الطاقة الحرارية الجوفية: إيجابيات وسلبيات. مصادر الطاقة الحرارية الجوفية

الطاقة الحرارية الأرضية

بالفعل من الاسم ، من الواضح أنه يمثل دفء باطن الأرض. تحت قشرة الأرض توجد طبقة من الصهارة ، وهي عبارة عن سائل ناري يذوب سيليكات. وفقًا لبيانات البحث ، فإن الطاقة الكامنة لهذه الحرارة أعلى بكثير من طاقة احتياطيات العالم من الغاز الطبيعي ، وكذلك النفط. الصهارة - تظهر الحمم البركانية على السطح. علاوة على ذلك ، لوحظ أكبر نشاط في طبقات الأرض التي توجد عليها حدود الصفائح التكتونية ، وكذلك حيث تتميز قشرة الأرض بالنحافة. يتم الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية للأرض بالطريقة التالية: تتلامس الحمم البركانية مع الموارد المائية للكوكب ، ونتيجة لذلك تبدأ المياه في التسخين بشكل حاد. وهذا يؤدي إلى ثوران الينابيع وتكوين ما يسمى بالبحيرات الساخنة والتيارات تحت الماء. وهذا هو بالضبط تلك الظواهر الطبيعية ، التي تستخدم خصائصها بنشاط كمصدر لا ينضب للطاقة.

الطاقة الحرارية البترولية

في الوقت الحالي ، تُستخدم حرارة باطن الأرض على نطاق واسع في العالم ، وهذه هي طاقة الآبار الضحلة - حتى كيلومتر واحد. من أجل توفير الكهرباء أو الحرارة أو إمدادات الماء الساخن ، يتم تثبيت مبادلات حرارية في قاع البئر تعمل على السوائل ذات نقطة الغليان المنخفضة (على سبيل المثال ، الفريون).

في الوقت الحاضر ، يعد استخدام المبادل الحراري للبئر هو الطريقة الأكثر منطقية لإنتاج الحرارة. يبدو كالتالي: المبرد يدور في حلقة مغلقة. يرتفع المسخن على طول أنبوب منخفض بشكل مركز ، مما يعطي حرارته ، وبعد ذلك ، يتم تبريده ، ويتم إدخاله في الغلاف بمساعدة مضخة.

يعتمد استخدام الطاقة من باطن الأرض على ظاهرة طبيعية - مع اقترابها من لب الأرض ، ترتفع درجة حرارة القشرة الأرضية والعباءة. على مستوى 2-3 كم من سطح الكوكب ، تصل إلى أكثر من 100 درجة مئوية ، في المتوسط ​​تزداد بمقدار 20 درجة مئوية مع كل كيلومتر لاحق. على عمق 100 كم تصل درجة الحرارة إلى 1300-1500 درجة مئوية.

الينابيع الحرارية الجوفية الاصطناعية

يجب استخدام الطاقة الموجودة في أحشاء الأرض بحكمة. على سبيل المثال ، هناك فكرة لإنشاء غلايات تحت الأرض. للقيام بذلك ، تحتاج إلى حفر بئرين بعمق كافٍ ، سيتم توصيلهما في الأسفل. أي ، اتضح أنه في أي ركن من أركان الأرض تقريبًا من الممكن الحصول على الطاقة الحرارية الأرضية صناعياً: سيتم ضخ الماء البارد إلى الخزان من خلال بئر واحد ، وسيتم استخراج الماء الساخن أو البخار من خلال الثانية. ستكون مصادر الحرارة الاصطناعية مفيدة وعقلانية إذا كانت الحرارة الناتجة توفر المزيد من الطاقة. يمكن توجيه البخار إلى مولدات التوربينات التي ستولد الكهرباء.

بالطبع ، الحرارة المختارة ليست سوى جزء بسيط مما هو متاح في إجمالي الاحتياطيات. ولكن يجب أن نتذكر أن الحرارة العميقة سوف تتجدد باستمرار بسبب عمليات التحلل الإشعاعي ، وضغط الصخور ، وطبقات الأمعاء. وفقًا للخبراء ، تتراكم الحرارة في قشرة الأرض ، والتي تزيد بمقدار 5000 مرة عن القيمة الحرارية لجميع الموارد الأحفورية للأرض ككل. اتضح أن وقت تشغيل محطات الطاقة الحرارية الجوفية التي تم إنشاؤها بشكل مصطنع يمكن أن يكون غير محدود.

طرق تجميع موارد الطاقة للأرض

يوجد اليوم ثلاث طرق رئيسية لحصاد الطاقة الحرارية الأرضية: البخار الجاف والماء الساخن والدورة الثنائية. تقوم عملية البخار الجاف بتدوير محركات التوربينات لمولدات الطاقة بشكل مباشر. يدخل الماء الساخن من الأسفل إلى الأعلى ، ثم يتم رشه في الخزان لتكوين بخار لتشغيل التوربينات.هاتان الطريقتان هما الأكثر شيوعًا ، حيث تولد مئات ميغاوات من الكهرباء في الولايات المتحدة وأيسلندا وأوروبا وروسيا ودول أخرى. لكن الموقع محدود ، حيث تعمل هذه المصانع فقط في المناطق التكتونية حيث يسهل الوصول إلى المياه الساخنة.

باستخدام تقنية الدورة الثنائية ، يتم استخراج الماء الدافئ (ليس بالضرورة ساخنًا) إلى السطح ودمجه مع البيوتان أو البنتان ، اللذين لهما نقطة غليان منخفضة. يتم ضخ هذا السائل من خلال مبادل حراري حيث يتم تبخيره وإرساله عبر التوربين قبل إعادة تدويره مرة أخرى إلى النظام. توفر تقنية الدورة الثنائية عشرات ميغاواط من الكهرباء في الولايات المتحدة: كاليفورنيا ونيفادا وجزر هاواي.

مبدأ الحصول على الطاقة

مساوئ الحصول على الطاقة الحرارية الجوفية

على مستوى المرافق ، تعد محطات توليد الطاقة الحرارية الأرضية مكلفة في البناء والتشغيل. يتطلب العثور على موقع مناسب إجراء مسوحات جيدة مكلفة مع عدم وجود ضمان لضرب نقطة ساخنة منتجة تحت الأرض. ومع ذلك ، يتوقع المحللون أن تتضاعف هذه القدرة تقريبًا خلال السنوات الست المقبلة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن المناطق التي ترتفع فيها درجة حرارة المصدر الجوفي تقع في مناطق بها براكين جيولوجية نشطة. تشكلت هذه "النقاط الساخنة" على حدود الصفائح التكتونية في الأماكن التي تكون فيها القشرة رقيقة جدًا. غالبًا ما يشار إلى منطقة المحيط الهادئ على أنها حلقة النار للعديد من البراكين مع العديد من النقاط الساخنة ، بما في ذلك ألاسكا وكاليفورنيا وأوريجون. نيفادا لديها مئات من النقاط الساخنة التي تغطي معظم شمال الولايات المتحدة.

هناك أيضًا مناطق أخرى نشطة زلزاليًا. تسمح حركة الزلازل والصهارة بتدفق الماء. في بعض الأماكن ، ترتفع المياه إلى السطح وتحدث الينابيع الساخنة والسخانات الطبيعية ، كما هو الحال في كامتشاتكا. يصل الماء في السخانات في كامتشاتكا إلى 95 درجة مئوية.

تتمثل إحدى مشكلات أنظمة السخانات المفتوحة في إطلاق بعض ملوثات الهواء. كبريتيد الهيدروجين غاز سام له رائحة "بيضة فاسدة" - كمية صغيرة من الزرنيخ والمعادن تنطلق مع البخار. يمكن أن يشكل الملح أيضًا مشكلة بيئية.

في محطات الطاقة الحرارية الأرضية البحرية ، تتراكم كمية كبيرة من الملح المتداخل في الأنابيب. في الأنظمة المغلقة ، لا توجد انبعاثات ويتم إرجاع كل السائل الذي يتم إحضاره إلى السطح.

الإمكانات الاقتصادية لمورد الطاقة

المناطق الساخنة ليست هي الأماكن الوحيدة التي يمكن العثور فيها على الطاقة الحرارية الأرضية. يوجد مصدر ثابت للحرارة القابلة للاستخدام لأغراض التدفئة المباشرة في أي مكان من 4 أمتار إلى عدة كيلومترات تحت سطح الأرض تقريبًا. حتى الأرض في الفناء الخلفي الخاص بك أو المدرسة المحلية لديها إمكانات اقتصادية في شكل حرارة يتم ضخها إلى منزلك أو المباني الأخرى.

بالإضافة إلى ذلك ، توجد كمية هائلة من الطاقة الحرارية في التكوينات الصخرية الجافة عميقة جدًا تحت السطح (4-10 كم).

يمكن أن يؤدي استخدام التكنولوجيا الجديدة إلى توسيع أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية ، حيث يمكن للبشر استخدام هذه الحرارة لتوليد الكهرباء على نطاق أوسع بكثير من التقنيات التقليدية. تم عرض المشاريع التجريبية الأولى لمبدأ توليد الكهرباء هذا في الولايات المتحدة وأستراليا في عام 2013.

إذا أمكن تحقيق الإمكانات الاقتصادية الكاملة لموارد الطاقة الحرارية الأرضية ، فإن هذا سيمثل مصدرًا ضخمًا للكهرباء لمنشآت الإنتاج. يقترح العلماء أن مصادر الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية لديها إمكانات تبلغ 38000 ميجاوات ، والتي يمكن أن تولد 380 مليون ميجاوات من الكهرباء سنويًا.

