Γεωθερμική ενέργεια
Ήδη από το όνομα είναι σαφές ότι αντιπροσωπεύει τη ζεστασιά του εσωτερικού της γης. Κάτω από τον φλοιό της γης υπάρχει ένα στρώμα μάγματος, το οποίο είναι ένα φλογερό υγρό πυριτικό τήγμα. Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα, το ενεργειακό δυναμικό αυτής της θερμότητας είναι πολύ υψηλότερο από την ενέργεια των παγκόσμιων αποθεμάτων φυσικού αερίου, καθώς και του πετρελαίου. Το μάγμα - λάβα έρχεται στην επιφάνεια. Επιπλέον, η μεγαλύτερη δραστηριότητα παρατηρείται σε εκείνα τα στρώματα της γης στα οποία βρίσκονται τα όρια των τεκτονικών πλακών, καθώς και όπου ο φλοιός της γης χαρακτηρίζεται από λεπτότητα. Η γεωθερμική ενέργεια της γης λαμβάνεται με τον ακόλουθο τρόπο: η λάβα και οι υδάτινοι πόροι του πλανήτη έρχονται σε επαφή, ως αποτέλεσμα της οποίας το νερό αρχίζει να θερμαίνεται απότομα. Αυτό οδηγεί στην έκρηξη ενός θερμοπίδακα, στον σχηματισμό των λεγόμενων θερμών λιμνών και των υποβρύχιων ρευμάτων. Δηλαδή, ακριβώς σε αυτά τα φυσικά φαινόμενα, οι ιδιότητες των οποίων χρησιμοποιούνται ενεργά ως ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.
Πετροθερμική ενέργεια
Προς το παρόν, η θερμότητα του εσωτερικού της γης χρησιμοποιείται ευρέως στον κόσμο, και αυτή είναι κυρίως η ενέργεια των ρηχών πηγαδιών - έως 1 χλμ. Προκειμένου να παρέχεται ηλεκτρική ενέργεια, παροχή θερμότητας ή ζεστού νερού, εγκαθίστανται εναλλάκτες θερμότητας που λειτουργούν σε υγρά με χαμηλό σημείο βρασμού (για παράδειγμα, φρέον).
Σήμερα, η χρήση εναλλάκτη θερμότητας γεωτρήσεων είναι ο πιο ορθολογικός τρόπος παραγωγής θερμότητας. Μοιάζει με αυτό: το ψυκτικό κυκλοφορεί σε κλειστό βρόχο. Ο θερμαινόμενος υψώνεται κατά μήκος ενός συγκεντρωτικά χαμηλωμένου σωλήνα, εκπέμποντας τη θερμότητα του, και μετά ψύχεται, αντλείται στο περίβλημα με τη βοήθεια μιας αντλίας.
Η χρήση της ενέργειας του εσωτερικού της γης βασίζεται σε ένα φυσικό φαινόμενο - καθώς πλησιάζει τον πυρήνα της Γης, αυξάνεται η θερμοκρασία του φλοιού και του μανδύα της γης. Σε επίπεδο 2-3 χλμ από την επιφάνεια του πλανήτη, φτάνει πάνω από 100 ° С, κατά μέσο όρο αυξάνεται κατά 20 ° С με κάθε επόμενο χιλιόμετρο. Σε βάθος 100 km, η θερμοκρασία φτάνει τα 1300-1500 ºС.
Τεχνητά γεωθερμικά ελατήρια
Η ενέργεια που περιέχεται στα έντερα της γης πρέπει να χρησιμοποιείται με σύνεση. Για παράδειγμα, υπάρχει μια ιδέα να δημιουργηθούν υπόγειοι λέβητες. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να τρυπήσετε δύο πηγάδια επαρκούς βάθους, τα οποία θα συνδεθούν στο κάτω μέρος. Δηλαδή, αποδεικνύεται ότι σε σχεδόν οποιαδήποτε γωνιά της γης είναι δυνατή η βιομηχανική παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας: το κρύο νερό θα αντληθεί στη δεξαμενή μέσω ενός φρεατίου και το ζεστό νερό ή ο ατμός θα εξαχθούν μέσω του δεύτερου. Οι τεχνητές πηγές θερμότητας θα είναι επωφελείς και λογικές εάν η προκύπτουσα θερμότητα παρέχει περισσότερη ενέργεια. Ο ατμός μπορεί να κατευθυνθεί σε γεννήτριες στροβίλων, οι οποίες θα παράγουν ηλεκτρισμό.
Φυσικά, η επιλεγμένη θερμότητα είναι μόνο ένα κλάσμα του διαθέσιμου στα συνολικά αποθέματα. Αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι η βαθιά θερμότητα θα ανανεώνεται συνεχώς λόγω των διαδικασιών ραδιενεργού αποσύνθεσης, συμπίεσης πετρωμάτων, στρωματοποίησης των εντέρων. Σύμφωνα με τους ειδικούς, ο φλοιός της γης συσσωρεύει θερμότητα, η συνολική ποσότητα της οποίας είναι 5.000 φορές μεγαλύτερη από τη θερμογόνο δύναμη όλων των ορυκτών πόρων της γης στο σύνολό της. Αποδεικνύεται ότι ο χρόνος λειτουργίας τέτοιων τεχνητά γεωθερμικών σταθμών μπορεί να είναι απεριόριστος.
Μέθοδοι συλλογής ενεργειακών πόρων της Γης
Σήμερα υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι συλλογής γεωθερμικής ενέργειας: ξηρός ατμός, ζεστό νερό και δυαδικός κύκλος. Η διαδικασία ξηρού ατμού περιστρέφει άμεσα τους κινητήρες στροβίλου των γεννητριών ισχύος. Το ζεστό νερό εισέρχεται από κάτω προς τα πάνω και στη συνέχεια ψεκάζεται στη δεξαμενή για να δημιουργήσει ατμό για την οδήγηση των στροβίλων.Αυτές οι δύο μέθοδοι είναι οι πιο κοινές, παράγοντας εκατοντάδες μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ισλανδία, την Ευρώπη, τη Ρωσία και άλλες χώρες. Όμως η τοποθεσία είναι περιορισμένη, καθώς αυτά τα εργοστάσια λειτουργούν μόνο σε τεκτονικές περιοχές όπου είναι πιο εύκολη η πρόσβαση σε θερμαινόμενο νερό.
Με την τεχνολογία δυαδικού κύκλου, ζεστό (όχι απαραίτητα ζεστό) νερό εξάγεται στην επιφάνεια και συνδυάζεται με βουτάνιο ή πεντάνιο, το οποίο έχει χαμηλό σημείο βρασμού. Αυτό το υγρό αντλείται μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας όπου εξατμίζεται και αποστέλλεται μέσω ενός στροβίλου πριν ανακυκλωθεί πίσω στο σύστημα. Η τεχνολογία δυαδικού κύκλου παρέχει δεκάδες μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες: Καλιφόρνια, Νεβάδα και τα νησιά της Χαβάης.
Η αρχή της απόκτησης ενέργειας
Μειονεκτήματα της γεωθερμικής ενέργειας
Σε επίπεδο χρησιμότητας, οι γεωθερμικές μονάδες παραγωγής ενέργειας είναι ακριβές για την κατασκευή και τη λειτουργία τους. Η εύρεση μιας κατάλληλης τοποθεσίας απαιτεί δαπανηρές έρευνες χωρίς εγγύηση να χτυπήσει ένα παραγωγικό υπόγειο σημείο. Ωστόσο, οι αναλυτές αναμένουν ότι η ικανότητα αυτή θα διπλασιαστεί σχεδόν τα επόμενα έξι χρόνια.
Επιπλέον, περιοχές με υψηλή θερμοκρασία της υπόγειας πηγής βρίσκονται σε περιοχές με ενεργά γεωλογικά ηφαίστεια. Αυτά τα "καυτά σημεία" έχουν σχηματιστεί στα όρια των τεκτονικών πλακών σε μέρη όπου ο φλοιός είναι αρκετά λεπτός. Η περιοχή του Ειρηνικού αναφέρεται συχνά ως δακτύλιος πυρκαγιάς για πολλά ηφαίστεια με πολλά σημεία, όπως η Αλάσκα, η Καλιφόρνια και το Όρεγκον. Η Νεβάδα έχει εκατοντάδες hotspots που καλύπτουν τις περισσότερες από τις βόρειες Ηνωμένες Πολιτείες.
Υπάρχουν επίσης άλλες σεισμικά ενεργές περιοχές. Οι σεισμοί και η κίνηση μάγματος επιτρέπουν στο νερό να κυκλοφορεί. Σε ορισμένα μέρη, το νερό ανεβαίνει στην επιφάνεια και εμφανίζονται φυσικές θερμές πηγές και θερμοπίδακες, όπως στην Kamchatka. Το νερό στα geysers της Kamchatka φτάνει τους 95 ° C.
Ένα από τα προβλήματα με τα ανοιχτά συστήματα θερμοσίφωνας είναι η απελευθέρωση ορισμένων ατμοσφαιρικών ρύπων. Το υδρόθειο είναι ένα τοξικό αέριο με μια πολύ αναγνωρίσιμη μυρωδιά "σάπιο αυγό" - μια μικρή ποσότητα αρσενικού και ορυκτών που απελευθερώνονται με ατμό. Το αλάτι μπορεί επίσης να δημιουργήσει περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Σε υπεράκτιες γεωθερμικές μονάδες παραγωγής ενέργειας, μια σημαντική ποσότητα παρεμβαλλόμενου αλατιού συσσωρεύεται σε σωλήνες. Σε κλειστά συστήματα, δεν υπάρχουν εκπομπές και όλο το υγρό που φέρεται στην επιφάνεια επιστρέφεται.
Το οικονομικό δυναμικό του ενεργειακού πόρου
Τα καυτά σημεία δεν είναι τα μόνα μέρη όπου μπορεί να βρεθεί η γεωθερμική ενέργεια. Υπάρχει συνεχής παροχή χρησιμοποιήσιμης θερμότητας για άμεση θέρμανση οπουδήποτε από 4 μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια σχεδόν οπουδήποτε στη γη. Ακόμη και η γη στην αυλή σας ή στο τοπικό σχολείο έχει τις οικονομικές δυνατότητες με τη μορφή θερμότητας να αντληθούν στο σπίτι σας ή σε άλλα κτίρια.
Επιπλέον, υπάρχει τεράστια ποσότητα θερμικής ενέργειας σε ξηρούς βράχους πολύ βαθιά κάτω από την επιφάνεια (4-10 km).
Η χρήση της νέας τεχνολογίας θα μπορούσε να επεκτείνει τα γεωθερμικά συστήματα, όπου οι άνθρωποι μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτήν τη θερμότητα για να παράγουν ηλεκτρισμό σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα από τις συμβατικές τεχνολογίες. Τα πρώτα έργα επίδειξης αυτής της αρχής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Αυστραλία το 2013.
Εάν το πλήρες οικονομικό δυναμικό των γεωθερμικών πόρων μπορεί να αξιοποιηθεί, τότε αυτό θα αντιπροσωπεύει μια τεράστια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για εγκαταστάσεις παραγωγής. Οι επιστήμονες προτείνουν ότι οι συμβατικές γεωθερμικές πηγές έχουν δυναμικότητα 38.000 MW, η οποία μπορεί να παράγει 380 εκατομμύρια MW ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως.
