Energía geotérmica
Ya por el nombre queda claro que representa el calor del interior de la tierra. Debajo de la corteza terrestre hay una capa de magma, que es un fundido de silicato líquido ardiente. Según los datos de la investigación, el potencial energético de este calor es mucho mayor que la energía de las reservas mundiales de gas natural, así como de petróleo. Magma: la lava sale a la superficie. Además, la mayor actividad se observa en aquellas capas de la tierra en las que se ubican los límites de las placas tectónicas, así como donde la corteza terrestre se caracteriza por su delgadez. La energía geotérmica de la tierra se obtiene de la siguiente manera: la lava y los recursos hídricos del planeta entran en contacto, por lo que el agua comienza a calentarse bruscamente. Esto conduce a la erupción de un géiser, la formación de los llamados lagos calientes y corrientes submarinas. Es decir, precisamente a aquellos fenómenos naturales, cuyas propiedades se utilizan activamente como fuente inagotable de energía.
Energía petrotermal
En este momento, el calor del interior de la tierra se usa ampliamente en el mundo, y esta es principalmente la energía de los pozos poco profundos, hasta 1 km. Para proporcionar electricidad, calor o agua caliente, se instalan intercambiadores de calor de fondo de pozo que funcionan con líquidos con un punto de ebullición bajo (por ejemplo, freón).
Hoy en día, el uso de un intercambiador de calor de pozo es la forma más racional de producir calor. Tiene este aspecto: el refrigerante circula en un circuito cerrado. El calentado se eleva a lo largo de una tubería bajada concéntricamente, emitiendo su calor, luego de lo cual, enfriado, se bombea a la carcasa con la ayuda de una bomba.
El uso de la energía del interior de la Tierra se basa en un fenómeno natural: a medida que se acerca al núcleo de la Tierra, la temperatura de la corteza terrestre y el manto aumentan. A un nivel de 2-3 km desde la superficie del planeta, alcanza más de 100 ° С, aumentando en promedio en 20 ° С con cada kilómetro subsiguiente. A una profundidad de 100 km, la temperatura alcanza los 1300-1500 ºС.
Manantiales geotermales artificiales
La energía contenida en las entrañas de la tierra debe usarse sabiamente. Por ejemplo, existe la idea de crear calderas subterráneas. Para hacer esto, debe perforar dos pozos de profundidad suficiente, que se conectarán en la parte inferior. Es decir, resulta que en casi cualquier rincón del terreno es posible obtener energía geotérmica de forma industrial: se bombeará agua fría al embalse a través de un pozo, y se extraerá agua caliente o vapor por el segundo. Las fuentes de calor artificiales serán beneficiosas y racionales si el calor resultante proporciona más energía. El vapor puede dirigirse a los generadores de turbina, que generarán electricidad.
Por supuesto, el calor seleccionado es solo una fracción de lo que está disponible en las reservas totales. Pero debe recordarse que el calor profundo se repondrá constantemente debido a los procesos de desintegración radiactiva, compresión de rocas y estratificación de los intestinos. Según los expertos, la corteza terrestre acumula calor, cuya cantidad total es 5.000 veces mayor que el poder calorífico de todos los recursos fósiles de la tierra en su conjunto. Resulta que el tiempo de funcionamiento de tales estaciones geotérmicas creadas artificialmente puede ser ilimitado.
Métodos de recolección de recursos energéticos de la Tierra.
Hoy en día existen tres métodos principales para recolectar energía geotérmica: vapor seco, agua caliente y ciclo binario. El proceso de vapor seco hace girar directamente los accionamientos de la turbina de los generadores de energía. El agua caliente entra de abajo hacia arriba y luego se rocía en el tanque para crear vapor para impulsar las turbinas.Estos dos métodos son los más comunes y generan cientos de megavatios de electricidad en Estados Unidos, Islandia, Europa, Rusia y otros países. Pero la ubicación es limitada, ya que estas fábricas solo operan en regiones tectónicas donde es más fácil acceder al agua caliente.
Con la tecnología de ciclo binario, el agua tibia (no necesariamente caliente) se extrae a la superficie y se combina con butano o pentano, que tiene un punto de ebullición bajo. Este líquido se bombea a través de un intercambiador de calor donde se vaporiza y se envía a través de una turbina antes de ser recirculado de regreso al sistema. La tecnología de ciclo binario proporciona decenas de megavatios de electricidad en los Estados Unidos: California, Nevada y las islas Hawaianas.
El principio de obtención de energía.
Desventajas de obtener energía geotérmica
A nivel de servicios públicos, las plantas de energía geotérmica son costosas de construir y operar. Encontrar una ubicación adecuada requiere costosos estudios de pozos sin garantía de llegar a un punto caliente subterráneo productivo. Sin embargo, los analistas esperan que esta capacidad casi se duplique durante los próximos seis años.
Además, las áreas con alta temperatura de la fuente subterránea se ubican en áreas con volcanes geológicos activos. Estos "puntos calientes" se han formado en los límites de las placas tectónicas en lugares donde la corteza es bastante delgada. La región del Pacífico a menudo se conoce como el anillo de fuego de muchos volcanes con muchos puntos calientes, incluidos Alaska, California y Oregón. Nevada tiene cientos de puntos críticos que cubren la mayor parte del norte de los Estados Unidos.
También hay otras regiones sísmicamente activas. Los terremotos y el movimiento del magma permiten que el agua circule. En algunos lugares, el agua sube a la superficie y se forman fuentes termales naturales y géiseres, como en Kamchatka. El agua de los géiseres de Kamchatka alcanza los 95 ° C.
Uno de los problemas con los sistemas de géiseres abiertos es la liberación de ciertos contaminantes del aire. El sulfuro de hidrógeno es un gas tóxico con un olor muy reconocible a "huevo podrido": una pequeña cantidad de arsénico y minerales que se liberan con el vapor. La sal también puede plantear un problema medioambiental.
En las plantas de energía geotérmica costa afuera, una cantidad significativa de sal interferente se acumula en las tuberías. En los sistemas cerrados, no hay emisiones y se devuelve todo el líquido traído a la superficie.
El potencial económico del recurso energético
Los puntos calientes no son los únicos lugares donde se puede encontrar energía geotérmica. Existe un suministro constante de calor utilizable para fines de calentamiento directo en cualquier lugar desde 4 metros hasta varios kilómetros por debajo de la superficie de prácticamente cualquier lugar de la tierra. Incluso la tierra en su propio patio trasero o en la escuela local tiene el potencial económico en forma de calor para ser bombeado hacia su hogar u otros edificios.
Además, hay una gran cantidad de energía térmica en formaciones rocosas secas muy profundas debajo de la superficie (4-10 km).
El uso de nueva tecnología podría expandir los sistemas geotérmicos, donde los humanos pueden usar este calor para generar electricidad a una escala mucho mayor que las tecnologías convencionales. Los primeros proyectos de demostración de este principio de generación de electricidad se mostraron en Estados Unidos y Australia en 2013.
Si se puede aprovechar todo el potencial económico de los recursos geotérmicos, esto representará una enorme fuente de electricidad para las instalaciones de producción. Los científicos sugieren que las fuentes geotérmicas convencionales tienen un potencial de 38.000 MW, que pueden generar 380 millones de MW de electricidad al año.
