Jeotermal enerji
Zaten adından da anlaşılıyor ki, dünyanın iç kısmının sıcaklığını temsil ediyor. Yerkabuğunun altında, ateşli bir sıvı silikat eriyiği olan bir magma tabakası bulunur. Araştırma verilerine göre, bu ısının enerji potansiyeli, petrolün yanı sıra dünyadaki doğal gaz rezervlerinin enerjisinden çok daha yüksektir. Magma - lav yüzeye çıkıyor. Dahası, en büyük aktivite, tektonik plakaların sınırlarının bulunduğu yeryüzünün katmanlarında ve yer kabuğunun incelikle karakterize edildiği yerlerde gözlenir. Yeryüzünün jeotermal enerjisi şu şekilde elde edilir: Gezegenin lav ve su kaynakları temas eder ve bunun sonucunda su keskin bir şekilde ısınmaya başlar. Bu, bir gayzerin patlamasına, sözde sıcak göllerin ve su altı akıntılarının oluşumuna yol açar. Yani, tam olarak, özellikleri tükenmez bir enerji kaynağı olarak aktif olarak kullanılan doğal fenomenler için.
Petrotermal enerji
Şu anda, dünyanın iç kısmının ısısı dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu esas olarak sığ kuyuların enerjisidir - 1 km'ye kadar. Elektrik, ısı veya sıcak su temini için, düşük kaynama noktasına sahip sıvılar (örneğin, freon) üzerinde çalışan kuyu içi ısı eşanjörleri kurulur.
Günümüzde, bir sondaj deliği ısı eşanjörünün kullanılması, ısı üretmenin en akılcı yoludur. Şuna benzer: Soğutucu kapalı bir döngüde dolaşır. Isıtılmış olan, eşmerkezli olarak alçaltılmış bir boru boyunca yükselir, ısısını verir, ardından soğutulur, bir pompa yardımıyla kasaya pompalanır.
Dünyanın iç kısmındaki enerjinin kullanımı doğal bir fenomene dayanır - Dünya'nın çekirdeğine yaklaştıkça, yer kabuğunun ve mantosunun sıcaklığı yükselir. Gezegenin yüzeyinden 2-3 km uzaklıkta, sonraki her kilometrede ortalama 20 ° C artarak 100 ° C'den fazla ulaşır. 100 km derinlikte sıcaklık 1300-1500 ºº'ye ulaşır.
Yapay jeotermal kaynaklar
Dünyanın bağırsaklarında bulunan enerji akıllıca kullanılmalıdır. Örneğin, yer altı kazanları oluşturma fikri var. Bunu yapmak için, dibe bağlanacak yeterli derinlikte iki kuyu açmanız gerekir. Yani, arazinin hemen hemen her köşesinde endüstriyel olarak jeotermal enerji elde etmenin mümkün olduğu ortaya çıkıyor: bir kuyudan rezervuara soğuk su pompalanacak ve ikinci kuyudan sıcak su veya buhar çıkarılacak. Ortaya çıkan ısı daha fazla enerji sağlarsa, yapay ısı kaynakları faydalı ve rasyonel olacaktır. Buhar, elektrik üretecek türbin jeneratörlerine yönlendirilebilir.
Tabii ki, seçilen ısı, toplam rezervlerde mevcut olanın sadece bir kısmıdır. Ancak radyoaktif bozunma, kayaların sıkışması, bağırsakların tabakalaşması süreçleri nedeniyle derin ısının sürekli olarak yenileneceği unutulmamalıdır. Uzmanlara göre, yerkabuğu, bir bütün olarak yeryüzündeki tüm fosil kaynaklarının ısıl değerinin toplam miktarı 5.000 kat daha fazla olan ısı biriktiriyor. Bu tür yapay olarak oluşturulmuş jeotermal istasyonların çalışma süresinin sınırsız olabileceği ortaya çıktı.
Dünyanın enerji kaynaklarını toplama yöntemleri
Bugün jeotermal enerjiyi toplamanın üç ana yöntemi vardır: kuru buhar, sıcak su ve ikili döngü. Kuru buhar işlemi, güç jeneratörlerinin türbin tahriklerini doğrudan döndürür. Sıcak su aşağıdan yukarıya doğru girer, ardından türbinleri çalıştırmak için buhar oluşturmak üzere tanka püskürtülür.Amerika Birleşik Devletleri, İzlanda, Avrupa, Rusya ve diğer ülkelerde yüzlerce megavat elektrik üreten bu iki yöntem en yaygın olanıdır. Ancak bu fabrikalar yalnızca ısıtılmış suya erişimin daha kolay olduğu tektonik bölgelerde faaliyet gösterdiği için konum sınırlıdır.
İkili çevrim teknolojisi ile yüzeye ılık (mutlaka sıcak olması gerekmez) su çekilir ve düşük kaynama noktasına sahip bütan veya pentan ile birleştirilir. Bu sıvı, buharlaştırıldığı ve sisteme geri döndürülmeden önce bir türbinden gönderildiği bir ısı eşanjöründen pompalanır. İkili çevrim teknolojisi, Amerika Birleşik Devletleri'nde onlarca megavat elektrik sağlar: Kaliforniya, Nevada ve Hawai Adaları.
Enerji elde etme ilkesi
Jeotermal enerji elde etmenin dezavantajları
Kamu hizmeti düzeyinde, jeotermal enerji santrallerinin yapımı ve işletilmesi pahalıdır. Uygun bir yer bulmak, verimli bir yeraltı sıcak noktasına ulaşma garantisi olmadan maliyetli, iyi araştırmalar gerektirir. Ancak, analistler bu kapasitenin önümüzdeki altı yıl içinde neredeyse iki katına çıkmasını bekliyorlar.
Ek olarak, yer altı kaynağının yüksek sıcaklığına sahip alanlar, aktif jeolojik volkanların bulunduğu bölgelerde bulunur. Bu "sıcak noktalar", kabuğun oldukça ince olduğu yerlerde tektonik levhaların sınırlarında oluşmuştur. Pasifik bölgesi genellikle Alaska, California ve Oregon dahil olmak üzere birçok sıcak noktaya sahip birçok yanardağ için ateş çemberi olarak anılır. Nevada, kuzey Amerika Birleşik Devletleri'nin çoğunu kapsayan yüzlerce sıcak noktaya sahiptir.
Ayrıca sismik olarak aktif olan başka bölgeler de vardır. Depremler ve magma hareketi suyun dolaşımına izin verir. Bazı yerlerde su yüzeye çıkar ve Kamçatka'da olduğu gibi doğal kaplıcalar ve gayzerler oluşur. Kamçatka gayzerlerindeki su 95 ° C'ye ulaşır.
Açık şofben sistemleriyle ilgili sorunlardan biri, belirli hava kirleticilerinin salınmasıdır. Hidrojen sülfit, çok tanınan "çürük yumurta" kokusuna sahip zehirli bir gazdır - buharla açığa çıkan az miktarda arsenik ve mineral. Tuz aynı zamanda çevresel bir sorun oluşturabilir.
Açık deniz jeotermal enerji santrallerinde, borularda önemli miktarda karışan tuz birikir. Kapalı sistemlerde emisyon olmaz ve yüzeye getirilen tüm sıvı geri döndürülür.
Enerji kaynağının ekonomik potansiyeli
Jeotermal enerjinin bulunabileceği tek yer sıcak noktalar değildir. Dünyanın hemen hemen her yerinin yüzeyinin 4 metreden birkaç kilometre altına kadar herhangi bir yerde doğrudan ısıtma amacıyla sürekli kullanılabilir bir ısı kaynağı vardır. Kendi arka bahçenizdeki veya yerel okulunuzdaki arazi bile, evinize veya diğer binalarınıza pompalanacak ısı şeklinde ekonomik potansiyele sahiptir.
Ayrıca yüzeyin çok altındaki (4-10 km) kuru kaya oluşumlarında muazzam miktarda termal enerji vardır.
Yeni teknolojinin kullanımı, insanların bu ısıyı geleneksel teknolojilerden çok daha büyük ölçekte elektrik üretmek için kullanabileceği jeotermal sistemleri genişletebilir. Bu elektrik üretme ilkesinin ilk tanıtım projeleri, 2013 yılında Amerika Birleşik Devletleri ve Avustralya'da gösterildi.
Jeotermal kaynakların tam ekonomik potansiyeli gerçekleştirilebilirse, bu, üretim tesisleri için büyük bir elektrik kaynağı olacaktır. Bilim adamları, geleneksel jeotermal kaynakların yılda 380 milyon MW elektrik üretebilen 38.000 MW'lık bir potansiyele sahip olduğunu öne sürüyorlar.
