Tenaga geoterma
Sudah dari namanya jelas bahawa ia mewakili kehangatan dalaman bumi. Di bawah kerak bumi terdapat lapisan magma, yang merupakan cairan silikat cair yang berapi-api. Menurut data penyelidikan, potensi tenaga panas ini jauh lebih tinggi daripada tenaga simpanan gas asli dunia, dan juga minyak. Magma - lava datang ke permukaan. Lebih-lebih lagi, aktiviti yang paling besar diperhatikan pada lapisan-lapisan bumi di mana batas-batas plat tektonik berada, serta di mana kerak bumi dicirikan oleh ketipisan. Tenaga geoterma bumi diperoleh dengan cara berikut: lava dan sumber air planet bersentuhan, akibatnya air mula panas secara mendadak. Ini membawa kepada letusan geyser, pembentukan tasik panas yang disebut dan arus bawah air. Yaitu, tepat untuk fenomena alam itu, sifatnya yang aktif digunakan sebagai sumber tenaga yang tidak habis-habisnya.
Tenaga petroterma
Pada masa ini, panas dalaman bumi banyak digunakan di dunia, dan ini adalah terutamanya tenaga telaga cetek - hingga 1 km. Untuk menyediakan bekalan elektrik, haba atau air panas, penukar haba downhole yang beroperasi pada cecair dengan takat didih rendah (contohnya, freon) dipasang.
Pada masa kini, penggunaan penukar haba lubang bor adalah kaedah paling panas untuk menghasilkan haba. Ia kelihatan seperti ini: penyejuk beredar dalam gelung tertutup. Yang dipanaskan naik di sepanjang paip yang diturunkan secara konsentrik, mengeluarkan panasnya, selepas itu, disejukkan, ia dimasukkan ke dalam selongsong dengan bantuan pam.
Penggunaan tenaga dalaman bumi berdasarkan fenomena semula jadi - ketika menghampiri inti Bumi, suhu kerak bumi dan mantel naik. Pada tahap 2-3 km dari permukaan planet ini, mencapai lebih dari 100 ° С, rata-rata meningkat 20 ° ° dengan setiap kilometer berikutnya. Pada kedalaman 100 km, suhu mencapai 1300-1500 ºС.
Mata air panas bumi buatan
Tenaga yang terkandung dalam usus bumi mesti digunakan dengan bijak. Sebagai contoh, terdapat idea untuk membuat dandang bawah tanah. Untuk melakukan ini, anda perlu menggerudi dua telaga dengan kedalaman yang mencukupi, yang akan disambungkan di bahagian bawah. Ternyata, di hampir semua sudut tanah adalah mungkin untuk mendapatkan tenaga panas bumi secara industri: air sejuk akan dipompa ke dalam takungan melalui satu sumur, dan air panas atau wap akan diekstrak melalui yang kedua. Sumber haba buatan akan bermanfaat dan rasional sekiranya haba yang dihasilkan memberikan lebih banyak tenaga. Stim boleh diarahkan ke generator turbin, yang akan menghasilkan elektrik.
Sudah tentu, haba yang dipilih hanyalah sebahagian kecil daripada jumlah yang ada dalam jumlah simpanan. Tetapi harus diingat bahawa panas yang dalam akan terus bertambah kerana proses peluruhan radioaktif, pemampatan batu, stratifikasi usus. Menurut para pakar, kerak bumi mengumpulkan haba, yang jumlahnya 5000 kali lebih besar daripada nilai kalori dari semua sumber fosil bumi secara keseluruhan. Ternyata masa operasi stesen geotermal buatan buatan seperti itu tidak terhad.
Kaedah mengumpul sumber tenaga Bumi
Hari ini terdapat tiga kaedah utama menuai tenaga panas bumi: wap kering, air panas, dan kitaran binari. Proses stim kering secara langsung memutarkan pemacu turbin penjana kuasa. Air panas masuk dari bawah ke atas, kemudian disemburkan ke tangki untuk menghasilkan wap untuk menggerakkan turbin.Kedua kaedah ini adalah yang paling biasa, menghasilkan beratus-ratus megawatt elektrik di Amerika Syarikat, Iceland, Eropah, Rusia, dan negara-negara lain. Tetapi lokasinya terhad, kerana kilang-kilang ini hanya beroperasi di kawasan tektonik di mana lebih mudah untuk mengakses air yang dipanaskan.
Dengan teknologi kitaran binari, air suam (tidak semestinya panas) diekstrak ke permukaan dan digabungkan dengan butana atau pentana, yang mempunyai takat didih rendah. Cecair ini dipam melalui penukar haba di mana ia menguap dan dihantar melalui turbin sebelum dikitar semula kembali ke sistem. Teknologi kitaran binari menyediakan puluhan megawatt elektrik di Amerika Syarikat: California, Nevada dan Kepulauan Hawaii.
Prinsip memperoleh tenaga
Kelemahan mendapatkan tenaga geoterma
Pada tahap utiliti, loji kuasa panas bumi mahal untuk dibina dan dikendalikan. Untuk mencari lokasi yang sesuai memerlukan tinjauan dengan baik tanpa jaminan untuk memasuki kawasan panas bawah tanah yang produktif. Walau bagaimanapun, penganalisis menjangkakan kapasiti ini hampir dua kali ganda dalam tempoh enam tahun akan datang.
Selain itu, kawasan dengan suhu tinggi sumber bawah tanah terletak di kawasan dengan gunung berapi geologi aktif. "Titik panas" ini telah terbentuk di sempadan plat tektonik di tempat-tempat di mana kerak cukup tipis. Kawasan Pasifik sering disebut sebagai lingkaran api untuk banyak gunung berapi dengan banyak titik panas, termasuk Alaska, California, dan Oregon. Nevada mempunyai beratus-ratus titik panas yang meliputi sebahagian besar wilayah utara Amerika Syarikat.
Terdapat juga kawasan aktif seismik yang lain. Gempa dan pergerakan magma membolehkan air beredar. Di beberapa tempat, air naik ke permukaan dan mata air panas dan geyser semula jadi berlaku, seperti di Kamchatka. Air di geyser Kamchatka mencapai 95 ° C.
Salah satu masalah dengan sistem geyser terbuka adalah pembebasan bahan pencemar udara tertentu. Hidrogen sulfida adalah gas beracun dengan bau "telur busuk" yang sangat dikenali - sejumlah kecil arsenik dan mineral yang dibebaskan dengan wap. Garam juga boleh menimbulkan masalah persekitaran.
Di loji kuasa panas bumi di luar pesisir, sejumlah besar garam yang mengganggu terkumpul di dalam paip. Dalam sistem tertutup, tidak ada pelepasan dan semua cecair yang dibawa ke permukaan dikembalikan.
Potensi ekonomi sumber tenaga
Tempat panas bukan satu-satunya tempat di mana tenaga panas bumi dapat dijumpai. Terdapat bekalan haba yang boleh digunakan secara berterusan untuk tujuan pemanasan langsung di mana sahaja dari 4 meter hingga beberapa kilometer di bawah permukaan hampir di mana sahaja di bumi. Malah tanah di halaman belakang atau sekolah tempatan anda mempunyai potensi ekonomi dalam bentuk panas untuk dipompa ke rumah atau bangunan lain.
Di samping itu, terdapat sejumlah besar tenaga terma dalam formasi batu kering yang sangat jauh di bawah permukaan (4-10 km).
Penggunaan teknologi baru dapat memperluas sistem panas bumi, di mana manusia dapat menggunakan haba ini untuk menghasilkan elektrik pada skala yang jauh lebih besar daripada teknologi konvensional. Projek demonstrasi pertama prinsip penjanaan elektrik ini ditunjukkan di Amerika Syarikat dan Australia pada tahun 2013.
Sekiranya potensi ekonomi sepenuhnya sumber panas bumi dapat direalisasikan, maka ini akan mewakili sumber elektrik yang besar untuk kemudahan pengeluaran. Para saintis mencadangkan bahawa sumber panas bumi konvensional mempunyai potensi 38,000 MW, yang dapat menghasilkan 380 juta MW elektrik setiap tahun.