Las rocas secas calientes se encuentran a profundidades de 5 a 8 km en todas partes bajo tierra y a profundidades menores en ciertos lugares.El acceso a estos recursos implica la introducción de agua fría que circula a través de las rocas calientes y la eliminación del agua calentada. Actualmente no existe una aplicación comercial para esta tecnología. Las tecnologías existentes aún no permiten recuperar energía térmica directamente del magma, de manera muy profunda, pero este es el recurso más poderoso de la energía geotérmica.
Con la combinación de recursos energéticos y su consistencia, la energía geotérmica puede desempeñar un papel insustituible como sistema energético más limpio y sostenible.
Características de las fuentes
Las fuentes que proporcionan energía geotérmica son casi imposibles de utilizar en su totalidad. Existen en más de 60 países del mundo, con la mayoría de los volcanes terrestres en el Anillo de Fuego Volcánico del Pacífico. Pero en la práctica, resulta que las fuentes geotérmicas en diferentes regiones del mundo son completamente diferentes en sus propiedades, a saber, temperatura promedio, mineralización, composición del gas, acidez, etc.
Los géiseres son fuentes de energía en la Tierra, cuya peculiaridad es que arrojan agua hirviendo a intervalos regulares. Después de que se ha producido la erupción, la piscina se vuelve libre de agua, en su fondo se puede ver un canal que se adentra profundamente en el suelo. Los géiseres se utilizan como fuentes de energía en regiones como Kamchatka, Islandia, Nueva Zelanda y América del Norte, y los géiseres solitarios se encuentran en varias otras áreas.
Industria y vivienda y servicios comunales
En noviembre de 2014, la planta de energía geotérmica más grande del mundo en ese momento comenzó a operar en Kenia. El segundo más grande se encuentra en Islandia: se trata de Hellisheidi, que recibe calor de fuentes cercanas al volcán Hengiedl.
Otros países que utilizan energía geotérmica a escala industrial: Estados Unidos, Filipinas, Rusia, Japón, Costa Rica, Turquía, Nueva Zelanda, etc.
Hay cuatro esquemas principales para generar energía en GeoTPP:
- recto, cuando el vapor se dirige a través de tuberías a turbinas conectadas a generadores de energía;
- indirecto, similar al anterior en todo, excepto que antes de entrar en las tuberías, el vapor se limpia de gases;
- binario: no se usa agua ni vapor como calor de trabajo, sino otro líquido con un punto de ebullición bajo;
- mezclado: similar a la línea recta, pero después de la condensación, los gases no disueltos se eliminan del agua.
En 2009, un equipo de investigadores que buscaba recursos geotérmicos utilizables alcanzó magma fundido a solo 2,1 km de profundidad. Tal caída en el magma es muy rara, este es solo el segundo caso conocido (el anterior ocurrió en Hawai en 2007).
Aunque la tubería conectada al magma nunca se ha conectado a la cercana planta de energía geotérmica de Krafla, los científicos han obtenido resultados muy prometedores. Hasta ahora, todas las estaciones operativas tomaban calor indirectamente, de las rocas de la tierra o de las aguas subterráneas.
¿Dé dónde viene la energía?
El magma no enfriado se encuentra muy cerca de la superficie terrestre. De él se liberan gases y vapores, que ascienden y pasan a lo largo de las grietas. Mezclados con el agua subterránea, provocan su calentamiento, ellos mismos se convierten en agua caliente, en la que se disuelven muchas sustancias. Dicha agua se libera a la superficie de la tierra en forma de varios manantiales geotermales: manantiales termales, manantiales minerales, géiseres, etc. Según los científicos, las entrañas calientes de la tierra son cuevas o cámaras conectadas por pasajes, grietas y canales. Simplemente están llenos de agua subterránea y muy cerca de ellos hay cámaras de magma. Así es como se forma naturalmente la energía térmica de la tierra.
Energía hidrotermal
El agua que circula a grandes profundidades se calienta a valores significativos. En regiones sísmicamente activas, sube a la superficie a lo largo de grietas en la corteza terrestre; en regiones tranquilas, se puede eliminar mediante pozos.
El principio de funcionamiento es el mismo: el agua caliente sube por el pozo, emite calor y regresa por la segunda tubería. El ciclo es prácticamente interminable y se renueva mientras el calor permanece en el interior de la tierra.
En algunas regiones sísmicamente activas, las aguas calientes se encuentran tan cerca de la superficie que se puede observar de primera mano cómo funciona la energía geotérmica. Una foto de las cercanías del volcán Krafla (Islandia) muestra géiseres que transmiten vapor para la planta de energía geotérmica que opera allí.
Campo eléctrico de la Tierra
Existe otra fuente de energía alternativa en la naturaleza, que se distingue por su renovabilidad, respeto al medio ambiente y facilidad de uso. Es cierto que hasta ahora esta fuente solo está siendo estudiada y no aplicada en la práctica. Entonces, la energía potencial de la Tierra está oculta en su campo eléctrico. La energía se puede obtener de esta manera estudiando las leyes básicas de la electrostática y las características del campo eléctrico de la Tierra. De hecho, nuestro planeta desde un punto de vista eléctrico es un condensador esférico cargado hasta 300.000 voltios. Su esfera interior tiene carga negativa y la exterior, la ionosfera, es positiva. La atmósfera de la Tierra es un aislante. A través de él hay un flujo constante de corrientes iónicas y convectivas, que alcanzan una fuerza de muchos miles de amperios. Sin embargo, la diferencia de potencial entre las placas no disminuye en este caso.
Esto sugiere que existe un generador en la naturaleza, cuya función es reponer constantemente la fuga de cargas de las placas del condensador. El papel de tal generador lo desempeña el campo magnético de la Tierra, que gira con nuestro planeta en el flujo del viento solar. La energía del campo magnético de la Tierra se puede obtener simplemente conectando un consumidor de energía a este generador. Para hacer esto, debe realizar una instalación de conexión a tierra confiable.
Calor de la tierra
(Para el final. Para el comienzo, ver Science and Life, No. 9, 2013)
Colector para la recogida de agua termal de boro en Larderello (Italia), primera mitad del siglo XIX.
El motor y el inversor utilizados en Larderello en 1904 en el primer experimento para producir electricidad geotérmica.
Diagrama esquemático del funcionamiento de una central térmica.
El principio de funcionamiento de GeoPP en vapor seco. El vapor geotérmico de un pozo de producción pasa directamente a través de una turbina de vapor. El más simple de los esquemas existentes de operación GeoPP.
El principio de funcionamiento de un GeoPP con circuito indirecto. El agua subterránea caliente de un pozo de producción se bombea a un evaporador y el vapor resultante se suministra a una turbina.
El principio de funcionamiento de un GeoPP binario. El agua termal caliente interactúa con otro líquido que actúa como fluido de trabajo y tiene un punto de ebullición más bajo.
El esquema de trabajo del sistema petrotermal. El sistema se basa en el uso de un gradiente de temperatura entre la superficie de la tierra y su subsuelo, donde la temperatura es más alta.
Diagrama esquemático de un refrigerador y una bomba de calor: 1 - condensador; 2 - acelerador (regulador de presión); 3 - evaporador; 4 - compresor.
Mutnovskaya GeoPP en Kamchatka. A finales de 2011, la capacidad instalada de la central era de 50 MW, pero se prevé aumentarla a 80 MW. Foto de Tatiana Korobkova (Laboratorio de investigación de RES de la Facultad de Geografía de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú).