Sıcak kuru kayalar, yeraltında her yerde 5 ila 8 km derinliklerde ve belirli yerlerde daha sığ derinliklerde oluşur.Bu kaynaklara erişim, sıcak kayalar arasında dolaşan soğuk suyun girişini ve ısıtılmış suyun uzaklaştırılmasını içerir. Şu anda bu teknoloji için ticari bir uygulama bulunmamaktadır. Mevcut teknolojiler henüz termal enerjinin doğrudan magmadan çok derinden geri kazanılmasına izin vermiyor, ancak bu jeotermal enerjinin en güçlü kaynağıdır.
Enerji kaynaklarının ve tutarlılığının birleşimi ile jeotermal enerji, daha temiz, daha sürdürülebilir bir enerji sistemi olarak yeri doldurulamaz bir rol oynayabilir.
Kaynakların özellikleri
Jeotermal enerji sağlayan kaynakların tam olarak kullanılması neredeyse imkansızdır. Pasifik Volkanik Ateş Çemberi'ndeki kara volkanlarının çoğu ile dünyanın 60'tan fazla ülkesinde bulunurlar. Ancak pratikte, dünyanın farklı bölgelerindeki jeotermal kaynakların özelliklerinde, yani ortalama sıcaklık, mineralizasyon, gaz bileşimi, asitlik vb. Bakımından tamamen farklı olduğu ortaya çıktı.
Gayzerler, yeryüzündeki enerji kaynaklarıdır ve özelliği, düzenli aralıklarla kaynar su püskürtmeleridir. Patlama meydana geldikten sonra havuz sudan kurtulur, dibinde yerin derinliklerine inen bir kanal görürsünüz. Gayzerler, Kamçatka, İzlanda, Yeni Zelanda ve Kuzey Amerika gibi bölgelerde enerji kaynağı olarak kullanılırken, diğer bazı bölgelerde de yalnız gayzerler bulunur.
Sanayi ve konut ve toplumsal hizmetler
Kasım 2014'te, o sırada dünyanın en büyük jeotermal enerji santrali Kenya'da faaliyete geçti. En büyük ikinci İzlanda'da bulunuyor - bu, Hengiedl yanardağı yakınındaki kaynaklardan ısı alan Hellisheid.
Jeotermal enerjiyi endüstriyel ölçekte kullanan diğer ülkeler: ABD, Filipinler, Rusya, Japonya, Kosta Rika, Türkiye, Yeni Zelanda vb.
GeoTPP'de enerji üretimi için dört ana şema vardır:
- düz, buhar borulardan güç jeneratörlerine bağlı türbinlere yönlendirildiğinde;
- dolaylı, bir öncekine benzer şekilde, borulara girmeden önce buharın gazlardan arındırılması dışında;
- ikili - çalışma ısısı olarak su veya buhar değil, düşük kaynama noktasına sahip başka bir sıvı kullanılır;
- karışık - düz çizgiye benzer, ancak yoğunlaşmadan sonra çözünmemiş gazlar sudan çıkarılır.
2009 yılında, kullanılabilir jeotermal kaynaklar arayan bir araştırma ekibi, yalnızca 2,1 km derinlikte erimiş magmaya ulaştı. Magmaya böyle bir düşme çok nadirdir, bu sadece ikinci bilinen vakadır (bir önceki olay 2007'de Hawaii'de meydana geldi).
Magmaya bağlanan boru hiçbir zaman yakındaki Krafla Jeotermal Enerji Santrali'ne bağlanmamış olsa da, bilim adamları çok umut verici sonuçlar aldı. Şimdiye kadar, tüm operasyon istasyonları, yeryüzündeki kayalardan veya yer altı sularından dolaylı olarak ısı alıyordu.
Enerji nereden geliyor?
Soğutulmamış magma, dünya yüzeyine çok yakın bir yerde bulunur. Çatlaklar boyunca yükselen ve geçen gazlar ve buharlar ondan salınır. Yeraltı suyu ile karışarak ısınmalarına neden olurlar, içinde birçok maddenin çözündüğü sıcak suya dönüşürler. Bu tür su, çeşitli jeotermal kaynaklar şeklinde yeryüzüne salınır: kaplıcalar, maden kaynakları, gayzerler vb. Bilim adamlarına göre, yeryüzünün sıcak bağırsakları, geçitlerle, çatlaklarla ve kanallarla birbirine bağlanan mağaralar veya odacıklardır. Sadece yeraltı sularıyla doldurulurlar ve magma merkezleri onlara çok yakın konumdadır. Bu sayede yeryüzünün ısıl enerjisi doğal bir şekilde oluşur.
Hidrotermal enerji
Büyük derinliklerde dolaşan su, önemli değerlere kadar ısıtılır. Sismik olarak aktif bölgelerde yer kabuğundaki çatlaklar boyunca yüzeye yükselir; sakin bölgelerde kuyular kullanılarak çıkarılabilir.
Çalışma prensibi aynıdır: ısıtılmış su kuyuda yükselir, ısı verir ve ikinci borudan geri döner. Döngü pratik olarak sonsuzdur ve dünyanın iç kısmında sıcaklık kaldığı sürece yenilenir.
Bazı sismik olarak aktif bölgelerde, sıcak sular yüzeye o kadar yakın uzanır ki, jeotermal enerjinin nasıl çalıştığını ilk elden görebilirsiniz. Krafla yanardağının (İzlanda) yakın bir fotoğrafı, burada çalışan Jeotermal enerji santrali için buhar ileten gayzerleri gösteriyor.
Dünyanın elektrik alanı
Doğada yenilenebilirlik, çevre dostu ve kullanım kolaylığı ile ayırt edilen başka bir alternatif enerji kaynağı var. Doğru, şimdiye kadar bu kaynak sadece araştırılıyor ve pratikte uygulanmıyor. Yani Dünya'nın potansiyel enerjisi, elektrik alanında gizlidir. Elektrostatiğin temel yasaları ve Dünya'nın elektrik alanının özellikleri incelenerek bu şekilde enerji elde edilebilir. Aslında, elektriksel açıdan gezegenimiz 300.000 volta kadar yüklü küresel bir kapasitördür. İç küresi negatif yüklüdür ve dış küresi, iyonosfer pozitiftir. Dünya'nın atmosferi bir yalıtkandır. Bunun içinden, binlerce amperlik bir kuvvete ulaşan sabit bir iyonik ve konvektif akım akışı vardır. Ancak bu durumda plakalar arasındaki potansiyel fark azalmaz.
Bu, doğada bir jeneratör olduğunu, bunun rolü kapasitör plakalarından gelen yük sızıntısını sürekli olarak yenilemek olduğunu göstermektedir. Böyle bir jeneratörün rolü, güneş rüzgarının akışında gezegenimizle birlikte dönen Dünya'nın manyetik alanı tarafından oynanır. Dünyanın manyetik alanının enerjisi, sadece bir enerji tüketicisini bu jeneratöre bağlayarak elde edilebilir. Bunu yapmak için güvenilir bir topraklama kurulumu yapmanız gerekir.
Dünyanın Isısı
(Son için. Başlangıç için bkz. Science and Life, No. 9, 2013)
19. yüzyılın ilk yarısı, Larderello'da (İtalya) termal borlu su toplamak için toplayıcı.
Motor ve invertör, 1904 yılında jeotermal elektrik üretmek için ilk deneyde Larderello'da kullanılmıştır.
Bir termik santralin çalışmasının şematik diyagramı.
GeoPP'nin kuru buhar üzerinde çalışma prensibi. Bir üretim kuyusundan çıkan jeotermal buhar doğrudan bir buhar türbininden geçirilir. GeoPP işleminin mevcut şemalarının en basiti.
Bir GeoPP'nin dolaylı devre ile çalışma prensibi. Bir üretim kuyusundan çıkan sıcak yer altı suyu bir buharlaştırıcıya pompalanır ve elde edilen buhar bir türbine verilir.
İkili bir GeoPP'nin çalışma prensibi. Sıcak termal su, çalışma sıvısı görevi gören ve daha düşük kaynama noktasına sahip başka bir sıvı ile etkileşime girer.
Petrotermal sistemin şeması. Sistem, dünyanın yüzeyi ile sıcaklığın daha yüksek olduğu iç mekanı arasında bir sıcaklık gradyanı kullanımına dayanmaktadır.
Bir buzdolabının ve bir ısı pompasının şematik diyagramı: 1 - kondansatör; 2 - gaz kelebeği (basınç regülatörü); 3 - buharlaştırıcı; 4 - kompresör.
Mutnovskaya GeoPP, Kamçatka'da. 2011 yılı sonunda istasyonun kurulu gücü 50 MW iken 80 MW'a çıkarılması planlanmaktadır. Fotoğraf Tatiana Korobkova (Lomonosov Moskova Devlet Üniversitesi Coğrafya Fakültesi RES Araştırma Laboratuvarı.)