Ζεστά ξηρά πετρώματα εμφανίζονται σε βάθη 5 έως 8 χλμ. Παντού υπόγεια και σε μικρότερα βάθη σε ορισμένα σημεία.Η πρόσβαση σε αυτούς τους πόρους περιλαμβάνει την εισαγωγή κρύου νερού που κυκλοφορεί μέσω των καυτών βράχων και την απομάκρυνση του θερμαινόμενου νερού. Προς το παρόν δεν υπάρχει εμπορική εφαρμογή για αυτήν την τεχνολογία. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες δεν επιτρέπουν ακόμη την ανάκτηση θερμικής ενέργειας απευθείας από το μάγμα, πολύ βαθιά, αλλά αυτός είναι ο πιο ισχυρός πόρος γεωθερμικής ενέργειας.
Με τον συνδυασμό ενεργειακών πόρων και τη συνοχή της, η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να διαδραματίσει αναντικατάστατο ρόλο ως καθαρότερο, πιο βιώσιμο ενεργειακό σύστημα.
Χαρακτηριστικά των πηγών
Οι πηγές που παρέχουν γεωθερμική ενέργεια είναι σχεδόν αδύνατες να χρησιμοποιηθούν πλήρως. Υπάρχουν σε περισσότερες από 60 χώρες του κόσμου, με την πλειονότητα των χερσαίων ηφαιστείων στον ηφαιστειακό δακτύλιο φωτιάς του Ειρηνικού. Στην πράξη, αποδεικνύεται ότι οι γεωθερμικές πηγές σε διαφορετικές περιοχές του κόσμου είναι εντελώς διαφορετικές από τις ιδιότητές τους, δηλαδή τη μέση θερμοκρασία, την ανοργανοποίηση, τη σύνθεση του αερίου, την οξύτητα και ούτω καθεξής.
Οι Geysers είναι πηγές ενέργειας στη Γη, η ιδιαιτερότητα της οποίας είναι ότι εκτοξεύουν βραστό νερό σε τακτά χρονικά διαστήματα. Μετά την έκρηξη, η πισίνα γίνεται χωρίς νερό, στο κάτω μέρος της μπορείτε να δείτε ένα κανάλι που πηγαίνει βαθιά στο έδαφος. Τα Geysers χρησιμοποιούνται ως πηγές ενέργειας σε περιοχές όπως η Kamchatka, η Ισλανδία, η Νέα Ζηλανδία και η Βόρεια Αμερική, ενώ τα μοναχικά geyser βρίσκονται σε πολλές άλλες περιοχές.
Βιομηχανία και στέγαση και κοινοτικές υπηρεσίες
Τον Νοέμβριο του 2014, ο μεγαλύτερος γεωθερμικός σταθμός στον κόσμο άρχισε να λειτουργεί στην Κένυα. Το δεύτερο μεγαλύτερο βρίσκεται στην Ισλανδία - αυτό είναι το Hellisheid, το οποίο παίρνει θερμότητα από πηγές κοντά στο ηφαίστειο Hengiedl.
Άλλες χώρες που χρησιμοποιούν γεωθερμική ενέργεια σε βιομηχανική κλίμακα: ΗΠΑ, Φιλιππίνες, Ρωσία, Ιαπωνία, Κόστα Ρίκα, Τουρκία, Νέα Ζηλανδία κ.λπ.
Υπάρχουν τέσσερα κύρια σχέδια για την παραγωγή ενέργειας στο GeoTPP:
- ευθεία, όταν ο ατμός κατευθύνεται μέσω σωλήνων σε στροβίλους που συνδέονται με ηλεκτρογεννήτριες ·
- έμμεσο, παρόμοιο με το προηγούμενο σε όλα, εκτός από το ότι πριν από την είσοδο στους σωλήνες, ο ατμός καθαρίζεται από αέρια.
- δυαδικό - όχι νερό ή ατμός χρησιμοποιείται ως θερμότητα εργασίας, αλλά ένα άλλο υγρό με χαμηλό σημείο βρασμού.
- αναμεμειγμένο - παρόμοιο με την ευθεία γραμμή, αλλά μετά τη συμπύκνωση, αδιάλυτα αέρια απομακρύνονται από το νερό.
Το 2009, μια ομάδα ερευνητών που αναζητούσαν χρήσιμους γεωθερμικούς πόρους έφτασαν σε λιωμένο μάγμα μόλις 2,1 χλμ. Βάθος. Αυτή η πτώση στο μάγμα είναι πολύ σπάνια, αυτή είναι μόνο η δεύτερη γνωστή περίπτωση (η προηγούμενη συνέβη στη Χαβάη το 2007).
Παρόλο που ο σωλήνας που συνδέεται με το μάγμα δεν έχει συνδεθεί ποτέ με το κοντινό γεωθερμικό εργοστάσιο της Krafla, οι επιστήμονες έχουν λάβει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Μέχρι τώρα, όλοι οι σταθμοί λειτουργίας πήραν έμμεσα θερμότητα, από τους βράχους της γης ή από τα υπόγεια νερά.
Από πού προέρχεται η ενέργεια;
Το μη ψυχρό μάγμα βρίσκεται πολύ κοντά στην επιφάνεια της γης. Αέρια και ατμοί απελευθερώνονται από αυτό, που ανεβαίνουν και περνούν κατά μήκος των ρωγμών. Αναμειγνύονται με υπόγεια νερά, προκαλούν τη θέρμανσή τους, οι ίδιοι μετατρέπονται σε ζεστό νερό, στο οποίο πολλές ουσίες διαλύονται. Τέτοιο νερό απελευθερώνεται στην επιφάνεια της γης με τη μορφή διαφόρων γεωθερμικών πηγών: θερμές πηγές, μεταλλικά ελατήρια, θερμοσίφωνα και ούτω καθεξής. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα καυτά έντερα της γης είναι σπήλαια ή θάλαμοι που συνδέονται με περάσματα, ρωγμές και κανάλια. Είναι γεμάτα με υπόγεια νερά και τα κέντρα μάγμα βρίσκονται πολύ κοντά σε αυτά. Με αυτόν τον τρόπο, η θερμική ενέργεια της γης σχηματίζεται με φυσικό τρόπο.
Υδροθερμική ενέργεια
Το νερό που κυκλοφορεί σε μεγάλα βάθη θερμαίνεται σε σημαντικές τιμές. Σε σεισμικά ενεργές περιοχές, ανεβαίνει στην επιφάνεια κατά μήκος ρωγμών στον φλοιό της γης · σε ήρεμες περιοχές, μπορεί να αφαιρεθεί χρησιμοποιώντας πηγάδια.
Η αρχή της λειτουργίας είναι η ίδια: το θερμαινόμενο νερό ανεβαίνει στο πηγάδι, εκπέμπει θερμότητα και επιστρέφει στον δεύτερο σωλήνα. Ο κύκλος είναι πρακτικά ατελείωτος και ανανεώνεται όσο η ζεστασιά παραμένει στο εσωτερικό της γης.
Σε ορισμένες σεισμικά ενεργές περιοχές, τα ζεστά νερά βρίσκονται τόσο κοντά στην επιφάνεια που μπορείτε να δείτε από πρώτο χέρι πώς λειτουργεί η γεωθερμική ενέργεια. Μια φωτογραφία κοντά στο ηφαίστειο Krafla (Ισλανδία) δείχνει geysers που εκπέμπουν ατμό για το γεωθερμικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας που λειτουργεί εκεί.
Ηλεκτρικό πεδίο της Γης
Υπάρχει μια άλλη εναλλακτική πηγή ενέργειας στη φύση, η οποία διακρίνεται από την ανανεώσιμη ενέργεια, τη φιλικότητα προς το περιβάλλον και την ευκολία χρήσης. Είναι αλήθεια, μέχρι τώρα αυτή η πηγή μελετάται μόνο και δεν εφαρμόζεται στην πράξη. Έτσι, η πιθανή ενέργεια της Γης κρύβεται στο ηλεκτρικό της πεδίο. Η ενέργεια μπορεί να αποκτηθεί με αυτόν τον τρόπο μελετώντας τους βασικούς νόμους της ηλεκτροστατικής και τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου της Γης. Στην πραγματικότητα, ο πλανήτης μας από ηλεκτρική άποψη είναι ένας σφαιρικός πυκνωτής φορτισμένος έως και 300.000 βολτ. Η εσωτερική του σφαίρα έχει αρνητικό φορτίο και η εξωτερική, η ιονόσφαιρα, είναι θετική. Η ατμόσφαιρα της Γης είναι μονωτής. Μέσα από αυτό υπάρχει μια συνεχής ροή ιοντικών και μεταφερόμενων ρευμάτων, που φτάνουν σε μια δύναμη πολλών χιλιάδων αμπέρ. Ωστόσο, η πιθανή διαφορά μεταξύ των πλακών δεν μειώνεται σε αυτήν την περίπτωση.
Αυτό υποδηλώνει ότι υπάρχει μια γεννήτρια στη φύση, ο ρόλος της οποίας είναι να αναπληρώνει συνεχώς τη διαρροή φορτίων από τις πλάκες πυκνωτών. Ο ρόλος μιας τέτοιας γεννήτριας παίζει το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο περιστρέφεται με τον πλανήτη μας στη ροή του ηλιακού ανέμου. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου της Γης μπορεί να ληφθεί μόνο με τη σύνδεση ενός καταναλωτή ενέργειας σε αυτήν τη γεννήτρια. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να εκτελέσετε μια αξιόπιστη εγκατάσταση γείωσης.
Θερμότητα της Γης
(Για το τέλος. Για αρχή, δείτε Επιστήμη και Ζωή, Νο. 9, 2013)
Συλλέκτης συλλογής θερμικού νερού βορίου στο Larderello (Ιταλία), πρώτο μισό του 19ου αιώνα.
Ο κινητήρας και ο μετατροπέας χρησιμοποιήθηκαν στο Larderello το 1904 στο πρώτο πείραμα για την παραγωγή γεωθερμικής ηλεκτρικής ενέργειας.
Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας μονάδας θερμικής ενέργειας.
Η αρχή της λειτουργίας του GeoPP σε ξηρό ατμό. Ο γεωθερμικός ατμός από ένα πηγάδι παραγωγής διοχετεύεται απευθείας μέσω ενός ατμοστροβίλου. Το απλούστερο από τα υπάρχοντα σχήματα της λειτουργίας GeoPP.
Η αρχή της λειτουργίας ενός GeoPP με έμμεσο κύκλωμα. Ζεστό υπόγειο νερό από ένα πηγάδι παραγωγής αντλείται σε έναν εξατμιστή και ο προκύπτων ατμός τροφοδοτείται σε μια τουρμπίνα.
Η αρχή της λειτουργίας ενός δυαδικού GeoPP. Το ζεστό θερμικό νερό αλληλεπιδρά με ένα άλλο υγρό που δρα ως υγρό λειτουργίας και έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού.
Το σχήμα του πετροθερμικού συστήματος. Το σύστημα βασίζεται στη χρήση κλίσης θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας της γης και του εδάφους της, όπου η θερμοκρασία είναι υψηλότερη.
Σχηματικό διάγραμμα ψυγείου και αντλίας θερμότητας: 1 - συμπυκνωτής. 2 - γκάζι (ρυθμιστής πίεσης). 3 - εξατμιστής. 4 - συμπιεστής.
