L'énergie géothermique
Déjà à partir du nom, il est clair qu'il représente la chaleur de l'intérieur de la terre. Sous la croûte terrestre se trouve une couche de magma, qui est une fonte de silicate liquide enflammée. Selon les données de recherche, le potentiel énergétique de cette chaleur est beaucoup plus élevé que l'énergie des réserves mondiales de gaz naturel, ainsi que de pétrole. Magma - la lave remonte à la surface. De plus, la plus grande activité est observée dans les couches de la terre sur lesquelles se trouvent les limites des plaques tectoniques, ainsi que là où la croûte terrestre est caractérisée par sa minceur. L'énergie géothermique de la terre est obtenue de la manière suivante: la lave et les ressources en eau de la planète entrent en contact, à la suite de quoi l'eau commence à se réchauffer brusquement. Cela conduit à l'éruption d'un geyser, à la formation des soi-disant lacs chauds et des courants sous-marins. C'est-à-dire précisément à ces phénomènes naturels, dont les propriétés sont activement utilisées comme source d'énergie inépuisable.
Énergie pétrothermique
À l'heure actuelle, la chaleur de l'intérieur de la Terre est largement utilisée dans le monde, et c'est principalement l'énergie des puits peu profonds - jusqu'à 1 km. Afin de fournir de l'électricité, de la chaleur ou de l'eau chaude, des échangeurs de chaleur de fond fonctionnant sur des liquides à bas point d'ébullition (par exemple, du fréon) sont installés.
De nos jours, l'utilisation d'un échangeur de chaleur en forage est le moyen le plus rationnel de produire de la chaleur. Cela ressemble à ceci: le liquide de refroidissement circule en boucle fermée. Le chauffé monte le long d'un tuyau abaissé concentriquement, dégageant sa chaleur, après quoi, refroidi, est pompé dans le boîtier à l'aide d'une pompe.
L'utilisation de l'énergie de l'intérieur de la Terre est basée sur un phénomène naturel - à mesure qu'elle s'approche du noyau de la Terre, la température de la croûte terrestre et du manteau augmente. À un niveau de 2-3 km de la surface de la planète, il atteint plus de 100 ° С, augmentant en moyenne de 20 ° С à chaque kilomètre suivant. À une profondeur de 100 km, la température atteint 1300-1500 ºС.
Sources géothermiques artificielles
L'énergie contenue dans les entrailles de la terre doit être utilisée à bon escient. Par exemple, il y a une idée de créer des chaudières souterraines. Pour ce faire, vous devez forer deux puits de profondeur suffisante, qui seront connectés au fond. Autrement dit, il s'avère que dans presque tous les coins du terrain, il est possible d'obtenir de l'énergie géothermique de manière industrielle: de l'eau froide sera pompée dans le réservoir par un puits et de l'eau chaude ou de la vapeur sera extraite par le second. Les sources de chaleur artificielles seront bénéfiques et rationnelles si la chaleur qui en résulte fournit plus d'énergie. La vapeur peut être dirigée vers des turbogénérateurs, qui produiront de l'électricité.
Bien entendu, la chaleur sélectionnée ne représente qu'une fraction de ce qui est disponible dans les réserves totales. Mais il faut se rappeler que la chaleur profonde se reconstituera constamment en raison des processus de désintégration radioactive, de compression des roches, de stratification des intestins. Selon les experts, la croûte terrestre accumule de la chaleur, dont la quantité totale est 5000 fois supérieure à la valeur calorifique de toutes les ressources fossiles de la terre dans son ensemble. Il s'avère que la durée de fonctionnement de ces stations géothermiques créées artificiellement peut être illimitée.
Méthodes de collecte des ressources énergétiques de la Terre
Aujourd'hui, il existe trois méthodes principales de récupération de l'énergie géothermique: la vapeur sèche, l'eau chaude et le cycle binaire. Le processus de vapeur sèche fait tourner directement les entraînements de turbine des générateurs de puissance. L'eau chaude entre de bas en haut, puis est pulvérisée dans le réservoir pour créer de la vapeur pour entraîner les turbines.Ces deux méthodes sont les plus courantes, générant des centaines de mégawatts d'électricité aux États-Unis, en Islande, en Europe, en Russie et dans d'autres pays. Mais l'emplacement est limité, car ces usines ne fonctionnent que dans les régions tectoniques où il est plus facile d'accéder à l'eau chauffée.
Avec la technologie du cycle binaire, l'eau chaude (pas nécessairement chaude) est extraite à la surface et combinée avec du butane ou du pentane, qui a un point d'ébullition bas. Ce liquide est pompé à travers un échangeur de chaleur où il est vaporisé et envoyé à travers une turbine avant d'être recirculé vers le système. La technologie du cycle binaire fournit des dizaines de mégawatts d'électricité aux États-Unis: Californie, Nevada et îles hawaïennes.
Le principe d'obtenir de l'énergie
Inconvénients de la géothermie
Au niveau des services publics, les centrales géothermiques coûtent cher à construire et à exploiter. Trouver un emplacement approprié nécessite des enquêtes de puits coûteuses sans aucune garantie d'atteindre un point chaud souterrain productif. Cependant, les analystes prévoient que cette capacité doublera presque au cours des six prochaines années.
En outre, les zones avec une température élevée de la source souterraine sont situées dans des zones avec des volcans géologiques actifs. Ces "points chauds" se sont formés aux limites des plaques tectoniques dans des endroits où la croûte est assez mince. La région du Pacifique est souvent appelée l'anneau de feu de nombreux volcans avec de nombreux points chauds, notamment l'Alaska, la Californie et l'Oregon. Le Nevada compte des centaines de points chauds couvrant la majeure partie du nord des États-Unis.
Il existe également d'autres régions sismiquement actives. Les tremblements de terre et le mouvement du magma permettent à l'eau de circuler. Dans certains endroits, l'eau remonte à la surface et des sources chaudes naturelles et des geysers se produisent, comme au Kamtchatka. L'eau des geysers du Kamtchatka atteint 95 ° C.
L'un des problèmes des systèmes de geyser ouverts est le rejet de certains polluants atmosphériques. Le sulfure d'hydrogène est un gaz toxique avec une odeur très reconnaissable «d'œuf pourri» - une petite quantité d'arsenic et de minéraux libérés avec la vapeur. Le sel peut également poser un problème environnemental.
Dans les centrales géothermiques offshore, une quantité importante de sel perturbateur s'accumule dans les tuyaux. Dans les systèmes fermés, il n'y a pas d'émissions et tout le liquide ramené à la surface est renvoyé.
Le potentiel économique de la ressource énergétique
Les points chauds ne sont pas les seuls endroits où la géothermie peut être trouvée. Il y a un apport constant de chaleur utilisable à des fins de chauffage direct entre 4 mètres et plusieurs kilomètres sous la surface de pratiquement n'importe où sur terre. Même un terrain dans votre propre cour ou dans votre école locale a le potentiel économique sous forme de chaleur d'être pompé dans votre maison ou dans d'autres bâtiments.
De plus, il y a une énorme quantité d'énergie thermique dans les formations rocheuses sèches très profondes sous la surface (4 à 10 km).
L'utilisation de nouvelles technologies pourrait étendre les systèmes géothermiques, où les humains peuvent utiliser cette chaleur pour produire de l'électricité à une échelle beaucoup plus grande que les technologies conventionnelles. Les premiers projets de démonstration de ce principe de production d'électricité ont été présentés aux États-Unis et en Australie en 2013.
Si le plein potentiel économique des ressources géothermiques peut être réalisé, cela représentera une énorme source d'électricité pour les installations de production. Les scientifiques suggèrent que les sources géothermiques conventionnelles ont un potentiel de 38 000 MW, ce qui peut produire 380 millions de MW d'électricité par an.