توجد الصخور الجافة الساخنة على أعماق من 5 إلى 8 كيلومترات في كل مكان تحت الأرض وفي أعماق ضحلة في أماكن معينة.يتضمن الوصول إلى هذه الموارد إدخال الماء البارد المنتشر عبر الصخور الساخنة وإزالة الماء الساخن. لا يوجد حاليا أي تطبيق تجاري لهذه التكنولوجيا. لا تسمح التقنيات الحالية حتى الآن باستعادة الطاقة الحرارية مباشرة من الصهارة ، بعمق شديد ، ولكن هذا هو أقوى مورد للطاقة الحرارية الأرضية.

مع مزيج من موارد الطاقة واتساقها ، يمكن للطاقة الحرارية الأرضية أن تلعب دورًا لا غنى عنه كنظام طاقة أنظف وأكثر استدامة.

ميزات المصادر

يكاد يكون من المستحيل استخدام المصادر التي توفر الطاقة الحرارية الأرضية بالكامل. توجد في أكثر من 60 دولة في العالم ، مع وجود غالبية البراكين الأرضية في حلقة النار البركانية في المحيط الهادئ. لكن من الناحية العملية ، اتضح أن مصادر الطاقة الحرارية الأرضية في مناطق مختلفة من العالم مختلفة تمامًا في خصائصها ، أي متوسط ​​درجة الحرارة ، والتمعدن ، وتكوين الغاز ، والحموضة ، وما إلى ذلك.

السخانات هي مصادر للطاقة على الأرض ، وتتمثل الميزة في أنها تقذف الماء المغلي على فترات منتظمة. بعد حدوث الثوران ، يصبح البركة خاليًا من الماء ، وفي قاعه يمكنك رؤية قناة تتعمق في الأرض. تُستخدم السخانات كمصادر للطاقة في مناطق مثل كامتشاتكا وأيسلندا ونيوزيلندا وأمريكا الشمالية ، وتوجد السخانات المنفردة في عدة مناطق أخرى.

الصناعة والإسكان والخدمات المجتمعية

في نوفمبر 2014 ، بدأت أكبر محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية في العالم في ذلك الوقت في كينيا. يقع ثاني أكبر موقع في أيسلندا - وهذا هو Hellisheid ، الذي يأخذ الحرارة من مصادر بالقرب من بركان Hengiedl.

الدول الأخرى التي تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق صناعي: الولايات المتحدة الأمريكية ، الفلبين ، روسيا ، اليابان ، كوستاريكا ، تركيا ، نيوزيلندا ، إلخ.

هناك أربعة مخططات رئيسية لإنتاج الطاقة في GeoTPP:

• مباشرة ، عندما يتم توجيه البخار عبر الأنابيب إلى التوربينات المتصلة بمولدات الطاقة ؛
• غير مباشر ، على غرار السابق في كل شيء ، باستثناء أنه قبل دخول الأنابيب ، يتم تنظيف البخار من الغازات ؛
• ثنائي - لا يتم استخدام الماء أو البخار كحرارة عمل ، ولكن يتم استخدام سائل آخر بنقطة غليان منخفضة ؛
• مختلط - مشابه للخط المستقيم ، ولكن بعد التكثيف ، تتم إزالة الغازات غير المذابة من الماء.

في عام 2009 ، وصل فريق من الباحثين الذين يبحثون عن موارد حرارية أرضية قابلة للاستخدام إلى الصهارة المنصهرة بعمق 2.1 كم فقط. مثل هذا السقوط في الصهارة نادر جدًا ، فهذه هي الحالة الثانية المعروفة فقط (حدثت الحالة السابقة في هاواي في عام 2007).

على الرغم من أن الأنبوب المتصل بالصهارة لم يتم توصيله أبدًا بمحطة كرافلا لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية القريبة ، فقد تلقى العلماء نتائج واعدة جدًا. حتى الآن ، كانت جميع محطات التشغيل تستقبل الحرارة بشكل غير مباشر ، من صخور الأرض أو من المياه الجوفية.

أين تأتي الطاقة من؟

تقع الصهارة غير المبردة بالقرب من سطح الأرض. تنطلق منه الغازات والأبخرة التي ترتفع وتمر عبر الشقوق. عند اختلاطها بالمياه الجوفية ، تتسبب في تسخينها ، وتتحول هي نفسها إلى ماء ساخن ، حيث يتم إذابة العديد من المواد. يتم إطلاق هذه المياه على سطح الأرض في شكل ينابيع مختلفة للطاقة الحرارية الأرضية: الينابيع الساخنة ، والينابيع المعدنية ، والسخانات ، وما إلى ذلك. وفقًا للعلماء ، فإن أحشاء الأرض الساخنة عبارة عن كهوف أو غرف متصلة بواسطة ممرات وشقوق وقنوات. تمتلئ فقط بالمياه الجوفية ، وتقع مراكز الصهارة بالقرب منها. بهذه الطريقة ، تتشكل الطاقة الحرارية للأرض بطريقة طبيعية.

الطاقة الحرارية المائية

يتم تسخين المياه المتداولة على أعماق كبيرة إلى قيم معنوية. في المناطق النشطة زلزاليًا ، يرتفع إلى السطح على طول الشقوق في قشرة الأرض ؛ في المناطق الهادئة ، يمكن إزالته باستخدام الآبار.

مبدأ التشغيل هو نفسه: الماء الساخن يرتفع فوق البئر ، ويطلق الحرارة ، ويعود إلى أسفل الأنبوب الثاني. الدورة لا نهاية لها عمليا وتتجدد طالما بقي الدفء في باطن الأرض.

في بعض المناطق النشطة زلزاليًا ، تقع المياه الساخنة بالقرب من السطح بحيث يمكنك أن ترى مباشرة كيف تعمل الطاقة الحرارية الأرضية. تُظهر صورة بالقرب من بركان كرافلا (أيسلندا) السخانات التي تنقل البخار لمحطة الطاقة الحرارية الأرضية العاملة هناك.

المجال الكهربائي للأرض

هناك مصدر طاقة بديل آخر في الطبيعة ، والذي يتميز بقابليته للتجديد ، والملاءمة البيئية ، وسهولة الاستخدام. صحيح ، حتى الآن هذا المصدر قيد الدراسة فقط ولا يتم تطبيقه في الممارسة العملية. لذا ، فإن الطاقة الكامنة للأرض مخفية في مجالها الكهربائي. يمكن الحصول على الطاقة بهذه الطريقة من خلال دراسة القوانين الأساسية للكهرباء الساكنة وخصائص المجال الكهربائي للأرض. في الواقع ، كوكبنا من وجهة نظر كهربائية عبارة عن مكثف كروي مشحون بما يصل إلى 300000 فولت. الكرة الداخلية لها شحنة سالبة ، والأيونوسفير الخارجي موجب. الغلاف الجوي للأرض هو عازل. من خلاله ، هناك تدفق مستمر للتيارات الأيونية والحمل ، والتي تصل إلى قوة تصل إلى عدة آلاف من الأمبيرات. ومع ذلك ، فإن فرق الجهد بين اللوحات لا ينقص في هذه الحالة.

يشير هذا إلى وجود مولد في الطبيعة ، يتمثل دوره في تجديد تسرب الشحنات باستمرار من ألواح المكثف. يلعب المجال المغناطيسي للأرض دور هذا المولد ، والذي يدور مع كوكبنا في تدفق الرياح الشمسية. يمكن الحصول على طاقة المجال المغناطيسي للأرض فقط عن طريق توصيل مستهلك للطاقة بهذا المولد. للقيام بذلك ، تحتاج إلى إجراء تثبيت تأريض موثوق.

حرارة الأرض

(للنهاية. للبداية انظر Science and Life، No. 9، 2013)

جامع لتجميع مياه البورون الحرارية في لارديريللو (إيطاليا) ، النصف الأول من القرن التاسع عشر.

تم استخدام المحرك والعاكس في Larderello عام 1904 في أول تجربة لإنتاج الكهرباء الحرارية الأرضية.

رسم تخطيطي لتشغيل محطة الطاقة الحرارية.

مبدأ تشغيل GeoPP على البخار الجاف. يمر البخار الجوفي الحراري من بئر الإنتاج مباشرة من خلال التوربينات البخارية. أبسط المخططات الحالية لعملية GeoPP

مبدأ تشغيل GeoPP بدائرة غير مباشرة. يتم ضخ المياه الجوفية الساخنة من بئر الإنتاج إلى المبخر ، ويتم تزويد البخار الناتج إلى التوربين.

مبدأ تشغيل ثنائي GeoPP. يتفاعل الماء الحراري الساخن مع سائل آخر يعمل كسائل عامل وله نقطة غليان أقل.

مخطط النظام الحراري الصخري. يعتمد النظام على استخدام تدرج درجة الحرارة بين سطح الأرض وتربتها التحتية ، حيث تكون درجة الحرارة أعلى.

رسم تخطيطي لثلاجة ومضخة حرارية: 1 - مكثف ؛ 2 - خنق (منظم ضغط) ؛ 3 - المبخر 4 - ضاغط.

Mutnovskaya GeoPP في كامتشاتكا. في نهاية عام 2011 ، كانت السعة المركبة للمحطة 50 ميغاواط ، لكن من المخطط زيادتها إلى 80 ميغاواط. تصوير تاتيانا كوروبكوفا (مختبر أبحاث RES بكلية الجغرافيا بجامعة لومونوسوف موسكو الحكومية.)

