พลังงานความร้อนใต้พิภพ: ข้อดีข้อเสีย แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

จากชื่อเป็นที่ชัดเจนว่ามันแสดงถึงความอบอุ่นของการตกแต่งภายในของโลก ใต้เปลือกโลกมีชั้นหินหนืดซึ่งเป็นซิลิเกตเหลวที่ลุกเป็นไฟละลาย จากข้อมูลการวิจัยศักยภาพพลังงานของความร้อนนี้สูงกว่าพลังงานของก๊าซธรรมชาติสำรองของโลกเช่นเดียวกับน้ำมัน หินหนืด - ลาวามาที่พื้นผิว ยิ่งไปกว่านั้นกิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดยังสังเกตได้ในชั้นเหล่านั้นของโลกซึ่งเป็นที่ตั้งของรอยต่อของแผ่นเปลือกโลกเช่นเดียวกับที่ที่เปลือกโลกมีลักษณะความบาง พลังงานความร้อนใต้พิภพของโลกได้มาจากวิธีต่อไปนี้ลาวาและแหล่งน้ำของโลกสัมผัสกันอันเป็นผลมาจากการที่น้ำเริ่มร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การปะทุของน้ำพุร้อนการก่อตัวของทะเลสาบร้อนและกระแสน้ำใต้น้ำ นั่นคืออย่างแม่นยำสำหรับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติเหล่านั้นคุณสมบัติที่ถูกใช้อย่างแข็งขันเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่รู้จักเหนื่อย

พลังงานใต้พิภพ

ในขณะนี้ความร้อนภายในของโลกถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในโลกและส่วนใหญ่เป็นพลังงานของบ่อน้ำตื้น - สูงถึง 1 กม. ในการจัดหาไฟฟ้าความร้อนหรือการจ่ายน้ำร้อนจะมีการติดตั้งตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ downhole ที่ทำงานกับของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ (เช่นฟรีออน)

ปัจจุบันการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลุมเจาะเป็นวิธีการผลิตความร้อนที่มีเหตุผลที่สุด ดูเหมือนว่าสารหล่อเย็นจะไหลเวียนในวงปิด ท่อที่ให้ความร้อนจะเพิ่มขึ้นตามท่อที่มีศูนย์กลางลดลงทำให้ความร้อนออกมาหลังจากนั้นระบายความร้อนจะถูกสูบเข้าไปในปลอกด้วยความช่วยเหลือของปั๊ม

การใช้พลังงานจากการตกแต่งภายในของโลกนั้นขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ - เมื่อมันเข้าใกล้แกนกลางของโลกอุณหภูมิของเปลือกโลกและเปลือกโลกจะสูงขึ้น ที่ระดับ 2-3 กม. จากพื้นผิวโลกมันถึงมากกว่า 100 °Сโดยเฉลี่ยเพิ่มขึ้น 20 °Сในแต่ละกิโลเมตรที่ตามมา ที่ความลึก 100 กม. อุณหภูมิสูงถึง 1300-1500 ºС

น้ำพุร้อนใต้พิภพเทียม

ต้องใช้พลังงานที่มีอยู่ในบาดาลของโลกอย่างชาญฉลาด ตัวอย่างเช่นมีความคิดที่จะสร้างหม้อไอน้ำใต้ดิน ในการทำเช่นนี้คุณต้องเจาะสองหลุมที่มีความลึกเพียงพอซึ่งจะเชื่อมต่อที่ด้านล่าง นั่นคือปรากฎว่าในเกือบทุกมุมของแผ่นดินเป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานความร้อนใต้พิภพในเชิงอุตสาหกรรม: น้ำเย็นจะถูกสูบเข้าไปในอ่างเก็บน้ำผ่านบ่อหนึ่งและน้ำร้อนหรือไอน้ำจะถูกแยกออกผ่านทางที่สอง แหล่งความร้อนเทียมจะเป็นประโยชน์และมีเหตุผลหากความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นให้พลังงานมากขึ้น สามารถนำไอน้ำไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันซึ่งจะผลิตกระแสไฟฟ้า

แน่นอนว่าความร้อนที่เลือกเป็นเพียงเศษเสี้ยวของสิ่งที่มีอยู่ในปริมาณสำรองทั้งหมด แต่ควรจำไว้ว่าความร้อนลึกจะเติมเต็มอย่างต่อเนื่องเนื่องจากกระบวนการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีการบีบอัดของหินการแบ่งชั้นของบาดาล ตามที่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าเปลือกโลกสะสมความร้อนจำนวนทั้งหมดซึ่งสูงกว่ามูลค่าความร้อนของทรัพยากรฟอสซิลทั้งหมดของโลกโดยรวมถึง 5,000 เท่า ปรากฎว่าเวลาปฏิบัติการของสถานีความร้อนใต้พิภพที่สร้างขึ้นเทียมนั้นสามารถทำได้ไม่ จำกัด

วิธีการรวบรวมทรัพยากรพลังงานของโลก

วันนี้มีสามวิธีหลักในการเก็บเกี่ยวพลังงานความร้อนใต้พิภพ: ไอน้ำแห้งน้ำร้อนและวัฏจักรไบนารี กระบวนการอบไอน้ำแห้งจะหมุนไดรฟ์กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง น้ำร้อนเข้าจากด้านล่างขึ้นด้านบนจากนั้นพ่นเข้าไปในถังเพื่อสร้างไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนกังหันสองวิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดโดยสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้หลายร้อยเมกะวัตต์ในสหรัฐอเมริกาไอซ์แลนด์ยุโรปรัสเซียและประเทศอื่น ๆ แต่สถานที่มี จำกัด เนื่องจากโรงงานเหล่านี้ดำเนินการเฉพาะในบริเวณเปลือกโลกซึ่งสามารถเข้าถึงน้ำอุ่นได้ง่ายกว่า

ด้วยเทคโนโลยีวงจรไบนารีน้ำอุ่น (ไม่จำเป็นต้องร้อน) จะถูกดึงออกมาที่พื้นผิวและรวมกับบิวเทนหรือเพนเทนซึ่งมีจุดเดือดต่ำ ของเหลวนี้ถูกสูบผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งจะกลายเป็นไอและส่งผ่านกังหันก่อนที่จะหมุนเวียนกลับเข้าสู่ระบบ เทคโนโลยีวงจรไบนารีให้พลังงานไฟฟ้าหลายสิบเมกะวัตต์ในสหรัฐอเมริกาแคลิฟอร์เนียเนวาดาและหมู่เกาะฮาวาย

หลักการได้รับพลังงาน

ข้อเสียของการได้รับพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ในระดับสาธารณูปโภคโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพมีราคาแพงในการสร้างและดำเนินการ การค้นหาสถานที่ที่เหมาะสมต้องใช้การสำรวจที่มีค่าใช้จ่ายสูงโดยไม่มีการรับประกันว่าจะไปชนจุดร้อนใต้ดินที่มีประสิทธิผล อย่างไรก็ตามนักวิเคราะห์คาดว่าความสามารถนี้จะเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าในช่วงหกปีข้างหน้า

นอกจากนี้พื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงของแหล่งใต้ดินยังตั้งอยู่ในบริเวณที่มีภูเขาไฟทางธรณีวิทยาที่ยังคุกรุ่นอยู่ "จุดร้อน" เหล่านี้ก่อตัวขึ้นที่รอยต่อของแผ่นเปลือกโลกในบริเวณที่เปลือกโลกค่อนข้างบาง ภูมิภาคแปซิฟิกมักเรียกกันว่าวงแหวนแห่งไฟของภูเขาไฟหลายแห่งที่มีฮอตสปอตหลายแห่งรวมถึงอลาสก้าแคลิฟอร์เนียและโอเรกอน เนวาดามีฮอตสปอตหลายร้อยแห่งครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ทางตอนเหนือของสหรัฐอเมริกา

นอกจากนี้ยังมีพื้นที่ที่เกิดแผ่นดินไหวอื่น ๆ แผ่นดินไหวและการเคลื่อนตัวของหินหนืดทำให้น้ำไหลเวียนได้ ในบางแห่งน้ำขึ้นสู่ผิวน้ำและมีน้ำพุร้อนและน้ำพุร้อนตามธรรมชาติเกิดขึ้นเช่นในคัมชัตกา น้ำในน้ำพุร้อน Kamchatka สูงถึง 95 ° C

ปัญหาอย่างหนึ่งของระบบน้ำพุร้อนแบบเปิดคือการปล่อยมลพิษทางอากาศบางอย่าง ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นก๊าซพิษที่มีกลิ่น "ไข่เน่า" ซึ่งเป็นที่รู้จักมากซึ่งก็คือสารหนูและแร่ธาตุจำนวนเล็กน้อยที่ปล่อยออกมาด้วยไอน้ำ เกลืออาจก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมได้เช่นกัน

ในโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพนอกชายฝั่งเกลือรบกวนจำนวนมากสะสมอยู่ในท่อ ในระบบปิดจะไม่มีการปล่อยมลพิษและของเหลวทั้งหมดที่นำขึ้นสู่ผิวน้ำจะถูกส่งกลับ

ศักยภาพทางเศรษฐกิจของทรัพยากรพลังงาน

ฮอตสปอตไม่ใช่สถานที่เดียวที่สามารถพบพลังงานความร้อนใต้พิภพได้ มีความร้อนที่สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องเพื่อจุดประสงค์ในการทำความร้อนโดยตรงที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 4 เมตรถึงหลายกิโลเมตรใต้พื้นผิวแทบทุกที่บนโลก แม้แต่ที่ดินในสวนหลังบ้านของคุณเองหรือโรงเรียนในพื้นที่ก็มีศักยภาพทางเศรษฐกิจในรูปแบบของความร้อนที่จะสูบเข้าไปในบ้านหรืออาคารอื่น ๆ ของคุณ

นอกจากนี้ยังมีพลังงานความร้อนจำนวนมากในการก่อตัวของหินแห้งที่ลึกลงไปใต้พื้นผิว (4-10 กม.)