Mutnovskaya GeoPP στην Kamchatka. Στο τέλος του 2011, η εγκατεστημένη ισχύς του σταθμού ήταν 50 MW, αλλά σχεδιάζεται να αυξηθεί στα 80 MW. Φωτογραφία από την Τατιάνα Κορόμπκοβα (Ερευνητικό Εργαστήριο ΑΠΕ της Γεωγραφικής Σχολής του Κρατικού Πανεπιστημίου Lomonosov της Μόσχας)
‹
›
Η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας έχει πολύ μακρά ιστορία. Ένα από τα πρώτα γνωστά παραδείγματα είναι η Ιταλία, ένα μέρος στην επαρχία της Τοσκάνης, που τώρα ονομάζεται Larderello, όπου ήδη από τις αρχές του 19ου αιώνα, τα τοπικά ζεστά ιαματικά νερά, που χύνονται φυσικά ή εξάγονται από ρηχά πηγάδια, χρησιμοποιήθηκαν για ενεργειακοί σκοποί.
Εδώ χρησιμοποιήθηκε υπόγειο νερό πλούσιο σε βόριο για να ληφθεί βορικό οξύ. Αρχικά, αυτό το οξύ ελήφθη με εξάτμιση σε λέβητες σιδήρου και το συνηθισμένο καυσόξυλο από τα κοντινά δάση ελήφθη ως καύσιμο, αλλά το 1827 ο Francesco Larderel δημιούργησε ένα σύστημα που δούλεψε τη θερμότητα των υδάτων. Ταυτόχρονα, η ενέργεια των φυσικών υδρατμών άρχισε να χρησιμοποιείται για τη λειτουργία γεώτρησης γεώτρησης και στις αρχές του 20ού αιώνα - για τη θέρμανση τοπικών σπιτιών και θερμοκηπίων. Στο ίδιο μέρος, στο Larderello, το 1904, οι θερμικοί υδρατμοί έγιναν πηγή ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ορισμένες άλλες χώρες ακολούθησαν το παράδειγμα της Ιταλίας στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ού αιώνα. Για παράδειγμα, το 1892, τα ιαματικά νερά χρησιμοποιήθηκαν για τοπική θέρμανση στις Ηνωμένες Πολιτείες (Boise, Idaho), το 1919 στην Ιαπωνία και το 1928 στην Ισλανδία.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο πρώτος υδροθερμικός σταθμός παραγωγής ενέργειας εμφανίστηκε στην Καλιφόρνια στις αρχές της δεκαετίας του 1930, στη Νέα Ζηλανδία το 1958, στο Μεξικό το 1959, στη Ρωσία (ο πρώτος δυαδικός γεωθερμικός σταθμός στον κόσμο) το 1965 ...
Παλαιά αρχή για μια νέα πηγή
Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία της υδροηλεκτρικής πηγής από ό, τι για τη θέρμανση - πάνω από 150 ° C. Η αρχή λειτουργίας ενός γεωθερμικού σταθμού (GeoPP) είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός συμβατικού θερμοηλεκτρικού σταθμού (TPP). Στην πραγματικότητα, ένας γεωθερμικός σταθμός είναι ένα είδος θερμοηλεκτρικού σταθμού.
Στα TPPs, κατά κανόνα, ο άνθρακας, το φυσικό αέριο ή το καύσιμο πετρέλαιο ενεργούν ως η κύρια πηγή ενέργειας και οι υδρατμοί χρησιμεύουν ως το υγρό λειτουργίας. Καύσιμο, καύση, θερμαίνει νερό σε κατάσταση ατμού, που περιστρέφει μια ατμοστρόβιλο και παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Η διαφορά μεταξύ GeoPPs είναι ότι η κύρια πηγή ενέργειας εδώ είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης και το υγρό εργασίας με τη μορφή ατμού παρέχεται στις λεπίδες στροβίλου μιας ηλεκτρικής γεννήτριας σε "έτοιμη" μορφή απευθείας από την παραγωγή Καλά.
Υπάρχουν τρία κύρια σχήματα λειτουργίας GeoPP: άμεση, χρήση ξηρού (γεωθερμικού) ατμού. έμμεση, με βάση υδροθερμικό νερό, και ανάμεικτα, ή δυαδικά.
Η χρήση ενός συγκεκριμένου σχήματος εξαρτάται από την κατάσταση συσσωμάτωσης και τη θερμοκρασία του φορέα ενέργειας.
Το απλούστερο και επομένως το πρώτο από τα κυριότερα σχήματα είναι η ευθεία γραμμή, στην οποία ο ατμός που προέρχεται από το πηγάδι διέρχεται απευθείας μέσω του στροβίλου. Το πρώτο GeoPP στον κόσμο στο Larderello λειτούργησε επίσης με ξηρό ατμό το 1904.
Τα GeoPP με έμμεσο σχήμα εργασίας είναι τα πιο συνηθισμένα στην εποχή μας. Χρησιμοποιούν ζεστό υπόγειο νερό, το οποίο αντλείται σε έναν εξατμιστή υπό υψηλή πίεση, όπου μέρος του εξατμίζεται και ο ατμός που προκύπτει περιστρέφει μια τουρμπίνα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτούνται πρόσθετες συσκευές και κυκλώματα για τον καθαρισμό του γεωθερμικού νερού και του ατμού από επιθετικές ενώσεις.
Ο εξαντλημένος ατμός εισέρχεται στο πηγάδι ψεκασμού ή χρησιμοποιείται για θέρμανση χώρου - σε αυτήν την περίπτωση, η αρχή είναι η ίδια με τη λειτουργία ενός CHP.
Στα δυαδικά GeoPPs, το ζεστό θερμικό νερό αλληλεπιδρά με ένα άλλο υγρό που δρα ως υγρό εργασίας με χαμηλότερο σημείο βρασμού. Και τα δύο υγρά διοχετεύονται μέσω εναλλάκτη θερμότητας, όπου το θερμικό νερό εξατμίζει το λειτουργικό ρευστό, ο ατμός του οποίου περιστρέφει την τουρμπίνα.
Αυτό το σύστημα είναι κλειστό, το οποίο επιλύει το πρόβλημα των εκπομπών στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, τα υγρά εργασίας με σχετικά χαμηλό σημείο βρασμού καθιστούν δυνατή τη χρήση όχι πολύ θερμών θερμικών νερών ως κύρια πηγή ενέργειας.
Και στα τρία σχήματα, μια υδροθερμική πηγή αξιοποιείται, αλλά η πετροθερμική ενέργεια μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (για τις διαφορές μεταξύ της υδροθερμικής και της πετροθερμικής ενέργειας, βλέπε Science and Life, Νο. 9, 2013).
Το σχηματικό διάγραμμα σε αυτήν την περίπτωση είναι επίσης αρκετά απλό. Είναι απαραίτητο να τρυπήσετε δύο διασυνδεδεμένα πηγάδια - πηγάδια έγχυσης και παραγωγής. Το νερό αντλείται στο πηγάδι της ένεσης. Σε βάθος, θερμαίνεται, στη συνέχεια θερμαίνεται νερό ή ατμός που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ισχυρής θέρμανσης τροφοδοτείται μέσω του φρεατίου παραγωγής στην επιφάνεια. Επιπλέον, όλα εξαρτώνται από το πώς χρησιμοποιείται η πετροθερμική ενέργεια - για θέρμανση ή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας κλειστός κύκλος είναι δυνατός με την έγχυση απορριμμάτων ατμού και νερού πίσω στο πηγάδι έγχυσης ή με άλλο τρόπο απόρριψης.
Το μειονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι προφανές: για να επιτευχθεί μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία του υγρού εργασίας, τα φρεάτια πρέπει να τρυπηθούν σε μεγάλο βάθος.Και αυτά είναι σοβαρά κόστη και ο κίνδυνος σημαντικής απώλειας θερμότητας όταν το υγρό κινείται προς τα πάνω. Επομένως, τα πετροθερμικά συστήματα εξακολουθούν να είναι λιγότερο διαδεδομένα από τα υδροθερμικά, αν και το δυναμικό της πετροθερμικής ενέργειας είναι τάξεις μεγέθους υψηλότερες.
Επί του παρόντος, ο ηγέτης στη δημιουργία των λεγόμενων πετροθερμικών συστημάτων κυκλοφορίας (PCS) είναι η Αυστραλία. Επιπλέον, αυτή η κατεύθυνση της γεωθερμικής ενέργειας αναπτύσσεται ενεργά στις ΗΠΑ, την Ελβετία, τη Μεγάλη Βρετανία και την Ιαπωνία.
Το δώρο του Λόρδου Κέλβιν
Η εφεύρεση το 1852 μιας αντλίας θερμότητας του φυσικού William Thompson (γνωστού και ως Lord Kelvin) έδωσε στην ανθρωπότητα μια πραγματική ευκαιρία να χρησιμοποιήσει τη χαμηλή δυναμική θερμότητα των ανώτερων στρωμάτων εδάφους. Το σύστημα αντλίας θερμότητας, ή, όπως το ονόμασε η Thompson, ο πολλαπλασιαστής θερμότητας, βασίζεται στη φυσική διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από το περιβάλλον στο ψυκτικό. Στην πραγματικότητα, χρησιμοποιεί την ίδια αρχή με τα πετροθερμικά συστήματα. Η διαφορά έγκειται στην πηγή θερμότητας, σε σχέση με την οποία μπορεί να προκύψει ένα ορολογικό ερώτημα: σε ποιο βαθμό μπορεί μια αντλία θερμότητας να θεωρηθεί γεωθερμικό σύστημα; Το γεγονός είναι ότι στα ανώτερα στρώματα, σε βάθος δεκάδων - εκατοντάδων μέτρων, οι βράχοι και τα υγρά που περιέχονται σε αυτά θερμαίνονται όχι από τη βαθιά θερμότητα της γης, αλλά από τον ήλιο. Έτσι, ο ήλιος σε αυτήν την περίπτωση είναι η κύρια πηγή θερμότητας, αν και λαμβάνεται, όπως στα γεωθερμικά συστήματα, από τη γη.
Η εργασία μιας αντλίας θερμότητας βασίζεται σε μια καθυστέρηση στη θέρμανση και την ψύξη του εδάφους σε σύγκριση με την ατμόσφαιρα, ως αποτέλεσμα της οποίας σχηματίζεται μια κλίση θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και των βαθύτερων στρωμάτων, τα οποία διατηρούν τη θερμότητα ακόμη και το χειμώνα, παρόμοια με τι συμβαίνει στα υδάτινα σώματα. Ο κύριος σκοπός των αντλιών θερμότητας είναι η θέρμανση χώρου. Στην πραγματικότητα, είναι ένα «αντίστροφο ψυγείο». Τόσο η αντλία θερμότητας όσο και το ψυγείο αλληλεπιδρούν με τρία συστατικά: το εσωτερικό περιβάλλον (στην πρώτη περίπτωση - το θερμαινόμενο δωμάτιο, στη δεύτερη - τον ψυκτικό θάλαμο του ψυγείου), το εξωτερικό περιβάλλον - την πηγή ενέργειας και το ψυκτικό (ψυκτικό) , είναι επίσης ο φορέας θερμότητας που παρέχει μεταφορά θερμότητας ή κρύο.
Μια ουσία με χαμηλό σημείο βρασμού δρα ως ψυκτικό, το οποίο του επιτρέπει να λαμβάνει θερμότητα από μια πηγή που έχει ακόμη και σχετικά χαμηλή θερμοκρασία.
