Energia geotérmica
Já pelo nome fica claro que representa o calor do interior da terra. Sob a crosta terrestre existe uma camada de magma, que é uma fusão de silicato líquido ardente. Segundo dados da pesquisa, o potencial energético desse calor é muito maior do que a energia das reservas mundiais de gás natural, além do petróleo. Magma - lava vem à superfície. Além disso, a maior atividade é observada nas camadas da terra em que se situam os limites das placas tectônicas, bem como onde a crosta terrestre é caracterizada pela finura. A energia geotérmica da terra é obtida da seguinte forma: a lava e os recursos hídricos do planeta entram em contato, fazendo com que a água comece a aquecer bruscamente. Isso leva à erupção de um gêiser, a formação dos chamados lagos quentes e correntes subaquáticas. Isto é, precisamente para aqueles fenômenos naturais, cujas propriedades são ativamente usadas como uma fonte inesgotável de energia.
Energia petrotérmica
No momento, o calor do interior da Terra é amplamente utilizado no mundo, e é principalmente a energia de poços rasos - até 1 km. Para fornecer eletricidade, calor ou água quente, trocadores de calor de fundo de poço operando em líquidos com baixo ponto de ebulição (por exemplo, freon) são instalados.
Hoje em dia, o uso de um trocador de calor de poço é a forma mais racional de produzir calor. Tem a seguinte aparência: o refrigerante circula em um circuito fechado. O aquecido sobe ao longo de um tubo abaixado concentricamente, liberando seu calor, após o qual, resfriado, é bombeado para dentro da caixa com o auxílio de uma bomba.
O uso da energia do interior da Terra é baseado em um fenômeno natural - à medida que se aproxima do centro da Terra, a temperatura da crosta terrestre e do manto aumenta. A um nível de 2-3 km da superfície do planeta, atinge mais de 100 ° С, aumentando em média 20 ° С a cada quilômetro subsequente. A 100 km de profundidade, a temperatura chega a 1300-1500 ºС.
Fontes geotérmicas artificiais
A energia contida nas entranhas da terra deve ser usada com sabedoria. Por exemplo, existe uma ideia para criar caldeiras subterrâneas. Para isso, é necessário perfurar dois poços com profundidade suficiente, que serão conectados no fundo. Ou seja, verifica-se que em quase todos os cantos do terreno é possível obter energia geotérmica industrialmente: a água fria será bombeada para o reservatório por um poço e a água quente ou vapor será extraída pelo segundo. As fontes de calor artificial serão benéficas e racionais se o calor resultante fornecer mais energia. O vapor pode ser direcionado para geradores de turbina, que irão gerar eletricidade.
Claro, o calor selecionado é apenas uma fração do que está disponível nas reservas totais. Mas deve ser lembrado que o calor profundo irá se reabastecer constantemente devido aos processos de decadência radioativa, compressão de rochas, estratificação das entranhas. Segundo os especialistas, a crosta terrestre acumula calor, cuja quantidade total é 5.000 vezes maior do que o valor calorífico de todos os recursos fósseis da Terra como um todo. Acontece que o tempo de operação dessas estações geotérmicas criadas artificialmente pode ser ilimitado.
Métodos de coleta de recursos energéticos da Terra
Hoje, existem três métodos principais de captação de energia geotérmica: vapor seco, água quente e ciclo binário. O processo de vapor seco gira diretamente os acionamentos da turbina dos geradores de energia. A água quente entra de baixo para cima e é borrifada no tanque para criar vapor para acionar as turbinas.Esses dois métodos são os mais comuns, gerando centenas de megawatts de eletricidade nos Estados Unidos, Islândia, Europa, Rússia e outros países. Mas a localização é limitada, pois essas fábricas operam apenas em regiões tectônicas onde é mais fácil o acesso à água aquecida.
Com a tecnologia de ciclo binário, a água morna (não necessariamente quente) é extraída para a superfície e combinada com butano ou pentano, que tem baixo ponto de ebulição. Esse líquido é bombeado por um trocador de calor, onde é vaporizado e enviado por uma turbina antes de ser recirculado de volta ao sistema. A tecnologia de ciclo binário fornece dezenas de megawatts de eletricidade nos Estados Unidos: Califórnia, Nevada e nas Ilhas Havaianas.
O princípio de obtenção de energia
Desvantagens de obter energia geotérmica
Em um nível de serviço público, as usinas geotérmicas são caras de construir e operar. Encontrar um local adequado requer levantamentos de poços caros, sem garantia de atingir um ponto quente subterrâneo produtivo. No entanto, os analistas esperam que essa capacidade quase dobre nos próximos seis anos.
Além disso, as áreas com alta temperatura da fonte subterrânea estão localizadas em áreas com vulcões geológicos ativos. Esses "pontos quentes" se formaram nos limites das placas tectônicas em locais onde a crosta é bastante fina. A região do Pacífico é frequentemente referida como o anel de fogo de muitos vulcões com muitos pontos de acesso, incluindo Alasca, Califórnia e Oregon. Nevada tem centenas de pontos de acesso que cobrem a maior parte do norte dos Estados Unidos.
Existem também outras regiões sismicamente ativas. Os terremotos e o movimento do magma permitem que a água circule. Em alguns lugares, a água sobe à superfície e ocorrem fontes termais naturais e gêiseres, como em Kamchatka. A água nos gêiseres de Kamchatka chega a 95 ° C.
Um dos problemas com os sistemas de gêiseres abertos é a liberação de certos poluentes atmosféricos. O sulfeto de hidrogênio é um gás tóxico com um cheiro de "ovo podre" muito reconhecível - uma pequena quantidade de arsênico e minerais liberados com o vapor. O sal também pode representar um problema ambiental.
Em usinas geotérmicas offshore, uma quantidade significativa de sal interferente se acumula nas tubulações. Em sistemas fechados, não há emissões e todo o líquido trazido à superfície é devolvido.
O potencial econômico do recurso energético
Os pontos quentes não são os únicos locais onde a energia geotérmica pode ser encontrada. Há um suprimento constante de calor utilizável para fins de aquecimento direto em qualquer lugar de 4 metros a vários quilômetros abaixo da superfície de praticamente qualquer lugar na terra. Até mesmo um terreno em seu próprio quintal ou escola local tem potencial econômico na forma de calor para ser bombeado para sua casa ou outros edifícios.
Além disso, existe uma grande quantidade de energia térmica em formações rochosas secas muito profundas abaixo da superfície (4-10 km).
O uso de novas tecnologias pode expandir os sistemas geotérmicos, onde os humanos podem usar esse calor para gerar eletricidade em uma escala muito maior do que as tecnologias convencionais. Os primeiros projetos de demonstração deste princípio de geração de eletricidade foram mostrados nos Estados Unidos e na Austrália em 2013.
Se todo o potencial econômico dos recursos geotérmicos puder ser realizado, isso representará uma grande fonte de eletricidade para as instalações de produção. Os cientistas sugerem que as fontes geotérmicas convencionais têm um potencial de 38.000 MW, que podem produzir 380 milhões de MW de eletricidade por ano.