การใช้เทคโนโลยีใหม่สามารถขยายระบบความร้อนใต้พิภพซึ่งมนุษย์สามารถใช้ความร้อนนี้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในขนาดที่ใหญ่กว่าเทคโนโลยีทั่วไป โครงการสาธิตแรกของหลักการผลิตกระแสไฟฟ้านี้ได้แสดงในสหรัฐอเมริกาและออสเตรเลียในปี 2556

หากสามารถรับรู้ศักยภาพทางเศรษฐกิจของทรัพยากรความร้อนใต้พิภพได้อย่างเต็มที่สิ่งนี้จะแสดงถึงแหล่งผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่สำหรับโรงงานผลิต นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าแหล่งกำเนิดความร้อนใต้พิภพทั่วไปมีศักยภาพ 38,000 เมกะวัตต์ซึ่งสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 380 ล้านเมกะวัตต์ต่อปี

หินร้อนแห้งเกิดขึ้นที่ระดับความลึก 5 ถึง 8 กม. ทุกที่ใต้ดินและที่ระดับความลึกที่ตื้นกว่าในบางแห่งการเข้าถึงแหล่งข้อมูลเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการนำน้ำเย็นที่ไหลเวียนผ่านหินร้อนและการกำจัดน้ำอุ่น ขณะนี้ยังไม่มีการประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์สำหรับเทคโนโลยีนี้ เทคโนโลยีที่มีอยู่ยังไม่อนุญาตให้กู้คืนพลังงานความร้อนได้โดยตรงจากหินหนืด แต่เป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ทรงพลังที่สุด

ด้วยการผสมผสานทรัพยากรพลังงานและความสม่ำเสมอพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถมีบทบาทที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในฐานะระบบพลังงานที่สะอาดและยั่งยืนกว่า

คุณสมบัติของแหล่งที่มา

แหล่งที่ให้พลังงานความร้อนใต้พิภพแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้อย่างเต็มที่ มีอยู่ในกว่า 60 ประเทศทั่วโลกโดยภูเขาไฟบนบกส่วนใหญ่อยู่ในวงแหวนแห่งไฟของภูเขาไฟแปซิฟิก แต่ในทางปฏิบัติปรากฎว่าแหล่งความร้อนใต้พิภพในภูมิภาคต่างๆของโลกมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงกล่าวคืออุณหภูมิเฉลี่ยการกลายเป็นแร่องค์ประกอบของก๊าซความเป็นกรดและอื่น ๆ

น้ำพุร้อนเป็นแหล่งพลังงานบนโลกซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือพวกมันพ่นน้ำเดือดเป็นระยะ ๆ หลังจากการปะทุเกิดขึ้นสระว่ายน้ำจะไม่มีน้ำที่ด้านล่างคุณจะเห็นร่องน้ำที่ลึกลงไปในพื้นดิน น้ำพุร้อนถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานในภูมิภาคต่างๆเช่นคัมชัตกาไอซ์แลนด์นิวซีแลนด์และอเมริกาเหนือและพบกีย์เซอร์โดดเดี่ยวในพื้นที่อื่น ๆ อีกหลายแห่ง

อุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัยและบริการชุมชน

ในเดือนพฤศจิกายน 2014 โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดในโลกในเวลานั้นเริ่มดำเนินการในเคนยา ที่ใหญ่เป็นอันดับสองตั้งอยู่ในไอซ์แลนด์ - นี่คือ Hellisheid ซึ่งใช้ความร้อนจากแหล่งที่อยู่ใกล้ภูเขาไฟ Hengiedl

ประเทศอื่น ๆ ที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพในระดับอุตสาหกรรม: สหรัฐอเมริกาฟิลิปปินส์รัสเซียญี่ปุ่นคอสตาริกาตุรกีนิวซีแลนด์เป็นต้น

GeoTPP มีแผนการผลิตพลังงานหลักสี่ประการดังนี้

• ตรงเมื่อไอน้ำถูกส่งผ่านท่อไปยังกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• ทางอ้อมคล้ายกับก่อนหน้านี้ในทุกสิ่งยกเว้นว่าก่อนเข้าสู่ท่อไอน้ำจะถูกทำความสะอาดก๊าซ
• ไบนารี - ไม่ใช้น้ำหรือไอน้ำเป็นความร้อนในการทำงาน แต่เป็นของเหลวอื่นที่มีจุดเดือดต่ำ
• ผสม - คล้ายกับเส้นตรง แต่หลังจากการควบแน่นแล้วก๊าซที่ไม่ละลายน้ำจะถูกกำจัดออกจากน้ำ

ในปี 2009 ทีมนักวิจัยที่กำลังมองหาทรัพยากรความร้อนใต้พิภพที่หาประโยชน์ได้มาถึงแมกมาหลอมเหลวที่ลึกเพียง 2.1 กม. การตกลงไปในแมกมานั้นหายากมากนี่เป็นเพียงกรณีที่สองที่ทราบกันดี (กรณีก่อนหน้านี้เกิดขึ้นที่ฮาวายในปี 2550)

แม้ว่าท่อที่เชื่อมต่อกับแมกมาจะไม่เคยเชื่อมต่อกับโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ Krafla ที่อยู่ใกล้เคียง แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้รับผลลัพธ์ที่ดีมาก จนถึงขณะนี้สถานีปฏิบัติการทุกแห่งได้รับความร้อนทางอ้อมจากหินโลกหรือจากน้ำใต้ดิน

พลังงานมาจากไหน?

หินหนืดที่ไม่ได้ระบายความร้อนตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิวโลกมาก ก๊าซและไอระเหยจะถูกปล่อยออกมาซึ่งจะเพิ่มขึ้นและผ่านไปตามรอยแตก ผสมกับน้ำใต้ดินทำให้เกิดความร้อนพวกมันเองกลายเป็นน้ำร้อนซึ่งสารหลายชนิดจะละลาย น้ำดังกล่าวถูกปล่อยสู่พื้นผิวโลกในรูปแบบของน้ำพุร้อนใต้พิภพต่างๆ: น้ำพุร้อนน้ำแร่น้ำพุร้อนเป็นต้น ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าบาดาลของโลกร้อนคือถ้ำหรือห้องที่เชื่อมต่อกันด้วยทางเดินรอยแตกและช่องต่างๆ พวกเขาเต็มไปด้วยน้ำใต้ดินและศูนย์กลางของหินหนืดตั้งอยู่ใกล้กับพวกเขามาก ด้วยวิธีนี้พลังงานความร้อนของโลกจึงเกิดขึ้นตามธรรมชาติ

พลังงานไฮโดรเทอร์มอล

น้ำที่ไหลเวียนในระดับความลึกมากจะได้รับความร้อนเป็นค่าที่สำคัญ ในบริเวณที่เกิดแผ่นดินไหวมันจะขึ้นสู่ผิวน้ำตามรอยแตกของเปลือกโลกในบริเวณที่สงบสามารถกำจัดออกได้โดยใช้บ่อน้ำ

หลักการทำงานเหมือนกัน: น้ำอุ่นเพิ่มขึ้นจากบ่อให้ความร้อนและไหลกลับลงท่อที่สอง วัฏจักรนี้ไม่มีที่สิ้นสุดในทางปฏิบัติและเกิดขึ้นใหม่ตราบเท่าที่ความอบอุ่นยังคงอยู่ภายในโลก

ในพื้นที่ที่เกิดแผ่นดินไหวบางแห่งน้ำร้อนจะอยู่ใกล้พื้นผิวมากจนคุณสามารถเห็นได้โดยตรงว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพทำงานอย่างไร ภาพถ่ายบริเวณใกล้เคียงกับภูเขาไฟ Krafla (ไอซ์แลนด์) แสดงให้เห็นน้ำพุร้อนที่ส่งไอน้ำสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ทำงานอยู่ที่นั่น

สนามไฟฟ้าของโลก

มีแหล่งพลังงานทางเลือกอื่นในธรรมชาติซึ่งโดดเด่นด้วยความสามารถในการต่ออายุความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการใช้งานง่าย จริงอยู่จนถึงขณะนี้แหล่งข้อมูลนี้กำลังได้รับการศึกษาและไม่ได้นำไปใช้ในทางปฏิบัติ ดังนั้นพลังงานศักย์ของโลกจึงซ่อนอยู่ในสนามไฟฟ้า พลังงานสามารถหาได้ด้วยวิธีนี้โดยการศึกษากฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตและลักษณะของสนามไฟฟ้าของโลก ในความเป็นจริงโลกของเราจากมุมมองทางไฟฟ้าคือตัวเก็บประจุทรงกลมที่มีประจุสูงถึง 300,000 โวลต์ ทรงกลมด้านในของมันมีประจุลบส่วนไอโอโนสเฟียร์ชั้นนอกเป็นบวก ชั้นบรรยากาศของโลกเป็นฉนวน มีการไหลของไอออนิกและกระแสหมุนเวียนอย่างต่อเนื่องซึ่งมีแรงถึงหลายพันแอมแปร์ อย่างไรก็ตามความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะไม่ลดลงในกรณีนี้

สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ามีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในธรรมชาติซึ่งมีบทบาทในการเติมเต็มการรั่วไหลของประจุจากแผ่นตัวเก็บประจุอย่างต่อเนื่อง บทบาทของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวเล่นโดยสนามแม่เหล็กของโลกซึ่งหมุนไปพร้อมกับโลกของเราในการไหลของลมสุริยะ พลังงานของสนามแม่เหล็กโลกสามารถรับได้เพียงแค่เชื่อมต่อผู้ใช้พลังงานกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ ในการทำเช่นนี้คุณต้องทำการติดตั้งสายดินที่เชื่อถือได้

ความร้อนของโลก

(สำหรับตอนจบสำหรับตอนต้นโปรดดู Science and Life, ฉบับที่ 9, 2013)

นักสะสมสำหรับเก็บน้ำโบรอนระบายความร้อนใน Larderello (อิตาลี) ครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19

มอเตอร์และอินเวอร์เตอร์ใช้ที่ Larderello ในปี 1904 ในการทดลองครั้งแรกเพื่อผลิตไฟฟ้าจากความร้อนใต้พิภพ

แผนผังของการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

หลักการทำงานของ GeoPP บนไอน้ำแห้ง ไอน้ำใต้พิภพจากหลุมผลิตจะถูกส่งผ่านกังหันไอน้ำโดยตรง รูปแบบที่ง่ายที่สุดของการดำเนินการ GeoPP

หลักการทำงานของ GeoPP ด้วยวงจรทางอ้อม น้ำร้อนใต้ดินจากบ่อผลิตจะถูกสูบเข้าไปในเครื่องระเหยและไอน้ำที่ได้จะถูกส่งไปยังกังหัน

หลักการทำงานของ GeoPP แบบไบนารี น้ำร้อนทำปฏิกิริยากับของเหลวอื่นที่ทำหน้าที่เป็นของเหลวที่ใช้งานได้และมีจุดเดือดต่ำกว่า

โครงร่างของระบบใต้พิภพ ระบบนี้ใช้การไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวโลกและภายในซึ่งอุณหภูมิสูงกว่า

แผนผังของตู้เย็นและปั๊มความร้อน: 1 - คอนเดนเซอร์; 2 - เค้น (ตัวควบคุมความดัน); 3 - เครื่องระเหย; 4 - คอมเพรสเซอร์

Mutnovskaya GeoPP ใน Kamchatka ในตอนท้ายของปี 2554 กำลังการผลิตติดตั้งของสถานีคือ 50 เมกะวัตต์ แต่มีแผนจะเพิ่มเป็น 80 เมกะวัตต์ ภาพถ่ายโดย Tatiana Korobkova (ห้องปฏิบัติการวิจัย RES ของคณะภูมิศาสตร์แห่ง Lomonosov Moscow State University)