Στο ψυγείο, το υγρό ψυκτικό εισέρχεται στον εξατμιστή μέσω ενός γκαζιού (ρυθμιστής πίεσης), όπου, λόγω απότομης μείωσης της πίεσης, το υγρό εξατμίζεται. Η εξάτμιση είναι μια ενδοθερμική διαδικασία που απαιτεί εξωτερική απορρόφηση θερμότητας. Ως αποτέλεσμα, η θερμότητα λαμβάνεται από τα εσωτερικά τοιχώματα του εξατμιστή, η οποία παρέχει ένα αποτέλεσμα ψύξης στον θάλαμο του ψυγείου. Περαιτέρω, από τον εξατμιστή, το ψυκτικό απορροφάται στον συμπιεστή, όπου επιστρέφει στην υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης. Αυτή είναι μια αντίστροφη διαδικασία που οδηγεί στην απελευθέρωση της αφαιρεθείσας θερμότητας στο εξωτερικό περιβάλλον. Κατά κανόνα, ρίχνεται στο δωμάτιο και το πίσω μέρος του ψυγείου είναι σχετικά ζεστό.
Μια αντλία θερμότητας λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο, με τη διαφορά ότι η θερμότητα λαμβάνεται από το εξωτερικό περιβάλλον και μέσω του εξατμιστή εισέρχεται στο εσωτερικό περιβάλλον - το σύστημα θέρμανσης δωματίου.
Σε μια πραγματική αντλία θερμότητας, το νερό θερμαίνεται, διέρχεται από ένα εξωτερικό κύκλωμα, τοποθετείται στο έδαφος ή σε μια δεξαμενή και στη συνέχεια εισέρχεται στον εξατμιστή.
Στον εξατμιστή, η θερμότητα μεταφέρεται σε ένα εσωτερικό κύκλωμα γεμάτο με ψυκτικό με χαμηλό σημείο βρασμού, το οποίο, διέρχεται από τον εξατμιστή, αλλάζει από υγρό σε αέρια κατάσταση, απομακρύνοντας τη θερμότητα.
Περαιτέρω, το αέριο ψυκτικό εισέρχεται στον συμπιεστή, όπου συμπιέζεται σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, και εισέρχεται στον συμπυκνωτή, όπου πραγματοποιείται ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του θερμού αερίου και του ψυκτικού από το σύστημα θέρμανσης.
Ο συμπιεστής απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσει, ωστόσο, ο λόγος μετασχηματισμού (ο λόγος κατανάλωσης και παραγόμενης ενέργειας) στα σύγχρονα συστήματα είναι αρκετά υψηλός για να εξασφαλίσει την αποδοτικότητά τους.
Επί του παρόντος, οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται ευρέως για θέρμανση χώρου, κυρίως σε οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες.
Οικολογική σωστή ενέργεια
Η γεωθερμική ενέργεια θεωρείται φιλική προς το περιβάλλον, κάτι που γενικά ισχύει. Πρώτα απ 'όλα, χρησιμοποιεί έναν ανανεώσιμο και πρακτικά ανεξάντλητο πόρο. Η γεωθερμική ενέργεια δεν απαιτεί μεγάλες περιοχές, σε αντίθεση με μεγάλες υδροηλεκτρικές μονάδες παραγωγής ενέργειας ή αιολικά πάρκα, και δεν μολύνει την ατμόσφαιρα, σε αντίθεση με την ενέργεια υδρογονανθράκων. Κατά μέσο όρο, ένα GeoPP καταλαμβάνει 400 m2 σε σχέση με 1 GW παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Η ίδια τιμή για μια μονάδα παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα, για παράδειγμα, είναι 3600 m2. Τα οικολογικά πλεονεκτήματα των GeoPPs περιλαμβάνουν επίσης χαμηλή κατανάλωση νερού - 20 λίτρα γλυκού νερού ανά 1 kW, ενώ τα TPP και NPP απαιτούν περίπου 1000 λίτρα. Σημειώστε ότι αυτοί είναι περιβαλλοντικοί δείκτες του «μέσου» GeoPP.
Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν αρνητικές παρενέργειες. Μεταξύ αυτών διακρίνονται συχνότερα ο θόρυβος, η θερμική ρύπανση της ατμόσφαιρας και η χημική ρύπανση - το νερό και το έδαφος, καθώς και ο σχηματισμός στερεών αποβλήτων.
Η κύρια πηγή χημικής ρύπανσης του περιβάλλοντος είναι το πραγματικό θερμικό νερό (με υψηλή θερμοκρασία και ανοργανοποίηση), το οποίο συχνά περιέχει μεγάλες ποσότητες τοξικών ενώσεων, σε σχέση με τις οποίες υπάρχει πρόβλημα απόρριψης λυμάτων και επικίνδυνων ουσιών.
Οι αρνητικές επιπτώσεις της γεωθερμικής ενέργειας μπορούν να εντοπιστούν σε διάφορα στάδια, ξεκινώντας από τη διάτρηση των φρεατίων. Εδώ, οι ίδιοι κίνδυνοι προκύπτουν με τη διάτρηση οποιουδήποτε πηγαδιού: καταστροφή του εδάφους και της βλάστησης, μόλυνση του εδάφους και των υπόγειων υδάτων.
Στο στάδιο λειτουργίας του GeoPP, τα προβλήματα της περιβαλλοντικής ρύπανσης παραμένουν. Θερμικά υγρά - νερό και ατμός - συνήθως περιέχουν διοξείδιο του άνθρακα (CO2), θειούχο θείο (H2S), αμμωνία (NH3), μεθάνιο (CH4), επιτραπέζιο αλάτι (NaCl), βόριο (B), αρσενικό (As), υδράργυρο (Hg ). Όταν απελευθερώνονται στο περιβάλλον, γίνονται πηγές ρύπανσης. Επιπλέον, ένα επιθετικό χημικό περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει διαβρωτική ζημιά στις κατασκευές του Γεωθερμικού Σταθμού.
Ταυτόχρονα, οι εκπομπές ρύπων στα GeoPPs είναι κατά μέσο όρο χαμηλότερες από αυτές των TPP. Για παράδειγμα, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα για κάθε κιλοβατώρα παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι έως 380 g σε GeoPPs, 1.042 g - σε άνθρακα TPPs, 906 g - σε μαζούτ και 453 g - σε αέριο TPPs.
Ανακύπτει το ερώτημα: τι να κάνετε με τα λύματα; Με χαμηλή αλατότητα, μπορεί να αποβληθεί στα επιφανειακά νερά μετά από ψύξη. Ένας άλλος τρόπος είναι να τον εγχύσετε πίσω στον υδροφορέα μέσω ενός φρεατίου ένεσης, το οποίο προτιμάται και χρησιμοποιείται κυρίως σήμερα.
Η εξαγωγή θερμικού νερού από τους υδροφορείς (καθώς και η άντληση συνηθισμένου νερού) μπορεί να προκαλέσει καθίζηση και κίνηση του εδάφους, άλλες παραμορφώσεις των γεωλογικών στρωμάτων και μικρο-σεισμούς. Η πιθανότητα τέτοιων φαινομένων, κατά κανόνα, είναι μικρή, αν και έχουν καταγραφεί μεμονωμένες περιπτώσεις (για παράδειγμα, στο GeoPP στο Staufen im Breisgau στη Γερμανία).
Πρέπει να τονιστεί ότι τα περισσότερα GeoPPs βρίσκονται σε σχετικά αραιοκατοικημένες περιοχές και σε χώρες του Τρίτου Κόσμου, όπου οι περιβαλλοντικές απαιτήσεις είναι λιγότερο αυστηρές από ό, τι στις ανεπτυγμένες χώρες. Επιπλέον, προς το παρόν ο αριθμός των GeoPPs και η χωρητικότητά τους είναι σχετικά μικρός. Με μια πιο εκτεταμένη ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας, οι περιβαλλοντικοί κίνδυνοι μπορούν να αυξηθούν και να πολλαπλασιαστούν.
Πόσο είναι η ενέργεια της Γης;
Το κόστος επένδυσης για την κατασκευή γεωθερμικών συστημάτων ποικίλλει σε πολύ ευρύ φάσμα - από 200 $ έως 5.000 $ ανά 1 kW εγκατεστημένης χωρητικότητας, δηλαδή, οι φθηνότερες επιλογές είναι συγκρίσιμες με το κόστος κατασκευής ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού. Εξαρτώνται, καταρχάς, από τις συνθήκες εμφάνισης θερμικών νερών, τη σύνθεσή τους και το σχεδιασμό του συστήματος. Διάτρηση σε μεγάλα βάθη, δημιουργώντας ένα κλειστό σύστημα με δύο πηγάδια, η ανάγκη για καθαρισμό νερού μπορεί να πολλαπλασιάσει το κόστος.
Για παράδειγμα, οι επενδύσεις για τη δημιουργία ενός συστήματος πετροθερμικής κυκλοφορίας (PCS) εκτιμάται σε 1,6-4 χιλιάδες δολάρια ανά 1 kW εγκατεστημένης χωρητικότητας, το οποίο υπερβαίνει το κόστος κατασκευής πυρηνικού σταθμού και είναι συγκρίσιμο με το κόστος κατασκευής ανέμου και σταθμοί ηλιακής ενέργειας.
Το προφανές οικονομικό πλεονέκτημα του GeoTPP είναι ένας δωρεάν φορέας ενέργειας. Συγκριτικά, στη διάρθρωση κόστους ενός λειτουργικού TPP ή NPP, το καύσιμο αντιπροσωπεύει 50-80% ή και περισσότερο, ανάλογα με τις τρέχουσες τιμές ενέργειας. Εξ ου και ένα άλλο πλεονέκτημα του γεωθερμικού συστήματος: το λειτουργικό κόστος είναι πιο σταθερό και προβλέψιμο, καθώς δεν εξαρτάται από την εξωτερική συγκρότηση των τιμών της ενέργειας. Γενικά, το κόστος λειτουργίας του GeoTPP εκτιμάται σε 2-10 σεντ (60 καπίκια - 3 ρούβλια) ανά 1 kWh παραγόμενης χωρητικότητας.
Το δεύτερο μεγαλύτερο (μετά από ενεργειακό φορέα) (και πολύ σημαντικό) στοιχείο δαπανών είναι, κατά κανόνα, οι μισθοί του προσωπικού των εγκαταστάσεων, οι οποίοι μπορεί να διαφέρουν ριζικά μεταξύ χωρών και περιοχών.
Κατά μέσο όρο, το κόστος 1 kWh γεωθερμικής ενέργειας είναι συγκρίσιμο με αυτό για TPPs (σε ρωσικές συνθήκες - περίπου 1 ρούβλι / 1 kWh) και δέκα φορές υψηλότερο από το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς (5-10 kopecks / 1 kWh).
Μέρος του λόγου για το υψηλό κόστος έγκειται στο γεγονός ότι, σε αντίθεση με τις θερμικές και υδραυλικές μονάδες παραγωγής ενέργειας, το GeoTPP έχει σχετικά μικρή χωρητικότητα. Επιπλέον, είναι απαραίτητη η σύγκριση συστημάτων που βρίσκονται στην ίδια περιοχή και σε παρόμοιες συνθήκες. Για παράδειγμα, στην Kamchatka, σύμφωνα με ειδικούς, 1 kWh γεωθερμικής ηλεκτρικής ενέργειας κοστίζει 2-3 φορές φθηνότερο από τον ηλεκτρισμό που παράγεται σε τοπικούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.