Rochas quentes e secas ocorrem em profundidades de 5 a 8 km em todos os lugares no subsolo e em profundidades mais rasas em certos lugares.O acesso a esses recursos envolve a introdução de água fria circulando nas rochas quentes e a retirada da água aquecida. Atualmente não há aplicação comercial para esta tecnologia. As tecnologias existentes ainda não permitem recuperar a energia térmica diretamente do magma, muito profundamente, mas este é o recurso mais poderoso de energia geotérmica.
Com a combinação de recursos energéticos e sua consistência, a energia geotérmica pode desempenhar um papel insubstituível como um sistema de energia mais limpo e sustentável.
Características das fontes
Fontes que fornecem energia geotérmica são quase impossíveis de usar por completo. Eles existem em mais de 60 países do mundo, com a maioria dos vulcões terrestres no Anel de Fogo Vulcânico do Pacífico. Mas, na prática, verifica-se que as fontes geotérmicas em diferentes regiões do mundo são completamente diferentes em suas propriedades, a saber, temperatura média, mineralização, composição do gás, acidez e assim por diante.
Gêiseres são fontes de energia na Terra, cuja peculiaridade é que eles vomitam água fervente em intervalos regulares. Após a erupção, a piscina fica sem água, no seu fundo pode-se ver um canal que vai fundo no solo. Gêiseres são usados como fontes de energia em regiões como Kamchatka, Islândia, Nova Zelândia e América do Norte, e gêiseres solitários são encontrados em várias outras áreas.
Indústria e habitação e serviços comunitários
Em novembro de 2014, a maior usina geotérmica do mundo na época começou a operar no Quênia. O segundo maior está localizado na Islândia - é Hellisheid, que obtém calor de fontes próximas ao vulcão Hengiedl.
Outros países que usam energia geotérmica em escala industrial: EUA, Filipinas, Rússia, Japão, Costa Rica, Turquia, Nova Zelândia, etc.
Existem quatro esquemas principais para a produção de energia no GeoTPP:
- em linha reta, quando o vapor é direcionado através de tubulações para turbinas conectadas a geradores de energia;
- indireto, semelhante ao anterior em tudo, exceto que antes de entrar nas tubulações, o vapor é limpo de gases;
- binário - não água ou vapor é usado como calor de trabalho, mas outro líquido com baixo ponto de ebulição;
- misto - semelhante à linha reta, mas após a condensação, os gases não dissolvidos são removidos da água.
Em 2009, uma equipe de pesquisadores em busca de recursos geotérmicos exploráveis atingiu magma derretido com apenas 2,1 km (5 mi) de profundidade. Essa queda no magma é muito rara, este é apenas o segundo caso conhecido (o anterior ocorreu no Havaí em 2007).
Embora o tubo conectado ao magma nunca tenha sido conectado à usina de energia geotérmica de Krafla, os cientistas receberam resultados muito promissores. Até agora, todas as estações operacionais recebiam calor indiretamente, das rochas da Terra ou de águas subterrâneas.
De onde vem a energia?
O magma não resfriado está localizado muito próximo à superfície da Terra. Dele são liberados gases e vapores, que sobem e passam ao longo das fissuras. Misturando-se com as águas subterrâneas, provocam o seu aquecimento, transformam-se eles próprios em água quente, na qual se dissolvem muitas substâncias. Essa água é liberada para a superfície da terra na forma de várias fontes geotérmicas: fontes termais, fontes minerais, gêiseres e assim por diante. Segundo os cientistas, os intestinos quentes da Terra são cavernas ou câmaras conectadas por passagens, fendas e canais. Eles estão apenas cheios de água subterrânea, e muito perto deles estão as câmaras de magma. Dessa forma, a energia térmica da terra é formada de forma natural.
Energia hidrotérmica
A água que circula em grandes profundidades é aquecida a valores significativos. Em regiões sismicamente ativas, ele sobe à superfície ao longo de fissuras na crosta terrestre; em regiões calmas, pode ser removido por meio de poços.
O princípio de operação é o mesmo: a água aquecida sobe pelo poço, libera calor e retorna pelo segundo tubo. O ciclo é praticamente infinito e se renova enquanto o calor permanecer no interior da Terra.
Em algumas regiões sismicamente ativas, as águas quentes ficam tão perto da superfície que você pode ver em primeira mão como funciona a energia geotérmica. Uma foto das proximidades do vulcão Krafla (Islândia) mostra gêiseres que transmitem vapor para a usina geotérmica em operação.
Campo elétrico da terra
Existe outra fonte alternativa de energia na natureza, que se distingue pela renovabilidade, respeito ao meio ambiente e facilidade de uso. É verdade, até agora esta fonte está apenas sendo estudada e não aplicada na prática. Portanto, a energia potencial da Terra está escondida em seu campo elétrico. A energia pode ser obtida dessa forma estudando as leis básicas da eletrostática e as características do campo elétrico da Terra. Na verdade, nosso planeta do ponto de vista elétrico é um capacitor esférico carregado até 300.000 volts. Sua esfera interna tem carga negativa e a externa, a ionosfera, é positiva. A atmosfera da Terra é um isolante. Através dele há um fluxo constante de correntes iônicas e convectivas, que atingem uma força de muitos milhares de amperes. No entanto, a diferença de potencial entre as placas não diminui neste caso.
Isso sugere que existe um gerador na natureza, cuja função é suprir constantemente o vazamento de cargas das placas do capacitor. O papel desse gerador é desempenhado pelo campo magnético da Terra, que gira com o nosso planeta no fluxo do vento solar. A energia do campo magnético da Terra pode ser obtida apenas conectando um consumidor de energia a este gerador. Para fazer isso, você precisa realizar uma instalação de aterramento confiável.
Calor da Terra
(Para o final. Para o início, consulte Science and Life, No. 9, 2013)
Coletor para coleta de água termal de boro em Larderello (Itália), primeira metade do século XIX.
O motor e o inversor usados em Larderello em 1904 no primeiro experimento para produzir eletricidade geotérmica.
Diagrama esquemático do funcionamento de uma central térmica.
O princípio de operação do GeoPP em vapor seco. O vapor geotérmico de um poço de produção é passado diretamente por uma turbina a vapor. O mais simples dos esquemas existentes de operação GeoPP.
O princípio de funcionamento de um GeoPP com circuito indireto. Água quente subterrânea de um poço de produção é bombeada para um evaporador e o vapor resultante é fornecido para uma turbina.
O princípio de operação de um GeoPP binário. A água termal quente interage com outro líquido que atua como fluido de trabalho e tem um ponto de ebulição mais baixo.
O esquema do sistema petrotérmico. O sistema baseia-se na utilização de um gradiente de temperatura entre a superfície terrestre e seu subsolo, onde a temperatura é mais elevada.
Diagrama esquemático de um refrigerador e uma bomba de calor: 1 - condensador; 2 - acelerador (regulador de pressão); 3 - evaporador; 4 - compressor.
Mutnovskaya GeoPP em Kamchatka. No final de 2011, a capacidade instalada da central era de 50 MW, mas está prevista a ampliação para 80 MW. Foto de Tatiana Korobkova (Laboratório de Pesquisa de RES da Faculdade de Geografia da Universidade Estadual de Moscou Lomonosov.)