‹

›

การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพมีประวัติยาวนานมาก หนึ่งในตัวอย่างแรกที่เป็นที่รู้จักคืออิตาลีซึ่งเป็นสถานที่ในจังหวัดทัสคานีปัจจุบันเรียกว่าลาร์เดอเรลโลซึ่งในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 น้ำร้อนในท้องถิ่นซึ่งไหลออกมาตามธรรมชาติหรือสกัดจากบ่อน้ำตื้นถูกนำมาใช้สำหรับ วัตถุประสงค์ด้านพลังงาน

ที่นี่มีการใช้น้ำใต้ดินที่อุดมด้วยโบรอนเพื่อให้ได้กรดบอริก ในขั้นต้นกรดนี้ได้มาจากการระเหยในหม้อต้มเหล็กและฟืนธรรมดาจากป่าใกล้เคียงถูกนำไปเป็นเชื้อเพลิง แต่ในปีพ. ศ. 2370 Francesco Larderel ได้สร้างระบบที่ทำงานกับความร้อนของน้ำ ในเวลาเดียวกันพลังงานของไอน้ำธรรมชาติเริ่มถูกนำมาใช้สำหรับการทำงานของแท่นขุดเจาะและในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 - เพื่อให้ความร้อนแก่บ้านและเรือนกระจกในท้องถิ่น ในสถานที่เดียวกันใน Larderello ในปี 1904 ไอน้ำร้อนกลายเป็นแหล่งพลังงานสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า

ประเทศอื่น ๆ บางประเทศทำตามตัวอย่างของอิตาลีในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 ตัวอย่างเช่นในปีพ. ศ. 2435 น้ำร้อนถูกใช้เป็นครั้งแรกในการทำความร้อนในท้องถิ่นในสหรัฐอเมริกา (บอยซีไอดาโฮ) ในปี พ.ศ. 2462 ในญี่ปุ่นและในปี พ.ศ. 2471 ในไอซ์แลนด์

ในสหรัฐอเมริกาโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพแห่งแรกปรากฏตัวในแคลิฟอร์เนียในช่วงต้นทศวรรษที่ 1930 ในนิวซีแลนด์ในปี 2501 ในเม็กซิโกในปี 2502 ในรัสเซีย (โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไบนารีแห่งแรกของโลก) ในปี 2508

หลักการเก่าเกี่ยวกับแหล่งใหม่

การผลิตไฟฟ้าต้องการอุณหภูมิของแหล่งพลังน้ำที่สูงกว่าการให้ความร้อน - มากกว่า 150 ° C หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ (GeoPP) นั้นคล้ายคลึงกับหลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป (TPP) ในความเป็นจริงโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนชนิดหนึ่ง

ตามกฎแล้วที่ TPPs ถ่านหินก๊าซหรือน้ำมันเตาทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักและไอน้ำทำหน้าที่เป็นของเหลวที่ใช้งานได้ เชื้อเพลิงการเผาไหม้ทำให้น้ำมีสถานะเป็นไอน้ำซึ่งจะหมุนกังหันไอน้ำและผลิตกระแสไฟฟ้า

ความแตกต่างระหว่าง GeoPP คือแหล่งพลังงานหลักที่นี่คือความร้อนภายในโลกและของเหลวที่ใช้งานในรูปของไอน้ำจะถูกส่งไปยังใบพัดกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรูปแบบ "สำเร็จรูป" โดยตรงจากการผลิต ดี.

การดำเนินการ GeoPP มีสามรูปแบบหลัก: โดยตรงโดยใช้ไอน้ำแห้ง (ความร้อนใต้พิภพ); ทางอ้อมขึ้นอยู่กับน้ำไฮโดรเทอร์มอลและผสมหรือไบนารี

การประยุกต์ใช้โครงร่างนี้หรือนั้นขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวและอุณหภูมิของตัวขนส่งพลังงาน

รูปแบบที่ง่ายที่สุดและเป็นแบบแรกคือเส้นตรงซึ่งไอน้ำที่มาจากบ่อจะถูกส่งผ่านกังหันโดยตรง GeoPP แห่งแรกของโลกใน Larderello ยังดำเนินการด้วยไอน้ำแห้งในปี 1904

GeoPP ที่มีรูปแบบการทำงานทางอ้อมเป็นสิ่งที่พบบ่อยที่สุดในยุคของเรา พวกเขาใช้น้ำร้อนใต้ดินซึ่งถูกสูบเข้าไปในเครื่องระเหยภายใต้แรงดันสูงซึ่งส่วนหนึ่งของมันจะถูกระเหยและไอน้ำที่ได้จะหมุนกังหัน ในบางกรณีจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์และวงจรเพิ่มเติมเพื่อทำให้น้ำและไอน้ำจากความร้อนใต้พิภพบริสุทธิ์จากสารประกอบที่มีฤทธิ์รุนแรง

ไอน้ำที่ใช้แล้วจะเข้าสู่หลุมฉีดหรือใช้สำหรับการทำความร้อนในพื้นที่ - ในกรณีนี้หลักการจะเหมือนกับการทำงานของ CHP

ที่ GeoPP แบบไบนารีน้ำร้อนจะทำปฏิกิริยากับของเหลวอื่นที่ทำหน้าที่เป็นของเหลวที่ใช้งานได้โดยมีจุดเดือดต่ำกว่า ของเหลวทั้งสองจะถูกส่งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนโดยที่น้ำความร้อนจะระเหยของเหลวที่ใช้งานออกไปไอของมันจะหมุนกังหัน

ระบบนี้ปิดซึ่งช่วยแก้ปัญหาการปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ของเหลวที่ใช้งานได้ซึ่งมีจุดเดือดค่อนข้างต่ำทำให้สามารถใช้น้ำร้อนที่ไม่ร้อนจัดเป็นแหล่งพลังงานหลักได้

ในทั้งสามรูปแบบจะมีการใช้แหล่งความร้อนใต้พิภพ แต่ยังสามารถใช้พลังงานจากความร้อนใต้พิภพเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้ (สำหรับความแตกต่างระหว่างพลังงานไฮโดรเทอร์มอลและพลังงานจากพิเทอร์มอลโปรดดูที่ Science and Life, No. 9, 2013)

แผนภาพในกรณีนี้ก็ค่อนข้างง่ายเช่นกัน จำเป็นต้องเจาะสองหลุมที่เชื่อมต่อกัน - การฉีดและการผลิต น้ำถูกสูบเข้าไปในบ่อฉีด ที่ระดับความลึกจะร้อนขึ้นจากนั้นน้ำอุ่นหรือไอน้ำที่เกิดจากการให้ความร้อนสูงจะถูกป้อนผ่านหลุมผลิตไปยังพื้นผิว นอกจากนี้ทุกอย่างขึ้นอยู่กับวิธีการใช้พลังงานจากใต้พิภพ - สำหรับการให้ความร้อนหรือการผลิตกระแสไฟฟ้า วงจรปิดสามารถทำได้โดยการฉีดไอน้ำเสียและน้ำกลับเข้าไปในบ่อฉีดหรือวิธีการกำจัดแบบอื่น

ข้อเสียของระบบดังกล่าวชัดเจน: เพื่อให้ได้อุณหภูมิที่สูงเพียงพอของของเหลวในการทำงานจำเป็นต้องเจาะหลุมให้มีความลึกมากและนี่คือต้นทุนที่ร้ายแรงและความเสี่ยงต่อการสูญเสียความร้อนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อของไหลเคลื่อนที่ขึ้นด้านบน ดังนั้นระบบพิเทอร์มอลจึงยังคงแพร่หลายน้อยกว่าระบบไฮโดรเทอร์มอลแม้ว่าศักยภาพของพลังงานพิเทอร์มอลจะมีขนาดที่สูงกว่าก็ตาม

ปัจจุบันออสเตรเลียเป็นผู้นำในการสร้างสิ่งที่เรียกว่าระบบการไหลเวียนของหินพิเทอร์มอล (PCS) นอกจากนี้ทิศทางของพลังงานความร้อนใต้พิภพนี้กำลังพัฒนาอย่างแข็งขันในสหรัฐอเมริกาสวิตเซอร์แลนด์บริเตนใหญ่และญี่ปุ่น

ของขวัญจากลอร์ดเคลวิน

การประดิษฐ์ปั๊มความร้อนในปีพ. ศ. 2395 โดยนักฟิสิกส์วิลเลียมทอมป์สัน (หรือที่เรียกว่าลอร์ดเคลวิน) ทำให้มนุษย์มีโอกาสที่แท้จริงในการใช้ความร้อนที่มีศักยภาพต่ำของชั้นดินชั้นบน ระบบปั๊มความร้อนหรือที่ทอมป์สันเรียกมันว่าตัวคูณความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพในการถ่ายเทความร้อนจากสิ่งแวดล้อมไปยังสารทำความเย็น ในความเป็นจริงมันใช้หลักการเดียวกับในระบบพิเทอร์มอล ความแตกต่างอยู่ในแหล่งความร้อนซึ่งอาจมีคำถามเกี่ยวกับคำศัพท์: ปั๊มความร้อนสามารถถือว่าเป็นระบบความร้อนใต้พิภพได้ในระดับใด? ความจริงก็คือในชั้นบนที่มีความลึกหลายสิบ - หลายร้อยเมตรหินและของเหลวที่อยู่ในนั้นไม่ได้ถูกให้ความร้อนจากความร้อนลึกของโลก แต่เกิดจากดวงอาทิตย์ ดังนั้นในกรณีนี้ดวงอาทิตย์จึงเป็นแหล่งความร้อนหลักแม้ว่าจะถูกนำมาจากโลกเช่นเดียวกับในระบบความร้อนใต้พิภพ

การทำงานของปั๊มความร้อนขึ้นอยู่กับความล่าช้าในการให้ความร้อนและการระบายความร้อนของดินเมื่อเทียบกับบรรยากาศซึ่งเป็นผลมาจากการไล่ระดับอุณหภูมิที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวและชั้นที่ลึกลงไปซึ่งจะกักเก็บความร้อนแม้ในฤดูหนาว เกิดอะไรขึ้นในแหล่งน้ำ จุดประสงค์หลักของปั๊มความร้อนคือการทำความร้อนในอวกาศ ในความเป็นจริงมันคือ "ตู้เย็นย้อนกลับ" ทั้งปั๊มความร้อนและตู้เย็นมีปฏิสัมพันธ์กับองค์ประกอบสามส่วน: สภาพแวดล้อมภายใน (ในกรณีแรก - ห้องอุ่นในห้องที่สอง - ห้องแช่เย็นของตู้เย็น) สภาพแวดล้อมภายนอก - แหล่งพลังงานและสารทำความเย็น (สารทำความเย็น) นอกจากนี้ยังเป็นตัวพาความร้อนที่ให้การถ่ายเทความร้อนหรือความเย็น

