Star News
Η ζεστασιά της γης. Θερμική κατάσταση των εσωτερικών τμημάτων του πλανήτη Θερμοκρασία εδάφους σε διαφορετικά βάθη το χειμώνα
Στην πλούσια σε υδρογονάνθρακες χώρα μας, η γεωθερμική ενέργεια είναι ένα είδος εξωτικού πόρου που, στην παρούσα κατάσταση, είναι απίθανο να ανταγωνιστεί το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ωστόσο, αυτή η εναλλακτική μορφή ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν παντού και αρκετά αποτελεσματικά.
Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης. Παράγεται στα βάθη και έρχεται στην επιφάνεια της Γης μέσα διαφορετικές μορφέςκαι με διαφορετικές εντάσεις.
Η θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους εξαρτάται κυρίως από εξωτερικούς (εξωγενείς) παράγοντες - ηλιακό φως και θερμοκρασία αέρα. Το καλοκαίρι και την ημέρα, το έδαφος θερμαίνεται σε ορισμένα βάθη και το χειμώνα και τη νύχτα ψύχεται μετά την αλλαγή της θερμοκρασίας του αέρα και με κάποια καθυστέρηση, αυξάνοντας με το βάθος. Η επίδραση των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του αέρα τελειώνει σε βάθη από μερικά έως αρκετές δεκάδες εκατοστά. Οι εποχιακές διακυμάνσεις καταγράφουν βαθύτερα στρώματα εδάφους - έως και δεκάδες μέτρα.
Σε ένα ορισμένο βάθος -από δεκάδες έως εκατοντάδες μέτρα- η θερμοκρασία του εδάφους διατηρείται σταθερή, ίση με τη μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης. Αυτό είναι εύκολο να επαληθευτεί κατεβαίνοντας σε μια αρκετά βαθιά σπηλιά.
Όταν η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα σε μια δεδομένη περιοχή είναι κάτω από το μηδέν, αυτό εκδηλώνεται ως μόνιμος παγετός (πιο συγκεκριμένα, μόνιμος πάγος). Στην Ανατολική Σιβηρία, το πάχος, δηλαδή το πάχος, των παγωμένων εδαφών όλο το χρόνο φτάνει κατά τόπους τα 200–300 m.
Από ένα συγκεκριμένο βάθος (το δικό του για κάθε σημείο του χάρτη), η δράση του Ήλιου και της ατμόσφαιρας εξασθενεί τόσο πολύ που οι ενδογενείς (εσωτερικοί) παράγοντες έρχονται πρώτοι και το εσωτερικό της γης θερμαίνεται από μέσα, έτσι ώστε η θερμοκρασία αρχίζει να άνοδος με βάθος.
Η θέρμανση των βαθιών στρωμάτων της Γης σχετίζεται κυρίως με την αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων που βρίσκονται εκεί, αν και άλλες πηγές θερμότητας ονομάζονται επίσης, για παράδειγμα, φυσικοχημικές, τεκτονικές διεργασίες στα βαθιά στρώματα του φλοιού και του μανδύα της γης. Όποια και αν είναι όμως η αιτία, η θερμοκρασία των πετρωμάτων και των σχετικών υγρών και αέριων ουσιών αυξάνεται με το βάθος. Οι ανθρακωρύχοι αντιμετωπίζουν αυτό το φαινόμενο - είναι πάντα ζεστό στα βαθιά ορυχεία. Σε βάθος 1 χλμ., η ζέστη τριάντα βαθμών είναι φυσιολογική και βαθύτερα η θερμοκρασία είναι ακόμη υψηλότερη.
Η ροή θερμότητας του εσωτερικού της γης, που φτάνει στην επιφάνεια της Γης, είναι μικρή - κατά μέσο όρο, η ισχύς της είναι 0,03–0,05 W / m 2, ή περίπου 350 W h / m 2 ετησίως. Στο φόντο της ροής θερμότητας από τον Ήλιο και του αέρα που θερμαίνεται από αυτόν, αυτή είναι μια ανεπαίσθητη τιμή: ο Ήλιος δίνει σε όλους τετραγωνικό μέτρο η επιφάνεια της γηςπερίπου 4.000 kWh ετησίως, δηλαδή 10.000 φορές περισσότερο (φυσικά, αυτός είναι ένας μέσος όρος, με τεράστια διαφορά μεταξύ πολικών και ισημερινών γεωγραφικών πλάτη και ανάλογα με άλλους κλιματικούς και καιρικούς παράγοντες).
Η ασήμαντη ροή θερμότητας από τα βάθη προς την επιφάνεια στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη σχετίζεται με τη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων και των χαρακτηριστικών γεωλογική δομή. Υπάρχουν όμως εξαιρέσεις - μέρη όπου η ροή θερμότητας είναι υψηλή. Πρόκειται πρώτα για ζώνες τεκτονικών ρηγμάτων, αυξημένης σεισμικής δραστηριότητας και ηφαιστειότητας, όπου η ενέργεια του εσωτερικού της γης βρίσκει διέξοδο. Τέτοιες ζώνες χαρακτηρίζονται από θερμικές ανωμαλίες της λιθόσφαιρας, εδώ η ροή θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης μπορεί να είναι πολλές φορές και ακόμη και τάξεις μεγέθους πιο ισχυρή από τη "συνήθη". Μια τεράστια ποσότητα θερμότητας φέρεται στην επιφάνεια σε αυτές τις ζώνες από ηφαιστειακές εκρήξεις και θερμές πηγές νερού.