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O uso de energia geotérmica tem uma longa história. Um dos primeiros exemplos conhecidos é a Itália, local da província da Toscana, hoje Larderello, onde já no início do século XIX eram utilizadas as águas termais quentes locais, despejadas naturalmente ou extraídas de poços rasos. fins de energia.
Água subterrânea rica em boro foi usada aqui para obter ácido bórico. Inicialmente, esse ácido era obtido por evaporação em caldeiras de ferro, e lenha comum das florestas próximas era usada como combustível, mas em 1827 Francesco Larderel criou um sistema que funcionava com o calor das próprias águas. Paralelamente, a energia do vapor de água natural começou a ser utilizada para o funcionamento de sondas de perfuração e, no início do século XX, para aquecimento de casas e estufas locais. No mesmo local, em Larderello, em 1904, o vapor de água termal tornou-se uma fonte de energia para a geração de eletricidade.
Alguns outros países seguiram o exemplo da Itália no final do século 19 e início do século 20. Por exemplo, em 1892, as águas termais foram usadas pela primeira vez para aquecimento local nos Estados Unidos (Boise, Idaho), em 1919 no Japão e em 1928 na Islândia.
Nos Estados Unidos, a primeira usina hidrotérmica surgiu na Califórnia no início dos anos 1930, na Nova Zelândia em 1958, no México em 1959, na Rússia (a primeira usina geotérmica binária do mundo) em 1965 ...
Velho princípio em uma nova fonte
A geração de eletricidade requer uma temperatura mais alta da fonte hídrica do que para aquecimento - mais de 150 ° C. O princípio de operação de uma usina geotérmica (GeoPP) é semelhante ao princípio de operação de uma usina térmica convencional (TPP). Na verdade, uma usina geotérmica é uma espécie de usina térmica.
Em TPPs, via de regra, carvão, gás ou óleo combustível atuam como a principal fonte de energia e o vapor d'água atua como fluido de trabalho. Combustível, queimando, aquece a água a um estado de vapor, que gira uma turbina a vapor e gera eletricidade.
A diferença entre os GeoPPs é que a fonte primária de energia aqui é o calor do interior da Terra e o fluido de trabalho na forma de vapor é fornecido às pás da turbina de um gerador elétrico em uma forma "pronta" diretamente da produção Nós vamos.
Existem três esquemas principais de operação do GeoPP: direto, usando vapor seco (geotérmico); indireto, baseado em água hidrotérmica, e misto, ou binário.
O uso de um determinado esquema depende do estado de agregação e da temperatura do portador de energia.
O mais simples e, portanto, o primeiro dos esquemas dominados é a linha reta, na qual o vapor que sai do poço passa diretamente pela turbina. O primeiro GeoPP do mundo em Larderello também operou a vapor seco em 1904.
GeoPPs com esquema indireto de trabalho são os mais comuns em nosso tempo. Eles usam água quente subterrânea, que é bombeada para um evaporador sob alta pressão, onde parte dela é evaporada, e o vapor resultante faz girar uma turbina. Em alguns casos, dispositivos e circuitos adicionais são necessários para purificar a água geotérmica e o vapor de compostos agressivos.
O vapor gasto entra no poço de injeção ou é usado para aquecimento ambiente - neste caso, o princípio é o mesmo que durante a operação de uma CHP.
Nos GeoPPs binários, a água termal quente interage com outro líquido que atua como um fluido de trabalho com um ponto de ebulição mais baixo. Ambos os fluidos passam por um trocador de calor, onde a água termal evapora o fluido de trabalho, cujo vapor gira a turbina.
Esse sistema é fechado, o que resolve o problema das emissões para a atmosfera. Além disso, os fluidos de trabalho com um ponto de ebulição relativamente baixo tornam possível o uso de águas termais não muito quentes como fonte primária de energia.
Em todos os três esquemas, uma fonte hidrotérmica é explorada, mas a energia petrotérmica também pode ser usada para gerar eletricidade (para as diferenças entre energia hidrotérmica e petrotérmica, ver Ciência e Vida, nº 9, 2013).
O diagrama esquemático neste caso também é bastante simples. É necessário perfurar dois poços interligados - poços de injeção e poços de produção. A água é bombeada para o poço de injeção. Em profundidade, ele aquece, então a água aquecida ou vapor formado como resultado de forte aquecimento é alimentado através do poço de produção para a superfície. Além disso, tudo depende de como a energia petrotérmica é usada - para aquecimento ou geração de eletricidade. Um ciclo fechado é possível com a injeção de vapor residual e água de volta no poço de injeção ou outra forma de descarte.
A desvantagem de tal sistema é óbvia: para obter uma temperatura suficientemente alta do fluido de trabalho, é necessário perfurar poços a uma grande profundidade.E esses são custos sérios e o risco de perda significativa de calor quando o fluido sobe. Portanto, os sistemas petrotérmicos são ainda menos difundidos do que os hidrotérmicos, embora o potencial da energia petrotérmica seja ordens de magnitude maior.
Atualmente, a Austrália é líder na criação dos chamados sistemas de circulação petrotérmica (PCS). Além disso, essa direção da energia geotérmica está se desenvolvendo ativamente nos EUA, Suíça, Grã-Bretanha e Japão.
Presente de Lord Kelvin
A invenção em 1852 de uma bomba de calor pelo físico William Thompson (também conhecido como Lord Kelvin) deu à humanidade uma oportunidade real de usar o calor de baixo potencial das camadas superiores do solo. O sistema de bomba de calor, ou, como Thompson o chamou, o multiplicador de calor, é baseado no processo físico de transferência de calor do ambiente para o refrigerante. Na verdade, ele usa o mesmo princípio dos sistemas petrotérmicos. A diferença está na fonte de calor, a respeito da qual pode surgir uma questão terminológica: em que medida uma bomba de calor pode ser considerada um sistema geotérmico? O fato é que nas camadas superiores, a profundidades de dezenas - centenas de metros, as rochas e os fluidos nelas contidos são aquecidos não pelo calor profundo da terra, mas pelo sol. Assim, é o Sol, neste caso, a principal fonte de calor, embora seja retirado, como nos sistemas geotérmicos, da Terra.
O trabalho de uma bomba de calor baseia-se em um atraso no aquecimento e resfriamento do solo em relação à atmosfera, em decorrência do qual se forma um gradiente de temperatura entre a superfície e as camadas mais profundas, que retêm calor mesmo no inverno, semelhante ao o que acontece nos corpos d'água. O principal objetivo das bombas de calor é o aquecimento ambiente. Na verdade, é uma “geladeira reversa”. Tanto a bomba de calor quanto o refrigerador interagem com três componentes: o ambiente interno (no primeiro caso - a sala aquecida, no segundo - a câmara refrigerada do refrigerador), o ambiente externo - a fonte de energia e o refrigerante (refrigerante) , é também o transportador de calor que fornece transferência de calor ou frio.
Uma substância com baixo ponto de ebulição atua como um refrigerante, o que permite que ela retire calor de uma fonte que tem até uma temperatura relativamente baixa.