Des roches chaudes et sèches se trouvent à des profondeurs de 5 à 8 km partout sous terre et à des profondeurs moins profondes à certains endroits.L'accès à ces ressources implique l'introduction d'eau froide circulant à travers les roches chaudes et l'élimination de l'eau chauffée. Il n'y a actuellement aucune application commerciale pour cette technologie. Les technologies existantes ne permettent pas encore de récupérer l'énergie thermique directement à partir du magma, très profondément, mais c'est la ressource la plus puissante de l'énergie géothermique.
Avec la combinaison des ressources énergétiques et sa cohérence, la géothermie peut jouer un rôle irremplaçable en tant que système énergétique plus propre et plus durable.
Caractéristiques des sources
Les sources qui fournissent de l'énergie géothermique sont presque impossibles à utiliser pleinement. Ils existent dans plus de 60 pays du monde, avec la majorité des volcans terrestres de la ceinture de feu volcanique du Pacifique. Mais en pratique, il s'avère que les sources géothermiques dans différentes régions du monde ont des propriétés complètement différentes, à savoir la température moyenne, la minéralisation, la composition du gaz, l'acidité, etc.
Les geysers sont des sources d'énergie sur Terre, dont la particularité est qu'ils crachent de l'eau bouillante à intervalles réguliers. Une fois l'éruption terminée, la piscine devient exempte d'eau, au fond, vous pouvez voir un canal qui s'enfonce profondément dans le sol. Les geysers sont utilisés comme sources d'énergie dans des régions telles que le Kamtchatka, l'Islande, la Nouvelle-Zélande et l'Amérique du Nord, et des geysers solitaires se trouvent dans plusieurs autres régions.
Industrie et logement et services communaux
En novembre 2014, la plus grande centrale géothermique du monde à l'époque a commencé à fonctionner au Kenya. Le deuxième plus grand est situé en Islande - il s'agit de Hellisheid, qui tire sa chaleur de sources proches du volcan Hengiedl.
Autres pays qui utilisent l'énergie géothermique à l'échelle industrielle: USA, Philippines, Russie, Japon, Costa Rica, Turquie, Nouvelle-Zélande, etc.
Il existe quatre principaux schémas de production d'énergie chez GeoTPP:
- droit, lorsque la vapeur est dirigée à travers des tuyaux vers des turbines reliées à des générateurs électriques;
- indirecte, semblable à la précédente en tout, sauf qu'avant d'entrer dans les tuyaux, la vapeur est nettoyée des gaz;
- binaire - pas de l'eau ou de la vapeur est utilisée comme chaleur de travail, mais un autre liquide à bas point d'ébullition;
- mélangé - similaire à la ligne droite, mais après condensation, les gaz non dissous sont éliminés de l'eau.
En 2009, une équipe de chercheurs à la recherche de ressources géothermiques exploitables a atteint du magma fondu à seulement 2,1 km de profondeur. Une telle chute dans le magma est très rare, ce n'est que le deuxième cas connu (le précédent s'est produit à Hawaï en 2007).
Bien que le tuyau connecté au magma n'ait jamais été connecté à la centrale géothermique de Krafla située à proximité, les scientifiques ont reçu des résultats très prometteurs. Jusqu'à présent, toutes les stations d'exploitation prenaient de la chaleur indirectement, des roches de la terre ou des eaux souterraines.
D'où vient l'énergie?
Le magma non refroidi est situé très près de la surface de la terre. Des gaz et vapeurs en sont libérés, qui montent et passent le long des fissures. En se mélangeant aux eaux souterraines, ils provoquent leur échauffement, ils se transforment eux-mêmes en eau chaude, dans laquelle de nombreuses substances se dissolvent. Cette eau est rejetée à la surface de la terre sous la forme de diverses sources géothermiques: sources chaudes, sources minérales, geysers, etc. Selon les scientifiques, les entrailles chaudes de la terre sont des grottes ou des chambres reliées par des passages, des fissures et des canaux. Ils sont juste remplis d'eau souterraine et les centres magmatiques sont situés très près d'eux. De cette manière, l'énergie thermique de la terre se forme de manière naturelle.
Énergie hydrothermale
L'eau circulant à de grandes profondeurs est chauffée à des valeurs significatives. Dans les régions sismiquement actives, il remonte à la surface le long des fissures de la croûte terrestre; dans les régions calmes, il peut être éliminé à l'aide de puits.
Le principe de fonctionnement est le même: l'eau chauffée monte dans le puits, dégage de la chaleur et retourne par le deuxième tuyau. Le cycle est pratiquement sans fin et se renouvelle tant que la chaleur reste à l'intérieur de la terre.
Dans certaines régions sismiquement actives, les eaux chaudes se trouvent si près de la surface que vous pouvez voir de première main comment fonctionne l'énergie géothermique. Une photo du voisinage du volcan Krafla (Islande) montre des geysers qui transmettent de la vapeur à la centrale géothermique qui y opère.
Champ électrique de la Terre
Il existe une autre source d'énergie alternative dans la nature, qui se distingue par le caractère renouvelable, le respect de l'environnement et la facilité d'utilisation. Certes, jusqu'à présent, cette source est seulement étudiée et non appliquée dans la pratique. Ainsi, l'énergie potentielle de la Terre est cachée dans son champ électrique. L'énergie peut être obtenue de cette manière en étudiant les lois de base de l'électrostatique et les caractéristiques du champ électrique terrestre. En fait, notre planète d'un point de vue électrique est un condensateur sphérique chargé jusqu'à 300 000 volts. Sa sphère interne a une charge négative et la sphère externe, l'ionosphère, est positive. L'atmosphère terrestre est un isolant. À travers elle, il y a un flux constant de courants ioniques et convectifs, qui atteignent une force de plusieurs milliers d'ampères. Cependant, la différence de potentiel entre les plaques ne diminue pas dans ce cas.
Cela suggère qu'il existe un générateur dans la nature, dont le rôle est de reconstituer constamment la fuite de charges des plaques de condensateur. Le rôle d'un tel générateur est joué par le champ magnétique terrestre, qui tourne avec notre planète dans le flux du vent solaire. L'énergie du champ magnétique terrestre peut être obtenue simplement en connectant un consommateur d'énergie à ce générateur. Pour ce faire, vous devez effectuer une installation de mise à la terre fiable.
Chaleur de la Terre
(Pour la fin. Pour le début, voir Science et vie, n ° 9, 2013)
Collecteur pour la collecte des eaux thermales au bore à Larderello (Italie), première moitié du XIXe siècle.
Le moteur et l'onduleur utilisés à Larderello en 1904 lors de la première expérience de production d'électricité géothermique.
Schéma de principe du fonctionnement d'une centrale thermique.
Le principe de fonctionnement de GeoPP sur vapeur sèche. La vapeur géothermique d'un puits de production passe directement à travers une turbine à vapeur. Le plus simple des schémas existants de fonctionnement GeoPP.
Le principe de fonctionnement d'un GeoPP avec un circuit indirect. L'eau souterraine chaude d'un puits de production est pompée dans un évaporateur et la vapeur qui en résulte est acheminée vers une turbine.
Le principe de fonctionnement d'un GeoPP binaire. L'eau thermale chaude interagit avec un autre liquide qui agit comme un fluide de travail et a un point d'ébullition plus bas.
Le schéma du système pétrothermique. Le système est basé sur l'utilisation d'un gradient de température entre la surface de la terre et son intérieur, où la température est plus élevée.
Schéma de principe d'un réfrigérateur et d'une pompe à chaleur: 1 - condenseur; 2 - papillon (régulateur de pression); 3 - évaporateur; 4 - compresseur.
Mutnovskaya GeoPP au Kamtchatka. Fin 2011, la puissance installée de la station était de 50 MW, mais il est prévu de la porter à 80 MW. Photo de Tatiana Korobkova (Laboratoire de recherche du RES de la Faculté de géographie de l'Université d'État Lomonosov de Moscou.)