‹
›
Jeotermal enerji kullanımının çok uzun bir geçmişi vardır. Bilinen ilk örneklerden biri, Toskana vilayetinde, şimdi Larderello olarak adlandırılan ve 19. yüzyılın başlarında, yerel sıcak termal suların doğal olarak döküldüğü veya sığ kuyulardan çıkarıldığı İtalya'dır. enerji amaçları.
Burada borik asit elde etmek için borca zengin yeraltı suyu kullanılmıştır. Başlangıçta, bu asit demir kazanlarda buharlaştırılarak elde edildi ve yakındaki ormanlardan sıradan yakacak odun yakıt olarak alındı, ancak 1827'de Francesco Larderel suların ısısı üzerinde çalışan bir sistem yarattı. Aynı zamanda, doğal su buharı enerjisi sondaj kulelerinin çalışması için ve 20. yüzyılın başında yerel evleri ve seraları ısıtmak için kullanılmaya başlandı. Aynı yerde, Larderello'da, 1904'te termal su buharı, elektrik üretmek için bir enerji kaynağı haline geldi.
Diğer bazı ülkeler, 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında İtalya örneğini takip etti. Örneğin, 1892'de termal sular ilk olarak Amerika Birleşik Devletleri'nde (Boise, Idaho), 1919'da Japonya'da ve 1928'de İzlanda'da yerel ısıtma için kullanıldı.
Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk hidrotermal enerji santrali 1930'ların başında Kaliforniya'da, 1958'de Yeni Zelanda'da, 1959'da Meksika'da, 1965'te Rusya'da (dünyanın ilk ikili jeotermal enerji santrali) ortaya çıktı ...
Yeni bir kaynakta eski prensip
Elektrik üretimi, hidro kaynağında ısıtmaya göre daha yüksek bir sıcaklık gerektirir - 150 ° C'den fazla Bir jeotermal enerji santralinin (GeoPP) çalışma prensibi, geleneksel bir termik santralin (TPP) çalışma prensibine benzer. Aslında jeotermal enerji santrali bir tür termik santraldir.
TPP'lerde, bir kural olarak, kömür, gaz veya fuel-oil birincil enerji kaynağı olarak işlev görür ve su buharı, çalışma sıvısı olarak işlev görür. Yakıt, yanarken, suyu buhar türbinini döndüren buhar durumuna kadar ısıtır ve elektrik üretir.
GeoPP'ler arasındaki fark, buradaki birincil enerji kaynağının dünyanın içinin ısısı olmasıdır ve buhar şeklindeki çalışma sıvısı, bir elektrik jeneratörünün türbin kanatlarına doğrudan üretimden "hazır" formda verilir. iyi.
GeoPP işleminin üç ana şeması vardır: doğrudan, kuru (jeotermal) buhar kullanarak; dolaylı, hidrotermal suya dayalı ve karışık veya ikili.
Bu veya bu şemanın uygulanması, kümelenme durumuna ve enerji taşıyıcısının sıcaklığına bağlıdır.
En basit ve dolayısıyla hakim olan şemalardan ilki, kuyudan gelen buharın doğrudan türbinden geçtiği düz çizgidir. Larderello'daki dünyanın ilk GeoPP'si de 1904'te kuru buharla çalıştı.
Dolaylı bir çalışma planına sahip GeoPP'ler, zamanımızda en yaygın olanlardır. Yüksek basınç altında bir buharlaştırıcıya pompalanan, bir kısmının buharlaştığı sıcak yeraltı suyunu kullanırlar ve ortaya çıkan buhar bir türbini döndürür. Bazı durumlarda, jeotermal suyu ve buharı agresif bileşiklerden arındırmak için ek cihazlar ve devreler gerekir.
Harcanan buhar enjeksiyon kuyusuna girer veya alan ısıtma için kullanılır - bu durumda, prensip bir CHP'nin çalışmasıyla aynıdır.
İkili GeoPP'lerde, sıcak termal su, daha düşük bir kaynama noktasına sahip bir çalışma sıvısı görevi gören başka bir sıvı ile etkileşime girer. Her iki sıvı da, termal suyun türbini döndüren çalışma sıvısını buharlaştırdığı bir ısı eşanjöründen geçirilir.
Bu sistem kapalıdır ve atmosfere emisyon sorununu çözer. Ek olarak, nispeten düşük kaynama noktasına sahip çalışma sıvıları, çok sıcak olmayan termal suların birincil enerji kaynağı olarak kullanılmasını mümkün kılar.
Her üç programda da bir hidrotermal kaynak kullanılmaktadır, ancak elektrik üretmek için petrotermal enerji de kullanılabilir (hidrotermal ve petrotermal enerji arasındaki farklar için bkz. Science and Life, No. 9, 2013).
Bu durumda şematik diyagram da oldukça basittir. Birbirine bağlı iki kuyu açmak gereklidir - enjeksiyon ve üretim. Enjeksiyon kuyusuna su pompalanır. Derinlikte ısınır, daha sonra ısınan su veya kuvvetli ısınma sonucu oluşan buhar üretim kuyusundan yüzeye beslenir. Dahası, her şey petrotermal enerjinin ısıtma veya elektrik üretmek için nasıl kullanıldığına bağlıdır. Atık buhar ve suyun enjeksiyon kuyusuna geri enjeksiyonu veya başka bir bertaraf yolu ile kapalı bir döngü mümkündür.
Böyle bir sistemin dezavantajı açıktır: yeterince yüksek bir çalışma sıvısı sıcaklığı elde etmek için, kuyuları büyük bir derinliğe kadar delmek gerekir.Ve bunlar ciddi maliyetlerdir ve sıvı yukarı doğru hareket ettiğinde önemli ısı kaybı riskidir. Bu nedenle, petrotermal sistemler hidrotermal sistemlerden daha az yaygındır, ancak petrotermal enerjinin potansiyeli çok daha yüksektir.
Şu anda Avustralya, sözde petrotermal dolaşım sistemlerinin (PCS) oluşturulmasında liderdir. Ek olarak, bu jeotermal enerji yönü ABD, İsviçre, İngiltere ve Japonya'da aktif olarak gelişmektedir.
Lord Kelvin'in hediyesi
1852'de fizikçi William Thompson (aka Lord Kelvin) tarafından bir ısı pompasının icadı, insanlığa üst toprak katmanlarının düşük potansiyel ısısını kullanmak için gerçek bir fırsat sağladı. Isı pompası sistemi veya Thompson'ın dediği gibi ısı çarpanı, ısıyı ortamdan soğutucuya aktarmanın fiziksel sürecine dayanır. Aslında petrotermal sistemlerde olduğu gibi aynı prensibi kullanır. Aradaki fark, ısı kaynağındadır ve bununla bağlantılı olarak bir terminolojik soru ortaya çıkabilir: bir ısı pompası ne ölçüde jeotermal bir sistem olarak kabul edilebilir? Gerçek şu ki, üst katmanlarda onlarca - yüzlerce metre derinliğe kadar, içlerinde bulunan kayalar ve sıvılar dünyanın derin ısısıyla değil, güneş tarafından ısınır. Dolayısıyla, jeotermal sistemlerde olduğu gibi topraktan alınmasına rağmen bu durumda birincil ısı kaynağı güneştir.
Bir ısı pompasının çalışması, toprağın atmosfere kıyasla ısınması ve soğumasında bir gecikmeye dayanır, bunun sonucunda yüzey ve daha derin tabakalar arasında, kışın bile ısıyı tutan bir sıcaklık gradyanı oluşur. su kütlelerinde ne olur. Isı pompalarının temel amacı alan ısıtmadır. Aslında bir "ters buzdolabı" dır. Hem ısı pompası hem de buzdolabı üç bileşenle etkileşime girer: iç ortam (ilk durumda - ısıtılmış oda, ikinci durumda - buzdolabının soğutulmuş odası), dış ortam - enerji kaynağı ve soğutucu (soğutucu) aynı zamanda ısı transferini veya soğukluğu sağlayan ısı taşıyıcıdır.
Düşük kaynama noktasına sahip bir madde, nispeten düşük bir sıcaklığa sahip bir kaynaktan ısı almasına izin veren bir soğutucu akışkan görevi görür.