‹
›
El uso de energía geotérmica tiene una historia muy larga. Uno de los primeros ejemplos conocidos es Italia, un lugar en la provincia de Toscana, ahora llamado Larderello, donde ya a principios del siglo XIX, las aguas termales calientes locales, vertidas naturalmente o extraídas de pozos poco profundos, se utilizaron para fines energéticos.
Aquí se utilizó agua subterránea rica en boro para obtener ácido bórico. Inicialmente, este ácido se obtenía por evaporación en calderas de hierro, y se tomaba como combustible leña ordinaria de los bosques cercanos, pero en 1827 Francesco Larderel creó un sistema que funcionaba con el calor de las propias aguas. Al mismo tiempo, la energía del vapor de agua natural comenzó a usarse para la operación de plataformas de perforación y, a principios del siglo XX, para calentar casas e invernaderos locales. En el mismo lugar, en Larderello, en 1904, el vapor de agua termal se convirtió en una fuente de energía para generar electricidad.
Algunos otros países siguieron el ejemplo de Italia a finales del siglo XIX y principios del XX. Por ejemplo, en 1892, las aguas termales se utilizaron por primera vez para calefacción local en los Estados Unidos (Boise, Idaho), en 1919 en Japón y en 1928 en Islandia.
En los Estados Unidos, la primera planta de energía hidrotermal apareció en California a principios de la década de 1930, en Nueva Zelanda en 1958, en México en 1959, en Rusia (la primera planta de energía geotérmica binaria del mundo) en 1965 ...
Principio antiguo sobre una nueva fuente
La generación de electricidad requiere una temperatura más alta de la fuente hidráulica que para la calefacción: más de 150 ° C. El principio de funcionamiento de una planta de energía geotérmica (GeoPP) es similar al principio de funcionamiento de una planta de energía térmica convencional (TPP). De hecho, una planta de energía geotérmica es una especie de planta de energía térmica.
En los TPP, por regla general, el carbón, el gas o el fuel oil actúan como la principal fuente de energía y el vapor de agua sirve como fluido de trabajo. El combustible, al quemarse, calienta el agua al estado de vapor, que hace girar la turbina de vapor y genera electricidad.
La diferencia entre los GeoPP es que la fuente principal de energía aquí es el calor del interior de la tierra y el fluido de trabajo en forma de vapor se suministra a las palas de la turbina de un generador eléctrico en una forma "lista para usar" directamente desde la producción. bien.
Hay tres esquemas principales de operación GeoPP: directo, usando vapor seco (geotérmico); indirecto, basado en agua hidrotermal, y mixto, o binario.
El uso de un esquema particular depende del estado de agregación y la temperatura del portador de energía.
El más simple y por lo tanto el primero de los esquemas dominados es la línea recta, en la que el vapor proveniente del pozo pasa directamente a través de la turbina. El primer GeoPP del mundo en Larderello también operó con vapor seco en 1904.
Los GeoPP con un esquema de trabajo indirecto son los más comunes en nuestro tiempo. Utilizan agua subterránea caliente, que se bombea a un evaporador a alta presión, donde parte de ella se evapora y el vapor resultante hace girar una turbina. En algunos casos, se requieren dispositivos y circuitos adicionales para purificar el agua geotérmica y el vapor de compuestos agresivos.
El vapor gastado ingresa al pozo de inyección o se usa para calentar espacios; en este caso, el principio es el mismo que en el funcionamiento de un CHP.
En GeoPP binarios, el agua termal caliente interactúa con otro líquido que actúa como fluido de trabajo con un punto de ebullición más bajo. Ambos líquidos pasan a través de un intercambiador de calor, donde el agua termal evapora el fluido de trabajo, cuyo vapor hace girar la turbina.
Este sistema es cerrado, lo que resuelve el problema de las emisiones a la atmósfera. Además, los fluidos de trabajo con un punto de ebullición relativamente bajo permiten utilizar aguas termales poco calientes como fuente primaria de energía.
En los tres esquemas, se explota una fuente hidrotermal, pero la energía petrotermal también se puede usar para generar electricidad (para las diferencias entre energía hidrotermal y petrotermal, ver Science and Life, No. 9, 2013).
El diagrama esquemático en este caso también es bastante simple. Es necesario perforar dos pozos interconectados: pozos de inyección y de producción. Se bombea agua al pozo de inyección. En profundidad, se calienta, luego el agua caliente o el vapor formado como resultado de un fuerte calentamiento se alimenta a través del pozo de producción a la superficie. Además, todo depende de cómo se utilice la energía petrotérmica: para calefacción o para generar electricidad. Es posible un ciclo cerrado con la inyección de vapor residual y agua en el pozo de inyección u otra forma de eliminación.
La desventaja de tal sistema es obvia: para obtener una temperatura suficientemente alta del fluido de trabajo, es necesario perforar pozos a una gran profundidad.Y estos son costos importantes y el riesgo de una pérdida de calor significativa cuando el fluido se mueve hacia arriba. Por lo tanto, los sistemas petrotermales todavía están menos extendidos que los hidrotermales, aunque el potencial de la energía petrotermal es órdenes de magnitud mayor.
Actualmente, Australia es líder en la creación de los denominados sistemas de circulación petrotermal (PCS). Además, esta dirección de la energía geotérmica se está desarrollando activamente en los EE. UU., Suiza, Gran Bretaña y Japón.
Regalo de Lord Kelvin
La invención en 1852 de una bomba de calor por el físico William Thompson (también conocido como Lord Kelvin) brindó a la humanidad una oportunidad real de utilizar el calor de bajo potencial de las capas superiores del suelo. El sistema de bomba de calor, o como lo llamó Thompson, el multiplicador de calor, se basa en el proceso físico de transferir calor del ambiente al refrigerante. De hecho, utiliza el mismo principio que en los sistemas petrotermales. La diferencia está en la fuente de calor, en relación con la cual puede surgir una pregunta terminológica: ¿hasta qué punto se puede considerar una bomba de calor como un sistema geotérmico? El hecho es que en las capas superiores, a profundidades de decenas - cientos de metros, las rocas y los fluidos contenidos en ellas no se calientan por el calor profundo de la tierra, sino por el sol. Así, es el sol en este caso la principal fuente de calor, aunque se toma, como en los sistemas geotérmicos, de la tierra.
El trabajo de una bomba de calor se basa en un retraso en el calentamiento y enfriamiento del suelo en comparación con la atmósfera, como resultado de lo cual se forma un gradiente de temperatura entre la superficie y las capas más profundas, que retienen el calor incluso en invierno, similar a lo que sucede en los cuerpos de agua. El objetivo principal de las bombas de calor es la calefacción de espacios. De hecho, es un "frigorífico inverso". Tanto la bomba de calor como el refrigerador interactúan con tres componentes: el ambiente interno (en el primer caso, la habitación climatizada, en el segundo, la cámara refrigerada del refrigerador), el ambiente externo, la fuente de energía y el refrigerante (refrigerante). , también es el portador de calor que proporciona transferencia de calor o frío.
Una sustancia con un punto de ebullición bajo actúa como refrigerante, lo que le permite tomar calor de una fuente que tiene incluso una temperatura relativamente baja.
En el refrigerador, el refrigerante líquido ingresa al evaporador a través de un acelerador (regulador de presión), donde, debido a una fuerte disminución de la presión, el líquido se evapora. La evaporación es un proceso endotérmico que requiere absorción de calor externa. Como resultado, se toma calor de las paredes internas del evaporador, lo que proporciona un efecto de enfriamiento en la cámara del refrigerador. Además, desde el evaporador, el refrigerante se aspira al compresor, donde vuelve al estado líquido de agregación. Este es un proceso inverso que conduce a la liberación del calor eliminado al ambiente externo. Como regla general, se arroja a la habitación y la parte posterior del refrigerador está relativamente caliente.