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L'utilisation de l'énergie géothermique a une très longue histoire. L'un des premiers exemples connus est l'Italie, un endroit de la province de Toscane, maintenant appelé Larderello, où dès le début du 19e siècle, les eaux thermales chaudes locales, déversées naturellement ou extraites de puits peu profonds, étaient utilisées pour à des fins énergétiques.
De l'eau souterraine riche en bore a été utilisée ici pour obtenir de l'acide borique. Initialement, cet acide était obtenu par évaporation dans des chaudières en fer et le bois de chauffage ordinaire des forêts voisines était utilisé comme combustible, mais en 1827, Francesco Larderel a créé un système qui fonctionnait sur la chaleur des eaux elles-mêmes. Dans le même temps, l'énergie de la vapeur d'eau naturelle a commencé à être utilisée pour le fonctionnement des plates-formes de forage et au début du XXe siècle - pour chauffer les maisons et les serres locales. Au même endroit, à Larderello, en 1904, la vapeur d'eau thermale est devenue une source d'énergie pour produire de l'électricité.
Certains autres pays ont suivi l'exemple de l'Italie à la fin du 19e et au début du 20e siècle. Par exemple, en 1892, les eaux thermales ont d'abord été utilisées pour le chauffage local aux États-Unis (Boise, Idaho), en 1919 au Japon et en 1928 en Islande.
Aux États-Unis, la première centrale hydrothermale est apparue en Californie au début des années 1930, en Nouvelle-Zélande en 1958, au Mexique en 1959, en Russie (première centrale géothermique binaire du monde) en 1965 ...
Ancien principe sur une nouvelle source
La production d'électricité nécessite une température de la source hydraulique plus élevée que pour le chauffage - plus de 150 ° C. Le principe de fonctionnement d'une centrale géothermique (GeoPP) est similaire au principe de fonctionnement d'une centrale thermique conventionnelle (TPP). En fait, une centrale géothermique est une sorte de centrale thermique.
Dans les TPP, en règle générale, le charbon, le gaz ou le mazout sont la principale source d'énergie et la vapeur d'eau sert de fluide de travail. Le carburant, brûlant, chauffe l'eau à l'état de vapeur, qui fait tourner la turbine à vapeur, et génère de l'électricité.
La différence entre les GeoPPs est que la principale source d'énergie ici est la chaleur de l'intérieur de la terre et que le fluide de travail sous forme de vapeur est fourni aux aubes de turbine d'un générateur électrique sous une forme «prête à l'emploi» directement à partir de la production bien.
Il existe trois principaux schémas de fonctionnement GeoPP: direct, utilisant de la vapeur sèche (géothermique); indirecte, à base d'eau hydrothermale, et mixte, ou binaire.
L'application de tel ou tel schéma dépend de l'état d'agrégation et de la température du vecteur d'énergie.
Le plus simple et donc le premier des schémas maîtrisés est la ligne droite, dans laquelle la vapeur provenant du puits passe directement à travers la turbine. Le premier GeoPP au monde à Larderello fonctionnait également à la vapeur sèche en 1904.
Les GeoPP avec un schéma de travail indirect sont les plus courants à notre époque. Ils utilisent de l'eau souterraine chaude, qui est pompée dans un évaporateur sous haute pression, où une partie de celle-ci est évaporée, et la vapeur qui en résulte fait tourner une turbine. Dans certains cas, des dispositifs et des circuits supplémentaires sont nécessaires pour purifier l'eau géothermique et la vapeur des composés agressifs.
La vapeur usée pénètre dans le puits d'injection ou est utilisée pour le chauffage des locaux - dans ce cas, le principe est le même que dans le fonctionnement d'une cogénération.
Aux GeoPP binaires, l'eau thermale chaude interagit avec un autre liquide qui agit comme un fluide de travail avec un point d'ébullition plus bas. Les deux liquides passent à travers un échangeur de chaleur, où l'eau thermique évapore le fluide de travail, dont la vapeur fait tourner la turbine.
Ce système est fermé, ce qui résout le problème des émissions dans l'atmosphère. De plus, des fluides de travail à point d'ébullition relativement bas permettent d'utiliser des eaux thermales peu chaudes comme source primaire d'énergie.
Dans les trois schémas, une source hydrothermale est exploitée, mais l'énergie pétrothermique peut également être utilisée pour produire de l'électricité (pour les différences entre l'énergie hydrothermale et pétrothermique, voir Science and Life, n ° 9, 2013).
Le diagramme schématique dans ce cas est également assez simple. Il est nécessaire de forer deux puits interconnectés - injection et production. L'eau est pompée dans le puits d'injection. En profondeur, il se réchauffe, puis de l'eau chauffée ou de la vapeur formée à la suite d'un fort chauffage est acheminée à travers le puits de production jusqu'à la surface. En outre, tout dépend de la manière dont l'énergie pétrothermique est utilisée - pour le chauffage ou pour la production d'électricité. Un cycle fermé est possible avec l'injection de vapeur et d'eau résiduaires dans le puits d'injection ou par un autre mode d'élimination.
L'inconvénient d'un tel système est évident: pour obtenir une température du fluide de travail suffisamment élevée, il est nécessaire de forer des puits à une grande profondeur.Et ce sont des coûts importants et le risque de perte de chaleur importante lorsque le fluide monte. Par conséquent, les systèmes pétrothermiques sont encore moins répandus que les systèmes hydrothermaux, bien que le potentiel de l'énergie pétrothermique soit de plusieurs ordres de grandeur plus élevé.
Actuellement, l'Australie est le leader dans la création des systèmes de circulation pétrothermiques (PCS). De plus, cette direction de la géothermie se développe activement aux États-Unis, en Suisse, en Grande-Bretagne et au Japon.
Le cadeau de Lord Kelvin
L'invention en 1852 d'une pompe à chaleur par le physicien William Thompson (alias Lord Kelvin) a fourni à l'humanité une réelle opportunité d'utiliser la chaleur à faible potentiel des couches supérieures du sol. Le système de pompe à chaleur, ou, comme l'a appelé Thompson, le multiplicateur de chaleur, est basé sur le processus physique de transfert de la chaleur de l'environnement vers le réfrigérant. En fait, il utilise le même principe que dans les systèmes pétrothermiques. La différence réside dans la source de chaleur, à propos de laquelle une question terminologique peut se poser: dans quelle mesure une pompe à chaleur peut-elle être considérée comme un système géothermique? Le fait est que dans les couches supérieures, à des profondeurs de dizaines - centaines de mètres, les roches et les fluides qu'elles contiennent ne sont pas chauffés par la chaleur profonde de la terre, mais par le soleil. Ainsi, c'est le soleil dans ce cas qui est la principale source de chaleur, bien qu'il soit prélevé, comme dans les systèmes géothermiques, sur la terre.
Le travail d'une pompe à chaleur est basé sur un retard dans le chauffage et le refroidissement du sol par rapport à l'atmosphère, à la suite de quoi un gradient de température se forme entre la surface et les couches plus profondes, qui retiennent la chaleur même en hiver, similaire à ce qui se passe dans les plans d'eau. Le principal objectif des pompes à chaleur est le chauffage des locaux. En fait, c'est un «réfrigérateur inversé». La pompe à chaleur et le réfrigérateur interagissent tous deux avec trois composants: l'environnement interne (dans le premier cas - la pièce chauffée, dans le second - la chambre réfrigérée du réfrigérateur), l'environnement extérieur - la source d'énergie et le réfrigérant (liquide de refroidissement) , c'est aussi le caloporteur qui assure le transfert de chaleur ou de froid.
Une substance à bas point d'ébullition agit comme un réfrigérant, ce qui lui permet de prendre la chaleur d'une source qui a même une température relativement basse.
