Geotermikus energia
Már a névből is egyértelmű, hogy a föld belsejének melegét képviseli. A földkéreg alatt egy magmaréteg található, amely tüzes folyékony szilikátolvadék. Kutatási adatok szerint ennek a hőnek az energiapotenciálja jóval nagyobb, mint a világ földgáz- és olajkészleteinek energiája. A magma - láva felszínre kerül. Sőt, a legnagyobb aktivitás a föld azon rétegeiben figyelhető meg, amelyeken a tektonikus lemezek határai helyezkednek el, valamint ahol a földkéregre soványság jellemző. A föld geotermikus energiáját a következő módon nyerjük: a láva és a bolygó vízkészlete érintkezésbe kerül, ennek következtében a víz élesen felmelegedni kezd. Ez egy gejzír kitöréséhez, az úgynevezett forró tavak és a víz alatti áramlások kialakulásához vezet. Vagyis pontosan azokra a természeti jelenségekre, amelyek tulajdonságait kimeríthetetlen energiaforrásként aktívan használják.
Petrotermikus energia
Jelenleg a föld belsejének hőjét széles körben használják a világon, és ez elsősorban sekély kutak energiája - legfeljebb 1 km. Az áramellátás, a hő vagy a meleg víz biztosítása érdekében alacsony forráspontú folyadékokkal (például freonnal) működő mélynyomású hőcserélőket telepítenek.
Napjainkban a fúrólyukos hőcserélő használata a legracionálisabb hőtermelési módszer. Így néz ki: a hűtőfolyadék zárt hurokban kering. A fűtött egy koncentrikusan leeresztett cső mentén emelkedik, leadva a hőjét, majd lehűlt állapotban egy szivattyú segítségével a házba pumpálják.
A föld belsejének energiájának felhasználása természeti jelenségen alapszik - amikor a Föld magjához közeledik, a földkéreg és a köpeny hőmérséklete emelkedik. A bolygó felszínétől 2-3 km-es magasságban eléri a 100 ° С-t, átlagosan 20 ° С-kal növekszik minden egyes további kilométerrel. 100 km mélységben a hőmérséklet eléri az 1300-1500 ºС-ot.
Mesterséges geotermikus források
A föld belsejében lévő energiát okosan kell felhasználni. Például van egy ötlet földalatti kazánok létrehozására. Ehhez két megfelelő mélységű kutat kell fúrnia, amelyeket alul fognak összekötni. Vagyis kiderül, hogy a föld szinte minden sarkában lehet ipari módon geotermikus energiát nyerni: az egyik kúton keresztül hideg vizet pumpálnak a tározóba, a másodikban forró vizet vagy gőzt nyernek ki. A mesterséges hőforrások akkor lesznek előnyösek és ésszerűek, ha a keletkező hő több energiát szolgáltat. A gőzt turbina generátorokhoz lehet irányítani, amelyek áramot termelnek.
Természetesen a kiválasztott hő csak töredéke annak, ami a teljes tartalékban rendelkezésre áll. De nem szabad elfelejteni, hogy a mély hő folyamatosan feltöltődik a radioaktív bomlás, a kőzetek összenyomódása, a belek rétegződése miatt. Szakértők szerint a földkéregben felhalmozódik a hő, amelynek összmennyisége 5000-szer nagyobb, mint az egész föld összes fosszilis erőforrásának fűtőértéke. Kiderült, hogy az ilyen mesterségesen létrehozott geotermikus állomások működési ideje korlátlan lehet.
A Föld energiaforrásainak gyűjtésének módszerei
Ma három fő módszer áll rendelkezésre a geotermikus energia kinyerésére: száraz gőz, meleg víz és bináris ciklus. A szárazgőz-folyamat közvetlenül forgatja az áramfejlesztők turbina-hajtásait. A forró víz alulról felfelé kerül, majd a tartályba permetezi, hogy gőzt képezzen a turbinák meghajtására.Ez a két módszer a leggyakoribb, és több száz megawatt villamos energiát termel az Egyesült Államokban, Izlandon, Európában, Oroszországban és más országokban. De a hely korlátozott, mivel ezek a gyárak csak tektonikus régiókban működnek, ahol könnyebben hozzáférhető a fűtött víz.
A bináris ciklusú technológiával a meleg (nem feltétlenül forró) vizet a felszínre vonják és alacsony forráspontú butánnal vagy pentánnal kombinálják. Ezt a folyadékot egy hőcserélőn keresztül pumpálják, ahol elpárologtatják és egy turbinán keresztül elküldik, mielőtt visszavezetik a rendszerbe. A bináris ciklusú technológia több tíz megawatt villamos energiát biztosít az Egyesült Államokban: Kaliforniában, Nevadában és a Hawaii-szigeteken.
Az energia megszerzésének elve
A geotermikus energia megszerzésének hátrányai
Közüzemi szinten a geotermikus erőművek megépítése és működtetése drága. Megfelelő helyszín megtalálása költséges kútfelméréseket igényel, nincs garancia arra, hogy a termelékeny földalatti forró pontot elérje. Az elemzők azonban arra számítanak, hogy ez a kapacitás a következő hat évben majdnem megduplázódik.
Ezenkívül azok a területek, ahol a földalatti forrás magas hőmérséklettel rendelkezik, aktív geológiai vulkánokkal rendelkező területeken helyezkednek el. Ezek a "forró pontok" a tektonikus lemezek határán képződtek olyan helyeken, ahol a kéreg meglehetősen vékony. A csendes-óceáni térséget gyakran sok tűzhelyű vulkán tűzgyűrűjeként emlegetik, ide tartozik Alaszka, Kalifornia és Oregon is. Nevadában több száz hotspot található, amelyek az Egyesült Államok északi részének nagy részét lefedik.
Vannak más szeizmikusan aktív régiók is. A földrengések és a magma mozgása lehetővé teszi a víz keringését. Egyes helyeken a víz felszínre emelkedik, és természetes meleg források és gejzírek fordulnak elő, például Kamcsatkában. Kamcsatka gejzírjeiben a víz eléri a 95 ° C-ot.
A nyitott gejzírrendszerek egyik problémája bizonyos légszennyező anyagok kibocsátása. A hidrogén-szulfid mérgező gáz, nagyon felismerhető "rothadt tojás" szaggal - kis mennyiségű arzén és ásványi anyag gőzzel szabadul fel. A só környezeti problémát is jelenthet.
Az offshore geotermikus erőművekben jelentős mennyiségű zavaró só halmozódik fel a csövekben. Zárt rendszerekben nincs kibocsátás, és a felszínre hozott összes folyadék visszatér.
Az energiaforrás gazdasági potenciálja
A geotermikus energia nem csak forró pontok találhatók meg. Közvetlen fűtési célokra felhasználható hőmennyiség folyamatosan rendelkezésre áll, 4 métertől néhány kilométerig, gyakorlatilag a föld bármely pontján. Még a saját kertjében vagy a helyi iskolában lévő földterületnek is megvan a gazdasági lehetősége az otthonába vagy más épületekbe kiszivattyúzható hő formájában.
Ezenkívül hatalmas mennyiségű hőenergia van a száraz kőzettömegekben, nagyon mélyen a felszín alatt (4-10 km).
Az új technológia alkalmazása kibővítheti a geotermikus rendszereket, ahol az emberek ezt a hőt felhasználhatják a hagyományos technológiáknál jóval nagyobb mértékben villamos energia előállítására. Az áramtermelés ezen elvének első demonstrációs projektjeit még 2013-ban mutatták be az Egyesült Államokban és Ausztráliában.
Ha a geotermikus erőforrások teljes gazdasági potenciálja megvalósul, akkor ez hatalmas áramforrást jelent a termelő létesítmények számára. A tudósok szerint a hagyományos geotermikus források 38 000 MW potenciállal rendelkeznek, ami évente 380 millió MW villamos energiát képes előállítani.