Una bomba de calor funciona de la misma manera, con la diferencia de que el calor se toma del ambiente externo y, a través del evaporador, ingresa al ambiente interno: el sistema de calefacción de la habitación.
En una bomba de calor real, el agua se calienta, pasa por un circuito externo, se deposita en el suelo o en un depósito y luego ingresa al evaporador.
En el evaporador, el calor se transfiere a un circuito interno lleno de un refrigerante de bajo punto de ebullición, el cual, al pasar por el evaporador, pasa de estado líquido a gaseoso, quitando calor.
Además, el refrigerante gaseoso entra en el compresor, donde se comprime a alta presión y temperatura, y entra en el condensador, donde tiene lugar el intercambio de calor entre el gas caliente y el refrigerante del sistema de calefacción.
El compresor requiere electricidad para funcionar, sin embargo, la relación de transformación (la relación de energía consumida y generada) en los sistemas modernos es lo suficientemente alta como para garantizar su eficiencia.
Actualmente, las bombas de calor se utilizan ampliamente para la calefacción de espacios, principalmente en países económicamente desarrollados.
Energía eco-correcta
La energía geotérmica se considera respetuosa con el medio ambiente, lo que en general es cierto. En primer lugar, utiliza un recurso renovable y prácticamente inagotable. La energía geotérmica no requiere grandes áreas, a diferencia de las grandes centrales hidroeléctricas o parques eólicos, y no contamina la atmósfera, a diferencia de la energía de hidrocarburos. En promedio, un GeoPP ocupa 400 m2 en términos de 1 GW de electricidad generada. La misma cifra para una central eléctrica de carbón, por ejemplo, es de 3600 m2. Las ventajas ecológicas de los GeoPP también incluyen un bajo consumo de agua: 20 litros de agua dulce por 1 kW, mientras que los TPP y las centrales nucleares requieren alrededor de 1000 litros. Tenga en cuenta que estos son indicadores ambientales del GeoPP "promedio".
Pero todavía existen efectos secundarios negativos. Entre ellos, se distinguen con mayor frecuencia el ruido, la contaminación térmica de la atmósfera y la contaminación química: agua y suelo, así como la formación de desechos sólidos.
La principal fuente de contaminación química del medio ambiente es el agua termal propiamente dicha (con alta temperatura y mineralización), que a menudo contiene grandes cantidades de compuestos tóxicos, en relación con los cuales existe un problema de eliminación de aguas residuales y sustancias peligrosas.
Los efectos negativos de la energía geotérmica se pueden rastrear en varias etapas, comenzando con la perforación de pozos. Aquí surgen los mismos peligros que al perforar cualquier pozo: destrucción del suelo y la cubierta vegetal, contaminación del suelo y las aguas subterráneas.
En la etapa de operación del GeoPP, persisten los problemas de contaminación ambiental. Los fluidos térmicos, agua y vapor, generalmente contienen dióxido de carbono (CO2), sulfuro de azufre (H2S), amoníaco (NH3), metano (CH4), sal de mesa (NaCl), boro (B), arsénico (As), mercurio (Hg). ). Cuando se liberan al medio ambiente, se convierten en fuentes de su contaminación. Además, un ambiente químico agresivo puede causar daños corrosivos a las estructuras de la Planta de Energía Geotérmica.
Al mismo tiempo, las emisiones de contaminantes en los GeoPP son en promedio más bajas que en los TPP. Por ejemplo, las emisiones de dióxido de carbono por cada kilovatio-hora de electricidad generada son de hasta 380 g en los GeoPP, 1.042 g en los TPP de carbón, 906 g en el fuelóleo y 453 g en los TPP de gas.
Surge la pregunta: ¿qué hacer con las aguas residuales? Con baja salinidad, puede descargarse en aguas superficiales después de enfriarse. Otra forma es inyectarlo nuevamente en el acuífero a través de un pozo de inyección, que se prefiere y se usa predominantemente en la actualidad.
La extracción de agua termal de los acuíferos (así como el bombeo de agua corriente) puede provocar hundimientos y movimientos del suelo, otras deformaciones de las capas geológicas y micro-terremotos. La probabilidad de tales fenómenos, por regla general, es baja, aunque se han registrado casos individuales (por ejemplo, en el GeoPP en Staufen im Breisgau en Alemania).
Cabe destacar que la mayoría de los GeoPP están ubicados en áreas relativamente poco pobladas y en países del Tercer Mundo, donde los requisitos ambientales son menos estrictos que en los países desarrollados. Además, en este momento el número de GeoPP y sus capacidades son relativamente pequeños. Con un desarrollo más extenso de la energía geotérmica, los riesgos ambientales pueden aumentar y multiplicarse.
¿A cuánto asciende la energía de la Tierra?
Los costos de inversión para la construcción de sistemas geotérmicos varían en un rango muy amplio: de $ 200 a $ 5,000 por 1 kW de capacidad instalada, es decir, las opciones más baratas son comparables al costo de construir una planta de energía térmica. Dependen, en primer lugar, de las condiciones de ocurrencia de las aguas termales, su composición y el diseño del sistema. Perforando a grandes profundidades, creando un sistema cerrado con dos pozos, la necesidad de purificación de agua puede aumentar el costo múltiple.
Por ejemplo, las inversiones en la creación de un sistema de circulación petrotérmica (PCS) se estiman en 1.6-4 mil dólares por 1 kW de capacidad instalada, lo que excede el costo de construcción de una central nuclear y es comparable al costo de construcción eólica y plantas de energía solar.
La ventaja económica obvia de GeoTPP es un portador de energía gratuito. A modo de comparación, en la estructura de costos de un TPP o NPP en funcionamiento, el combustible representa el 50-80% o incluso más, dependiendo de los precios actuales de la energía. De ahí otra ventaja del sistema geotérmico: los costos operativos son más estables y predecibles, ya que no dependen de la coyuntura externa de los precios de la energía. En general, los costos operativos de la planta de energía geotérmica se estiman en 2-10 centavos (60 kopeks - 3 rublos) por 1 kWh de capacidad producida.
La segunda partida de gasto más importante (después de la energía) (y muy significativa) son, por regla general, los sueldos del personal de la planta, que pueden diferir radicalmente entre países y regiones.
En promedio, el costo de 1 kWh de energía geotérmica es comparable al de los TPP (en condiciones rusas, alrededor de 1 rublo / 1 kWh) y diez veces más alto que el costo de generar electricidad en centrales hidroeléctricas (5-10 kopeks / 1 kWh).
Parte de la razón del alto costo radica en el hecho de que, a diferencia de las centrales térmicas e hidráulicas, el GeoTPP tiene una capacidad relativamente pequeña. Además, es necesario comparar sistemas ubicados en la misma región y en condiciones similares. Por ejemplo, en Kamchatka, según los expertos, 1 kWh de electricidad geotérmica cuesta 2-3 veces más barato que la electricidad producida en las centrales térmicas locales.
