, как правило, расположены в осадочных бассейнах, в 2019 году был опубликован краткий отчет «Предварительный обзор геотермальных ресурсов в Казахстане». Некоторая доступная информация была собрана из скважин, пробуренных специально с целью геотермальной разведки, в то время как нефтегазовые разведочные скважины также являются хорошим источником геотермальной информации.

Значительная потребность в адекватных услугах отопления для населения Казахстана, предоставляемых устойчивым образом, дает возможность оценить потенциал и характеристики геотермальных энергетических ресурсов в Казахстане и определить, можно ли и как их использовать для удовлетворения некоторых энергетических потребностей домашних хозяйств и отраслей промышленности.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ С НИЗКОЙ/СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ В КАЗАХСТАНЕ

Имеющаяся информация указывает на то, что геотермальные ресурсы в Казахстане сопоставимы с теми, которые наблюдаются во многих местах в Китае, Франции, Германии и Восточной Европе, где были успешно реализованы проекты прямого использования для централизованного теплоснабжения, а также агропромышленного комплекса и бальнеологии.

Системы централизованного теплоснабжения - это эффективный способ использования геотермальных ресурсов для обогрева помещений и, возможно, для горячего водоснабжения бытовых нужд. В Казахстане сектор отопления помещений является основным потребителем энергии в стране, что оказывает дополнительное воздействие с точки зрения выбросов парниковых газов. Эта ситуация может быть улучшена там, где геотермальные ресурсы имеются вблизи городских районов и где системы являются технически и экономически жизнеспособными. Следовательно, считается, что этот сектор обладает большим потенциалом для прямого использования геотермальной энергии. Но следует также изучить другие области применения, такие как производство продуктов питания (для теплиц, сушки пищевых продуктов, разведения рыбы и подогрева почвы), а также для индустрии термальных ванн и отдыха в Казахстане, которая обладает значительным потенциалом.

ПРЯМОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В КАЧЕСТВЕ ВАРИАНТА ДЕКАРБОНИЗАЦИИ

Веское обоснование прямого использования гео-термальной энергии заключается в ее способности содействовать декарбонизации тепла. Около половины всего конечного потребления энергии во всем мире приходится на тепловую энергию, что явно превышает потребление энергии для других целей. Кроме того, декарбонизация теплоснабжения оказалась сложной задачей. Технологии ВИЭ, которые становятся экономически эффективными в производстве электроэнергии, еще не достигли прорыва в вытеснении топлива для отопления. В настоящее время только около 10,4% мирового спроса на тепло удовлетворяется за счет современных возобновляемых источников энергии и только 0,3% - за счет прямого использования геотермальной энергии (МЭА2020с).

Использование геотермальной энергии Казахстана путем прямого использования может также обеспечить другие преимущества на местном и национальном уровнях за счет укрепления энергетической независимости, содействия развитию разнообразия в секторе устойчивой энергетики и поддержки различных отраслей конечного потребления.

Причины, по которым Казахстану следует изучить потенциал прямого использования геотермальной энергии, с особым акцентом на использование геотермального тепла и того, как его можно развивать, чтобы приносить экономические и социальные выгоды различным слоям населения и в конечном итоге способствовать достижению различных экономических и политических целей, которые часто недостаточно решаются частным сектором, такие, как повышение продовольственной безопасности, борьба с энергетической бедностью, повышение энергетической независимости, содействие экономическому развитию, смягчение последствий изменения климата, повышение устойчивости к нестабильным ценам на энергоносители и продвижение декарбонизации.

Прямое использование геотермальной энергии хорошо подходит для экономических операций, которые зависят от тепла в качестве источника энергии, и частные финансовые рынки постепенно начинают осознавать финансовые преимущества, которые обеспечиваются экологически чистыми и надежными проектами.

Технические параметры, определяющие проектирование геотермальных систем, включают температуру и доступные скорости потока, которые определяют энергетический потенциал данного ресурса. Стоимость геотермальной системы прямого использования сильно зависит от ресурса, местоположения (удаленности от конечного потребителя), коэффициента мощности и химического состава. Подготовка геотермального проекта часто является длительным процессом, который может потребовать больших капитальных затрат на запуск проекта. Поэтому крайне важно проводить подготовку проекта систематически и дисциплинированно, чтобы принимать обоснованные решения на каждом этапе.

Как и во всех геотермальных проектах, прямое использование Казахстаном геотермальных ресурсов с низкой и средней температурой должно планироваться и осуществляться осторожно. Чрезмерная эксплуатация в течение длительного периода может оказать необратимое воздействие на ресурс или повлиять на него таким образом, что для его восстановления потребуется много времени.

БЛАГОПРИЯТНАЯ СРЕДА ДЛЯ ПРЯМОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

Где имеет наибольший смысл поддерживать развитие прямого использования геотермальных ресурсов? На этот вопрос нелегко ответить, если не будут тщательно оценены экономическая целесообразность и социальная желательность каждого геотермального района. Даже в тех случаях, когда имеется подходящий ресурс для необходимых применений, жизнеспособность проектов прямого использования геотермальной энергии зависит от адекватной благоприятной среды. Это требует поддержки со стороны государственных и частных заинтересованных сторон, включая местные сообщества, окружающие геотермальные районы, которые могут извлечь выгоду из их развития. Благоприятная среда характеризуется знаниями о геотермальной энергии, государственной политикой, правовой базой и социальным признанием и поддержкой сообщества.