Forró, száraz kőzetek 5-8 km mélységben fordulnak elő mindenhol a föld alatt, és bizonyos helyeken sekélyebb mélységben.Ezen forrásokhoz való hozzáférés magában foglalja a forró sziklákon keringő hideg víz bevezetését és a felmelegített víz eltávolítását. Jelenleg nincs kereskedelmi alkalmazás erre a technológiára. A meglévő technológiák még nem teszik lehetővé a hőenergia közvetlen visszanyerését a magmából, nagyon mélyen, de ez a geotermikus energia legerősebb erőforrása.
Az energiaforrások és következetességének kombinációjával a geotermikus energia pótolhatatlanabb szerepet játszhat, mint egy tisztább, fenntarthatóbb energiarendszer.
A források jellemzői
A geotermikus energiát biztosító forrásokat szinte lehetetlen teljes mértékben felhasználni. A világ több mint 60 országában léteznek, a szárazföldi vulkánok többsége a csendes-óceáni vulkanikus tűzgyűrűben található. De a gyakorlatban kiderül, hogy a világ különböző régióiban található geotermikus források tulajdonságaikban teljesen különböznek, nevezetesen az átlagos hőmérséklet, az ásványosodás, a gázösszetétel, a savasság stb.
A gejzírek energiaforrások a Földön, amelyek sajátossága az, hogy rendszeres időközönként forrásban lévő vizet kavarnak. A kitörés után a medence vízmentes lesz, alján egy csatorna látható, amely mélyen a földbe megy. A gejzíreket energiaforrásként használják olyan régiókban, mint Kamcsatka, Izland, Új-Zéland és Észak-Amerika, a magányos gejzíreket pedig számos más területen találják.
Ipar, lakhatás és kommunális szolgáltatások
2014 novemberében a világ akkori legnagyobb geotermikus erőműve kezdte meg működését Kenyában. A második legnagyobb Izlandon található - ez a Hellisheid, amely a Hengiedl vulkán közelében lévő forrásokból veszi fel a hőt.
Más országok, amelyek geotermikus energiát használnak ipari méretekben: USA, Fülöp-szigetek, Oroszország, Japán, Costa Rica, Törökország, Új-Zéland stb.
A GeoTPP energiatermelésének négy fő sémája van:
- egyenes, amikor a gőzt a csöveken keresztül áramfejlesztőkhöz csatlakoztatott turbinákhoz irányítják;
- közvetett, mindenben hasonló az előzőhöz, csakhogy a csövekbe való belépés előtt a gőzt megtisztítják a gázoktól;
- bináris - nem vizet vagy gőzt használnak munkahőnek, hanem egy másik folyadékot alacsony forrásponttal;
- vegyes - az egyeneshez hasonlóan, de kondenzáció után az oldatlan gázokat eltávolítják a vízből.
2009-ben egy kiaknázható geotermikus erőforrásokat kereső kutatócsoport elérte az olvadt magmát mindössze 2,1 km mélyen. Az ilyen magmába esés nagyon ritka, ez csak a második ismert eset (az előző Hawaiiban történt 2007-ben).
Noha a magmához kapcsolt cső soha nem volt összekötve a közeli Krafla geotermikus erőművel, a tudósok nagyon ígéretes eredményeket kaptak. Eddig az összes működő állomás hőt közvetett módon vett fel, a föld szikláiból vagy a felszín alatti vizekből.
Honnan származik az energia?
A hűtetlen magma nagyon közel helyezkedik el a föld felszínéhez. Gázok és gőzök szabadulnak fel belőle, amelyek felemelkednek és áthaladnak a repedések mentén. A talajvízzel keveredve okozzák a felmelegedésüket, maguk is forró vízzé válnak, amelyben sok anyag feloldódik. Az ilyen víz különböző geotermikus források formájában kerül a föld felszínére: forró források, ásványi források, gejzírek stb. A tudósok szerint a föld forró belei barlangok vagy kamrák, amelyeket átjárók, repedések és csatornák kötnek össze. Csak tele vannak talajvízzel, és nagyon közel vannak hozzájuk a magmakamrák. Ily módon a föld hőenergiája természetes módon alakul ki.
Hidrotermikus energia
A nagy mélységben keringő vizet jelentős értékekre melegítik. Szeizmikusan aktív régiókban a földkéreg repedésein keresztül emelkedik felszínre, nyugodt területeken kutak segítségével távolítható el.
A működési elv ugyanaz: a fűtött víz felemelkedik a kúton, hőt ad le és visszatér a második csövön. A ciklus gyakorlatilag végtelen és megújul, amíg meleg marad a föld belsejében.
Egyes szeizmikusan aktív régiókban a forró vizek olyan közel fekszenek a felszínhez, hogy első kézből láthatja, hogyan működik a geotermikus energia. A Krafla vulkán (Izland) környékéről készült fényképen az ott működő geotermikus erőmű gőzét továbbító gejzírek láthatók.
A Föld elektromos mezője
Van egy másik alternatív energiaforrás a természetben, amelyet megújulás, környezetbarátság és könnyű használat jellemez. Igaz, eddig ezt a forrást csak tanulmányozzák, és a gyakorlatban nem alkalmazzák. Tehát a Föld potenciális energiája rejtve van elektromos mezőjében. Az energiát ily módon nyerhetjük az elektrosztatika alaptörvényeinek és a Föld elektromos mezőjellemzőinek tanulmányozásával. Tény, hogy bolygónk elektromos szempontból egy gömb kondenzátor, amely legfeljebb 300 000 voltig töltődik. Belső szférája negatív töltésű, a külső, az ionoszféra pozitív. A Föld légköre szigetelő. Rajta keresztül folyamatosan áramlik az ionos és konvektív áram, amely sok ezer amperes erőt ér el. A lemezek közötti potenciálkülönbség azonban ebben az esetben nem csökken.
Ez arra utal, hogy létezik generátor a természetben, amelynek szerepe a töltések szivárgásának folyamatos pótlása a kondenzátorlemezekről. Egy ilyen generátor szerepét a Föld mágneses tere játssza, amely bolygónkkal együtt forog a napszél áramlásában. A Föld mágneses mezőjének energiája csak akkor nyerhető el, ha egy energiafogyasztót ehhez a generátorhoz kapcsol. Ehhez megbízható földelési telepítést kell végrehajtania.
A Föld hője
(A végére. A kezdetért lásd: Science and Life, 2013. sz. 9.)
Gyűjtő termikus bórvíz gyűjtésére Larderellóban (Olaszország), a 19. század első felében.
A motor és az inverter Larderellóban 1904-ben használták az első kísérlet során a geotermikus villamos energia előállítását.
A hőerőmű működésének sematikus rajza.
A GeoPP száraz gőzzel történő működési elve. A termelő kútból származó geotermikus gőzt közvetlenül egy gőzturbinán vezetik át. A GeoPP működésének meglévő rendszerei közül a legegyszerűbb.
Indirekt áramkörrel rendelkező GeoPP működési elve. A termelő kútból származó forró felszín alatti vizet egy párologtatóba pumpálják, és a keletkező gőzt egy turbinába juttatják.
A bináris GeoPP működésének elve. A forró termálvíz kölcsönhatásba lép egy másik folyadékkal, amely munkaközegként működik és alacsonyabb a forráspontja.
A petrotermikus rendszer sémája. A rendszer a földfelszín és az altalaj közötti hőmérsékleti gradiens használatán alapul, ahol a hőmérséklet magasabb.
Hűtőszekrény és hőszivattyú sematikus rajza: 1 - kondenzátor; 2 - fojtószelep (nyomásszabályozó); 3 - párologtató; 4 - kompresszor.
Mutnovskaya GeoPP Kamcsatkában. 2011 végén az állomás beépített teljesítménye 50 MW volt, de a tervek szerint 80 MW-ra növelik. Fotó: Tatiana Korobkova (a Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem Földrajzi Karának RES kutatási laboratóriuma.)