Οι δείκτες της οικονομικής απόδοσης ενός γεωθερμικού συστήματος εξαρτώνται, για παράδειγμα, από το εάν είναι απαραίτητη η απόρριψη λυμάτων και με ποιους τρόπους γίνεται, εάν είναι δυνατή η συνδυασμένη χρήση του πόρου. Έτσι, χημικά στοιχεία και ενώσεις που εξάγονται από θερμικό νερό μπορούν να προσφέρουν επιπλέον εισόδημα. Ας θυμηθούμε το παράδειγμα του Larderello: ήταν η κύρια χημική παραγωγή εκεί και η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας ήταν αρχικά βοηθητική.
Η γεωθερμική ενέργεια προωθεί
Η γεωθερμική ενέργεια αναπτύσσεται κάπως διαφορετικά από την αιολική και την ηλιακή. Προς το παρόν, εξαρτάται σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από τη φύση του ίδιου του πόρου, η οποία διαφέρει έντονα ανά περιοχή, και οι υψηλότερες συγκεντρώσεις συνδέονται με στενές ζώνες γεωθερμικών ανωμαλιών, που συνδέονται, κατά κανόνα, με περιοχές ανάπτυξης τεκτονικών βλαβών και ηφαιστειογραφία (βλέπε "Επιστήμη και Ζωή" Νο. 9, 2013).
Επιπλέον, η γεωθερμική ενέργεια είναι λιγότερο τεχνολογικά ικανή σε σύγκριση με τον άνεμο, και ακόμη περισσότερο με την ηλιακή ενέργεια: τα συστήματα των γεωθερμικών σταθμών είναι αρκετά απλά.
Στη συνολική δομή της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η γεωθερμική συνιστώσα αντιπροσωπεύει λιγότερο από 1%, αλλά σε ορισμένες περιοχές και χώρες το μερίδιό της φτάνει το 25-30%. Λόγω της σύνδεσης με γεωλογικές συνθήκες, ένα σημαντικό μέρος της γεωθερμικής ενεργειακής ικανότητας συγκεντρώνεται στις χώρες του τρίτου κόσμου, όπου διακρίνονται τρεις ομάδες της μεγαλύτερης ανάπτυξης της βιομηχανίας - τα νησιά της Νοτιοανατολικής Ασίας, της Κεντρικής Αμερικής και της Ανατολικής Αφρικής. Οι δύο πρώτες περιοχές περιλαμβάνονται στη ζώνη φωτιάς του Ειρηνικού, η τρίτη είναι συνδεδεμένη με το χάσμα της Ανατολικής Αφρικής. Πιθανότατα, η γεωθερμική ενέργεια θα συνεχίσει να αναπτύσσεται σε αυτούς τους ιμάντες. Μια πιο μακρινή προοπτική είναι η ανάπτυξη της πετροθερμικής ενέργειας, χρησιμοποιώντας τη θερμότητα των στρωμάτων της γης που βρίσκονται σε βάθος αρκετών χιλιομέτρων. Πρόκειται για έναν σχεδόν πανταχού παρόντα πόρο, αλλά η εξόρυξή του απαιτεί υψηλό κόστος · επομένως, η πετροθερμική ενέργεια αναπτύσσεται κυρίως στις πιο οικονομικά και τεχνολογικά ισχυρές χώρες.
Γενικά, δεδομένης της πανταχού διαδεδομένης γεωθερμικής ενέργειας και ενός αποδεκτού επιπέδου περιβαλλοντικής ασφάλειας, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι η γεωθερμική ενέργεια έχει καλές προοπτικές ανάπτυξης. Ειδικά με την αυξανόμενη απειλή έλλειψης παραδοσιακών ενεργειακών πόρων και την αύξηση των τιμών για αυτούς.
Από την Καμτσάτκα στον Καύκασο
Στη Ρωσία, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας έχει αρκετά μακρά ιστορία, και σε ορισμένες θέσεις είμαστε μεταξύ των παγκόσμιων ηγετών, αν και το μερίδιο της γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ενεργειακό ισοζύγιο μιας τεράστιας χώρας παραμένει αμελητέο.
Δύο περιοχές - η Καμτσάτκα και ο Βόρειος Καύκασος - έχουν γίνει πρωτοπόροι και κέντρα για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στη Ρωσία, και εάν στην πρώτη περίπτωση μιλάμε κυρίως για τη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, τότε στη δεύτερη - για τη χρήση της θερμικής ενέργειας θερμικού νερού.
Στον Βόρειο Καύκασο - στην επικράτεια του Κρασνοντάρ, στην Τσετσενία, στο Νταγκεστάν - η θερμότητα των ιαματικών υδάτων για ενεργειακούς σκοπούς χρησιμοποιήθηκε ακόμη και πριν από τον Μεγάλο Πατριωτικό Πόλεμο. Στη δεκαετία του 1980 και του 1990, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην περιοχή για προφανείς λόγους σταμάτησε και δεν έχει ακόμη προκύψει από κατάσταση στασιμότητας. Παρ 'όλα αυτά, η γεωθερμική παροχή νερού στον Βόρειο Καύκασο παρέχει θερμότητα σε περίπου 500 χιλιάδες άτομα και, για παράδειγμα, η πόλη του Λαμπίνσκ στην επικράτεια του Κρασνοντάρ με πληθυσμό 60 χιλιάδες άτομα θερμαίνεται πλήρως από τα γεωθερμικά νερά.
Στην Kamchatka, η ιστορία της γεωθερμικής ενέργειας σχετίζεται κυρίως με την κατασκευή γεωθερμικών σταθμών. Ο πρώτος από αυτούς, που εξακολουθούσε να λειτουργεί τους σταθμούς Pauzhetskaya και Paratunskaya, χτίστηκε το 1965-1967, ενώ το Paratunskaya GeoPP με χωρητικότητα 600 kW έγινε ο πρώτος σταθμός στον κόσμο με δυαδικό κύκλο. Ήταν η ανάπτυξη των σοβιετικών επιστημόνων S. S. Katateladze και A.M. Rosenfeld από το Ινστιτούτο Θερμοφυσικής του Σιβηρικού Υποκαταστήματος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, ο οποίος το 1965 έλαβε πιστοποιητικό συγγραφέα για την εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από νερό με θερμοκρασία 70 ° C. Αυτή η τεχνολογία έγινε αργότερα ένα πρωτότυπο για περισσότερα από 400 δυαδικά GeoPPs στον κόσμο.
Η χωρητικότητα του Pauzhetskaya GeoPP, που τέθηκε σε λειτουργία το 1966, αρχικά ήταν 5 MW και στη συνέχεια αυξήθηκε στα 12 MW. Επί του παρόντος, ένα δυαδικό μπλοκ είναι υπό κατασκευή στο σταθμό, το οποίο θα αυξήσει τη χωρητικότητά του κατά άλλα 2,5 MW.
Η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην ΕΣΣΔ και τη Ρωσία παρεμποδίστηκε από τη διαθεσιμότητα παραδοσιακών πηγών ενέργειας - πετρέλαιο, φυσικό αέριο, άνθρακας, αλλά ποτέ δεν σταμάτησε. Οι μεγαλύτερες εγκαταστάσεις γεωθερμικής ενέργειας αυτή τη στιγμή είναι το GeoPP Verkhne-Mutnovskaya με συνολική χωρητικότητα 12 MW μονάδες ισχύος, που τέθηκαν σε λειτουργία το 1999 και το Mutnovskaya GeoPP με ισχύ 50 MW (2002).
Τα GeoPP Mutnovskaya και Verkhne-Mutnovskaya είναι μοναδικά αντικείμενα όχι μόνο για τη Ρωσία, αλλά και σε παγκόσμια κλίμακα. Οι σταθμοί βρίσκονται στους πρόποδες του ηφαιστείου Mutnovsky, σε υψόμετρο 800 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας και λειτουργούν σε ακραίες κλιματολογικές συνθήκες, όπου είναι χειμώνας 9-10 μήνες το χρόνο. Ο εξοπλισμός των Mutnovsky GeoPPs, που είναι σήμερα ένας από τους πιο μοντέρνους στον κόσμο, έχει δημιουργηθεί πλήρως σε εγχώριες επιχειρήσεις ηλεκτρομηχανικής.
Επί του παρόντος, το μερίδιο των εγκαταστάσεων Mutnovskie στη συνολική δομή της κατανάλωσης ενέργειας του κεντρικού ενεργειακού κόμβου Kamchatka είναι 40%. Προβλέπεται αύξηση της χωρητικότητας τα επόμενα χρόνια.
Ξεχωριστά, πρέπει να ειπωθεί για τις ρωσικές πετροθερμικές εξελίξεις. Δεν έχουμε ακόμη μεγάλα DSP, αλλά υπάρχουν προηγμένες τεχνολογίες για γεώτρηση σε μεγάλα βάθη (περίπου 10 km), οι οποίες επίσης δεν έχουν ανάλογα στον κόσμο. Η περαιτέρω ανάπτυξή τους θα επιτρέψει τη δραστική μείωση του κόστους δημιουργίας πετροθερμικών συστημάτων. Οι προγραμματιστές αυτών των τεχνολογιών και έργων είναι οι N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geological Institute, RAS), A. S. Nekrasov (Institute of Economic Forecasting, RAS) και ειδικοί από τα Kaluga Turbine Works. Το έργο για ένα σύστημα πετροθερμικής κυκλοφορίας στη Ρωσία βρίσκεται επί του παρόντος σε πειραματικό στάδιο.
Υπάρχουν προοπτικές γεωθερμικής ενέργειας στη Ρωσία, αν και σχετικά μακρινές: αυτή τη στιγμή, το δυναμικό είναι αρκετά μεγάλο και οι θέσεις της παραδοσιακής ενέργειας είναι ισχυρές. Ταυτόχρονα, σε ορισμένες απομακρυσμένες περιοχές της χώρας, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είναι οικονομικά κερδοφόρα και είναι σε ζήτηση ακόμη και τώρα. Πρόκειται για περιοχές με υψηλό δυναμικό γεωενέργειας (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - το ρωσικό τμήμα της ζώνης πυρκαγιάς του Ειρηνικού, τα βουνά της Νότιας Σιβηρίας και του Καυκάσου) και ταυτόχρονα απομακρυσμένα και αποσυνδεδεμένα από την κεντρική παροχή ενέργειας.
Πιθανώς, τις επόμενες δεκαετίες, η γεωθερμική ενέργεια στη χώρα μας θα αναπτυχθεί ακριβώς σε τέτοιες περιοχές.
Ανανεώσιμες πηγές
Καθώς ο πληθυσμός του πλανήτη μας αυξάνεται σταθερά, χρειαζόμαστε όλο και περισσότερη ενέργεια για να υποστηρίξουμε τον πληθυσμό. Η ενέργεια που περιέχεται στα έντερα της γης μπορεί να είναι πολύ διαφορετική. Για παράδειγμα, υπάρχουν ανανεώσιμες πηγές: αιολική, ηλιακή και νερό ενέργεια. Είναι φιλικά προς το περιβάλλον και επομένως μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε χωρίς φόβο να προκαλέσετε βλάβη στο περιβάλλον.