Batu kering panas berlaku pada kedalaman 5 hingga 8 km di mana-mana di bawah tanah dan pada kedalaman cetek di tempat tertentu.Akses ke sumber-sumber ini melibatkan pengenalan air sejuk yang beredar melalui batu-batu panas dan penyingkiran air yang dipanaskan. Tidak ada aplikasi komersial untuk teknologi ini. Teknologi yang ada belum memungkinkan memulihkan tenaga haba secara langsung dari magma, sangat mendalam, tetapi ini adalah sumber tenaga geoterma yang paling kuat.
Dengan gabungan sumber tenaga dan konsistensinya, tenaga panas bumi dapat memainkan peranan yang tidak dapat diganti sebagai sistem tenaga yang lebih bersih dan mampan.
Ciri-ciri sumber
Sumber yang memberikan tenaga panas bumi hampir mustahil untuk digunakan sepenuhnya. Mereka wujud di lebih dari 60 negara di dunia, dengan sebahagian besar gunung berapi darat di Lingkaran Api Gunung Berapi Pasifik. Tetapi dalam praktiknya, ternyata sumber geoterma di kawasan yang berlainan di dunia sama sekali berbeza dari segi sifatnya, iaitu suhu rata-rata, mineralisasi, komposisi gas, keasidan, dan sebagainya.
Geyser adalah sumber tenaga di Bumi, keunikannya ialah mereka memuntahkan air mendidih secara berkala. Setelah letusan berlaku, kolam menjadi bebas dari air, di bahagian bawahnya Anda dapat melihat saluran yang masuk jauh ke dalam tanah. Geyser digunakan sebagai sumber tenaga di wilayah seperti Kamchatka, Iceland, New Zealand dan Amerika Utara, dan geyser bersendirian terdapat di beberapa kawasan lain.
Industri dan perumahan dan perkhidmatan komunal
Pada bulan November 2014, loji janakuasa panas bumi terbesar di dunia mula beroperasi di Kenya. Yang kedua terbesar terletak di Iceland - ini adalah Hellisheid, yang mengambil haba dari sumber berhampiran gunung berapi Hengiedl.
Negara lain yang menggunakan tenaga panas bumi pada skala industri: AS, Filipina, Rusia, Jepun, Kosta Rika, Turki, New Zealand, dll.
Terdapat empat skema utama untuk pengeluaran tenaga di GeoTPP:
- lurus, apabila stim diarahkan melalui paip ke turbin yang disambungkan ke penjana kuasa;
- tidak langsung, serupa dengan yang sebelumnya dalam segalanya, kecuali sebelum memasuki paip, wap dibersihkan dari gas;
- binari - bukan air atau wap digunakan sebagai haba kerja, tetapi cecair lain dengan takat didih rendah;
- bercampur - serupa dengan garis lurus, tetapi setelah pemeluwapan, gas yang tidak larut dikeluarkan dari air.
Pada tahun 2009, sepasukan penyelidik yang mencari sumber geoterma yang dapat digunakan mencapai magma lebur hanya dalam jarak 2.1 km. Kejadian seperti magma sangat jarang berlaku, ini hanya kes kedua yang diketahui (yang sebelumnya berlaku di Hawaii pada tahun 2007).
Walaupun paip yang dihubungkan ke magma tidak pernah disambungkan ke Loji Tenaga Panas Bumi Krafla, saintis telah mendapat hasil yang sangat menjanjikan. Sehingga kini, semua stesen operasi mengambil haba secara tidak langsung, dari batuan bumi atau dari perairan bawah tanah.
Dari mana datangnya tenaga?
Magma tidak sejuk terletak sangat dekat dengan permukaan bumi. Gas dan wap dilepaskan dari dalamnya, yang naik dan melewati celah-celah. Mencampurkan dengan air bawah tanah, menyebabkan pemanasan mereka, mereka sendiri berubah menjadi air panas, di mana banyak bahan terlarut. Air sedemikian dilepaskan ke permukaan bumi dalam bentuk pelbagai mata air panas bumi: mata air panas, mata air mineral, geyser, dan sebagainya. Menurut para saintis, usus panas bumi adalah gua atau ruang yang dihubungkan oleh saluran, celah dan saluran. Mereka hanya dipenuhi dengan air bawah tanah, dan pusat magma terletak sangat dekat dengan mereka. Dengan cara ini, tenaga haba bumi terbentuk dengan cara semula jadi.
Tenaga hidrotermal
Air yang beredar pada kedalaman besar dipanaskan hingga mencapai nilai yang signifikan. Di kawasan aktif seismik, ia naik ke permukaan sepanjang retakan di kerak bumi; di daerah yang tenang, ia dapat dikeluarkan menggunakan sumur.
Prinsip operasi adalah sama: air yang dipanaskan naik ke telaga, mengeluarkan haba, dan mengembalikan paip kedua. Kitaran ini hampir tidak berkesudahan dan diperbaharui selagi kehangatan kekal di kawasan dalaman bumi.
Di beberapa kawasan yang aktif secara seismik, perairan panas terletak begitu dekat dengan permukaan sehingga anda dapat melihat secara langsung bagaimana tenaga geoterma berfungsi. Foto di sekitar gunung berapi Krafla (Iceland) menunjukkan geyser yang menghantar wap untuk loji kuasa panas bumi yang beroperasi di sana.
Medan elektrik Bumi
Terdapat sumber tenaga alternatif lain di alam, yang dibezakan dengan kebaharuan, keramahan alam sekitar, dan kemudahan penggunaan. Benar, sehingga kini sumber ini hanya dikaji dan tidak diterapkan dalam praktik. Jadi, potensi tenaga Bumi tersembunyi di medan elektriknya. Tenaga dapat diperoleh dengan cara ini dengan mengkaji undang-undang asas elektrostatik dan ciri-ciri medan elektrik Bumi. Sebenarnya, planet kita dari sudut elektrik adalah kapasitor sfera yang dikenakan hingga 300,000 volt. Lingkaran dalamnya mempunyai muatan negatif, dan bahagian luarnya, ionosfera, positif. Atmosfera Bumi adalah penebat. Melaluinya terdapat aliran arus ion dan konvektif yang berterusan, yang mencapai kekuatan ribuan ampere. Walau bagaimanapun, perbezaan potensi antara plat tidak berkurang dalam kes ini.
Ini menunjukkan bahawa terdapat penjana di alam, yang peranannya adalah untuk sentiasa mengisi kebocoran cas dari plat kapasitor. Peranan penjana sedemikian dimainkan oleh medan magnet Bumi, yang berputar dengan planet kita dalam aliran angin suria. Tenaga medan magnet Bumi dapat diperoleh hanya dengan menghubungkan pengguna tenaga ke penjana ini. Untuk melakukan ini, anda perlu melakukan pemasangan pembumian yang boleh dipercayai.
Panas Bumi
(Untuk akhir. Untuk permulaan, lihat Sains dan Kehidupan, No. 9, 2013)
Pengumpul untuk mengumpulkan air boron termal di Larderello (Itali), separuh pertama abad ke-19.
Motor dan penyongsang digunakan di Larderello pada tahun 1904 dalam eksperimen pertama untuk menghasilkan elektrik panas bumi.
Gambarajah skematik operasi loji tenaga terma.
Prinsip operasi GeoPP pada wap kering. Wap panas bumi dari telaga pengeluaran disalurkan terus melalui turbin wap. Yang paling mudah dari skema operasi GeoPP yang ada
Prinsip operasi GeoPP dengan litar tidak langsung. Air bawah tanah yang panas dari sumur pengeluaran dipam ke penyejat, dan wap yang dihasilkan dibekalkan ke turbin.
Prinsip operasi GeoPP binari. Air panas panas berinteraksi dengan cecair lain yang bertindak sebagai cecair berfungsi dan mempunyai takat didih yang lebih rendah.
Skema sistem petrotermal. Sistem ini berdasarkan penggunaan kecerunan suhu antara permukaan bumi dan tanahnya, di mana suhunya lebih tinggi.
Gambarajah skematik peti sejuk dan pam haba: 1 - pemeluwap; 2 - pendikit (pengatur tekanan); 3 - penyejat; 4 - pemampat.
Mutnovskaya GeoPP di Kamchatka. Pada akhir tahun 2011, kapasiti pemasangan stesen tersebut adalah 50 MW, tetapi ia dirancang untuk meningkatkannya menjadi 80 MW. Foto oleh Tatiana Korobkova (Makmal Penyelidikan RES Fakulti Geografi Universiti Negeri Lomonosov Moscow.)
