Energia geotèrmica
Ja pel nom queda clar que representa la calor de l'interior de la terra. Sota l’escorça terrestre hi ha una capa de magma, que és un foc fos de silicat líquid. Segons dades de la investigació, el potencial energètic d’aquesta calor és molt superior a l’energia de les reserves mundials de gas natural i de petroli. Magma - lava surt a la superfície. A més, la major activitat s’observa en aquelles capes de la terra en què es troben els límits de les plaques tectòniques, així com en què l’escorça terrestre es caracteritza per la seva primesa. L’energia geotèrmica de la terra s’obté de la següent manera: la lava i els recursos hídrics del planeta entren en contacte, com a conseqüència dels quals l’aigua comença a escalfar-se bruscament. Això condueix a l’erupció d’un guèiser, la formació dels anomenats llacs calents i els corrents submarins. És a dir, precisament a aquells fenòmens naturals, les propietats dels quals s’utilitzen activament com a font d’energia inesgotable.
Energia petrotèrmica
De moment, la calor de l’interior de la terra és àmpliament utilitzada al món, i és principalment l’energia dels pous poc profunds (fins a 1 km). Per proporcionar subministrament d’electricitat, calor o aigua calenta, s’instal·len intercanviadors de calor de fons que funcionen amb líquids amb un punt d’ebullició baix (per exemple, freó).
Actualment, l’ús d’un intercanviador de calor de forat és la forma més racional de produir calor. Es veu així: el refrigerant circula en bucle tancat. L’escalfat s’eleva al llarg d’una canonada baixada de manera concentrada, que desprèn la seva calor, després de la qual cosa, refredat, s’introdueix a la carcassa amb l’ajut d’una bomba.
L’ús de l’energia de l’interior terrestre es basa en un fenomen natural: a mesura que s’acosta al nucli de la Terra, augmenta la temperatura de l’escorça terrestre i del mantell. A un nivell de 2-3 km de la superfície del planeta, arriba a més de 100 ° С, augmentant de mitjana un 20 ° С amb cada quilòmetre posterior. A una profunditat de 100 km, la temperatura arriba als 1300-1500 ºС.
Fonts geotèrmiques artificials
L’energia continguda a les entranyes de la terra s’ha d’utilitzar amb prudència. Per exemple, hi ha la idea de crear calderes subterrànies. Per fer-ho, heu de foradar dos pous de suficient profunditat, que es connectaran a la part inferior. És a dir, resulta que a gairebé qualsevol racó del territori és possible obtenir energia geotèrmica industrialment: l’aigua freda es bombarà al dipòsit a través d’un pou i s’extreurà aigua calenta o vapor pel segon. Les fonts de calor artificials seran beneficioses i racionals si la calor resultant proporciona més energia. El vapor es pot dirigir als generadors de turbines, que generaran electricitat.
Per descomptat, la calor seleccionada és només una fracció del que hi ha disponible en les reserves totals. Però cal recordar que la calor profunda es reposarà constantment a causa dels processos de desintegració radioactiva, compressió de roques, estratificació de les entranyes. Segons els experts, l’escorça terrestre acumula calor, la quantitat total de la qual és 5.000 vegades superior al poder calorífic de tots els recursos fòssils del conjunt de la terra. Resulta que el temps de funcionament d’aquestes estacions geotèrmiques creades artificialment pot ser il·limitat.
Mètodes de captació de recursos energètics de la Terra
Avui en dia hi ha tres mètodes principals de recollida d’energia geotèrmica: vapor sec, aigua calenta i cicle binari. El procés de vapor sec fa girar directament les accions de la turbina dels generadors d’energia. L’aigua calenta entra de baix a dalt i, a continuació, es ruixa al dipòsit per crear vapor per conduir les turbines.Aquests dos mètodes són els més habituals, ja que generen centenars de megawatts d’electricitat als Estats Units, Islàndia, Europa, Rússia i altres països. Però la ubicació és limitada, ja que aquestes fàbriques només operen en regions tectòniques on és més fàcil accedir a l’aigua escalfada.
Amb la tecnologia del cicle binari, s’extreu a la superfície aigua tèbia (no necessàriament calenta) i es combina amb butà o pentà, que té un punt d’ebullició baix. Aquest líquid es bomba a través d’un intercanviador de calor on es vaporitza i s’envia a través d’una turbina abans de tornar-lo a recircular al sistema. La tecnologia del cicle binari proporciona desenes de megawatts d’electricitat als Estats Units: Califòrnia, Nevada i les illes Hawaii.
El principi d’obtenir energia
Inconvenients d’obtenir energia geotèrmica
A nivell d’utilitat, les centrals geotèrmiques són costoses de construir i operar. Trobar una ubicació adequada requereix de costoses enquestes de pous, sense garantia d’arribar a un punt productiu subterrani. No obstant això, els analistes esperen que aquesta capacitat es dobli gairebé en els propers sis anys.
A més, les zones amb una alta temperatura de la font subterrània es troben en zones amb volcans geològics actius. Aquests "punts calents" s'han format als límits de les plaques tectòniques en llocs on l'escorça és força prima. La regió del Pacífic sovint es coneix com l'anell de foc de molts volcans amb molts punts calents, inclosos Alaska, Califòrnia i Oregon. Nevada té centenars de punts calents que cobreixen la major part del nord dels Estats Units.
També hi ha altres regions actives sísmicament. Els terratrèmols i el moviment del magma permeten circular l'aigua. En alguns llocs, l'aigua surt a la superfície i es produeixen aigües termals naturals i guèisers, com a Kamxatka. L’aigua dels guèisers de Kamxatka arriba als 95 ° C.
Un dels problemes dels sistemes de guèiser obert és l’alliberament de determinats contaminants atmosfèrics. El sulfur d'hidrogen és un gas tòxic amb una olor molt coneguda a "ou podrit": una petita quantitat d'arsènic i minerals alliberats amb vapor. La sal també pot suposar un problema ambiental.
A les centrals geotèrmiques marines, s’acumula una quantitat important de sal interferent a les canonades. En sistemes tancats, no hi ha emissions i es retorna tot el líquid que surt a la superfície.
El potencial econòmic del recurs energètic
Els punts calents no són els únics llocs on es pot trobar energia geotèrmica. Hi ha un subministrament constant de calor utilitzable per a escalfaments directes, des de 4 metres fins a diversos quilòmetres per sota de la superfície de pràcticament qualsevol lloc del planeta. Fins i tot els terrenys del vostre propi pati o escola local tenen el potencial econòmic en forma de calor per ser bombats a la vostra llar o altres edificis.
A més, hi ha una gran quantitat d’energia tèrmica en formacions de roca seca molt profundes sota la superfície (4-10 km).
L’ús de noves tecnologies podria expandir els sistemes geotèrmics, on els humans poden utilitzar aquesta calor per generar electricitat a una escala molt més gran que les tecnologies convencionals. Els primers projectes de demostració d’aquest principi de generació d’electricitat es van mostrar als Estats Units i Austràlia el 2013.
Si es pot aprofitar tot el potencial econòmic dels recursos geotèrmics, això representarà una enorme font d’electricitat per a les instal·lacions de producció. Els científics suggereixen que les fonts geotèrmiques convencionals tenen un potencial de 38.000 MW, que poden generar 380 milions de MW d’electricitat a l’any.