‹
›
A geotermikus energia felhasználása nagyon hosszú múltra tekint vissza. Az egyik legismertebb példa Olaszország, Toszkána tartományának a helye, amelyet ma Larderellónak hívnak, ahol már a 19. század elején természetes forrásokból vagy sekély kutakból kivont helyi forró termálvizeket használtak fel. energia célokra.
Bórban gazdag földalatti vizet használtak itt a bórsav előállításához. Kezdetben ezt a savat vaskazánokban történő bepárlás útján nyerték, és a közeli erdők közönséges tűzifáját vették üzemanyagnak, de 1827-ben Francesco Larderel létrehozott egy olyan rendszert, amely a vizek hőjén dolgozott. Ugyanakkor a természetes vízgőz energiáját fúrótornyok üzemeltetéséhez, a 20. század elején pedig helyi házak és üvegházak fűtésére kezdték felhasználni. Ugyanitt, Larderellóban, 1904-ben a termikus vízgőz energiaforrássá vált az áramtermeléshez.
Néhány más ország Olaszország példáját követte a 19. század végén és a 20. század elején. Például 1892-ben a termálvizeket először az Egyesült Államokban (Boise, Idaho), 1919-ben Japánban és 1928-ban Izlandon használták fel helyi fűtésre.
Az Egyesült Államokban az első hidrotermikus erőmű az 1930-as évek elején jelent meg Kaliforniában, Új-Zélandon 1958-ban, Mexikóban 1959-ben, Oroszországban (a világ első bináris geotermikus erőműve) 1965-ben ...
Régi elv új forrásra
Az áramtermeléshez a vízforrás magasabb hőmérséklete szükséges, mint a fűtéshez - több mint 150 ° C. A geotermikus erőmű (GeoPP) működési elve hasonló a hagyományos hőerőmű (TPP) működési elvéhez. Valójában a geotermikus erőmű egyfajta hőerőmű.
A TPP-knél általában szén, gáz vagy fűtőolaj működik elsődleges energiaforrásként, és a vízgőz szolgál munkafolyadékként. Égő üzemanyag melegíti a vizet gőzállapotba, amely forgatja a gőzturbinát, és ez áramot termel.
A különbség a GeoPP-k között az, hogy itt az elsődleges energiaforrás a föld belsejének hője, és a munkaközeg gőz formájában közvetlenül az előállításból "kész" formában jut az elektromos generátor turbinapengéihez. jól.
A GeoPP működésének három fő sémája van: közvetlen, száraz (geotermikus) gőz felhasználásával; közvetett, hidrotermális víz alapján és vegyes vagy bináris.
Egy adott séma használata az aggregáció állapotától és az energiahordozó hőmérsékletétől függ.
A legegyszerűbb és ezért az elsajátított sémák közül az első az egyenes, amelyben a kútból érkező gőzt közvetlenül a turbinán vezetik át. A világ első geográfiája Larderellóban szintén száraz gőzzel működött 1904-ben.
A közvetett munkarendű geoPP-k napjainkban a leggyakoribbak. Forró földalatti vizet használnak, amelyet nagy nyomáson egy párologtatóba pumpálnak, ahol annak egy része elpárolog, és a keletkező gőz egy turbinát forgat. Bizonyos esetekben további eszközökre és áramkörökre van szükség a geotermikus víz és gőz agresszív vegyületekből történő megtisztításához.
A kiégett gőz bejut a befecskendező kútba, vagy helyiség fűtésére szolgál - ebben az esetben az elv ugyanaz, mint a CHP működése során.
A bináris GeoPP-knél a forró termálvíz kölcsönhatásba lép egy másik folyadékkal, amely alacsonyabb forráspontú munkaközegként működik. Mindkét folyadékot hőcserélőn vezetik át, ahol a termálvíz elpárologtatja a munkaközeget, amelynek gőze forgatja a turbinát.
Ez a rendszer zárt, ami megoldja a légkörbe történő kibocsátás problémáját. Ezenkívül a viszonylag alacsony forráspontú munkafolyadékok lehetővé teszik a nem túl forró termálvizek elsődleges energiaforrásként történő felhasználását.
Mindhárom sémában hidrotermikus forrást használnak ki, de a petrotermikus energiát fel lehet használni villamos energia előállítására is (lásd a hidrotermikus és a petrotermikus energia közötti különbségeket, lásd Science és Life, No. 9, 2013).
A vázlatos diagram ebben az esetben is meglehetősen egyszerű. Két összekapcsolt kút fúrása szükséges - befecskendező és termelő kutak. A vizet az injekciós kútba pumpálják. Mélységben felmelegszik, majd az erős hevítés eredményeként képződött felmelegedett vizet vagy gőzt vezetik a termelő kúton keresztül a felszínre. Továbbá, minden attól függ, hogy a petrotermikus energiát hogyan használják fel - fűtésre vagy villamos energia előállítására. Zárt ciklus lehetséges a hulladékgőz és a víz visszafecskendezésével a befecskendező kútba vagy más módon történő megsemmisítéssel.
Egy ilyen rendszer hátránya nyilvánvaló: a munkaközeg kellően magas hőmérsékletének eléréséhez nagy mélységbe kell fúrni a kutakat.És ezek komoly költségek és jelentős hőveszteség kockázata, ha a folyadék felfelé mozog. Ezért a petrotermikus rendszerek még mindig kevésbé elterjedtek, mint a hidrotermikus rendszerek, bár a petrotermikus energia potenciálja nagyságrendekkel nagyobb.
Jelenleg Ausztrália a vezető az úgynevezett petrotermikus cirkulációs rendszerek (PCS) létrehozásában. Ezenkívül a geotermikus energia ezen iránya aktívan fejlődik az USA-ban, Svájcban, Nagy-Britanniában és Japánban.
Lord Kelvin ajándéka
William Thompson fizikus (más néven Lord Kelvin) hőszivattyújának 1852-es találmánya az emberiség számára valós lehetőséget biztosított a felső talajrétegek alacsony potenciális hőjének felhasználására. A hőszivattyús rendszer, vagy ahogy Thompson nevezte, a hőszorzó, a hőnek a környezetből a hűtőközegbe történő átvitelének fizikai folyamatán alapul. Valójában ugyanazt az elvet alkalmazza, mint a petrotermikus rendszerekben. A különbség a hőforrásban van, amellyel kapcsolatban terminológiai kérdés merülhet fel: mennyiben tekinthető hőszivattyú geotermikus rendszernek? Az a tény, hogy a felső rétegekben, tíz - száz méter mélységig a sziklákat és a bennük lévő folyadékokat nem a föld mély hője, hanem a nap melegíti. Így ebben az esetben a nap az elsődleges hőforrás, bár a geotermikus rendszerekhez hasonlóan a földről veszi.
A hőszivattyú munkája a talaj felmelegedésének és lehűlésének a légkörhöz viszonyított késleltetésén alapul, amelynek eredményeként hőmérsékleti gradiens képződik a felszíni és a mélyebb rétegek között, amelyek télen is visszatartják a hőt, hasonlóan a mi történik a víztestekben. A hőszivattyúk fő célja a helyiség fűtése. Valójában ez egy „fordított hűtőszekrény”. A hőszivattyú és a hűtőszekrény is három összetevővel van kölcsönhatásban: a belső környezettel (az első esetben - a fűtött helyiség, a másodikban - a hűtőszekrény hűtőkamrájával), a külső környezettel - az energiaforrással és a hűtőközeggel (hűtőközeg) , ez is a hőhordozó, amely hőátadást vagy hideget biztosít.
Az alacsony forráspontú anyag hűtőközegként működik, amely lehetővé teszi, hogy hőt vegyen egy olyan forrásból is, amelynek még viszonylag alacsony hőmérséklete is van.