‹
›
Penggunaan tenaga geoterma mempunyai sejarah yang sangat panjang. Salah satu contoh pertama yang diketahui ialah Itali, sebuah tempat di wilayah Tuscany, yang sekarang disebut Larderello, di mana pada awal abad ke-19, perairan panas panas tempatan, yang dicurahkan secara semula jadi atau diekstrak dari telaga cetek, digunakan untuk tujuan tenaga.
Air bawah tanah yang kaya dengan Boron digunakan di sini untuk mendapatkan asid borik. Pada mulanya, asid ini diperoleh dengan penyejatan dalam dandang besi, dan kayu bakar biasa dari hutan berdekatan diambil sebagai bahan bakar, tetapi pada tahun 1827 Francesco Larderel membuat sistem yang bekerja pada pemanasan perairan itu sendiri. Pada masa yang sama, tenaga wap air semula jadi mula digunakan untuk operasi rig penggerudian, dan pada awal abad ke-20 - untuk memanaskan rumah dan rumah hijau tempatan. Di tempat yang sama, di Larderello, pada tahun 1904, wap air termal menjadi sumber tenaga untuk menjana elektrik.
Beberapa negara lain mengikuti contoh Itali pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20. Sebagai contoh, pada tahun 1892, perairan termal pertama kali digunakan untuk pemanasan tempatan di Amerika Syarikat (Boise, Idaho), pada tahun 1919 di Jepun, dan pada tahun 1928 di Iceland.
Di Amerika Syarikat, loji kuasa hidrotermal pertama muncul di California pada awal 1930-an, di New Zealand pada tahun 1958, di Mexico pada tahun 1959, di Rusia (loji kuasa panas bumi binari pertama di dunia) pada tahun 1965 ...
Prinsip lama mengenai sumber baru
Penjanaan elektrik memerlukan suhu sumber hidro yang lebih tinggi daripada pemanasan - lebih daripada 150 ° C. Prinsip operasi loji tenaga panas bumi (GeoPP) mirip dengan prinsip operasi loji tenaga terma konvensional (TPP). Sebenarnya, loji janakuasa panas bumi adalah sejenis loji janakuasa termal.
Pada TPP, sebagai peraturan, arang batu, gas atau minyak bahan bakar bertindak sebagai sumber tenaga utama, dan wap air berfungsi sebagai cairan kerja. Bahan bakar, pembakaran, memanaskan air ke keadaan stim, yang memutarkan turbin stim, dan ia menghasilkan elektrik.
Perbezaan antara GeoPP adalah bahawa sumber tenaga utama di sini adalah haba dalaman bumi dan cecair kerja dalam bentuk wap dibekalkan ke bilah turbin penjana elektrik dalam bentuk "siap" langsung dari pengeluaran dengan baik.
Terdapat tiga skema utama operasi GeoPP: langsung, menggunakan wap kering (panas bumi); tidak langsung, berdasarkan air hidroterma, dan campuran, atau binari.
Penggunaan skema tertentu bergantung pada keadaan pengagregatan dan suhu pembawa tenaga.
Yang paling mudah dan yang pertama dari skema yang dikuasai adalah garis lurus, di mana wap yang keluar dari telaga disalurkan terus melalui turbin. GeoPP pertama di dunia di Larderello juga beroperasi pada wap kering pada tahun 1904.
GeoPP dengan skema kerja tidak langsung adalah yang paling biasa pada zaman kita. Mereka menggunakan air bawah tanah yang panas, yang dipompa ke dalam penyejat di bawah tekanan tinggi, di mana sebahagiannya disejat, dan wap yang dihasilkan memutar turbin. Dalam beberapa kes, alat dan litar tambahan diperlukan untuk membersihkan air panas dan wap dari sebatian agresif.
Wap yang dihabiskan memasuki sumur suntikan atau digunakan untuk pemanasan ruang - dalam kes ini, prinsipnya sama seperti semasa operasi CHP.
Pada GeoPP binari, air panas panas berinteraksi dengan cecair lain yang bertindak sebagai cecair kerja dengan takat didih yang lebih rendah. Kedua-dua cecair tersebut disalurkan melalui penukar haba, di mana air termal menguap cecair kerja, wap yang memutar turbin.
Sistem ini ditutup, yang menyelesaikan masalah pelepasan ke atmosfera. Sebagai tambahan, cairan kerja dengan titik didih yang relatif rendah memungkinkan untuk menggunakan perairan termal yang tidak terlalu panas sebagai sumber tenaga utama.
Dalam ketiga skema tersebut, sumber hidroterma dieksploitasi, tetapi tenaga petroterma juga dapat digunakan untuk menjana elektrik (untuk perbezaan antara tenaga hidroterma dan petrotermal, lihat Science and Life, No. 9, 2013)
Gambarajah skematik dalam kes ini juga agak mudah. Adalah perlu untuk menggerudi dua telaga yang saling berkaitan - sumur suntikan dan pengeluaran. Air dipam ke sumur suntikan. Pada kedalaman, ia memanaskan, kemudian air panas atau wap yang terbentuk akibat pemanasan yang kuat disalurkan melalui telaga pengeluaran ke permukaan. Selanjutnya, semuanya bergantung pada bagaimana tenaga petroterma digunakan - untuk pemanasan atau untuk menjana elektrik. Kitaran tertutup mungkin dilakukan dengan suntikan sisa buangan dan air ke sumur suntikan atau cara pembuangan yang lain.
Kelemahan sistem sedemikian jelas: untuk mendapatkan suhu cecair kerja yang cukup tinggi, telaga mesti digerudi hingga kedalaman yang besar.Ini adalah kos yang serius dan risiko kehilangan haba yang ketara apabila cecair bergerak ke atas. Oleh itu, sistem petrotermal masih kurang meluas daripada sistem hidroterma, walaupun potensi tenaga petroterma lebih tinggi.
Pada masa ini, peneraju penciptaan sistem peredaran petrotermal (PCS) adalah Australia. Di samping itu, arah tenaga panas bumi ini berkembang secara aktif di Amerika Syarikat, Switzerland, Britain, dan Jepun.
Hadiah Lord Kelvin
Penemuan pada tahun 1852 pam haba oleh ahli fizik William Thompson (aka Lord Kelvin) memberi peluang kepada manusia untuk menggunakan haba berpotensi rendah pada lapisan tanah atas. Sistem pam panas, atau, seperti yang disebut oleh Thompson, pengganda haba, didasarkan pada proses fizikal memindahkan haba dari persekitaran ke pendingin. Sebenarnya, ia menggunakan prinsip yang sama seperti dalam sistem petrotermal. Perbezaannya adalah pada sumber haba, yang berkaitan dengan pertanyaan terminologi yang mungkin timbul: sejauh mana pam panas boleh dianggap sebagai sistem panas bumi? Faktanya ialah di lapisan atas, hingga kedalaman puluhan - beratus-ratus meter, batu dan cecair yang terdapat di dalamnya dipanaskan bukan oleh panas bumi yang dalam, tetapi oleh matahari. Oleh itu, sinar matahari dalam hal ini adalah sumber utama panas, walaupun ia diambil, seperti dalam sistem panas bumi, dari bumi.
Kerja pam panas didasarkan pada kelewatan pemanasan dan penyejukan tanah berbanding dengan atmosfera, akibatnya kecerunan suhu terbentuk antara permukaan dan lapisan yang lebih dalam, yang mengekalkan haba walaupun pada musim sejuk, serupa dengan apa yang berlaku di badan air. Tujuan utama pam haba adalah pemanasan ruang. Sebenarnya, ia adalah "peti sejuk terbalik". Kedua-dua pam haba dan peti sejuk berinteraksi dengan tiga komponen: persekitaran dalaman (dalam kes pertama - bilik yang dipanaskan, di tempat kedua - ruang penyejuk peti sejuk), persekitaran luaran - sumber tenaga dan penyejuk (penyejuk) , juga pembawa haba yang menyediakan pemindahan haba atau sejuk.
Bahan dengan takat didih rendah bertindak sebagai bahan pendingin, yang memungkinkannya mengambil haba dari sumber yang mempunyai suhu yang agak rendah.