Dans le réfrigérateur, le réfrigérant liquide entre dans l'évaporateur par un étranglement (régulateur de pression), où, en raison d'une forte diminution de la pression, le liquide s'évapore. L'évaporation est un processus endothermique qui nécessite une absorption de chaleur externe. En conséquence, la chaleur est prélevée sur les parois internes de l'évaporateur, ce qui fournit un effet de refroidissement dans la chambre du réfrigérateur. En outre, à partir de l'évaporateur, le réfrigérant est aspiré dans le compresseur, où il retourne à l'état liquide d'agrégation. Il s'agit d'un processus inverse conduisant à la libération de la chaleur évacuée dans l'environnement extérieur. En règle générale, il est jeté dans la pièce et l'arrière du réfrigérateur est relativement chaud.
Une pompe à chaleur fonctionne à peu près de la même manière, à la différence que la chaleur est prélevée de l'environnement extérieur et par l'évaporateur pénètre dans l'environnement interne - le système de chauffage de la pièce.
Dans une vraie pompe à chaleur, l'eau est chauffée, passant le long d'un circuit externe, posée dans le sol ou dans un réservoir, puis entre dans l'évaporateur.
Dans l'évaporateur, la chaleur est transférée à un circuit interne rempli d'un réfrigérant à bas point d'ébullition, qui, en passant par l'évaporateur, passe d'un état liquide à un état gazeux, en éliminant la chaleur.
En outre, le réfrigérant gazeux entre dans le compresseur, où il est comprimé à haute pression et température, et entre dans le condenseur, où un échange de chaleur a lieu entre le gaz chaud et le réfrigérant du système de chauffage.
Le compresseur nécessite de l'électricité pour fonctionner, cependant, le rapport de transformation (le rapport de l'énergie consommée et produite) dans les systèmes modernes est suffisamment élevé pour garantir leur efficacité.
Actuellement, les pompes à chaleur sont largement utilisées pour le chauffage des locaux, principalement dans les pays économiquement développés.
Énergie éco-correcte
L'énergie géothermique est considérée comme respectueuse de l'environnement, ce qui est généralement vrai. Tout d'abord, il utilise une ressource renouvelable et pratiquement inépuisable. La géothermie ne nécessite pas de grandes surfaces, contrairement aux grandes centrales hydroélectriques ou aux parcs éoliens, et ne pollue pas l'atmosphère, contrairement à l'énergie des hydrocarbures. En moyenne, un GeoPP occupe 400 m2 pour 1 GW d'électricité produite. Le même chiffre pour une centrale électrique au charbon, par exemple, est de 3600 m2. Les avantages écologiques des GeoPP incluent également une faible consommation d'eau - 20 litres d'eau douce pour 1 kW, tandis que les TPP et les centrales nucléaires nécessitent environ 1000 litres. Notez que ce sont les indicateurs environnementaux du GeoPP «moyen».
Mais il y a encore des effets secondaires négatifs. Parmi eux, on distingue le plus souvent le bruit, la pollution thermique de l'atmosphère et la pollution chimique - eau et sol, ainsi que la formation de déchets solides.
La principale source de pollution chimique de l'environnement est l'eau thermale elle-même (à haute température et minéralisation), qui contient souvent de grandes quantités de composés toxiques, et il existe donc un problème d'élimination des eaux usées et des substances dangereuses.
Les effets négatifs de la géothermie peuvent être tracés à plusieurs étapes, à commencer par le forage de puits. Ici, les mêmes dangers surviennent que lors du forage de tout puits: destruction du sol et du couvert végétal, contamination du sol et des eaux souterraines.
Au stade de l'exploitation du GeoPP, les problèmes de pollution de l'environnement persistent. Les fluides thermiques - eau et vapeur - contiennent généralement du dioxyde de carbone (CO2), du sulfure de soufre (H2S), de l'ammoniac (NH3), du méthane (CH4), du sel de table (NaCl), du bore (B), de l'arsenic (As), du mercure (Hg ). Lorsqu'ils sont rejetés dans l'environnement, ils deviennent des sources de sa pollution. De plus, un environnement chimique agressif peut causer des dommages par corrosion aux structures du GeoTPP.
Dans le même temps, les émissions de polluants aux GeoPP sont en moyenne inférieures à celles des TPP. Par exemple, les émissions de dioxyde de carbone pour chaque kilowattheure d'électricité produite peuvent atteindre 380 g aux GeoPP, 1042 g - aux TPP au charbon, 906 g - au mazout et 453 g - aux TPP au gaz.
La question se pose: que faire des eaux usées? Avec une faible salinité, il peut être rejeté dans les eaux de surface après refroidissement. Une autre façon est de le réinjecter dans l'aquifère à travers un puits d'injection, ce qui est préféré et principalement utilisé aujourd'hui.
L'extraction de l'eau thermale des aquifères (ainsi que le pompage de l'eau ordinaire) peut provoquer des affaissements et des mouvements du sol, d'autres déformations des couches géologiques et des micro-tremblements de terre. En règle générale, la probabilité de tels phénomènes est faible, bien que des cas individuels aient été enregistrés (par exemple, au GeoPP de Staufen im Breisgau en Allemagne).
Il faut souligner que la plupart des GeoPP sont situés dans des zones relativement peu peuplées et dans les pays du tiers monde, où les exigences environnementales sont moins strictes que dans les pays développés. De plus, pour le moment, le nombre de GeoPP et leurs capacités sont relativement faibles. Avec un développement plus étendu de la géothermie, les risques environnementaux peuvent augmenter et se multiplier.
Quelle est l'énergie de la Terre?
Les coûts d'investissement pour la construction de systèmes géothermiques varient dans une très large gamme - de 200 $ à 5000 $ pour 1 kW de capacité installée, c'est-à-dire que les options les moins chères sont comparables au coût de construction d'une centrale thermique. Ils dépendent tout d'abord des conditions d'occurrence des eaux thermales, de leur composition et de la conception du système. En forant à de grandes profondeurs, en créant un système fermé avec deux puits, le besoin de purification de l'eau peut augmenter les coûts multiples.
Par exemple, les investissements dans la création d'un système de circulation pétrothermique (PCS) sont estimés à 1,6-4 mille dollars pour 1 kW de puissance installée, ce qui dépasse le coût de construction d'une centrale nucléaire et est comparable au coût de construction éolienne et centrales solaires.
L'avantage économique évident de GeoTPP est un vecteur d'énergie gratuit. À titre de comparaison, dans la structure des coûts d'un PTP ou d'une centrale nucléaire en exploitation, le carburant représente 50 à 80% ou même plus, selon les prix actuels de l'énergie. D'où un autre avantage du système géothermique: les coûts d'exploitation sont plus stables et prévisibles, car ils ne dépendent pas de la conjoncture externe des prix de l'énergie. En général, les coûts d'exploitation de la centrale géothermique sont estimés à 2 à 10 cents (60 kopecks - 3 roubles) pour 1 kWh de capacité produite.
Le deuxième poste de dépense le plus important (après l'énergie) (et très important) est, en règle générale, les salaires du personnel de l'usine, qui peuvent varier radicalement selon les pays et les régions.
En moyenne, le coût de 1 kWh d'énergie géothermique est comparable à celui des TPP (dans les conditions russes - environ 1 rouble / 1 kWh) et dix fois plus élevé que le coût de production d'électricité dans les centrales hydroélectriques (5-10 kopecks / 1 kWh).
Le coût élevé s'explique en partie par le fait que, contrairement aux centrales thermiques et hydrauliques, le GeoTPP a une capacité relativement faible. De plus, il est nécessaire de comparer des systèmes situés dans la même région et dans des conditions similaires. Par exemple, au Kamtchatka, selon les experts, 1 kWh d'électricité géothermique coûte 2 à 3 fois moins cher que l'électricité produite dans les centrales thermiques locales.