Les roques seques i calentes es produeixen a profunditats de 5 a 8 km a tot arreu sota terra i a profunditats més baixes en determinats llocs.L’accés a aquests recursos implica la introducció d’aigua freda que circula per les roques calentes i l’eliminació d’aigua escalfada. Actualment no hi ha cap aplicació comercial per a aquesta tecnologia. Les tecnologies existents encara no permeten recuperar l'energia tèrmica directament del magma, molt profundament, però aquest és el recurs més potent d'energia geotèrmica.
Amb la combinació de recursos energètics i la seva consistència, l’energia geotèrmica pot jugar un paper irreemplaçable com a sistema energètic més net i sostenible.
Característiques de les fonts
Les fonts que proporcionen energia geotèrmica són gairebé impossibles d’utilitzar en la seva totalitat. Existeixen a més de 60 països del món, amb la majoria de volcans terrestres a l’anell de foc volcànic del Pacífic. Però, a la pràctica, resulta que les fonts geotèrmiques de diferents regions del món són completament diferents en les seves propietats, és a dir, la temperatura mitjana, la mineralització, la composició dels gasos, l’acidesa, etc.
Els guèisers són fonts d’energia a la Terra, la particularitat de les quals és que llancen aigua bullent a intervals regulars. Després de l’erupció, la piscina s’allibera d’aigua, al fons es pot veure un canal que s’endinsa profundament al terra. Els guèisers s’utilitzen com a fonts d’energia en regions com Kamxatka, Islàndia, Nova Zelanda i Amèrica del Nord, i els guèisers solitaris es troben en diverses altres zones.
Indústria i habitatge i serveis comunals
Al novembre de 2014, la central geotèrmica més gran del món en aquell moment va començar a funcionar a Kenya. El segon més gran es troba a Islàndia: es tracta de l’Hellisheid, que pren calor de fonts properes al volcà Hengiedl.
Altres països que utilitzen energia geotèrmica a escala industrial: EUA, Filipines, Rússia, Japó, Costa Rica, Turquia, Nova Zelanda, etc.
Hi ha quatre esquemes principals per a la producció d’energia a GeoTPP:
- recte, quan el vapor es dirigeix a través de canonades fins a turbines connectades a generadors d’energia;
- indirecta, similar a l'anterior en tot, excepte que abans d'entrar a les canonades, el vapor es neteja de gasos;
- binari: no s'utilitza aigua ni vapor com a calor de treball, sinó un altre líquid amb un punt d'ebullició baix;
- barrejat: similar a la línia recta, però després de la condensació, els gasos no dissolts s’eliminen de l’aigua.
El 2009, un equip d'investigadors que buscaven recursos geotèrmics utilitzables van assolir el magma fos a només 2,1 km de profunditat. Aquesta caiguda en magma és molt rara, aquest és només el segon cas conegut (l'anterior es va produir a Hawaii el 2007).
Tot i que la canonada connectada al magma no s’ha connectat mai a la propera central geotèrmica de Krafla, els científics han rebut resultats molt prometedors. Fins ara, totes les estacions operatives prenien la calor indirectament, de les roques terrestres o de les aigües subterrànies.
D’on prové l’energia?
El magma sense refredar es troba molt a prop de la superfície terrestre. Se n’alliberen gasos i vapors, que s’eleven i passen per les esquerdes. Al barrejar-se amb aigües subterrànies, provoquen el seu escalfament, elles mateixes es converteixen en aigua calenta, en la qual es dissolen moltes substàncies. Aquesta aigua s’allibera a la superfície de la terra en forma de diverses fonts geotèrmiques: aigües termals, fonts minerals, guèisers, etc. Segons els científics, les entranyes calentes de la terra són coves o cambres connectades per passatges, esquerdes i canals. Només s’omplen d’aigua subterrània i els centres de magma es troben molt a prop d’ells. D’aquesta manera, l’energia tèrmica de la terra es forma de manera natural.
Energia hidrotermal
L’aigua que circula a grans profunditats s’escalfa fins a valors significatius. A les regions actives sísmicament, puja a la superfície al llarg de les esquerdes de l’escorça terrestre; a les regions tranquil·les, es pot eliminar mitjançant pous.
El principi de funcionament és el mateix: l’aigua escalfada puja pel pou, desprèn calor i torna per la segona canonada. El cicle és pràcticament infinit i es renova sempre que quedi calor a l'interior de la terra.
En algunes regions actives sísmicament, les aigües calentes es troben tan a prop de la superfície que es pot veure de primera mà el funcionament de l’energia geotèrmica. Una foto de les rodalies del volcà Krafla (Islàndia) mostra guèisers que transmeten vapor per a la central geotèrmica que hi opera.
Camp elèctric de la Terra
Hi ha una altra font d’energia alternativa a la natura, que es distingeix per renovabilitat, compatibilitat amb el medi ambient i facilitat d’ús. És cert que fins ara aquesta font només s’estudia i no s’aplica a la pràctica. Per tant, l’energia potencial de la Terra s’amaga en el seu camp elèctric. L’energia es pot obtenir d’aquesta manera estudiant les lleis bàsiques de l’electrostàtica i les característiques del camp elèctric terrestre. De fet, el nostre planeta des del punt de vista elèctric és un condensador esfèric carregat fins a 300.000 volts. La seva esfera interior té una càrrega negativa i la exterior, la ionosfera, és positiva. L’atmosfera terrestre és un aïllant. A través d’ella hi ha un flux constant de corrents iònics i convectius, que arriben a una força de molts milers d’amperes. Tot i això, la diferència de potencial entre les plaques no disminueix en aquest cas.
Això suggereix que hi ha un generador a la natura, el paper del qual és repondre constantment la fuita de càrregues de les plaques del condensador. El paper d’aquest generador el juga el camp magnètic de la Terra, que gira amb el nostre planeta en el flux del vent solar. L’energia del camp magnètic terrestre es pot obtenir només connectant un consumidor d’energia a aquest generador. Per fer-ho, heu de realitzar una instal·lació de connexió a terra fiable.
Calor de la Terra
(Per al final. Per al començament, vegeu Ciència i vida, núm. 9, 2013)
Col·leccionista per a la recollida d’aigua termal de bor a Larderello (Itàlia), primera meitat del segle XIX.
El motor i l’inversor que es van utilitzar a Larderello el 1904 en el primer experiment per produir electricitat geotèrmica.
Esquema esquemàtic del funcionament d’una central tèrmica.
El principi de funcionament de GeoPP en vapor sec. El vapor geotèrmic d’un pou de producció es fa passar directament per una turbina de vapor. El més senzill dels esquemes d’operació GeoPP existents
El principi de funcionament d'un GeoPP amb un circuit indirecte. L’aigua subterrània calenta d’un pou de producció es bomba a un evaporador i el vapor resultant es subministra a una turbina.
El principi de funcionament d'un GeoPP binari. L’aigua tèrmica calenta interactua amb un altre líquid que actua com a fluid de treball i té un punt d’ebullició inferior.
L’esquema del sistema petrotèrmic. El sistema es basa en l’ús d’un gradient de temperatura entre la superfície de la terra i el seu subsòl, on la temperatura és més alta.
Esquema esquemàtic d’una nevera i d’una bomba de calor: 1 - condensador; 2 - accelerador (regulador de pressió); 3 - evaporador; 4 - compressor.
Mutnovskaya GeoPP a Kamxatka. A finals del 2011, la potència instal·lada de l’estació era de 50 MW, però es preveu augmentar-la fins als 80 MW. Foto de Tatiana Korobkova (Laboratori de Recerca de RES de la Facultat Geogràfica de la Universitat Estatal de Moscou Lomonosov).