Αυτές οι περιοχές είναι οι πιο ευνοϊκές για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας. Στο έδαφος της Ρωσίας, αυτά είναι, πρώτα απ 'όλα, η Καμτσάτκα, τα νησιά Κουρίλ και ο Καύκασος.
Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας είναι δυνατή σχεδόν παντού, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος είναι ένα πανταχού παρόν φαινόμενο και το καθήκον είναι η «εξαγωγή» θερμότητας από τα έντερα, όπως εξάγονται ορυκτές πρώτες ύλες από εκεί.
Κατά μέσο όρο, η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος κατά 2,5–3°C για κάθε 100 m. Ο λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη προς τη διαφορά βάθους μεταξύ τους ονομάζεται γεωθερμική κλίση.
Το αντίστροφο είναι το γεωθερμικό βήμα, ή το διάστημα βάθους στο οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 1°C.
Όσο υψηλότερη είναι η κλίση και, κατά συνέπεια, όσο χαμηλότερη είναι η βαθμίδα, τόσο πιο κοντά η θερμότητα του βάθους της Γης πλησιάζει την επιφάνεια και τόσο πιο πολλά υποσχόμενη είναι αυτή η περιοχή για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας.
Σε διάφορες περιοχές, ανάλογα με τη γεωλογική δομή και άλλες τοπικές και τοπικές συνθήκες, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος μπορεί να ποικίλλει δραματικά. Στην κλίμακα της Γης, οι διακυμάνσεις στις τιμές των γεωθερμικών κλίσεων και των βημάτων φτάνουν τις 25 φορές. Για παράδειγμα, στην πολιτεία του Όρεγκον (ΗΠΑ) η κλίση είναι 150°C ανά 1 km και στη Νότια Αφρική είναι 6°C ανά 1 km.
Το ερώτημα είναι, ποια είναι η θερμοκρασία σε μεγάλα βάθη - 5, 10 km ή περισσότερο; Εάν η τάση συνεχιστεί, οι θερμοκρασίες σε βάθος 10 km θα πρέπει να είναι κατά μέσο όρο περίπου 250–300°C. Αυτό επιβεβαιώνεται λίγο-πολύ από άμεσες παρατηρήσεις σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια, αν και η εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη από τη γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας.
Για παράδειγμα, στο υπερβαθύ πηγάδι Kola που διανοίγεται στην Κρυσταλλική Ασπίδα της Βαλτικής, η θερμοκρασία αλλάζει με ρυθμό 10°C/1 km σε βάθος 3 km και στη συνέχεια η γεωθερμική κλίση γίνεται 2-2,5 φορές μεγαλύτερη. Σε βάθος 7 km έχει ήδη καταγραφεί θερμοκρασία 120°C, στα 10 km - 180°C, και στα 12 km - 220°C.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα πηγάδι στη Βόρεια Κασπία, όπου σε βάθος 500 m καταγράφηκε θερμοκρασία 42°C, στα 1,5 km - 70°C, στα 2 km - 80°C, στα 3 km - 108°C.
Υποτίθεται ότι η γεωθερμική κλίση μειώνεται ξεκινώντας από βάθος 20–30 km: σε βάθος 100 km, οι εκτιμώμενες θερμοκρασίες είναι περίπου 1300–1500°C, σε βάθος 400 km - 1600°C, στη Γη πυρήνας (βάθη άνω των 6000 km) - 4000–5000° C.
Σε βάθη έως 10–12 km, η θερμοκρασία μετράται μέσω γεωτρήσεων. όπου δεν υπάρχουν, προσδιορίζεται από έμμεσα σημάδια με τον ίδιο τρόπο όπως και σε μεγαλύτερα βάθη. Τέτοια έμμεσα σημάδια μπορεί να είναι η φύση της διέλευσης των σεισμικών κυμάτων ή η θερμοκρασία της λάβας που εκρήγνυται.
Ωστόσο, για τους σκοπούς της γεωθερμικής ενέργειας, τα δεδομένα για τις θερμοκρασίες σε βάθη άνω των 10 km δεν παρουσιάζουν ακόμη πρακτικό ενδιαφέρον.
Υπάρχει πολλή ζέστη σε βάθη αρκετών χιλιομέτρων, αλλά πώς να την ανεβάσουμε; Μερικές φορές η ίδια η φύση μας λύνει αυτό το πρόβλημα με τη βοήθεια ενός φυσικού ψυκτικού υγρού - θερμαινόμενων ιαματικών νερών που έρχονται στην επιφάνεια ή βρίσκονται σε βάθος προσβάσιμο σε εμάς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό στα βάθη θερμαίνεται μέχρι την κατάσταση του ατμού.
Δεν υπάρχει αυστηρός ορισμός της έννοιας «ιαματικά νερά». Κατά κανόνα, σημαίνουν ζεστά υπόγεια ύδατα υγρή κατάστασηή με τη μορφή ατμού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έρχονται στην επιφάνεια της Γης με θερμοκρασία πάνω από 20 ° C, δηλαδή, κατά κανόνα, υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα.
Η θερμότητα των μιγμάτων υπόγειων υδάτων, ατμού, ατμού-νερού είναι υδροθερμική ενέργεια. Αντίστοιχα, η ενέργεια που βασίζεται στη χρήση της ονομάζεται υδροθερμική.