Buzdolabında, sıvı soğutucu, buharlaştırıcıya bir gaz kelebeği (basınç regülatörü) yoluyla girer, burada, basınçtaki keskin bir düşüş nedeniyle sıvı buharlaşır. Buharlaşma, harici ısı absorpsiyonu gerektiren endotermik bir süreçtir. Sonuç olarak, evaporatörün iç duvarlarından ısı alınır ve bu da soğutucu bölmesinde bir soğutma etkisi sağlar. Ayrıca, evaporatörden soğutucu kompresörün içine emilir ve burada sıvı kümelenme durumuna geri döner. Bu, çıkarılan ısının dış ortama salınmasına yol açan ters bir işlemdir. Kural olarak, odaya atılır ve buzdolabının arkası nispeten sıcaktır.
Bir ısı pompası, ısının dış ortamdan alınması ve evaporatör aracılığıyla iç ortama - oda ısıtma sistemine girmesi farkıyla hemen hemen aynı şekilde çalışır.
Gerçek bir ısı pompasında su ısıtılır, harici bir devre boyunca geçer, zemine veya bir rezervuara serilir ve ardından buharlaştırıcıya girer.
Evaporatörde, ısı, düşük kaynama noktasına sahip bir soğutucu akışkanla doldurulmuş bir iç devreye aktarılır ve bu, buharlaştırıcıdan geçerek bir sıvıdan gaz haline geçerek ısıyı uzaklaştırır.
Ayrıca, gaz halindeki soğutucu, yüksek basınç ve sıcaklığa sıkıştırıldığı kompresöre girer ve sıcak gaz ile ısıtma sisteminden gelen soğutucu arasında ısı alışverişinin gerçekleştiği kondansatöre girer.
Kompresörün çalışması için elektriğe ihtiyaç vardır, ancak modern sistemlerde dönüşüm oranı (tüketilen ve üretilen enerjinin oranı) verimliliklerini sağlayacak kadar yüksektir.
Şu anda ısı pompaları, özellikle ekonomik olarak gelişmiş ülkelerde alan ısıtma için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Eko-doğru enerji
Jeotermal enerji çevre dostu olarak kabul edilir ve bu genellikle doğrudur. Her şeyden önce, yenilenebilir ve pratik olarak tükenmez bir kaynak kullanıyor. Jeotermal enerji, büyük hidroelektrik santrallerinden veya rüzgar çiftliklerinden farklı olarak geniş alanlar gerektirmez ve hidrokarbon enerjisinin aksine atmosferi kirletmez. Ortalama olarak, bir GeoPP 1 GW üretilen elektrik açısından 400 m2 kaplar. Örneğin, kömürle çalışan bir elektrik santrali için aynı rakam 3600 m2'dir. GeoPP'lerin ekolojik avantajları arasında düşük su tüketimi de vardır - 1 kW başına 20 litre tatlı su, TPP'ler ve nükleer santraller yaklaşık 1000 litre gerektirir. Bunların "ortalama" GeoPP'nin çevresel göstergeleri olduğuna dikkat edin.
Ancak yine de olumsuz yan etkiler var. Bunlar arasında gürültü, atmosferin termal kirliliği ve kimyasal kirlilik - su ve toprak ve ayrıca katı atık oluşumu en çok ayırt edilir.
Çevrenin kimyasal kirliliğinin ana kaynağı, genellikle büyük miktarlarda toksik bileşikler içeren termal sudur (yüksek sıcaklık ve mineralizasyon ile) ve bu nedenle atık su ve tehlikeli maddelerin bertarafı sorunu vardır.
Jeotermal enerjinin olumsuz etkileri, kuyuların sondajından başlayarak birkaç aşamada izlenebilir. Burada, herhangi bir kuyu açarken olduğu gibi aynı tehlikeler ortaya çıkar: toprağın ve bitki örtüsünün tahrip edilmesi, toprağın ve yeraltı suyunun kirlenmesi.
GeoPP'nin işletme aşamasında çevre kirliliği sorunları devam etmektedir. Termal sıvılar - su ve buhar - genellikle karbondioksit (CO2), kükürt sülfür (H2S), amonyak (NH3), metan (CH4), sofra tuzu (NaCl), bor (B), arsenik (As), cıva (Hg) içerir ). Çevreye salındığında, kirliliğin kaynağı olurlar. Ek olarak, agresif bir kimyasal ortam, GeoTPP'nin yapılarında korozyon hasarına neden olabilir.
Aynı zamanda, GeoPP'lerdeki kirletici emisyonları, TPP'lerden ortalama olarak daha düşüktür. Örneğin, üretilen elektriğin her kilovat-saatindeki karbondioksit emisyonları, GeoPP'lerde 380 g'a, kömürle çalışan TPP'lerde 1.042 g'a, akaryakıtta 906 g'a ve gazla çalışan TPP'lerde 453 g'a kadar çıkıyor.
Soru ortaya çıkıyor: atık su ile ne yapmalı? Düşük tuzluluk oranı ile soğuduktan sonra yüzey sularına boşaltılabilir. Bir başka yol da, günümüzde tercih edilen ve ağırlıklı olarak kullanılan bir enjeksiyon kuyusu ile akifere geri enjekte edilmesidir.
Termal suyun akiferlerden çıkarılması (normal suların dışarı pompalanmasının yanı sıra) toprağın çökmesine ve hareketine, jeolojik katmanların diğer deformasyonlarına ve mikro depremlere neden olabilir. Bireysel vakalar kaydedilmiş olmasına rağmen (örneğin, Almanya'daki Staufen im Breisgau'daki GeoPP'de) bu tür olayların olasılığı, kural olarak düşüktür.
GeoPP'lerin çoğunun nispeten seyrek nüfuslu bölgelerde ve çevresel gereksinimlerin gelişmiş ülkelere göre daha az katı olduğu Üçüncü Dünya ülkelerinde bulunduğu vurgulanmalıdır. Ek olarak, şu anda GeoPP'lerin sayısı ve kapasiteleri nispeten küçüktür. Daha kapsamlı bir jeotermal enerji gelişimi ile çevresel riskler artabilir ve çoğalabilir.
Dünyanın enerjisi ne kadar?
Jeotermal sistemlerin inşası için yatırım maliyetleri çok geniş bir aralıkta değişmektedir - 1 kW kurulu kapasite başına 200 ila 5.000 ABD Doları, yani en ucuz seçenekler bir termik santral inşa etme maliyetiyle karşılaştırılabilir. Her şeyden önce, termal suların oluşum koşullarına, bileşimlerine ve sistemin tasarımına bağlıdırlar. Büyük derinliklere kadar sondaj yapmak, iki kuyu ile kapalı bir sistem oluşturmak, su arıtma ihtiyacı maliyet manifoldunu artırabilir.
Örneğin, bir petrotermal sirkülasyon sisteminin (PCS) oluşturulmasına yönelik yatırımların, 1 kW kurulu kapasite başına 1,6-4 bin dolar olduğu tahmin edilmektedir; bu, bir nükleer enerji santrali inşa etme maliyetini aşan ve rüzgâr ve güneş enerjisi santralleri.
GeoTPP'nin bariz ekonomik avantajı, ücretsiz bir enerji taşıyıcısıdır. Karşılaştırma için, çalışan bir TPP veya NPP'nin maliyet yapısında, mevcut enerji fiyatlarına bağlı olarak yakıt% 50-80 veya daha fazlasını oluşturur. Bu nedenle jeotermal sistemin bir başka avantajı: işletme maliyetleri, enerji fiyatlarının dış konjonktürüne bağlı olmadıkları için daha istikrarlı ve öngörülebilirdir. Genel olarak, jeotermal enerji santralinin işletme maliyetlerinin 1 kWh üretilen kapasite başına 2-10 sent (60 kopek - 3 ruble) olduğu tahmin edilmektedir.
En büyük ikinci (enerjiden sonra) (ve çok önemli) harcama kalemi, kural olarak, ülkeler ve bölgeler arasında radikal bir şekilde farklılık gösterebilen fabrika personelinin maaşlarıdır.
Ortalama olarak, 1 kWh jeotermal enerjinin maliyeti TPP'lerinkiyle karşılaştırılabilir (Rusya koşullarında - yaklaşık 1 ruble / 1 kWh) ve hidroelektrik santrallerinde elektrik üretme maliyetinden (5-10 kopek / 1) on kat daha yüksektir. kWh).
Yüksek maliyetin nedenlerinden biri, termik ve hidrolik santrallerin aksine GeoTPP'nin nispeten küçük bir kapasiteye sahip olması gerçeğinde yatmaktadır. Ayrıca aynı bölgede ve benzer koşullarda bulunan sistemleri karşılaştırmak gerekir. Örneğin, uzmanlara göre Kamçatka'da 1 kWh jeotermal elektrik, yerel termik santrallerde üretilen elektrikten 2-3 kat daha ucuza mal oluyor.