สารที่มีจุดเดือดต่ำทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็นซึ่งทำให้สามารถรับความร้อนจากแหล่งที่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำได้

ในตู้เย็นสารทำความเย็นเหลวจะเข้าสู่เครื่องระเหยโดยผ่านเค้น (ตัวควบคุมความดัน) ซึ่งเนื่องจากความดันลดลงอย่างรวดเร็วของเหลวจึงระเหย การระเหยเป็นกระบวนการดูดความร้อนที่ต้องดูดซึมความร้อนภายนอก เป็นผลให้ความร้อนถูกนำมาจากผนังด้านในของเครื่องระเหยซึ่งให้ผลเย็นในห้องตู้เย็น นอกจากนี้จากเครื่องระเหยสารทำความเย็นจะถูกดูดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์ซึ่งจะกลับสู่สถานะของเหลวของการรวมตัว นี่เป็นกระบวนการย้อนกลับที่นำไปสู่การปลดปล่อยความร้อนที่ถูกลบออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ตามกฎแล้วจะถูกโยนเข้าไปในห้องและด้านหลังของตู้เย็นค่อนข้างอุ่น

ปั๊มความร้อนทำงานในลักษณะเดียวกันโดยมีความแตกต่างที่ความร้อนถูกนำมาจากสภาพแวดล้อมภายนอกและผ่านเครื่องระเหยเข้าสู่สภาพแวดล้อมภายใน - ระบบทำความร้อนในห้อง

ในปั๊มความร้อนจริงน้ำจะร้อนขึ้นส่งผ่านวงจรภายนอกวางในพื้นดินหรือในอ่างเก็บน้ำจากนั้นเข้าสู่เครื่องระเหย

ในเครื่องระเหยความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังวงจรภายในที่เต็มไปด้วยสารทำความเย็นที่มีจุดเดือดต่ำซึ่งเมื่อผ่านเครื่องระเหยจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซและนำความร้อนออกไป

นอกจากนี้สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ซึ่งจะถูกบีบอัดด้วยความดันและอุณหภูมิสูงและเข้าสู่คอนเดนเซอร์ซึ่งจะมีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างก๊าซร้อนและสารหล่อเย็นจากระบบทำความร้อน

คอมเพรสเซอร์ต้องใช้ไฟฟ้าในการทำงานอย่างไรก็ตามอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง (อัตราส่วนของพลังงานที่บริโภคและพลังงานที่สร้างขึ้น) ในระบบสมัยใหม่นั้นสูงเพียงพอที่จะทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพ

ปัจจุบันปั๊มความร้อนใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำความร้อนในพื้นที่ส่วนใหญ่ในประเทศที่พัฒนาแล้ว

พลังงานที่ถูกต้องเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

พลังงานความร้อนใต้พิภพถือว่าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งโดยทั่วไปแล้ว ประการแรกคือใช้ทรัพยากรหมุนเวียนและไม่รู้จักเหนื่อยในทางปฏิบัติ พลังงานความร้อนใต้พิภพไม่ต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่ซึ่งแตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่หรือฟาร์มกังหันลมและไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อชั้นบรรยากาศซึ่งแตกต่างจากพลังงานไฮโดรคาร์บอน โดยเฉลี่ยแล้ว GeoPP ใช้พื้นที่ 400 ตร.ม. ในรูปของไฟฟ้าที่ผลิตได้ 1 GW ตัวเลขเดียวกันสำหรับโรงไฟฟ้าถ่านหินเช่น 3600 ตร.ม. ข้อได้เปรียบทางนิเวศวิทยาของ GeoPP ยังรวมถึงการใช้น้ำต่ำ - น้ำจืด 20 ลิตรต่อ 1 กิโลวัตต์ในขณะที่ TPPs และ NPP ต้องใช้ประมาณ 1,000 ลิตร โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ด้านสิ่งแวดล้อมของ GeoPP "ค่าเฉลี่ย"

แต่ยังมีผลข้างเคียงที่เป็นลบ. ในหมู่พวกเขาเสียงมลพิษทางความร้อนของบรรยากาศและมลพิษทางเคมี - น้ำและดินรวมถึงการก่อตัวของขยะมูลฝอยมักมีความโดดเด่น

แหล่งที่มาหลักของมลพิษทางเคมีของสิ่งแวดล้อมคือน้ำร้อนที่แท้จริง (มีอุณหภูมิและแร่ธาตุสูง) ซึ่งมักมีสารประกอบที่เป็นพิษจำนวนมากซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาในการกำจัดน้ำเสียและสารอันตราย

ผลกระทบเชิงลบของพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถตรวจสอบได้ในหลายขั้นตอนโดยเริ่มจากการขุดเจาะหลุม ที่นี่อันตรายเช่นเดียวกับการขุดเจาะหลุมใด ๆ : การทำลายดินและพืชคลุมดินการปนเปื้อนของดินและน้ำใต้ดิน

ในขั้นตอนของการดำเนินงานของ GeoPP ปัญหาของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมยังคงมีอยู่ ของเหลวระบายความร้อน - น้ำและไอน้ำ - มักประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), ซัลเฟอร์ซัลไฟด์ (H2S), แอมโมเนีย (NH3), มีเทน (CH4), เกลือแกง (NaCl), โบรอน (B), สารหนู (As), ปรอท (Hg ). เมื่อปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดมลพิษ นอกจากนี้สภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรงอาจทำให้เกิดความเสียหายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนต่อโครงสร้างของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ในขณะเดียวกันการปล่อยมลพิษที่ GeoPP โดยเฉลี่ยต่ำกว่าที่ TPPs ตัวอย่างเช่นการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับการผลิตไฟฟ้าแต่ละกิโลวัตต์ - ชั่วโมงจะสูงถึง 380 กรัมที่ GeoPPs 1,042 กรัมที่ TPP ที่ใช้ถ่านหิน 906 กรัมที่น้ำมันเตาและ 453 กรัมที่ TPP ที่ใช้ก๊าซ

คำถามเกิดขึ้น: จะทำอย่างไรกับน้ำเสีย? ด้วยความเค็มต่ำสามารถปล่อยลงสู่ผิวน้ำได้หลังจากเย็นตัวลง อีกวิธีหนึ่งคือการฉีดกลับเข้าไปในชั้นน้ำแข็งโดยใช้บ่อฉีดซึ่งเป็นที่ต้องการและนิยมใช้กันมากในปัจจุบัน

การสกัดน้ำร้อนจากชั้นหินอุ้มน้ำ (เช่นเดียวกับการสูบน้ำธรรมดาออก) อาจทำให้เกิดการทรุดตัวและการเคลื่อนตัวของดินความผิดปกติอื่น ๆ ของชั้นทางธรณีวิทยาและแผ่นดินไหวขนาดเล็ก ตามกฎแล้วความเป็นไปได้ที่จะเกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวอยู่ในระดับต่ำแม้ว่าจะมีการบันทึกแต่ละกรณีไว้แล้วก็ตาม (เช่นที่ GeoPP ใน Staufen im Breisgau ในเยอรมนี)

ควรเน้นว่า GeoPP ส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากรค่อนข้างเบาบางและในประเทศโลกที่สามซึ่งข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมมีความเข้มงวดน้อยกว่าในประเทศที่พัฒนาแล้ว นอกจากนี้ในขณะนี้จำนวน GeoPPs และความจุยังค่อนข้างน้อย ด้วยการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพที่กว้างขวางมากขึ้นความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมอาจเพิ่มขึ้นและทวีคูณ

พลังงานของโลกมีเท่าไร?

ค่าใช้จ่ายในการลงทุนสำหรับการก่อสร้างระบบความร้อนใต้พิภพนั้นแตกต่างกันไปในวงกว้างมาก - ตั้งแต่ 200 ถึง 5,000 ดอลลาร์ต่อกำลังการผลิตติดตั้ง 1 กิโลวัตต์นั่นคือตัวเลือกที่ถูกที่สุดเทียบได้กับต้นทุนการสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อน ประการแรกขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเกิดน้ำร้อนองค์ประกอบและการออกแบบระบบ การขุดเจาะให้ลึกมากการสร้างระบบปิดที่มีสองหลุมความจำเป็นในการกรองน้ำสามารถเพิ่มต้นทุนได้มากมาย

ตัวอย่างเช่นการลงทุนในการสร้างระบบหมุนเวียนพิเทอร์มอล (PCS) มีมูลค่าประมาณ 1.6-4,000 ดอลลาร์ต่อกำลังการผลิตติดตั้ง 1 กิโลวัตต์ซึ่งเกินค่าใช้จ่ายในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และเทียบได้กับค่าใช้จ่ายในการสร้างลมและ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่ชัดเจนของ GeoTPP คือผู้ให้บริการพลังงานฟรี สำหรับการเปรียบเทียบในโครงสร้างต้นทุนของ TPP หรือ NPP ที่ดำเนินการเชื้อเพลิงคิดเป็น 50-80% หรือมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับราคาพลังงานในปัจจุบัน ดังนั้นข้อดีอีกประการหนึ่งของระบบความร้อนใต้พิภพ: ต้นทุนการดำเนินงานมีความเสถียรและสามารถคาดการณ์ได้มากกว่าเนื่องจากไม่ได้ขึ้นอยู่กับการรวมกันของราคาพลังงานภายนอก โดยทั่วไปค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพจะอยู่ที่ประมาณ 2-10 เซนต์ (60 kopecks - 3 รูเบิล) ต่อกำลังการผลิต 1 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง

รายการค่าใช้จ่ายที่ใหญ่เป็นอันดับสอง (รองจากพลังงาน) (และสำคัญมาก) คือตามกฎแล้วเงินเดือนของบุคลากรในโรงงานซึ่งอาจแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละประเทศและภูมิภาค

โดยเฉลี่ยแล้วค่าใช้จ่ายของพลังงานความร้อนใต้พิภพ 1 กิโลวัตต์ชั่วโมงเทียบได้กับ TPPs (ในสภาพรัสเซีย - ประมาณ 1 รูเบิล / 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง) และสูงกว่าต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำถึงสิบเท่า (5-10 kopecks / 1 กิโลวัตต์ - ชั่วโมง)

สาเหตุส่วนหนึ่งของต้นทุนที่สูงอยู่ที่ความแตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและไฮดรอลิก GeoTPP มีกำลังการผลิตค่อนข้างน้อย นอกจากนี้จำเป็นต้องเปรียบเทียบระบบที่ตั้งอยู่ในภูมิภาคเดียวกันและในสภาวะที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่นใน Kamchatka ตามที่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ 1 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงมีราคาถูกกว่าไฟฟ้าที่ผลิตในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในท้องถิ่น 2-3 เท่า