Η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη με την παραγωγή θερμότητας απευθείας από ξηρά πετρώματα - πετροθερμική ενέργεια, ειδικά επειδή οι αρκετά υψηλές θερμοκρασίες, κατά κανόνα, ξεκινούν από βάθη αρκετών χιλιομέτρων.
Στο έδαφος της Ρωσίας, το δυναμικό της πετροθερμικής ενέργειας είναι εκατό φορές υψηλότερο από αυτό της υδροθερμικής ενέργειας - 3.500 και 35 τρισεκατομμύρια τόνους τυπικού καυσίμου, αντίστοιχα. Αυτό είναι απολύτως φυσικό - η ζεστασιά των βάθη της Γης είναι παντού και τα ιαματικά νερά βρίσκονται τοπικά. Ωστόσο, λόγω προφανών τεχνικών δυσκολιών, τα περισσότερα από τα ιαματικά νερά χρησιμοποιούνται σήμερα για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι θερμοκρασίες νερού από 20-30 έως 100°C είναι κατάλληλες για θέρμανση, θερμοκρασίες από 150°C και πάνω - και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε γεωθερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Γενικά, οι γεωθερμικοί πόροι στο έδαφος της Ρωσίας, όσον αφορά τους τόνους τυπικού καυσίμου ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα μέτρησης ενέργειας, είναι περίπου 10 φορές υψηλότεροι από τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων.
Θεωρητικά, μόνο η γεωθερμική ενέργεια θα μπορούσε να καλύψει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες της χώρας. Πρακτικά επάνω αυτή τη στιγμήστο μεγαλύτερο μέρος της επικράτειάς της, αυτό δεν είναι εφικτό για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους.
Στον κόσμο, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται συχνότερα με την Ισλανδία - μια χώρα που βρίσκεται στο βόρειο άκρο της Μεσοατλαντικής Κορυφογραμμής, σε μια εξαιρετικά ενεργή τεκτονική και ηφαιστειακή ζώνη. Πιθανώς όλοι θυμούνται την ισχυρή έκρηξη του ηφαιστείου Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) το έτος 2010.
Χάρη σε αυτή τη γεωλογική ιδιαιτερότητα, η Ισλανδία διαθέτει τεράστια αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των θερμών πηγών που έρχονται στην επιφάνεια της Γης και μάλιστα αναβλύζουν με τη μορφή θερμοπίδακες.
Στην Ισλανδία, περισσότερο από το 60% της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται αυτή τη στιγμή λαμβάνεται από τη Γη. Συμπεριλαμβανομένων των γεωθερμικών πηγών, παρέχεται το 90% της θέρμανσης και το 30% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Προσθέτουμε ότι η υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια στη χώρα παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθμούς, δηλαδή χρησιμοποιώντας επίσης μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, χάρη στην οποία η Ισλανδία μοιάζει με ένα είδος παγκόσμιου περιβαλλοντικού προτύπου.
Η «εξημέρευση» της γεωθερμικής ενέργειας τον 20ο αιώνα βοήθησε σημαντικά οικονομικά την Ισλανδία. Μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα, ήταν μια πολύ φτωχή χώρα, τώρα κατέχει την πρώτη θέση στον κόσμο ως προς την εγκατεστημένη ισχύ και την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας κατά κεφαλήν και είναι στην πρώτη δεκάδα ως προς την απόλυτη εγκατεστημένη ισχύ γεωθερμικής ενέργειας φυτά. Ωστόσο, ο πληθυσμός του είναι μόνο 300 χιλιάδες άτομα, γεγονός που απλοποιεί το έργο της μετάβασης σε φιλικές προς το περιβάλλον πηγές ενέργειας: η ανάγκη για αυτό είναι γενικά μικρή.
Εκτός από την Ισλανδία, υψηλό μερίδιο γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ισοζύγιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρέχεται στη Νέα Ζηλανδία και τα νησιωτικά κράτη της Νοτιοανατολικής Ασίας (Φιλιππίνες και Ινδονησία), χώρες της Κεντρικής Αμερικής και Ανατολική Αφρική, το έδαφος του οποίου χαρακτηρίζεται επίσης από υψηλή σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα. Για αυτές τις χώρες, στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης και των αναγκών τους, η γεωθερμική ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη.
Η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας έχει πολύ μεγάλη ιστορία. Ένα από τα πρώτα γνωστά παραδείγματα είναι η Ιταλία, ένα μέρος στην επαρχία της Τοσκάνης, που σήμερα ονομάζεται Larderello, όπου, ήδη από τις αρχές του 19ου αιώνα, τα τοπικά ζεστά ιαματικά νερά, που ρέουν φυσικά ή προέρχονται από ρηχά πηγάδια, χρησιμοποιούνταν για ενέργεια. σκοποί.