Bir jeotermal sistemin ekonomik verimliliğinin göstergeleri, örneğin, atık suyun bertaraf edilmesinin gerekli olup olmadığına ve kaynağın kombine kullanımının mümkün olup olmadığına ve bunun hangi yollarla yapıldığına bağlıdır. Böylece termal sudan çıkarılan kimyasal elementler ve bileşikler ek gelir sağlayabilir. Larderello örneğini hatırlayalım: Orada birincil olan kimyasal üretimdi ve jeotermal enerji kullanımı başlangıçta yardımcıydı.
Jeotermal enerji ileriye
Jeotermal enerji, rüzgar ve güneşten biraz farklı bir şekilde gelişiyor. Şu anda, bölgeye göre keskin bir şekilde farklılık gösteren kaynağın doğasına çok daha fazla bağlıdır ve en yüksek konsantrasyonlar, kural olarak, tektonik fayların gelişme alanlarıyla ilişkili dar jeotermal anomaliler bölgelerine bağlıdır. ve volkanizma (bkz. "Bilim ve Yaşam" No. 9, 2013).
Ek olarak, jeotermal enerji rüzgara kıyasla teknolojik olarak daha az ve hatta güneş enerjisiyle daha fazla kapasitelidir: jeotermal istasyonların sistemleri oldukça basittir.
Dünya elektrik üretiminin toplam yapısında jeotermal bileşen% 1'den az bir paya sahiptir, ancak bazı bölge ve ülkelerde payı% 25-30'a ulaşmaktadır. Jeolojik koşullarla olan bağlantı nedeniyle, jeotermal enerji kapasitelerinin önemli bir kısmı, endüstrinin en büyük gelişiminin üç kümesinin - Güneydoğu Asya, Orta Amerika ve Doğu Afrika adalarının - ayırt edildiği üçüncü dünya ülkelerinde yoğunlaşmıştır. İlk iki bölge Pasifik "Dünya'nın yangın kuşağına" dahil edildi, üçüncüsü ise Doğu Afrika Rift'e bağlı. Büyük olasılıkla, jeotermal enerji bu kuşaklarda gelişmeye devam edecek. Daha uzak bir olasılık, birkaç kilometre derinlikte yatan, yeryüzünün katmanlarının ısısını kullanarak petrotermal enerjinin gelişmesidir. Bu neredeyse her yerde bulunan bir kaynaktır, ancak çıkarılması yüksek maliyetler gerektirir; bu nedenle, petrotermal enerji öncelikle ekonomik ve teknolojik olarak en güçlü ülkelerde gelişmektedir.
Genel olarak, jeotermal kaynakların her yerde dağıtımı ve kabul edilebilir bir çevre güvenliği seviyesi göz önüne alındığında, jeotermal enerjinin iyi kalkınma beklentilerine sahip olduğuna inanmak için nedenler vardır. Özellikle geleneksel enerji kaynaklarının kıtlığı ve onlar için artan fiyatlar tehdidi ile.
Kamçatka'dan Kafkasya'ya
Rusya'da jeotermal enerjinin gelişimi oldukça uzun bir geçmişe sahiptir ve bazı pozisyonlarda dünya liderleri arasındayız, ancak devasa bir ülkenin toplam enerji dengesinde jeotermal enerjinin payı hala önemsizdir.
İki bölge - Kamçatka ve Kuzey Kafkasya - Rusya'da jeotermal enerjinin geliştirilmesinde öncüler ve merkezler haline geldi ve eğer ilk durumda öncelikle elektrik enerjisi endüstrisinden, sonra ikinci durumda - termal enerjinin kullanımı hakkında konuşuyorsak termal su.
Kuzey Kafkasya'da - Krasnodar Bölgesi, Çeçenya, Dağıstan'da - termal suların ısısı, Büyük Vatanseverlik Savaşı'ndan önce bile enerji amaçlı kullanıldı. 1980'lerde ve 1990'larda, bölgedeki jeotermal enerjinin gelişimi bariz nedenlerle durdu ve henüz bir durgunluk durumundan çıkmadı. Bununla birlikte, Kuzey Kafkasya'daki jeotermal su temini, yaklaşık 500 bin kişiye ısı sağlıyor ve örneğin, 60 bin nüfuslu Krasnodar Bölgesi'ndeki Labinsk şehri tamamen jeotermal sularla ısınmaktadır.
Kamçatka'da jeotermal enerjinin tarihi, öncelikle jeotermal enerji santrallerinin inşası ile ilişkilidir. Halen Pauzhetskaya ve Paratunskaya istasyonlarını işleten ilki 1965-1967'de inşa edilirken, 600 kW kapasiteli Paratunskaya GeoPP, dünyanın ikili çevrimli ilk istasyonu oldu. Rus Bilimler Akademisi Sibirya Şubesi Termofizik Enstitüsü'nden Sovyet bilim adamları S.S. Kutateladze ve A.M. Rosenfeld'in gelişmesiydi ve 1965'te 70 ° C sıcaklıkta sudan elektrik çıkarılması için bir yazar sertifikası aldı. Bu teknoloji daha sonra dünyadaki 400'den fazla ikili GeoPP için bir prototip haline geldi.
1966'da devreye alınan Pauzhetskaya GeoPP'nin kapasitesi başlangıçta 5 MW idi ve ardından 12 MW'a çıkarıldı. Şu anda, istasyonda kapasitesini 2,5 MW daha artıracak bir ikili blok inşa ediliyor.
SSCB ve Rusya'da jeotermal enerjinin gelişimi, geleneksel enerji kaynaklarının (petrol, gaz, kömür) mevcudiyeti nedeniyle engellendi, ancak hiç durmadı. Şu anda en büyük jeotermal enerji tesisleri, 1999'da devreye alınan toplam 12 MW güç ünitesine sahip Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ve 50 MW (2002) kapasiteli Mutnovskaya GeoPP'dir.
Mutnovskaya ve Verkhne-Mutnovskaya GeoPP'ler yalnızca Rusya için değil, küresel ölçekte de benzersiz nesnelerdir. İstasyonlar, Mutnovsky yanardağının eteklerinde, deniz seviyesinden 800 metre yükseklikte bulunur ve yılın 9-10 ayı kışın olduğu aşırı iklim koşullarında çalışır. Şu anda dünyanın en modernlerinden biri olan Mutnovsky GeoPP'lerin ekipmanı, tamamen yerli elektrik mühendisliği işletmelerinde yaratılmıştır.
Şu anda, Mutnovskie tesislerinin, Merkezi Kamçatka enerji merkezinin toplam enerji tüketimi yapısındaki payı% 40'tır. Önümüzdeki yıllarda kapasite artışı planlanmaktadır.
Ayrı ayrı, Rusya'nın petrotermal gelişmeleri hakkında da söylenmelidir. Henüz büyük DSP'lerimiz yok, ancak dünyada benzerleri olmayan büyük derinliklere (yaklaşık 10 km) kadar sondaj yapmak için gelişmiş teknolojiler var. Bunların daha da geliştirilmesi, petrotermal sistemler oluşturma maliyetini büyük ölçüde azaltmayı mümkün kılacaktır. Bu teknolojilerin ve projelerin geliştiricileri, N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Jeoloji Enstitüsü, RAS), A. S. Nekrasov (Ekonomik Tahmin Enstitüsü, RAS) ve Kaluga Türbin İşleri'nden uzmanlardır. Rusya'da bir petrotermal sirkülasyon sistemi projesi şu anda deney aşamasındadır.
Rusya'da nispeten uzak da olsa jeotermal enerji beklentileri var: şu anda potansiyel oldukça büyük ve geleneksel enerjinin konumları güçlü. Aynı zamanda, ülkenin bazı uzak bölgelerinde jeotermal enerjinin kullanımı ekonomik olarak karlı ve şu anda bile talep görmektedir. Bunlar yüksek jeoenerji potansiyeline sahip bölgelerdir (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - Pasifik "Dünya'nın yangın kuşağının" Rus kısmı, Güney Sibirya ve Kafkasya dağları) ve aynı zamanda merkezi enerji kaynağından uzak ve kesik bölgelerdir.
Muhtemelen önümüzdeki yıllarda ülkemizde jeotermal enerji tam da bu tür bölgelerde gelişecektir.
Yenilenebilir kaynaklar
Gezegenimizin nüfusu istikrarlı bir şekilde büyüdükçe, nüfusu desteklemek için daha fazla enerjiye ihtiyacımız var. Dünyanın bağırsaklarında bulunan enerji çok farklı olabilir. Örneğin, yenilenebilir kaynaklar var: rüzgar, güneş ve su enerjisi. Çevre dostudurlar ve bu nedenle çevreye zarar verme korkusu olmadan bunları kullanabilirsiniz.