No refrigerador, o refrigerante líquido entra no evaporador por meio de um regulador de pressão (regulador de pressão), onde, devido a uma queda brusca de pressão, o líquido evapora. A evaporação é um processo endotérmico que requer absorção externa de calor. Como resultado, o calor é retirado das paredes internas do evaporador, o que proporciona um efeito de resfriamento na câmara do refrigerador. Além disso, do evaporador, o refrigerante é sugado para o compressor, onde retorna ao estado líquido de agregação. Este é um processo reverso que leva à liberação do calor removido para o ambiente externo. Como regra, ele é jogado na sala e a parte de trás da geladeira fica relativamente quente.
Uma bomba de calor funciona da mesma maneira, com a diferença de que o calor é retirado do ambiente externo e através do evaporador entra no ambiente interno - o sistema de aquecimento do ambiente.
Em uma bomba de calor real, a água é aquecida, passando por um circuito externo, colocada no solo ou em um reservatório e, em seguida, entra no evaporador.
No evaporador, o calor é transferido para um circuito interno preenchido com um refrigerante de baixo ponto de ebulição, que, ao passar pelo evaporador, passa do estado líquido ao gasoso, levando embora o calor.
Além disso, o refrigerante gasoso entra no compressor, onde é comprimido a alta pressão e temperatura, e entra no condensador, onde a troca de calor ocorre entre o gás quente e o refrigerante do sistema de aquecimento.
O compressor necessita de eletricidade para funcionar, porém a relação de transformação (relação entre energia consumida e gerada) nos sistemas modernos é alta o suficiente para garantir sua eficiência.
Atualmente, as bombas de calor são amplamente utilizadas para aquecimento de ambientes, principalmente em países economicamente desenvolvidos.
Energia ecocorreta
A energia geotérmica é considerada amiga do ambiente, o que geralmente é verdade. Em primeiro lugar, utiliza um recurso renovável e praticamente inesgotável. A energia geotérmica não requer grandes áreas, ao contrário de grandes usinas hidrelétricas ou parques eólicos, e não polui a atmosfera, ao contrário da energia de hidrocarbonetos. Em média, um GeoPP ocupa 400 m2 em termos de 1 GW de eletricidade gerada. O mesmo valor para uma usina a carvão, por exemplo, é 3600 m2. As vantagens ecológicas dos GeoPPs também incluem baixo consumo de água - 20 litros de água doce por 1 kW, enquanto os TPPs e NPPs requerem cerca de 1000 litros. Note que estes são indicadores ambientais do GeoPP "médio".
Mas ainda existem efeitos colaterais negativos. Dentre elas, destacam-se o ruído, a poluição térmica da atmosfera e a poluição química - água e solo, bem como a formação de resíduos sólidos.
A principal fonte de poluição química do meio ambiente são as próprias águas termais (com alta temperatura e mineralização), que costumam conter grandes quantidades de compostos tóxicos, em relação aos quais há um problema de descarte de águas residuais e substâncias perigosas.
Os efeitos negativos da energia geotérmica podem ser rastreados em várias etapas, começando com a perfuração de poços. Aqui surgem os mesmos perigos de perfurar qualquer poço: destruição do solo e da cobertura vegetal, contaminação do solo e das águas subterrâneas.
Na fase de funcionamento do GeoPP, persistem os problemas de poluição ambiental. Fluidos térmicos - água e vapor - geralmente contêm dióxido de carbono (CO2), sulfeto de enxofre (H2S), amônia (NH3), metano (CH4), sal de cozinha (NaCl), boro (B), arsênio (As), mercúrio (Hg ) Quando liberados no meio ambiente, eles se tornam fontes de sua poluição. Além disso, um ambiente químico agressivo pode causar danos corrosivos às estruturas da Usina Geotérmica.
Ao mesmo tempo, as emissões de poluentes nos GeoPPs são, em média, menores do que nas TPPs. Por exemplo, as emissões de dióxido de carbono para cada quilowatt-hora de eletricidade gerada são de até 380 g em GeoPPs, 1.042 g - em UTEs a carvão, 906 g - em óleo combustível e 453 g - em UTEs a gás.
Surge a pergunta: o que fazer com as águas residuais? Com baixa salinidade, pode ser despejado em águas superficiais após o resfriamento. Outra forma é injetá-lo de volta no aqüífero por meio de um poço injetor, preferido e usado predominantemente hoje.
A extração de água termal de aqüíferos (bem como o bombeamento de água comum) pode causar subsidência e movimento do solo, outras deformações das camadas geológicas e micro-terremotos. A probabilidade de tais fenômenos, via de regra, é pequena, embora casos individuais tenham sido registrados (por exemplo, no GeoPP em Staufen im Breisgau na Alemanha).
Deve-se enfatizar que a maioria dos GeoPPs está localizada em áreas relativamente pouco povoadas e em países do Terceiro Mundo, onde as exigências ambientais são menos rigorosas do que em países desenvolvidos. Além disso, no momento o número de GeoPPs e suas capacidades são relativamente pequenos. Com um desenvolvimento mais amplo da energia geotérmica, os riscos ambientais podem aumentar e se multiplicar.
Quanto custa a energia da Terra?
Os custos de investimento para a construção de sistemas geotérmicos variam em uma faixa muito ampla - de $ 200 a $ 5.000 por 1 kW de capacidade instalada, ou seja, as opções mais baratas são comparáveis ao custo de construção de uma usina termelétrica. Dependem, em primeiro lugar, das condições de ocorrência das águas termais, de sua composição e do desenho do sistema. Perfurando a grandes profundidades, criando um sistema fechado com dois poços, a necessidade de purificação da água pode multiplicar o custo.
Por exemplo, os investimentos na criação de um sistema de circulação petrotérmica (PCS) são estimados em 1,6-4 mil dólares por 1 kW de capacidade instalada, o que excede o custo de construção de uma usina nuclear e é comparável ao custo de construção eólica e usinas de energia solar.
A vantagem econômica óbvia do GeoTPP é um portador de energia livre. Para efeito de comparação, na estrutura de custos de uma TPP ou NPP operacional, o combustível é responsável por 50-80% ou até mais, dependendo dos preços atuais da energia. Daí outra vantagem do sistema geotérmico: os custos operacionais são mais estáveis e previsíveis, uma vez que não dependem da conjuntura externa dos preços da energia. Em geral, os custos operacionais da usina geotérmica são estimados em 2-10 centavos (60 copeques - 3 rublos) por 1 kWh de capacidade produzida.
O segundo maior item de despesa (depois da energia) (e muito significativo) é, como regra, os salários do pessoal da fábrica, que podem diferir radicalmente entre países e regiões.
Em média, o custo de 1 kWh de energia geotérmica é comparável ao das UTEs (nas condições russas - cerca de 1 rublo / 1 kWh) e dez vezes maior do que o custo de geração de eletricidade em usinas hidrelétricas (5-10 kopecks / 1 kWh).
Parte da razão para o alto custo reside no fato de que, ao contrário das usinas termelétricas e hidráulicas, o GeoTPP tem uma capacidade relativamente pequena. Além disso, é necessário comparar sistemas localizados na mesma região e em condições semelhantes. Por exemplo, em Kamchatka, de acordo com especialistas, 1 kWh de eletricidade geotérmica custa 2 a 3 vezes mais barato do que a eletricidade produzida em usinas térmicas locais.