‹

›

استخدام الطاقة الحرارية الأرضية له تاريخ طويل جدًا. أحد الأمثلة الأولى المعروفة هي إيطاليا ، وهي مكان في مقاطعة توسكانا ، تسمى الآن لارديريللو ، حيث في بداية القرن التاسع عشر ، تم استخدام المياه الحرارية المحلية الساخنة ، المتدفقة بشكل طبيعي أو المستخرجة من الآبار الضحلة ، من أجل أغراض الطاقة.

تم استخدام المياه الجوفية الغنية بالبورون هنا للحصول على حمض البوريك. في البداية ، تم الحصول على هذا الحمض عن طريق التبخر في غلايات الحديد ، وتم استخدام الحطب العادي من الغابات المجاورة كوقود ، ولكن في عام 1827 أنشأ فرانشيسكو لارديريل نظامًا يعمل على حرارة المياه نفسها. في الوقت نفسه ، بدأ استخدام طاقة بخار الماء الطبيعي لتشغيل منصات الحفر ، وفي بداية القرن العشرين - لتدفئة البيوت المحلية والصوبات الزراعية. في نفس المكان ، في Larderello ، في عام 1904 ، أصبح بخار الماء الحراري مصدرًا للطاقة لتوليد الكهرباء.

اتبعت بعض البلدان الأخرى مثال إيطاليا في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. على سبيل المثال ، في عام 1892 ، تم استخدام المياه الحرارية لأول مرة للتدفئة المحلية في الولايات المتحدة (بويز ، أيداهو) ، في عام 1919 في اليابان ، وفي عام 1928 في أيسلندا.

في الولايات المتحدة ، ظهرت أول محطة للطاقة الحرارية المائية في كاليفورنيا في أوائل الثلاثينيات ، في نيوزيلندا في عام 1958 ، في المكسيك في عام 1959 ، في روسيا (أول محطة طاقة حرارية ثنائية في العالم) في عام 1965 ...

مبدأ قديم على مصدر جديد

يتطلب توليد الكهرباء درجة حرارة أعلى للمصدر المائي مقارنة بالتدفئة - أكثر من 150 درجة مئوية. يشبه مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية الأرضية (GeoPP) مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية التقليدية (TPP). في الواقع ، محطة الطاقة الحرارية الأرضية هي نوع من محطات الطاقة الحرارية.

في نقاط الشراكة عبر المحيط الهادئ ، كقاعدة عامة ، يعمل الفحم أو الغاز أو زيت الوقود كمصدر أساسي للطاقة ، ويعمل بخار الماء كسائل عامل. الوقود ، الاحتراق ، يسخن الماء إلى حالة بخار ، يقوم بتدوير التوربينات البخارية ، ويولد الكهرباء.

الفرق بين GeoPPs هو أن المصدر الأساسي للطاقة هنا هو حرارة باطن الأرض ويتم تزويد سائل العمل على شكل بخار إلى شفرات التوربينات الخاصة بالمولد الكهربائي في شكل "جاهز" مباشرة من الإنتاج حسنا.

هناك ثلاث مخططات رئيسية لتشغيل GeoPP: المباشر ، باستخدام البخار الجاف (الحراري الأرضي) ؛ غير مباشر ، يعتمد على المياه الحرارية المائية ، والمختلط ، أو الثنائي.

يعتمد استخدام مخطط معين على حالة التجميع ودرجة حرارة حامل الطاقة.

إن أبسط المخططات ، وبالتالي أولها ، هو الخط المستقيم ، حيث يتم تمرير البخار القادم من البئر مباشرة عبر التوربين. تم تشغيل أول GeoPP في العالم في Larderello أيضًا على البخار الجاف في عام 1904.

تعد GeoPPs ذات مخطط العمل غير المباشر هي الأكثر شيوعًا في عصرنا. يستخدمون المياه الجوفية الساخنة ، والتي يتم ضخها في المبخر تحت ضغط عالٍ ، حيث يتم تبخير جزء منها ، ويقوم البخار الناتج بتدوير التوربينات. في بعض الحالات ، يلزم وجود أجهزة ودوائر إضافية لتنقية المياه الجوفية والبخار من المركبات العدوانية.

يدخل البخار المستهلك إلى بئر الحقن أو يستخدم لتدفئة المكان - في هذه الحالة ، يكون المبدأ هو نفسه أثناء تشغيل CHP.

في GeoPPs الثنائية ، يتفاعل الماء الحراري الساخن مع سائل آخر يعمل كسائل عامل مع نقطة غليان منخفضة. يتم تمرير كلا الموائع من خلال مبادل حراري ، حيث يتبخر الماء الحراري مائع العمل ، والذي يقوم بخاره بتدوير التوربين.

هذا النظام مغلق مما يحل مشكلة الانبعاثات في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن سوائل العمل ذات نقطة الغليان المنخفضة نسبيًا تجعل من الممكن استخدام المياه الحرارية غير شديدة السخونة كمصدر أساسي للطاقة.

في جميع المخططات الثلاثة ، يتم استغلال مصدر حراري مائي ، ولكن يمكن أيضًا استخدام الطاقة الحرارية البترولية لتوليد الكهرباء (لمعرفة الاختلافات بين الطاقة الحرارية المائية والطاقة الحرارية الصخرية ، انظر Science and Life ، رقم 9 ، 2013).

الرسم التخطيطي في هذه الحالة بسيط للغاية أيضًا. من الضروري حفر بئرين متصلين - آبار الحقن والإنتاج. يتم ضخ الماء في بئر الحقن. في العمق ، يتم تسخينه ، ثم يتم تغذية الماء الساخن أو البخار الناتج عن التسخين القوي من خلال بئر الإنتاج إلى السطح. علاوة على ذلك ، كل هذا يتوقف على كيفية استخدام الطاقة الحرارية البترولية - للتدفئة أو لتوليد الكهرباء. يمكن إجراء دورة مغلقة بحقن بخار النفايات والمياه مرة أخرى في بئر الحقن أو بطريقة أخرى للتخلص منها.

عيب مثل هذا النظام واضح: للحصول على درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية لسائل العمل ، يجب حفر الآبار على عمق كبير.وهذه تكاليف خطيرة وخطر فقدان الحرارة بشكل كبير عندما يتحرك السائل لأعلى. لذلك ، لا تزال الأنظمة الحرارية البترولية أقل انتشارًا من الأنظمة الحرارية المائية ، على الرغم من أن إمكانات الطاقة الحرارية البترولية أعلى من حيث الحجم.

حاليًا ، تعد أستراليا هي الرائدة في إنشاء ما يسمى بأنظمة الدورة الحرارية البترولية (PCS). بالإضافة إلى ذلك ، يتطور هذا الاتجاه للطاقة الحرارية الأرضية بنشاط في الولايات المتحدة الأمريكية وسويسرا وبريطانيا العظمى واليابان.

هدية اللورد كلفن

قدم الاختراع عام 1852 لمضخة حرارية من قبل الفيزيائي ويليام طومسون (المعروف أيضًا باسم اللورد كلفن) للبشرية فرصة حقيقية لاستخدام الحرارة المنخفضة المحتملة لطبقات التربة العليا. يعتمد نظام المضخة الحرارية ، أو كما أطلق عليه طومسون ، المضاعف الحراري ، على العملية الفيزيائية لنقل الحرارة من البيئة إلى المبرد. في الواقع ، يستخدم نفس المبدأ كما هو الحال في الأنظمة الحرارية البترولية. يكمن الاختلاف في مصدر الحرارة ، والذي قد ينشأ عنه سؤال اصطلاحي: إلى أي مدى يمكن اعتبار المضخة الحرارية نظامًا للطاقة الحرارية الأرضية؟ الحقيقة هي أنه في الطبقات العليا ، إلى أعماق عشرات - مئات الأمتار ، لا يتم تسخين الصخور والسوائل الموجودة فيها بسبب حرارة الأرض العميقة ، ولكن بواسطة الشمس. وبالتالي ، فإن الشمس في هذه الحالة هي المصدر الأساسي للحرارة ، على الرغم من أنها مأخوذة من الأرض ، كما هو الحال في أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية.

يعتمد عمل المضخة الحرارية على التأخير في تسخين وتبريد التربة مقارنة بالجو الجوي ، ونتيجة لذلك يتشكل تدرج في درجة الحرارة بين السطح والطبقات العميقة التي تحتفظ بالحرارة حتى في فصل الشتاء ، على غرار ماذا يحدث في المسطحات المائية. الغرض الرئيسي من المضخات الحرارية هو تدفئة المكان. في الواقع ، إنها "ثلاجة عكسية". تتفاعل كل من المضخة الحرارية والثلاجة مع ثلاثة مكونات: البيئة الداخلية (في الحالة الأولى - الغرفة الساخنة ، في الحالة الثانية - غرفة التبريد في الثلاجة) ، والبيئة الخارجية - مصدر الطاقة والمبرد (المبرد) ، وهو أيضًا حامل الحرارة الذي يوفر نقل الحرارة أو البرودة.

تعمل المادة ذات نقطة الغليان المنخفضة كمبرد ، مما يسمح لها بأخذ الحرارة من مصدر لديه درجة حرارة منخفضة نسبيًا.