Εδώ χρησιμοποιήθηκε νερό από υπόγειες πηγές, πλούσιο σε βόριο, για τη λήψη βορικού οξέος. Αρχικά, αυτό το οξύ ελήφθη με εξάτμιση σε λέβητες σιδήρου και τα συνηθισμένα καυσόξυλα ελήφθησαν ως καύσιμο από τα κοντινά δάση, αλλά το 1827 ο Francesco Larderel δημιούργησε ένα σύστημα που λειτουργούσε στη θερμότητα των ίδιων των νερών. Ταυτόχρονα, η ενέργεια των φυσικών υδρατμών άρχισε να χρησιμοποιείται για τη λειτουργία γεωτρήσεων και στις αρχές του 20ου αιώνα για τη θέρμανση τοπικών σπιτιών και θερμοκηπίων. Στο ίδιο μέρος, στο Larderello, το 1904, οι θερμικοί υδρατμοί έγιναν πηγή ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Το παράδειγμα της Ιταλίας στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ου αιώνα ακολούθησαν και κάποιες άλλες χώρες. Για παράδειγμα, το 1892, τα ιαματικά νερά χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για τοπική θέρμανση στις Ηνωμένες Πολιτείες (Boise, Idaho), το 1919 - στην Ιαπωνία, το 1928 - στην Ισλανδία.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο πρώτος υδροθερμικός σταθμός παραγωγής ενέργειας εμφανίστηκε στην Καλιφόρνια στις αρχές της δεκαετίας του 1930, στη Νέα Ζηλανδία - το 1958, στο Μεξικό - το 1959, στη Ρωσία (το πρώτο δυαδικό GeoPP στον κόσμο) - το 1965.
Μια παλιά αρχή σε μια νέα πηγή
Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία πηγής νερού από τη θέρμανση, πάνω από 150°C. Η αρχή λειτουργίας ενός σταθμού γεωθερμίας (GeoES) είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός συμβατικού θερμοηλεκτρικού σταθμού (TPP). Στην πραγματικότητα, μια γεωθερμική μονάδα παραγωγής ενέργειας είναι ένας τύπος θερμοηλεκτρικού σταθμού.
Στους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, κατά κανόνα, ο άνθρακας, το φυσικό αέριο ή το μαζούτ ενεργούν ως κύρια πηγή ενέργειας και οι υδρατμοί χρησιμεύουν ως ρευστό εργασίας. Το καύσιμο, καίγοντας, θερμαίνει το νερό σε κατάσταση ατμού, ο οποίος περιστρέφει τον ατμοστρόβιλο και παράγει ηλεκτρισμό.
Η διαφορά μεταξύ του GeoPP είναι ότι η κύρια πηγή ενέργειας εδώ είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης και το λειτουργικό ρευστό με τη μορφή ατμού εισέρχεται στα πτερύγια του στροβίλου της ηλεκτρικής γεννήτριας σε "έτοιμη" μορφή απευθείας από το πηγάδι παραγωγής.
Υπάρχουν τρία κύρια σχήματα λειτουργίας GeoPP: απευθείας, με χρήση ξηρού (γεωθερμικού) ατμού. έμμεση, με βάση το υδροθερμικό νερό, και μικτά ή δυαδικά.
Η χρήση ενός ή του άλλου σχήματος εξαρτάται από την κατάσταση συσσώρευσης και τη θερμοκρασία του φορέα ενέργειας.
Το απλούστερο και επομένως το πρώτο από τα κατακτημένα σχήματα είναι το άμεσο, στο οποίο ο ατμός που προέρχεται από το πηγάδι διέρχεται απευθείας από τον στρόβιλο. Το πρώτο GeoPP στον κόσμο στο Larderello το 1904 λειτουργούσε επίσης με ξηρό ατμό.
Τα GeoPP με έμμεσο σχήμα λειτουργίας είναι τα πιο συνηθισμένα στην εποχή μας. Χρησιμοποιούν ζεστό υπόγειο νερό, το οποίο αντλείται υπό υψηλή πίεση σε έναν εξατμιστή, όπου μέρος του εξατμίζεται και ο ατμός που προκύπτει περιστρέφει έναν στρόβιλο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτούνται πρόσθετες συσκευές και κυκλώματα για τον καθαρισμό του γεωθερμικού νερού και του ατμού από επιθετικές ενώσεις.
Ο ατμός εξάτμισης εισέρχεται στο φρεάτιο έγχυσης ή χρησιμοποιείται για θέρμανση χώρου - σε αυτή την περίπτωση, η αρχή είναι η ίδια όπως κατά τη λειτουργία ενός CHP.
Στα δυαδικά GeoPP, το ζεστό θερμικό νερό αλληλεπιδρά με ένα άλλο υγρό που λειτουργεί ως ρευστό εργασίας με χαμηλότερο σημείο βρασμού. Και τα δύο υγρά περνούν μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας, όπου το θερμικό νερό εξατμίζει το υγρό εργασίας, οι ατμοί του οποίου περιστρέφουν τον στρόβιλο.
Αυτό το σύστημα είναι κλειστό, το οποίο λύνει το πρόβλημα των εκπομπών στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, τα λειτουργικά ρευστά με σχετικά χαμηλό σημείο βρασμού καθιστούν δυνατή τη χρήση όχι πολύ ζεστών ιαματικών νερών ως κύρια πηγή ενέργειας.
Και τα τρία συστήματα χρησιμοποιούν υδροθερμική πηγή, αλλά η πετροθερμική ενέργεια μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Το διάγραμμα κυκλώματος σε αυτή την περίπτωση είναι επίσης αρκετά απλό. Είναι απαραίτητο να τρυπήσετε δύο διασυνδεδεμένα φρεάτια - έγχυση και παραγωγή. Το νερό αντλείται στο φρεάτιο έγχυσης. Στο βάθος, θερμαίνεται και στη συνέχεια θερμαινόμενο νερό ή ατμός που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα ισχυρής θέρμανσης τροφοδοτείται στην επιφάνεια μέσω ενός φρεατίου παραγωγής. Επιπλέον, όλα εξαρτώνται από το πώς χρησιμοποιείται η πετρελαιοθερμική ενέργεια - για θέρμανση ή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας κλειστός κύκλος είναι δυνατός με την άντληση του ατμού της εξάτμισης και του νερού πίσω στο φρεάτιο έγχυσης ή άλλη μέθοδο απόρριψης.