Os indicadores de eficiência econômica de um sistema geotérmico dependem, por exemplo, se é necessário descartar as águas residuais e de como isso é feito, se um uso combinado do recurso é possível. Dessa forma, elementos e compostos químicos extraídos da água termal podem gerar receita adicional. Lembremos o exemplo de Larderello: ali era a produção química que era primária, e o uso da energia geotérmica era inicialmente auxiliar.
Avanços de energia geotérmica
A energia geotérmica está se desenvolvendo de maneira um pouco diferente da eólica e solar. Atualmente, depende muito mais da natureza do próprio recurso, que difere fortemente por região, e as maiores concentrações estão ligadas a zonas estreitas de anomalias geotérmicas, associadas, via de regra, a áreas de desenvolvimento de falhas tectônicas. e vulcanismo (ver "Ciência e Vida" No. 9, 2013).
Além disso, a energia geotérmica tem menos capacidade tecnológica em comparação com a eólica, e ainda mais com a energia solar: os sistemas das estações geotérmicas são bastante simples.
Na estrutura total da produção mundial de eletricidade, o componente geotérmico representa menos de 1%, mas em algumas regiões e países sua participação chega a 25-30%. Devido à ligação com as condições geológicas, uma parte significativa das capacidades de energia geotérmica está concentrada nos países do terceiro mundo, onde se distinguem três grupos de maior desenvolvimento da indústria - as ilhas do Sudeste Asiático, América Central e África Oriental. As duas primeiras regiões estão incluídas no "cinturão de fogo da Terra" do Pacífico, a terceira está ligada ao Rift da África Oriental. Muito provavelmente, a energia geotérmica continuará a se desenvolver nesses cinturões. Uma perspectiva mais distante é o desenvolvimento da energia petrotérmica, aproveitando o calor das camadas da terra, situadas a vários quilômetros de profundidade. Este é um recurso quase onipresente, mas sua extração exige altos custos, portanto, a energia petrotérmica está se desenvolvendo principalmente nos países mais econômica e tecnologicamente poderosos.
Em geral, dada a distribuição onipresente de recursos geotérmicos e um nível aceitável de segurança ambiental, há razões para acreditar que a energia geotérmica tem boas perspectivas de desenvolvimento. Especialmente com a crescente ameaça de escassez de fontes tradicionais de energia e o aumento dos preços por elas.
De Kamchatka ao Cáucaso
Na Rússia, o desenvolvimento da energia geotérmica tem uma história bastante longa e, em várias posições, estamos entre os líderes mundiais, embora a participação da energia geotérmica no balanço energético total de um grande país ainda seja insignificante.
Duas regiões - Kamchatka e o Norte do Cáucaso - tornaram-se pioneiras e centros de desenvolvimento de energia geotérmica na Rússia, e se no primeiro caso se trata principalmente da indústria de energia elétrica, no segundo - do uso de energia térmica de água termal.
No Norte do Cáucaso - no Território de Krasnodar, Chechênia, Daguestão - o calor das águas termais para fins energéticos era usado antes mesmo da Grande Guerra Patriótica. Nas décadas de 1980 e 1990, o desenvolvimento da energia geotérmica na região por razões óbvias estagnou e ainda não saiu de um estado de estagnação. No entanto, o abastecimento de água geotérmica no norte do Cáucaso fornece calor para cerca de 500 mil pessoas e, por exemplo, a cidade de Labinsk no território de Krasnodar com uma população de 60 mil pessoas é totalmente aquecida por águas geotérmicas.
Em Kamchatka, a história da energia geotérmica está associada principalmente à construção de usinas geotérmicas. O primeiro deles, ainda operando estações Pauzhetskaya e Paratunskaya, foi construído em 1965-1967, enquanto o Paratunskaya GeoPP com capacidade de 600 kW se tornou a primeira estação do mundo com ciclo binário. Foi o desenvolvimento dos cientistas soviéticos S.S.Kutateladze e A.M. Rosenfeld do Instituto de Termofísica do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências, que em 1965 recebeu um certificado de autor para a extração de eletricidade da água a uma temperatura de 70 ° C. Essa tecnologia mais tarde se tornou um protótipo para mais de 400 GeoPPs binários no mundo.
A capacidade do Pauzhetskaya GeoPP, comissionado em 1966, era inicialmente de 5 MW e posteriormente foi aumentada para 12 MW. Atualmente, está em construção um bloco binário na estação, que aumentará sua capacidade em mais 2,5 MW.
O desenvolvimento da energia geotérmica na URSS e na Rússia foi prejudicado pela disponibilidade de fontes de energia tradicionais - petróleo, gás, carvão, mas nunca parou. As maiores instalações de energia geotérmica no momento são o GeoPP Verkhne-Mutnovskaya com uma capacidade total de unidades de energia de 12 MW, comissionado em 1999, e o GeoPP Mutnovskaya com uma capacidade de 50 MW (2002).
Os GeoPPs Mutnovskaya e Verkhne-Mutnovskaya são objetos únicos não apenas para a Rússia, mas também em escala global. As estações estão localizadas no sopé do vulcão Mutnovsky, a uma altitude de 800 metros acima do nível do mar, e operam em condições climáticas extremas, onde é inverno de 9 a 10 meses por ano. Os equipamentos dos GeoPPs Mutnovsky, atualmente um dos mais modernos do mundo, são totalmente desenvolvidos em empresas nacionais de engenharia de energia.
Atualmente, a participação das usinas de Mutnovskie na estrutura total de consumo de energia do hub de energia Central Kamchatka é de 40%. Um aumento de capacidade está planejado nos próximos anos.
Separadamente, deve ser dito sobre os desenvolvimentos petrotérmicos russos. Ainda não temos grandes DSPs, mas existem tecnologias avançadas para perfurar em grandes profundidades (cerca de 10 km), que também não têm análogos no mundo. Seu desenvolvimento posterior permitirá reduzir drasticamente o custo de criação de sistemas petrotérmicos. Os desenvolvedores dessas tecnologias e projetos são N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Instituto Geológico, RAS), A. S. Nekrasov (Instituto de Previsão Econômica, RAS) e especialistas da Kaluga Turbine Works. O projeto de um sistema de circulação petrotérmica na Rússia está atualmente em fase experimental.
Existem perspectivas para a energia geotérmica na Rússia, embora relativamente distantes: neste momento, o potencial é bastante grande e as posições da energia tradicional são fortes. Ao mesmo tempo, em várias regiões remotas do país, o uso de energia geotérmica é economicamente lucrativo e está em alta até agora. São territórios com alto potencial geoenergético (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - a parte russa do "cinturão de fogo da Terra" do Pacífico, as montanhas da Sibéria do Sul e o Cáucaso) e ao mesmo tempo remotos e isolados do abastecimento centralizado de energia.
Provavelmente, nas próximas décadas, a energia geotérmica em nosso país se desenvolverá justamente nessas regiões.
Fontes renováveis
À medida que a população de nosso planeta cresce continuamente, precisamos cada vez mais de energia para sustentar a população. A energia contida nas entranhas da Terra pode ser muito diferente. Por exemplo, existem fontes renováveis: energia eólica, solar e hídrica. Eles são ecologicamente corretos e, portanto, você pode usá-los sem medo de causar danos ao meio ambiente.