Su enerjisi
Bu yöntem yüzyıllardır kullanılmaktadır. Bugün, suyun elektrik üretmek için kullanıldığı çok sayıda baraj, rezervuar inşa edildi. Bu mekanizmanın özü basittir: nehrin akışının etkisi altında, sırasıyla türbinlerin tekerlekleri döner, suyun enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür.
Günümüzde su akışının enerjisini elektriğe çeviren çok sayıda hidroelektrik santral bulunmaktadır. Bu yöntemin özelliği, hidroelektrik kaynaklarının sırasıyla yenilenmesi, bu tür yapıların düşük maliyetli olmasıdır. Bu nedenle, hidroelektrik santrallerin inşası oldukça uzun bir süredir devam ediyor ve sürecin kendisi çok maliyetli olmasına rağmen, yine de bu yapılar, güç yoğun endüstrilerden önemli ölçüde daha iyi performans gösteriyor.
Güneşin enerjisi: modern ve geleceğe dönük
Güneş enerjisi, güneş panelleri kullanılarak elde edilir, ancak modern teknolojiler bunun için yeni yöntemlerin kullanılmasına izin verir. Dünyanın en büyük güneş enerjisi santrali, Kaliforniya çölünde inşa edilmiş bir sistemdir. Tamamen 2.000 eve güç veriyor. Tasarım şu şekilde çalışır: Güneş ışınları su ile merkezi kazana gönderilen aynalardan yansıtılır. Kaynar ve türbini çalıştıran buhara dönüşür. Sırasıyla bir elektrik jeneratörüne bağlı. Rüzgar, Dünya'nın bize verdiği enerji olarak da kullanılabilir. Rüzgar yelkenleri esiyor, değirmenleri döndürüyor. Ve şimdi elektrik enerjisi üretecek cihazlar oluşturmak için kullanılabilir. Yel değirmeninin kanatlarını döndürerek, bir elektrik jeneratörüne bağlı olan türbin şaftını çalıştırır.
Başvurular
Jeotermal enerjinin kullanımı 19. yüzyıla kadar uzanıyor. İlki, Toskana eyaletinde yaşayan ve ısıtma için kaynaklardan gelen ılık suyu kullanan İtalyanların deneyimleriydi. Onun yardımıyla yeni kuyu sondaj kuleleri çalıştı.
Toskana suyu bor yönünden zengindir ve buharlaşarak borik aside dönüştüğünde kazanlar kendi sularının ısısıyla çalıştılar. 20. yüzyılın başında (1904), Toskalılar daha da ileri gittiler ve bir buhar santrali kurdular. İtalyanlar örneği ABD, Japonya, İzlanda için önemli bir deneyim oldu.
Tarım ve bahçecilik
Jeotermal enerji dünya çapında 80 ülkede tarımda, sağlık hizmetlerinde ve evlerde kullanılmaktadır.
Termal suyun ilk kullanıldığı ve kullanıldığı şey seraları ve seraları ısıtmaktır, bu da kışın bile sebze, meyve ve çiçek hasadını mümkün kılar. Ilık su da sulama için kullanışlı oldu.
Hidroponikte mahsul yetiştirmek, tarımsal üreticiler için umut verici bir yön olarak kabul edilir.Bazı balık çiftlikleri, kızartma ve balık yetiştirmek için yapay rezervuarlarda ısıtılmış su kullanır.
Okumanızı tavsiye ederiz: Laboratuvar kimyasal reaktiflerinin atılması için prosedür
Bu teknolojiler İsrail, Kenya, Yunanistan, Meksika'da yaygındır.
Sanayi ve konut ve toplumsal hizmetler
Bir asırdan daha uzun bir süre önce, sıcak termal buhar zaten elektrik üretiminin temelini oluşturuyordu. O zamandan beri sektöre ve kamu hizmetlerine hizmet etti.
İzlanda'da konutların% 80'i termal su ile ısıtılmaktadır.
Üç elektrik üretim planı geliştirilmiştir:
- Su buharı kullanan düz çizgi. En basit: jeotermal buharlara doğrudan erişimin olduğu yerlerde kullanılır.
- Dolaylı, buhar değil su kullanır. Evaporatöre beslenir, teknik bir yöntemle buhara dönüştürülür ve türbin jeneratörüne gönderilir.
Su, çalışma mekanizmalarını yok edebilecek agresif bileşikler içerdiğinden ek arıtma gerektirir. Atık, ancak henüz soğutulmamış buhar, ısıtma ihtiyaçları için uygundur.
- Karışık (ikili). Su, daha yüksek ısı transferiyle başka bir sıvıyı ısıtan yakıtın yerini alır. Türbini çalıştırıyor.
İkili sistem, ısıtılmış suyun enerjisi ile harekete geçen bir türbin kullanır.
Hidrotermal enerji ABD, Rusya, Japonya, Yeni Zelanda, Türkiye ve diğer ülkelerde kullanılmaktadır.
Ev için jeotermal ısıtma sistemleri
+50 - 600C'ye kadar ısıtılan bir ısı taşıyıcı, konut ısıtması için uygundur, jeotermal enerji bu gereksinimi karşılar. Nüfusu on binlerce kişiden oluşan şehirler, dünyanın iç kısmının sıcaklığıyla ısıtılabilir. Örnek olarak: Krasnodar Bölgesi'ndeki Labinsk şehrinin ısıtılması doğal karasal yakıtla çalışıyor.
Bir evi ısıtmak için jeotermal sistem şeması
Su ısıtmak ve kazan dairesi yapmak için zaman ve enerji harcamaya gerek yok. Soğutma sıvısı doğrudan şofben kaynağından alınır. Aynı su, sıcak su temini için de uygundur. Birinci ve ikinci durumlarda gerekli ön teknik ve kimyasal temizliğe tabi tutulur.
Ortaya çıkan enerji iki ila üç kat daha ucuza mal olur. Özel evler için kurulumlar ortaya çıktı. Geleneksel yakıt kazanlarından daha pahalıdırlar, ancak çalışma sürecinde maliyetleri haklı çıkarırlar.
Bir evi ısıtmak için jeotermal enerji kullanmanın avantajları ve dezavantajları.
Dünyanın iç enerjisi
Başlıca büyüme ve radyoaktivite olan birkaç işlemin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Bilim adamlarına göre, Dünya'nın ve kütlesinin oluşumu birkaç milyon yıl içinde gerçekleşti ve bu, gezegenimsi canlıların oluşumundan kaynaklandı. Sırasıyla birbirine yapıştılar, Dünya'nın kütlesi gittikçe daha fazla hale geldi. Gezegenimiz modern bir kütleye sahip olmaya başladıktan sonra, ancak hala atmosferden yoksun kaldıktan sonra, meteorik ve asteroid cisimler engel olmadan üzerine düştü. Bu sürece tam olarak yığılma denir ve önemli yerçekimi enerjisinin salınmasına yol açtı. Ve bedenler gezegene ne kadar büyük düşerse, Dünya'nın bağırsaklarında bulunan salınan enerji miktarı o kadar fazla olur.
Bu yerçekimsel farklılaşma, maddelerin katmanlaşmaya başlamasına neden oldu: ağır maddeler basitçe boğuldu ve hafif ve uçucu olanlar yüzdü. Farklılaşma ayrıca yerçekimi enerjisinin ek salınımını da etkiledi.
Dünya maddesinin hemen hemen tüm temel fiziksel özellikleri sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklığa bağlı olarak, maddenin katı halden erimiş duruma geçtiği basınç değişir. Sıcaklık değiştiğinde, Dünya'yı oluşturan kayaların viskozitesi, elektriksel iletkenliği ve manyetik özellikleri değişir. Dünyanın içinde neler olduğunu hayal etmek için, onun termal durumunu kesinlikle bilmeliyiz. Henüz Dünya'nın herhangi bir derinliğindeki sıcaklıkları doğrudan ölçme fırsatımız yok. Ölçümlerimiz için yer kabuğunun sadece ilk birkaç kilometresi mevcuttur.Ancak, Dünya'nın ısı akışına ilişkin verilere dayanarak, Dünya'nın iç sıcaklığını dolaylı olarak belirleyebiliriz.
Doğrudan doğrulamanın imkansızlığı elbette birçok yer biliminde çok büyük bir zorluktur. Bununla birlikte, gözlemlerin ve teorilerin başarılı gelişimi, bilgimizi yavaş yavaş gerçeğe yaklaştırır.
Dünyanın termal durumu ve tarihi hakkında modern bilim - jeotermik Genç bir bilimdir. Jeotermi ile ilgili ilk çalışma yalnızca geçen yüzyılın ortalarında ortaya çıktı. William Thomson (Lord Kelvin), o zamanlar hala çok genç bir bilim adamı, fizikçi, tezini gezegendeki ısının dağılımı ve hareketinin çalışmasına dayanarak Dünya'nın yaşını belirlemeye adadı. Kelvin, gezegenin erimiş maddeden oluşması ve katılaşması nedeniyle Dünya'nın iç sıcaklığının zamanla düşmesi gerektiğine inanıyordu.