Los indicadores de la eficiencia económica de un sistema geotérmico dependen, por ejemplo, de si es necesario eliminar las aguas residuales y de qué manera se hace, si es posible un uso combinado del recurso. Por lo tanto, los elementos y compuestos químicos extraídos del agua termal pueden proporcionar ingresos adicionales. Recordemos el ejemplo de Larderello: la producción química era primordial allí, y el uso de la energía geotérmica era inicialmente de naturaleza auxiliar.
La energía geotérmica avanza
La energía geotérmica se está desarrollando de manera algo diferente a la eólica y la solar. En la actualidad, depende en mucha mayor medida de la naturaleza del recurso en sí, que difiere marcadamente según la región, y las concentraciones más altas están ligadas a zonas estrechas de anomalías geotérmicas, asociadas, por regla general, con áreas de desarrollo de fallas tectónicas. y vulcanismo (ver "Ciencia y vida" No. 9, 2013).
Además, la energía geotérmica tiene menos capacidad tecnológica en comparación con la eólica, y más aún con la energía solar: los sistemas de las estaciones geotérmicas son bastante simples.
En la estructura total de la producción mundial de electricidad, el componente geotérmico representa menos del 1%, pero en algunas regiones y países su participación alcanza el 25-30%. Debido a la vinculación con las condiciones geológicas, una parte importante de la capacidad de energía geotérmica se concentra en los países del tercer mundo, donde se destacan tres clústeres de mayor desarrollo de la industria: las islas del Sudeste Asiático, América Central y África Oriental. Las dos primeras regiones están incluidas en el "cinturón de fuego de la Tierra" del Pacífico, la tercera está vinculada al Rift de África Oriental. Lo más probable es que la energía geotérmica continúe desarrollándose en estos cinturones. Una perspectiva más lejana es el desarrollo de la energía petrotermal, utilizando el calor de las capas de la tierra, que se encuentran a una profundidad de varios kilómetros. Este es un recurso casi omnipresente, pero su extracción requiere altos costos, por lo que la energía petrotermal se está desarrollando principalmente en los países más poderosos económica y tecnológicamente.
En general, dada la distribución ubicua de los recursos geotérmicos y un nivel aceptable de seguridad ambiental, hay razones para creer que la energía geotérmica tiene buenas perspectivas de desarrollo. Especialmente con la creciente amenaza de una escasez de fuentes de energía tradicionales y el aumento de sus precios.
De Kamchatka al Cáucaso
En Rusia, el desarrollo de la energía geotérmica tiene una historia bastante larga, y en varios puestos estamos entre los líderes mundiales, aunque la participación de la energía geotérmica en el balance energético total de un país enorme sigue siendo insignificante.
Dos regiones, Kamchatka y el Cáucaso Norte, se han convertido en pioneros y centros para el desarrollo de la energía geotérmica en Rusia, y si en el primer caso estamos hablando principalmente de la industria de la energía eléctrica, en el segundo, sobre el uso de energía térmica. de agua termal.
En el norte del Cáucaso, en el territorio de Krasnodar, Chechenia, Daguestán, el calor de las aguas termales con fines energéticos se utilizó incluso antes de la Gran Guerra Patria. En las décadas de 1980 y 1990, el desarrollo de la energía geotérmica en la región por razones obvias se estancó y aún no ha salido de un estado de estancamiento. Sin embargo, el suministro de agua geotérmica en el norte del Cáucaso proporciona calor a unas 500 mil personas y, por ejemplo, la ciudad de Labinsk en el territorio de Krasnodar con una población de 60 mil personas está completamente calentada por aguas geotérmicas.
En Kamchatka, la historia de la energía geotérmica se asocia principalmente con la construcción de plantas de energía geotérmica. La primera de ellas, que todavía funciona con las estaciones Pauzhetskaya y Paratunskaya, se construyó en 1965-1967, mientras que Paratunskaya GeoPP con una capacidad de 600 kW se convirtió en la primera estación del mundo con ciclo binario. Fue el desarrollo de los científicos soviéticos SS Kutateladze y A.M. Rosenfeld del Instituto de Termofísica de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia, quienes en 1965 recibieron un certificado de autor para la extracción de electricidad del agua con una temperatura de 70 ° C. Esta tecnología más tarde se convirtió en un prototipo para más de 400 GeoPP binarios en el mundo.
La capacidad del Pauzhetskaya GeoPP, puesto en servicio en 1966, fue inicialmente de 5 MW y posteriormente aumentó a 12 MW. Actualmente, se está construyendo un bloque binario en la estación, que aumentará su capacidad en otros 2,5 MW.
El desarrollo de la energía geotérmica en la URSS y Rusia se vio obstaculizado por la disponibilidad de fuentes de energía tradicionales: petróleo, gas, carbón, pero nunca se detuvo. Las mayores instalaciones de energía geotérmica en este momento son Verkhne-Mutnovskaya GeoPP con una capacidad total de 12 MW de unidades de energía, puestas en marcha en 1999, y Mutnovskaya GeoPP con una capacidad de 50 MW (2002).
Los GeoPP de Mutnovskaya y Verkhne-Mutnovskaya son objetos únicos no solo para Rusia, sino también a escala mundial. Las estaciones están ubicadas al pie del volcán Mutnovsky, a una altitud de 800 metros sobre el nivel del mar, y operan en condiciones climáticas extremas, donde es invierno de 9 a 10 meses al año. El equipo de Mutnovsky GeoPP, actualmente uno de los más modernos del mundo, se crea completamente en empresas nacionales de ingeniería energética.
En la actualidad, la participación de las plantas de Mutnovskie en la estructura total del consumo de energía del centro energético de Kamchatka Central es del 40%. Está previsto un aumento de capacidad en los próximos años.
Por separado, debería decirse sobre los desarrollos petrotermales rusos. Todavía no tenemos grandes DSP, pero existen tecnologías avanzadas para perforar a grandes profundidades (unos 10 km), que tampoco tienen análogos en el mundo. Su mayor desarrollo permitirá reducir drásticamente los costes de creación de sistemas petrotermales. Los desarrolladores de estas tecnologías y proyectos son N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Instituto Geológico, RAS), A. S. Nekrasov (Instituto de Previsión Económica, RAS) y especialistas de Kaluga Turbine Works. El proyecto de un sistema de circulación petrotermal en Rusia se encuentra actualmente en una etapa experimental.
Hay perspectivas para la energía geotérmica en Rusia, aunque relativamente lejanas: en este momento, el potencial es bastante grande y las posiciones de la energía tradicional son fuertes. Al mismo tiempo, en varias regiones remotas del país, el uso de energía geotérmica es económicamente rentable y tiene demanda incluso ahora. Se trata de territorios con un alto potencial geoenergético (Chukotka, Kamchatka, Kuriles, la parte rusa del "cinturón de fuego de la Tierra" del Pacífico, las montañas del sur de Siberia y el Cáucaso) y al mismo tiempo remotos y aislados del suministro de energía centralizado.
Probablemente, en las próximas décadas, la energía geotérmica en nuestro país se desarrollará precisamente en tales regiones.
Recursos renovables
A medida que la población de nuestro planeta crece de manera constante, necesitamos más y más energía para mantener a la población. La energía contenida en las entrañas de la tierra puede ser muy diferente. Por ejemplo, hay fuentes renovables: energía eólica, solar y hidráulica. Son respetuosos con el medio ambiente, por lo que puedes usarlos sin temor a causar daños al medio ambiente.