Energia da água
Este método foi usado por muitos séculos. Hoje, um grande número de represas, reservatórios foram construídos, nos quais a água é usada para gerar eletricidade. A essência desse mecanismo é simples: sob a influência do fluxo do rio, as rodas das turbinas giram, respectivamente, a energia da água é convertida em energia elétrica.
Hoje existe um grande número de usinas hidrelétricas que convertem a energia do fluxo de água em eletricidade. A peculiaridade desse método é que os recursos hidrelétricos são renovados, respectivamente, tais estruturas têm baixo custo. É por isso que, apesar de a construção de usinas hidrelétricas já ocorrer há bastante tempo, e o processo em si ser muito caro, essas estruturas superam significativamente as indústrias intensivas em energia.
Energia do sol: moderna e preparada para o futuro
A energia solar é obtida por meio de painéis solares, mas as tecnologias modernas permitem o uso de novos métodos para isso. A maior usina solar do mundo é um sistema construído no deserto da Califórnia. Ele fornece energia total para 2.000 casas. O projeto funciona da seguinte maneira: os raios solares são refletidos nos espelhos, que são enviados para a caldeira central com água. Ele ferve e se transforma em vapor que move a turbina. Ela, por sua vez, está ligada a um gerador elétrico. O vento também pode ser usado como a energia que a Terra nos dá. O vento sopra as velas, gira os moinhos. E agora ele pode ser usado para criar dispositivos que irão gerar energia elétrica. Ao girar as pás do moinho de vento, ele aciona o eixo da turbina, que, por sua vez, é conectado a um gerador elétrico.
Formulários
A exploração da energia geotérmica remonta ao século XIX. A primeira foi a experiência de italianos residentes na província da Toscana, que utilizaram água quente de fontes para aquecimento. Com a ajuda dela, novas sondas de perfuração de poços funcionaram.
A água da Toscana é rica em boro e, quando evaporada, transformada em ácido bórico, as caldeiras funcionam com o calor de suas próprias águas. No início do século 20 (1904), os toscanos foram mais longe e lançaram uma usina a vapor. O exemplo dos italianos tornou-se uma experiência importante para os EUA, Japão, Islândia.
Agricultura e horticultura
A energia geotérmica é usada na agricultura, saúde e residências em 80 países ao redor do mundo.
A primeira coisa que a água termal foi e serve é o aquecimento de estufas e estufas, o que possibilita a colheita de hortaliças, frutas e flores mesmo no inverno. Água quente também era útil para regar.
O cultivo em hidroponia é considerado uma direção promissora para os produtores agrícolas.Algumas fazendas de peixes usam água aquecida em reservatórios artificiais para criar alevinos e peixes.
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Essas tecnologias são comuns em Israel, Quênia, Grécia, México.
Indústria e habitação e serviços comunitários
Há mais de um século, o vapor térmico quente já era a base para a geração de eletricidade. Desde então, atende a indústria e serviços públicos.
Na Islândia, 80% das moradias são aquecidas por água termal.
Três esquemas de produção de eletricidade foram desenvolvidos:
- Linha reta usando vapor d'água. O mais simples: é usado onde há acesso direto aos vapores geotérmicos.
- Indireto, não usa vapor, mas água. É alimentado ao evaporador, convertido em vapor por método técnico e enviado ao turbogerador.
A água requer purificação adicional, pois contém compostos agressivos que podem destruir os mecanismos de funcionamento. O vapor residual, mas ainda não resfriado, é adequado para necessidades de aquecimento.
- Misto (binário). A água substitui o combustível, que aquece outro fluido com maior transferência de calor. Ele aciona a turbina.
O sistema binário emprega uma turbina, que é ativada pela energia da água aquecida.
A energia hidrotérmica é usada pelos EUA, Rússia, Japão, Nova Zelândia, Turquia e outros países.
Sistemas de aquecimento geotérmico para casa
Um transportador de calor aquecido a +50 - 600C é adequado para aquecimento de habitações, a energia geotérmica atende a esse requisito. Cidades com uma população de várias dezenas de milhares de pessoas podem ser aquecidas pelo calor do interior da Terra. Por exemplo: o aquecimento da cidade de Labinsk, Território de Krasnodar, funciona com combustível natural terrestre.
Diagrama de um sistema geotérmico para aquecimento de uma casa
Não há necessidade de perder tempo e energia aquecendo água e construindo uma sala de caldeira. O refrigerante é retirado diretamente da fonte do gêiser. A mesma água também é adequada para o abastecimento de água quente. No primeiro e no segundo casos, é submetida à necessária limpeza técnica e química preliminar.
A energia resultante custa duas a três vezes mais barata. Surgiram instalações para residências particulares. São mais caras do que as tradicionais caldeiras a combustível, mas no processo de operação justificam os custos.
As vantagens e desvantagens de usar energia geotérmica para aquecer uma casa.
Energia interna da Terra
Ele surgiu como resultado de vários processos, sendo os principais deles a acreção e a radioatividade. De acordo com os cientistas, a formação da Terra e sua massa ocorreu ao longo de vários milhões de anos, e isso aconteceu devido à formação de planetesimais. Eles ficaram juntos, respectivamente, a massa da Terra tornou-se mais e mais. Depois que nosso planeta começou a ter massa moderna, mas ainda sem atmosfera, corpos meteóricos e asteróides caíram sobre ele sem impedimentos. Este processo é precisamente chamado de acreção e levou à liberação de uma significativa energia gravitacional. E quanto maiores os corpos caíam no planeta, maior a quantidade de energia liberada, contida nas entranhas da Terra.
Essa diferenciação gravitacional levou ao fato de que as substâncias começaram a se estratificar: as substâncias pesadas simplesmente se afogaram e as leves e voláteis flutuaram. A diferenciação também afetou a liberação adicional de energia gravitacional.
Quase todas as propriedades físicas básicas da matéria da Terra dependem da temperatura. Dependendo da temperatura, a pressão muda na qual a substância passa do estado sólido para o estado fundido. Quando a temperatura muda, a viscosidade, a condutividade elétrica e as propriedades magnéticas das rochas que constituem a Terra mudam. Para imaginar o que está acontecendo dentro da Terra, devemos definitivamente conhecer seu estado térmico. Ainda não temos a oportunidade de medir diretamente as temperaturas em qualquer profundidade da Terra. Apenas os primeiros quilômetros da crosta terrestre estão disponíveis para nossas medições.Mas podemos determinar a temperatura interna da Terra indiretamente, com base em dados sobre o fluxo de calor da Terra.
A impossibilidade de verificação direta é, obviamente, uma dificuldade muito grande em muitas ciências da terra. No entanto, o desenvolvimento bem-sucedido de observações e teorias aproxima gradualmente nosso conhecimento da verdade.
Ciência moderna sobre o estado térmico e a história da Terra - geotérmica É uma ciência jovem. O primeiro estudo sobre geotérmica apareceu apenas em meados do século passado. William Thomson (Lord Kelvin), então ainda muito jovem cientista, físico, dedicou sua dissertação a determinar a idade da Terra a partir do estudo da distribuição e do movimento do calor no interior do planeta. Kelvin acreditava que a temperatura interna da Terra deveria diminuir com o tempo devido à formação e solidificação do planeta a partir da matéria derretida.