A hűtőszekrényben a folyékony hűtőközeg egy fojtószelepen (nyomásszabályozó) keresztül jut be az elpárologtatóba, ahol a nyomás éles csökkenése miatt a folyadék elpárolog. A párolgás egy endoterm folyamat, amely külső hőelnyelést igényel. Ennek eredményeként a párologtató belső falairól hőt vesznek fel, ami hűtőhatást biztosít a hűtőszekrény kamrájában. Ezután a párologtatóból a hűtőközeget beszívják a kompresszorba, ahol visszatér az aggregáció folyékony állapotába. Ez egy fordított folyamat, amely az eltávolított hő felszabadulásához vezet a külső környezetbe. Általános szabály, hogy a szobába dobják, és a hűtőszekrény hátulja viszonylag meleg.
A hőszivattyú nagyjából ugyanúgy működik, azzal a különbséggel, hogy a hőt a külső környezetből veszik át, és az elpárologtatón keresztül jut be a belső környezetbe - a helyiség fűtési rendszerébe.
Egy valódi hőszivattyúban a vizet felmelegítik, egy külső áramkör mentén haladva a talajba vagy a tartályba fektetik, majd bejutnak az elpárologtatóba.
Az elpárologtatóban a hő egy alacsony áramlási hőmérsékletű hűtőközeggel töltött belső körbe kerül, amely az elpárologtatón áthaladva folyadékból gázállapotba vált, elvéve a hőt.
Ezenkívül a gáznemű hűtőközeg bejut a kompresszorba, ahol nagy nyomásra és hőmérsékletre sűrítik, és bejut a kondenzátorba, ahol hőcsere zajlik a forró gáz és a fűtési rendszerből származó hűtőközeg között.
A kompresszor működéséhez villamos energiára van szükség, azonban a modern rendszerek transzformációs aránya (az elfogyasztott és a megtermelt energia aránya) elég magas a hatékonyságuk biztosításához.
Jelenleg a hőszivattyúkat széles körben használják helyiségek fűtésére, főként a gazdaságilag fejlett országokban.
Öko-helyes energia
A geotermikus energiát környezetbarátnak tekintik, ami általában igaz. Először is megújuló és gyakorlatilag kimeríthetetlen erőforrást használ. A geotermikus energia nem igényel nagy területeket, ellentétben a nagy vízerőművekkel vagy szélerőművekkel, és nem szennyezi a légkört, ellentétben a szénhidrogén energiával. Átlagosan egy GeoPP 400 m2-t foglal el 1 GW megtermelt villamos energia tekintetében. Ugyanez a szám például egy széntüzelésű erőmű esetében 3600 m2. A GeoPP ökológiai előnyei közé tartozik az alacsony vízfogyasztás is - 20 liter édesvíz / 1 kW, míg a TPP-k és az atomerőművek körülbelül 1000 litert igényelnek. Ne feledje, hogy ezek az "átlagos" GeoPP környezeti mutatói.
De még mindig vannak negatív mellékhatások. Közülük a zajt, a légköri hőszennyezést és a vegyi szennyezést - a vizet és a talajt -, valamint a szilárd hulladék képződését különböztetik meg leggyakrabban.
A környezet kémiai szennyezésének legfőbb forrása a tényleges termálvíz (magas hőmérsékletű és mineralizálódott), amely gyakran nagy mennyiségben tartalmaz mérgező vegyületeket, amelyekkel kapcsolatban a szennyvíz és a veszélyes anyagok ártalmatlanításának problémája merül fel.
A geotermikus energia negatív hatásai több szakaszban nyomon követhetők, kezdve a kutak fúrásával. Itt ugyanazok a veszélyek merülnek fel, mint bármely kút fúrásakor: a talaj és a növénytakaró megsemmisítése, a talaj és a talajvíz szennyeződése.
A GeoPP működési szakaszában a környezeti szennyezés problémái továbbra is fennállnak. A hőfolyadékok - víz és gőz - általában szén-dioxidot (CO2), kén-szulfidot (H2S), ammóniát (NH3), metánt (CH4), konyhasót (NaCl), bórt (B), arzént (As), higanyot (Hg) tartalmaznak ). A környezetbe kerülve a szennyezés forrásaivá válnak. Ezenkívül egy agresszív kémiai környezet maró károsodást okozhat a geotermikus erőmű szerkezeteiben.
Ugyanakkor a szennyező anyagok kibocsátása a GeoPP-knél átlagosan alacsonyabb, mint a TPP-knél. Például a megtermelt villamos energia minden kilowattórájára eső szén-dioxid-kibocsátás legfeljebb 380 g a GeoPP-knél, 1042 g - a széntüzelésű TPP-knél, 906 g - a fűtőolajnál és 453 g - a gázüzemű TPP-knél.
Felmerül a kérdés: mit kezdjünk a szennyvízzel? Alacsony sótartalom mellett lehűlés után a felszíni vizekbe engedhető. Egy másik módszer az, hogy a ma előnyben részesített és túlnyomórészt használt injekciós kúton keresztül visszavezetjük a víztartóba.
A termálvíz víztartó rétegekből történő kinyerése (valamint a közönséges víz kiszivattyúzása) a talaj süllyedését és mozgását, a geológiai rétegek egyéb deformációit és mikrorengéseket okozhat. Az ilyen jelenségek valószínűsége általában kicsi, bár egyedi eseteket rögzítettek (például a németországi Staufen im Breisgau-i GeoPP-nél).
Hangsúlyozni kell, hogy a legtöbb geoPP viszonylag ritkán lakott területeken és a harmadik világ országaiban található, ahol a környezeti követelmények kevésbé szigorúak, mint a fejlett országokban. Ezenkívül jelenleg a GeoPP-k száma és kapacitása viszonylag kicsi. A geotermikus energia szélesebb körű fejlesztésével a környezeti kockázatok növekedhetnek és megsokszorozódhatnak.
Mennyibe kerül a Föld energiája?
A geotermikus rendszerek kiépítésének beruházási költségei nagyon széles tartományban változnak - 200–5000 USD / 1 kW beépített teljesítmény, vagyis a legolcsóbb lehetőségek összehasonlíthatók a hőerőmű építésének költségeivel. Elsősorban a termálvizek előfordulási körülményeitől, összetételétől és a rendszer kialakításától függenek. Nagy mélységig fúrva, két kúttal zárt rendszert létrehozva a víztisztítás igénye megsokszorozhatja a költségeket.
Például a petrotermikus cirkulációs rendszer (PCS) létrehozására irányuló beruházások becsült értéke 1,6-4 ezer dollár / 1 kW beépített teljesítmény, amely meghaladja az atomerőmű építésének költségeit, és összehasonlítható a szél és a szél építésének költségeivel. naperőművek.
A GeoTPP nyilvánvaló gazdasági előnye a szabad energiahordozó. Összehasonlításképpen: egy működő TPP vagy atomerőmű költségstruktúrájában az üzemanyag az aktuális energiaáraktól függően 50-80% -ot vagy még többet jelent. A geotermikus rendszer további előnye: a működési költségek stabilabbak és kiszámíthatóbbak, mivel nem függenek az energiaárak külső konjunktúrájától. Általánosságban elmondható, hogy a geotermikus erőmű üzemeltetési költségeit 2-10 centre (60 kopeik - 3 rubel) becsülik 1 kWh termelt kapacitás után.
A második legnagyobb (energia után bekövetkező) (és nagyon jelentős) kiadási tétel általában az üzem személyzetének fizetése, amely országonként és régiónként gyökeresen eltérhet.
Átlagosan 1 kWh geotermikus energia költsége összehasonlítható a TPP-k költségeivel (orosz körülmények között - körülbelül 1 rubel / 1 kWh), és tízszer magasabb, mint a vízerőművek villamosenergia-termelésének költsége (5-10 kopeik / 1 kWh).
A magas költségek oka részben abban rejlik, hogy a termikus és hidraulikus erőművekkel ellentétben a GeoTPP viszonylag kis kapacitással rendelkezik. Ezenkívül szükség van az azonos régióban és hasonló körülmények között elhelyezkedő rendszerek összehasonlítására. Például Kamcsatkában a szakértők szerint 1 kWh geotermikus áram 2-3-szor olcsóbb, mint a helyi hőerőművekben előállított áram.