Di dalam peti sejuk, penyejuk cair memasuki penyejat melalui pendikit (pengatur tekanan), di mana, kerana penurunan tekanan yang tajam, cairan tersebut menguap. Penyejatan adalah proses endotermik yang memerlukan penyerapan haba luaran. Akibatnya, haba diambil dari dinding dalaman penyejat, yang memberikan kesan penyejukan di ruang peti sejuk. Selanjutnya, dari penyejat, bahan pendingin disedut ke dalam pemampat, di mana ia kembali ke keadaan agregat cecair. Ini adalah proses terbalik yang membawa kepada pembebasan haba yang dikeluarkan ke persekitaran luaran. Sebagai peraturan, ia dibuang ke dalam bilik dan bahagian belakang peti sejuk agak panas.
Pam haba berfungsi dengan cara yang sama, dengan perbezaan bahawa haba diambil dari persekitaran luaran dan melalui penyejat memasuki persekitaran dalaman - sistem pemanasan bilik.
Dalam pam haba sebenar, air dipanaskan, melewati litar luaran, diletakkan di dalam tanah atau di takungan, dan kemudian memasuki penyejat.
Di penyejat, haba dipindahkan ke litar dalaman yang diisi dengan bahan pendingin dengan titik didih rendah, yang, melalui penyejat, berubah dari cecair ke keadaan gas, mengambil haba.
Selanjutnya, pendingin gas memasuki pemampat, di mana ia dimampatkan ke tekanan dan suhu tinggi, dan memasuki kondensor, di mana pertukaran panas berlaku antara gas panas dan penyejuk dari sistem pemanasan.
Pemampat memerlukan elektrik untuk beroperasi, namun, nisbah transformasi (nisbah tenaga yang digunakan dan yang dihasilkan) dalam sistem moden cukup tinggi untuk memastikan kecekapannya.
Pada masa ini, pam haba banyak digunakan untuk pemanasan ruang, terutamanya di negara-negara maju dari segi ekonomi.
Tenaga eko-betul
Tenaga panas bumi dianggap mesra alam, yang biasanya berlaku. Pertama sekali, ia menggunakan sumber yang boleh diperbaharui dan hampir tidak habis-habisnya. Tenaga panas bumi tidak memerlukan kawasan yang luas, tidak seperti loji kuasa hidroelektrik besar atau ladang angin, dan tidak mencemarkan atmosfera, tidak seperti tenaga hidrokarbon. Rata-rata, GeoPP menempati 400 m2 dari segi 1 GW elektrik yang dihasilkan. Angka yang sama untuk loji janakuasa arang batu, misalnya, adalah 3600 m2. Kelebihan ekologi GeoPP juga merangkumi penggunaan air yang rendah - 20 liter air tawar per 1 kW, sementara TPP dan NPP memerlukan sekitar 1000 liter. Perhatikan bahawa ini adalah petunjuk persekitaran GeoPP "rata-rata".
Tetapi masih ada kesan sampingan negatif. Antaranya, kebisingan, pencemaran haba atmosfera dan pencemaran kimia - air dan tanah, serta pembentukan sisa pepejal paling kerap dibezakan.
Punca utama pencemaran kimia persekitaran adalah air termal yang sebenarnya (dengan suhu tinggi dan mineralisasi), yang sering mengandungi sebilangan besar sebatian toksik, yang berkaitan dengan masalah pembuangan air buangan dan bahan berbahaya.
Kesan negatif tenaga panas bumi dapat dikesan pada beberapa tahap, bermula dengan penggerudian telaga. Di sini, bahaya yang sama timbul ketika pengeboran sumur: pemusnahan tanah dan penutup tumbuh-tumbuhan, pencemaran tanah dan air bawah tanah.
Pada tahap operasi GeoPP, masalah pencemaran alam masih ada. Cecair termal - air dan wap - biasanya mengandungi karbon dioksida (CO2), sulfur sulfida (H2S), amonia (NH3), metana (CH4), garam meja (NaCl), boron (B), arsenik (As), merkuri (Hg ). Apabila dilepaskan ke alam sekitar, mereka menjadi sumber pencemarannya. Di samping itu, persekitaran kimia yang agresif boleh menyebabkan kerosakan pada struktur loji janakuasa panas bumi.
Pada masa yang sama, pelepasan pencemar di GeoPP rata-rata lebih rendah daripada pada TPP. Contohnya, pelepasan karbon dioksida untuk setiap kilowatt-jam elektrik yang dihasilkan adalah hingga 380 g pada GeoPP, 1.042 g - pada TPP yang dibakar dengan arang batu, 906 g - pada minyak bahan bakar dan 453 g - pada TPP yang dibakar dengan gas.
Persoalannya timbul: apa yang harus dilakukan dengan air buangan? Dengan kemasinan rendah, ia dapat dibuang ke perairan permukaan setelah disejukkan. Cara lain adalah menyuntiknya kembali ke dalam akuifer melalui sumur suntikan, yang lebih disukai dan banyak digunakan sekarang.
Pengekstrakan air termal dari akuifer (serta mengepam air biasa) dapat menyebabkan penurunan dan pergerakan tanah, ubah bentuk lapisan geologi lain, dan gempa mikro. Kemungkinan fenomena seperti itu, secara umum, kecil, walaupun kes-kes individu telah direkodkan (misalnya, di GeoPP di Staufen im Breisgau di Jerman).
Perlu ditekankan bahawa sebagian besar GeoPP berada di daerah yang relatif jarang penduduknya dan di negara-negara Dunia Ketiga, di mana keperluan alam sekitar kurang ketat daripada di negara maju. Selain itu, pada masa ini jumlah GeoPP dan kapasitinya agak kecil. Dengan pengembangan tenaga geoterma yang lebih luas, risiko persekitaran dapat meningkat dan berlipat ganda.
Berapa banyak tenaga Bumi?
Kos pelaburan untuk pembinaan sistem panas bumi berbeza dalam jarak yang sangat luas - dari $ 200 hingga $ 5,000 setiap 1 kW kapasiti terpasang, iaitu, pilihan yang paling murah setanding dengan kos pembinaan loji tenaga terma. Pertama sekali, mereka bergantung pada keadaan kejadian perairan termal, komposisi mereka, dan reka bentuk sistem. Penggerudian ke kedalaman yang besar, membuat sistem tertutup dengan dua telaga, keperluan untuk pemurnian air dapat menggandakan biaya.
Sebagai contoh, pelaburan dalam pembuatan sistem peredaran petrotermal (PCS) dianggarkan bernilai 1,6-4 ribu dolar per 1 kW kapasiti terpasang, yang melebihi kos pembinaan loji tenaga nuklear dan setanding dengan kos pembinaan angin dan loji tenaga suria.
Kelebihan ekonomi yang jelas dari GeoTPP adalah pembawa tenaga percuma. Sebagai perbandingan, dalam struktur kos TPP atau NPP operasi, bahan bakar menyumbang 50-80% atau lebih, bergantung pada harga tenaga semasa. Oleh itu, satu lagi kelebihan sistem geoterma: kos operasi lebih stabil dan dapat diramalkan, kerana ia tidak bergantung pada keadaan harga luaran. Secara amnya, kos operasi GeoTPP dianggarkan 2-10 sen (60 kopecks - 3 rubel) setiap 1 kWh kapasiti yang dihasilkan.
Item perbelanjaan kedua (setelah pembawa tenaga) (dan sangat signifikan) adalah, sebagai peraturan, gaji kakitangan kilang, yang secara radikal dapat berbeza di setiap negara dan wilayah.
Rata-rata, kos 1 kWh tenaga geoterma setanding dengan kos TPP (dalam keadaan Rusia - kira-kira 1 rubel / 1 kWh) dan sepuluh kali lebih tinggi daripada kos menjana elektrik di loji kuasa hidroelektrik (5-10 kopecks / 1 kWh).
Sebahagian daripada alasan kos yang tinggi terletak pada kenyataan bahawa, tidak seperti loji tenaga terma dan hidraulik, GeoTPP mempunyai kapasiti yang agak kecil. Di samping itu, perlu membandingkan sistem yang terletak di kawasan yang sama dan dalam keadaan yang serupa. Sebagai contoh, di Kamchatka, menurut para pakar, 1 kWh elektrik panas bumi berharga 2-3 kali lebih murah daripada elektrik yang dihasilkan di loji janakuasa termal tempatan.