Το μειονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι προφανές: για να επιτευχθεί μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία του ρευστού εργασίας, είναι απαραίτητο να τρυπηθούν φρεάτια σε μεγάλο βάθος. Και αυτό είναι ένα σοβαρό κόστος και ο κίνδυνος σημαντικής απώλειας θερμότητας όταν το ρευστό ανεβαίνει. Επομένως, τα πετροθερμικά συστήματα εξακολουθούν να είναι λιγότερο κοινά από τα υδροθερμικά, αν και το δυναμικό της πετροθερμικής ενέργειας είναι τάξεις μεγέθους υψηλότερο.
Επί του παρόντος, ο ηγέτης στη δημιουργία των λεγόμενων πετροθερμικών συστημάτων κυκλοφορίας (PCS) είναι η Αυστραλία. Επιπλέον, αυτή η κατεύθυνση της γεωθερμικής ενέργειας αναπτύσσεται ενεργά στις ΗΠΑ, την Ελβετία, τη Μεγάλη Βρετανία και την Ιαπωνία.
Δώρο από τον Λόρδο Κέλβιν
Η εφεύρεση της αντλίας θερμότητας το 1852 από τον φυσικό William Thompson (γνωστός και ως Lord Kelvin) έδωσε στην ανθρωπότητα μια πραγματική ευκαιρία να χρησιμοποιήσει τη χαμηλής ποιότητας θερμότητα των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους. Το σύστημα αντλίας θερμότητας, ή ο πολλαπλασιαστής θερμότητας όπως το ονόμασε ο Thompson, βασίζεται στη φυσική διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από το περιβάλλον στο ψυκτικό μέσο. Στην πραγματικότητα, χρησιμοποιεί την ίδια αρχή όπως στα πετροθερμικά συστήματα. Η διαφορά έγκειται στην πηγή θερμότητας, σε σχέση με την οποία μπορεί να προκύψει ένα ορολογικό ερώτημα: σε ποιο βαθμό μια αντλία θερμότητας μπορεί να θεωρηθεί γεωθερμικό σύστημα; Το γεγονός είναι ότι στα ανώτερα στρώματα, σε βάθη δεκάδων ή εκατοντάδων μέτρων, τα πετρώματα και τα υγρά που περιέχονται σε αυτά θερμαίνονται όχι από τη βαθιά θερμότητα της γης, αλλά από τον ήλιο. Έτσι, είναι ο ήλιος αυτή η υπόθεση- η κύρια πηγή θερμότητας, αν και λαμβάνεται, όπως στα γεωθερμικά συστήματα, από το έδαφος.
Η λειτουργία μιας αντλίας θερμότητας βασίζεται στην καθυστέρηση της θέρμανσης και ψύξης του εδάφους σε σύγκριση με την ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μια διαβάθμιση θερμοκρασίας μεταξύ των επιφανειακών και των βαθύτερων στρωμάτων, τα οποία διατηρούν τη θερμότητα ακόμη και το χειμώνα, παρόμοια με τι συμβαίνει στις δεξαμενές. Ο κύριος σκοπός των αντλιών θερμότητας είναι η θέρμανση χώρων. Στην πραγματικότητα, είναι ένα «ψυγείο αντίστροφα». Τόσο η αντλία θερμότητας όσο και το ψυγείο αλληλεπιδρούν με τρία στοιχεία: το εσωτερικό περιβάλλον (στην πρώτη περίπτωση - ένα θερμαινόμενο δωμάτιο, στη δεύτερη - ένας ψυχρός θάλαμος ψυγείου), το εξωτερικό περιβάλλον - μια πηγή ενέργειας και ένα ψυκτικό μέσο (ψυκτικό), το οποίο είναι επίσης ένα ψυκτικό που παρέχει μεταφορά θερμότητας ή κρύο.
Μια ουσία με χαμηλό σημείο βρασμού δρα ως ψυκτικό μέσο, που της επιτρέπει να παίρνει θερμότητα από μια πηγή που έχει ακόμη και σχετικά χαμηλή θερμοκρασία.
Στο ψυγείο, το υγρό ψυκτικό εισέρχεται στον εξατμιστή μέσω ενός γκαζιού (ρυθμιστής πίεσης), όπου, λόγω της απότομης μείωσης της πίεσης, το υγρό εξατμίζεται. Η εξάτμιση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία που απαιτεί θερμότητα για να απορροφηθεί από το εξωτερικό. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται θερμότητα από τα εσωτερικά τοιχώματα του εξατμιστή, η οποία παρέχει ένα αποτέλεσμα ψύξης στο θάλαμο του ψυγείου. Περαιτέρω από τον εξατμιστή, το ψυκτικό αναρροφάται στον συμπιεστή, όπου επιστρέφει στην υγρή κατάσταση συσσωμάτωσης. Αυτή είναι η αντίστροφη διαδικασία, που οδηγεί στην απελευθέρωση της ληφθείσας θερμότητας στο εξωτερικό περιβάλλον. Κατά κανόνα, ρίχνεται στο δωμάτιο και ο πίσω τοίχος του ψυγείου είναι σχετικά ζεστός.