A geotermikus rendszer gazdasági hatékonyságának mutatói például attól függenek, hogy szükséges-e a szennyvíz ártalmatlanítása és milyen módon történik, lehetséges-e az erőforrás együttes felhasználása. Így a termálvízből kinyert kémiai elemek és vegyületek további bevételt jelenthetnek. Idézzük fel Larderello példáját: ott a vegyi termékek termelése volt az elsődleges, és a geotermikus energia felhasználása kezdetben kisegítő volt.
A geotermikus energia előre
A geotermikus energia némileg másképp fejlődik, mint a szél és a nap. Jelenleg sokkal nagyobb mértékben függ magától az erőforrástól, amely régiónként élesen eltér, és a legmagasabb koncentráció a geotermikus anomáliák keskeny zónáihoz kötődik, amelyek általában a tektonikai hibák fejlődési területeihez kapcsolódnak. és a vulkanizmus (lásd: „Tudomány és élet”, 2013. sz. 9. sz.).
Ezenkívül a geotermikus energia technológiailag kevésbé kapacitív a szélhez, és még inkább a napenergiához képest: a geotermikus állomások rendszere meglehetősen egyszerű.
A világ villamosenergia-termelésének teljes struktúrájában a geotermikus komponens kevesebb, mint 1% -ot tesz ki, de egyes régiókban és országokban részesedése eléri a 25-30% -ot. A geológiai viszonyokhoz való kapcsolódás miatt a geotermikus energia-kapacitások jelentős része a harmadik világ országaiban koncentrálódik, ahol az ipar legnagyobb fejlődésének három klaszterét különböztetik meg - Délkelet-Ázsia, Közép-Amerika és Kelet-Afrika szigeteit. Az első két régió a csendes-óceáni "Föld tűzövében" szerepel, a harmadik a kelet-afrikai hasadékhoz kötődik. Valószínűleg a geotermikus energia tovább fog fejlődni ezekben az övekben. Távolabbi kilátás a petrotermikus energia fejlesztése, a földrétegek hőjének felhasználásával, több kilométeres mélységben. Ez szinte mindenütt jelen lévő erőforrás, de kitermelése magas költségeket igényel, ezért a petrotermikus energia elsősorban a gazdaságilag és technológiailag leghatékonyabb országokban fejlődik.
Általánosságban, tekintettel a geotermikus erőforrások mindenütt elterjedésére és a környezeti biztonság elfogadható szintjére, okkal feltételezhető, hogy a geotermikus energia jó fejlődési kilátásokkal rendelkezik. Különösen a hagyományos energiaforrások hiányának növekvő fenyegetése és az ezekre vonatkozó árak emelkedése miatt.
Kamcsatkától a Kaukázusig
Oroszországban a geotermikus energia fejlődése meglehetősen hosszú múltra tekint vissza, és számos pozícióban a világ vezetői közé tartozunk, bár a geotermikus energia részaránya egy hatalmas ország teljes energiamérlegében még mindig elhanyagolható.
Két régió - Kamcsatka és az Észak-Kaukázus - úttörőkké és központokká vált Oroszországban a geotermikus energia fejlesztésében, és ha az első esetben elsősorban a villamosenergia-iparról beszélünk, akkor a másodikban - a hőenergia felhasználásáról termálvíz.
Észak-Kaukázusban - a Krasznodari Területen, Csecsenföldön, Dagesztánban - a termálvizek energiára való melegét már a Nagy Honvédő Háború előtt is felhasználták. Az 1980-as és 1990-es években a geotermikus energia fejlődése a régióban nyilvánvaló okokból megakadt, és még nem jött létre stagnálás állapotából. Ennek ellenére az észak-kaukázusi geotermikus vízellátás mintegy 500 ezer embernek biztosít hőt, és például a Krasnodar területén található Labinsk 60 ezer lakosú városát teljesen felmelegítik a geotermikus vizek.
Kamcsatkában a geotermikus energia története elsősorban a geotermikus erőművek építéséhez kapcsolódik. Közülük az első, még működő Pauzhetskaya és Paratunskaya állomásokat 1965-1967-ben építették, míg a 600 kW teljesítményű Paratunskaya GeoPP bináris ciklussal a világ első állomása lett. Szovjet tudósok, S. S. Kutateladze és A. M. Rosenfeld fejlesztése az Orosz Tudományos Akadémia szibériai ágának Termofizikai Intézetéből származik, akik 1965-ben szerzői bizonyítványt kaptak az áramtermeléshez 70 ° C hőmérsékletű vízből. Ez a technológia később a világ több mint 400 bináris GeoPP-jének prototípusává vált.
Az 1966-ban üzembe helyezett Pauzhetskaya GeoPP kapacitása kezdetben 5 MW volt, majd 12 MW-ra növelték. Jelenleg egy bináris blokk épül az állomáson, amely kapacitását további 2,5 MW-mal növeli.
A geotermikus energia fejlődését a Szovjetunióban és Oroszországban a hagyományos energiaforrások - olaj, gáz, szén - rendelkezésre állása akadályozta, de soha nem állt le. A legnagyobb geotermikus energetikai létesítmények jelenleg a Verkhne-Mutnovskaya GeoPP, amelynek teljes kapacitása 12 MW teljesítményegység, 1999-ben üzembe került, és a Mutnovskaya GeoPP, amelynek teljesítménye 50 MW (2002).
A Mutnovskaya és a Verkhne-Mutnovskaya GeoPP-k nemcsak Oroszország számára, hanem globális szinten is egyedülálló objektumok. Az állomások a Mutnovsky-vulkán lábánál, 800 méteres tengerszint feletti magasságban helyezkednek el, és szélsőséges éghajlati viszonyok között működnek, ahol évente 9-10 hónap tél van. A Mutnovsky GeoPP-k berendezését, amely jelenleg a világ egyik legmodernebb, teljes egészében a hazai energetikai vállalkozások alkotják.
Jelenleg a Mutnovskie üzemek részesedése a Közép-Kamcsatka energiaközpont teljes energiafogyasztásának struktúrájában 40%. A következő években a kapacitás növelését tervezik.
Külön meg kell mondani az orosz petrotermikus fejleményeket. Még nem rendelkezünk nagy DSP-kkel, de vannak olyan fejlett technológiák a nagy mélységig (kb. 10 km) történő fúráshoz, amelyeknek szintén nincsenek analógjaik a világon. További fejlesztésük lehetővé teszi a petrotermikus rendszerek létrehozásának költségeinek drasztikus csökkentését. Ezeknek a technológiáknak és projekteknek a fejlesztői N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geológiai Intézet, RAS), A. S. Nekrasov (Gazdasági Előrejelző Intézet, RAS) és a Kaluga turbinagyárak szakemberei. Az oroszországi petrotermikus cirkulációs rendszer projektje jelenleg kísérleti szakaszban van.
Oroszországban vannak kilátások a geotermikus energiára, bár viszonylag távoliak: jelenleg a potenciál meglehetősen nagy, és a hagyományos energia pozíciói erősek. Ugyanakkor az ország számos távoli régiójában a geotermikus energia felhasználása gazdaságilag nyereséges, és most igény van rá. Ezek olyan területek, amelyek nagy geoenergetikai potenciállal bírnak (Csukotka, Kamcsatka, Kuriles - a csendes-óceáni „Föld tűzövezetének orosz része, Dél-Szibéria és a Kaukázus hegye), ugyanakkor távoli és elzárva a centralizált energiaellátástól.
Valószínűleg a következő évtizedekben a geotermikus energia hazánkban pontosan az ilyen régiókban fog fejlődni.
Megújuló források
Mivel bolygónk népessége folyamatosan növekszik, egyre több energiára van szükségünk a lakosság támogatásához. A föld belében található energia nagyon különböző lehet. Például vannak megújuló források: szél-, nap- és vízenergia. Környezetbarátak, ezért használhatja őket anélkül, hogy félne attól, hogy károsítja a környezetet.