Знания о геотермальных ресурсах страны являются ключевыми и снижают риск развития геотермальной энергетики. Составление карты геотермального потенциала Казахстана на региональном или страновом уровне является необходимым первым шагом. Важно учитывать местные условия и экологические и социальные последствия, которые имеют эти места. Качество имеющихся данных о местных ресурсах в сочетании с информацией о потенциальных рынках для различных применений имеет решающее значение для определения осуществимости проектов прямого использования геотермальной энергии. Во многих странах с геотермальными энергетическими ресурсами, включая Казахстан, могут отсутствовать базовые соответствующие знания и опыт, что может стать препятствием для инновационного мышления о том, как их использовать и эффективно внедрять. Это может быть решено на национальном уровне путем реализации образовательных стратегий с акцентом на области, связанные с использованием геотермальной энергии. Важно информировать политиков о преимуществах прямого использования геотермальной энергии, уделяя особое внимание вкладу в социально-экономическое развитие. В этих усилиях также можно подчеркнуть стимулы гендерного равенства и инклюзивности.

Страны, использующие геотермальную энергию, имеют под рукой или могут создать инструменты для поощрения инвестиций в проекты прямого использования геотермальной энергии в рамках своих общих национальных целей и политики. Инвестиции в прямое использование геотермальной энергии могут поступать как из частного, так и из государственного секторов или в форме государственно-частного партнерства. Во всем мире государственный сектор был основным источником риска в качестве разра-ботчика геотермальных ресурсов из-за выпуска долговых обязательств по более низким процентным ставкам. Правительства могут также создать механизмы распределения рисков, которые защищают частные компании на этапах разведки и обеспечивают совместное использование выгод при обнаружении и разработке геотермальных ресурсов. Нефинансовые выгоды от прямого использования геотермальной энергии, такие как диверсифика­ция энергетического сектора страны, долгосрочное сокращение выбросов парниковых газов в стране, стимулирование национальной экономики за счет создания рабочих мест и содействие гендерному равенству в местном сообществе, также имеют значение для расширения масштабов геотермальной энергетики.

Сообщества, расположенные вблизи геотермаль­ных зон, могут извлечь выгоду из различных аспектов, связанных с разработкой и эксплуатацией проекта.

Поэтому, как правило,хорошей практикой является привлечение местного сообщества и его организаций на ранних стадиях разработки проекта (на стадии пла­нирования проекта) и проведение широких консуль­таций с общественностью. Это включение-лучший способ поделиться многими преимуществами разви­тия проектов геотермальной энергетики и ее непо­средственного использования с сообществами, такими как повышение качества жизни, расширение возмож­ностей трудоустройства и более здоровое общество.

ПОДГОТОВКА ПРОЕКТА ПРЯМОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

Мы обсудили геотермальный ресурс и то, как благоприятная среда способствует успеху проекта, но не менее важно и то, как проект подготовлен. Подготовка геотермального проекта часто представляет собой процесс, который может потребовать до 30% капитальных затрат, необходимых для запуска проекта (в значительной степени зависит от потребностей в бурении и имеющейся инфраструктуры). Поэтому очень важно проводить подготовку проекта систематически и дисциплинированно, чтобы максимально увеличить шансы на принятие обоснованных решений.

Необходимые усилия для завершения геотермального проекта варьируются в зависимости от его размера и сложности. Однако разработка геотермального проекта включает в себя этапы, в конце которых разработчик проекта решает, продолжать ли проект или нет. Таким образом, все заинтересованные стороны проекта четко понимают цели проекта, риски и точки принятия решений на каждом этапе.

Наконец, чтобы подготовить успешный проект, разработчик должен обеспечить лучшие практики в проведении исследований для оценки геотермальных ресурсов, соблюдения экологических требований, анализа рынка и технического проектирования, а также обеспечить взаимодействие с заинтересованными сторонами для демонстрации преимуществ проекта и минимизации риска местного противодействия.

ВЫВОДЫ

Геотермальные ресурсы в Казахстане-это геотермальные ресурсы с низкой и средней температурой. Ожидается, что крупномасштабное производство электроэнергии не будет конкурировать с другими источниками энергии в стране. Хотя в определенных местах, где температура достаточно высока, можно рассмотреть возможность использования небольших геотермальных электростанций в сочетании с производством тепла для повышения экономической жизнеспособности таких проектов.

Казахстан должен стремиться к прямому использованию своих геотермальных ресурсов. В этом смысле ожидается, что замена традиционных источников тепла, которыми в основном являются природный газ или уголь, прямым использованием геотермальной энергии положительно повлияет на изменение климата, улучшит качество местного воздуха и повысит энергетическую независимость местных сообществ. Кроме того, изучение возможности превращения геотермальной энергии прямого использования в ресурсный парк с несколькими потребителями, реализующими дополнительные приложения прямого использования в каскадной системе использования тепла, позволит повысить эффективность и оптимально использовать общий тепловой потенциал, доступный в геотермальных зонах.

Геотермальные проекты, которые имеют возможность разрабатывать различные приложения прямого использования, могут иметь более высокие первоначальные затраты на разведку и строительство, но как только определено жизнеспособное местоположение, они предлагают более широкие и диверсифицированные источники дохода. Это открывает бизнес-возможности для прямого использования геотермальной энергии, но требует тщательного анализа потребностей рынка: текущих и перспективных.

Разработка эффективной и всеобъемлющей нормативно правовой базы для использования геотермальной энергии и централизованного теплоснабжения в Казахстане должна быть приоритетной задачей. Эта нормативная база должна охватывать следующие аспекты: определение геотермальных ресурсов; четкие права собственности и доступа; лицензирование, разрешения и сборы; институциональная юрисдикция; четкое разграничение принципов управления ресурсами и ответственности; экологические нормы.