Η αντλία θερμότητας λειτουργεί σχεδόν με τον ίδιο τρόπο, με τη διαφορά ότι η θερμότητα λαμβάνεται από το εξωτερικό περιβάλλον και εισέρχεται στο εσωτερικό περιβάλλον μέσω του εξατμιστή - του συστήματος θέρμανσης δωματίου.
Σε μια πραγματική αντλία θερμότητας, το νερό θερμαίνεται, περνώντας από ένα εξωτερικό κύκλωμα που βρίσκεται στο έδαφος ή μια δεξαμενή, και στη συνέχεια εισέρχεται στον εξατμιστή.
Στον εξατμιστή, η θερμότητα μεταφέρεται σε ένα εσωτερικό κύκλωμα γεμάτο με ψυκτικό με χαμηλό σημείο βρασμού, το οποίο, περνώντας από τον εξατμιστή, αλλάζει από υγρή σε αέρια κατάσταση, παίρνοντας θερμότητα.
Περαιτέρω, το αέριο ψυκτικό εισέρχεται στον συμπιεστή, όπου συμπιέζεται σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, και εισέρχεται στον συμπυκνωτή, όπου λαμβάνει χώρα ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του θερμού αερίου και του φορέα θερμότητας από το σύστημα θέρμανσης.
Ο συμπιεστής απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσει, ωστόσο, ο λόγος μετασχηματισμού (ο λόγος της ενέργειας που καταναλώνεται και της παραγόμενης ενέργειας) σε σύγχρονα συστήματααρκετά υψηλή για να είναι αποτελεσματική.
Επί του παρόντος, οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται ευρέως για θέρμανση χώρων, κυρίως σε οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες.
Eco-correct ενέργεια
Η γεωθερμική ενέργεια θεωρείται φιλική προς το περιβάλλον, κάτι που ισχύει γενικά. Πρώτα απ 'όλα, χρησιμοποιεί μια ανανεώσιμη και πρακτικά ανεξάντλητος πόρος. Η γεωθερμική ενέργεια δεν απαιτεί μεγάλες εκτάσεις, σε αντίθεση με τους μεγάλους υδροηλεκτρικούς σταθμούς ή τα αιολικά πάρκα και δεν μολύνει την ατμόσφαιρα, σε αντίθεση με την ενέργεια των υδρογονανθράκων. Κατά μέσο όρο, το GeoPP καταλαμβάνει 400 m 2 σε 1 GW παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Το ίδιο ποσοστό για έναν θερμοηλεκτρικό σταθμό με καύση άνθρακα, για παράδειγμα, είναι 3600 m 2. Τα περιβαλλοντικά οφέλη του GeoPP περιλαμβάνουν επίσης χαμηλή κατανάλωση νερού - 20 λίτρα γλυκό νερόανά 1 kW, ενώ οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί και οι πυρηνικοί σταθμοί απαιτούν περίπου 1000 λίτρα. Σημειώστε ότι αυτοί είναι οι περιβαλλοντικοί δείκτες του «μέσου» GeoPP.
Αλλά αρνητικό παρενέργειεςόμως υπάρχουν. Μεταξύ αυτών διακρίνονται συχνότερα ο θόρυβος, η θερμική ρύπανση της ατμόσφαιρας και η χημική ρύπανση του νερού και του εδάφους, καθώς και ο σχηματισμός στερεών αποβλήτων.
Η κύρια πηγή χημικής ρύπανσης του περιβάλλοντος είναι το ίδιο το ιαματικό νερό (με υψηλή θερμοκρασία και ανοργανοποίηση), το οποίο συχνά περιέχει μεγάλες ποσότητες τοξικών ενώσεων και ως εκ τούτου υπάρχει πρόβλημα διάθεσης λυμάτων και επικίνδυνων ουσιών.
Οι αρνητικές επιπτώσεις της γεωθερμικής ενέργειας μπορούν να εντοπιστούν σε διάφορα στάδια, ξεκινώντας από τη γεώτρηση φρεατίων. Εδώ, προκύπτουν οι ίδιοι κίνδυνοι όπως κατά τη γεώτρηση οποιουδήποτε φρέατος: καταστροφή του εδάφους και της φυτικής κάλυψης, ρύπανση του εδάφους και των υπόγειων υδάτων.
Στο στάδιο λειτουργίας του ΓεωΠΡ, τα προβλήματα της περιβαλλοντικής ρύπανσης παραμένουν. Τα θερμικά υγρά - νερό και ατμός - συνήθως περιέχουν διοξείδιο του άνθρακα (CO 2), θειούχο θείο (H 2 S), αμμωνία (NH 3), μεθάνιο (CH 4), κοινό αλάτι (NaCl), βόριο (B), αρσενικό (As ), υδράργυρος (Hg). Όταν απελευθερώνονται στο περιβάλλον, γίνονται πηγές ρύπανσης. Επιπλέον, ένα επιθετικό χημικό περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει ζημιά διάβρωσης στις δομές GeoTPP.
Ταυτόχρονα, οι εκπομπές ρύπων στα GeoPPs είναι κατά μέσο όρο χαμηλότερες από ό,τι στους TPP. Για παράδειγμα, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ανά κιλοβατώρα παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι έως και 380 g σε GeoPPs, 1042 g σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση άνθρακα, 906 g σε πετρέλαιο καύσης και 453 g σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση αερίου.