‹
›
L’ús de l’energia geotèrmica té una història molt llarga. Un dels primers exemples coneguts és Itàlia, un lloc de la província de Toscana, ara anomenat Larderello, on ja a principis del segle XIX s’utilitzaven les aigües termals locals calentes, vessades de forma natural o extretes de pous poc profunds. finalitats energètiques.
Aquí s’utilitzava aigua subterrània rica en bor per obtenir àcid bòric. Inicialment, aquest àcid s’obtenia per evaporació en calderes de ferro, i la llenya ordinària dels boscos propers es prenia com a combustible, però el 1827 Francesco Larderel va crear un sistema que funcionava sobre la pròpia calor de les aigües. Al mateix temps, l’energia del vapor d’aigua natural va començar a utilitzar-se per al funcionament de les instal·lacions de perforació i, a principis del segle XX, per escalfar cases i hivernacles locals. Al mateix lloc, a Larderello, el 1904, el vapor d’aigua tèrmica es va convertir en una font d’energia per generar electricitat.
Alguns altres països van seguir l'exemple d'Itàlia a finals del segle XIX i principis del XX. Per exemple, el 1892, les aigües termals es van utilitzar per primera vegada per a la calefacció local als Estats Units (Boise, Idaho), el 1919 al Japó i el 1928 a Islàndia.
Als Estats Units, la primera central hidrotermal va aparèixer a Califòrnia a principis dels anys trenta, a Nova Zelanda el 1958, a Mèxic el 1959, a Rússia (la primera central geotèrmica binària del món) el 1965 ...
Antic principi sobre una nova font
La generació d’electricitat requereix una temperatura de la font hidràulica superior a la de la calefacció, superior a 150 ° C. El principi de funcionament d’una central geotèrmica (GeoPP) és similar al principi de funcionament d’una central tèrmica convencional (TPP). De fet, una central geotèrmica és una mena de central tèrmica.
Als TPP, per regla general, el carbó, el gas o el gasoil actuen com a font primària d’energia i el vapor d’aigua serveix de fluid de treball. El combustible, que crema, escalfa l'aigua fins a un estat de vapor, que fa girar una turbina de vapor i genera electricitat.
La diferència entre les GeoPPs és que la font principal d’energia aquí és la calor de l’interior de la terra i el fluid de treball en forma de vapor es subministra a les pales de la turbina d’un generador elèctric en forma “ready-made” directament des de la producció bé.
Hi ha tres esquemes principals d’operació GeoPP: directe, mitjançant vapor sec (geotèrmic); indirecta, basada en aigua hidrotermal i mixta o binària.
L’ús d’un esquema particular depèn de l’estat d’agregació i de la temperatura del portador d’energia.
El més senzill i, per tant, el primer dels esquemes dominats és la línia recta, en què el vapor que prové del pou es fa passar directament per la turbina. El primer GeoPP del món a Larderello també va funcionar a vapor sec el 1904.
Les GeoPP amb un esquema de treball indirecte són les més habituals en el nostre temps. Utilitzen aigua subterrània calenta, que es bomba a un evaporador a alta pressió, on s’evapora part d’ella, i el vapor resultant fa girar una turbina. En alguns casos, es necessiten dispositius i circuits addicionals per purificar l'aigua geotèrmica i el vapor de compostos agressius.
El vapor gastat entra al pou d’injecció o s’utilitza per escalfar espais; en aquest cas, el principi és el mateix que durant el funcionament d’una cogeneració.
A les GeoPPs binàries, l’aigua tèrmica calenta interactua amb un altre líquid que actua com a fluid de treball amb un punt d’ebullició inferior. Tots dos fluids passen a través d’un intercanviador de calor, on l’aigua tèrmica evapora el fluid de treball, el vapor del qual fa girar la turbina.
Aquest sistema està tancat, cosa que resol el problema de les emissions a l'atmosfera. A més, els fluids de treball amb un punt d’ebullició relativament baix permeten utilitzar aigües tèrmiques poc calentes com a font primària d’energia.
En els tres esquemes, s’explota una font hidrotermal, però l’energia petrotèrmica també es pot utilitzar per generar electricitat (per a les diferències entre l’energia hidrotermal i petrotèrmica, vegeu Science and Life, núm. 9, 2013).
El diagrama esquemàtic en aquest cas també és força senzill. Cal perforar dos pous interconnectats: els pous d’injecció i de producció. L’aigua es bomba al pou d’injecció. A la profunditat, s’escalfa i, a continuació, l’aigua escalfada o el vapor que es forma com a resultat d’un fort escalfament s’alimenta a través del pou de producció a la superfície. A més, tot depèn de com s’utilitzi l’energia petrotèrmica, per escalfar o generar electricitat. És possible un cicle tancat amb la injecció de vapor i aigua residual de nou al pou d’injecció o una altra forma d’eliminació.
L’inconvenient d’aquest sistema és evident: per obtenir una temperatura suficientment alta del fluid de treball, els pous s’han de perforar a una profunditat elevada.I es tracta de costos greus i el risc de pèrdues de calor importants quan el fluid es mou cap amunt. Per tant, els sistemes petrotèrmics són encara menys estesos que els hidrotermals, tot i que el potencial de l’energia petrotèrmica és superior a ordres de magnitud.
Actualment, el líder en la creació dels anomenats sistemes de circulació petrotèrmica (PCS) és Austràlia. A més, aquesta direcció de l’energia geotèrmica es desenvolupa activament als EUA, Suïssa, Gran Bretanya i Japó.
El regal de Lord Kelvin
La invenció el 1852 d’una bomba de calor del físic William Thompson (també conegut com Lord Kelvin) va proporcionar a la humanitat una oportunitat real d’utilitzar la calor de baix potencial de les capes superiors del sòl. El sistema de bomba de calor, o, com l’anomenava Thompson, el multiplicador de calor, es basa en el procés físic de transferència de calor del medi ambient al refrigerant. De fet, utilitza el mateix principi que en els sistemes petrotèrmics. La diferència es troba en la font de calor, en relació amb la qual pot sorgir una pregunta terminològica: fins a quin punt es pot considerar una bomba de calor un sistema geotèrmic? El fet és que a les capes superiors, fins a centenars de metres de profunditat, les roques i els fluids que hi contenen són escalfats no per la calor profunda de la terra, sinó pel sol. Per tant, és el sol en aquest cas la font principal de calor, tot i que es pren, com en els sistemes geotèrmics, de la terra.
El treball d’una bomba de calor es basa en un retard en l’escalfament i refredament del sòl en comparació amb l’atmosfera, com a conseqüència del qual es forma un gradient de temperatura entre la superfície i les capes més profundes, que retenen la calor fins i tot a l’hivern, similar a què passa a les masses d’aigua. L’objectiu principal de les bombes de calor és la calefacció d’espais. De fet, és un "refrigerador invers". Tant la bomba de calor com la nevera interactuen amb tres components: l’ambient intern (en el primer cas - la sala climatitzada, en el segon - la cambra refrigerada del refrigerador), l’ambient extern - la font d’energia i el refrigerant (refrigerant) , també és el transportador de calor que proporciona transferència de calor o fred.
Una substància amb un punt d’ebullició baix actua com a refrigerant, cosa que li permet prendre calor d’una font que té fins i tot una temperatura relativament baixa.