Les indicateurs de l'efficacité économique d'un système géothermique dépendent, par exemple, de la nécessité de se débarrasser des eaux usées et de la manière dont cela est fait, si une utilisation combinée de la ressource est possible. Ainsi, les éléments chimiques et les composés extraits de l'eau thermale peuvent apporter un revenu supplémentaire. Rappelons l'exemple de Larderello: c'était la production chimique qui y était primaire, et l'utilisation de l'énergie géothermique était initialement auxiliaire.
L'énergie géothermique en avant
La géothermie se développe quelque peu différemment de l'éolien et du solaire. À l'heure actuelle, cela dépend beaucoup plus de la nature de la ressource elle-même, qui diffère fortement selon les régions, et les concentrations les plus élevées sont liées à des zones étroites d'anomalies géothermiques, associées, en règle générale, à des zones de développement de failles tectoniques. et le volcanisme (voir «Science and Life» n ° 9, 2013).
De plus, la géothermie est moins volumineuse technologiquement que l'éolien, et encore plus avec l'énergie solaire: les systèmes de stations géothermiques sont assez simples.
Dans la structure totale de la production mondiale d'électricité, la composante géothermique représente moins de 1%, mais dans certaines régions et certains pays, sa part atteint 25-30%. En raison du lien avec les conditions géologiques, une partie importante des capacités d'énergie géothermique est concentrée dans les pays du tiers monde, où se distinguent trois groupes du plus grand développement de l'industrie - les îles d'Asie du Sud-Est, d'Amérique centrale et d'Afrique de l'Est. Les deux premières régions font partie de la «ceinture de feu de la Terre» du Pacifique, la troisième est liée au Rift est-africain. Très probablement, l'énergie géothermique continuera à se développer dans ces ceintures. Une perspective plus lointaine est le développement de l'énergie pétrothermique, utilisant la chaleur des couches de la terre, situées à plusieurs kilomètres de profondeur. Il s'agit d'une ressource presque omniprésente, mais son extraction nécessite des coûts élevés; par conséquent, l'énergie pétrothermique se développe principalement dans les pays les plus puissants économiquement et technologiquement.
En général, étant donné la répartition omniprésente des ressources géothermiques et un niveau acceptable de sécurité environnementale, il y a lieu de croire que la géothermie a de bonnes perspectives de développement. Surtout avec la menace croissante d'une pénurie de ressources énergétiques traditionnelles et la hausse des prix de celles-ci.
Du Kamtchatka au Caucase
En Russie, le développement de la géothermie a une histoire assez longue et, à plusieurs postes, nous figurons parmi les leaders mondiaux, même si la part de la géothermie dans le bilan énergétique total d'un immense pays est encore négligeable.
Deux régions - le Kamtchatka et le Caucase du Nord - sont devenues des pionniers et des centres de développement de l'énergie géothermique en Russie, et si dans le premier cas nous parlons principalement de l'industrie de l'énergie électrique, alors dans le second - de l'utilisation de l'énergie thermique d'eau thermale.
Dans le Caucase du Nord - dans le territoire de Krasnodar, en Tchétchénie, au Daghestan - la chaleur des eaux thermales à des fins énergétiques était utilisée avant même la Grande Guerre patriotique. Dans les années 80 et 90, le développement de la géothermie dans la région pour des raisons évidentes a stagné et n'est pas encore sorti d'un état de stagnation. Néanmoins, l'approvisionnement en eau géothermique dans le Caucase du Nord fournit de la chaleur à environ 500 mille personnes, et, par exemple, la ville de Labinsk dans le territoire de Krasnodar avec une population de 60 mille personnes est entièrement chauffée par les eaux géothermiques.
Au Kamtchatka, l'histoire de la géothermie est principalement associée à la construction de centrales géothermiques. La première d'entre elles, toujours en activité, les stations Pauzhetskaya et Paratunskaya, a été construite en 1965-1967, tandis que la Paratunskaya GeoPP d'une capacité de 600 kW est devenue la première station au monde à cycle binaire. C'est le développement des scientifiques soviétiques S.S. Kutateladze et A.M. Rosenfeld de l'Institut de thermophysique de la branche sibérienne de l'Académie des sciences de Russie, qui ont reçu en 1965 un certificat d'auteur pour l'extraction d'électricité à partir de l'eau à une température de 70 ° C. Cette technologie est devenue plus tard un prototype pour plus de 400 GeoPP binaires dans le monde.
La capacité du GeoPP Pauzhetskaya, mis en service en 1966, était initialement de 5 MW et a ensuite été portée à 12 MW. Actuellement, un bloc binaire est en construction à la station, ce qui augmentera sa capacité de 2,5 MW supplémentaires.
Le développement de l'énergie géothermique en URSS et en Russie a été entravé par la disponibilité des sources d'énergie traditionnelles - pétrole, gaz, charbon, mais ne s'est jamais arrêté. Les plus grandes installations d'énergie géothermique à l'heure actuelle sont le GeoPP de Verkhne-Mutnovskaya d'une capacité totale de 12 MW, mis en service en 1999, et le Mutnovskaya GeoPP d'une capacité de 50 MW (2002).
Les GeoPP de Mutnovskaya et Verkhne-Mutnovskaya sont des objets uniques non seulement pour la Russie, mais également à l'échelle mondiale. Les stations sont situées au pied du volcan Mutnovsky, à une altitude de 800 mètres au-dessus du niveau de la mer, et fonctionnent dans des conditions climatiques extrêmes, où l'hiver est de 9 à 10 mois par an. L'équipement des GeoPP de Mutnovsky, actuellement l'un des plus modernes au monde, est entièrement créé dans des entreprises nationales d'ingénierie électrique.
À l'heure actuelle, la part des usines de Mutnovskie dans la structure totale de la consommation énergétique du centre énergétique du Kamtchatka central est de 40%. Une augmentation de capacité est prévue dans les années à venir.
Séparément, il faut parler des développements pétrothermiques russes. Nous n'avons pas encore de grands DSP, mais il existe des technologies de pointe pour le forage à de grandes profondeurs (environ 10 km), qui n'ont pas non plus d'analogues dans le monde. Leur développement ultérieur permettra de réduire drastiquement les coûts de création de systèmes pétrothermiques. Les développeurs de ces technologies et projets sont N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institut géologique, RAS), A. S. Nekrasov (Institut de prévision économique, RAS) et des spécialistes de Kaluga Turbine Works. Le projet de système de circulation pétrothermique en Russie est actuellement à un stade expérimental.
Il y a des perspectives pour la géothermie en Russie, bien que relativement éloignées: pour le moment, le potentiel est assez important et les positions de l'énergie traditionnelle sont fortes. Dans le même temps, dans un certain nombre de régions éloignées du pays, l'utilisation de l'énergie géothermique est économiquement rentable et est encore en demande. Ce sont des territoires à fort potentiel géoénergétique (Tchoukotka, Kamtchatka, Kouriles - la partie russe de la «ceinture de feu de la Terre» du Pacifique, les montagnes du sud de la Sibérie et du Caucase) et à la fois éloignés et coupés de l'approvisionnement énergétique centralisé.
Probablement, dans les décennies à venir, l'énergie géothermique dans notre pays se développera précisément dans ces régions.
De sources renouvelables
Alors que la population de notre planète croît régulièrement, nous avons besoin de plus en plus d'énergie pour soutenir la population. L'énergie contenue dans les entrailles de la terre peut être très différente. Par exemple, il existe des sources renouvelables: l'énergie éolienne, solaire et hydraulique. Ils sont respectueux de l'environnement et vous pouvez donc les utiliser sans crainte de nuire à l'environnement.