A víz energiája
Ezt a módszert sok évszázad óta használják. Ma óriási számú gátat, víztározót építettek, amelyekben a vízből áramot termelnek. Ennek a mechanizmusnak a lényege egyszerű: a folyó áramlásának hatására a turbinák kerekei forognak, illetve a víz energiája elektromossággá alakul.
Ma nagyszámú vízerőmű létezik, amelyek a víz áramlásának energiáját villamos energiává alakítják. Ennek a módszernek az a sajátossága, hogy a vízerőforrások megújulnak, illetve az ilyen szerkezetek alacsony költségekkel járnak. Éppen ezért annak ellenére, hogy a vízerőművek építése elég régóta folyik, és maga a folyamat nagyon költséges, ennek ellenére ezek a struktúrák jelentősen felülmúlják az energiaigényes iparágakat.
A nap energiája: modern és jövőbiztos
A napenergiát napelemek segítségével nyerik, de a modern technológiák lehetővé teszik új módszerek alkalmazását erre. A világ legnagyobb naperőműve a kaliforniai sivatagban épült rendszer. Teljesen 2000 házat működtet. A tervezés a következőképpen működik: a napsugarak visszatükröződnek a tükrökből, amelyeket vízzel a központi kazánhoz juttatnak. Forral és gőzzé alakul, amely a turbinát hajtja. Ő viszont egy elektromos generátorhoz csatlakozik. A szél is felhasználható energiaként, amelyet a Föld ad nekünk. A szél fújja a vitorlákat, forgatja a malmokat. Most pedig olyan eszközök létrehozására használható, amelyek elektromos energiát generálnak. A szélmalom lapátjainak forgatásával meghajtja a turbina tengelyét, amely viszont egy elektromos generátorhoz csatlakozik.
Alkalmazások
A geotermikus energia kiaknázása a XIX. Az első a toszkán tartományban élő olaszok tapasztalata volt, akik forrásokból származó meleg vizet használtak fűtésre. Segítségével új kutak fúrógépei működtek.
A toszkán víz gazdag bórban van, és amikor a párologtató bórsavvá alakul, a kazánok saját vizeik melegén dolgoztak. A 20. század elején (1904) a toszkánák tovább mentek, és beindították a gőzerőművet. Az olaszok példája fontos tapasztalattá vált az USA, Japán, Izland számára.
Mezőgazdaság és kertészet
A geotermikus energiát a világ 80 országában használják a mezőgazdaságban, az egészségügyben és a háztartásokban.
Az első dolog, amire a termálvizet használták és használják, az az üvegházak és az üvegházak fűtése, ami télen is lehetővé teszi a zöldségek, gyümölcsök és virágok betakarítását. A meleg víz is jól jött az öntözéshez.
A növénytermesztést a hidroponikában ígéretes iránynak tekintik a mezőgazdasági termelők számára.Egyes halgazdaságok mesterséges víztározókban felhevített vizet használnak az ivadékok és a halak tenyésztésére.
Azt tanácsoljuk, hogy olvassa el: A laboratóriumi kémiai reagensek ártalmatlanításának eljárása
Ezek a technológiák elterjedtek Izraelben, Kenyában, Görögországban és Mexikóban.
Ipar, lakhatás és kommunális szolgáltatások
Több mint egy évszázaddal ezelőtt a forró hőgőz volt az alapja az áramtermelésnek. Azóta az ipart és a közüzemeket szolgálja.
Izlandon a lakások 80% -át termálvízmelegíti.
Három villamosenergia-termelési rendszert dolgoztak ki:
- Egyenes vonal vízgőz felhasználásával. A legegyszerűbb: ott használják, ahol közvetlen hozzáférés van a geotermikus gőzökhöz.
- Közvetett, nem gőzt, hanem vizet használ. A párologtatóba táplálják, technikai módszerrel gőzzé alakítják és elküldik a turbina generátornak.
A víz további tisztítást igényel, mert agresszív vegyületeket tartalmaz, amelyek tönkretehetik a munka mechanizmusait. A hulladék, de még nem hűtött gőz alkalmas a fűtésre.
- Vegyes (bináris). A víz helyettesíti az üzemanyagot, amely egy másik folyadékot melegít fel nagyobb hőátadással. Meghajtja a turbinát.
A bináris rendszer egy turbinát alkalmaz, amelyet a fűtött víz energiája aktivál.
A hidrotermikus energiát az USA, Oroszország, Japán, Új-Zéland, Törökország és más országok használják fel.
Geotermikus fűtési rendszerek otthoni használatra
+50 - 600C fokra melegített hőhordozó alkalmas a ház fűtésére, a geotermikus energia megfelel ennek a követelménynek. A több tízezer lakosú városokat felmelegítheti a föld belsejének melegsége. Példaként: Labinszk városának, a Krasznodar területének fűtése természetes földi üzemanyaggal működik.
A ház fűtésére szolgáló geotermikus rendszer rajza
Nem kell időt és energiát pazarolni a víz fűtésére és a kazánház építésére. A hűtőfolyadékot közvetlenül a gejzírforrásból veszik. Ugyanez a víz alkalmas melegvíz ellátásra is. Az első és a második esetben elvégzi a szükséges előzetes műszaki és kémiai tisztítást.
Az így kapott energia kétszer-háromszor olcsóbb. Megjelentek a magánházak telepítései. Drágábbak, mint a hagyományos üzemanyagkazánok, de az üzemeltetés során igazolják a költségeket.
A geotermikus energia otthon fűtésére történő felhasználásának előnyei és hátrányai.
A Föld belső energiája
Számos olyan folyamat eredményeként jelent meg, amelyek közül a fő az akkumuláció és a radioaktivitás. A tudósok szerint a Föld és tömegének kialakulása több millió év alatt ment végbe, és ez a planetesimálisok kialakulása miatt történt. Összetapadtak, illetve a Föld tömege egyre nagyobb lett. Miután bolygónk modern tömeggel kezdett rendelkezni, de még mindig nem volt légköre, meteorikus és aszteroida testek akadálytalanul ráestek. Ezt a folyamatot pontosan akkréciónak nevezik, és ez jelentős gravitációs energia felszabadulásához vezetett. És minél nagyobb mértékben hulltak a testek a bolygóra, annál nagyobb volt a felszabaduló energia mennyisége, amely a Föld belében található.
Ez a gravitációs differenciálás oda vezetett, hogy az anyagok rétegződni kezdtek: a nehéz anyagok egyszerűen megfulladtak, a könnyű és illékony anyagok pedig lebegtek. A differenciálás a gravitációs energia további felszabadulását is befolyásolta.
A Föld anyagának szinte minden alapvető fizikai tulajdonsága a hőmérséklettől függ. A hőmérséklet függvényében változik az a nyomás, amelynél az anyag szilárd anyagból olvadt állapotba kerül. A hőmérséklet változásakor megváltozik a Földet alkotó kőzetek viszkozitása, elektromos vezetőképessége és mágneses tulajdonságai. Ahhoz, hogy elképzeljük, mi történik a Föld belsejében, mindenképpen ismernünk kell a hőállapotát. Még nincs lehetőségünk hőmérsékletek közvetlen mérésére a Föld bármely mélyén. A földkéregnek csak az első néhány kilométere áll rendelkezésre méréseinkhez.De közvetett módon meghatározhatjuk a Föld belső hőmérsékletét, a Föld hőáramára vonatkozó adatok alapján.
A közvetlen ellenőrzés lehetetlensége természetesen nagyon sok nehézséget jelent sok földtudományban. Ennek ellenére a megfigyelések és elméletek sikeres fejlődése fokozatosan közelebb hozza ismereteinket az igazsághoz.