A la nevera, el refrigerant líquid entra a l’evaporador mitjançant un gas (regulador de pressió), on, degut a una forta disminució de la pressió, s’evapora el líquid. L’evaporació és un procés endotèrmic que requereix absorció de calor externa. Com a resultat, la calor es pren de les parets interiors de l’evaporador, cosa que proporciona un efecte de refredament a la cambra de la nevera. A més, des de l’evaporador, el refrigerant és aspirat al compressor, on torna a l’estat líquid d’agregació. Es tracta d’un procés invers que condueix a l’alliberament de la calor eliminada a l’entorn extern. Com a regla general, es llença a l’habitació i la part posterior de la nevera és relativament calenta.
Una bomba de calor funciona de la mateixa manera, amb la diferència que la calor es pren de l’entorn extern i a través de l’evaporador entra a l’ambient intern, el sistema de calefacció de l’habitació.
En una bomba de calor real, l’aigua s’escalfa i passa al llarg d’un circuit extern, es col·loca al terra o en un dipòsit i després entra a l’evaporador.
A l’evaporador, la calor es transfereix a un circuit intern ple d’un refrigerant de baix punt d’ebullició que, passant per l’evaporador, passa d’un estat líquid a un estat gasós, eliminant la calor.
A més, el refrigerant gasós entra al compressor, on es comprimeix a alta pressió i temperatura, i entra al condensador, on es produeix un intercanvi de calor entre el gas calent i el refrigerant del sistema de calefacció.
El compressor requereix electricitat per funcionar, però, la relació de transformació (la proporció d’energia consumida i generada) en els sistemes moderns és prou alta com per garantir-ne l’eficiència.
Actualment, les bombes de calor s’utilitzen àmpliament per a la calefacció d’espais, principalment en països desenvolupats econòmicament.
Energia eco-correcta
L’energia geotèrmica es considera respectuosa amb el medi ambient, cosa que en general és certa. En primer lloc, utilitza un recurs renovable i pràcticament inesgotable. L’energia geotèrmica no requereix grans àrees, a diferència de les grans centrals hidroelèctriques o parcs eòlics, i no contamina l’atmosfera, a diferència de l’energia hidrocarbonada. De mitjana, un GeoPP ocupa 400 m2 en termes d’1 GW d’electricitat generada. La mateixa xifra per a una central elèctrica de carbó, per exemple, és de 3600 m2. Els avantatges ecològics de les GeoPP també inclouen un baix consum d’aigua: 20 litres d’aigua dolça per 1 kW, mentre que els TPP i els NPP requereixen uns 1000 litres. Tingueu en compte que aquests són indicadors ambientals de la GeoPP "mitjana".
Però encara hi ha efectes secundaris negatius. Entre ells, es distingeix el soroll, la contaminació tèrmica de l’atmosfera i la contaminació química (aigua i sòl, així com la formació de residus sòlids).
La principal font de contaminació química del medi ambient és l’aigua tèrmica real (amb alta temperatura i mineralització), que sovint conté grans quantitats de compostos tòxics, en relació amb la qual hi ha un problema d’eliminació d’aigües residuals i substàncies perilloses.
Els efectes negatius de l'energia geotèrmica es poden localitzar en diverses etapes, començant per la perforació de pous. Aquí apareixen els mateixos perills que en foradar qualsevol pou: destrucció del sòl i de la coberta vegetal, contaminació del sòl i de les aigües subterrànies.
En l'etapa de funcionament del GeoPP, persisteixen els problemes de contaminació ambiental. Els fluids tèrmics (aigua i vapor) solen contenir diòxid de carboni (CO2), sulfur de sofre (H2S), amoníac (NH3), metà (CH4), sal de taula (NaCl), bor (B), arsènic (As), mercuri (Hg ). Quan s’alliberen al medi ambient, es converteixen en fonts de la seva contaminació. A més, un entorn químic agressiu pot causar danys corrosius a les estructures de la central geotèrmica.
Al mateix temps, les emissions de contaminants a les GeoPP són de mitjana inferiors a les de les TPP. Per exemple, les emissions de diòxid de carboni per cada quilowatt-hora d’electricitat generada són de fins a 380 g en GeoPPs, 1.042 g - en TPP de carbó, 906 g - en oli combustible i 453 g - en TPP de gas.
Sorgeix la pregunta: què fer amb les aigües residuals? Amb poca salinitat, es pot descarregar a les aigües superficials després de refredar-se. Una altra manera és injectar-lo de nou a l'aqüífer a través d'un pou d'injecció, que és preferit i s'utilitza predominantment en l'actualitat.
L'extracció d'aigua termal dels aqüífers (a més de bombar l'aigua ordinària) pot causar enfonsament i moviment del sòl, altres deformacions de les capes geològiques i microterremots. La probabilitat d’aquests fenòmens, per regla general, és petita, tot i que s’han registrat casos individuals (per exemple, al GeoPP de Staufen im Breisgau a Alemanya).
Cal subratllar que la majoria de GeoPP es troben en zones relativament poc poblades i en països del Tercer Món, on els requisits ambientals són menys estrictes que en els països desenvolupats. A més, actualment el nombre de GeoPP i les seves capacitats són relativament petites. Amb un desenvolupament més extens de l’energia geotèrmica, els riscos ambientals poden augmentar i multiplicar-se.
Quant costa l'energia de la Terra?
Els costos d’inversió per a la construcció de sistemes geotèrmics varien en un rang molt ampli: de 200 a 5.000 dòlars per 1 kW de potència instal·lada, és a dir, les opcions més econòmiques són comparables al cost de la construcció d’una central tèrmica. Depenen, en primer lloc, de les condicions d’aparició de les aigües termals, de la seva composició i del disseny del sistema. Perforant a grans profunditats, creant un sistema tancat amb dos pous, la necessitat de purificar l'aigua pot multiplicar el cost.
Per exemple, les inversions en la creació d’un sistema de circulació petrotèrmica (PCS) s’estimen en 1,6-4 mil dòlars per 1 kW de potència instal·lada, que supera el cost de la construcció d’una central nuclear i és comparable al cost de la construcció d’eòlics i eòlics. centrals solars.
L’avantatge econòmic evident de GeoTPP és un transportador d’energia gratuït. Per a la comparació, en l'estructura de costos d'un TPP o NPP operatiu, el combustible representa un 50-80% o més, depenent dels preus actuals de l'energia. D’aquí un altre avantatge del sistema geotèrmic: els costos d’explotació són més estables i previsibles, ja que no depenen de la conjuntura externa dels preus de l’energia. En general, els costos operatius del GeoTPP s’estimen en 2-10 cèntims (60 copecs - 3 rubles) per 1 kWh de capacitat produïda.
El segon element de despesa més gran (després del transportista d’energia) (i molt significatiu) són, per regla general, els salaris del personal de la planta, que poden diferir radicalment entre països i regions.
De mitjana, el cost d’1 kWh d’energia geotèrmica és comparable al dels TPP (en condicions russes - aproximadament 1 ruble / 1 kWh) i deu vegades superior al cost de generar electricitat a les centrals hidroelèctriques (5-10 copecs / 1 kWh).
Una part del motiu de l’elevat cost rau en el fet que, a diferència de les centrals tèrmiques i hidràuliques, el GeoTPP té una capacitat relativament petita. A més, és necessari comparar sistemes situats a la mateixa regió i en condicions similars. Per exemple, a Kamxatka, segons els experts, 1 kWh d'electricitat geotèrmica costa 2-3 vegades més barat que l'electricitat produïda a les centrals tèrmiques locals.