في الثلاجة ، يدخل المبرد السائل إلى المبخر من خلال دواسة الوقود (منظم الضغط) ، حيث يتبخر السائل بسبب الانخفاض الحاد في الضغط. التبخر هو عملية ماصة للحرارة تتطلب امتصاصًا خارجيًا للحرارة. نتيجة لذلك ، يتم أخذ الحرارة من الجدران الداخلية للمبخر ، مما يوفر تأثير التبريد في حجرة الثلاجة. علاوة على ذلك ، من المبخر ، يتم امتصاص المبرد في الضاغط ، حيث يعود إلى الحالة السائلة للتجميع. هذه عملية عكسية تؤدي إلى إطلاق الحرارة المزالة في البيئة الخارجية. كقاعدة عامة ، يتم إلقاؤها في الغرفة ويكون الجزء الخلفي من الثلاجة دافئًا نسبيًا.

تعمل المضخة الحرارية بنفس الطريقة تقريبًا ، مع اختلاف أن الحرارة المأخوذة من البيئة الخارجية ومن خلال المبخر تدخل البيئة الداخلية - نظام تدفئة الغرفة.

في مضخة الحرارة الحقيقية ، يتم تسخين الماء ، ويمر على طول دائرة خارجية ، ويوضع في الأرض أو في خزان ، ثم يدخل المبخر.

في المبخر ، يتم نقل الحرارة إلى دائرة داخلية مملوءة بمادة تبريد ذات نقطة غليان منخفضة ، والتي تمر عبر المبخر ، وتتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ، مما يؤدي إلى إبعاد الحرارة.

علاوة على ذلك ، يدخل المبرد الغازي إلى الضاغط ، حيث يتم ضغطه إلى الضغط العالي ودرجة الحرارة ، ويدخل إلى المكثف ، حيث يحدث التبادل الحراري بين الغاز الساخن والمبرد من نظام التسخين.

يتطلب الضاغط الكهرباء للعمل ، ومع ذلك ، فإن نسبة التحويل (نسبة الطاقة المستهلكة والمولدة) في الأنظمة الحديثة عالية بما يكفي لضمان كفاءتها.

حاليًا ، تستخدم المضخات الحرارية على نطاق واسع لتدفئة الأماكن ، خاصة في البلدان المتقدمة اقتصاديًا.

طاقة صديقة للبيئة

تعتبر الطاقة الحرارية الجوفية صديقة للبيئة ، وهذا صحيح بشكل عام. بادئ ذي بدء ، يستخدم موردًا متجددًا ولا ينضب عمليًا. لا تتطلب الطاقة الحرارية الأرضية مساحات كبيرة ، على عكس محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة أو مزارع الرياح ، ولا تلوث الغلاف الجوي ، على عكس الطاقة الهيدروكربونية. في المتوسط ​​، تشغل GeoPP 400 متر مربع من حيث 1 جيجاواط من الكهرباء المولدة. نفس الرقم لمحطة الطاقة التي تعمل بالفحم ، على سبيل المثال ، هو 3600 متر مربع. تشمل المزايا البيئية لـ GeoPPs أيضًا استهلاكًا منخفضًا للمياه - 20 لترًا من المياه العذبة لكل 1 كيلو وات ، بينما تتطلب TPPs و NPPs حوالي 1000 لتر. لاحظ أن هذه مؤشرات بيئية لـ GeoPP "المتوسط".

لكن لا تزال هناك آثار جانبية سلبية. من بينها ، غالبًا ما يتم تمييز الضوضاء والتلوث الحراري للغلاف الجوي والتلوث الكيميائي - الماء والتربة ، فضلاً عن تكوين النفايات الصلبة.

المصدر الرئيسي للتلوث الكيميائي للبيئة هو المياه الحرارية الفعلية (ذات درجة الحرارة العالية والتمعدن) ، والتي تحتوي غالبًا على كميات كبيرة من المركبات السامة ، والتي ترتبط بها مشكلة التخلص من مياه الصرف الصحي والمواد الخطرة.

يمكن تتبع الآثار السلبية للطاقة الحرارية الأرضية على عدة مراحل ، بدءًا من حفر الآبار. هنا ، تظهر نفس المخاطر التي تحدث عند حفر أي بئر: تدمير التربة والغطاء النباتي ، وتلوث التربة والمياه الجوفية.

في مرحلة تشغيل GeoPP ، لا تزال مشاكل التلوث البيئي قائمة. السوائل الحرارية - الماء والبخار - تحتوي عادةً على ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، كبريتيد الكبريت (H2S) ، الأمونيا (NH3) ، الميثان (CH4) ، ملح الطعام (NaCl) ، البورون (B) ، الزرنيخ (As) ، الزئبق (Hg) ). عندما يتم إطلاقها في البيئة ، فإنها تصبح مصادر تلوثها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسبب البيئة الكيميائية العدوانية أضرارًا أكالة لهياكل محطة الطاقة الحرارية الأرضية.

في الوقت نفسه ، تكون انبعاثات الملوثات في GeoPPs في المتوسط ​​أقل من تلك الموجودة في TPPs. على سبيل المثال ، تصل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط / ساعة من الكهرباء المولدة إلى 380 جرامًا في GeoPPs ، و 1042 جرامًا - في محطات TPP التي تعمل بالفحم ، و 906 جرامًا - عند زيت الوقود و 453 جرامًا - عند نقاط TPP التي تعمل بالغاز.

السؤال الذي يطرح نفسه: ماذا تفعل مع مياه الصرف الصحي؟ مع الملوحة المنخفضة ، يمكن تصريفها في المياه السطحية بعد التبريد. هناك طريقة أخرى وهي حقنها مرة أخرى في الخزان الجوفي من خلال بئر الحقن ، وهو أمر مفضل ويستخدم في الغالب اليوم.

يمكن أن يتسبب استخراج المياه الحرارية من طبقات المياه الجوفية (وكذلك ضخ المياه العادية) في هبوط التربة وحركتها ، وتشوهات أخرى للطبقات الجيولوجية ، وحدوث زلازل صغيرة. احتمال حدوث مثل هذه الظواهر ، كقاعدة عامة ، ضئيل ، على الرغم من تسجيل حالات فردية (على سبيل المثال ، في GeoPP في Staufen im Breisgau في ألمانيا).

يجب التأكيد على أن معظم المناطق الجغرافية الجغرافية تقع في مناطق ذات كثافة سكانية منخفضة نسبيًا وفي بلدان العالم الثالث ، حيث تكون المتطلبات البيئية أقل صرامة مما هي عليه في البلدان المتقدمة. بالإضافة إلى ذلك ، في الوقت الحالي ، عدد GeoPP وقدراتها صغير نسبيًا. مع تطوير أكثر شمولاً للطاقة الحرارية الأرضية ، يمكن أن تزيد المخاطر البيئية وتتضاعف.

كم هي طاقة الأرض؟

تختلف تكاليف الاستثمار لبناء أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية في نطاق واسع جدًا - من 200 دولار إلى 5000 دولار لكل 1 كيلوواط من السعة المركبة ، أي أن أرخص الخيارات يمكن مقارنتها بتكلفة بناء محطة طاقة حرارية. إنها تعتمد ، أولاً وقبل كل شيء ، على ظروف حدوث المياه الحرارية وتكوينها وتصميم النظام. الحفر لأعماق كبيرة ، وإنشاء نظام مغلق ببئرين ، فإن الحاجة إلى تنقية المياه يمكن أن تضاعف التكلفة.

على سبيل المثال ، تقدر الاستثمارات في إنشاء نظام دوران حراري (PCS) بـ 1.6-4 آلاف دولار لكل 1 كيلوواط من السعة المركبة ، وهو ما يتجاوز تكلفة بناء محطة للطاقة النووية ويمكن مقارنته بتكلفة بناء طاقة الرياح و محطات الطاقة الشمسية.

الميزة الاقتصادية الواضحة لـ GeoTPP هي ناقل طاقة مجاني. للمقارنة ، في هيكل تكلفة TPP أو NPP التشغيلي ، يمثل الوقود 50-80٪ أو أكثر ، اعتمادًا على أسعار الطاقة الحالية. ومن هنا ميزة أخرى لنظام الطاقة الحرارية الأرضية: تكاليف التشغيل أكثر استقرارًا ويمكن التنبؤ بها ، لأنها لا تعتمد على الظروف الخارجية لأسعار الطاقة. بشكل عام ، تقدر تكاليف تشغيل GeoTPP بـ 2-10 سنتات (60 كوبيل - 3 روبل) لكل 1 كيلوواط ساعة من السعة المنتجة.

ثاني أكبر عنصر إنفاق (بعد شركة الطاقة) (وهام جدًا) هو ، كقاعدة عامة ، رواتب موظفي المصنع ، والتي يمكن أن تختلف اختلافًا جذريًا عبر البلدان والمناطق.

في المتوسط ​​، تكلفة 1 كيلوواط ساعة من الطاقة الحرارية الأرضية يمكن مقارنتها بتكلفة TPPs (في الظروف الروسية - حوالي 1 روبل / 1 كيلو واط ساعة) وأعلى بعشر مرات من تكلفة توليد الكهرباء في محطات الطاقة الكهرومائية (5-10 كوبيل / 1) كيلوواط ساعة).

يكمن جزء من سبب التكلفة المرتفعة في حقيقة أنه ، على عكس محطات الطاقة الحرارية والهيدروليكية ، فإن GeoTPP لديها سعة صغيرة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري مقارنة الأنظمة الموجودة في نفس المنطقة وفي ظروف مماثلة. على سبيل المثال ، في كامتشاتكا ، وفقًا للخبراء ، تكلف 1 كيلو وات في الساعة من الكهرباء الحرارية الأرضية 2-3 مرات أرخص من الكهرباء المنتجة في محطات الطاقة الحرارية المحلية.