Petunjuk kecekapan ekonomi sistem panas bumi bergantung, misalnya, pada apakah perlu membuang air buangan dan dengan cara apa ia dilakukan, adakah penggunaan sumber boleh digabungkan. Oleh itu, unsur kimia dan sebatian yang diekstrak dari air termal dapat memberikan pendapatan tambahan. Mari kita ingat contoh Larderello: pengeluaran kimia adalah yang utama di sana, dan penggunaan tenaga panas bumi pada awalnya menjadi tambahan.
Tenaga geoterma maju
Tenaga panas bumi berkembang agak berbeza daripada angin dan solar. Pada masa ini, ini bergantung pada sifat sumber daya itu sendiri, yang berbeza secara berbeza mengikut wilayah, dan kepekatan tertinggi terkait dengan zon sempit anomali panas bumi, yang terkait, sebagai peraturan, dengan bidang pengembangan kesalahan tektonik dan gunung berapi (lihat "Sains dan Kehidupan" No. 9, 2013).
Di samping itu, tenaga panas bumi kurang berkemampuan teknologi berbanding dengan angin, dan lebih-lebih lagi dengan tenaga suria: sistem stesen panas bumi cukup mudah.
Dalam struktur keseluruhan pengeluaran elektrik dunia, komponen panas bumi menyumbang kurang dari 1%, tetapi di beberapa wilayah dan negara bahagiannya mencapai 25-30%. Oleh kerana hubungan dengan keadaan geologi, sebahagian besar kapasiti tenaga panas bumi tertumpu di negara-negara dunia ketiga, di mana tiga kelompok pengembangan terbesar industri dibezakan - pulau-pulau di Asia Tenggara, Amerika Tengah dan Afrika Timur. Dua wilayah pertama termasuk dalam "tali pinggang api Bumi" Pasifik, yang ketiga terikat dengan Pergerakan Afrika Timur. Kemungkinan besar, tenaga panas bumi akan terus berkembang di tali pinggang ini. Prospek yang lebih jauh adalah pengembangan tenaga petrotermal, dengan menggunakan panas lapisan bumi yang terletak pada kedalaman beberapa kilometer. Ini adalah sumber yang hampir di mana-mana, tetapi pengekstrakannya memerlukan kos yang tinggi; oleh itu, tenaga petroterma berkembang terutamanya di negara-negara yang paling kuat dari segi ekonomi dan teknologi.
Secara umum, mengingat pengagihan sumber panas bumi di mana-mana dan tahap keselamatan persekitaran yang dapat diterima, ada alasan untuk mempercayai bahawa tenaga panas bumi mempunyai prospek pembangunan yang baik. Terutama dengan ancaman kekurangan sumber tenaga tradisional dan kenaikan harga untuk mereka.
Dari Kamchatka ke Kaukasus
Di Rusia, pengembangan tenaga geoterma mempunyai sejarah yang cukup panjang, dan dalam beberapa kedudukan kita termasuk di antara pemimpin dunia, walaupun bahagian tenaga geoterma dalam keseimbangan jumlah tenaga negara besar masih dapat diabaikan.
Dua wilayah - Kamchatka dan Kaukasus Utara - telah menjadi perintis dan pusat pengembangan tenaga geoterma di Rusia, dan jika dalam kes pertama kita berbicara terutamanya mengenai industri tenaga elektrik, maka di wilayah kedua - mengenai penggunaan tenaga terma air termal.
Di Kaukasus Utara - di Wilayah Krasnodar, Chechnya, Dagestan - kepanasan perairan termal untuk tujuan tenaga telah digunakan bahkan sebelum Perang Patriotik Besar. Pada tahun 1980-an dan 1990-an, pengembangan tenaga panas bumi di rantau ini dengan alasan yang jelas terhenti dan belum muncul dari keadaan genangan. Walaupun begitu, bekalan air panas bumi di Kaukasus Utara memberi haba kepada sekitar 500 ribu orang, dan, sebagai contoh, bandar Labinsk di Wilayah Krasnodar dengan populasi 60 ribu orang dipanaskan sepenuhnya oleh perairan panas bumi.
Di Kamchatka, sejarah tenaga panas bumi dikaitkan terutamanya dengan pembinaan loji janakuasa panas bumi. Yang pertama, yang masih beroperasi stesen Pauzhetskaya dan Paratunskaya, dibina pada tahun 1965-1967, sementara Paratunskaya GeoPP dengan kapasiti 600 kW menjadi stesen pertama di dunia dengan kitaran binari. Ini adalah perkembangan saintis Soviet S.S. Kutateladze dan A.M. Rosenfeld dari Institut Termofizik Cawangan Siberia Akademi Sains Rusia, yang pada tahun 1965 menerima sijil pengarang untuk pengekstrakan elektrik dari air dengan suhu 70 ° C. Teknologi ini kemudiannya menjadi prototaip untuk lebih daripada 400 GeoPP binari di dunia.
Kapasiti GeoPP Pauzhetskaya, yang ditugaskan pada tahun 1966, pada mulanya 5 MW dan seterusnya meningkat menjadi 12 MW. Pada masa ini, blok binari sedang dibina di stesen, yang akan meningkatkan kapasitinya sebanyak 2.5 MW lagi.
Perkembangan tenaga panas bumi di Uni Soviet dan Rusia terhambat oleh adanya sumber tenaga tradisional - minyak, gas, arang batu, tetapi tidak pernah berhenti. Kemudahan tenaga geoterma terbesar pada masa ini adalah Verkhne-Mutnovskaya GeoPP dengan jumlah kapasiti 12 MW unit kuasa, mula beroperasi pada tahun 1999, dan Mutnovskaya GeoPP dengan kapasiti 50 MW (2002).
Mutnovskaya dan Verkhne-Mutnovskaya GeoPP adalah objek unik bukan sahaja untuk Rusia, tetapi juga pada skala global. Stesen-stesen tersebut terletak di kaki gunung berapi Mutnovsky, pada ketinggian 800 meter di atas permukaan laut, dan beroperasi dalam keadaan iklim yang melampau, di mana musim sejuk 9-10 bulan dalam setahun. Peralatan GeoPP Mutnovsky, yang saat ini merupakan salah satu yang paling moden di dunia, dicipta sepenuhnya di perusahaan kejuruteraan tenaga domestik.
Pada masa ini, bahagian loji Mutnovskie dalam keseluruhan struktur penggunaan tenaga hab tenaga Kamchatka Pusat adalah 40%. Peningkatan kapasiti dirancang pada tahun-tahun mendatang.
Secara berasingan, ia harus dikatakan mengenai perkembangan petroterma Rusia. Kami belum memiliki DSP yang besar, tetapi ada teknologi canggih untuk penggerudian hingga kedalaman yang besar (sekitar 10 km), yang juga tidak mempunyai analog di dunia. Pengembangan selanjutnya akan memungkinkan untuk mengurangi biaya pembuatan sistem petrotermal secara drastis. Pembangun teknologi dan projek ini ialah N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institut Geologi, RAS), A. S. Nekrasov (Institut Ramalan Ekonomi, RAS) dan pakar dari Kaluga Turbine Works. Projek untuk sistem peredaran petrotermal di Rusia kini berada pada tahap eksperimen.
Terdapat prospek tenaga panas bumi di Rusia, walaupun agak jauh: pada masa ini, potensinya cukup besar dan kedudukan tenaga tradisional kuat. Pada waktu yang sama, di sejumlah wilayah terpencil di negara ini, penggunaan tenaga panas bumi menguntungkan secara ekonomi dan diminati bahkan sekarang. Ini adalah wilayah dengan potensi geoenergi tinggi (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - bahagian Rusia dari "tali pinggang api Bumi" Pasifik, pergunungan Siberia Selatan dan Kaukasus) dan pada masa yang sama jauh dan terputus dari bekalan tenaga terpusat.
Mungkin, dalam beberapa dekad yang akan datang, tenaga panas bumi di negara kita akan berkembang tepat di wilayah-wilayah seperti itu.
Sumber yang boleh diperbaharui
Apabila populasi planet kita bertambah dengan stabil, kita memerlukan lebih banyak tenaga untuk menyokong penduduk. Tenaga yang terkandung dalam usus bumi boleh sangat berbeza. Sebagai contoh, terdapat sumber yang boleh diperbaharui: tenaga angin, solar dan air. Mereka mesra alam, dan oleh itu anda boleh menggunakannya tanpa rasa takut akan membahayakan alam sekitar.