A modern tudomány a Föld hőállapotáról és történetéről - geotermika Egy fiatal tudomány. Az első geotermikai tanulmány csak a múlt század közepén jelent meg. William Thomson (Lord Kelvin), akkor még nagyon fiatal tudós, fizikus, a bolygón belüli hőeloszlás és -mozgás tanulmányozása alapján dolgozatát a Föld korának meghatározására fordította. Kelvin úgy vélte, hogy a Föld belső hőmérsékletének az idő múlásával csökkennie kell a bolygó olvadt anyagból történő kialakulása és megszilárdulása miatt.
Meghatározásával termikus gradiens - a hőmérséklet növekedésének mértéke a mélységgel - a különböző mélységű aknákban és fúrásokban, Kelvin arra a következtetésre jutott, hogy ezekből az adatokból feltételezhető, hogy meddig kell a Földnek lehűlnie, és ezért meghatározhatja a Föld korát . Kelvin becslése szerint a felszín alatti legközelebbi mélységekben a hőmérséklet minden mélységméterenként 20-40 ° C-kal emelkedik. Kiderült, hogy a Föld néhány tízmillió év alatt lehűlt jelenlegi állapotába. De ez semmilyen módon nem egyezik más adatokkal, például a sok ismert geológiai korszak időtartamára vonatkozó adatokkal. A vita ebben a kérdésben fél évszázadon át folytatódott, és Kelvint szembeszállta olyan jeles evolucionistákkal, mint Charles Darwin és Thomas Huxley.
Kelvin arra a gondolatra alapozta a következtetéseket, hogy a Föld eredetileg olvadt állapotban volt, és fokozatosan lehűlt. Ez a hipotézis évtizedek óta uralkodik. A 20. század fordulóján azonban olyan felfedezések történtek, amelyek alapvetően megváltoztatták a Föld mély hőáramlásának természetét és hőtörténetét. Felfedezték a radioaktivitást, megkezdték egyes izotópok radioaktív bomlása alatti hőfelszabadulás folyamatainak tanulmányozását, következtetéseket vontak le arról, hogy a földkéreget alkotó kőzetek jelentős mennyiségű radioaktív izotópot tartalmaznak.
A Föld hőáramának közvetlen mérése viszonylag nemrégiben kezdődött: először a kontinenseken - 1939-ben Dél-Afrika mélykútjaiban, később az óceánok fenekén - 1954 óta, az Atlanti-óceánon. Hazánkban először Szocsiban és Matsestában mély kutakban mérték a hőáramlást. Az utóbbi években a hőáramokkal kapcsolatos kísérleti úton nyert adatok felhalmozása meglehetősen gyorsan zajlott.
Miért történik ez? És még mindig szükség van-e új és új dimenziókra? Igen, nagyon nagy szükség van rá. A mély hőáramlás méréseinek összehasonlítása a bolygó különböző pontjain azt mutatja, hogy a bolygó felszínének különböző részein keresztül az energiaveszteség különböző módon történik. Ez a kéreg és a köpeny heterogenitásáról beszél, lehetővé teszi számos olyan folyamat természetének megítélését, amelyek a föld felszínén a szemünk számára elérhetetlen, különböző mélységekben fordulnak elő, és kulcsot nyújt a bolygó fejlődésének mechanizmusának és belső energiájának tanulmányozásához. .
Mennyit hőt veszít a Föld a belek hőáramlása miatt? Kiderült, hogy ez az érték átlagosan kicsi - körülbelül 0,06 watt / négyzetméter felület, vagy körülbelül 30 billió watt az egész bolygón. A Föld körülbelül 4 ezerszer több energiát kap a Naptól. És természetesen a naphő játszik nagy szerepet a föld felszínén a hőmérséklet kialakításában.
A bolygó által a futballpálya nagyságú felületen leadott hő körülbelül megegyezik azzal a hővel, amelyet háromszáz wattos izzók képesek előállítani. Az ilyen energiaáramlás jelentéktelennek tűnik, de végül is a Föld teljes felületéről árad és folyamatosan! A bolygó beléből érkező teljes hőáram ereje körülbelül 30-szor nagyobb, mint a világ összes modern erőművének ereje.
Mélységmérés a Föld hőárama a folyamat nehéz és időigényes. A kemény földkéregben a hő vezetőképesen, vagyis a termikus rezgések terjedésével vezethető a felszínre. Ezért az áthaladó hő mennyisége megegyezik a szorzattal hőmérsékleti gradiens (a hőmérséklet növekedésének mértéke a mélységgel) hővezető képességére. A hőáram meghatározásához elengedhetetlen a két mennyiség ismerete. A hőmérsékleti gradienst érzékeny eszközökkel - érzékelőkkel (termisztorokkal) mérik bányákban vagy speciálisan fúrt kutakban, több tíz-több száz méter mélységben. A kőzetek hővezető képességét laboratóriumi minták vizsgálatával határozzák meg.
Mérés hő áramlik az óceánok fenekén jelentős nehézségekkel jár: jelentős mélységben víz alatt kell munkát végezni. Ennek azonban megvannak a maga előnyei is: nincs szükség kutak fúrására az óceánok fenekén, mert az üledékek általában meglehetősen puhák, és a hőmérséklet mérésére használt hosszú hengeres szonda könnyen több métert süllyed puha üledékbe.
Akik geotermiával foglalkoznak, azoknak valóban szükségük van rá hőáramlási térkép a bolygó teljes felületére. Azok a pontok, ahol a hőáramlás mérését már elvégezték, rendkívül egyenetlenül oszlanak el a Föld felszínén. A tengereken és az óceánokon kétszer akkora méréseket végeztek, mint a szárazföldön. Észak-Amerikát, Európát és Ausztráliát, a középső szélességi fokú óceánokat meglehetősen teljes mértékben tanulmányozták. A földfelszín más részein pedig még mindig kevés a mérés, vagy egyáltalán nem. Ennek ellenére a Föld hőáramlásának jelenlegi mennyisége már lehetővé teszi általánosított, de meglehetősen megbízható térképek készítését.
A hő felszabadulása a Föld beléből a felszínre egyenetlen. Egyes területeken a Föld több hőt ad le, mint a globális átlag, másutt a hőteljesítmény sokkal kisebb. A "hideg foltok" Kelet-Európában (Kelet-európai platform), Kanadában (Kanadai pajzs), Észak-Afrikában, Ausztráliában, Dél-Amerikában, a Csendes-óceán, az Indiai és az Atlanti-óceán mélytengeri medencéiben fordulnak elő. A "meleg" és a "meleg" pontok - fokozott hőáramlású területek - Kaliforniában, Alpesi Európában, Izlandon, a Vörös-tengeren, a Csendes-óceán keleti részén, valamint az Atlanti-óceán és az Indiai-óceán víz alatti középső gerincén fordulnak elő.
Atomenergia
A föld energiájának felhasználása különböző módon történhet. Például atomerőművek építésével, amikor a hőenergia felszabadul a legkisebb atomrészecskék felbomlása miatt. A fő tüzelőanyag az urán, amelyet a földkéreg tartalmaz. Sokan úgy vélik, hogy ez a bizonyos módszer az energia megszerzésére a legígéretesebb, de alkalmazása számos problémával jár. Először is, az urán sugárzást bocsát ki, amely minden élő szervezetet elpusztít. Ezen túlmenően, ha ez az anyag bejut a talajba vagy a légkörbe, akkor valódi ember okozta katasztrófa következik be. Még mindig tapasztaljuk a csernobili atomerőmű balesetének szomorú következményeit. A veszély abban rejlik, hogy a radioaktív hulladék nagyon-nagyon hosszú ideig, egész évezredek alatt veszélyeztetheti az összes élőlényt.
Első geotermikus erőmű
Mindannyian megszoktuk, hogy sok évvel ezelőtt az energiát a természeti erőforrásokból nyerték ki. Így volt, de még előtte az egyik első erőmű geotermikus volt. Általában ez nagyon logikus, mivel a technika a gőzhúzáson dolgozott, és a gőz használata volt a helyes döntés. És valójában az egyetlen erre az időre, nem számítva a fa és a szén elégetését.