تعتمد مؤشرات الكفاءة الاقتصادية لنظام الطاقة الحرارية الأرضية ، على سبيل المثال ، على ما إذا كان من الضروري التخلص من مياه الصرف الصحي وطرق القيام بذلك ، وما إذا كان الاستخدام المشترك للمورد ممكنًا. وبالتالي ، يمكن أن توفر العناصر والمركبات الكيميائية المستخرجة من المياه الحرارية دخلًا إضافيًا. دعونا نتذكر مثال Larderello: كان الإنتاج الكيميائي هو العنصر الأساسي هناك ، وكان استخدام الطاقة الحرارية الأرضية مساعدًا في البداية.

الطاقة الحرارية الجوفية إلى الأمام

تتطور الطاقة الحرارية الأرضية بشكل مختلف نوعًا ما عن طاقة الرياح والطاقة الشمسية. في الوقت الحاضر ، يعتمد إلى حد كبير على طبيعة المورد نفسه ، والذي يختلف بشكل حاد حسب المنطقة ، وترتبط أعلى التركيزات بمناطق ضيقة من الانحرافات الحرارية الجوفية ، المرتبطة ، كقاعدة عامة ، بمناطق تطور الصدوع التكتونية والبراكين (انظر "العلم والحياة" رقم 9 ، 2013).

بالإضافة إلى ذلك ، تعد الطاقة الحرارية الأرضية أقل قدرة من الناحية التكنولوجية مقارنة بالرياح ، بل وأكثر من ذلك مع الطاقة الشمسية: أنظمة محطات الطاقة الحرارية الأرضية بسيطة للغاية.

في الهيكل العام لإنتاج الكهرباء في العالم ، يمثل عنصر الطاقة الحرارية الأرضية أقل من 1٪ ، ولكن في بعض المناطق والبلدان يصل نصيبه إلى 25-30٪. بسبب الارتباط بالظروف الجيولوجية ، يتركز جزء كبير من قدرة الطاقة الحرارية الأرضية في دول العالم الثالث ، حيث تتميز ثلاث مجموعات من أكبر تطور في الصناعة - جزر جنوب شرق آسيا وأمريكا الوسطى وشرق إفريقيا. تم تضمين المنطقتين الأوليين في "حزام نيران الأرض" في المحيط الهادئ ، أما المنطقة الثالثة فهي مرتبطة بشق شرق إفريقيا. على الأرجح ، ستستمر الطاقة الحرارية الأرضية في التطور في هذه الأحزمة. هناك احتمال أبعد هو تطوير الطاقة الحرارية الصخرية ، باستخدام حرارة طبقات الأرض الواقعة على عمق عدة كيلومترات. هذا مورد موجود في كل مكان تقريبًا ، لكن استخراجه يتطلب تكاليف عالية ؛ لذلك ، تتطور الطاقة الحرارية البترولية بشكل أساسي في أكثر البلدان قوة اقتصاديًا وتكنولوجيًا.

بشكل عام ، نظرًا للتوزيع الشامل لموارد الطاقة الحرارية الأرضية والمستوى المقبول من السلامة البيئية ، هناك سبب للاعتقاد بأن الطاقة الحرارية الأرضية لها آفاق تنمية جيدة. خاصة مع التهديد المتزايد بنقص موارد الطاقة التقليدية وارتفاع أسعارها.

من كامتشاتكا إلى القوقاز

في روسيا ، تطور الطاقة الحرارية الأرضية له تاريخ طويل إلى حد ما ، وفي عدد من المناصب نحن من بين رواد العالم ، على الرغم من أن حصة الطاقة الحرارية الأرضية في إجمالي ميزان الطاقة في بلد ضخم لا تزال ضئيلة.

أصبحت منطقتان - كامتشاتكا وشمال القوقاز - رائدين ومركزين لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية في روسيا ، وإذا كنا في الحالة الأولى نتحدث بشكل أساسي عن صناعة الطاقة الكهربائية ، ففي الحالة الثانية - عن استخدام الطاقة الحرارية من المياه الحرارية.

في شمال القوقاز - في إقليم كراسنودار والشيشان وداغستان - تم استخدام حرارة المياه الحرارية لأغراض الطاقة حتى قبل الحرب الوطنية العظمى. في الثمانينيات والتسعينيات ، توقف تطوير الطاقة الحرارية الأرضية في المنطقة لأسباب واضحة ولم يخرج بعد من حالة الركود. ومع ذلك ، فإن إمدادات المياه الحرارية الأرضية في شمال القوقاز توفر الحرارة لحوالي 500 ألف شخص ، وعلى سبيل المثال ، فإن مدينة لابينسك في إقليم كراسنودار التي يبلغ عدد سكانها 60 ألف نسمة يتم تسخينها بالكامل بواسطة المياه الحرارية الجوفية.

في كامتشاتكا ، يرتبط تاريخ الطاقة الحرارية الأرضية في المقام الأول ببناء محطات الطاقة الحرارية الأرضية. أولها ، التي لا تزال تعمل في محطات Pauzhetskaya و Paratunskaya ، تم بناؤها مرة أخرى في 1965-1967 ، بينما أصبحت Paratunskaya GeoPP بسعة 600 كيلوواط أول محطة في العالم ذات دورة ثنائية. لقد كان تطوير العالمين السوفييت SS Kutateladze و A.M. Rosenfeld من معهد الفيزياء الحرارية التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، الذين حصلوا في عام 1965 على شهادة المؤلف لاستخراج الكهرباء من الماء بدرجة حرارة 70 درجة مئوية. أصبحت هذه التكنولوجيا فيما بعد نموذجًا أوليًا لأكثر من 400 GeoPPs ثنائية في العالم.

كانت قدرة Pauzhetskaya GeoPP ، التي تم تشغيلها في عام 1966 ، في البداية 5 ميجاوات وزادت لاحقًا إلى 12 ميجاوات. حاليًا ، يتم إنشاء كتلة ثنائية في المحطة ، مما سيزيد من قدرتها بمقدار 2.5 ميجاوات أخرى.

تم إعاقة تطوير الطاقة الحرارية الأرضية في الاتحاد السوفياتي وروسيا بسبب توفر مصادر الطاقة التقليدية - النفط والغاز والفحم ، لكنها لم تتوقف أبدًا. أكبر منشآت الطاقة الحرارية الأرضية في الوقت الحالي هي Verkhne-Mutnovskaya GeoPP بسعة إجمالية تبلغ 12 ميجاوات من وحدات الطاقة ، والتي تم تشغيلها في عام 1999 ، و Mutnovskaya GeoPP بقدرة 50 ميجاوات (2002).

تعد كل من Mutnovskaya و Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs كائنات فريدة ليس فقط لروسيا ، ولكن أيضًا على نطاق عالمي. تقع المحطات عند سفح بركان موتنوفسكي ، على ارتفاع 800 متر فوق مستوى سطح البحر ، وتعمل في ظروف مناخية قاسية ، حيث يكون الشتاء 9-10 أشهر في السنة. تم إنشاء معدات Mutnovsky GeoPPs ، وهي حاليًا واحدة من أحدث المعدات في العالم ، بالكامل في المؤسسات المحلية لهندسة الطاقة.

في الوقت الحاضر ، تبلغ حصة مصانع موتنوفسكي في الهيكل الإجمالي لاستهلاك الطاقة في مركز الطاقة المركزي كامتشاتكا 40٪. يتم التخطيط لزيادة السعة في السنوات القادمة.

بشكل منفصل ، ينبغي أن يقال عن التطورات الحرارية البترولية الروسية. ليس لدينا DSP كبيرة حتى الآن ، ولكن هناك تقنيات متقدمة للحفر إلى أعماق كبيرة (حوالي 10 كم) ، والتي ليس لها أيضًا نظائر في العالم. وسيؤدي تطويرها الإضافي إلى تقليل تكاليف إنشاء أنظمة الطاقة الحرارية البترولية بشكل كبير. مطورو هذه التقنيات والمشاريع هم N.A Gnatus و M.D. Khutorskoy (المعهد الجيولوجي ، RAS) و A. S. Nekrasov (معهد التنبؤ الاقتصادي ، RAS) والمتخصصين من Kaluga Turbine Works. مشروع نظام الدوران الحراري الصخري في روسيا هو الآن في مرحلة تجريبية.

هناك احتمالات للطاقة الحرارية الأرضية في روسيا ، وإن كانت بعيدة نسبيًا: في الوقت الحالي ، الإمكانات كبيرة جدًا ومواقف الطاقة التقليدية قوية. في الوقت نفسه ، في عدد من المناطق النائية من البلاد ، يعد استخدام الطاقة الحرارية الأرضية مربحًا اقتصاديًا وهو مطلوب حتى الآن. هذه مناطق ذات إمكانات جغرافية عالية (Chukotka ، Kamchatka ، Kuriles - الجزء الروسي من المحيط الهادئ "حزام نيران الأرض" ، وجبال جنوب سيبيريا والقوقاز) وفي نفس الوقت بعيدة ومنقطعة عن إمدادات الطاقة المركزية.

ربما ، في العقود القادمة ، سوف تتطور الطاقة الحرارية الأرضية في بلدنا على وجه التحديد في مثل هذه المناطق.