Tenaga air
Kaedah ini telah digunakan selama berabad-abad. Hari ini, sejumlah besar empangan, takungan telah dibina, di mana air digunakan untuk menjana elektrik. Inti mekanisme ini mudah: di bawah pengaruh aliran sungai, roda turbin berputar, masing-masing, tenaga air diubah menjadi tenaga elektrik.
Hari ini terdapat sebilangan besar loji tenaga hidroelektrik yang mengubah tenaga aliran air menjadi elektrik. Keunikan kaedah ini adalah bahawa sumber tenaga hidro diperbaharui, masing-masing, struktur tersebut mempunyai kos yang rendah. Itulah sebabnya, walaupun pembinaan loji tenaga hidroelektrik telah berlangsung sejak sekian lama, dan prosesnya sendiri sangat mahal, namun struktur ini mengungguli industri intensif tenaga.
Tenaga matahari: moden dan tahan masa depan
Tenaga suria diperoleh menggunakan panel suria, tetapi teknologi moden membolehkan menggunakan kaedah baru untuk ini. Loji tenaga solar terbesar di dunia adalah sistem yang dibina di padang pasir California. Ia berkuasa sepenuhnya 2,000 rumah. Reka bentuknya berfungsi seperti berikut: sinar matahari dipantulkan dari cermin, yang dikirim ke dandang pusat dengan air. Ia mendidih dan berubah menjadi wap yang menggerakkan turbin. Dia, seterusnya, disambungkan ke penjana elektrik. Angin juga boleh digunakan sebagai tenaga yang diberikan oleh Bumi kepada kita. Angin meniup layar, memutar kilang. Dan sekarang ia dapat digunakan untuk membuat peranti yang akan menghasilkan tenaga elektrik. Dengan memutar bilah kincir angin, ia menggerakkan poros turbin, yang seterusnya, disambungkan ke penjana elektrik.
Permohonan
Eksploitasi tenaga geoterma bermula pada abad ke-19. Yang pertama adalah pengalaman orang Itali yang tinggal di wilayah Tuscany, yang menggunakan air suam dari sumber untuk pemanasan. Dengan pertolongannya, pelantar penggerudian telaga baru berfungsi.
Air Tuscan kaya dengan boron dan apabila menguap berubah menjadi asid borik, dandang tersebut bekerja di atas panas perairan mereka sendiri. Pada awal abad ke-20 (1904), orang-orang Toscana melangkah lebih jauh dan melancarkan loji tenaga wap. Contoh orang Itali menjadi pengalaman penting bagi AS, Jepun, Iceland.
Pertanian dan hortikultur
Tenaga panas bumi digunakan dalam pertanian, penjagaan kesihatan dan isi rumah di 80 negara di seluruh dunia.
Perkara pertama yang digunakan dan digunakan untuk air panas ialah memanaskan rumah hijau dan rumah hijau, yang memungkinkan untuk menuai sayur, buah dan bunga walaupun pada musim sejuk. Air suam juga berguna untuk penyiraman.
Menanam tanaman hidroponik dianggap sebagai petunjuk yang menjanjikan bagi pengeluar pertanian.Beberapa ladang ikan menggunakan air panas di takungan buatan untuk membiakkan goreng dan ikan.
Kami menasihati anda untuk membaca: Prosedur pembuangan reagen kimia makmal
Teknologi ini biasa berlaku di Israel, Kenya, Yunani, Mexico.
Industri dan perumahan dan perkhidmatan komunal
Lebih dari satu abad yang lalu, wap termal panas sudah menjadi asas untuk menjana elektrik. Sejak itu, ia telah melayani industri dan utiliti.
Di Iceland, 80% perumahan dipanaskan oleh air termal.
Tiga skim pengeluaran elektrik telah dikembangkan:
- Garis lurus menggunakan wap air. Yang paling mudah: ia digunakan di mana terdapat akses langsung ke wap panas bumi.
- Secara tidak langsung, tidak menggunakan wap, tetapi air. Ia diumpankan ke penyejat, diubah menjadi wap dengan kaedah teknikal dan dikirim ke penjana turbin.
Air memerlukan pemurnian tambahan, kerana mengandungi sebatian agresif yang dapat memusnahkan mekanisme kerja. Buangan, tetapi wap yang belum disejukkan sesuai untuk keperluan pemanasan.
- Bercampur (binari). Air menggantikan bahan bakar, yang memanaskan cecair lain dengan pemindahan haba yang lebih tinggi. Ia menggerakkan turbin.
Sistem binari menggunakan turbin, yang diaktifkan oleh tenaga air yang dipanaskan.
Tenaga hidrotermal digunakan oleh Amerika Syarikat, Rusia, Jepun, New Zealand, Turki dan negara-negara lain.
Sistem pemanasan panas bumi untuk rumah
Pembawa haba yang dipanaskan hingga +50 - 600C sesuai untuk pemanasan perumahan, tenaga panas bumi memenuhi keperluan ini. Bandar dengan jumlah penduduk berpuluh-puluh ribu orang dapat dipanaskan oleh kehangatan dalaman bumi. Sebagai contoh: pemanasan bandar Labinsk, Wilayah Krasnodar, menggunakan bahan bakar daratan semula jadi.
Diagram sistem geoterma untuk memanaskan rumah
Tidak perlu membuang masa dan tenaga untuk memanaskan air dan membina bilik dandang. Penyejuk diambil terus dari sumber geyser. Air yang sama juga sesuai untuk bekalan air panas. Dalam kes pertama dan kedua, ia menjalani pembersihan teknikal dan kimia awal yang diperlukan.
Tenaga yang dihasilkan berharga dua hingga tiga kali lebih murah. Pemasangan rumah persendirian muncul. Mereka lebih mahal daripada dandang bahan bakar tradisional, tetapi dalam proses operasi mereka membenarkan kosnya.
Kelebihan dan kekurangan menggunakan tenaga panas bumi untuk memanaskan kediaman.
Tenaga dalaman Bumi
Ia muncul sebagai hasil dari beberapa proses, yang utama adalah peningkatan dan radioaktiviti. Menurut saintis, pembentukan Bumi dan jisimnya berlaku selama beberapa juta tahun, dan ini berlaku kerana pembentukan planetesimals. Mereka saling bersatu, jisim Bumi menjadi semakin banyak. Setelah planet kita mula mempunyai jisim moden, tetapi masih tanpa atmosfera, badan meteor dan asteroid jatuh di atasnya tanpa halangan. Proses ini secara tepat disebut penambahan, dan menyebabkan pembebasan tenaga graviti yang signifikan. Dan semakin besar badan jatuh di planet ini, semakin besar jumlah tenaga yang dibebaskan, yang terkandung di dalam usus Bumi.
Pembezaan graviti ini menyebabkan fakta bahawa zat mulai berstratifikasi: bahan berat hanya tenggelam, dan bahan ringan dan mudah menguap naik. Pembezaan juga mempengaruhi pembebasan tambahan tenaga graviti.
Hampir semua sifat fizikal asas bahan bumi bergantung pada suhu. Bergantung pada suhu, tekanan berubah di mana zat berpindah dari pepejal ke keadaan lebur. Apabila suhu berubah, kelikatan, kekonduksian elektrik, dan sifat magnet batuan yang membentuk Bumi berubah. Untuk membayangkan apa yang berlaku di dalam Bumi, kita mesti mengetahui keadaan termalnya. Kami belum berpeluang mengukur suhu secara langsung di kedalaman Bumi. Hanya beberapa kilometer pertama kerak bumi yang tersedia untuk ukuran kami.Tetapi kita dapat menentukan suhu dalaman Bumi secara tidak langsung, berdasarkan data mengenai aliran panas Bumi.
Kemustahilan pengesahan langsung, tentu saja, merupakan kesukaran yang sangat besar dalam banyak ilmu bumi. Walaupun begitu, kejayaan pengembangan pemerhatian dan teori secara beransur-ansur mendekatkan pengetahuan kita dengan kebenaran.
Sains moden mengenai keadaan terma dan sejarah Bumi - geotermik Adalah sains muda. Kajian pertama mengenai geotermik hanya muncul pada pertengahan abad yang lalu. William Thomson (Lord Kelvin), ketika itu masih seorang saintis yang masih muda, ahli fizik, menumpukan disertasi untuk menentukan usia Bumi berdasarkan kajian mengenai taburan dan pergerakan haba di dalam planet ini. Kelvin percaya bahawa suhu dalaman Bumi harus menurun dari masa ke masa kerana pembentukan dan pemejalan planet dari bahan lebur.