Még 1817-ben François de Larderel gróf kifejlesztett egy technológiát a természetes gőz összegyűjtésére, amely jól jött a XX. Században, amikor a geotermikus erőművek iránti igény nagyon magas lett.
Az első ténylegesen működő állomást az olasz Larderello városban építették 1904-ben. Igaz, ez inkább egy prototípus volt, mivel csak 4 izzót tudott működtetni, de működött. Hat évvel később, 1910-ben ugyanabban a városban valóban működő állomást építettek, amely elegendő energiát tudott előállítani ipari felhasználásra.
Még ilyen festői helyeken is lehetnek geotermikus erőművek.
Kísérleti generátorokat sok helyen építettek, de Olaszország volt az, aki 1958-ig vezető szerepet töltött be, és a világ egyetlen geotermikus energiatermelője volt.
A vezetést át kellett adni, miután Új-Zélandon üzembe helyezték a Wairakei erőművet. Ez volt az első közvetett geotermikus erőmű. Néhány évvel később hasonló létesítmények nyíltak más országokban, köztük az Egyesült Államokban, kaliforniai forrásaival.
Az első közvetett típusú geotermikus erőművet a Szovjetunióban építették 1967-ben. Ebben az időben ez az energiaszerzési módszer aktívan kezdett fejlődni az egész világon. Különösen olyan helyeken, mint Alaszka, a Fülöp-szigetek és Indonézia, amelyek továbbra is az ilyen módon előállított energia vezetői között vannak.
Új idő - új ötletek
Természetesen az emberek nem állnak meg itt, és évről évre egyre többször próbálnak új módszereket találni az energia megszerzésére. Ha a föld hőjének energiáját meglehetősen egyszerűen nyerjük, akkor néhány módszer nem ilyen egyszerű. Például energiaforrásként teljesen lehetséges a rothadó hulladékból nyert biológiai gáz felhasználása. Házak fűtésére és vízmelegítésre használható.
Egyre inkább árapályerőművek épülnek, amikor gátakat és turbinákat telepítenek a víztározók szájába, amelyeket a mélység és az áramlás hajt, és áramot kapnak.
Égő szemetet kapunk energiát
Egy másik módszer, amelyet Japánban már alkalmaznak, az égetőművek létrehozása. Ma Angliában, Olaszországban, Dániában, Németországban, Franciaországban, Hollandiában és az Egyesült Államokban épülnek, de csak Japánban kezdték használni ezeket a vállalkozásokat nemcsak rendeltetésükre, hanem villamos energia előállítására is. A helyi gyárak az összes hulladék 2/3-át égetik el, míg a gyárak gőzturbinákkal vannak felszerelve. Ennek megfelelően hővel és villamos energiával látják el a környező területet. Ugyanakkor a költségeket tekintve sokkal jövedelmezőbb ilyen vállalkozást építeni, mint CHP-t építeni.
Csábítóbbnak tűnik a Föld hőjének felhasználása, ahol a vulkánok koncentrálódnak. Ebben az esetben nem szükséges túl mélyen fúrni a Földet, mivel már 300-500 méteres mélységben a hőmérséklet legalább kétszer akkora lesz, mint a víz forráspontja.
A villamos energia előállítására létezik olyan módszer is, mint a hidrogén energia. A hidrogén - a legegyszerűbb és legkönnyebb kémiai elem - ideális üzemanyagnak tekinthető, mert ott van a víz. Ha hidrogént éget, vizet kaphat, amely oxigénné és hidrogénné bomlik. Maga a hidrogénláng ártalmatlan, vagyis nem lesz káros a környezetre. Ennek az elemnek a sajátossága, hogy magas fűtőértékű.
Mi lesz a jövőben?
Természetesen a Föld mágneses mezőjének energiája vagy az atomerőművekben nyert energia nem képes teljes mértékben kielégíteni az emberiség minden évben növekvő igényét. Szakértők szerint azonban nincs ok az aggodalomra, mivel a bolygó üzemanyag-forrásai még mindig elegendőek. Sőt, egyre több új, környezetbarát és megújuló forrást használnak.
A környezeti szennyezés problémája továbbra is fennáll, és katasztrofálisan növekszik. A káros kibocsátások mennyisége meghaladja a méretarányt, a belélegzett levegő káros, a víz veszélyes szennyeződéseket tartalmaz, a talaj fokozatosan kimerül. Ezért olyan fontos, hogy időben vegyenek részt egy olyan jelenség tanulmányozásában, mint a Föld belsejében lévő energia, annak érdekében, hogy megtalálják a fosszilis tüzelőanyagok iránti kereslet csökkentésének lehetőségeit, és aktívabban használják a nem hagyományos energiaforrásokat.
A fosszilis energia nyersanyagainak korlátozott forrásai
A szerves energia nyersanyagok iránti kereslet nagy az iparilag fejlett és a fejlődő országokban (USA, Japán, az egyesült Európa államai, Kína, India stb.). Ugyanakkor saját szénhidrogén-erőforrásaik ezekben az országokban vagy elégtelenek, vagy fenntartottak, és egy ország, például az Egyesült Államok, külföldön vásárol energia alapanyagokat, vagy más országokban fejleszt betéteket.
Az energiaforrások szempontjából az egyik leggazdagabb országban, Oroszországban az energia gazdasági szükségleteit továbbra is kielégítik a természeti erőforrások felhasználásának lehetőségei. A fosszilis szénhidrogének kinyerése az altalajból azonban nagyon gyors ütemben halad. Ha az 1940-1960-as években. A fő olajtermelő régiók a "második Baku" voltak a Volga és az Ural régióiban, majd az 1970-es évektől kezdve, és a mai napig ilyen terület Nyugat-Szibéria. De itt is jelentősen csökken a fosszilis szénhidrogének termelése. A "száraz" kenomán gáz korszaka elmúlik. A földgáztermelés kiterjedt fejlesztésének előző szakasza lezárult. Kitermelése olyan óriási betétekből, mint a Medvezhye, az Urengoyskoye és a Yamburgskoye, 84, 65, illetve 50% -ot tett ki. A fejlődés szempontjából kedvező olajtartalékok aránya is idővel csökken.
Az aktív szénhidrogén-üzemanyagok fogyasztása miatt a szárazföldi olaj- és földgázkészletek jelentősen csökkentek. Most fő tartalékaik a kontinentális talapzatra koncentrálódnak. És bár az olaj- és gázipar forrásbázisa továbbra is elegendő az oroszországi olaj- és gáztermeléshez a szükséges mennyiségben, a közeljövőben ezt egyre nagyobb mértékben biztosítani fogják a nehéz bányászati és bányászati területek fejlesztése révén. geológiai viszonyok. A szénhidrogén alapanyagok előállításának költségei tovább nőnek.
Az altalajból kinyert megújuló erőforrások nagy részét az erőművek üzemanyagaként használják. Először is ez a földgáz, amelynek az üzemanyag-szerkezetben 64% -os a részesedése.
Oroszországban a villamos energia 70% -a hőerőművekben termelődik. Az ország energiaipari vállalkozásai évente mintegy 500 millió tonna üzemanyag-egyenértéket égetnek el. t. a villamos energia és a hő előállítása érdekében, míg a hőtermeléshez a szénhidrogén-üzemanyag 3-4-szer többet fogyaszt, mint az áramtermeléshez.
Az ilyen mennyiségű szénhidrogén alapanyag elégetésével nyert hőmennyiség egyenértékű több száz tonna nukleáris üzemanyag felhasználásával - a különbség óriási. Az atomenergia azonban megköveteli a környezetbiztonságot (Csernobil visszatérésének kizárása érdekében) és annak védelmét az esetleges terrortámadásokkal szemben, valamint az elavult és elavult atomerőművi blokkok biztonságos és költséges leszerelését. A bizonyítottan kitermelhető uránkészletek a világon körülbelül 3 millió 400 ezer tonna. Az előző időszak egészére (2007-ig) körülbelül 2 millió tonnát bányásztak.