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของระบบความร้อนใต้พิภพขึ้นอยู่กับว่าจำเป็นต้องกำจัดน้ำเสียหรือไม่และต้องดำเนินการอย่างไรการใช้ทรัพยากรร่วมกันเป็นไปได้หรือไม่ ดังนั้นองค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบที่สกัดจากน้ำร้อนสามารถให้รายได้เพิ่มเติม ให้เรานึกถึงตัวอย่างของ Larderello นั่นคือการผลิตทางเคมีที่มีอยู่ในขั้นต้นและการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นปัจจัยเสริมในธรรมชาติในตอนแรก

พลังงานความร้อนใต้พิภพส่งต่อ

พลังงานความร้อนใต้พิภพกำลังพัฒนาค่อนข้างแตกต่างจากลมและแสงอาทิตย์ ในปัจจุบันขึ้นอยู่กับลักษณะของทรัพยากรที่แตกต่างกันอย่างมากตามภูมิภาคและความเข้มข้นสูงสุดจะเชื่อมโยงกับพื้นที่แคบ ๆ ของความผิดปกติใต้พิภพซึ่งเกี่ยวข้องกับพื้นที่ของการพัฒนาของรอยเลื่อนของเปลือกโลก และภูเขาไฟ (ดู "วิทยาศาสตร์กับชีวิต" ฉบับที่ 9, 2013)

นอกจากนี้พลังงานความร้อนใต้พิภพยังมีความสามารถทางเทคโนโลยีน้อยกว่าเมื่อเทียบกับลมและยิ่งกว่านั้นเมื่อเทียบกับพลังงานแสงอาทิตย์: ระบบของสถานีความร้อนใต้พิภพนั้นค่อนข้างง่าย

ในโครงสร้างทั้งหมดของการผลิตไฟฟ้าของโลกส่วนประกอบความร้อนใต้พิภพมีสัดส่วนน้อยกว่า 1% แต่ในบางภูมิภาคและบางประเทศมีส่วนแบ่งถึง 25-30% เนื่องจากความเชื่อมโยงกับสภาพทางธรณีวิทยาส่วนสำคัญของความจุพลังงานความร้อนใต้พิภพจึงกระจุกตัวอยู่ในประเทศโลกที่สามซึ่งกลุ่มสามกลุ่มของการพัฒนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรมนั้นโดดเด่น - หมู่เกาะในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้อเมริกากลางและแอฟริกาตะวันออก สองภูมิภาคแรกรวมอยู่ใน "แถบไฟของโลก" ในแปซิฟิกส่วนที่สามเชื่อมโยงกับรอยแยกของแอฟริกาตะวันออก เป็นไปได้มากที่พลังงานความร้อนใต้พิภพจะยังคงพัฒนาต่อไปในสายพานเหล่านี้ ความคาดหวังที่ไกลกว่านั้นคือการพัฒนาพลังงานใต้พิภพโดยใช้ความร้อนของชั้นของโลกซึ่งอยู่ในระดับความลึกหลายกิโลเมตร นี่เป็นทรัพยากรที่แทบจะแพร่หลาย แต่การสกัดต้องใช้ต้นทุนสูงดังนั้นพลังงานจากใต้พิภพจึงกำลังพัฒนาเป็นหลักในประเทศที่มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและเทคโนโลยีมากที่สุด

โดยทั่วไปเนื่องจากการกระจายทรัพยากรความร้อนใต้พิภพอย่างแพร่หลายและระดับความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ยอมรับได้จึงมีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพมีโอกาสในการพัฒนาที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับภัยคุกคามที่เพิ่มขึ้นจากการขาดแคลนแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมและราคาที่สูงขึ้นสำหรับพวกเขา

จากคัมชัตกาไปจนถึงคอเคซัส

ในรัสเซียการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพมีประวัติอันยาวนานพอสมควรและในหลายตำแหน่งเราเป็นหนึ่งในผู้นำระดับโลกแม้ว่าส่วนแบ่งของพลังงานความร้อนใต้พิภพในสมดุลพลังงานทั้งหมดของประเทศใหญ่จะยังคงมีอยู่เล็กน้อย

สองภูมิภาค - คัมชัตกาและคอเคซัสเหนือ - ได้กลายเป็นผู้บุกเบิกและศูนย์กลางในการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในรัสเซียและถ้าในกรณีแรกเรากำลังพูดถึงอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าเป็นหลักในครั้งที่สอง - เกี่ยวกับการใช้พลังงานความร้อน ของน้ำร้อน

ในนอร์ทคอเคซัส - ในดินแดนครัสโนดาร์เชชเนียดาเกสถาน - ความร้อนของน้ำร้อนเพื่อจุดประสงค์ด้านพลังงานถูกใช้ก่อนสงครามรักชาติครั้งใหญ่ ในช่วงทศวรรษที่ 1980 และ 1990 การพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในภูมิภาคด้วยเหตุผลที่ชัดเจนหยุดชะงักและยังไม่เกิดขึ้นจากสภาวะหยุดนิ่ง อย่างไรก็ตามน้ำประปาใต้พิภพในนอร์ทคอเคซัสให้ความร้อนแก่ผู้คนประมาณ 500,000 คนและตัวอย่างเช่นเมือง Labinsk ในดินแดนครัสโนดาร์ที่มีประชากร 60,000 คนถูกทำให้ร้อนโดยน้ำใต้พิภพ

ใน Kamchatka ประวัติของพลังงานความร้อนใต้พิภพมีความเกี่ยวข้องกับการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นหลัก สถานีแรกของพวกเขายังคงใช้งานสถานี Pauzhetskaya และ Paratunskaya สร้างขึ้นในปีพ. ศ. 2508-2510 ในขณะที่ Paratunskaya GeoPP ที่มีความจุ 600 กิโลวัตต์กลายเป็นสถานีแรกในโลกที่มีวงจรไบนารี เป็นการพัฒนาของนักวิทยาศาสตร์โซเวียต S.S. Kutateladze และ A.M. Rosenfeld จาก Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences ซึ่งในปี 1965 ได้รับใบรับรองผู้เขียนเรื่องการสกัดไฟฟ้าจากน้ำที่มีอุณหภูมิ 70 ° C ต่อมาเทคโนโลยีนี้ได้กลายเป็นต้นแบบสำหรับ GeoPP แบบไบนารีมากกว่า 400 รายการในโลก

กำลังการผลิตของ Pauzhetskaya GeoPP ซึ่งดำเนินการในปี 2509 คือ 5 เมกะวัตต์และเพิ่มขึ้นเป็น 12 เมกะวัตต์ในเวลาต่อมา ขณะนี้บล็อกไบนารีอยู่ระหว่างการก่อสร้างที่สถานีซึ่งจะเพิ่มกำลังการผลิตอีก 2.5 เมกะวัตต์

การพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในสหภาพโซเวียตและรัสเซียถูกขัดขวางโดยการมีแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมเช่นน้ำมันก๊าซถ่านหิน แต่ไม่เคยหยุดนิ่ง สิ่งอำนวยความสะดวกด้านพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดในขณะนี้คือ Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ที่มีกำลังการผลิตรวม 12 เมกะวัตต์ซึ่งได้รับการว่าจ้างในปี 2542 และ Mutnovskaya GeoPP ที่มีกำลังการผลิต 50 เมกะวัตต์ (2545)

Mutnovskaya และ Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs เป็นวัตถุที่ไม่เหมือนใครไม่เพียง แต่สำหรับรัสเซียเท่านั้น แต่ยังอยู่ในระดับโลกด้วย สถานีตั้งอยู่ที่เชิงภูเขาไฟ Mutnovsky ที่ระดับความสูง 800 เมตรเหนือระดับน้ำทะเลและทำงานในสภาพอากาศที่รุนแรงโดยเป็นฤดูหนาว 9-10 เดือนต่อปี อุปกรณ์ของ Mutnovsky GeoPPs ซึ่งปัจจุบันเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดในโลกถูกสร้างขึ้นโดย บริษัท วิศวกรรมไฟฟ้าในประเทศ

ปัจจุบันส่วนแบ่งของโรงงาน Mutnovskie ในโครงสร้างรวมของการใช้พลังงานของศูนย์กลางพลังงาน Central Kamchatka อยู่ที่ 40% มีการวางแผนเพิ่มกำลังการผลิตในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ควรแยกกันพูดเกี่ยวกับพัฒนาการทางด้านหินพิเทอร์มอลของรัสเซีย เรายังไม่มี DSP ขนาดใหญ่ แต่มีเทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับการเจาะไปที่ความลึกมาก (ประมาณ 10 กม.) ซึ่งยังไม่มีอะนาลอกในโลก การพัฒนาต่อไปของพวกเขาจะทำให้สามารถลดต้นทุนในการสร้างระบบพิเทอร์มอลได้อย่างมาก ผู้พัฒนาเทคโนโลยีและโครงการเหล่านี้ ได้แก่ N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geological Institute, RAS), A. S. Nekrasov (Institute of Economic Forecasting, RAS) และผู้เชี่ยวชาญจาก Kaluga Turbine Works โครงการระบบหมุนเวียนน้ำมันใต้พิภพในรัสเซียกำลังอยู่ในขั้นทดลอง

มีแนวโน้มที่จะเกิดพลังงานความร้อนใต้พิภพในรัสเซียแม้ว่าจะค่อนข้างห่างไกล: ในขณะนี้ศักยภาพค่อนข้างมากและตำแหน่งของพลังงานดั้งเดิมนั้นแข็งแกร่ง ในขณะเดียวกันในพื้นที่ห่างไกลหลายแห่งของประเทศการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพยังให้ผลกำไรทางเศรษฐกิจและเป็นที่ต้องการแม้กระทั่งในขณะนี้ เหล่านี้เป็นดินแดนที่มีศักยภาพทางธรณีวิทยาสูง (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - ส่วนรัสเซียของ "แถบไฟของโลก" ในแปซิฟิก, ภูเขาของไซบีเรียใต้และเทือกเขาคอเคซัส) และในเวลาเดียวกันก็ห่างไกลและถูกตัดขาดจากแหล่งพลังงานส่วนกลาง

ในอีกไม่กี่สิบปีข้างหน้าพลังงานความร้อนใต้พิภพในประเทศของเราจะพัฒนาอย่างแม่นยำในภูมิภาคดังกล่าว

แหล่งที่มาทดแทน

ในขณะที่ประชากรบนโลกของเราเติบโตขึ้นเรื่อย ๆ เราจึงต้องการพลังงานมากขึ้นเพื่อรองรับประชากร พลังงานที่มีอยู่ในบาดาลของโลกอาจแตกต่างกันมาก ตัวอย่างเช่นมีแหล่งพลังงานหมุนเวียน ได้แก่ พลังงานลมแสงอาทิตย์และน้ำ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมดังนั้นคุณจึงสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องกลัวว่าจะก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