مصادر متجددة

مع نمو سكان كوكبنا بشكل مطرد ، نحتاج إلى المزيد والمزيد من الطاقة لدعم السكان. يمكن أن تكون الطاقة الموجودة في أحشاء الأرض مختلفة جدًا. على سبيل المثال ، هناك مصادر متجددة: طاقة الرياح والطاقة الشمسية والمياه. إنها صديقة للبيئة ، وبالتالي يمكنك استخدامها دون خوف من إلحاق الضرر بالبيئة.

طاقة الماء

تم استخدام هذه الطريقة لعدة قرون. اليوم ، تم بناء عدد كبير من السدود والخزانات التي تستخدم فيها المياه لتوليد الكهرباء. جوهر هذه الآلية بسيط: تحت تأثير تدفق النهر ، تدور عجلات التوربينات ، على التوالي ، يتم تحويل طاقة الماء إلى طاقة كهربائية.

يوجد اليوم عدد كبير من محطات الطاقة الكهرومائية التي تحول طاقة تدفق المياه إلى كهرباء. خصوصية هذه الطريقة هي أنه يتم تجديد موارد الطاقة الكهرومائية ، على التوالي ، هذه الهياكل لها تكلفة منخفضة. لهذا السبب ، على الرغم من حقيقة أن بناء محطات الطاقة الكهرومائية مستمر منذ فترة طويلة ، والعملية نفسها مكلفة للغاية ، إلا أن هذه الهياكل تتفوق بشكل كبير على الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة.

طاقة الشمس: حديثة ومستقبلية

يتم الحصول على الطاقة الشمسية باستخدام الألواح الشمسية ، لكن التقنيات الحديثة تسمح باستخدام طرق جديدة لهذا الغرض. أكبر محطة للطاقة الشمسية في العالم هي نظام مبني في صحراء كاليفورنيا. تزود 2000 منزل بكامل طاقتها. يعمل التصميم على النحو التالي: تنعكس أشعة الشمس عن المرايا التي يتم إرسالها إلى الغلاية المركزية بالماء. يغلي ويتحول إلى بخار يدفع التوربين. هي ، بدورها ، متصلة بمولد كهربائي. يمكن أيضًا استخدام الرياح كطاقة تمنحنا إياها الأرض. الرياح تهب الأشرعة وتدور الطواحين. والآن يمكن استخدامه لإنشاء أجهزة تولد طاقة كهربائية. من خلال تدوير شفرات الطاحونة الهوائية ، فإنها تدفع عمود التوربين ، والذي بدوره متصل بمولد كهربائي.

التطبيقات

يعود استغلال الطاقة الحرارية الأرضية إلى القرن التاسع عشر. الأولى كانت تجربة الإيطاليين الذين يعيشون في مقاطعة توسكانا ، الذين استخدموا المياه الدافئة من المصادر للتدفئة. بمساعدتها ، عملت منصات حفر الآبار الجديدة.

مياه توسكان غنية بالبورون وعندما تبخرت وتحولت إلى حمض البوريك ، تعمل الغلايات على حرارة مياهها الخاصة. في بداية القرن العشرين (1904) ، ذهب التوسكان إلى أبعد من ذلك وأطلقوا محطة لتوليد الطاقة البخارية. أصبح مثال الإيطاليين تجربة مهمة للولايات المتحدة واليابان وأيسلندا.

الزراعة والبستنة

تستخدم الطاقة الحرارية الأرضية في الزراعة والرعاية الصحية والأسر في 80 دولة حول العالم.

أول ما تم استخدام المياه الحرارية من أجله هو تسخين البيوت البلاستيكية والدفيئات الزراعية ، مما يجعل من الممكن حصاد الخضار والفواكه والزهور حتى في فصل الشتاء. كان الماء الدافئ مفيدًا أيضًا للري.

تعتبر زراعة المحاصيل في الزراعة المائية اتجاهًا واعدًا للمنتجين الزراعيين.تستخدم بعض مزارع الأسماك المياه الساخنة في الخزانات الاصطناعية لتربية اليرقات والأسماك.

ننصحك بقراءة: إجراء التخلص من الكواشف الكيميائية المختبرية

هذه التقنيات شائعة في إسرائيل وكينيا واليونان والمكسيك.

الصناعة والإسكان والخدمات المجتمعية

منذ أكثر من قرن مضى ، كان البخار الحراري الساخن أساسًا لتوليد الكهرباء. منذ ذلك الحين ، خدم الصناعة والمرافق.

في آيسلندا ، يتم تسخين 80٪ من المساكن بالمياه الحرارية.

تم تطوير ثلاث مخططات لإنتاج الكهرباء:

1. خط مستقيم باستخدام بخار الماء. أبسطها: يتم استخدامه عندما يكون هناك وصول مباشر للأبخرة الحرارية الأرضية.
2. غير مباشر لا يستخدم البخار بل الماء. يتم تغذيته في المبخر ، وتحويله إلى بخار بطريقة تقنية وإرساله إلى مولد التوربينات.

يتطلب الماء تنقية إضافية ، لأنه يحتوي على مركبات قوية يمكنها تدمير آليات العمل. النفايات ، ولكن البخار الذي لم يتم تبريده بعد ، مناسب لاحتياجات التدفئة.

1. مختلط (ثنائي). يحل الماء محل الوقود ، مما يؤدي إلى تسخين سائل آخر بنقل حرارة أعلى. إنه يقود التوربين.

يستخدم النظام الثنائي توربينًا يتم تنشيطه بواسطة طاقة الماء الساخن.
تستخدم الطاقة الحرارية المائية في الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا واليابان ونيوزيلندا وتركيا ودول أخرى.

أنظمة التدفئة الحرارية الأرضية للمنزل

الحامل الحراري المسخن إلى +50 - 600 درجة مئوية مناسب للتدفئة ، والطاقة الحرارية الأرضية تلبي هذا المطلب المدن التي يبلغ عدد سكانها عدة عشرات الآلاف من الناس يمكن أن ترتفع درجة حرارتها بسبب دفء باطن الأرض. كمثال: تدفئة مدينة لابينسك ، إقليم كراسنودار ، يعمل بالوقود الأرضي الطبيعي.

رسم تخطيطي لنظام الطاقة الحرارية الأرضية لتدفئة المنزل

لا داعي لإضاعة الوقت والطاقة في تسخين المياه وبناء غرفة المرجل. يتم أخذ المبرد مباشرة من مصدر السخان. نفس الماء مناسب أيضًا لإمداد الماء الساخن. في الحالتين الأولى والثانية ، يخضع للتنظيف الفني والكيميائي الأولي اللازم.

الطاقة الناتجة أرخص مرتين إلى ثلاث مرات. ظهرت منشآت للمنازل الخاصة. إنها أغلى من غلايات الوقود التقليدية ، لكنها في عملية التشغيل تبرر التكاليف.

مزايا وعيوب استخدام الطاقة الحرارية الأرضية لتدفئة المنزل.

الطاقة الداخلية للأرض

ظهرت نتيجة لعدة عمليات ، أهمها التراكم والنشاط الإشعاعي. وفقًا للعلماء ، حدث تكوين الأرض وكتلتها على مدى عدة ملايين من السنين ، وحدث هذا بسبب تكوين الكواكب الصغيرة. تمسكوا معًا ، على التوالي ، أصبحت كتلة الأرض أكثر فأكثر. بعد أن بدأ كوكبنا في الحصول على كتلة حديثة ، لكنه كان لا يزال خاليًا من الغلاف الجوي ، سقطت عليه أجسام نيزكية وكويكبات دون عوائق. تسمى هذه العملية بالتحديد التراكم ، وقد أدت إلى إطلاق طاقة جاذبية كبيرة. وكلما زاد حجم الأجسام التي سقطت على الكوكب ، زادت كمية الطاقة المنبعثة الموجودة في أحشاء الأرض.

أدى هذا التمايز الثقالي إلى حقيقة أن المواد بدأت في التراتب: المواد الثقيلة تغرق ببساطة ، والمواد الخفيفة والمتطايرة تطفو. أثر التمايز أيضًا على الإطلاق الإضافي لطاقة الجاذبية.

تعتمد جميع الخصائص الفيزيائية الأساسية لمادة الأرض تقريبًا على درجة الحرارة. اعتمادًا على درجة الحرارة ، يتغير الضغط الذي تنتقل فيه المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة المنصهرة. عندما تتغير درجة الحرارة ، تتغير اللزوجة والتوصيل الكهربائي والخصائص المغناطيسية للصخور التي تشكل الأرض. لتخيل ما يحدث داخل الأرض ، يجب أن نعرف حالتها الحرارية. ليس لدينا بعد الفرصة لقياس درجات الحرارة بشكل مباشر في أي أعماق من الأرض. تتوفر فقط الكيلومترات القليلة الأولى من قشرة الأرض لقياساتنا.لكن يمكننا تحديد درجة الحرارة الداخلية للأرض بشكل غير مباشر ، بناءً على البيانات الخاصة بتدفق حرارة الأرض.

إن استحالة التحقق المباشر يمثل بالطبع صعوبة كبيرة جدًا في العديد من علوم الأرض. ومع ذلك ، فإن التطوير الناجح للملاحظات والنظريات يجعل معرفتنا تدريجيًا أقرب إلى الحقيقة.

العلم الحديث عن الحالة الحرارية وتاريخ الأرض - حرارة الأرض هو علم شاب. ظهرت الدراسة الأولى حول حرارة الأرض فقط في منتصف القرن الماضي. وليام طومسون (اللورد كلفن) ، ثم ما يزال عالِمًا فيزيائيًا صغيرًا ، كرّس أطروحته لتحديد عمر الأرض بناءً على دراسة توزيع الحرارة وحركتها داخل الكوكب. يعتقد كلفن أن درجة الحرارة الداخلية للأرض يجب أن تنخفض بمرور الوقت بسبب تكوين وتصلب الكوكب من المادة المنصهرة.