Ενέργεια νερού
Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για πολλούς αιώνες. Σήμερα, έχει κατασκευαστεί τεράστιος αριθμός φραγμάτων, ταμιευτήρων, στα οποία χρησιμοποιείται νερό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ουσία αυτού του μηχανισμού είναι απλή: υπό την επίδραση της ροής του ποταμού, οι τροχοί των στροβίλων περιστρέφονται, αντίστοιχα, η ενέργεια του νερού μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Σήμερα υπάρχει μεγάλος αριθμός υδροηλεκτρικών σταθμών που μετατρέπουν την ενέργεια της ροής του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια. Η ιδιαιτερότητα αυτής της μεθόδου είναι ότι οι πόροι υδροηλεκτρικής ενέργειας ανανεώνονται, αντίστοιχα, τέτοιες κατασκευές έχουν χαμηλό κόστος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, παρά το γεγονός ότι η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών συνεχίζεται εδώ και πολύ καιρό, και η ίδια η διαδικασία είναι πολύ δαπανηρή, ωστόσο, αυτές οι δομές ξεπερνούν σημαντικά τις βιομηχανίες έντασης ενέργειας.
Ενέργεια του ήλιου: σύγχρονη και ανθεκτική στο μέλλον
Η ηλιακή ενέργεια παράγεται με ηλιακούς συλλέκτες, αλλά οι σύγχρονες τεχνολογίες επιτρέπουν τη χρήση νέων μεθόδων για αυτό. Το μεγαλύτερο εργοστάσιο ηλιακής ενέργειας στον κόσμο είναι ένα σύστημα χτισμένο στην έρημο της Καλιφόρνια. Τροφοδοτεί πλήρως 2.000 σπίτια. Ο σχεδιασμός λειτουργεί ως εξής: οι ακτίνες του ήλιου αντανακλώνται από τους καθρέφτες, οι οποίοι αποστέλλονται στον κεντρικό λέβητα με νερό. Βράζει και μετατρέπεται σε ατμό που οδηγεί την τουρμπίνα. Αυτή, με τη σειρά της, συνδέεται με ηλεκτρική γεννήτρια. Ο άνεμος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως η ενέργεια που μας δίνει η Γη. Ο άνεμος φυσάει τα πανιά, γυρίζει τους μύλους. Και τώρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία συσκευών που θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Περιστρέφοντας τις λεπίδες του ανεμόμυλου, οδηγεί τον άξονα του στροβίλου, ο οποίος, με τη σειρά του, συνδέεται με μια ηλεκτρική γεννήτρια.
Εφαρμογές
Η εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας χρονολογείται από τον 19ο αιώνα. Το πρώτο ήταν η εμπειρία των Ιταλών που ζούσαν στην επαρχία της Τοσκάνης, οι οποίοι χρησιμοποίησαν ζεστό νερό από πηγές θέρμανσης. Με τη βοήθειά της, λειτουργούσαν νέες εγκαταστάσεις γεώτρησης πηγαδιών.
Το νερό της Τοσκάνης είναι πλούσιο σε βόριο και όταν εξατμίζεται μετατρέπεται σε βορικό οξύ, οι λέβητες δούλεψαν στη ζέστη των δικών τους νερών. Στις αρχές του 20ού αιώνα (1904), οι Τοσκάνες προχώρησαν και εγκατέστησαν ένα εργοστάσιο ατμού. Το παράδειγμα των Ιταλών έγινε μια σημαντική εμπειρία για τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία, την Ισλανδία.
Γεωργία και κηπουρική
Η γεωθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται στη γεωργία, την υγειονομική περίθαλψη και τα νοικοκυριά σε 80 χώρες σε όλο τον κόσμο.
Το πρώτο πράγμα που έχει χρησιμοποιηθεί και χρησιμοποιείται το θερμικό νερό είναι η θέρμανση θερμοκηπίων και θερμοκηπίων, γεγονός που καθιστά δυνατή τη συγκομιδή λαχανικών, φρούτων και λουλουδιών ακόμη και το χειμώνα. Το ζεστό νερό ήταν επίσης βολικό για πότισμα.
Η καλλιέργεια καλλιεργειών υδροπονίας θεωρείται μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση για τους παραγωγούς γεωργικών προϊόντων.Μερικές ιχθυοκαλλιέργειες χρησιμοποιούν θερμαινόμενο νερό σε τεχνητές δεξαμενές για την αναπαραγωγή τηγανητών και ψαριών.
Σας συμβουλεύουμε να διαβάσετε: Διαδικασία για την απόρριψη εργαστηριακών χημικών αντιδραστηρίων
Αυτές οι τεχνολογίες είναι κοινές στο Ισραήλ, την Κένυα, την Ελλάδα, το Μεξικό.
Βιομηχανία και στέγαση και κοινοτικές υπηρεσίες
Πάνω από έναν αιώνα πριν, ο θερμός θερμικός ατμός ήταν ήδη η βάση για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Από τότε, έχει εξυπηρετήσει τη βιομηχανία και τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας.
Στην Ισλανδία, το 80% των κατοικιών θερμαίνεται με θερμικό νερό.
Έχουν αναπτυχθεί τρία σχέδια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας:
- Ευθεία γραμμή με υδρατμούς. Το πιο απλό: χρησιμοποιείται όταν υπάρχει άμεση πρόσβαση σε γεωθερμικούς ατμούς.
- Έμμεση, δεν χρησιμοποιεί ατμό, αλλά νερό. Τροφοδοτείται στον εξατμιστή, μετατρέπεται σε ατμό με τεχνική μέθοδο και αποστέλλεται στη γεννήτρια τουρμπίνας.
Το νερό απαιτεί επιπλέον καθαρισμό, επειδή περιέχει επιθετικές ενώσεις που μπορούν να καταστρέψουν τους μηχανισμούς εργασίας. Τα απόβλητα, αλλά δεν έχουν ακόμη κρυώσει ατμός, είναι κατάλληλα για ανάγκες θέρμανσης.
- Μικτή (δυαδική). Το νερό αντικαθιστά το καύσιμο, το οποίο θερμαίνει ένα άλλο υγρό με υψηλότερη μεταφορά θερμότητας. Οδηγεί την τουρμπίνα.
Το δυαδικό σύστημα χρησιμοποιεί στρόβιλο, ο οποίος ενεργοποιείται από την ενέργεια θερμαινόμενου νερού.
Η υδροθερμική ενέργεια χρησιμοποιείται από τις ΗΠΑ, τη Ρωσία, την Ιαπωνία, τη Νέα Ζηλανδία, την Τουρκία και άλλες χώρες.
Γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης για το σπίτι
Ένας θερμαντικός φορέας που θερμαίνεται στους +50 - 600C είναι κατάλληλος για θέρμανση περιβλήματος, η γεωθερμική ενέργεια πληροί αυτήν την απαίτηση. Πόλεις με πληθυσμό αρκετών δεκάδων χιλιάδων ανθρώπων μπορούν να θερμανθούν από τη ζεστασιά του εσωτερικού της γης. Για παράδειγμα: η θέρμανση της πόλης Labinsk, Krasnodar Territory, λειτουργεί με φυσικά χερσαία καύσιμα.
Διάγραμμα ενός γεωθερμικού συστήματος θέρμανσης ενός σπιτιού
Δεν χρειάζεται να σπαταλάτε χρόνο και ενέργεια για τη θέρμανση νερού και την κατασκευή λεβητοστασίου. Το ψυκτικό λαμβάνεται απευθείας από την πηγή θερμοσίφωνας. Το ίδιο νερό είναι επίσης κατάλληλο για παροχή ζεστού νερού. Στην πρώτη και δεύτερη περίπτωση, υφίσταται τον απαραίτητο προκαταρκτικό τεχνικό και χημικό καθαρισμό.
Η προκύπτουσα ενέργεια κοστίζει δύο έως τρεις φορές φθηνότερα. Εμφανίστηκαν εγκαταστάσεις για ιδιωτικές κατοικίες. Είναι ακριβότεροι από τους παραδοσιακούς λέβητες καυσίμων, αλλά κατά τη διαδικασία λειτουργίας δικαιολογούν το κόστος.
Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χρήσης γεωθερμικής ενέργειας για τη θέρμανση ενός σπιτιού.
Εσωτερική ενέργεια της Γης
Εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα πολλών διαδικασιών, οι κύριες από τις οποίες είναι η αύξηση και η ραδιενέργεια. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ο σχηματισμός της Γης και η μάζα της πραγματοποιήθηκαν πάνω από αρκετά εκατομμύρια χρόνια, και αυτό συνέβη λόγω του σχηματισμού πλανητών. Ένωσαν μαζί, αντίστοιχα, η μάζα της Γης έγινε όλο και περισσότερο. Αφού ο πλανήτης μας άρχισε να έχει σύγχρονη μάζα, αλλά εξακολουθούσε να στερείται ατμόσφαιρας, μετεωρολογικά και αστεροειδή σώματα έπεσαν πάνω του χωρίς εμπόδια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ακριβώς αύξηση, και οδήγησε στην απελευθέρωση σημαντικής βαρυτικής ενέργειας. Και όσο μεγαλύτερα πέφτουν τα σώματα στον πλανήτη, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται, που περιέχεται στα έντερα της Γης.
Αυτή η βαρυτική διαφοροποίηση οδήγησε στο γεγονός ότι οι ουσίες άρχισαν να στρωματοποιούνται: βαριές ουσίες απλώς πνίγηκαν και ελαφριές και πτητικές επιπλέουν. Η διαφοροποίηση επηρέασε επίσης την πρόσθετη απελευθέρωση της βαρυτικής ενέργειας.
Σχεδόν όλες οι βασικές φυσικές ιδιότητες της ύλης της Γης εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Ανάλογα με τη θερμοκρασία, η πίεση αλλάζει κατά την οποία η ουσία περνά από ένα στερεό σε λιωμένη κατάσταση. Όταν αλλάζει η θερμοκρασία, το ιξώδες, η ηλεκτρική αγωγιμότητα και οι μαγνητικές ιδιότητες των πετρωμάτων που συνθέτουν τη Γη αλλάζουν. Για να φανταστούμε τι συμβαίνει μέσα στη Γη, πρέπει σίγουρα να γνωρίζουμε τη θερμική του κατάσταση. Δεν έχουμε ακόμη την ευκαιρία να μετρήσουμε άμεσα τις θερμοκρασίες σε οποιοδήποτε βάθος της Γης. Μόνο τα πρώτα χιλιόμετρα του φλοιού της γης είναι διαθέσιμα στις μετρήσεις μας.Μπορούμε όμως να προσδιορίσουμε εμμέσως την εσωτερική θερμοκρασία της Γης, με βάση δεδομένα σχετικά με τη ροή θερμότητας της Γης.
Η αδυναμία άμεσης επαλήθευσης είναι, φυσικά, μια πολύ μεγάλη δυσκολία σε πολλές επιστήμες της γης. Ωστόσο, η επιτυχής ανάπτυξη των παρατηρήσεων και των θεωριών φέρνει σταδιακά τις γνώσεις μας πιο κοντά στην αλήθεια.
Σύγχρονη επιστήμη για τη θερμική κατάσταση και την ιστορία της Γης - γεωθερμική Είναι μια νέα επιστήμη. Η πρώτη μελέτη για τη γεωθερμία εμφανίστηκε μόνο στα μέσα του περασμένου αιώνα. Γουίλιαμ Τόμσον (Λόρδος Κέλβιν), τότε ακόμα ένας πολύ νέος επιστήμονας, φυσικός, αφιέρωσε τη διατριβή του στον προσδιορισμό της ηλικίας της Γης με βάση τη μελέτη της κατανομής και της κίνησης της θερμότητας μέσα στον πλανήτη. Ο Κέλβιν πίστευε ότι η εσωτερική θερμοκρασία της Γης πρέπει να μειωθεί με την πάροδο του χρόνου λόγω του σχηματισμού και της στερεοποίησης του πλανήτη από τηγμένη ύλη.