Els indicadors d’eficiència econòmica d’un sistema geotèrmic depenen, per exemple, de si és necessari eliminar les aigües residuals i de quines maneres es fa, de si és possible un ús combinat del recurs. Per tant, els elements químics i els compostos extrets de l’aigua termal poden proporcionar ingressos addicionals. Recordem l’exemple de Larderello: la producció química era la principal allà i l’ús de l’energia geotèrmica era inicialment auxiliar.
Energia geotèrmica cap endavant
L’energia geotèrmica es desenvolupa d’una manera diferent de la solar i la eòlica. Actualment, depèn en gran mesura de la naturalesa del propi recurs, que difereix bruscament per regió, i les concentracions més altes estan lligades a zones estretes d’anomalies geotèrmiques, associades, per regla general, a zones de desenvolupament de falles tectòniques i el vulcanisme (vegeu "Ciència i vida" núm. 9, 2013).
A més, l’energia geotèrmica és menys capaç tecnològicament en comparació amb l’eòlica, i més encara amb l’energia solar: els sistemes de les estacions geotèrmiques són força senzills.
En l’estructura global de la producció mundial d’electricitat, el component geotèrmic representa menys de l’1%, però en algunes regions i països la seva quota arriba al 25-30%. A causa del vincle amb les condicions geològiques, una part important de la capacitat d’energia geotèrmica es concentra als països del tercer món, on es distingeixen tres clústers del major desenvolupament de la indústria: les illes del sud-est asiàtic, Amèrica Central i Àfrica oriental. Les dues primeres regions s'inclouen al "cinturó de foc de la Terra" del Pacífic, la tercera està lligada al Rift de l'Àfrica Oriental. El més probable és que l’energia geotèrmica continuï desenvolupant-se en aquests cinturons. Una perspectiva més llunyana és el desenvolupament de l'energia petrotèrmica, utilitzant la calor de les capes terrestres que es troben a una profunditat de diversos quilòmetres. Es tracta d’un recurs gairebé omnipresent, però la seva extracció requereix elevats costos; per tant, l’energia petrotèrmica es desenvolupa principalment als països més potents econòmicament i tecnològicament.
En general, atesa la distribució omnipresent dels recursos geotèrmics i un nivell acceptable de seguretat ambiental, hi ha raons per creure que l'energia geotèrmica té bones perspectives de desenvolupament. Sobretot amb l’amenaça creixent de l’escassetat de recursos energètics tradicionals i l’augment dels preus per a ells.
De Kamxatka al Caucas
A Rússia, el desenvolupament de l’energia geotèrmica té una història bastant llarga i, en diverses posicions, ens situem entre els líders mundials, tot i que la participació de l’energia geotèrmica en el balanç energètic total d’un enorme país encara és insignificant.
Dues regions, Kamxatka i el nord del Caucas, s’han convertit en pioners i centres per al desenvolupament de l’energia geotèrmica a Rússia i, si en el primer cas parlem principalment de la indústria de l’energia elèctrica, en el segon, sobre l’ús de l’energia tèrmica. d’aigua termal.
Al nord del Caucas, al territori de Krasnodar, Txetxènia, Daguestan, la calor de les aigües termals amb finalitats energètiques es va utilitzar fins i tot abans de la Gran Guerra Patriòtica. Als anys vuitanta i noranta, el desenvolupament de l'energia geotèrmica a la regió per raons òbvies es va estancar i encara no ha sortit d'un estat d'estancament. No obstant això, el subministrament d'aigua geotèrmica al nord del Caucas proporciona calor a unes 500 mil persones i, per exemple, la ciutat de Labinsk, al territori de Krasnodar, amb una població de 60 mil persones, està completament escalfada per aigües geotèrmiques.
A Kamxatka, la història de l’energia geotèrmica s’associa principalment a la construcció de centrals geotèrmiques. El primer d’ells, que encara funcionava les estacions de Pauzhetskaya i Paratunskaya, es va construir el 1965-1967, mentre que el Paratunskaya GeoPP amb una potència de 600 kW es va convertir en la primera estació del món amb cicle binari. Va ser el desenvolupament dels científics soviètics S. Kutateladze i A. M. Rosenfeld de l’Institut de Termofísica de la Branca Siberiana de l’Acadèmia Russa de Ciències, que el 1965 van rebre un certificat d’autor per a l’extracció d’electricitat d’aigua amb una temperatura de 70 ° C. Aquesta tecnologia es va convertir posteriorment en un prototip de més de 400 GeoPP binàries al món.
La capacitat del Pauzhetskaya GeoPP, encarregada el 1966, era inicialment de 5 MW i posteriorment augmentà a 12 MW. Actualment, s'està construint un bloc binari a l'estació, que augmentarà la seva capacitat en 2,5 MW més.
El desenvolupament de l’energia geotèrmica a l’URSS i Rússia es va veure obstaculitzat per la disponibilitat de fonts d’energia tradicionals (petroli, gas, carbó, però mai es va aturar). Les instal·lacions d’energia geotèrmica més grans del moment són el Verkhne-Mutnovskaya GeoPP amb una potència total de 12 MW d’unitats de potència, posat en funcionament el 1999, i el Mutnovskaya GeoPP amb una capacitat de 50 MW (2002).
Les GeoPP de Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya són objectes únics no només per a Rússia, sinó també a escala mundial. Les estacions es troben als peus del volcà Mutnovsky, a una altitud de 800 metres sobre el nivell del mar, i funcionen en condicions climàtiques extremes, on és hivern de 9 a 10 mesos a l'any. L’equip dels GeoPPs de Mutnovsky, actualment un dels més moderns del món, està completament creat a les empreses nacionals d’enginyeria elèctrica.
Actualment, la participació de les plantes de Mutnovskie en l'estructura total del consum energètic del centre energètic de Kamchatka és del 40%. Es preveu un augment de la capacitat en els propers anys.
A part, caldria dir sobre els desenvolupaments petrotèrmics russos. Encara no tenim DSP grans, però hi ha tecnologies avançades per perforar a grans profunditats (uns 10 km), que tampoc no tenen anàlegs al món. El seu desenvolupament posterior permetrà reduir dràsticament els costos de creació de sistemes petrotèrmics. Els desenvolupadors d’aquestes tecnologies i projectes són N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institut Geològic, RAS), A. S. Nekrasov (Institut de Previsió Econòmica, RAS) i especialistes de la Kaluga Turbine Works. El projecte per a un sistema de circulació petrotèrmica a Rússia es troba actualment en una fase experimental.
Hi ha perspectives d’energia geotèrmica a Rússia, encara que relativament llunyanes: en aquest moment, el potencial és força gran i les posicions de l’energia tradicional són fortes. Al mateix temps, en una sèrie de regions remotes del país, l’ús de l’energia geotèrmica és econòmicament rendible i encara és demandat. Es tracta de territoris amb un elevat potencial geoenergètic (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - la part russa del "cinturó de foc de la Terra" del Pacífic, les muntanyes de Sibèria del Sud i el Caucas) i, alhora, allunyats i tallats del subministrament energètic centralitzat.
Probablement, en les properes dècades, l’energia geotèrmica al nostre país es desenvoluparà precisament en aquestes regions.
Fonts renovables
A mesura que la població del nostre planeta creix constantment, necessitem cada vegada més energia per donar suport a la població. L’energia continguda a les entranyes de la terra pot ser molt diferent. Per exemple, hi ha fonts renovables: energia eòlica, solar i aquàtica. Són respectuosos amb el medi ambient i, per tant, podeu utilitzar-los sense por de causar danys al medi ambient.
