Аналіз ризиків та можливостей безпечного використання геотермального ресурсу затоплених шахт

Abstract

Метою даної роботи є проведення комплексного аналізу потенційних ризиків, пов’язаних з експлуатацію геотермальних систем різних типів на затоплених шахтах, обумовлених їх гірничотехнічними, гідрогеологічними, гідрохімічними та техніко-економічними чинниками. Методика включає збір й аналіз даних про геотермальні, геохімічні, фільтраційні та інші властивості породного масиву і шахтних вод, а також гірничотехнічні умові розробки корисних копалин, які впливають на роботу геотермальних систем на затоплених шахтах. Результати. Оцінено ступінь впливу різних за походженням ризиків на стійкість роботи геотермальних систем, яка підтверджується реальним досвідом їх експлуатації на закритих шахтах у різних країнах світу. На прикладах експлуатації десятків геотермальних систем систематизовано ризики, пов’язані з плануванням, розміщенням, експлуатацією та економічними чинниками. На типовому прикладі показано зміни енергетичної ефективності систем від глибини та параметру СОР на основі критерію, що визначається як відношення отриманої від них теплової енергії до теплового еквівалента електричної енергії, що витрачається на експлуатацію. Системи закритого типу можуть бути відносно більш енергоефективними порівняно з системами відкритого типу, але через меншу теплову потужність можуть виявитися економічно недоцільними. Наукова новизна. Шляхом комплексного підходу встановлено позитивний та негативний вплив природних та техногенних чинників на ефективність довготривалої експлуатації геотермальних систем залежно від способу вилучення тепла з шахтних вод, а також причини й механізми виникнення потенційних ризиків, які можуть загрожувати стійкій роботі систем. Практична значимість. Проведений аналіз є необхідним для всебічного врахування та своєчасного попередження ризиків, що є обов’язковою складовою проєктів техніко-економічного обґрунтування геотермальних систем на затоплених шахтах для стабільної, довготривалої та екологічно безпечної експлуатації. Ключові слова: затоплена шахта, шахтні води, геотермальні системи, експлуатація, ризики

The purpose of this study is to make a comprehensive analysis of potential risks associated with the operation of geothermal systems of various types in flooded mines induced by mining-technical, hydrogeological, hydrochemical, and technical and economic factors. Methodology includes the collection and analysis of data on geothermal, geochemical, flow and other properties of rocks and mine water, as well as mining-technical conditions for extracting minerals, which affect the operation of geothermal systems in flooded mines. Results. We assessed the influence of the risks of different origins on the sustainability of geothermal system performance based on the real experiences of their operation in closed mines in different countries around the world. Risks associated with planning, placement, operation, and economic factors are systematized on the examples of the operation of dozens of geothermal systems in different countries of the world. A typical example shows how energy efficiency depends on the depth and COP based on a criterion defined as the ratio of thermal energy recovered to the thermal equivalent of electrical energy spent on the operation. Closed-loop systems can be relatively more energy efficient compared to open-loop systems, but due to lower thermal capacity, they may not be economically feasible. Scientific novelty. Through an integrated approach, we estimated the positive and negative impacts of natural and man-made factors on the long-term operation efficiency of geothermal systems, depending on the method of mine water heat recovery, as well as the causes and mechanisms of potential risks that can threaten the sustainable operation of the systems. Practical significance. The analysis made is necessary for comprehensive consideration and timely prevention of risks to be mandatorily included in feasibility studies of geothermal systems in flooded mines to ensure stable, long-term, and environmentally safe operation. Keywords: Flooded mine, mine waters, geothermal systems, operation, risks