Με τον ορισμό θερμική κλίση - ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με βάθος - σε ορυχεία και γεωτρήσεις σε διαφορετικά βάθη, ο Kelvin κατέληξε στο συμπέρασμα ότι από αυτά τα δεδομένα είναι δυνατόν να υποθέσουμε πόσο καιρό πρέπει να κρυώσει η Γη και, ως εκ τούτου, να καθορίσει την ηλικία της Γης . Σύμφωνα με την εκτίμηση του Kelvin, η θερμοκρασία στα πλησιέστερα βάθη κάτω από την επιφάνεια αυξάνεται κατά 20-40 ° C για κάθε χίλια μέτρα βάθους. Αποδείχθηκε ότι η Γη κρυώθηκε στη σημερινή της κατάσταση σε λίγες δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Αυτό όμως δεν συμφωνεί με άλλα δεδομένα, για παράδειγμα, με δεδομένα για τη διάρκεια πολλών γνωστών γεωλογικών εποχών. Η συζήτηση για αυτό το ζήτημα συνεχίστηκε για μισό αιώνα και έθεσε τον Kelvin σε αντίθεση με τους εξέχοντες εξελικτικούς όπως ο Charles Darwin και ο Thomas Huxley.
Κέλβιν βάσισε τα συμπεράσματά του στην ιδέα ότι η Γη ήταν αρχικά σε λιωμένη κατάσταση και σταδιακά κρυώσει. Αυτή η υπόθεση κυριαρχεί εδώ και δεκαετίες. Ωστόσο, στα τέλη του 20ου αιώνα, έγιναν ανακαλύψεις που άλλαξαν ριζικά την κατανόηση της φύσης της βαθιάς ροής θερμότητας της Γης και της θερμικής της ιστορίας. Ανακαλύφθηκε η ραδιενέργεια, άρχισαν οι μελέτες των διεργασιών απελευθέρωσης θερμότητας κατά τη διάρκεια της ραδιενεργής αποσύνθεσης ορισμένων ισοτόπων, συμπεράστηκαν τα συμπεράσματα ότι οι βράχοι που αποτελούν το φλοιό της γης περιέχουν σημαντική ποσότητα ραδιενεργών ισοτόπων.
Οι άμεσες μετρήσεις της ροής θερμότητας της Γης ξεκίνησαν σχετικά πρόσφατα: πρώτα στις ηπείρους - το 1939 σε βαθιά πηγάδια στη Νότια Αφρική, στο κάτω μέρος των ωκεανών αργότερα - από το 1954, στον Ατλαντικό. Στη χώρα μας, για πρώτη φορά, η ροή θερμότητας μετρήθηκε σε βαθιά πηγάδια στο Σότσι και στο Ματσέστα. Τα τελευταία χρόνια, η συσσώρευση πειραματικά ληφθέντων δεδομένων σχετικά με τις θερμικές ροές προχωρά μάλλον γρήγορα.
Γιατί γίνεται αυτό; Και χρειάζονται νέες και νέες διαστάσεις; Ναι, χρειάζεται πολύ. Η σύγκριση των μετρήσεων της βαθιάς ροής θερμότητας που πραγματοποιήθηκε σε διαφορετικά σημεία του πλανήτη δείχνει ότι η απώλεια ενέργειας μέσω διαφόρων τμημάτων της επιφάνειας του πλανήτη είναι διαφορετική. Αυτό μιλά για την ετερογένεια του φλοιού και του μανδύα, καθιστά δυνατή την εκτίμηση της φύσης πολλών διαδικασιών που συμβαίνουν σε διάφορα βάθη που δεν είναι προσβάσιμα στα μάτια μας κάτω από την επιφάνεια της γης και παρέχει ένα κλειδί για τη μελέτη του μηχανισμού ανάπτυξης του πλανήτη και της εσωτερικής του ενέργειας .
Πόση θερμότητα χάνει η Γη λόγω της ροής θερμότητας από τα έντερα; Αποδεικνύεται ότι κατά μέσο όρο αυτή η τιμή είναι μικρή - περίπου 0,06 watt ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας, ή περίπου 30 τρισεκατομμύρια watt σε ολόκληρο τον πλανήτη. Η Γη λαμβάνει ενέργεια από τον Ήλιο περίπου 4 χιλιάδες φορές περισσότερο. Και, φυσικά, είναι η ηλιακή θερμότητα που παίζει σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της γης.
Η θερμότητα που απελευθερώνεται από έναν πλανήτη σε μια επιφάνεια, το μέγεθος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου είναι περίπου ίσο με τη θερμότητα που μπορεί να παραχθεί από λαμπτήρες τριακόσιου βατ. Μια τέτοια ροή ενέργειας φαίνεται ασήμαντη, αλλά προέρχεται από ολόκληρη την επιφάνεια της Γης και συνεχώς! Η ισχύς ολόκληρης της ροής θερμότητας που προέρχεται από τα έντερα του πλανήτη είναι περίπου 30 φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη όλων των σύγχρονων μονάδων παραγωγής ενέργειας στον κόσμο.
Μέτρηση βάθους ροή θερμότητας της Γης η διαδικασία είναι δύσκολη και χρονοβόρα. Μέσω του φλοιού της σκληρής γης, η θερμότητα διοχετεύεται στην επιφάνεια αγώγιμα, δηλαδή μέσω της διάδοσης θερμικών δονήσεων. Επομένως, η ποσότητα της θερμικής διέλευσης είναι ίση με το προϊόν κλίση θερμοκρασίας (ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με βάθος) στη θερμική αγωγιμότητα. Για τον προσδιορισμό της ροής θερμότητας, είναι επιτακτική ανάγκη να γνωρίζουμε αυτές τις δύο ποσότητες. Η κλίση θερμοκρασίας μετράται με ευαίσθητες συσκευές - αισθητήρες (θερμίστορ) σε ορυχεία ή ειδικά τρυπημένα πηγάδια, σε βάθος αρκετών δεκάδων έως αρκετών εκατοντάδων μέτρων. Η θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων προσδιορίζεται με εξέταση δειγμάτων σε εργαστήρια.
Μέτρηση η θερμότητα ρέει στον πυθμένα των ωκεανών σχετίζονται με σημαντικές δυσκολίες: η εργασία πρέπει να γίνει κάτω από το νερό σε σημαντικά βάθη. Ωστόσο, έχει επίσης τα πλεονεκτήματά του: δεν χρειάζεται να τρυπήσετε πηγάδια στο κάτω μέρος των ωκεανών, επειδή τα ιζήματα είναι συνήθως αρκετά μαλακά και ο μακρύς κυλινδρικός ανιχνευτής που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας βυθίζεται εύκολα αρκετά μέτρα σε μαλακά ιζήματα.
Όσοι ασχολούνται με τη γεωθερμική χρειάζονται πραγματικά χάρτης ροής θερμότητας για ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη. Τα σημεία στα οποία έχουν ήδη πραγματοποιηθεί οι μετρήσεις ροής θερμότητας κατανέμονται εξαιρετικά άνισα στην επιφάνεια της Γης. Στις θάλασσες και τους ωκεανούς, οι μετρήσεις έχουν γίνει διπλάσιες από την ξηρά. Βόρεια Αμερική, Ευρώπη και Αυστραλία, οι ωκεανοί στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη έχουν μελετηθεί αρκετά. Και σε άλλα μέρη της επιφάνειας της γης, οι μετρήσεις είναι ακόμη λίγες ή καθόλου. Ωστόσο, ο τρέχων όγκος δεδομένων σχετικά με τη ροή θερμότητας της Γης καθιστά ήδη δυνατή την κατασκευή γενικευμένων, αλλά αρκετά αξιόπιστων χαρτών.
Η απελευθέρωση θερμότητας από τα έντερα της Γης στην επιφάνεια είναι άνιση. Σε ορισμένες περιοχές, η Γη εκπέμπει περισσότερη θερμότητα από τον παγκόσμιο μέσο όρο, σε άλλες, η παραγωγή θερμότητας είναι πολύ μικρότερη. Τα «ψυχρά σημεία» εμφανίζονται στην Ανατολική Ευρώπη (Ανατολική Ευρώπη), τον Καναδά (Canadian Shield), τη Βόρεια Αφρική, την Αυστραλία, τη Νότια Αμερική, τις λεκάνες βαθέων υδάτων των ωκεανών του Ειρηνικού, του Ινδικού και του Ατλαντικού. "Ζεστά" και "καυτά" σημεία - περιοχές με αυξημένη ροή θερμότητας - εμφανίζονται στις περιοχές της Καλιφόρνιας, της Ευρώπης των Άλπεων, της Ισλανδίας, της Ερυθράς Θάλασσας, της Ανατολικής Ειρηνικής και των υποβρύχιων κορυφογραμμών μεσαίων αποστάσεων του Ατλαντικού και Ινδικού Ωκεανού.
Ατομική ενέργεια
Η χρήση της ενέργειας της γης μπορεί να συμβεί με διαφορετικούς τρόπους. Για παράδειγμα, με την κατασκευή πυρηνικών σταθμών παραγωγής ενέργειας, όταν απελευθερώνεται θερμική ενέργεια λόγω της αποσύνθεσης των μικρότερων σωματιδίων ύλης ατόμων. Το κύριο καύσιμο είναι το ουράνιο, το οποίο περιέχεται στον φλοιό της γης. Πολλοί πιστεύουν ότι αυτή η συγκεκριμένη μέθοδος απόκτησης ενέργειας είναι η πιο ελπιδοφόρα, αλλά η εφαρμογή της είναι γεμάτη με πολλά προβλήματα. Πρώτον, το ουράνιο εκπέμπει ακτινοβολία που σκοτώνει όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Επιπλέον, εάν αυτή η ουσία εισέλθει στο έδαφος ή στην ατμόσφαιρα, τότε θα προκύψει πραγματική ανθρωπογενής καταστροφή. Βιώνουμε ακόμα τις θλιβερές συνέπειες του ατυχήματος στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ. Ο κίνδυνος έγκειται στο γεγονός ότι τα ραδιενεργά απόβλητα μπορούν να απειλήσουν όλα τα ζωντανά για πολύ, πολύ καιρό, ολόκληρες χιλιετίες.
Πρώτος γεωθερμικός σταθμός
Είμαστε όλοι εξοικειωμένοι με το γεγονός ότι πριν από πολλά χρόνια η ενέργεια εξήχθη από φυσικούς πόρους. Και έτσι ήταν, αλλά ακόμη και πριν από αυτό, ένας από τους πρώτους σταθμούς παραγωγής ενέργειας ήταν γεωθερμικός. Σε γενικές γραμμές, αυτό είναι πολύ λογικό, καθώς η τεχνική δούλεψε στην έλξη ατμού και η χρήση ατμού ήταν η πιο σωστή απόφαση. Και στην πραγματικότητα το μόνο για εκείνη την εποχή, χωρίς να υπολογίζουμε την καύση ξύλου και άνθρακα.
Το 1817, ο Count François de Larderel ανέπτυξε μια τεχνολογία για τη συλλογή φυσικού ατμού, η οποία ήταν χρήσιμη τον εικοστό αιώνα, όταν η ζήτηση για γεωθερμικούς σταθμούς έγινε πολύ υψηλή.