Dengan menentukan kecerunan terma - kadar kenaikan suhu dengan kedalaman - di lombong dan lubang bor pada kedalaman yang berbeza, Kelvin sampai pada kesimpulan bahawa dari data ini adalah mungkin untuk mengira berapa lama Bumi harus menyejuk, dan, oleh itu, menentukan usia Bumi . Menurut perkiraan Kelvin, suhu pada kedalaman terdekat di bawah permukaan meningkat sebanyak 20-40 ° C untuk setiap seribu meter kedalaman. Ternyata Bumi menyejuk ke keadaan sekarang hanya dalam beberapa puluhan juta tahun. Tetapi ini sama sekali tidak setuju dengan data lain, misalnya, dengan data mengenai jangka masa banyak zaman geologi yang diketahui. Perbahasan mengenai isu ini berlanjutan selama setengah abad dan membuat Kelvin menentang para evolusionis terkemuka seperti Charles Darwin dan Thomas Huxley.
Kelvin berdasarkan kesimpulannya pada idea bahawa Bumi pada asalnya dalam keadaan lebur dan secara beransur-ansur menyejuk. Hipotesis ini mendominasi selama beberapa dekad. Namun, pada pergantian abad ke-20, penemuan telah dibuat yang secara asasnya mengubah pemahaman tentang sifat aliran panas bumi yang mendalam dan sejarah termalnya. Radioaktiviti ditemui, kajian mengenai proses pelepasan haba semasa peluruhan radioaktif beberapa isotop bermula, kesimpulan diambil bahawa batuan yang membentuk kerak bumi mengandung sejumlah besar isotop radioaktif.
Pengukuran langsung aliran haba Bumi bermula baru-baru ini: pertama di benua - pada tahun 1939 di telaga dalam di Afrika Selatan, di dasar lautan kemudian - sejak 1954, di Atlantik. Di negara kita, untuk pertama kalinya, aliran panas diukur di telaga dalam di Sochi dan Matsesta. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pengumpulan data eksperimen yang diperoleh mengenai fluks haba telah berlangsung dengan cepat.
Mengapa ini dilakukan? Dan adakah dimensi baru dan baru masih diperlukan? Ya, sangat diperlukan. Perbandingan pengukuran fluks haba dalam yang dilakukan di pelbagai titik planet menunjukkan bahawa kehilangan tenaga melalui bahagian permukaan planet yang berlainan adalah berbeza. Ini membicarakan heterogenitas kerak dan mantel, memungkinkan untuk menilai sifat banyak proses yang berlaku pada pelbagai kedalaman yang tidak dapat diakses oleh mata kita di bawah permukaan bumi, dan memberikan kunci untuk mempelajari mekanisme pengembangan planet ini dan tenaga dalamannya .
Berapa banyak haba yang hilang oleh Bumi kerana aliran haba dari usus? Ternyata rata-rata nilai ini kecil - kira-kira 0,06 watt per meter persegi permukaan, atau sekitar 30 trilion watt di seluruh planet. Bumi menerima tenaga dari Matahari kira-kira 4 ribu kali lebih banyak. Dan, tentu saja, haba suria yang berperanan besar dalam menentukan suhu di permukaan bumi.
Haba yang dilepaskan oleh sebuah planet di permukaan ukuran padang bola lebih kurang sama dengan haba yang dapat dihasilkan oleh tiga ratus watt lampu. Aliran tenaga seperti itu nampaknya tidak penting, tetapi datang dari seluruh permukaan Bumi dan sentiasa! Kekuatan keseluruhan aliran haba yang berasal dari usus planet ini kira-kira 30 kali lebih besar daripada kuasa semua loji kuasa moden di dunia.
Pengukuran kedalaman aliran haba Bumi prosesnya sukar dan memakan masa. Melalui kerak bumi keras, haba dibawa ke permukaan secara konduktif, iaitu, melalui penyebaran getaran termal. Oleh itu, jumlah haba yang lewat sama dengan produk kecerunan suhu (kadar kenaikan suhu dengan kedalaman) pada kekonduksian terma. Untuk menentukan fluks haba, adalah mustahak untuk mengetahui dua kuantiti ini. Kecerunan suhu diukur dengan alat sensitif - sensor (termistor) di lombong atau telaga yang digerudi khas, pada kedalaman beberapa puluh hingga beberapa ratus meter. Kekonduksian terma batuan ditentukan dengan memeriksa sampel di makmal.
Pengukuran haba mengalir di dasar lautan berkaitan dengan kesulitan yang besar: kerja mesti dilakukan di bawah air pada kedalaman yang cukup besar. Namun, ia juga mempunyai kelebihannya: tidak perlu menggerudi sumur di dasar lautan, kerana sedimen biasanya cukup lembut dan probe silinder panjang yang digunakan untuk mengukur suhu dengan mudah tenggelam beberapa meter ke dalam sedimen lembut.
Mereka yang menceburkan diri dalam geotermik sangat memerlukan peta aliran haba untuk seluruh permukaan planet ini. Titik-titik di mana pengukuran aliran haba telah dilakukan sangat tersebar di permukaan Bumi. Di laut dan lautan, pengukuran telah dilakukan dua kali lebih banyak daripada di darat. Amerika Utara, Eropah dan Australia, lautan di lintang tengah telah dipelajari dengan cukup lengkap. Dan di bahagian lain permukaan bumi, pengukuran masih sedikit atau tidak sama sekali. Walaupun begitu, jumlah data semasa mengenai arus panas Bumi telah memungkinkan untuk membuat peta umum, tetapi cukup dipercayai.
Pelepasan haba dari usus Bumi ke permukaan tidak sekata. Di beberapa kawasan, Bumi mengeluarkan lebih banyak haba daripada rata-rata global, di kawasan lain, output haba jauh lebih sedikit. "Tempat sejuk" berlaku di Eropah Timur (Platform Eropah Timur), Kanada (Canadian Shield), Afrika Utara, Australia, Amerika Selatan, lembangan perairan Pasifik, India dan Atlantik. Titik-titik "panas" dan "panas" - kawasan peningkatan aliran haba - berlaku di wilayah California, Eropah Alpine, Iceland, Laut Merah, Naik Pasifik Timur, dan rabung pertengahan bawah laut di Lautan Atlantik dan India.
Tenaga Atom
Penggunaan tenaga bumi boleh berlaku dengan cara yang berbeza. Contohnya, dengan pembinaan loji tenaga nuklear, apabila tenaga haba dibebaskan kerana perpecahan zarah-zarah atom terkecil. Bahan bakar utama adalah uranium, yang terkandung dalam kerak bumi. Ramai yang percaya bahawa kaedah memperoleh tenaga ini adalah yang paling menjanjikan, tetapi penggunaannya dipenuhi dengan sejumlah masalah. Pertama, uranium memancarkan sinaran yang membunuh semua organisma hidup. Selain itu, jika bahan ini memasuki tanah atau atmosfer, maka bencana buatan manusia akan timbul. Kami masih mengalami akibat buruk dari kemalangan di loji tenaga nuklear Chernobyl. Bahayanya terletak pada hakikat bahawa sisa radioaktif dapat mengancam semua makhluk hidup selama bertahun-tahun yang sangat lama.
Loji janakuasa panas bumi pertama
Kita semua terbiasa dengan fakta bahawa bertahun-tahun yang lalu tenaga diambil dari sumber semula jadi. Begitu juga, tetapi sebelum itu, salah satu loji kuasa pertama adalah panas bumi. Secara umum, ini sangat logik, kerana teknik ini menggunakan daya tarikan wap, dan menggunakan wap adalah keputusan yang lebih tepat. Dan sebenarnya satu-satunya untuk masa itu, tidak termasuk pembakaran kayu dan arang batu.
Kembali pada tahun 1817, Count François de Larderel mengembangkan teknologi untuk mengumpulkan wap semula jadi, yang sangat berguna pada abad kedua puluh, ketika permintaan untuk pembangkit tenaga panas bumi menjadi sangat tinggi.