Énergie de l'eau
Cette méthode est utilisée depuis de nombreux siècles. Aujourd'hui, un grand nombre de barrages, de réservoirs ont été construits, dans lesquels l'eau est utilisée pour produire de l'électricité. L'essence de ce mécanisme est simple: sous l'influence du débit de la rivière, les roues des turbines tournent, respectivement, l'énergie de l'eau est convertie en énergie électrique.
Aujourd'hui, il existe un grand nombre de centrales hydroélectriques qui convertissent l'énergie du flux d'eau en électricité. La particularité de cette méthode est que les ressources hydroélectriques sont renouvelées, respectivement, de telles structures ont un faible coût. C'est pourquoi, malgré le fait que la construction de centrales hydroélectriques dure depuis assez longtemps et que le processus lui-même est très coûteux, ces structures surpassent considérablement les industries à forte intensité énergétique.
L'énergie du soleil: moderne et pérenne
L'énergie solaire est obtenue à l'aide de panneaux solaires, mais les technologies modernes permettent d'utiliser de nouvelles méthodes pour cela. La plus grande centrale solaire du monde est un système construit dans le désert californien. Il alimente entièrement 2 000 maisons. La conception fonctionne comme suit: les rayons du soleil sont réfléchis par les miroirs, qui sont envoyés à la chaudière centrale avec de l'eau. Il bout et se transforme en vapeur qui entraîne la turbine. Elle, à son tour, est connectée à un générateur électrique. Le vent peut également être utilisé comme énergie que la Terre nous donne. Le vent souffle les voiles, fait tourner les moulins. Et maintenant, il peut être utilisé pour créer des appareils générant de l'énergie électrique. En faisant tourner les pales de l'éolienne, il entraîne l'arbre de la turbine qui, à son tour, est relié à un générateur électrique.
Applications
L'exploitation de la géothermie remonte au 19ème siècle. La première a été l'expérience des Italiens vivant dans la province de Toscane, qui utilisaient de l'eau chaude pour se chauffer. Avec son aide, de nouvelles plates-formes de forage de puits ont fonctionné.
L'eau toscane est riche en bore et, une fois évaporée, transformée en acide borique, les chaudières fonctionnaient à la chaleur de leurs propres eaux. Au début du XXe siècle (1904), les Toscans allèrent plus loin et lancèrent une centrale à vapeur. L'exemple des Italiens est devenu une expérience importante pour les USA, le Japon, l'Islande.
Agriculture et horticulture
L'énergie géothermique est utilisée dans l'agriculture, les soins de santé et les ménages dans 80 pays à travers le monde.
La première chose que l'eau thermale a été et est utilisée est le chauffage des serres et des serres, ce qui permet de récolter des légumes, des fruits et des fleurs même en hiver. L'eau chaude était également utile pour l'arrosage.
La culture des cultures hydroponiques est considérée comme une direction prometteuse pour les producteurs agricoles.Certaines fermes piscicoles utilisent de l'eau chauffée dans des réservoirs artificiels pour la reproduction des alevins et des poissons.
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Ces technologies sont courantes en Israël, au Kenya, en Grèce et au Mexique.
Industrie et logement et services communaux
Il y a plus d'un siècle, la vapeur thermique chaude était déjà la base de la production d'électricité. Depuis, il a servi l'industrie et les services publics.
En Islande, 80% des logements sont chauffés à l'eau thermale.
Trois schémas de production d'électricité ont été développés:
- Ligne droite utilisant de la vapeur d'eau. Le plus simple: il est utilisé là où il y a un accès direct aux vapeurs géothermiques.
- Indirecte, n'utilise pas de vapeur, mais de l'eau. Il est alimenté à l'évaporateur, converti en vapeur par une méthode technique et envoyé au turbogénérateur.
L'eau nécessite une purification supplémentaire, car elle contient des composés agressifs qui peuvent détruire les mécanismes de fonctionnement. La vapeur résiduelle, mais pas encore refroidie, convient aux besoins de chauffage.
- Mixte (binaire). L'eau remplace le carburant, qui chauffe un autre fluide avec un transfert de chaleur plus élevé. Il entraîne la turbine.
Le système binaire utilise une turbine, qui est activée par l'énergie de l'eau chauffée.
L'énergie hydrothermale est utilisée par les États-Unis, la Russie, le Japon, la Nouvelle-Zélande, la Turquie et d'autres pays.
Systèmes de chauffage géothermique pour la maison
Un caloporteur chauffé à +50 - 600C convient au chauffage des logements, la géothermie répond à cette exigence. Les villes de plusieurs dizaines de milliers d'habitants peuvent être chauffées par la chaleur de l'intérieur de la terre. A titre d'exemple: le chauffage de la ville de Labinsk, sur le territoire de Krasnodar, fonctionne au carburant naturel terrestre.
Schéma d'un système géothermique pour chauffer une maison
Il n'est pas nécessaire de perdre du temps et de l'énergie pour chauffer l'eau et construire une chaufferie. Le liquide de refroidissement provient directement de la source du geyser. La même eau convient également pour l'approvisionnement en eau chaude. Dans les premier et second cas, il subit le nettoyage technique et chimique préalable nécessaire.
L'énergie qui en résulte coûte deux à trois fois moins cher. Des installations pour des maisons privées sont apparues. Elles sont plus chères que les chaudières à combustible traditionnelles, mais en cours de fonctionnement, elles justifient les coûts.
Les avantages et les inconvénients de l'utilisation de la géothermie pour chauffer une maison.
Énergie intérieure de la Terre
Il est apparu à la suite de plusieurs processus, dont les principaux sont l'accrétion et la radioactivité. Selon les scientifiques, la formation de la Terre et de sa masse s'est déroulée sur plusieurs millions d'années, et cela s'est produit en raison de la formation de planétésimaux. Ils collaient ensemble, respectivement, la masse de la Terre devenait de plus en plus. Après que notre planète ait commencé à avoir une masse moderne, mais qu'elle était toujours dépourvue d'atmosphère, des corps de météorites et d'astéroïdes sont tombés dessus sans entrave. Ce processus s'appelle précisément l'accrétion, et il a conduit à la libération d'une énergie gravitationnelle significative. Et plus les corps tombaient gros sur la planète, plus la quantité d'énergie libérée, contenue dans les intestins de la Terre, était grande.
Cette différenciation gravitationnelle a conduit au fait que les substances ont commencé à se stratifier: les substances lourdes se sont simplement noyées et les substances légères et volatiles ont flotté. La différenciation a également affecté la libération supplémentaire d'énergie gravitationnelle.
Presque toutes les propriétés physiques de base de la matière terrestre dépendent de la température. En fonction de la température, la pression change à laquelle la substance passe d'un état solide à un état fondu. Lorsque la température change, la viscosité, la conductivité électrique et les propriétés magnétiques des roches qui composent la Terre changent. Pour imaginer ce qui se passe à l'intérieur de la Terre, il faut absolument connaître son état thermique. Nous n'avons pas encore la possibilité de mesurer directement les températures à toutes les profondeurs de la Terre. Seuls les premiers kilomètres de la croûte terrestre sont disponibles pour nos mesures.Mais nous pouvons déterminer la température interne de la Terre indirectement, sur la base de données sur le flux de chaleur de la Terre.
L'impossibilité d'une vérification directe est, bien entendu, une très grande difficulté dans de nombreuses sciences de la Terre. Néanmoins, le développement réussi des observations et des théories rapproche progressivement nos connaissances de la vérité.
Science moderne sur l'état thermique et l'histoire de la Terre - géothermie Est une jeune science. La première étude sur la géothermie n'est apparue qu'au milieu du siècle dernier. William Thomson (Lord Kelvin), alors encore très jeune scientifique, physicien, a consacré sa thèse à la détermination de l'âge de la Terre en se basant sur l'étude de la distribution et du mouvement de la chaleur à l'intérieur de la planète. Kelvin pensait que la température interne de la Terre devrait diminuer avec le temps en raison de la formation et de la solidification de la planète à partir de la matière fondue.