Energia de l'aigua
Aquest mètode s’ha utilitzat durant molts segles. Avui s’han construït un gran nombre de preses, embassaments, en els quals s’utilitza aigua per generar electricitat. L’essència d’aquest mecanisme és senzilla: sota la influència del flux del riu, les rodes de les turbines giren, respectivament, l’energia de l’aigua es converteix en energia elèctrica.
Avui hi ha un gran nombre de centrals hidroelèctriques que converteixen l’energia del flux d’aigua en electricitat. La particularitat d’aquest mètode és que es renoven els recursos hidroelèctrics, respectivament, aquestes estructures tenen un cost baix. És per això que, malgrat que la construcció de centrals hidroelèctriques es desenvolupa des de fa força temps i el procés en si és molt costós, no obstant això, aquestes estructures superen significativament les indústries que requereixen molta energia.
Energia del sol: moderna i a prova de futur
L’energia solar s’obté mitjançant panells solars, però les tecnologies modernes permeten utilitzar nous mètodes per a això. La central solar més gran del món és un sistema construït al desert de Califòrnia. Potencia totalment 2.000 cases. El disseny funciona de la següent manera: els rajos del sol es reflecteixen des dels miralls, que s’envien a la caldera central amb aigua. Bull i es converteix en vapor que condueix la turbina. Ella, al seu torn, està connectada a un generador elèctric. El vent també es pot utilitzar com a energia que ens proporciona la Terra. El vent bufa les veles, gira els molins. I ara es pot utilitzar per crear dispositius que generin energia elèctrica. En girar les pales del molí de vent, acciona l’eix de la turbina que, al seu torn, està connectat a un generador elèctric.
Aplicacions
L’explotació de l’energia geotèrmica es remunta al segle XIX. La primera va ser l’experiència dels italians residents a la província de Toscana, que utilitzaven aigua tèbia de fonts per escalfar. Amb la seva ajuda, van funcionar noves plataformes de perforació de pous.
L’aigua toscana és rica en bor i, quan s’evapora, es converteix en àcid bòric, les calderes funcionaven a la calor de les seves pròpies aigües. A principis del segle XX (1904), els toscans van anar més enllà i van posar en marxa una central de vapor. L'exemple dels italians es va convertir en una experiència important per als EUA, el Japó i Islàndia.
Agricultura i horticultura
L’energia geotèrmica s’utilitza a l’agricultura, la sanitat i les llars de 80 països del món.
El primer que s’ha fet i s’utilitza l’aigua termal és escalfar hivernacles i hivernacles, cosa que permet collir verdures, fruites i flors fins i tot a l’hivern. L’aigua tèbia també era útil per regar.
El cultiu de cultius hidropònics es considera una direcció prometedora per als productors agrícoles.Algunes piscifactories utilitzen aigua escalfada en embassaments artificials per criar alevins i peixos.
Us aconsellem llegir: Procediment per a l'eliminació de reactius químics de laboratori
Aquestes tecnologies són habituals a Israel, Kenya, Grècia i Mèxic.
Indústria i habitatge i serveis comunals
Fa més d’un segle, el vapor tèrmic calent ja era la base per generar electricitat. Des de llavors, ha servit la indústria i els serveis públics.
A Islàndia, el 80% dels habitatges s’escalfa amb aigua termal.
S'han desenvolupat tres esquemes de producció d'electricitat:
- Línia recta mitjançant vapor d’aigua. El més senzill: s’utilitza allà on hi ha accés directe als vapors geotèrmics.
- Indirecte, no utilitza vapor, sinó aigua. S'alimenta a l'evaporador, es converteix en vapor mitjançant un mètode tècnic i s'envia al generador de turbina.
L’aigua requereix una purificació addicional, ja que conté compostos agressius que poden destruir els mecanismes de treball. Els residus, però encara no refredats, són adequats per a necessitats de calefacció.
- Mixta (binària). L’aigua substitueix el combustible, que escalfa un altre fluid amb una transferència de calor més elevada. Condueix la turbina.
El sistema binari empra una turbina, que s’activa per l’energia de l’aigua escalfada.
L’energia hidrotermal l’utilitzen els EUA, Rússia, Japó, Nova Zelanda, Turquia i altres països.
Sistemes de calefacció geotèrmica per a la llar
Un transportador de calor escalfat a +50 - 600C és adequat per escalfar habitatges, l'energia geotèrmica compleix aquest requisit. Les ciutats amb una població de diverses desenes de milers de persones poden escalfar-se per la calor de l'interior de la terra. Com a exemple: la calefacció de la ciutat de Labinsk, territori de Krasnodar, funciona amb combustible natural terrestre.
Esquema d’un sistema geotèrmic per escalfar una casa
No cal perdre temps i energia escalfant aigua i construint una sala de calderes. El refrigerant es pren directament de la font del guèiser. La mateixa aigua també és adequada per al subministrament d’aigua calenta. En el primer i segon cas, se sotmet a la neteja tècnica i química preliminar necessària.
L’energia resultant costa dues o tres vegades més barata. Van aparèixer instal·lacions per a cases particulars. Són més cars que les calderes de combustible tradicionals, però en el procés d’operació justifiquen els costos.
Els avantatges i desavantatges d’utilitzar l’energia geotèrmica per escalfar una casa.
Energia interior de la Terra
Va aparèixer com a resultat de diversos processos, els principals dels quals són l'acreció i la radioactivitat. Segons els científics, la formació de la Terra i la seva massa es va produir durant diversos milions d’anys, i això va passar a causa de la formació de planetesimals. Es van enganxar, respectivament, la massa de la Terra es va fer cada vegada més. Després que el nostre planeta va començar a tenir massa moderna, però encara estava desproveït d’atmosfera, els cossos meteòrics i asteroides van caure damunt seu sense impediments. Aquest procés s’anomena precisament acreció i va conduir a l’alliberament d’energia gravitatòria important. I com més grans són els cossos que cauen al planeta, major serà la quantitat d’energia alliberada, continguda a les entranyes de la Terra.
Aquesta diferenciació gravitatòria va fer que les substàncies es comencessin a estratificar: les substàncies pesants simplement es van ofegar i les flotants lleugeres i volàtils. La diferenciació també va afectar l'alliberament addicional d'energia gravitatòria.
Gairebé totes les propietats físiques bàsiques de la matèria terrestre depenen de la temperatura. Depenent de la temperatura, la pressió canvia a la qual la substància passa d’un estat sòlid a un estat fos. Quan canvia la temperatura, canvien la viscositat, la conductivitat elèctrica i les propietats magnètiques de les roques que formen la Terra. Per imaginar el que està passant a l’interior de la Terra, hem de conèixer definitivament el seu estat tèrmic. Encara no tenim l’oportunitat de mesurar directament les temperatures a cap profunditat de la Terra. Només els primers quilòmetres de l’escorça terrestre estan disponibles per a les nostres mesures.Però podem determinar indirectament la temperatura interna de la Terra, basant-nos en dades sobre el flux de calor de la Terra.
La impossibilitat de verificació directa és, per descomptat, una dificultat molt gran en moltes ciències de la terra. No obstant això, el desenvolupament amb èxit d'observacions i teories acosta progressivament el nostre coneixement a la veritat.