Τίθεται το ερώτημα: τι να κάνουμε με τα λύματα; Με χαμηλή αλατότητα, μετά την ψύξη, μπορεί να απορριφθεί σε επιφανειακά νερά. Ο άλλος τρόπος είναι να το αντλήσουμε ξανά στον υδροφόρο ορίζοντα μέσω ενός φρεατίου έγχυσης, που είναι η προτιμώμενη και κυρίαρχη πρακτική προς το παρόν.
Η εξόρυξη ιαματικού νερού από τους υδροφόρους ορίζοντες (καθώς και η άντληση συνηθισμένου νερού) μπορεί να προκαλέσει καθιζήσεις και κινήσεις του εδάφους, άλλες παραμορφώσεις γεωλογικών στρωμάτων και μικροσεισμούς. Η πιθανότητα τέτοιων φαινομένων είναι συνήθως χαμηλή, αν και έχουν καταγραφεί μεμονωμένες περιπτώσεις (για παράδειγμα, στο GeoPP στο Staufen im Breisgau στη Γερμανία).
Πρέπει να τονιστεί ότι τα περισσότερα από τα GeoPPs βρίσκονται σε σχετικά αραιοκατοικημένες περιοχές και σε χώρες του τρίτου κόσμου, όπου οι περιβαλλοντικές απαιτήσεις είναι λιγότερο αυστηρές από ό,τι στις ανεπτυγμένες χώρες. Επιπλέον, αυτή τη στιγμή ο αριθμός των GeoPP και οι ικανότητές τους είναι σχετικά μικρός. Με τη μεγαλύτερη ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας, οι περιβαλλοντικοί κίνδυνοι μπορούν να αυξηθούν και να πολλαπλασιαστούν.
Πόση είναι η ενέργεια της Γης;
Το κόστος επένδυσης για την κατασκευή γεωθερμικών συστημάτων ποικίλλει σε πολύ μεγάλο εύρος - από 200 έως 5000 δολάρια ανά 1 kW εγκατεστημένης ισχύος, δηλαδή, οι φθηνότερες επιλογές είναι συγκρίσιμες με το κόστος κατασκευής ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού. Εξαρτώνται, πρώτα απ 'όλα, από τις συνθήκες εμφάνισης των ιαματικών νερών, τη σύνθεσή τους και τον σχεδιασμό του συστήματος. Γεωτρήσεις σε μεγάλα βάθη, δημιουργώντας ένα κλειστό σύστημα με δύο φρεάτια, η ανάγκη για επεξεργασία νερού μπορεί να πολλαπλασιάσει το κόστος.
Για παράδειγμα, οι επενδύσεις στη δημιουργία ενός συστήματος πετροθερμικής κυκλοφορίας (PTS) υπολογίζονται σε 1,6-4 χιλιάδες δολάρια ανά 1 kW εγκατεστημένης ισχύος, το οποίο υπερβαίνει το κόστος κατασκευής ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής και είναι συγκρίσιμο με το κόστος κατασκευής αιολικής και ηλιακούς σταθμούς.
Το προφανές οικονομικό πλεονέκτημα του GeoTPP είναι ο δωρεάν φορέας ενέργειας. Για σύγκριση, στη δομή του κόστους λειτουργίας ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού ή ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, τα καύσιμα αντιπροσωπεύουν το 50–80% ή ακόμη περισσότερο, ανάλογα με τις τρέχουσες τιμές ενέργειας. Ως εκ τούτου, ένα άλλο πλεονέκτημα του γεωθερμικού συστήματος: τα λειτουργικά κόστη είναι πιο σταθερά και προβλέψιμα, αφού δεν εξαρτώνται από την εξωτερική συγκυρία των τιμών της ενέργειας. Γενικά, το κόστος λειτουργίας του GeoTPP υπολογίζεται σε 2–10 σεντς (60 καπίκια–3 ρούβλια) ανά 1 kWh παραγόμενης ισχύος.
Η δεύτερη μεγαλύτερη (και πολύ σημαντική) δαπάνη μετά τον ενεργειακό φορέα είναι, κατά κανόνα, μισθόςπροσωπικό του εργοστασίου, το οποίο μπορεί να διαφέρει δραματικά από χώρα σε χώρα και περιοχή.
Κατά μέσο όρο, το κόστος 1 kWh γεωθερμικής ενέργειας είναι συγκρίσιμο με αυτό των θερμικών σταθμών (σε Ρωσικές συνθήκες- περίπου 1 ρούβλι/1 kWh) και δέκα φορές υψηλότερο από το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε ΥΗΣ (5–10 καπίκια/1 kWh).
Μέρος του λόγου για το υψηλό κόστος είναι ότι, σε αντίθεση με τους θερμοηλεκτρικούς και υδραυλικούς σταθμούς, το GeoTPP έχει σχετικά μικρή δυναμικότητα. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να συγκριθούν συστήματα που βρίσκονται στην ίδια περιοχή και σε παρόμοιες συνθήκες. Έτσι, για παράδειγμα, στην Καμτσάτκα, σύμφωνα με τους ειδικούς, 1 kWh γεωθερμικής ηλεκτρικής ενέργειας κοστίζει 2-3 φορές φθηνότερα από την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε τοπικούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.
