В России смогли сделать геотермальную энергию вдвое эффективнее
Ученые Пермского Политеха предложили способ почти вдвое снизить энергетические потери при добыче высокотемпературной геотермальной жидкости. Им удалось оптимизировать конструкцию водяного струйного насоса и впервые в мире повысить его эффективность до 46,4%. Разработка может заметно улучшить экономику геотермальной энергетики и расширить ее применение в глубоких высокотемпературных скважинах. Исследование опубликовано в сборнике «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».
Геотермальная энергетика относится к наиболее перспективным возобновляемым источникам: она использует тепло недр Земли для выработки электричества и тепла. В отличие от ископаемого топлива, такие ресурсы практически неисчерпаемы, а отработанная вода закачивается обратно в пласт для повторного нагрева, формируя замкнутый цикл. По прогнозам, к 2035 году мировой рынок геотермальной энергетики превысит 16 млрд долларов. При этом глобальные выбросы от сжигания топлива в 2025 году достигли рекордных 38,1 млрд тонн, что усиливает интерес к альтернативным источникам.
Ограничения существующих технологий
Основная техническая сложность связана с добычей горячей подземной жидкости из глубоких скважин (200–300 °C). В таких условиях применяются только струйные насосы, поскольку обычные центробежные не выдерживают температуры. Однако их КПД долгое время оставался низким — около 15–30%, что повышает стоимость геотермальной энергии.
Струйный насос работает за счет смешения потоков в камере, но из-за завихрений теряется значительная часть энергии.
Оптимизация конструкции и моделирование
Ученые ПНИПУ оптимизировали ключевые параметры — радиус и длину камеры смешения, а также расстояние до сопла. На основе трехмерной модели они подобрали конфигурацию, при которой потери потока минимальны.
«Мы подбирали варианты геометрии и наблюдали, как меняется скорость и структура потока. Это позволило найти режим с минимальными завихрениями», — пояснил профессор Сергей Пещеренко.
В итоге была достигнута эффективность 46,4%, что существенно выше показателей серийных насосов. При этом наибольшее влияние оказывает радиус камеры смешения. Результаты подтвердились экспериментально.
Разработка позволяет повысить эффективность добычи геотермальных вод с глубин более 1–2 км и может снизить стоимость геотермальной энергии, ускоряя развитие низкоуглеродной энергетики.