بتعريف التدرج الحراري - معدل الزيادة في درجة الحرارة مع العمق - في المناجم والآبار على أعماق مختلفة ، توصل كلفن إلى استنتاج مفاده أنه من خلال هذه البيانات يمكن افتراض المدة التي يجب أن تبرد فيها الأرض ، وبالتالي تحديد عمر الأرض . وفقًا لتقدير كلفن ، تزداد درجة الحرارة في أقرب أعماق تحت السطح بمقدار 20-40 درجة مئوية لكل ألف متر من العمق. اتضح أن الأرض بردت إلى حالتها الحالية في بضع عشرات الملايين من السنين. لكن هذا لا يتفق بأي حال من الأحوال مع البيانات الأخرى ، على سبيل المثال ، مع البيانات المتعلقة بمدة العديد من الحقب الجيولوجية المعروفة. استمر الجدل حول هذه القضية لمدة نصف قرن ووضع كلفن في معارضة أنصار التطور البارزين مثل تشارلز داروين وتوماس هكسلي.

كلفن استند في استنتاجاته إلى فكرة أن الأرض كانت في الأصل في حالة منصهرة وتم تبريدها تدريجيًا. سيطرت هذه الفرضية على مدى عقود. ومع ذلك ، في مطلع القرن العشرين ، تم إجراء اكتشافات غيرت بشكل أساسي فهم طبيعة التدفق الحراري العميق للأرض وتاريخها الحراري. تم اكتشاف النشاط الإشعاعي ، وبدأت دراسات عمليات إطلاق الحرارة أثناء التحلل الإشعاعي لبعض النظائر ، وتم التوصل إلى استنتاجات مفادها أن الصخور التي تشكل قشرة الأرض تحتوي على كمية كبيرة من النظائر المشعة.

بدأت القياسات المباشرة لتدفق حرارة الأرض مؤخرًا نسبيًا: أولاً في القارات - في عام 1939 في الآبار العميقة في جنوب إفريقيا ، في قاع المحيطات لاحقًا - منذ عام 1954 ، في المحيط الأطلسي. في بلدنا ، تم قياس تدفق الحرارة لأول مرة في آبار عميقة في سوتشي وماتسيستا. في السنوات الأخيرة ، كان تراكم البيانات التي تم الحصول عليها تجريبياً حول تدفقات الحرارة يحدث بسرعة كبيرة.

لماذا يتم هذا؟ وهل لا تزال هناك حاجة إلى أبعاد جديدة وجديدة؟ نعم ، هناك حاجة ماسة للغاية. تُظهر مقارنة قياسات التدفق الحراري العميق التي أجريت في نقاط مختلفة من الكوكب أن فقدان الطاقة عبر أجزاء مختلفة من سطح الكوكب يحدث بطرق مختلفة. هذا يتحدث عن عدم تجانس القشرة والعباءة ، مما يجعل من الممكن الحكم على طبيعة العديد من العمليات التي تحدث في أعماق مختلفة لا يمكن لأعيننا الوصول إليها تحت سطح الأرض ، ويوفر مفتاحًا لدراسة آلية تطور الكوكب وطاقته الداخلية .

ما مقدار الحرارة التي تفقدها الأرض بسبب تدفق الحرارة من الأمعاء؟ اتضح أن هذه القيمة صغيرة في المتوسط ​​- حوالي 0.06 واط لكل متر مربع من السطح ، أو حوالي 30 تريليون واط فوق الكوكب بأكمله. تستقبل الأرض طاقة من الشمس تزيد بنحو 4 آلاف مرة. وبالطبع ، فإن الحرارة الشمسية هي التي تلعب دورًا رئيسيًا في تحديد درجة الحرارة على سطح الأرض.

الحرارة المنبعثة من كوكب عبر سطح بحجم ملعب كرة قدم تساوي تقريبًا الحرارة التي يمكن أن تنتجها المصابيح الكهربائية التي تبلغ قوتها ثلاثمائة واط. يبدو مثل هذا التدفق للطاقة غير ذي أهمية ، لكن بعد كل شيء ، فهو ينبع من سطح الأرض بالكامل وبشكل مستمر! قوة التدفق الحراري الكامل القادم من أحشاء الكوكب أكبر بحوالي 30 مرة من قوة جميع محطات الطاقة الحديثة في العالم.

قياس العمق التدفق الحراري للأرض العملية ليست سهلة وتستغرق وقتا طويلا. من خلال قشرة الأرض الصلبة ، تنتقل الحرارة إلى السطح بشكل موصل ، أي من خلال انتشار الاهتزازات الحرارية. لذلك ، فإن كمية الحرارة المارة تساوي المنتج تدرج درجة الحراره (معدل الزيادة في درجة الحرارة مع العمق) على التوصيل الحراري. لتحديد التدفق الحراري ، من الضروري معرفة هاتين الكميتين. يتم قياس التدرج في درجة الحرارة بأجهزة حساسة - أجهزة استشعار (ترمستورات) في المناجم أو الآبار المحفورة بشكل خاص ، على عمق يتراوح بين عدة عشرات إلى عدة مئات من الأمتار. يتم تحديد التوصيل الحراري للصخور من خلال فحص العينات في المختبرات.

قياس تتدفق الحرارة في قاع المحيطات مرتبطة بصعوبات كبيرة: العمل يجب أن يتم تحت الماء على أعماق كبيرة. ومع ذلك ، فإن لها أيضًا مزاياها: ليست هناك حاجة لحفر آبار في قاع المحيطات ، لأن الرواسب عادة ما تكون ناعمة جدًا والمسبار الأسطواني الطويل المستخدم لقياس درجة الحرارة يغرق بسهولة عدة أمتار في الرواسب الناعمة.

أولئك الذين يشاركون في حرارة الأرض يحتاجون حقًا خريطة تدفق الحرارة لسطح الكوكب بأكمله. النقاط التي تم إجراء قياسات تدفق الحرارة فيها بالفعل موزعة بشكل غير متساوٍ على سطح الأرض. في البحار والمحيطات ، تم إجراء القياسات ضعف ما تم إجراؤه على اليابسة. أمريكا الشمالية وأوروبا وأستراليا ، تمت دراسة المحيطات في خطوط العرض الوسطى بشكل كامل. وفي أجزاء أخرى من سطح الأرض ، لا تزال القياسات قليلة أو لا تزال معدومة على الإطلاق. ومع ذلك ، فإن الحجم الحالي للبيانات الخاصة بالتدفق الحراري للأرض يجعل من الممكن بالفعل إنشاء خرائط عامة وموثوقة إلى حد ما.

إن إطلاق الحرارة من أحشاء الأرض إلى السطح غير متساوٍ. في بعض المناطق ، تنتج الأرض حرارة أكثر من المتوسط ​​العالمي ، وفي مناطق أخرى ، يكون ناتج الحرارة أقل بكثير. تحدث "البقع الباردة" في أوروبا الشرقية (منصة أوروبا الشرقية) ، وكندا (الدرع الكندي) ، وشمال إفريقيا ، وأستراليا ، وأمريكا الجنوبية ، وأحواض المياه العميقة في المحيط الهادئ والمحيط الهندي والأطلسي. تحدث البقع "الدافئة" و "الساخنة" - المناطق التي يزداد فيها تدفق الحرارة - في مناطق كاليفورنيا ، وجبال الألب في أوروبا ، وأيسلندا ، والبحر الأحمر ، وشرق المحيط الهادئ ، والتلال متوسطة المدى تحت الماء في المحيطين الأطلسي والهندي.

الطاقه الذريه

يمكن أن يحدث استخدام طاقة الأرض بطرق مختلفة. على سبيل المثال ، مع بناء محطات الطاقة النووية ، عندما يتم إطلاق الطاقة الحرارية بسبب تفكك أصغر جزيئات مادة الذرات. الوقود الرئيسي هو اليورانيوم الموجود في القشرة الأرضية. يعتقد الكثيرون أن هذه الطريقة الخاصة للحصول على الطاقة هي الطريقة الواعدة ، لكن تطبيقها محفوف بعدد من المشاكل. أولاً ، يصدر اليورانيوم إشعاعات تقتل جميع الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك ، إذا دخلت هذه المادة التربة أو الغلاف الجوي ، فستحدث كارثة حقيقية من صنع الإنسان. ما زلنا نشهد العواقب الوخيمة للحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية. يكمن الخطر في حقيقة أن النفايات المشعة يمكن أن تهدد جميع الكائنات الحية لفترة طويلة جدًا ، وآلاف السنين.

أول محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية

لقد اعتدنا جميعًا على حقيقة أن الطاقة كانت تُستخرج من الموارد الطبيعية منذ سنوات عديدة. وهكذا كان الأمر كذلك ، ولكن حتى قبل ذلك ، كانت إحدى أولى محطات الطاقة تعمل بالطاقة الحرارية الأرضية. بشكل عام ، هذا منطقي للغاية ، لأن التقنية عملت على سحب البخار ، وكان استخدام البخار هو القرار الصحيح. وفي الواقع هو الوحيد في ذلك الوقت ، ناهيك عن حرق الأخشاب والفحم.