Definindo gradiente térmico - a taxa de aumento da temperatura com a profundidade - em minas e furos em diferentes profundidades, Kelvin chegou à conclusão de que a partir desses dados é possível assumir quanto tempo a Terra deve esfriar e, portanto, determinar a idade da Terra . De acordo com a estimativa de Kelvin, a temperatura nas profundidades mais próximas abaixo da superfície aumenta em 20-40 ° C para cada mil metros de profundidade. Acontece que a Terra esfriou ao seu estado atual em apenas algumas dezenas de milhões de anos. Mas isso não concorda de forma alguma com outros dados, por exemplo, com dados sobre a duração de muitas épocas geológicas conhecidas. O debate sobre essa questão continuou por meio século e colocou Kelvin em oposição a evolucionistas proeminentes como Charles Darwin e Thomas Huxley.
Kelvin baseou suas conclusões na ideia de que a Terra estava originalmente em um estado fundido e estava gradualmente esfriando. Essa hipótese tem dominado por décadas. No entanto, na virada do século 20, foram feitas descobertas que mudaram fundamentalmente a compreensão da natureza do fluxo de calor profundo da Terra e sua história térmica. Foi descoberta a radioatividade, começaram os estudos dos processos de liberação de calor durante o decaimento radioativo de alguns isótopos, tirou-se a conclusão de que as rochas que constituem a crosta terrestre contêm uma quantidade significativa de isótopos radioativos.
As medições diretas do fluxo de calor da Terra começaram há relativamente pouco tempo: primeiro nos continentes - em 1939 em poços profundos na África do Sul, no fundo dos oceanos depois - desde 1954, no Atlântico. Em nosso país, pela primeira vez, o fluxo de calor foi medido em poços profundos em Sochi e Matsesta. Nos últimos anos, o acúmulo de dados obtidos experimentalmente sobre fluxos de calor está ocorrendo com bastante rapidez.
Por que isso é feito? E ainda são necessárias novas e novas dimensões? Sim, muito necessário. A comparação das medições do fluxo de calor profundo realizadas em diferentes pontos do planeta mostra que a perda de energia em diferentes partes da superfície do planeta é diferente. Isso fala da heterogeneidade da crosta e do manto, torna possível julgar a natureza de muitos processos que ocorrem em várias profundidades inacessíveis aos nossos olhos sob a superfície da Terra e fornece uma chave para estudar o mecanismo de desenvolvimento do planeta e sua energia interna .
Quanto calor a Terra perde devido ao fluxo de calor das entranhas? Acontece que, em média, esse valor é pequeno - cerca de 0,06 watts por metro quadrado de superfície, ou cerca de 30 trilhões de watts em todo o planeta. A Terra recebe energia do Sol cerca de 4 mil vezes mais. E, claro, é o calor solar que desempenha um papel importante no estabelecimento da temperatura na superfície da Terra.
O calor liberado por um planeta em uma superfície do tamanho de um campo de futebol é aproximadamente igual ao calor que pode ser gerado por lâmpadas de 300 watts. Esse fluxo de energia parece insignificante, mas afinal, emana de toda a superfície da Terra e constantemente! A potência de todo o fluxo de calor proveniente das entranhas do planeta é cerca de 30 vezes maior do que a potência de todas as modernas usinas de energia do mundo.
Medição de profundidade fluxo de calor da Terra o processo é difícil e demorado. Através da crosta terrestre dura, o calor é conduzido para a superfície de forma condutiva, ou seja, por meio da propagação de vibrações térmicas. Portanto, a quantidade de calor que passa é igual ao produto Gradiente de temperatura (a taxa de aumento da temperatura com a profundidade) na condutividade térmica. Para determinar o fluxo de calor, é necessário conhecer essas duas quantidades. O gradiente de temperatura é medido com dispositivos sensíveis - sensores (termistores) em minas ou poços especialmente perfurados, a uma profundidade de várias dezenas a várias centenas de metros. A condutividade térmica das rochas é determinada pelo exame de amostras em laboratórios.
Medição o calor flui no fundo dos oceanos associado a dificuldades consideráveis: o trabalho deve ser feito debaixo de água em profundidades consideráveis. No entanto, também tem suas vantagens: não há necessidade de perfurar poços no fundo dos oceanos, porque os sedimentos costumam ser bastante moles e a longa sonda cilíndrica usada para medir a temperatura afunda facilmente vários metros em sedimentos moles.
Aqueles que estão envolvidos em geotérmica realmente precisam mapa de fluxo de calor para toda a superfície do planeta. Os pontos em que as medições do fluxo de calor já foram realizadas estão extremamente desigualmente distribuídos pela superfície da Terra. Nos mares e oceanos, as medições foram feitas duas vezes mais do que na terra. América do Norte, Europa e Austrália, os oceanos nas latitudes médias, foram estudados de forma bastante completa. E em outras partes da superfície da Terra, as medições ainda são poucas ou nada. No entanto, o volume atual de dados sobre o fluxo de calor da Terra já permite a construção de mapas generalizados, mas bastante confiáveis.
A liberação de calor das entranhas da Terra para a superfície é irregular. Em algumas áreas, a Terra emite mais calor do que a média global, em outras, a produção de calor é muito menor. "Pontos frios" ocorrem na Europa Oriental (Plataforma do Leste Europeu), Canadá (Escudo Canadense), Norte da África, Austrália, América do Sul, bacias de águas profundas dos oceanos Pacífico, Índico e Atlântico. Os pontos "quentes" e "quentes" - áreas de maior fluxo de calor - ocorrem nas regiões da Califórnia, Alpine Europe, Islândia, Mar Vermelho, East Pacific Rise e as dorsais submarinas de médio alcance dos oceanos Atlântico e Índico.
Energia Atômica
O uso da energia da terra pode acontecer de diferentes maneiras. Por exemplo, com a construção de usinas nucleares, quando a energia térmica é liberada devido à desintegração das menores partículas da matéria dos átomos. O principal combustível é o urânio, que está contido na crosta terrestre. Muitos acreditam que este método específico de obtenção de energia é o mais promissor, mas sua aplicação apresenta vários problemas. Primeiro, o urânio emite radiação que mata todos os organismos vivos. Além disso, se essa substância entrar no solo ou na atmosfera, ocorrerá um verdadeiro desastre causado pelo homem. Ainda vivemos as tristes consequências do acidente na usina nuclear de Chernobyl. O perigo está no fato de que os resíduos radioativos podem ameaçar todos os seres vivos por muito, muito tempo, milênios inteiros.
Primeira usina geotérmica
Todos estamos acostumados ao fato de que, há muitos anos, a energia era extraída de recursos naturais. E assim foi, mas mesmo antes disso, uma das primeiras usinas era geotérmica. Em geral, isso é muito lógico, já que a técnica funcionava na tração a vapor, e usar o vapor foi a decisão mais acertada. E na verdade o único na época, sem contar a queima de lenha e carvão.
Já em 1817, o conde François de Larderel desenvolveu uma tecnologia de coleta de vapor natural, que veio a calhar no século XX, quando a demanda por usinas geotérmicas tornou-se muito alta.