พลังงานของน้ำ

วิธีนี้ใช้กันมาหลายศตวรรษแล้ว วันนี้มีการสร้างเขื่อนและอ่างเก็บน้ำจำนวนมากซึ่งมีการใช้น้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า สาระสำคัญของกลไกนี้เป็นเรื่องง่าย: ภายใต้อิทธิพลของการไหลของแม่น้ำล้อของกังหันหมุนตามลำดับพลังงานของน้ำจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

ปัจจุบันมีโรงไฟฟ้าพลังน้ำจำนวนมากที่เปลี่ยนพลังงานจากการไหลของน้ำเป็นไฟฟ้า ความไม่ชอบมาพากลของวิธีนี้คือทรัพยากรไฟฟ้าพลังน้ำได้รับการต่ออายุตามลำดับโครงสร้างดังกล่าวมีต้นทุนต่ำ นั่นคือเหตุผลที่แม้ว่าการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำจะดำเนินต่อไปเป็นเวลานานและกระบวนการนี้เองก็มีค่าใช้จ่ายสูงมาก แต่โครงสร้างเหล่านี้มีประสิทธิภาพดีกว่าอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานมากอย่างมีนัยสำคัญ

พลังงานของดวงอาทิตย์: ทันสมัยและพิสูจน์ได้ในอนาคต

พลังงานแสงอาทิตย์ได้มาจากแผงโซลาร์เซลล์ แต่เทคโนโลยีสมัยใหม่อนุญาตให้ใช้วิธีการใหม่สำหรับสิ่งนี้ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกเป็นระบบที่สร้างขึ้นในทะเลทรายแคลิฟอร์เนีย มีอำนาจเต็ม 2,000 หลังคาเรือน การออกแบบมีดังนี้: รังสีดวงอาทิตย์สะท้อนจากกระจกซึ่งจะถูกส่งไปยังหม้อไอน้ำส่วนกลางพร้อมกับน้ำ มันเดือดและกลายเป็นไอน้ำที่ขับเคลื่อนกังหัน ในทางกลับกันเธอก็เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ลมยังสามารถใช้เป็นพลังงานที่โลกให้เราได้ ลมพัดใบเรือเลี้ยวโรงสี และตอนนี้มันสามารถใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่จะสร้างพลังงานไฟฟ้า ด้วยการหมุนใบพัดของกังหันลมจะขับเคลื่อนเพลากังหันซึ่งจะเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

แอพพลิเคชั่น

การใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพมีขึ้นตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 ประการแรกคือประสบการณ์ของชาวอิตาลีที่อาศัยอยู่ในจังหวัดทัสคานีซึ่งใช้น้ำอุ่นจากแหล่งเพื่อให้ความร้อน ด้วยความช่วยเหลือของเธอแท่นขุดเจาะใหม่จึงทำงานได้

น้ำทัสคานีอุดมไปด้วยโบรอนและเมื่อระเหยกลายเป็นกรดบอริกหม้อไอน้ำจะทำงานโดยอาศัยความร้อนจากน้ำของตัวเอง ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 (พ.ศ. 2447) ชาวทัสกันได้ไปไกลกว่านั้นและได้เปิดตัวโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ตัวอย่างของชาวอิตาเลียนกลายเป็นประสบการณ์ที่สำคัญสำหรับสหรัฐอเมริกาญี่ปุ่นไอซ์แลนด์

การเกษตรและพืชสวน

พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกใช้ในการเกษตรการดูแลสุขภาพและครัวเรือนใน 80 ประเทศทั่วโลก

สิ่งแรกที่น้ำร้อนได้รับและใช้คือการทำความร้อนเรือนกระจกและเรือนกระจกซึ่งทำให้สามารถเก็บเกี่ยวผักผลไม้และดอกไม้ได้แม้ในฤดูหนาว น้ำอุ่นยังมีประโยชน์สำหรับการรดน้ำ

การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ถือเป็นทิศทางที่สดใสสำหรับผู้ผลิตทางการเกษตรฟาร์มปลาบางแห่งใช้น้ำอุ่นในอ่างเก็บน้ำเทียมเพื่อผสมพันธุ์ลูกปลาและปลา

เราแนะนำให้คุณอ่าน: ขั้นตอนการกำจัดน้ำยาเคมีในห้องปฏิบัติการ

เทคโนโลยีเหล่านี้พบได้ทั่วไปในอิสราเอลเคนยากรีซเม็กซิโก

อุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัยและบริการชุมชน

กว่าศตวรรษที่แล้วไอน้ำร้อนเป็นพื้นฐานในการผลิตกระแสไฟฟ้า ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาได้ให้บริการด้านอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภค

ในไอซ์แลนด์ 80% ของที่อยู่อาศัยถูกทำให้ร้อนด้วยน้ำร้อน

มีการพัฒนารูปแบบการผลิตไฟฟ้าสามแบบ:

1. เส้นตรงโดยใช้ไอน้ำ. ง่ายที่สุด: ใช้ในกรณีที่มีการเข้าถึงไอระเหยความร้อนใต้พิภพโดยตรง
2. ทางอ้อมไม่ใช้ไอน้ำ แต่เป็นน้ำ มันถูกป้อนเข้าเครื่องระเหยเปลี่ยนเป็นไอน้ำโดยวิธีการทางเทคนิคและส่งไปยังเครื่องกำเนิดกังหัน

น้ำต้องการการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมเนื่องจากมีสารประกอบที่รุนแรงซึ่งสามารถทำลายกลไกการทำงานได้ ของเสีย แต่ยังไม่ได้ทำให้ไอน้ำเย็นลงเหมาะสำหรับความต้องการในการทำความร้อน

1. ผสม (ไบนารี) น้ำจะแทนที่น้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งจะทำให้ของเหลวอื่นร้อนขึ้นด้วยการถ่ายเทความร้อนที่สูงขึ้น มันขับเคลื่อนกังหัน

ระบบไบนารีใช้กังหันซึ่งเปิดใช้งานโดยพลังงานของน้ำอุ่น
พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกใช้โดยสหรัฐอเมริการัสเซียญี่ปุ่นนิวซีแลนด์ตุรกีและประเทศอื่น ๆ

ระบบทำความร้อนใต้พิภพสำหรับบ้าน

ตัวพาความร้อนที่ร้อนถึง +50 - 600C เหมาะสำหรับตัวเครื่องทำความร้อนพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นไปตามข้อกำหนดนี้ เมืองที่มีประชากรหลายหมื่นคนจะได้รับความอบอุ่นจากการตกแต่งภายในของโลก ตัวอย่างเช่น: ความร้อนของเมือง Labinsk ดินแดน Krasnodar ทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงบนบกตามธรรมชาติ

แผนผังของระบบความร้อนใต้พิภพสำหรับให้ความร้อนในบ้าน

ไม่ต้องเสียเวลาและพลังงานในการทำน้ำร้อนและสร้างห้องหม้อไอน้ำ สารหล่อเย็นถูกนำมาจากแหล่งน้ำพุร้อนโดยตรง น้ำเดียวกันยังเหมาะสำหรับการจ่ายน้ำร้อน ในกรณีแรกและครั้งที่สองจะต้องผ่านการทำความสะอาดทางเทคนิคและทางเคมีเบื้องต้นที่จำเป็น

พลังงานที่เกิดขึ้นมีราคาถูกกว่าสองถึงสามเท่า การติดตั้งสำหรับบ้านส่วนตัวปรากฏขึ้น พวกเขามีราคาแพงกว่าหม้อไอน้ำเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม แต่ในกระบวนการดำเนินการพวกเขาจะปรับค่าใช้จ่าย

ข้อดีและข้อเสียของการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเพื่อให้บ้านร้อน

พลังงานภายในของโลก

ปรากฏเป็นผลมาจากกระบวนการต่างๆซึ่งส่วนใหญ่คือการสะสมและกัมมันตภาพรังสี ตามที่นักวิทยาศาสตร์การก่อตัวของโลกและมวลของมันเกิดขึ้นในช่วงหลายล้านปีและสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของดาวเคราะห์ พวกมันติดกันตามลำดับมวลของโลกก็มากขึ้นเรื่อย ๆ หลังจากที่โลกของเราเริ่มมีมวลที่ทันสมัย ​​แต่ก็ยังคงปราศจากชั้นบรรยากาศอุกกาบาตและดาวเคราะห์น้อยก็ตกลงมาโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง กระบวนการนี้เรียกว่าการเพิ่มขึ้นอย่างแม่นยำและนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานความโน้มถ่วงที่สำคัญ และยิ่งร่างใหญ่ตกลงมาบนโลกมากเท่าไหร่ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้นที่มีอยู่ในบาดาลของโลก

ความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสสารเริ่มแบ่งชั้น: สารที่มีน้ำหนักมากเพียงแค่จมน้ำและสารที่มีน้ำหนักเบาและระเหยลอยขึ้น ความแตกต่างยังส่งผลต่อการปลดปล่อยพลังงานความโน้มถ่วงเพิ่มเติม

คุณสมบัติทางกายภาพพื้นฐานเกือบทั้งหมดของสสารบนโลกขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความดันจะเปลี่ยนแปลงที่สารผ่านจากของแข็งไปเป็นสถานะหลอมเหลว เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงความหนืดการนำไฟฟ้าและคุณสมบัติทางแม่เหล็กของหินที่ประกอบกันเป็นโลกจะเปลี่ยนไป ในการจินตนาการถึงสิ่งที่เกิดขึ้นภายในโลกเราต้องทราบสถานะความร้อนของมัน เรายังไม่มีโอกาสวัดอุณหภูมิโดยตรงที่ระดับความลึกใด ๆ ของโลก การวัดของเรามีเพียงไม่กี่กิโลเมตรแรกของเปลือกโลกเท่านั้นแต่เราสามารถกำหนดอุณหภูมิภายในของโลกทางอ้อมได้โดยอาศัยข้อมูลการไหลของความร้อนของโลก

ความเป็นไปไม่ได้ของการตรวจสอบโดยตรงเป็นปัญหาใหญ่มากในวิทยาศาสตร์โลกหลายแขนง อย่างไรก็ตามการพัฒนาข้อสังเกตและทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จค่อยๆทำให้ความรู้ของเราเข้าใกล้ความจริงมากขึ้น

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่เกี่ยวกับสถานะความร้อนและประวัติศาสตร์ของโลก - ความร้อนใต้พิภพ เป็นวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์. การศึกษาครั้งแรกเกี่ยวกับความร้อนใต้พิภพปรากฏเฉพาะในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา วิลเลียมทอมสัน (Lord Kelvin) จากนั้นยังเป็นนักวิทยาศาสตร์นักฟิสิกส์ที่อายุน้อยมากอุทิศวิทยานิพนธ์ของเขาเพื่อกำหนดอายุของโลกโดยอาศัยการศึกษาการกระจายและการเคลื่อนที่ของความร้อนภายในดาวเคราะห์ เคลวินเชื่อว่าอุณหภูมิภายในของโลกควรลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการก่อตัวและการแข็งตัวของดาวเคราะห์จากสสารหลอมเหลว