En définissant gradient thermique - le taux d'augmentation de la température avec la profondeur - dans les mines et les forages à différentes profondeurs, Kelvin est arrivé à la conclusion qu'à partir de ces données, il est possible de supposer combien de temps la Terre devrait se refroidir et, par conséquent, de déterminer l'âge de la Terre . Selon l'estimation de Kelvin, la température aux profondeurs les plus proches sous la surface augmente de 20 à 40 ° C tous les mille mètres de profondeur. Il s'est avéré que la Terre s'est refroidie à son état actuel en quelques dizaines de millions d'années seulement. Mais cela ne concorde en aucun cas avec d'autres données, par exemple avec des données sur la durée de nombreuses époques géologiques connues. Le débat sur cette question s'est poursuivi pendant un demi-siècle et a opposé Kelvin à des évolutionnistes aussi éminents que Charles Darwin et Thomas Huxley.
Kelvin basé ses conclusions sur l'idée que la Terre était à l'origine dans un état fondu et s'est progressivement refroidie. Cette hypothèse a dominé pendant des décennies. Cependant, au tournant du 20e siècle, des découvertes ont été faites qui ont fondamentalement changé la compréhension de la nature du flux thermique profond de la Terre et de son histoire thermique. La radioactivité a été découverte, des études des processus de dégagement de chaleur lors de la désintégration radioactive de certains isotopes ont commencé, des conclusions ont été tirées que les roches qui composent la croûte terrestre contiennent une quantité importante d'isotopes radioactifs.
Les mesures directes du flux de chaleur terrestre ont commencé relativement récemment: d'abord sur les continents - en 1939 dans des puits profonds en Afrique du Sud, au fond des océans plus tard - depuis 1954, dans l'Atlantique. Dans notre pays, pour la première fois, le flux de chaleur a été mesuré dans des puits profonds à Sotchi et Matsesta. Ces dernières années, l'accumulation de données expérimentales sur les flux de chaleur se déroule assez rapidement.
Pourquoi est-ce fait? Et des dimensions nouvelles et nouvelles sont-elles encore nécessaires? Oui, très nécessaire. La comparaison des mesures du flux de chaleur profonde effectuées en différents points de la planète montre que la perte d'énergie à travers différentes parties de la surface de la planète est différente. Cela indique l'hétérogénéité de la croûte et du manteau, permet de juger de la nature de nombreux processus se produisant à différentes profondeurs inaccessibles à nos yeux sous la surface de la Terre, et fournit une clé pour étudier le mécanisme de développement de la planète et son énergie interne.
Quelle quantité de chaleur la Terre perd-elle en raison du flux de chaleur provenant des intestins? Il s'avère qu'en moyenne cette valeur est faible - environ 0,06 watts par mètre carré de surface, soit environ 30 billions de watts sur toute la planète. La Terre reçoit de l'énergie du Soleil environ 4 mille fois plus. Et, bien sûr, c'est la chaleur solaire qui joue un rôle majeur dans l'établissement de la température à la surface de la terre.
La chaleur dégagée par une planète sur une surface de la taille d'un terrain de football est approximativement égale à la chaleur qui peut être générée par des ampoules de trois cents watts. Un tel flux d'énergie semble insignifiant, mais il provient de toute la surface de la Terre et en permanence! La puissance de tout le flux de chaleur provenant des entrailles de la planète est environ 30 fois supérieure à la puissance de toutes les centrales électriques modernes du monde.
Mesure de la profondeur flux de chaleur de la Terre le processus n'est pas facile et prend du temps. À travers la croûte terrestre dure, la chaleur est conduite à la surface de manière conductrice, c'est-à-dire par la propagation de vibrations thermiques. Par conséquent, la quantité de chaleur qui passe est égale au produit gradient de température (le taux d'augmentation de la température avec la profondeur) sur la conductivité thermique. Pour déterminer le flux thermique, il est impératif de connaître ces deux grandeurs. Le gradient de température est mesuré avec des dispositifs sensibles - des capteurs (thermistances) dans des mines ou des puits spécialement forés, à une profondeur de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de mètres. La conductivité thermique des roches est déterminée en examinant des échantillons en laboratoire.
La mesure la chaleur circule au fond des océans associé à des difficultés considérables: les travaux doivent être effectués sous l'eau à des profondeurs importantes. Cependant, il a aussi ses avantages: il n'est pas nécessaire de forer des puits au fond des océans, car les sédiments sont généralement assez mous et la longue sonde cylindrique utilisée pour mesurer la température s'enfonce facilement de plusieurs mètres dans les sédiments mous.
Ceux qui sont engagés dans la géothermie ont vraiment besoin carte de flux de chaleur pour toute la surface de la planète. Les points auxquels les mesures de flux de chaleur ont déjà été effectuées sont extrêmement inégalement répartis sur la surface de la Terre. Sur les mers et les océans, les mesures ont été effectuées deux fois plus que sur terre. L'Amérique du Nord, l'Europe et l'Australie, les océans des latitudes moyennes ont été étudiés de manière assez approfondie. Et dans d'autres parties de la surface de la terre, les mesures sont encore peu nombreuses ou pas du tout. Néanmoins, le volume actuel de données sur les flux thermiques de la Terre permet déjà de construire des cartes généralisées mais assez fiables.
La libération de chaleur des entrailles de la Terre vers la surface est inégale. Dans certaines régions, la Terre dégage plus de chaleur que la moyenne mondiale, dans d'autres, la production de chaleur est beaucoup moins élevée. Les «points froids» se trouvent en Europe de l'Est (plate-forme de l'Europe de l'Est), au Canada (Bouclier canadien), en Afrique du Nord, en Australie, en Amérique du Sud, dans les bassins en eau profonde des océans Pacifique, Indien et Atlantique. Des points «chauds» et «chauds» - des zones de flux de chaleur accru - se trouvent dans les régions de la Californie, de l'Europe alpine, de l'Islande, de la mer Rouge, de la montée du Pacifique Est et des dorsales sous-marines médianes des océans Atlantique et Indien.
Énergie atomique
L'utilisation de l'énergie de la terre peut se faire de différentes manières. Par exemple, avec la construction de centrales nucléaires, lorsque de l'énergie thermique est libérée en raison de la désintégration des plus petites particules de matière d'atomes. Le principal combustible est l'uranium, qui est contenu dans la croûte terrestre. Beaucoup pensent que cette méthode particulière d'obtention d'énergie est la plus prometteuse, mais son application pose un certain nombre de problèmes. Premièrement, l'uranium émet un rayonnement qui tue tous les organismes vivants. De plus, si cette substance pénètre dans le sol ou l'atmosphère, une véritable catastrophe d'origine humaine se produira. Nous subissons toujours les tristes conséquences de l’accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl. Le danger réside dans le fait que les déchets radioactifs peuvent menacer tous les êtres vivants pendant très, très longtemps, des millénaires entiers.
Première centrale géothermique
Nous sommes tous habitués au fait qu'il y a de nombreuses années, l'énergie était extraite des ressources naturelles. Et c'était le cas, mais même avant cela, l'une des premières centrales électriques était géothermique. En général, c'est très logique, car la technique fonctionnait sur la traction à vapeur et l'utilisation de la vapeur était la décision la plus correcte. Et en fait le seul pour cette époque, sans compter la combustion du bois et du charbon.
En 1817, le comte François de Larderel a développé une technologie de collecte de la vapeur naturelle, qui s'est avérée utile au XXe siècle, lorsque la demande de centrales géothermiques est devenue très élevée.