في عام 1817 ، طور الكونت فرانسوا دي لارديريل تقنية لجمع البخار الطبيعي ، والتي أصبحت مفيدة في القرن العشرين ، عندما أصبح الطلب على محطات الطاقة الحرارية الأرضية مرتفعًا للغاية.

تم بناء أول محطة عمل فعلية في مدينة Larderello الإيطالية في عام 1904. صحيح ، لقد كان أكثر من نموذج أولي ، لأنه كان بإمكانه تشغيل 4 لمبات فقط ، لكنه نجح. بعد ست سنوات ، في عام 1910 ، تم بناء محطة عمل حقيقية في نفس المدينة ، والتي يمكن أن تنتج طاقة كافية للاستخدام الصناعي.

حتى في مثل هذه الأماكن الخلابة يمكن أن تكون هناك محطات لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية.

تم بناء المولدات التجريبية في العديد من الأماكن ، لكن إيطاليا كانت هي التي احتلت الصدارة حتى عام 1958 وكانت المنتج الصناعي الوحيد للطاقة الحرارية الأرضية في العالم.

كان لا بد من الاستسلام للقيادة بعد بدء تشغيل محطة Wairakei للطاقة في نيوزيلندا. كانت أول محطة طاقة حرارية أرضية غير مباشرة. بعد بضع سنوات ، افتتحت منشآت مماثلة في دول أخرى ، بما في ذلك الولايات المتحدة مع مصادرها في كاليفورنيا.

تم بناء أول محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية من النوع غير المباشر في الاتحاد السوفياتي في عام 1967. في هذا الوقت ، بدأت طريقة الحصول على الطاقة هذه في التطور بنشاط في جميع أنحاء العالم. خاصة في أماكن مثل ألاسكا والفلبين وإندونيسيا ، والتي لا تزال من بين رواد الطاقة المنتجة بهذه الطريقة.

وقت جديد - أفكار جديدة

بالطبع ، لا يتوقف الناس عند هذا الحد ، وكل عام تُبذل المزيد والمزيد من المحاولات لإيجاد طرق جديدة للحصول على الطاقة. إذا تم الحصول على طاقة حرارة الأرض بكل بساطة ، فإن بعض الطرق ليست بهذه البساطة. على سبيل المثال ، كمصدر للطاقة ، من الممكن تمامًا استخدام الغاز البيولوجي ، الذي يتم الحصول عليه من النفايات المتعفنة. يمكن استخدامه لتدفئة المنازل وتسخين المياه.

على نحو متزايد ، يتم بناء محطات طاقة المد والجزر ، عندما يتم تركيب السدود والتوربينات عبر أفواه الخزانات ، والتي تحركها المد والجزر ، على التوالي ، يتم الحصول على الكهرباء.

حرق القمامة ، نحصل على الطاقة

هناك طريقة أخرى يتم استخدامها بالفعل في اليابان وهي إنشاء المحارق. اليوم يتم بناؤها في إنجلترا وإيطاليا والدنمارك وألمانيا وفرنسا وهولندا والولايات المتحدة ، ولكن في اليابان فقط ، بدأ استخدام هذه الشركات ليس فقط للغرض المقصود منها ، ولكن أيضًا لتوليد الكهرباء. تحرق المصانع المحلية ثلثي النفايات بالكامل ، بينما المصانع مجهزة بتوربينات بخارية. وفقًا لذلك ، يقومون بتزويد المناطق المحيطة بالحرارة والكهرباء. في الوقت نفسه ، من حيث التكاليف ، فإن بناء مثل هذه المؤسسة أكثر ربحية من بناء CHP.

يبدو احتمال استخدام حرارة الأرض في الأماكن التي تتركز فيها البراكين أكثر إغراءً. في هذه الحالة ، لن تحتاج إلى حفر الأرض بعمق شديد ، حيث ستكون درجة الحرارة على عمق 300-500 متر على الأقل ضعف درجة غليان الماء.

هناك أيضًا طريقة لتوليد الكهرباء مثل طاقة الهيدروجين. يمكن اعتبار الهيدروجين - أبسط عنصر كيميائي وأخف وزنًا - وقودًا مثاليًا ، لأنه يوجد حيث يوجد الماء. إذا قمت بحرق الهيدروجين ، يمكنك الحصول على الماء ، والذي يتحلل إلى أكسجين وهيدروجين. لهب الهيدروجين نفسه غير ضار ، أي أنه لن يكون هناك ضرر على البيئة. خصوصية هذا العنصر هو أنه يحتوي على قيمة حرارية عالية.

ماذا في المستقبل؟

بالطبع ، لا يمكن لطاقة المجال المغناطيسي للأرض أو تلك التي يتم الحصول عليها في محطات الطاقة النووية أن تلبي تمامًا جميع احتياجات البشرية التي تنمو كل عام. ومع ذلك ، يقول الخبراء أنه لا توجد أسباب للقلق ، لأن موارد الوقود على كوكب الأرض لا تزال كافية. علاوة على ذلك ، يتم استخدام المزيد والمزيد من المصادر الجديدة الصديقة للبيئة والمتجددة.

مشكلة التلوث البيئي باقية ، وهي تتفاقم بشكل كارثي. تتلاشى كمية الانبعاثات الضارة ، على التوالي ، الهواء الذي نتنفسه ضار ، والمياه بها شوائب خطيرة ، ويتم استنفاد التربة تدريجيًا. هذا هو السبب في أنه من المهم للغاية الانخراط في الوقت المناسب في دراسة ظاهرة مثل الطاقة في أحشاء الأرض ، من أجل البحث عن طرق لتقليل الطلب على الوقود الأحفوري واستخدام مصادر الطاقة غير التقليدية بشكل أكثر فعالية.

محدودية الموارد من المواد الخام للطاقة الأحفورية

الطلب على المواد الخام للطاقة العضوية كبير في البلدان المتقدمة والنامية صناعياً (الولايات المتحدة الأمريكية ، اليابان ، دول أوروبا المتحدة ، الصين ، الهند ، إلخ). في الوقت نفسه ، فإن مواردها الهيدروكربونية في هذه البلدان إما غير كافية أو محفوظة ، وبلد ، على سبيل المثال ، الولايات المتحدة ، يشتري مواد خام للطاقة في الخارج أو يطور رواسب في بلدان أخرى.

في روسيا ، وهي واحدة من أغنى البلدان من حيث موارد الطاقة ، لا تزال الاحتياجات الاقتصادية للطاقة تُشبع بإمكانيات استخدام الموارد الطبيعية. ومع ذلك ، فإن استخراج الهيدروكربونات الأحفورية من باطن الأرض يسير بخطى سريعة للغاية. إذا كان في 1940-1960. كانت المناطق الرئيسية المنتجة للنفط هي "باكو الثانية" في منطقتي الفولغا والأورال ، ثم ابتداءً من السبعينيات وحتى الوقت الحاضر ، هذه المنطقة هي غرب سيبيريا. ولكن هنا ، أيضًا ، هناك انخفاض كبير في إنتاج الهيدروكربونات الأحفورية. إن عصر الغاز السينوماني "الجاف" آخذ في الزوال. انتهت المرحلة السابقة من التطوير الشامل لإنتاج الغاز الطبيعي. بلغ استخراجها من رواسب عملاقة مثل Medvezhye و Urengoyskoye و Yamburgskoye 84 و 65 و 50 ٪ على التوالي. كما تتناقص حصة احتياطيات النفط الملائمة للتنمية بمرور الوقت.

بسبب الاستهلاك النشط للوقود الهيدروكربوني ، انخفضت احتياطيات النفط والغاز الطبيعي البرية بشكل كبير. الآن تتركز احتياطياتهم الرئيسية في الجرف القاري. وعلى الرغم من أن قاعدة موارد صناعة النفط والغاز لا تزال كافية لإنتاج النفط والغاز في روسيا بالكميات المطلوبة ، إلا أنه سيتم توفيرها في المستقبل القريب إلى حد أكبر من خلال تطوير الحقول ذات التعدين والصعوبة. الظروف الجيولوجية. في الوقت نفسه ، ستنمو التكلفة الأولية لإنتاج الهيدروكربونات.

تُستخدم معظم الموارد غير المتجددة المستخرجة من باطن الأرض كوقود لمحطات الطاقة. بادئ ذي بدء ، إنه الغاز الطبيعي ، حيث تبلغ نصيبه في هيكل الوقود 64٪.

في روسيا ، يتم توليد 70٪ من الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية. تحرق شركات الطاقة في البلاد حوالي 500 مليون طن من الوقود المكافئ سنويًا. من أجل توليد الكهرباء والحرارة ، بينما لإنتاج الحرارة ، يتم استهلاك الوقود الهيدروكربوني 3-4 مرات أكثر من توليد الكهرباء

كمية الحرارة التي يتم الحصول عليها من احتراق هذه الأحجام من المواد الخام الهيدروكربونية تعادل استخدام مئات الأطنان من الوقود النووي - الفرق هائل. ومع ذلك ، تتطلب الطاقة النووية السلامة البيئية (لاستبعاد تكرار كارثة تشيرنوبيل) وحمايتها من الهجمات الإرهابية المحتملة ، وكذلك تنفيذ إيقاف تشغيل آمن ومكلف لوحدات الطاقة النووية القديمة والتي عفا عليها الزمن. تبلغ الاحتياطيات المؤكدة القابلة للاسترداد من اليورانيوم في العالم حوالي 3 ملايين و 400 ألف طن ، وتم استخراج مليوني طن لكامل الفترة السابقة (حتى 2007).