โดยกำหนด การไล่ระดับความร้อน - อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามความลึก - ในเหมืองและหลุมเจาะที่ระดับความลึกต่างกันเคลวินได้ข้อสรุปว่าจากข้อมูลเหล่านี้เป็นไปได้ที่จะสมมติว่าโลกควรเย็นตัวลงนานเท่าใดจึงกำหนดอายุของโลก . ตามการประมาณการของเคลวินอุณหภูมิที่ระดับความลึกที่ใกล้ที่สุดใต้พื้นผิวจะเพิ่มขึ้น 20-40 ° C สำหรับความลึกทุกๆพันเมตร ปรากฎว่าโลกเย็นลงจนถึงสถานะปัจจุบันในเวลาเพียงไม่กี่สิบล้านปี แต่สิ่งนี้ไม่เห็นด้วยกับข้อมูลอื่น ๆ ในทางใดทางหนึ่งตัวอย่างเช่นข้อมูลเกี่ยวกับระยะเวลาของยุคทางธรณีวิทยาที่เป็นที่รู้จักจำนวนมาก การอภิปรายในประเด็นนี้ดำเนินต่อไปเป็นเวลาครึ่งศตวรรษและทำให้เคลวินคัดค้านนักวิวัฒนาการที่มีชื่อเสียงเช่น Charles Darwin และ Thomas Huxley

เคลวิน จากข้อสรุปของเขาเกี่ยวกับแนวคิดที่ว่าเดิมทีโลกอยู่ในสภาพหลอมเหลวและค่อยๆเย็นลง สมมติฐานนี้ครอบงำมานานหลายทศวรรษ อย่างไรก็ตามในช่วงเปลี่ยนศตวรรษที่ 20 การค้นพบได้ทำให้ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับธรรมชาติของการไหลของความร้อนลึกของโลกและประวัติความร้อนเปลี่ยนไปโดยพื้นฐาน มีการค้นพบกัมมันตภาพรังสีการศึกษากระบวนการปลดปล่อยความร้อนระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทปบางชนิดเริ่มสรุปได้ว่าหินที่ประกอบเป็นเปลือกโลกมีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีจำนวนมาก

การวัดการไหลของความร้อนของโลกโดยตรงเริ่มขึ้นเมื่อไม่นานมานี้: ครั้งแรกในทวีป - ในปีพ. ศ. 2482 ในบ่อน้ำลึกในแอฟริกาใต้ที่ก้นมหาสมุทรในเวลาต่อมา - ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2497 ในมหาสมุทรแอตแลนติก ในประเทศของเราเป็นครั้งแรกที่มีการวัดการไหลของความร้อนในบ่อลึกในโซซีและมัตเซสตา ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการสะสมของข้อมูลที่ได้จากการทดลองเกี่ยวกับฟลักซ์ความร้อนเกิดขึ้นค่อนข้างเร็ว

ทำไมถึงทำเช่นนี้? และยังจำเป็นต้องมีมิติใหม่และใหม่อยู่หรือไม่? ใช่จำเป็นมาก การเปรียบเทียบการวัดของฟลักซ์ความร้อนที่เกิดขึ้นในจุดต่างๆของดาวเคราะห์แสดงให้เห็นว่าการสูญเสียพลังงานผ่านส่วนต่างๆของพื้นผิวดาวเคราะห์นั้นเกิดขึ้นในรูปแบบต่างๆกัน สิ่งนี้พูดถึงความแตกต่างของเปลือกโลกและเปลือกโลกทำให้สามารถตัดสินธรรมชาติของกระบวนการต่างๆที่เกิดขึ้นในระดับความลึกต่างๆที่ดวงตาของเราไม่สามารถเข้าถึงได้ใต้พื้นผิวโลกและเป็นกุญแจสำคัญในการศึกษากลไกการพัฒนาของดาวเคราะห์และพลังงานภายในของมัน .

โลกสูญเสียความร้อนไปเท่าใดเนื่องจากการไหลของความร้อนจากบาดาล? ปรากฎว่าโดยเฉลี่ยแล้วค่านี้มีขนาดเล็ก - ประมาณ 0.06 วัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นผิวหรือประมาณ 30 ล้านล้านวัตต์ทั่วโลก โลกได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์มากกว่า 4 พันเท่า และแน่นอนว่ามันเป็นความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่มีบทบาทสำคัญในการกำหนดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลก

ความร้อนที่ได้รับจากดาวเคราะห์ผ่านพื้นผิวขนาดของสนามฟุตบอลนั้นมีค่าประมาณเท่ากับความร้อนที่หลอดไฟสามร้อยวัตต์สามารถผลิตได้ การไหลของพลังงานดังกล่าวดูเหมือนจะไม่สำคัญ แต่ท้ายที่สุดแล้วมันก็เล็ดลอดออกมาจากพื้นผิวโลกทั้งหมดและตลอดเวลา! พลังของการไหลของความร้อนทั้งหมดที่มาจากบาดาลของโลกนั้นมากกว่าพลังของโรงไฟฟ้าสมัยใหม่ทั้งหมดในโลกประมาณ 30 เท่า

การวัดความลึก กระแสความร้อนของโลก กระบวนการนี้ไม่ใช่เรื่องง่ายและใช้เวลานาน ผ่านเปลือกโลกที่แข็งความร้อนจะถูกส่งไปยังพื้นผิวเป็นสื่อกระแสไฟฟ้านั่นคือผ่านการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนของความร้อน ดังนั้นปริมาณความร้อนที่ผ่านจะเท่ากับผลิตภัณฑ์ การไล่ระดับอุณหภูมิ (อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่มีความลึก) ต่อการนำความร้อน ในการตรวจสอบฟลักซ์ความร้อนจำเป็นต้องทราบปริมาณทั้งสองนี้ การไล่ระดับอุณหภูมิวัดด้วยอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน - เซ็นเซอร์ (เทอร์มิสเตอร์) ในเหมืองหรือหลุมเจาะพิเศษที่ระดับความลึกหลายสิบถึงหลายร้อยเมตร การนำความร้อนของหินถูกกำหนดโดยการตรวจสอบตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ

การวัด ความร้อนไหลที่ด้านล่างของมหาสมุทร เกี่ยวข้องกับความยากลำบากมาก: งานต้องทำใต้น้ำที่ระดับความลึกมาก อย่างไรก็ตามมันก็มีข้อดีเช่นกัน: ไม่จำเป็นต้องเจาะบ่อที่ก้นมหาสมุทรเนื่องจากตะกอนมักจะค่อนข้างอ่อนและหัววัดทรงกระบอกยาวที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิจะจมลงในตะกอนที่อ่อนนุ่มหลายเมตรได้อย่างง่ายดาย

ผู้ที่มีส่วนร่วมในความร้อนใต้พิภพต้องการจริงๆ แผนผังการไหลของความร้อน สำหรับพื้นผิวทั้งหมดของดาวเคราะห์ จุดที่วัดการไหลของความร้อนได้ดำเนินการไปแล้วมีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมออย่างมากบนพื้นผิวโลก ในทะเลและมหาสมุทรมีการวัดได้มากกว่าบนบกถึงสองเท่า อเมริกาเหนือยุโรปและออสเตรเลียมหาสมุทรในละติจูดกลางได้รับการศึกษาค่อนข้างครบถ้วน และในส่วนอื่น ๆ ของพื้นผิวโลกการวัดยังมีน้อยหรือไม่มีเลย อย่างไรก็ตามปริมาณข้อมูลปัจจุบันเกี่ยวกับการไหลของความร้อนของโลกทำให้สามารถสร้างแผนที่ทั่วไป แต่ค่อนข้างเชื่อถือได้

การปลดปล่อยความร้อนจากบาดาลของโลกสู่พื้นผิวไม่สม่ำเสมอ ในบางพื้นที่โลกให้ความร้อนมากกว่าค่าเฉลี่ยของโลกในส่วนอื่น ๆ ความร้อนจะน้อยกว่ามาก "จุดเย็น" เกิดขึ้นในยุโรปตะวันออก (แพลตฟอร์มยุโรปตะวันออก) แคนาดา (Canadian Shield) แอฟริกาเหนือออสเตรเลียอเมริกาใต้แอ่งน้ำลึกของมหาสมุทรแปซิฟิกอินเดียและแอตแลนติก จุด "อุ่น" และ "ร้อน" ซึ่งเป็นบริเวณที่มีการไหลของความร้อนเพิ่มขึ้น - เกิดขึ้นในภูมิภาคของแคลิฟอร์เนียยุโรปอัลไพน์ไอซ์แลนด์ทะเลแดงการเพิ่มขึ้นของแปซิฟิกตะวันออกและแนวสันเขากลางใต้น้ำของมหาสมุทรแอตแลนติกและมหาสมุทรอินเดีย

พลังงานปรมาณู

การใช้พลังงานของโลกสามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่นในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เมื่อพลังงานความร้อนถูกปลดปล่อยออกมาเนื่องจากการแตกตัวของอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารของอะตอม เชื้อเพลิงหลักคือยูเรเนียมซึ่งมีอยู่ในเปลือกโลก หลายคนเชื่อว่าวิธีการได้รับพลังงานโดยเฉพาะนี้เป็นวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุด แต่การนำไปใช้นั้นเต็มไปด้วยปัญหามากมาย ประการแรกยูเรเนียมจะปล่อยรังสีที่ฆ่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมด นอกจากนี้หากสารนี้เข้าสู่ดินหรือชั้นบรรยากาศก็จะเกิดภัยพิบัติที่มนุษย์สร้างขึ้นจริง เรายังคงประสบกับผลลัพธ์ที่น่าเศร้าของอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล อันตรายอยู่ที่ความจริงที่ว่ากากกัมมันตภาพรังสีสามารถคุกคามสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นเวลานานนับพันปี

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรก

เราทุกคนเคยชินกับความจริงที่ว่าเมื่อหลายปีก่อนพลังงานถูกสกัดจากทรัพยากรธรรมชาติ และก็เป็นเช่นนั้น แต่ก่อนหน้านั้นโรงไฟฟ้าแห่งแรกแห่งแรกคือพลังงานความร้อนใต้พิภพ โดยทั่วไปสิ่งนี้มีเหตุผลมากเนื่องจากเทคนิคนี้ทำงานบนแรงฉุดด้วยไอน้ำและการใช้ไอน้ำเป็นการตัดสินใจที่ถูกต้องกว่า และเป็นครั้งเดียวในเวลานั้นไม่นับการเผาไม้และถ่านหิน