Energía del agua
Este método se ha utilizado durante muchos siglos. Hoy en día, se han construido una gran cantidad de presas, embalses, en los que se utiliza agua para generar electricidad. La esencia de este mecanismo es simple: bajo la influencia del flujo del río, las ruedas de las turbinas giran, respectivamente, la energía del agua se convierte en energía eléctrica.
Hoy en día existe una gran cantidad de centrales hidroeléctricas que convierten la energía del flujo de agua en electricidad. La peculiaridad de este método es que los recursos hidroeléctricos se renuevan, respectivamente, tales estructuras tienen un bajo costo. Es por eso que, a pesar de que la construcción de centrales hidroeléctricas ha estado en marcha durante bastante tiempo y el proceso en sí es muy costoso, estas estructuras superan significativamente a las industrias de uso intensivo de energía.
Energía del sol: moderna y preparada para el futuro
La energía solar se obtiene mediante paneles solares, pero las tecnologías modernas permiten utilizar nuevos métodos para ello. La planta de energía solar más grande del mundo es un sistema construido en el desierto de California. Alimenta plenamente 2.000 casas. El diseño funciona de la siguiente manera: los rayos del sol se reflejan en los espejos, que se envían a la caldera central con agua. Hierve y se convierte en vapor que impulsa la turbina. Ella, a su vez, está conectada a un generador eléctrico. El viento también se puede utilizar como la energía que nos da la Tierra. El viento sopla las velas, hace girar los molinos. Y ahora se puede usar para crear dispositivos que generarán energía eléctrica. Al girar las palas del molino de viento, impulsa el eje de la turbina, que, a su vez, está conectado a un generador eléctrico.
Aplicaciones
La explotación de la energía geotérmica se remonta al siglo XIX. La primera fue la experiencia de los italianos que vivían en la provincia de Toscana, que usaban agua tibia de fuentes para calentarse. Con su ayuda, funcionaron nuevas plataformas de perforación de pozos.
El agua toscana es rica en boro y cuando se evapora se convierte en ácido bórico, las calderas funcionan con el calor de sus propias aguas. A principios del siglo XX (1904), los toscanos fueron más allá y pusieron en marcha una planta de energía de vapor. El ejemplo de los italianos se convirtió en una experiencia importante para Estados Unidos, Japón e Islandia.
Agricultura y horticultura
La energía geotérmica se utiliza en la agricultura, la salud y los hogares en 80 países de todo el mundo.
Lo primero que se ha utilizado y se utiliza el agua termal es la calefacción de invernaderos e invernaderos, lo que permite cosechar hortalizas, frutas y flores incluso en invierno. El agua tibia también fue útil para regar.
El cultivo de cultivos en hidroponía se considera una dirección prometedora para los productores agrícolas.Algunas piscifactorías utilizan agua caliente en depósitos artificiales para criar alevines y peces.
Le recomendamos leer: Procedimiento para la eliminación de reactivos químicos de laboratorio
Estas tecnologías son comunes en Israel, Kenia, Grecia, México.
Industria y vivienda y servicios comunales
Hace más de un siglo, el vapor térmico caliente ya era la base para generar electricidad. Desde entonces, ha prestado servicios a la industria y los servicios públicos.
En Islandia, el 80% de las viviendas se calienta con agua termal.
Se han desarrollado tres esquemas de producción de electricidad:
- Línea recta usando vapor de agua. El más simple: se utiliza donde hay acceso directo a vapores geotérmicos.
- Indirecto, no utiliza vapor, sino agua. Se alimenta al evaporador, se convierte en vapor mediante un método técnico y se envía al generador de turbina.
El agua requiere una purificación adicional, porque contiene compuestos agresivos que pueden destruir los mecanismos de trabajo. El vapor residual, pero aún no enfriado, es adecuado para las necesidades de calefacción.
- Mixto (binario). El agua reemplaza al combustible, que calienta otro fluido con mayor transferencia de calor. Acciona la turbina.
El sistema binario emplea una turbina, que es activada por la energía del agua calentada.
La energía hidrotermal es utilizada por Estados Unidos, Rusia, Japón, Nueva Zelanda, Turquía y otros países.
Sistemas de calefacción geotérmica para el hogar.
Un portador de calor calentado a +50 - 600C es adecuado para calentar viviendas, la energía geotérmica cumple con este requisito. Las ciudades con una población de varias decenas de miles de personas pueden calentarse con el calor del interior de la tierra. A modo de ejemplo: la calefacción de la ciudad de Labinsk, territorio de Krasnodar, funciona con combustible terrestre natural.
Diagrama de un sistema geotérmico para calentar una casa.
No es necesario perder tiempo y energía en calentar agua y construir una sala de calderas. El refrigerante se toma directamente de la fuente del géiser. La misma agua también es adecuada para el suministro de agua caliente. En el primer y segundo caso, se somete a las necesarias limpiezas técnicas y químicas preliminares.
La energía resultante cuesta de dos a tres veces más barata. Aparecieron instalaciones para casas particulares. Son más caras que las tradicionales calderas de combustible, pero en el proceso de funcionamiento justifican los costes.
Ventajas y desventajas de utilizar energía geotérmica para calentar una casa.
Energía interior de la Tierra
Apareció como resultado de varios procesos, los principales de los cuales son la acreción y la radiactividad. Según los científicos, la formación de la Tierra y su masa tuvo lugar durante varios millones de años, y esto sucedió debido a la formación de planetesimales. Se pegaron, respectivamente, la masa de la Tierra se hizo cada vez más. Después de que nuestro planeta comenzó a tener una masa moderna, pero aún carecía de atmósfera, los cuerpos meteóricos y de asteroides cayeron sobre él sin obstáculos. Este proceso se llama precisamente acreción y condujo a la liberación de una importante energía gravitacional. Y cuanto más grandes caen los cuerpos sobre el planeta, mayor es la cantidad de energía liberada, contenida en las entrañas de la Tierra.
Esta diferenciación gravitacional llevó al hecho de que las sustancias comenzaron a estratificarse: las sustancias pesadas simplemente se ahogaron y las ligeras y volátiles flotaron hacia arriba. La diferenciación también afectó la liberación adicional de energía gravitacional.
Casi todas las propiedades físicas básicas de la materia terrestre dependen de la temperatura. Dependiendo de la temperatura, la presión cambia a la que la sustancia pasa de un estado sólido a un estado fundido. Cuando cambia la temperatura, la viscosidad, la conductividad eléctrica y las propiedades magnéticas de las rocas que componen la Tierra cambian. Para imaginar lo que está sucediendo dentro de la Tierra, debemos conocer su estado térmico. Todavía no tenemos la oportunidad de medir directamente las temperaturas en ninguna profundidad de la Tierra. Solo los primeros kilómetros de la corteza terrestre están disponibles para nuestras mediciones.Pero podemos determinar la temperatura interna de la Tierra indirectamente, basándonos en datos sobre el flujo de calor de la Tierra.
La imposibilidad de la verificación directa es, por supuesto, una gran dificultad en muchas ciencias de la tierra. Sin embargo, el desarrollo exitoso de observaciones y teorías acerca gradualmente nuestro conocimiento a la verdad.
Ciencia moderna sobre el estado térmico y la historia de la Tierra - geotermia Es una ciencia joven. El primer estudio sobre geotermia apareció solo a mediados del siglo pasado. William Thomson (Lord Kelvin), entonces todavía muy joven científico, físico, dedicó su disertación a determinar la edad de la Tierra a partir del estudio de la distribución y movimiento del calor en el interior del planeta. Kelvin creía que la temperatura interna de la Tierra debería disminuir con el tiempo debido a la formación y solidificación del planeta a partir de materia fundida.