A primeira estação realmente funcional foi construída na cidade italiana de Larderello em 1904. Verdade, era mais um protótipo, já que só conseguia alimentar 4 lâmpadas, mas funcionou. Seis anos depois, em 1910, uma estação realmente funcional foi construída na mesma cidade, que poderia produzir energia suficiente para uso industrial.
Mesmo em lugares tão pitorescos, pode haver usinas geotérmicas.
Geradores experimentais foram construídos em muitos lugares, mas foi a Itália que manteve a liderança até 1958 e foi o único produtor industrial de energia geotérmica do mundo.
A liderança teve que ser abandonada depois que a usina Wairakei foi comissionada na Nova Zelândia. Foi a primeira usina geotérmica indireta. Alguns anos depois, instalações semelhantes foram abertas em outros países, incluindo os Estados Unidos com suas fontes na Califórnia.
A primeira usina geotérmica de tipo indireto foi construída na URSS em 1967. Nessa época, esse método de obtenção de energia começou a se desenvolver ativamente em todo o mundo. Principalmente em lugares como Alasca, Filipinas e Indonésia, que ainda estão entre os líderes na energia produzida dessa forma.
Novo tempo - novas ideias
Claro, as pessoas não param por aí e, a cada ano, mais e mais tentativas são feitas para encontrar novas formas de obter energia. Se a energia do calor da terra é obtida de maneira simples, alguns métodos não são tão simples. Por exemplo, como fonte de energia, é perfeitamente possível usar gás biológico, que é obtido a partir de resíduos em decomposição. Ele pode ser usado para aquecer casas e água.
Cada vez mais, as usinas das marés estão sendo construídas, quando barragens e turbinas são instaladas na boca dos reservatórios, que são acionados por vazante e fluxo, respectivamente, a eletricidade é obtida.
Queimando lixo, temos energia
Outro método, que já está sendo usado no Japão, é a criação de incineradores. Hoje são construídos na Inglaterra, Itália, Dinamarca, Alemanha, França, Holanda e Estados Unidos, mas somente no Japão esses empreendimentos passaram a ser utilizados não apenas para o fim a que se destinam, mas também para geração de eletricidade. As fábricas locais queimam 2/3 de todos os resíduos, enquanto as fábricas são equipadas com turbinas a vapor. Assim, eles fornecem calor e eletricidade para a área circundante. Ao mesmo tempo, em termos de custos, é muito mais lucrativo construir tal empresa do que construir uma CHP.
A perspectiva de usar o calor da Terra onde os vulcões estão concentrados parece mais tentadora. Neste caso, não é necessário perfurar muito profundamente a Terra, pois já a uma profundidade de 300-500 metros a temperatura será pelo menos o dobro do ponto de ebulição da água.
Existe também um método de geração de eletricidade como energia de hidrogênio. O hidrogênio - o elemento químico mais simples e leve - pode ser considerado um combustível ideal, pois é nele que existe água. Se você queimar hidrogênio, pode obter água, que se decompõe em oxigênio e hidrogênio. A própria chama de hidrogênio é inofensiva, ou seja, não haverá dano ao meio ambiente. A peculiaridade desse elemento é que ele possui um alto valor calorífico.
O que há no futuro?
É claro que a energia do campo magnético terrestre ou a que se obtém nas usinas nucleares não pode satisfazer plenamente todas as necessidades da humanidade, que crescem a cada ano. No entanto, especialistas afirmam que não há motivos para preocupação, pois os recursos combustíveis do planeta ainda são suficientes. Além disso, cada vez mais fontes novas, ecologicamente corretas e renováveis, estão sendo utilizadas.
O problema da poluição ambiental persiste e está crescendo catastroficamente. A quantidade de emissões prejudiciais sai da escala, respectivamente, o ar que respiramos é prejudicial, a água tem impurezas perigosas e o solo se esgota gradualmente. É por isso que é tão importante se engajar oportunamente no estudo de um fenômeno como a energia nas entranhas da Terra, a fim de buscar formas de reduzir a demanda por combustíveis fósseis e usar mais ativamente fontes de energia não tradicionais.
Recursos limitados de matérias-primas de energia fóssil
A demanda por matérias-primas de energia orgânica é grande em países industrialmente desenvolvidos e em desenvolvimento (EUA, Japão, Estados da Europa unida, China, Índia, etc.). Ao mesmo tempo, seus próprios recursos de hidrocarbonetos nesses países são insuficientes ou reservados, e um país, por exemplo, os Estados Unidos, compra matérias-primas de energia no exterior ou desenvolve depósitos em outros países.
Na Rússia, um dos países mais ricos em recursos energéticos, as necessidades econômicas de energia ainda são satisfeitas pelas possibilidades de uso dos recursos naturais. No entanto, a extração de hidrocarbonetos fósseis do subsolo está ocorrendo em um ritmo muito acelerado. Se na década de 1940-1960. As principais regiões produtoras de petróleo foram a "Segunda Baku" nas regiões do Volga e dos Urais, então, a partir da década de 1970, e até os dias atuais, essa área é a Sibéria Ocidental. Mas também aqui há uma diminuição significativa na produção de hidrocarbonetos fósseis. A era do gás "seco" do Cenomano está passando. A fase anterior de desenvolvimento extensivo da produção de gás natural chegou ao fim. Sua extração de depósitos gigantes como Medvezhye, Urengoyskoye e Yamburgskoye ascendeu a 84, 65 e 50%, respectivamente. A parcela das reservas de petróleo favoráveis ao desenvolvimento também diminui com o tempo.
Devido ao consumo ativo de combustíveis de hidrocarbonetos, as reservas onshore de petróleo e gás natural diminuíram significativamente. Agora suas principais reservas estão concentradas na plataforma continental. E embora a base de recursos da indústria de petróleo e gás ainda seja suficiente para a produção de petróleo e gás na Rússia nos volumes necessários, em um futuro próximo ela será fornecida em uma extensão cada vez maior por meio do desenvolvimento de campos com difícil mineração e condições geológicas. O custo de produção de matérias-primas de hidrocarbonetos continuará crescendo.
A maior parte dos recursos não renováveis extraídos do subsolo são usados como combustível para usinas de energia. Em primeiro lugar, é o gás natural, cuja participação na estrutura do combustível é de 64%.
Na Rússia, 70% da eletricidade é gerada em usinas termelétricas. As empresas de energia do país queimam cerca de 500 milhões de toneladas de combustível equivalente anualmente. t. para gerar eletricidade e calor, enquanto para a produção de calor, o combustível hidrocarboneto é consumido 3-4 vezes mais do que para a geração de eletricidade.
A quantidade de calor obtida com a combustão desses volumes de matéria-prima de hidrocarbonetos equivale ao uso de centenas de toneladas de combustível nuclear - a diferença é enorme. No entanto, a energia nuclear requer segurança ambiental (para excluir a recorrência de Chernobyl) e sua proteção contra possíveis ataques terroristas, bem como a implementação de desativação segura e cara de unidades de energia hidrelétricas desatualizadas e desatualizadas. As reservas comprovadas recuperáveis de urânio no mundo são de cerca de 3 milhões 400 mil toneladas Em todo o período anterior (até 2007), foram minerados cerca de 2 milhões de toneladas.