Ο πρώτος σταθμός εργασίας χτίστηκε στην ιταλική πόλη Larderello το 1904. Είναι αλήθεια ότι ήταν περισσότερο ένα πρωτότυπο, αφού μπορούσε να τροφοδοτήσει μόνο 4 λαμπτήρες, αλλά λειτούργησε. Έξι χρόνια αργότερα, το 1910, χτίστηκε ένας πραγματικά σταθμός εργασίας στην ίδια πόλη, ο οποίος θα μπορούσε να παράγει ενέργεια επαρκή για βιομηχανική χρήση.
Ακόμα και σε τέτοια γραφικά μέρη μπορεί να υπάρχουν γεωθερμικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας.
Οι πειραματικές γεννήτριες κατασκευάστηκαν σε πολλά μέρη, αλλά η Ιταλία ήταν εκείνη που ηγήθηκε μέχρι το 1958 και ήταν ο μόνος βιομηχανικός παραγωγός γεωθερμικής ενέργειας στον κόσμο.
Η ηγεσία έπρεπε να παραδοθεί μετά την έναρξη λειτουργίας του εργοστασίου παραγωγής ενέργειας Wairakei στη Νέα Ζηλανδία. Ήταν η πρώτη έμμεση γεωθερμική μονάδα παραγωγής ενέργειας. Λίγα χρόνια αργότερα, παρόμοιες εγκαταστάσεις άνοιξαν σε άλλες χώρες, συμπεριλαμβανομένων των Ηνωμένων Πολιτειών με τις πηγές τους στην Καλιφόρνια.
Ο πρώτος γεωθερμικός σταθμός έμμεσου τύπου κατασκευάστηκε στην ΕΣΣΔ το 1967. Αυτή τη στιγμή, αυτή η μέθοδος απόκτησης ενέργειας άρχισε να αναπτύσσεται ενεργά σε όλο τον κόσμο. Ειδικά σε μέρη όπως η Αλάσκα, οι Φιλιππίνες και η Ινδονησία, που εξακολουθούν να είναι μεταξύ των ηγετών στην ενέργεια που παράγεται με αυτόν τον τρόπο.
Νέα ώρα - νέες ιδέες
Φυσικά, οι άνθρωποι δεν σταματούν εκεί, και κάθε χρόνο γίνονται όλο και περισσότερες προσπάθειες για να βρουν νέους τρόπους απόκτησης ενέργειας. Εάν η ενέργεια της θερμότητας της γης λαμβάνεται πολύ απλά, τότε ορισμένες μέθοδοι δεν είναι τόσο απλές. Για παράδειγμα, ως πηγή ενέργειας, είναι πολύ δυνατό να χρησιμοποιηθεί βιολογικό αέριο, το οποίο προέρχεται από σήψη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση σπιτιών και ζεστού νερού.
Όλο και περισσότερο, κατασκευάζονται παλιρροιακές μονάδες παραγωγής ενέργειας, όταν εγκαθίστανται φράγματα και ανεμογεννήτριες στις εκβολές των δεξαμενών, οι οποίες οδηγούνται από την άμπωτη και τη ροή, αντίστοιχα, λαμβάνεται ηλεκτρισμός.
Κάνοντας σκουπίδια, παίρνουμε ενέργεια
Μια άλλη μέθοδος, που χρησιμοποιείται ήδη στην Ιαπωνία, είναι η δημιουργία αποτεφρωτήρων. Σήμερα κατασκευάζονται στην Αγγλία, την Ιταλία, τη Δανία, τη Γερμανία, τη Γαλλία, τις Κάτω Χώρες και τις Ηνωμένες Πολιτείες, αλλά μόνο στην Ιαπωνία αυτές οι επιχειρήσεις άρχισαν να χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τον επιδιωκόμενο σκοπό τους, αλλά και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα τοπικά εργοστάσια καίνε τα 2/3 όλων των αποβλήτων, ενώ τα εργοστάσια είναι εξοπλισμένα με ατμοστρόβιλους. Κατά συνέπεια, τροφοδοτούν θερμότητα και ηλεκτρισμό στη γύρω περιοχή. Ταυτόχρονα, όσον αφορά το κόστος, είναι πολύ πιο κερδοφόρο να οικοδομήσουμε μια τέτοια επιχείρηση από την κατασκευή μιας CHP.
Η προοπτική χρήσης της θερμότητας της Γης όπου συγκεντρώνονται τα ηφαίστεια φαίνεται πιο δελεαστική. Σε αυτήν την περίπτωση, δεν είναι απαραίτητο να τρυπήσετε τη Γη πολύ βαθιά, καθώς ήδη σε βάθος 300-500 μέτρων η θερμοκρασία θα είναι τουλάχιστον διπλάσια από το σημείο βρασμού του νερού.
Υπάρχει επίσης μια τέτοια μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όπως η ενέργεια υδρογόνου. Το υδρογόνο - το απλούστερο και ελαφρύτερο χημικό στοιχείο - μπορεί να θεωρηθεί ιδανικό καύσιμο, επειδή βρίσκεται εκεί όπου υπάρχει νερό. Εάν καίτε υδρογόνο, μπορείτε να πάρετε νερό, το οποίο αποσυντίθεται σε οξυγόνο και υδρογόνο. Η ίδια η φλόγα του υδρογόνου είναι ακίνδυνη, δηλαδή δεν θα υπάρξει ζημιά στο περιβάλλον. Η ιδιαιτερότητα αυτού του στοιχείου είναι ότι έχει υψηλή θερμιδική αξία.
Τι στο μέλλον;
Φυσικά, η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου της Γης ή αυτή που λαμβάνεται σε πυρηνικούς σταθμούς δεν μπορεί να ικανοποιήσει πλήρως όλες τις ανάγκες της ανθρωπότητας, οι οποίες αυξάνονται κάθε χρόνο. Ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι δεν υπάρχουν λόγοι για ανησυχίες, καθώς οι πόροι καυσίμων του πλανήτη εξακολουθούν να είναι αρκετοί. Επιπλέον, όλο και περισσότερες νέες πηγές, φιλικές προς το περιβάλλον και ανανεώσιμες, χρησιμοποιούνται.
Το πρόβλημα της περιβαλλοντικής ρύπανσης παραμένει και αυξάνεται καταστροφικά. Η ποσότητα των επιβλαβών εκπομπών μειώνεται, αντίστοιχα, ο αέρας που αναπνέουμε είναι επιβλαβής, το νερό έχει επικίνδυνες ακαθαρσίες και το έδαφος σταδιακά εξαντλείται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικό να συμμετέχουμε εγκαίρως στη μελέτη ενός τέτοιου φαινομένου όπως η ενέργεια στα έντερα της Γης, προκειμένου να αναζητήσουμε τρόπους για τη μείωση της ζήτησης ορυκτών καυσίμων και την πιο ενεργή χρήση μη συμβατικών πηγών ενέργειας.
Περιορισμένοι πόροι ορυκτής ενέργειας πρώτων υλών
Η ζήτηση για πρώτες ύλες οργανικής ενέργειας είναι μεγάλη στις βιομηχανικά αναπτυγμένες και αναπτυσσόμενες χώρες (ΗΠΑ, Ιαπωνία, κράτη της ενωμένης Ευρώπης, Κίνα, Ινδία κ.λπ.). Ταυτόχρονα, οι δικοί τους πόροι υδρογονανθράκων σε αυτές τις χώρες είναι είτε ανεπαρκείς είτε δεσμευμένοι, και μια χώρα, για παράδειγμα, οι Ηνωμένες Πολιτείες, αγοράζει ενεργειακές πρώτες ύλες στο εξωτερικό ή αναπτύσσει καταθέσεις σε άλλες χώρες.
Στη Ρωσία, μια από τις πλουσιότερες χώρες όσον αφορά τους ενεργειακούς πόρους, οι οικονομικές ανάγκες για ενέργεια ικανοποιούνται ακόμη από τις δυνατότητες χρήσης φυσικών πόρων. Ωστόσο, η εξαγωγή ορυκτών υδρογονανθράκων από το υπέδαφος προχωρά με πολύ γρήγορο ρυθμό. Εάν στη δεκαετία 1940-1960. Οι κυριότερες πετρελαιοπαραγωγές περιοχές ήταν το "Δεύτερο Μπακού" στις περιοχές Βόλγα και Ουράλ, τότε, ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1970, και μέχρι σήμερα, μια τέτοια περιοχή είναι η Δυτική Σιβηρία. Αλλά εδώ, επίσης, υπάρχει σημαντική μείωση στην παραγωγή ορυκτών υδρογονανθράκων. Η εποχή του «ξηρού» Cenomanian αερίου περνά. Το προηγούμενο στάδιο της εκτεταμένης ανάπτυξης της παραγωγής φυσικού αερίου έχει τελειώσει. Η εξαγωγή του από τεράστιες καταθέσεις όπως οι Medvezhye, Urengoyskoye και Yamburgskoye ανήλθαν σε 84, 65 και 50%, αντίστοιχα. Το μερίδιο των αποθεμάτων πετρελαίου που είναι ευνοϊκό για την ανάπτυξη επίσης μειώνεται με την πάροδο του χρόνου.
Λόγω της ενεργού κατανάλωσης καυσίμων υδρογονανθράκων, τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου στην ξηρά έχουν μειωθεί σημαντικά. Τώρα τα κύρια αποθέματά τους συγκεντρώνονται στην υφαλοκρηπίδα. Και παρόλο που η βάση πόρων της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου εξακολουθεί να επαρκεί για την παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου στη Ρωσία στους απαιτούμενους όγκους, στο εγγύς μέλλον θα παρασχεθεί σε όλο και μεγαλύτερο βαθμό μέσω της ανάπτυξης πεδίων με δύσκολη εξόρυξη και γεωλογικές συνθήκες. Το κόστος παραγωγής πρώτων υλών υδρογονανθράκων θα συνεχίσει να αυξάνεται.
Οι περισσότεροι από τους μη ανανεώσιμους πόρους που εξάγονται από το υπέδαφος χρησιμοποιούνται ως καύσιμο για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Πρώτα απ 'όλα, είναι το φυσικό αέριο, το μερίδιο του οποίου στη δομή καυσίμου είναι 64%.
Στη Ρωσία, το 70% της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται σε θερμικούς σταθμούς. Οι ενεργειακές επιχειρήσεις της χώρας καίνε περίπου 500 εκατομμύρια τόνους ισοδυνάμου καυσίμων ετησίως. t. για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας, ενώ για την παραγωγή θερμότητας, το καύσιμο υδρογονανθράκων καταναλώνεται 3-4 φορές περισσότερο από ό, τι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από την καύση αυτών των όγκων πρώτων υλών υδρογονανθράκων είναι ισοδύναμη με τη χρήση εκατοντάδων τόνων πυρηνικών καυσίμων - η διαφορά είναι τεράστια. Ωστόσο, η πυρηνική ενέργεια απαιτεί περιβαλλοντική ασφάλεια (για να αποκλείσει την επανάληψη του Τσερνομπίλ) και την προστασία της από πιθανές τρομοκρατικές επιθέσεις, καθώς και την εφαρμογή ασφαλούς και δαπανηρού παροπλισμού ξεπερασμένων και ξεπερασμένων μονάδων ισχύος NPP. Τα αποδεδειγμένα ανακτήσιμα αποθέματα ουρανίου στον κόσμο είναι περίπου 3 εκατομμύρια 400 χιλιάδες τόνοι. Για ολόκληρη την προηγούμενη περίοδο (έως το 2007), εξορύσθηκαν περίπου 2 εκατομμύρια τόνοι.