Definiendo gradiente térmico - la tasa de aumento de la temperatura con la profundidad - en minas y pozos a diferentes profundidades, Kelvin llegó a la conclusión de que a partir de estos datos es posible suponer cuánto tiempo debe enfriarse la Tierra y, por lo tanto, determinar la edad de la Tierra . Según la estimación de Kelvin, la temperatura en las profundidades más cercanas debajo de la superficie aumenta en 20-40 ° C por cada mil metros de profundidad. Resultó que la Tierra se enfrió a su estado actual en solo unas pocas decenas de millones de años. Pero esto no concuerda de ninguna manera con otros datos, por ejemplo, con datos sobre la duración de muchas épocas geológicas conocidas. El debate sobre este tema continuó durante medio siglo y puso a Kelvin en oposición a evolucionistas tan prominentes como Charles Darwin y Thomas Huxley.
Kelvin basó sus conclusiones en la idea de que la Tierra estaba originalmente en un estado fundido y se enfrió gradualmente. Esta hipótesis ha dominado durante décadas. Sin embargo, a principios del siglo XX, se hicieron descubrimientos que cambiaron fundamentalmente la comprensión de la naturaleza del flujo de calor profundo de la Tierra y su historia térmica. Se descubrió la radiactividad, se iniciaron los estudios de los procesos de liberación de calor durante la desintegración radiactiva de algunos isótopos, se extrajeron conclusiones de que las rocas que componen la corteza terrestre contienen una cantidad importante de isótopos radiactivos.
Las mediciones directas del flujo de calor de la Tierra comenzaron relativamente recientemente: primero en los continentes - en 1939 en pozos profundos en Sudáfrica, en el fondo de los océanos más tarde - desde 1954, en el Atlántico. En nuestro país, por primera vez, se midió el flujo de calor en pozos profundos en Sochi y Matsesta. En los últimos años, la acumulación de datos obtenidos experimentalmente sobre los flujos de calor se ha desarrollado con bastante rapidez.
¿Por qué se hace esto? ¿Y todavía se necesitan nuevas y nuevas dimensiones? Sí, muy necesario. La comparación de las mediciones del flujo de calor profundo llevadas a cabo en diferentes puntos del planeta muestra que la pérdida de energía a través de diferentes partes de la superficie del planeta se produce de diferentes formas. Esto habla de la heterogeneidad de la corteza y el manto, permite juzgar la naturaleza de muchos procesos que ocurren a diversas profundidades inaccesibles a nuestros ojos bajo la superficie de la tierra, y proporciona una clave para estudiar el mecanismo de desarrollo del planeta y su energía interna. .
¿Cuánto calor pierde la Tierra debido al flujo de calor de los intestinos? Resulta que, en promedio, este valor es pequeño: alrededor de 0,06 vatios por metro cuadrado de superficie, o alrededor de 30 billones de vatios en todo el planeta. La Tierra recibe energía del Sol unas 4 mil veces más. Y, por supuesto, es el calor solar el que juega un papel importante en el establecimiento de la temperatura en la superficie de la tierra.
El calor que desprende un planeta a través de una superficie del tamaño de un campo de fútbol es aproximadamente igual al calor que pueden producir tres focos de luz de cien vatios. Tal flujo de energía parece insignificante, pero después de todo, ¡emana de toda la superficie de la Tierra y constantemente! El poder de todo el flujo de calor que proviene de las entrañas del planeta es aproximadamente 30 veces mayor que el poder de todas las centrales eléctricas modernas del mundo.
Medida de profundidad flujo de calor de la tierra el proceso no es fácil y requiere mucho tiempo. A través de la dura corteza terrestre, el calor se conduce a la superficie de forma conductiva, es decir, mediante la propagación de vibraciones térmicas. Por lo tanto, la cantidad de calor que pasa es igual al producto gradiente de temperatura (la tasa de aumento de la temperatura con la profundidad) sobre la conductividad térmica. Para determinar el flujo de calor, es imperativo conocer estas dos cantidades. El gradiente de temperatura se mide con dispositivos sensibles: sensores (termistores) en minas o pozos especialmente perforados, a una profundidad de varias decenas a varios cientos de metros. La conductividad térmica de las rocas se determina examinando muestras en laboratorios.
Medición el calor fluye en el fondo de los océanos asociado con dificultades considerables: el trabajo debe realizarse bajo el agua a profundidades considerables. Sin embargo, también tiene sus ventajas: no es necesario perforar pozos en el fondo de los océanos, porque los sedimentos suelen ser bastante blandos y la sonda cilíndrica larga que se utiliza para medir la temperatura se hunde fácilmente varios metros en sedimentos blandos.
Aquellos que se dedican a la geotermia realmente necesitan mapa de flujo de calor para toda la superficie del planeta. Los puntos en los que ya se han realizado las mediciones del flujo de calor están distribuidos de forma extremadamente desigual sobre la superficie de la Tierra. En los mares y océanos, las mediciones se han realizado el doble que en tierra. América del Norte, Europa y Australia, los océanos en las latitudes medias se han estudiado bastante a fondo. Y en otras partes de la superficie terrestre, las mediciones aún son pocas o nulas. Sin embargo, el volumen actual de datos sobre el flujo de calor de la Tierra ya permite construir mapas generalizados, pero bastante fiables.
La liberación de calor de las entrañas de la Tierra a la superficie es desigual. En algunas áreas, la Tierra emite más calor que el promedio global, en otras, la producción de calor es mucho menor. Los "puntos fríos" ocurren en Europa del Este (Plataforma de Europa del Este), Canadá (Escudo Canadiense), África del Norte, Australia, América del Sur, cuencas de aguas profundas de los océanos Pacífico, Índico y Atlántico. Los puntos "cálidos" y "calientes" (áreas de mayor flujo de calor) se encuentran en las regiones de California, Europa alpina, Islandia, el Mar Rojo, la subida del Pacífico Oriental y las dorsales submarinas de rango medio de los océanos Atlántico e Índico.
Energía Atómica
El uso de la energía de la tierra puede ocurrir de diferentes formas. Por ejemplo, con la construcción de centrales nucleares, cuando se libera energía térmica debido a la desintegración de las partículas más pequeñas de materia de los átomos. El combustible principal es el uranio, que está contenido en la corteza terrestre. Muchos creen que este método particular de obtención de energía es el más prometedor, pero su aplicación está plagada de varios problemas. Primero, el uranio emite radiación que mata a todos los organismos vivos. Además, si esta sustancia entra en el suelo o en la atmósfera, se producirá un verdadero desastre provocado por el hombre. Seguimos experimentando las tristes consecuencias del accidente de la central nuclear de Chernobyl. El peligro radica en el hecho de que los desechos radiactivos pueden amenazar a todos los seres vivos durante muchísimo tiempo, milenios enteros.
Primera planta de energía geotérmica
Todos estamos acostumbrados a que hace muchos años la energía se extraía de los recursos naturales. Y así fue, pero incluso antes de eso, una de las primeras plantas de energía fue geotérmica. En general, esto es muy lógico, ya que la técnica funcionó en la tracción a vapor, y usar vapor fue la decisión más acertada. Y de hecho el único para ese tiempo, sin contar la quema de leña y carbón.