Tanımlayarak termal gradyan - derinlikle sıcaklıktaki artış oranı - farklı derinliklerdeki madenlerde ve sondajlarda, Kelvin, bu verilerden Dünya'nın ne kadar soğuması gerektiğini ve dolayısıyla Dünya'nın yaşını belirlemenin mümkün olduğu sonucuna vardı. . Kelvin'in tahminine göre yüzeyin altındaki en yakın derinliklerde sıcaklık her bin metre derinlikte 20-40 ° C artmaktadır. Sadece birkaç on milyon yıl içinde Dünya'nın bugünkü durumuna soğuduğu ortaya çıktı. Ancak bu, diğer verilerle, örneğin bilinen birçok jeolojik çağın süresiyle ilgili verilerle hiçbir şekilde uyuşmuyor. Bu konudaki tartışmalar yarım asırdır devam etti ve Kelvin'i Charles Darwin ve Thomas Huxley gibi önde gelen evrimcilerle karşı karşıya getirdi.
Kelvin sonuçlarını, Dünya'nın başlangıçta erimiş halde olduğu ve yavaş yavaş soğuduğu fikrine dayandırdı. Bu hipotez, onlarca yıldır egemen olmuştur. Bununla birlikte, 20. yüzyılın başında, Dünya'nın derin ısı akışının doğası ve termal tarihinin anlaşılmasını temelden değiştiren keşifler yapıldı. Radyoaktivite keşfedildi, bazı izotopların radyoaktif bozunması sırasında ısı salınımı süreçleri üzerine çalışmalar başladı, yer kabuğunu oluşturan kayaların önemli miktarda radyoaktif izotop içerdiği sonucuna varıldı.
Dünya'nın ısı akışının doğrudan ölçümleri nispeten yakın zamanda başladı: ilk olarak kıtalarda - 1939'da Güney Afrika'daki derin kuyularda, daha sonra okyanusların dibinde - 1954'ten beri Atlantik'te. Ülkemizde ilk defa Sochi ve Matsesta'da derin kuyularda ısı akışı ölçülmüştür. Son yıllarda, ısı akıları hakkında deneysel olarak elde edilen verilerin birikimi oldukça hızlı ilerlemektedir.
Bu neden yapılır? Ve hala yeni ve yeni boyutlara ihtiyaç var mı? Evet, çok gerekli. Gezegenin farklı noktalarında gerçekleştirilen derin ısı akışı ölçümlerinin karşılaştırılması, gezegenin yüzeyinin farklı bölümlerinden kaynaklanan enerji kaybının farklı olduğunu göstermektedir. Bu, kabuğun ve mantonun heterojenliğinden bahsediyor, çeşitli derinliklerde meydana gelen birçok işlemin doğasını dünyanın yüzeyinin altında erişemeyeceğimizi yargılamayı mümkün kılıyor ve gezegenin gelişim mekanizmasının ve iç enerjisinin incelenmesi için bir anahtar sağlıyor .
Bağırsaklardaki ısı akışı nedeniyle Dünya ne kadar ısı kaybediyor? Ortalama olarak bu değerin küçük olduğu ortaya çıktı - metrekare yüzey başına yaklaşık 0,06 watt veya tüm gezegende yaklaşık 30 trilyon watt. Dünya, Güneş'ten yaklaşık 4 bin kat daha fazla enerji alıyor. Ve tabii ki, dünya yüzeyindeki sıcaklığı belirlemede büyük rol oynayan güneş ısısıdır.
Bir futbol sahası büyüklüğündeki bir yüzeyde bir gezegenin yaydığı ısı, yaklaşık olarak üç yüz watt'lık ampullerin üretebileceği ısıya eşittir. Böyle bir enerji akışı önemsiz görünüyor, ancak Dünya'nın tüm yüzeyinden ve sürekli olarak geliyor! Gezegenin bağırsaklarından gelen tüm ısı akışının gücü, dünyadaki tüm modern enerji santrallerinin gücünden yaklaşık 30 kat daha fazladır.
Derinlik ölçümü Dünyanın ısı akışı süreç zor ve zaman alıcıdır. Sert yer kabuğundan ısı, yüzeye iletken olarak, yani termal titreşimlerin yayılmasıyla iletilir. Bu nedenle geçen ısı miktarı ürüne eşittir. sıcaklık gradyanı (derinlikle sıcaklık artış hızı) termal iletkenlik üzerinde. Isı akışını belirlemek için bu iki miktarı bilmek zorunludur. Sıcaklık gradyanı, birkaç on ila birkaç yüz metre derinlikte madenlerde veya özel olarak açılmış kuyulardaki hassas cihazlarla (sensörler (termistörler)) ölçülür. Laboratuarlarda numuneler incelenerek kayaların ısıl iletkenliği belirlenir.
Ölçüm okyanusların dibinde ısı akıyor önemli zorluklarla ilişkili: iş önemli derinliklerde su altında yapılmalıdır. Bununla birlikte, avantajları da vardır: Okyanusların dibinde kuyu açmaya gerek yoktur, çünkü çökeltiler genellikle oldukça yumuşaktır ve sıcaklığı ölçmek için kullanılan uzun silindirik sonda, birkaç metre yumuşak çökeltilere kolayca batar.
Jeotermi ile uğraşanların gerçekten ihtiyacı var ısı akış haritası gezegenin tüm yüzeyi için. Isı akışı ölçümlerinin halihazırda gerçekleştirildiği noktalar, Dünya yüzeyinde son derece dengesiz bir şekilde dağılmıştır. Denizlerde ve okyanuslarda, karadan iki kat daha fazla ölçüm yapılmıştır. Kuzey Amerika, Avrupa ve Avustralya, orta enlemlerdeki okyanuslar oldukça detaylı incelenmiştir. Ve dünya yüzeyinin diğer kısımlarında, ölçümler hala azdır veya hiç yoktur. Bununla birlikte, Dünya'nın ısı akışıyla ilgili mevcut veri hacmi, genelleştirilmiş, ancak oldukça güvenilir haritalar oluşturmayı zaten mümkün kılıyor.
Dünyanın bağırsaklarından yüzeye ısı salınımı düzensizdir. Bazı bölgelerde, Dünya küresel ortalamadan daha fazla ısı yayar, diğerlerinde ise ısı çıkışı çok daha azdır. Doğu Avrupa (Doğu Avrupa Platformu), Kanada (Kanada Kalkanı), Kuzey Afrika, Avustralya, Güney Amerika, Pasifik'in derin su havzalarında, Hint ve Atlantik okyanuslarında "soğuk noktalar" oluşur. Kaliforniya, Alp Avrupa, İzlanda, Kızıldeniz, Doğu Pasifik Yükselişi ve Atlantik ve Hint Okyanuslarının su altı orta menzilli sırtlarında "sıcak" ve "sıcak" noktalar - artan ısı akışı alanları - görülür.
Atomik Enerji
Dünyanın enerjisinin kullanımı farklı şekillerde gerçekleşebilir. Örneğin, nükleer enerji santrallerinin inşasında, en küçük atom parçacıklarının parçalanması nedeniyle termal enerji açığa çıktığında. Ana yakıt, yer kabuğunda bulunan uranyumdur. Birçoğu, bu özel enerji elde etme yönteminin en umut verici olduğuna inanıyor, ancak uygulamasında bir dizi sorun var. İlk olarak uranyum, tüm canlı organizmaları öldüren radyasyon yayar. Ek olarak, bu madde toprağa veya atmosfere girerse, gerçek bir insan yapımı felaket ortaya çıkacaktır. Hala Çernobil nükleer santralindeki kazanın üzücü sonuçlarını yaşıyoruz. Tehlike, radyoaktif atıkların tüm canlıları çok, çok uzun bir süre, bütün bin yıl boyunca tehdit edebilmesinde yatmaktadır.
İlk jeotermal enerji santrali
Hepimiz enerjinin yıllar önce doğal kaynaklardan elde edildiği gerçeğine alışkınız. Ve öyleydi, ama ondan önce bile, ilk enerji santrallerinden biri jeotermaldi. Genel olarak, bu çok mantıklıdır, çünkü teknik buhar çekişinde işe yaradı ve buhar kullanmak daha doğru bir karardı. Ve aslında o zaman için tek olanı, odun ve kömürün yanmasını saymıyoruz.
1817'de Kont François de Larderel, jeotermal enerji santrallerine olan talebin çok yükseldiği yirminci yüzyılda kullanışlı olan doğal buharı toplamak için bir teknoloji geliştirdi.
