Геотермальные ресурсы разделяют на повсеместно распространенные и локализованные. Повсеместно распространенные геотермальные ресурсы представлены теплом, которое аккумулировано твердыми горными породами. Локализованные геотермальные ресурсы — это участки земной коры с аномально высокими температурами. Они представлены очагами магмы, высокотемпературными газами, парами и водами. Повсеместно распространенные геотермальные ресурсы в пределах суши на глубинах до 8км составляют примерно 8∙1023 кДж. Локализованные геотермальные ресурсы можно оценить лишь весьма приближенно по количеству подздемных вод и их температуре на заданной глубине. Полагают, что теплосодержание подземных вод в толще земной коры до 5 км составляет около 16·1018 кДж, а в толще до 8 км — 26,8·1018 кДж. Локализованные геотермальные ресурсы имеют более высокую концентрацию, но меньше по абсолютному значению, чем повсеместно распространенные.
В настоящее время практическое применение находит тепло парогидротерм и термальных вод в России, Италии, Исландии, Новой Зеландии, Японии, США, Мексике, Венгрии (всего в 80 пунктах земного шара).
В основном это тепло используется для теплофикации и частично для выработки электроэнергии. Впервые электроэнергия на базе использования тепла термальных вод была получена в Италии в 1889 г. В России на базе термальных вод функционирует Паратунская электростанция на Камчатке. Суммарная мощность всех электростанций в мире, работающих на базе термальных вод, невелика и составляет в настоящее время около 1 млн кВт. Самая мощная электростанция такого типа функционирует в Италии. Ее мощность достигает 320 мВт. В России прогнозируется создание более мощной электростанции в районе г. Махачкалы на базе термальных вод с температурой до 423К (150°С), которые будут добывать с помощью скважины, пробуренной на глубину до 5 км. Широкие возможности по использованию энергии термальных вод имеются в районах Сибири и юго-восточных районов России, где разведано более 50 бассейнов термальных вод с температурой 353-393 К (80÷120°С), а в вулканических районах до 573 К (300°С).
С точки зрения энергетики будущего большой интерес представляет использование глубинного тепла горных пород, залегающих на глубинах до 6-8 км, имеющих температуру 423-473К (150÷2000С). В настоящее время ведутся исследования по разработке систем извлечения геотермических ресурсов.
Системой извлечения называется комплекс естественных и искусственных каналов и технических средств вывода тепла из недр земной коры на поверхность. Система извлечения включает в себя породные теплообменники, вскрывающие каналы, подвижный теплоноситель, комплекс технических средств.
Породные теплообменники представляют собой объемные области массива горных пород с повышенной температурой, большой теплообменной поверхностью и проницаемостью, достаточной для фильтрации жидкого теплоносителя. Основной задачей породных теплообменников является интенсификация процесса отбора тепла от массива горных пород и передача его жидкому теплоносителю. Породные теплообменники могут быть естественными или искусственными, создаваемыми с помощью специальных взрывов в одной скважине или в серии скважин.
Вскрывающие каналы служат для отвода на земную поверхность теплоносителя. Они могут быть также естественными и искусственными. В качестве естественных вскрывающих каналов могут служить пористые пласты или трещиноватые породы, залегающие в массиве непроницаемых пород, соединяющие породные теплообменники с земной поверхностью. Искусственные вскрывающие каналы представляют собой скважину или систему скважин, пробуренных до глубины залегания породных теплообменников.
В качестве подвижного теплоносителя могут быть газы, пары парогазовые смеси, вода. Подвижные теплоносители подразделяют на природные (эндогенные) и нагнетаемые с земной поверхности к породному теплообменнику (техногенные).
Движение теплоносителя по вскрывающим каналам может быть естественным и принудительным. Естественное движение имеет место в том случае, когда давление в породном теплообменнике достаточно для перемещения теплоносителя по вскрывающим каналам на темную поверхность.
В этом случае подпитка породного теплообменника жидким теплоносителем осуществляется за счет естественной циркуляции или за счет термодиффузии влаги в массиве.
Принудительное движение теплоносителя по вскрывающим каналам возможно обеспечить путем нагнетания его через подающую скважину или систему подающих скважин к породному теплообменнику с последующей откачкой теплоносителя через заборную скважину. Нагнетаемый в теплообменник теплоноситель (нисходящий поток) отличается от откачиваемого (восходящий поток) не только температурой и теплосодержанием, но и агрегатным и химическим составом.
Задачей комплекса технических средств является улавливание и сбор теплоносителя, поддержание заданного напора и расхода нисходящего и восходящего потоков теплоносителя, отбор тепла от выведенного на поверхность теплоносителя и изменение его агрегатного и химического состава, передача тепла от получаемого теплоносителя рабочему теплоносителю с заданными параметрами.
В настоящее время вполне реальными являются проекты использования геотермальных ресурсов с применением искусственных покрывающих каналов и зон повышенной трещиноватости массива на рабочих горизонтах (породных теплообменников). Теплопроизводительность породного теплообменника (количество тепла, отдаваемое теплоносителю в единицу времени) зависит от его объема и температуры пород. С целью вовлечения в активную область теплообмена с теплоносителем как можно большего объема пород рекомендуют создавать одну нагнетательную скважину и несколько отводящих. Нагнетательная скважина служит для нагнетания в породный теплообменник теплоносителя (воды), а отводящие скважины — для отвода нагретого теплоносителя от породного теплообменника до земной поверхности. На уровне рабочего горизонта каждую отводящую скважину состыковывают с нагнетательной путем искривления ствола скважин при их бурении. Искривленные участки скважин на уровне рабочего горизонта подвергают торпедированию с целью создания продольных (вдоль скважин) зон дробления массива с повышенной проницаемостью, которые в совокупности представляют породный теплообменник.
Соединение вертикальной нагнетательной скважины с каждой отводящей может быть осуществлено, если последние будут пробурены под некоторым углом к вертикали в направлении нагнетательной скважины так, чтобы их соединение произошло на уровне рабочего горизонта. При этом топедированию подвергаются нижние участки отводящих скважин. В этом случае теплопроизводительность породного теплообменника будет ниже по сравнению с вариантом искривленных на уровне рабочего горизонта отводящих скважин, так как объем породного теплообменника будет меньше. Под объемом породного теплообменника понимают объем зоны дробления массива на уровне рабочего горизонта с повышенной проницаемостью.