ย้อนกลับไปในปีพ. ศ. 2360 Count François de Larderel ได้พัฒนาเทคโนโลยีในการรวบรวมไอน้ำธรรมชาติซึ่งมีประโยชน์ในศตวรรษที่ยี่สิบเมื่อความต้องการโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสูงมาก

สถานีทำงานจริงแห่งแรกถูกสร้างขึ้นในเมือง Larderello ของอิตาลีในปีพ. ศ. 2447 จริงอยู่มันเป็นเครื่องต้นแบบมากกว่าเนื่องจากสามารถจ่ายไฟได้เพียง 4 หลอด แต่มันใช้งานได้ หกปีต่อมาในปีพ. ศ. 2453 มีการสร้างสถานีทำงานจริงในเมืองเดียวกันซึ่งสามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม

แม้แต่ในสถานที่ที่งดงามเช่นนี้ก็สามารถมีโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพได้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทดลองถูกสร้างขึ้นในหลายแห่ง แต่อิตาลีเป็นผู้นำจนถึงปีพ. ศ. 2501 และเป็นผู้ผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพเพียงแห่งเดียวในโลก

ความเป็นผู้นำต้องยอมจำนนหลังจากที่โรงไฟฟ้า Wairakei ได้รับการว่าจ้างในนิวซีแลนด์ นับเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพทางอ้อมแห่งแรก ไม่กี่ปีต่อมาสิ่งอำนวยความสะดวกที่คล้ายคลึงกันได้เปิดให้บริการในประเทศอื่น ๆ รวมถึงสหรัฐอเมริกาโดยมีแหล่งที่มาในแคลิฟอร์เนีย

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรกประเภททางอ้อมถูกสร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในปีพ. ศ. 2510 ในเวลานี้วิธีการได้รับพลังงานนี้เริ่มมีการพัฒนาอย่างแข็งขันทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานที่ต่างๆเช่นอลาสก้าฟิลิปปินส์และอินโดนีเซียซึ่งยังคงเป็นผู้นำในด้านพลังงานที่ผลิตด้วยวิธีนี้

เวลาใหม่ - ความคิดใหม่

แน่นอนว่าผู้คนไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้นและทุกๆปีจะมีความพยายามมากขึ้นเรื่อย ๆ ในการค้นหาวิธีการใหม่ ๆ ในการหาพลังงาน หากได้รับพลังงานความร้อนของโลกค่อนข้างง่ายวิธีการบางอย่างก็ไม่ง่ายนัก ตัวอย่างเช่นในฐานะแหล่งพลังงานค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้ก๊าซชีวภาพซึ่งได้มาจากขยะที่เน่าเปื่อย สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนในบ้านและน้ำร้อน

มีการสร้างโรงไฟฟ้ากระแสน้ำเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อมีการติดตั้งเขื่อนและกังหันบริเวณปากอ่างเก็บน้ำซึ่งขับเคลื่อนด้วยการลดลงและการไหลตามลำดับจะได้รับกระแสไฟฟ้า

เผาขยะเราได้รับพลังงาน

อีกวิธีหนึ่งซึ่งใช้กันอยู่แล้วในญี่ปุ่นคือการสร้างเตาเผาขยะ ปัจจุบันมีการสร้างขึ้นในอังกฤษอิตาลีเดนมาร์กเยอรมนีฝรั่งเศสเนเธอร์แลนด์และสหรัฐอเมริกา แต่ในญี่ปุ่นเท่านั้นองค์กรเหล่านี้เริ่มใช้ไม่เพียง แต่ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งไว้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วย โรงงานในพื้นที่เผาขยะ 2/3 ของขยะทั้งหมดในขณะที่โรงงานติดตั้งกังหันไอน้ำ ดังนั้นจึงจ่ายความร้อนและไฟฟ้าให้กับพื้นที่โดยรอบ ในขณะเดียวกันในแง่ของต้นทุนการสร้างองค์กรดังกล่าวให้ผลกำไรมากกว่าการสร้าง CHP

โอกาสในการใช้ความร้อนของโลกที่ภูเขาไฟกระจุกตัวดูน่าดึงดูดยิ่งขึ้น ในกรณีนี้คุณไม่จำเป็นต้องเจาะโลกให้ลึกเกินไปเนื่องจากที่ระดับความลึก 300-500 เมตรอุณหภูมิจะสูงกว่าจุดเดือดของน้ำอย่างน้อยสองเท่า

นอกจากนี้ยังมีวิธีการผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงานไฮโดรเจน ไฮโดรเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ง่ายและเบาที่สุดถือได้ว่าเป็นเชื้อเพลิงในอุดมคติเพราะพบได้ในที่ที่มีน้ำ หากคุณเผาไฮโดรเจนคุณจะได้รับน้ำซึ่งสลายตัวเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน เปลวไฟไฮโดรเจนนั้นไม่เป็นอันตรายนั่นคือจะไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ความไม่ชอบมาพากลขององค์ประกอบนี้คือมีค่าความร้อนสูง

มีอะไรในอนาคต?

แน่นอนว่าพลังงานของสนามแม่เหล็กโลกหรือพลังงานที่ได้รับจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่สามารถตอบสนองความต้องการทั้งหมดของมนุษยชาติได้อย่างเต็มที่ซึ่งมีการเติบโตขึ้นทุกปี อย่างไรก็ตามผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าไม่มีเหตุผลที่ต้องกังวลเนื่องจากแหล่งเชื้อเพลิงของดาวเคราะห์ยังคงเพียงพอ ยิ่งไปกว่านั้นแหล่งข้อมูลใหม่ ๆ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและหมุนเวียนกำลังถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อย ๆ

ปัญหามลพิษทางสิ่งแวดล้อมยังคงอยู่และกำลังเติบโตอย่างรุนแรง ปริมาณการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายจะลดลงตามลำดับอากาศที่เราหายใจเข้าไปเป็นอันตรายน้ำมีสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายและดินจะค่อยๆหมดลง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องมีส่วนร่วมในการศึกษาปรากฏการณ์เช่นพลังงานในบาดาลของโลกในเวลาที่เหมาะสมเพื่อค้นหาวิธีลดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลและใช้แหล่งพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมมากขึ้น

ทรัพยากรที่มีอยู่อย่าง จำกัด ของวัตถุดิบพลังงานฟอสซิล

ความต้องการวัตถุดิบพลังงานอินทรีย์มีมากในประเทศที่พัฒนาทางอุตสาหกรรมและกำลังพัฒนา (สหรัฐอเมริกาญี่ปุ่นสหรัฐอเมริกาในยุโรปจีนอินเดีย ฯลฯ ) ในขณะเดียวกันทรัพยากรไฮโดรคาร์บอนของตนเองในประเทศเหล่านี้มีไม่เพียงพอหรือมีการสงวนไว้และประเทศเช่นสหรัฐอเมริกาซื้อวัตถุดิบพลังงานในต่างประเทศหรือพัฒนาเงินฝากในประเทศอื่น ๆ

ในรัสเซียหนึ่งในประเทศที่ร่ำรวยที่สุดในด้านทรัพยากรพลังงานความต้องการทางเศรษฐกิจสำหรับพลังงานยังคงพึงพอใจกับความเป็นไปได้ในการใช้ทรัพยากรธรรมชาติ อย่างไรก็ตามการสกัดฟอสซิลไฮโดรคาร์บอนจากดินดานกำลังดำเนินไปอย่างรวดเร็ว หากอยู่ในช่วงทศวรรษที่ 1940-1960 พื้นที่ผลิตน้ำมันหลักคือ "บากูแห่งที่สอง" ในภูมิภาคโวลก้าและอูราลจากนั้นเริ่มตั้งแต่ปี 1970 จนถึงปัจจุบันพื้นที่ดังกล่าวคือไซบีเรียตะวันตก แต่ที่นี่ก็มีการผลิตฟอสซิลไฮโดรคาร์บอนลดลงอย่างมากเช่นกัน ยุคของก๊าซ Cenomanian "แห้ง" กำลังจะผ่านพ้นไป ขั้นตอนก่อนหน้าของการพัฒนาการผลิตก๊าซธรรมชาติอย่างกว้างขวางสิ้นสุดลงแล้ว การสกัดจากเงินฝากขนาดยักษ์เช่น Medvezhye, Urengoyskoye และ Yamburgskoye มีจำนวน 84, 65 และ 50% ตามลำดับ ส่วนแบ่งของน้ำมันสำรองที่เอื้อต่อการพัฒนาก็ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

เนื่องจากการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่ใช้งานอยู่ปริมาณสำรองน้ำมันบนบกและก๊าซธรรมชาติจึงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ตอนนี้ทุนสำรองหลักของพวกเขากระจุกตัวอยู่ที่ไหล่ทวีป และแม้ว่าฐานทรัพยากรของอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซยังคงเพียงพอสำหรับการผลิตน้ำมันและก๊าซในรัสเซียในปริมาณที่ต้องการ แต่ในอนาคตอันใกล้นี้จะมีการจัดหาในระดับที่มากขึ้นเรื่อย ๆ ผ่านการพัฒนาเขตข้อมูลที่มีการขุดที่ยากและ สภาพทางธรณีวิทยา ในขณะเดียวกันต้นทุนที่สำคัญของการผลิตไฮโดรคาร์บอนก็จะเพิ่มขึ้น

ทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียนส่วนใหญ่ที่สกัดจากดินดานถูกนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับโรงไฟฟ้า ประการแรกมันเป็นก๊าซธรรมชาติซึ่งส่วนแบ่งในโครงสร้างเชื้อเพลิงคือ 64%

ในรัสเซีย 70% ของไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน องค์กรด้านพลังงานของประเทศเผาผลาญเชื้อเพลิงประมาณ 500 ล้านตันต่อปี เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและความร้อนในขณะที่สำหรับการผลิตความร้อนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนจะถูกใช้มากกว่าการผลิตกระแสไฟฟ้า 3-4 เท่า

ปริมาณความร้อนที่ได้รับจากการเผาไหม้ของวัตถุดิบไฮโดรคาร์บอนในปริมาณเหล่านี้เทียบเท่ากับการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์หลายร้อยตัน - ความแตกต่างนั้นมหาศาล อย่างไรก็ตามพลังงานนิวเคลียร์ต้องการความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อม (เพื่อไม่รวมการกลับเป็นซ้ำของเชอร์โนบิล) และการป้องกันจากการโจมตีของผู้ก่อการร้ายที่อาจเกิดขึ้นรวมถึงการดำเนินการรื้อถอนที่ปลอดภัยและมีค่าใช้จ่ายสูงของหน่วยพลังงาน NPP ที่ล้าสมัยและล้าสมัย ปริมาณสำรองยูเรเนียมที่พิสูจน์แล้วในโลกมีประมาณ 3 ล้าน 400,000 ตันสำหรับช่วงเวลาก่อนหน้านี้ทั้งหมด (ถึงปี 2550) มีการขุดประมาณ 2 ล้านตัน