La première station réellement opérationnelle a été construite dans la ville italienne de Larderello en 1904. Certes, il s'agissait plus d'un prototype, car il ne pouvait alimenter que 4 ampoules, mais cela fonctionnait. Six ans plus tard, en 1910, une station vraiment fonctionnelle a été construite dans la même ville, qui pouvait produire une énergie suffisante pour un usage industriel.
Même dans des endroits aussi pittoresques, il peut y avoir des centrales géothermiques.
Des générateurs expérimentaux ont été construits dans de nombreux endroits, mais c'est l'Italie qui a tenu la tête jusqu'en 1958 et a été le seul producteur industriel d'énergie géothermique au monde.
Le leadership a dû être abandonné après la mise en service de la centrale électrique de Wairakei en Nouvelle-Zélande. C'était la première centrale géothermique indirecte. Quelques années plus tard, des installations similaires ont ouvert dans d'autres pays, y compris aux États-Unis avec ses sources en Californie.
La première centrale géothermique de type indirect a été construite en URSS en 1967. À cette époque, cette méthode d'obtention d'énergie a commencé à se développer activement dans le monde entier. Surtout dans des endroits comme l'Alaska, les Philippines et l'Indonésie, qui sont toujours parmi les leaders de l'énergie produite de cette manière.
New Time - nouvelles idées
Bien sûr, les gens ne s'arrêtent pas là, et chaque année, de plus en plus de tentatives sont faites pour trouver de nouvelles façons d'obtenir de l'énergie. Si l'énergie de la chaleur de la terre est obtenue tout simplement, alors certaines méthodes ne sont pas si simples. Par exemple, comme source d'énergie, il est tout à fait possible d'utiliser du gaz biologique, qui est obtenu à partir de déchets en décomposition. Il peut être utilisé pour le chauffage domestique et le chauffage de l'eau.
De plus en plus, des centrales marémotrices sont construites, lorsque des barrages et des turbines sont installés à l'embouchure des réservoirs, qui sont entraînés par flux et reflux, respectivement, de l'électricité est obtenue.
Brûler des ordures, nous obtenons de l'énergie
Une autre méthode, déjà utilisée au Japon, est la création d'incinérateurs. Aujourd'hui, elles sont construites en Angleterre, en Italie, au Danemark, en Allemagne, en France, aux Pays-Bas et aux États-Unis, mais seulement au Japon, ces entreprises ont commencé à être utilisées non seulement pour leur destination, mais aussi pour produire de l'électricité. Les usines locales brûlent 2/3 de tous les déchets, tandis que les usines sont équipées de turbines à vapeur. En conséquence, ils fournissent de la chaleur et de l'électricité aux environs. Dans le même temps, en termes de coûts, il est beaucoup plus rentable de créer une telle entreprise que de construire une cogénération.
La perspective d'utiliser la chaleur de la Terre là où les volcans sont concentrés semble plus tentante. Dans ce cas, vous n'aurez pas besoin de forer la Terre trop profondément, car déjà à une profondeur de 300 à 500 mètres, la température sera au moins le double du point d'ébullition de l'eau.
Il existe également une méthode de production d'électricité sous forme d'énergie hydrogène. L'hydrogène - l'élément chimique le plus simple et le plus léger - peut être considéré comme un carburant idéal, car il se trouve là où il y a de l'eau. Si vous brûlez de l'hydrogène, vous pouvez obtenir de l'eau qui se décompose en oxygène et en hydrogène. La flamme d'hydrogène elle-même est inoffensive, c'est-à-dire qu'il n'y aura aucun dommage pour l'environnement. La particularité de cet élément est qu'il a une valeur calorifique élevée.
Qu'y a-t-il dans le futur?
Bien entendu, l'énergie du champ magnétique terrestre ou celle qui est obtenue dans les centrales nucléaires ne peut pas satisfaire pleinement tous les besoins de l'humanité, qui croissent chaque année. Cependant, les experts disent qu'il n'y a pas de raisons de s'inquiéter, car les ressources en carburant de la planète sont encore suffisantes. De plus, de plus en plus de nouvelles sources, respectueuses de l'environnement et renouvelables, sont utilisées.
Le problème de la pollution de l'environnement demeure, et il s'aggrave de manière catastrophique. La quantité d'émissions nocives dépasse l'échelle, respectivement, l'air que nous respirons est nocif, l'eau contient des impuretés dangereuses et le sol s'épuise progressivement. C'est pourquoi il est si important de s'engager en temps opportun dans l'étude d'un phénomène tel que l'énergie dans les entrailles de la Terre, afin de rechercher des moyens de réduire la demande de combustibles fossiles et d'utiliser plus activement des sources d'énergie non conventionnelles.
Ressources limitées en matières premières énergétiques fossiles
La demande de matières premières énergétiques organiques est importante dans les pays industriellement développés et en développement (USA, Japon, États de l'Europe unie, Chine, Inde, etc.). Dans le même temps, leurs propres ressources en hydrocarbures dans ces pays sont soit insuffisantes, soit réservées, et un pays, par exemple les États-Unis, achète des matières premières énergétiques à l'étranger ou développe des gisements dans d'autres pays.
En Russie, l'un des pays les plus riches en ressources énergétiques, les besoins économiques en énergie sont toujours satisfaits par les possibilités d'utilisation des ressources naturelles. Cependant, l'extraction des hydrocarbures fossiles du sous-sol se déroule à un rythme très rapide. Si dans les années 1940-1960. Les principales régions productrices de pétrole étaient le "Second Bakou" dans les régions de la Volga et de l'Oural, puis, à partir des années 1970, et jusqu'à nos jours, une telle région est la Sibérie occidentale. Mais ici aussi, il y a une diminution significative de la production d'hydrocarbures fossiles. L'ère du gaz cénomanien «sec» est en train de disparaître. L'étape précédente de développement extensif de la production de gaz naturel a pris fin. Son extraction à partir de gisements géants tels que Medvezhye, Urengoyskoye et Yamburgskoye s'élevait respectivement à 84, 65 et 50%. La part des réserves pétrolières favorable au développement diminue également avec le temps.
En raison de la consommation active d'hydrocarbures, les réserves de pétrole et de gaz naturel à terre ont considérablement diminué. Désormais, leurs principales réserves sont concentrées sur le plateau continental. Et bien que la base de matières premières de l'industrie pétrolière et gazière soit encore suffisante pour la production de pétrole et de gaz en Russie dans les volumes requis, dans un proche avenir, elle sera fournie dans une mesure toujours plus grande grâce au développement de champs avec une exploitation minière difficile. et les conditions géologiques. Le coût de production des matières premières hydrocarbonées continuera d'augmenter.
La plupart des ressources non renouvelables extraites du sous-sol sont utilisées comme combustible pour les centrales électriques. Tout d'abord, il s'agit du gaz naturel dont la part dans la structure du combustible est de 64%.
En Russie, 70% de l'électricité est produite dans les centrales thermiques. Les entreprises énergétiques du pays brûlent environ 500 millions de tonnes d'équivalent combustible par an. t. pour produire de l'électricité et de la chaleur, tandis que pour la production de chaleur, les hydrocarbures sont consommés 3 à 4 fois plus que pour la production d'électricité.
La quantité de chaleur obtenue par la combustion de ces volumes de matières premières hydrocarbonées équivaut à l'utilisation de centaines de tonnes de combustible nucléaire - la différence est énorme. Cependant, l'énergie nucléaire nécessite la sécurité environnementale (pour exclure la répétition de Tchernobyl) et sa protection contre d'éventuelles attaques terroristes, ainsi que la mise en œuvre d'un déclassement sûr et coûteux des centrales nucléaires obsolètes et obsolètes. Les réserves prouvées d'uranium récupérables dans le monde sont d'environ 3 millions 400 000 tonnes. Pour toute la période précédente (jusqu'en 2007), environ 2 millions de tonnes ont été extraites.