İlk fiilen çalışma istasyonu 1904'te İtalyan Larderello kentinde inşa edildi. Doğru, daha çok bir prototipti, çünkü sadece 4 ampulü çalıştırabiliyordu, ama işe yaradı. Altı yıl sonra, 1910'da, aynı şehirde endüstriyel kullanım için yeterli enerji üretebilecek gerçekten çalışan bir istasyon inşa edildi.
Böyle pitoresk yerlerde bile Jeotermal enerji santralleri olabilir.
Deneysel jeneratörler birçok yerde inşa edildi, ancak 1958'e kadar liderliği elinde tutan ve dünyadaki tek endüstriyel jeotermal enerji üreticisi İtalya idi.
Yeni Zelanda'da Wairakei elektrik santrali devreye girdikten sonra liderlik teslim edilmek zorunda kaldı. İlk dolaylı jeotermal enerji santrali oldu. Birkaç yıl sonra, Kaliforniya'daki kaynaklarıyla Amerika Birleşik Devletleri de dahil olmak üzere diğer ülkelerde benzer tesisler açıldı.
Dolaylı tipteki ilk jeotermal enerji santrali 1967'de SSCB'de inşa edildi. Şu anda, bu enerji elde etme yöntemi tüm dünyada aktif olarak gelişmeye başladı. Özellikle Alaska, Filipinler ve Endonezya gibi yerlerde bu şekilde üretilen enerjide hala liderler arasında yer almaktadır.
Yeni zaman - yeni fikirler
Elbette insanlar orada durmuyor ve her yıl enerji elde etmenin yeni yollarını bulmak için daha fazla girişimde bulunuluyor. Dünyanın ısısının enerjisi oldukça basit bir şekilde elde edilirse, o zaman bazı yöntemler o kadar basit değildir. Örneğin enerji kaynağı olarak çürüyen atıklardan elde edilen biyolojik gazı kullanmak oldukça mümkündür. Evleri ısıtmak ve suyu ısıtmak için kullanılabilir.
Giderek artan bir şekilde gelgit santralleri inşa edilmekte, barajlar ve türbinler sırasıyla gel-git ve akımla çalışan rezervuar ağızlarına kurulduğunda elektrik elde edilmektedir.
Çöp yakıyoruz, enerji alıyoruz
Japonya'da halihazırda kullanılmakta olan bir başka yöntem de çöp yakma fırınlarının oluşturulmasıdır. Bugün İngiltere, İtalya, Danimarka, Almanya, Fransa, Hollanda ve Amerika Birleşik Devletleri'nde inşa ediliyorlar, ancak yalnızca Japonya'da bu işletmeler yalnızca amaçlarına yönelik değil, aynı zamanda elektrik üretmek için de kullanılmaya başlandı. Yerel fabrikalar tüm atıkların 2 / 3'ünü yakarken, fabrikalar buhar türbinleriyle donatılmıştır. Buna göre çevreye ısı ve elektrik sağlarlar. Aynı zamanda maliyet açısından böyle bir teşebbüs kurmak CHP kurmaktan çok daha karlı.
Volkanların yoğunlaştığı yerlerde Dünya'nın ısısını kullanma olasılığı daha çekici görünüyor. Bu durumda, Dünya'yı çok derin delmek gerekli değildir, çünkü zaten 300-500 metre derinlikte sıcaklık, suyun kaynama noktasının en az iki katı olacaktır.
Hidrojen enerjisi gibi bir elektrik üretme yöntemi de var. En basit ve en hafif kimyasal element olan hidrojen, suyun olduğu yerde bulunduğu için ideal bir yakıt olarak kabul edilebilir. Hidrojen yakarsanız, oksijen ve hidrojene ayrışan su elde edebilirsiniz. Hidrojen alevinin kendisi zararsızdır, yani çevreye hiçbir zararı olmayacaktır. Bu elementin özelliği, yüksek bir kalori değerine sahip olmasıdır.
Gelecekte ne var?
Elbette Dünya'nın manyetik alanının enerjisi veya nükleer santrallerde elde edilen enerji, insanlığın her yıl büyüyen tüm ihtiyaçlarını tam olarak karşılayamaz. Ancak uzmanlar, gezegenin yakıt kaynakları hala yeterli olduğu için endişelenmek için hiçbir neden olmadığını söylüyor. Dahası, çevre dostu ve yenilenebilir yeni kaynaklar giderek daha fazla kullanılmaktadır.
Çevre kirliliği sorunu devam ediyor ve felaketle büyüyor. Sırasıyla, zararlı emisyonların miktarı ölçeğin dışına çıkıyor, soluduğumuz hava zararlı, suda tehlikeli kirlilikler var ve toprak yavaş yavaş tükeniyor. Bu nedenle, fosil yakıt talebini azaltmanın ve geleneksel olmayan enerji kaynaklarını daha aktif bir şekilde kullanmanın yollarını aramak için Dünya'nın bağırsaklarındaki enerji gibi bir fenomeni zamanında araştırmak çok önemlidir.
Sınırlı fosil enerji hammaddeleri kaynakları
Organik enerji hammaddelerine olan talep, endüstriyel olarak gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde (ABD, Japonya, birleşik Avrupa eyaletleri, Çin, Hindistan vb.) Büyüktür. Aynı zamanda, bu ülkelerdeki kendi hidrokarbon kaynakları ya yetersizdir ya da rezerve edilmiştir ve örneğin Amerika Birleşik Devletleri gibi bir ülke, yurtdışından enerji hammaddesi satın almakta ya da başka ülkelerde mevduat geliştirmektedir.
Enerji kaynakları açısından en zengin ülkelerden biri olan Rusya'da, enerjiye yönelik ekonomik ihtiyaç, doğal kaynakları kullanma imkânlarıyla hala karşılanmaktadır. Bununla birlikte, fosil hidrokarbonların toprak altından çıkarılması çok hızlı bir hızla ilerliyor. 1940-1960'larda ise. Ana petrol üreten bölgeler Volga ve Ural bölgelerinde "İkinci Bakü" idi, o zaman 1970'lerden başlayarak günümüze kadar böyle bir bölge Batı Sibirya'dır. Ancak burada da fosil hidrokarbon üretiminde önemli bir düşüş var. "Kuru" Senomani gazı çağı geçiyor. Doğal gaz üretiminin kapsamlı gelişiminin bir önceki aşaması sona ermiştir. Medvezhye, Urengoyskoye ve Yamburgskoye gibi dev yataklardan çıkarılması sırasıyla% 84, 65 ve 50 idi. Petrol rezervlerinin kalkınmaya elverişli payı da zamanla azalmaktadır.
Hidrokarbon yakıtların aktif tüketimi nedeniyle kara petrol ve doğalgaz rezervleri önemli ölçüde azalmıştır. Şimdi ana rezervleri kıta sahanlığında yoğunlaşmıştır. Ve petrol ve gaz endüstrisinin kaynak temeli, Rusya'da gerekli hacimlerde petrol ve gaz üretimi için hala yeterli olsa da, yakın gelecekte madenciliği zor olan sahaların geliştirilmesiyle daha da büyük ölçüde sağlanacaktır. jeolojik koşullar. Hidrokarbon hammadde üretmenin maliyeti artmaya devam edecek.
Toprak altından çıkarılan yenilenemeyen kaynakların çoğu, enerji santralleri için yakıt olarak kullanılmaktadır. Öncelikle yakıt yapısındaki payı% 64 olan doğalgazdır.
Rusya'da elektriğin% 70'i termik santrallerde üretiliyor. Ülkenin enerji işletmeleri yılda yaklaşık 500 milyon ton akaryakıt eşdeğeri yakmaktadır. t. elektrik ve ısı üretmek amacıyla, ısı üretimi için ise hidrokarbon yakıt, elektrik üretimine göre 3-4 kat daha fazla tüketilmektedir.
Bu hacimlerdeki hidrokarbon hammaddelerinin yakılmasıyla elde edilen ısı miktarı, yüzlerce ton nükleer yakıt kullanımına eşdeğerdir - fark çok büyüktür. Bununla birlikte, nükleer enerji, çevresel güvenliği (Çernobil'in tekrarını dışlamak için) ve olası terörist saldırılardan korunmasını, ayrıca eski ve modası geçmiş nükleer santrallerin güvenli ve maliyetli bir şekilde hizmet dışı bırakılmasının uygulanmasını gerektirir. Dünyada kanıtlanmış geri kazanılabilir uranyum rezervleri yaklaşık 3 milyon 400 bin tondur.Önceki dönemin tamamı için (2007'ye kadar) yaklaşık 2 milyon ton çıkarılmıştır.