Stesen kerja yang pertama dibina di bandar Larderello di Itali pada tahun 1904. Benar, itu lebih merupakan prototaip, kerana hanya dapat menghidupkan 4 mentol, tetapi berjaya. Enam tahun kemudian, pada tahun 1910, sebuah stesen yang benar-benar berfungsi dibina di kota yang sama, yang dapat menghasilkan tenaga yang mencukupi untuk kegunaan industri.
Walaupun di tempat-tempat indah seperti itu, terdapat loji kuasa panas bumi.
Penjana eksperimen dibina di banyak tempat, tetapi Itali yang memimpin hingga tahun 1958 dan merupakan satu-satunya pengeluar tenaga geoterma industri di dunia.
Kepemimpinan harus diserah setelah loji kuasa Wairakei ditugaskan di New Zealand. Merupakan loji janakuasa panas bumi tidak langsung yang pertama. Beberapa tahun kemudian, kemudahan serupa dibuka di negara lain, termasuk Amerika Syarikat dengan sumbernya di California.
Loji tenaga geotermal pertama jenis tidak langsung dibina di USSR pada tahun 1967. Pada masa ini, kaedah memperoleh tenaga mula berkembang secara aktif di seluruh dunia. Terutama di tempat-tempat seperti Alaska, Filipina dan Indonesia, yang masih menjadi antara peneraju tenaga yang dihasilkan dengan cara ini.
Masa baru - idea baru
Sudah tentu, orang tidak berhenti di situ, dan setiap tahun semakin banyak usaha dilakukan untuk mencari cara baru untuk mendapatkan tenaga. Sekiranya tenaga panas bumi diperoleh dengan sederhana, maka beberapa kaedah tidak begitu mudah. Sebagai contoh, sebagai sumber tenaga, sangat mungkin menggunakan gas biologi, yang diperoleh daripada sampah yang busuk. Ia boleh digunakan untuk memanaskan rumah dan memanaskan air.
Semakin banyak, pembangkit tenaga pasang surut sedang dibangun, ketika bendungan dan turbin dipasang di mulut takungan, yang masing-masing didorong oleh surut dan aliran, elektrik diperoleh.
Membakar sampah, kita mendapat tenaga
Kaedah lain, yang sudah digunakan di Jepun, adalah penciptaan insinerator. Hari ini mereka dibina di England, Itali, Denmark, Jerman, Perancis, Belanda dan Amerika Syarikat, tetapi hanya di Jepun syarikat-syarikat ini mulai digunakan bukan hanya untuk tujuan yang dimaksudkan, tetapi juga untuk menghasilkan elektrik. Kilang tempatan membakar 2/3 daripada semua sisa, sementara kilang dilengkapi dengan turbin wap. Oleh itu, mereka membekalkan haba dan elektrik ke kawasan sekitarnya. Pada masa yang sama, dari segi kos, jauh lebih menguntungkan untuk membina perusahaan seperti daripada membina CHP.
Prospek penggunaan panas bumi di mana gunung berapi tertumpu kelihatan lebih menggoda. Dalam hal ini, tidak perlu menggerudi Bumi terlalu dalam, kerana pada kedalaman 300-500 meter suhu sekurang-kurangnya dua kali ganda dari titik didih air.
Terdapat juga kaedah untuk menjana elektrik sebagai tenaga hidrogen. Hidrogen - unsur kimia paling sederhana dan ringan - dapat dianggap sebagai bahan bakar yang ideal, kerana ia dijumpai di mana terdapat air. Sekiranya anda membakar hidrogen, anda boleh mendapatkan air, yang terurai menjadi oksigen dan hidrogen. Api hidrogen itu sendiri tidak berbahaya, iaitu tidak akan membahayakan alam sekitar. Keistimewaan elemen ini ialah ia mempunyai nilai kalori yang tinggi.
Apa yang akan datang?
Sudah tentu, tenaga medan magnet Bumi atau yang diperoleh di loji tenaga nuklear tidak dapat memenuhi semua keperluan manusia, yang terus bertambah setiap tahun. Namun, para pakar mengatakan bahawa tidak ada alasan untuk bimbang, kerana sumber bahan bakar planet ini masih cukup. Lebih-lebih lagi, semakin banyak sumber baru, mesra alam dan boleh diperbaharui, digunakan.
Masalah pencemaran alam sekitar masih ada, dan ia semakin berleluasa. Jumlah pelepasan berbahaya turun dari skala, masing-masing, udara yang kita hirup berbahaya, air mempunyai kekotoran berbahaya, dan tanah secara beransur-ansur habis. Itulah sebabnya sangat penting untuk melibatkan diri dalam kajian fenomena seperti tenaga di usus Bumi tepat waktu, untuk mencari cara untuk mengurangkan permintaan bahan bakar fosil dan menggunakan sumber tenaga tidak konvensional secara lebih aktif.
Sumber bahan mentah tenaga fosil terhad
Permintaan bahan mentah tenaga organik sangat besar di negara maju dan membangun industri (AS, Jepun, negara-negara Eropah yang bersatu, China, India, dll.). Pada masa yang sama, sumber hidrokarbon mereka sendiri di negara-negara ini tidak mencukupi atau dicadangkan, dan sebuah negara, misalnya, Amerika Syarikat, membeli bahan mentah tenaga di luar negara atau mengembangkan simpanan di negara lain.
Di Rusia, salah satu negara terkaya dari segi sumber tenaga, keperluan ekonomi untuk tenaga masih berpuas hati dengan kemungkinan menggunakan sumber semula jadi. Walau bagaimanapun, pengekstrakan hidrokarbon fosil dari tanah bawah tanah berjalan dengan cepat. Sekiranya pada tahun 1940-1960an. Kawasan penghasil minyak utama adalah "Baku Kedua" di wilayah Volga dan Ural, kemudian, mulai tahun 1970-an, dan hingga sekarang, kawasan seperti itu adalah Siberia Barat. Tetapi di sini juga, terdapat penurunan yang signifikan dalam pengeluaran hidrokarbon fosil. Era gas kering "kering" lenyap. Tahap sebelumnya pengembangan pengeluaran gas asli yang meluas telah berakhir. Pengambilannya dari simpanan gergasi seperti Medvezhye, Urengoyskoye dan Yamburgskoye masing-masing berjumlah 84, 65 dan 50%. Bahagian simpanan minyak yang baik untuk pembangunan juga menurun dari masa ke masa.
Oleh kerana penggunaan aktif bahan bakar hidrokarbon, simpanan minyak dan gas asli di darat telah menurun dengan ketara. Kini rizab utama mereka tertumpu di landasan benua. Dan walaupun asas sumber industri minyak dan gas masih mencukupi untuk pengeluaran minyak dan gas di Rusia dalam jumlah yang diperlukan, dalam waktu terdekat ini akan disediakan untuk tahap yang lebih besar melalui pengembangan ladang dengan perlombongan yang sukar dan keadaan geologi. Kos menghasilkan bahan mentah hidrokarbon akan terus meningkat.
Sebilangan besar sumber yang tidak boleh diperbaharui yang diambil dari tanah digunakan sebagai bahan bakar untuk loji janakuasa. Pertama sekali, ia adalah gas asli, yang bahagiannya dalam struktur bahan bakar adalah 64%.
Di Rusia, 70% elektrik dijana di loji tenaga terma. Perusahaan tenaga di negara ini membakar kira-kira 500 juta tan bahan bakar setara setiap tahun. untuk menjana elektrik dan haba, sementara untuk pengeluaran haba, bahan bakar hidrokarbon digunakan 3-4 kali lebih banyak daripada untuk penjanaan elektrik.
Jumlah haba yang diperolehi dari pembakaran jumlah bahan mentah hidrokarbon ini setara dengan penggunaan beratus-ratus tan bahan bakar nuklear - perbezaannya sangat besar. Namun, tenaga nuklear memerlukan keselamatan alam sekitar (untuk mengecualikan kekambuhan Chernobyl) dan perlindungannya dari kemungkinan serangan pengganas, serta pelaksanaan penonaktifan unit kuasa NPP yang usang dan ketinggalan zaman yang selamat dan mahal. Rizab uranium yang dapat dipulihkan yang terbukti di dunia adalah sekitar 3 juta 400 ribu tan. Untuk keseluruhan tempoh sebelumnya (hingga 2007), sekitar 2 juta tan ditambang.