Ciència moderna sobre l'estat tèrmic i la història de la Terra - geotèrmica És una ciència jove. El primer estudi sobre geotèrmia va aparèixer només a mitjan segle passat. William Thomson (Lord Kelvin), aleshores encara un científic molt jove, físic, va dedicar la seva dissertació a determinar l'edat de la Terra basant-se en l'estudi de la distribució i el moviment de la calor a l'interior del planeta. Kelvin creia que la temperatura interna de la Terra hauria de disminuir amb el pas del temps a causa de la formació i la solidificació del planeta a partir de la matèria fosa.
En definir gradient tèrmic - la taxa d’augment de la temperatura amb la profunditat - en mines i pous a diferents profunditats, Kelvin va arribar a la conclusió que a partir d’aquestes dades es pot suposar quant de temps s’hauria de refredar la Terra i, per tant, determinar l’edat de la Terra . Segons l’estimació de Kelvin, la temperatura a les profunditats més properes per sota de la superfície augmenta entre 20 i 40 ° C per cada mil metres de profunditat. Va resultar que la Terra es va refredar fins al seu estat actual en poques desenes de milions d’anys. Però això no coincideix de cap manera amb altres dades, per exemple, amb dades sobre la durada de moltes èpoques geològiques conegudes. El debat sobre aquesta qüestió va continuar durant mig segle i va posar Kelvin en oposició a evolucionistes tan destacats com Charles Darwin i Thomas Huxley.
Kelvin va basar les seves conclusions en la idea que la Terra estava originalment en un estat fos i es va refredar gradualment. Aquesta hipòtesi ha dominat durant dècades. No obstant això, a principis del segle XX, es van fer descobriments que van canviar fonamentalment la comprensió de la naturalesa del flux profund de calor de la Terra i la seva història tèrmica. Es va descobrir la radioactivitat, es van iniciar els estudis dels processos d’alliberament de calor durant la desintegració radioactiva d’alguns isòtops, es van treure conclusions que les roques que formen l’escorça terrestre contenen una quantitat important d’isòtops radioactius.
Les mesures directes del flux de calor de la Terra van començar fa relativament poc temps: primer als continents (el 1939 en pous profunds de Sud-àfrica, al fons dels oceans després), des de 1954, a l'Atlàntic. Al nostre país, per primera vegada, el flux de calor es va mesurar en pous profunds de Sotxi i Matsesta. En els darrers anys, l'acumulació de dades obtingudes experimentalment sobre els fluxos de calor s'està avançant bastant ràpidament.
Per què es fa això? I encara calen noves i noves dimensions? Sí, molt necessari. La comparació de les mesures del flux de calor profund realitzades en diferents punts del planeta mostra que la pèrdua d’energia a través de diferents parts de la superfície del planeta es produeix de maneres diferents. Això parla de l'heterogeneïtat de l'escorça i el mantell, permet jutjar la naturalesa de molts processos que es produeixen a diverses profunditats inaccessibles als nostres ulls sota la superfície terrestre i proporciona una clau per estudiar el mecanisme de desenvolupament del planeta i la seva energia interna. .
Quanta calor perd la Terra a causa del flux de calor de les entranyes? Resulta que, de mitjana, aquest valor és petit: uns 0,06 watts per metre quadrat de superfície, o uns 30 bilions de watts a tot el planeta. La Terra rep energia del Sol unes 4.000 vegades més. I, per descomptat, la calor solar juga un paper important en l’establiment de la temperatura a la superfície terrestre.
La calor alliberada per un planeta a través d’una superfície de la mida d’un camp de futbol és aproximadament igual a la calor que poden generar tres bombetes de centenars de watts. Aquest flux d’energia sembla insignificant, però, al cap i a la fi, emana de tota la superfície de la Terra i constantment. La potència de tot el flux de calor que prové de les entranyes del planeta és aproximadament 30 vegades superior a la potència de totes les centrals modernes del món.
Mesura de la profunditat flux de calor de la Terra el procés és difícil i requereix molt de temps. A través de l’escorça terrestre dura, la calor es condueix cap a la superfície de manera conductiva, és a dir, mitjançant la propagació de vibracions tèrmiques. Per tant, la quantitat de calor que passa és igual al producte gradient de temperatura (la taxa d'augment de la temperatura amb la profunditat) sobre la conductivitat tèrmica. Per determinar el flux de calor, és imprescindible conèixer aquestes dues quantitats. El gradient de temperatura es mesura amb dispositius sensibles: sensors (termistors) en mines o pous forats especialment, a una profunditat de diverses desenes a diversos centenars de metres. La conductivitat tèrmica de les roques es determina examinant mostres als laboratoris.
Mesura la calor flueix al fons dels oceans associat a dificultats considerables: s’ha de treballar sota l’aigua a profunditats considerables. Tot i això, també té els seus avantatges: no cal foradar pous al fons dels oceans, perquè els sediments solen ser força tous i la llarga sonda cilíndrica que s’utilitza per mesurar la temperatura s’enfonsa fàcilment diversos metres en sediments tous.
Els que es dediquen a la geotermia realment ho necessiten mapa de flux de calor per a tota la superfície del planeta. Els punts en què ja s'han dut a terme les mesures del flux de calor es distribueixen de manera extremadament desigual a la superfície terrestre. Als mars i als oceans, les mesures s’han fet el doble que a la terra. Amèrica del Nord, Europa i Austràlia, els oceans de les latituds mitjanes han estat estudiats amb força detall. I en altres parts de la superfície terrestre, les mesures encara són poques o gens. Tot i això, el volum actual de dades sobre el flux de calor de la Terra ja permet construir mapes generalitzats, però bastant fiables.
L’alliberament de calor de les entranyes de la Terra a la superfície és desigual. En algunes zones, la Terra desprèn més calor que la mitjana mundial, en d’altres la producció de calor és molt menor. Els "punts freds" es produeixen a Europa de l'Est (Plataforma d'Europa de l'Est), Canadà (Canadian Shield), Àfrica del Nord, Austràlia, Amèrica del Sud, conques d'aigües profundes del Pacífic, Índic i Atlàntic. Els punts "càlids" i "calorosos", zones amb un augment del flux de calor, es produeixen a les regions de Califòrnia, Europa alpina, Islàndia, el Mar Roig, la pujada del Pacífic Oriental i les dorsals submarines de gamma mitjana dels oceans Atlàntic i Índic
Energia atòmica
L’ús de l’energia de la terra es pot produir de maneres diferents. Per exemple, amb la construcció de centrals nuclears, quan s’allibera energia tèrmica a causa de la desintegració de les partícules més petites de matèria d’àtoms. El combustible principal és l’urani, que es troba a l’escorça terrestre. Molts creuen que aquest mètode particular d’obtenció d’energia és el més prometedor, però la seva aplicació està plena de diversos problemes. En primer lloc, l’urani emet una radiació que mata tots els organismes vius. A més, si aquesta substància entra al sòl o a l’atmosfera, sorgirà un veritable desastre provocat per l’home. Encara vivim les tristes conseqüències de l'accident a la central nuclear de Txernòbil. El perill rau en el fet que els residus radioactius poden amenaçar tots els éssers vius durant molt, molt de temps, durant mil·lennis sencers.
Primera central geotèrmica
Tots estem acostumats al fet que fa molts anys s’extreia energia dels recursos naturals. I així va ser, però fins i tot abans, una de les primeres centrals elèctriques va ser la geotèrmica. En general, això és molt lògic, ja que la tècnica funcionava en la tracció del vapor i l’ús de vapor era la decisió més correcta. I, en realitat, l'únic en aquell moment, sense comptar la crema de llenya i carbó.