En 1817, el Conde François de Larderel desarrolló una tecnología para recolectar vapor natural, que resultó útil en el siglo XX, cuando la demanda de plantas de energía geotérmica se volvió muy alta.
La primera estación en funcionamiento se construyó en la ciudad italiana de Larderello en 1904. Es cierto que era más un prototipo, ya que solo podía alimentar 4 bombillas, pero funcionó. Seis años más tarde, en 1910, se construyó en la misma ciudad una estación realmente funcional, que podía producir energía suficiente para uso industrial.
Incluso en lugares tan pintorescos puede haber plantas de energía geotérmica.
Se construyeron generadores experimentales en muchos lugares, pero fue Italia quien mantuvo el liderazgo hasta 1958 y fue el único productor industrial de energía geotérmica en el mundo.
El liderazgo tuvo que ser entregado después de la puesta en servicio de la central eléctrica de Wairakei en Nueva Zelanda. Fue la primera planta de energía geotérmica indirecta. Unos años más tarde, se abrieron instalaciones similares en otros países, incluido Estados Unidos con sus fuentes en California.
La primera planta de energía geotérmica de tipo indirecto se construyó en la URSS en 1967. En este momento, este método de obtención de energía comenzó a desarrollarse activamente en todo el mundo. Especialmente en lugares como Alaska, Filipinas e Indonesia, que aún se encuentran entre los líderes en energía producida de esta manera.
Nuevo tiempo - nuevas ideas
Por supuesto, la gente no se detiene ahí, y cada año se hacen más y más intentos por encontrar nuevas formas de obtener energía. Si la energía del calor de la tierra se obtiene de manera bastante simple, entonces algunos métodos no son tan simples. Por ejemplo, como fuente de energía, es muy posible utilizar gas biológico, que se obtiene de los desechos en descomposición. Se puede utilizar para calentar casas y calentar agua.
Cada vez más, se están construyendo plantas de energía mareomotriz, cuando se instalan presas y turbinas en las bocas de los embalses, que son impulsadas por reflujo y flujo, respectivamente, se obtiene electricidad.
Quemando basura, obtenemos energía
Otro método, que ya se está utilizando en Japón, es la creación de incineradores. Hoy en día se construyen en Inglaterra, Italia, Dinamarca, Alemania, Francia, los Países Bajos y los Estados Unidos, pero solo en Japón estas empresas comenzaron a usarse no solo para el propósito previsto, sino también para generar electricidad. Las fábricas locales queman 2/3 de todos los desechos, mientras que las fábricas están equipadas con turbinas de vapor. En consecuencia, suministran calor y electricidad a las áreas circundantes. Al mismo tiempo, en términos de costos, es mucho más rentable construir una empresa de este tipo que construir una cogeneración.
La perspectiva de utilizar el calor de la Tierra donde se concentran los volcanes parece más tentadora. En este caso, no necesitará perforar la Tierra demasiado profundamente, ya que a una profundidad de 300-500 metros la temperatura será al menos el doble del punto de ebullición del agua.
También existe un método de generación de electricidad como energía de hidrógeno. El hidrógeno, el elemento químico más simple y liviano, puede considerarse un combustible ideal, porque se encuentra donde hay agua. Si quema hidrógeno, puede obtener agua, que se descompone en oxígeno e hidrógeno. La llama de hidrógeno en sí es inofensiva, es decir, no dañará el medio ambiente. La peculiaridad de este elemento es que tiene un alto poder calorífico.
¿Qué hay en el futuro?
Por supuesto, la energía del campo magnético de la Tierra o la que se obtiene en las centrales nucleares no puede satisfacer plenamente todas las necesidades de la humanidad, que aumentan cada año. Sin embargo, los expertos dicen que no hay motivos para preocuparse, ya que los recursos de combustible del planeta aún son suficientes. Además, se utilizan cada vez más fuentes nuevas, respetuosas con el medio ambiente y renovables.
El problema de la contaminación ambiental persiste y está creciendo catastróficamente. La cantidad de emisiones nocivas se sale de escala, respectivamente, el aire que respiramos es dañino, el agua tiene impurezas peligrosas y el suelo se agota gradualmente. Por eso es tan importante participar oportunamente en el estudio de un fenómeno como la energía en las entrañas de la Tierra, con el fin de buscar formas de reducir la demanda de combustibles fósiles y utilizar de manera más activa fuentes de energía no tradicionales.
Recursos limitados de materias primas de energía fósil
La demanda de materias primas energéticas orgánicas es grande en los países industrialmente desarrollados y en desarrollo (EE.UU., Japón, los estados de la Europa unida, China, India, etc.). Al mismo tiempo, sus propios recursos de hidrocarburos en estos países son insuficientes o reservados, y un país, por ejemplo, Estados Unidos, compra materias primas energéticas en el exterior o desarrolla depósitos en otros países.
En Rusia, uno de los países más ricos en términos de recursos energéticos, las necesidades económicas de energía aún se satisfacen con las posibilidades de uso de los recursos naturales. Sin embargo, la extracción de hidrocarburos fósiles del subsuelo avanza a un ritmo muy rápido. Si en la década de 1940-1960. Las principales regiones productoras de petróleo fueron la "Segunda Bakú" en las regiones del Volga y los Urales, luego, a partir de la década de 1970 y hasta la actualidad, tal área es Siberia Occidental. Pero aquí también hay una disminución significativa en la producción de hidrocarburos fósiles. La era del gas cenomaniano "seco" está desapareciendo. La etapa anterior de desarrollo extensivo de la producción de gas natural ha llegado a su fin. Su extracción de depósitos gigantes como Medvezhye, Urengoyskoye y Yamburgskoye ascendió al 84, 65 y 50%, respectivamente. La proporción de reservas de petróleo favorables para el desarrollo también disminuye con el tiempo.
Debido al consumo activo de combustibles de hidrocarburos, las reservas de petróleo y gas natural en tierra han disminuido significativamente. Ahora sus principales reservas se concentran en la plataforma continental. Y aunque la base de recursos de la industria del petróleo y el gas todavía es suficiente para la producción de petróleo y gas en Rusia en los volúmenes requeridos, en un futuro próximo se proporcionará en una medida cada vez mayor a través del desarrollo de campos con una minería difícil y condiciones geológicas. Al mismo tiempo, aumentará el costo principal de producción de hidrocarburos.
La mayoría de los recursos no renovables extraídos del subsuelo se utilizan como combustible para centrales eléctricas. En primer lugar, es el gas natural, cuya participación en la estructura del combustible es del 64%.
En Rusia, el 70% de la electricidad se genera en centrales térmicas. Las empresas de energía del país queman anualmente alrededor de 500 millones de toneladas de combustible equivalente. t. para generar electricidad y calor, mientras que para la producción de calor, el combustible de hidrocarburos se consume de 3 a 4 veces más que para generar electricidad.
La cantidad de calor que se obtiene de la combustión de estos volúmenes de materias primas de hidrocarburos equivale al uso de cientos de toneladas de combustible nuclear; la diferencia es enorme. Sin embargo, la energía nuclear requiere seguridad ambiental (para excluir la reaparición de Chernobyl) y su protección contra posibles ataques terroristas, así como la implementación de un desmantelamiento seguro y costoso de las centrales nucleares obsoletas y obsoletas. Las reservas probadas recuperables de uranio en el mundo son alrededor de 3 millones 400 mil toneladas, para todo el período anterior (hasta 2007) se extrajeron alrededor de 2 millones de toneladas.