El 1817, el comte François de Larderel va desenvolupar una tecnologia per recollir vapor natural, que va ser útil al segle XX, quan la demanda de centrals geotèrmiques es va elevar.
La primera estació de treball real es va construir a la ciutat italiana de Larderello el 1904. És cert que era més aviat un prototip, ja que només podia alimentar 4 bombetes, però funcionava. Sis anys després, el 1910, es va construir a la mateixa ciutat una estació de treball real que podia produir energia suficient per a ús industrial.
Fins i tot en llocs tan pintorescos hi pot haver centrals geotèrmiques.
Es van construir generadors experimentals a molts llocs, però va ser Itàlia qui va mantenir el lideratge fins al 1958 i va ser l'únic productor industrial d'energia geotèrmica del món.
El lideratge es va haver de rendir després que la central elèctrica de Wairakei fos encarregada a Nova Zelanda. Va ser la primera central geotèrmica indirecta. Pocs anys després, es van obrir instal·lacions similars a altres països, inclosos els Estats Units amb les seves fonts a Califòrnia.
La primera central geotèrmica de tipus indirecte es va construir a la URSS el 1967. En aquest moment, aquest mètode d’obtenció d’energia va començar a desenvolupar-se activament a tot el món. Especialment a llocs com Alaska, Filipines i Indonèsia, que segueixen sent els líders en l’energia produïda d’aquesta manera.
Temps nou: noves idees
Per descomptat, la gent no s’atura aquí i cada any s’intenta trobar més maneres d’obtenir energia. Si l'energia de la calor de la terra s'obté de forma senzilla, alguns mètodes no són tan senzills. Per exemple, com a font d’energia, és molt possible utilitzar gas biològic, que s’obté a partir de residus en descomposició. Es pot utilitzar per escalfar cases i escalfar aigua.
Cada vegada es construeixen centrals mareomotrius quan s’instal·len preses i turbines a través de la boca dels embassaments, que són impulsades pel flux i reflux respectivament, s’obté electricitat.
Cremant escombraries, obtenim energia
Un altre mètode, que ja s’utilitza al Japó, és la creació d’incineradores. Avui es construeixen a Anglaterra, Itàlia, Dinamarca, Alemanya, França, els Països Baixos i els Estats Units, però només al Japó aquestes empreses van començar a utilitzar-se no només per al propòsit previst, sinó també per generar electricitat. Les fàbriques locals cremen 2/3 de tots els residus, mentre que les fàbriques estan equipades amb turbines de vapor. En conseqüència, subministren calor i electricitat als voltants. Al mateix temps, en termes de costos, és molt més rendible construir una empresa d’aquest tipus que construir un CHP.
La perspectiva d’utilitzar la calor de la Terra on es concentren els volcans sembla més temptadora. En aquest cas, no és necessari foradar massa la Terra, ja que a una profunditat de 300-500 metres la temperatura serà almenys el doble del punt d’ebullició de l’aigua.
També hi ha un mètode de generació d’electricitat com l’energia de l’hidrogen. L’hidrogen, l’element químic més senzill i lleuger, es pot considerar un combustible ideal, perquè és allà on hi ha aigua. Si es crema hidrogen, es pot obtenir aigua, que es descompon en oxigen i hidrogen. La flama d’hidrogen en si mateixa és inofensiva, és a dir, no hi haurà danys al medi ambient. La particularitat d’aquest element és que té un poder calorífic elevat.
Què hi haurà en el futur?
Per descomptat, l’energia del camp magnètic terrestre o la que s’obté a les centrals nuclears no pot satisfer plenament totes les necessitats de la humanitat, que creixen cada any. No obstant això, els experts diuen que no hi ha motius per preocupar-se, ja que els recursos combustibles del planeta encara són suficients. A més, cada vegada s’utilitzen més fonts noves, respectuoses amb el medi ambient i renovables.
El problema de la contaminació ambiental es manté i creix catastròficament. La quantitat d’emissions nocives surt de l’escala, respectivament, l’aire que respirem és perjudicial, l’aigua té impureses perilloses i el sòl s’esgota gradualment. Per això, és tan important dedicar-se a temps a l’estudi d’un fenomen com l’energia a les entranyes de la Terra, per buscar maneres de reduir la demanda de combustible fòssil i utilitzar de forma més activa fonts d’energia no tradicionals.
Recursos limitats de matèries primeres d’energia fòssil
La demanda de matèries primeres d’energia orgànica és gran als països industrialitzats i en desenvolupament (EUA, Japó, estats de l’Europa unida, Xina, Índia, etc.). Al mateix temps, els seus propis recursos d’hidrocarburs en aquests països són insuficients o reservats, i un país, per exemple, els Estats Units, compra matèries primeres energètiques a l’estranger o desenvolupa dipòsits a altres països.
A Rússia, un dels països més rics en termes de recursos energètics, les necessitats econòmiques d’energia continuen satisfetes per les possibilitats d’utilitzar els recursos naturals. No obstant això, l'extracció d'hidrocarburs fòssils del subsòl s'està procedint a un ritme molt ràpid. Si als anys 1940-1960. Les principals regions productores de petroli van ser "Segon Bakú" a les regions del Volga i dels Ural, després, a partir dels anys setanta i fins a l'actualitat, aquesta zona és Sibèria Occidental. Però també aquí hi ha una disminució significativa de la producció d’hidrocarburs fòssils. L’era del gas cenomanià “sec” està passant. L'etapa anterior de desenvolupament extensiu de la producció de gas natural ha finalitzat. La seva extracció de jaciments gegants com Medvezhye, Urengoyskoye i Yamburgskoye va ascendir al 84, 65 i 50%, respectivament. La proporció de reserves de petroli favorables al desenvolupament també disminueix amb el pas del temps.
A causa del consum actiu de combustibles d’hidrocarburs, les reserves de petroli terrestre i gas natural han disminuït significativament. Ara les seves principals reserves es concentren a la plataforma continental. I, tot i que la base de recursos de la indústria del petroli i del gas encara és suficient per a la producció de petroli i gas a Rússia en els volums necessaris, en un futur proper es proporcionarà en major mesura gràcies al desenvolupament de camps amb dificultats mineres i condicions geològiques. El cost de la producció de matèries primeres d’hidrocarburs continuarà creixent.
La majoria dels recursos no renovables extrets del subsòl s’utilitzen com a combustible per a les centrals elèctriques. En primer lloc, es tracta de gas natural, la proporció del qual en l’estructura del combustible és del 64%.
A Rússia, el 70% de l’electricitat es genera a les centrals tèrmiques. Les empreses energètiques del país cremen uns 500 milions de tones equivalents de combustible anualment. per generar electricitat i calor, mentre que per a la producció de calor, el combustible d’hidrocarburs es consumeix 3-4 vegades més que per a la generació d’electricitat.
La quantitat de calor que s’obté de la combustió d’aquests volums de matèries primeres d’hidrocarburs equival a l’ús de centenars de tones de combustible nuclear, la diferència és enorme. Tanmateix, l’energia nuclear requereix seguretat ambiental (per excloure la recurrència de Txernòbil) i la seva protecció contra possibles atacs terroristes, així com la implementació d’un desmantellament segur i costós d’unitats de potència de la central nuclear obsoleta i obsoleta. Les reserves recuperables d’urani recuperades al món són d’uns 3 milions i 400 mil tones. Durant tot el període anterior (fins al 2007) es van explotar uns 2 milions de tones.