Οι δείκτες οικονομικής απόδοσης του γεωθερμικού συστήματος εξαρτώνται, για παράδειγμα, από το εάν είναι απαραίτητη η διάθεση των λυμάτων και με ποιους τρόπους γίνεται αυτό, εάν είναι δυνατή η συνδυασμένη χρήση του πόρου. Ετσι, χημικά στοιχείακαι οι ενώσεις που εξάγονται από το ιαματικό νερό μπορούν να προσφέρουν πρόσθετο εισόδημα. Θυμηθείτε το παράδειγμα του Larderello: η χημική παραγωγή ήταν πρωταρχική εκεί και η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας ήταν αρχικά βοηθητική.
Geothermal Energy Forwards
Η γεωθερμική ενέργεια αναπτύσσεται κάπως διαφορετικά από την αιολική και την ηλιακή. Προς το παρόν, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φύση του ίδιου του πόρου, ο οποίος διαφέρει έντονα ανά περιοχή, και οι υψηλότερες συγκεντρώσεις συνδέονται με στενές ζώνες γεωθερμικών ανωμαλιών, που συνήθως συνδέονται με περιοχές τεκτονικών ρηγμάτων και ηφαιστειακών ρηγμάτων.
Επιπλέον, η γεωθερμική ενέργεια είναι λιγότερο τεχνολογικά χωρητικότητας σε σύγκριση με τον άνεμο και ακόμη περισσότερο με την ηλιακή ενέργεια: τα συστήματα των γεωθερμικών σταθμών είναι αρκετά απλά.
ΣΤΟ συνολική δομήΤο γεωθερμικό στοιχείο αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 1% της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά σε ορισμένες περιοχές και χώρες το μερίδιό του φτάνει το 25-30%. Λόγω της σύνδεσης με τις γεωλογικές συνθήκες, σημαντικό μέρος της χωρητικότητας γεωθερμικής ενέργειας συγκεντρώνεται σε χώρες του τρίτου κόσμου, όπου διακρίνονται τρία συμπλέγματα μεγαλύτερη ανάπτυξηβιομηχανίες - τα νησιά της Νοτιοανατολικής Ασίας, της Κεντρικής Αμερικής και της Ανατολικής Αφρικής. Οι δύο πρώτες περιοχές αποτελούν μέρος της «Ζώνης της Φωτιάς της Γης» του Ειρηνικού, η τρίτη συνδέεται με το Ρήγμα της Ανατολικής Αφρικής. ΑΠΟ πιθανόταταΗ γεωθερμική ενέργεια θα συνεχίσει να αναπτύσσεται σε αυτές τις ζώνες. Μια πιο μακρινή προοπτική είναι η ανάπτυξη της πετροθερμικής ενέργειας, χρησιμοποιώντας τη θερμότητα των στρωμάτων της γης που βρίσκονται σε βάθος αρκετών χιλιομέτρων. Πρόκειται για έναν σχεδόν πανταχού παρόν πόρο, αλλά η εξόρυξή του απαιτεί υψηλό κόστος, επομένως η πετροθερμική ενέργεια αναπτύσσεται κυρίως στις πιο ισχυρές οικονομικά και τεχνολογικά χώρες.
Γενικά, δεδομένης της πανταχού παρουσίας γεωθερμικών πόρων και ενός αποδεκτού επιπέδου περιβαλλοντικής ασφάλειας, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι η γεωθερμική ενέργεια έχει καλές προοπτικές ανάπτυξης. Ειδικά με την αυξανόμενη απειλή έλλειψης παραδοσιακών μεταφορέων ενέργειας και την αύξηση των τιμών για αυτούς.
Από την Καμτσάτκα στον Καύκασο
Στη Ρωσία, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας έχει μια αρκετά μακρά ιστορία, και σε πολλές θέσεις είμαστε μεταξύ των παγκόσμιων ηγετών, αν και το μερίδιο της γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ενεργειακό ισοζύγιο μιας τεράστιας χώρας είναι ακόμα αμελητέο.
Δύο περιοχές, η Καμτσάτκα και Βόρειος Καύκασος, και αν στην πρώτη περίπτωση μιλάμε κυρίως για τη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, τότε στη δεύτερη - για τη χρήση της θερμικής ενέργειας του ιαματικού νερού.
Στον Βόρειο Καύκασο, στο Επικράτεια Κρασνοντάρ, Τσετσενία, Νταγκεστάν - η θερμότητα των ιαματικών νερών για ενεργειακούς σκοπούς χρησιμοποιήθηκε ακόμη και πριν από το Μεγάλο Πατριωτικός Πόλεμος. Τις δεκαετίες 1980–1990, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην περιοχή, για ευνόητους λόγους, σταμάτησε και δεν έχει ακόμη ανακάμψει από την κατάσταση στασιμότητας. Ωστόσο, η παροχή γεωθερμικού νερού στον Βόρειο Καύκασο παρέχει θερμότητα για περίπου 500 χιλιάδες ανθρώπους και, για παράδειγμα, η πόλη Labinsk στην Επικράτεια του Κρασνοντάρ με πληθυσμό 60 χιλιάδων ανθρώπων θερμαίνεται πλήρως από τα γεωθερμικά νερά.
Στην Καμτσάτκα, η ιστορία της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται κυρίως με την κατασκευή του GeoPP. Οι πρώτοι από αυτούς, που εξακολουθούν να λειτουργούν τους σταθμούς Pauzhetskaya και Paratunskaya, κατασκευάστηκαν το 1965-1967, ενώ ο Paratunskaya GeoPP με χωρητικότητα 600 kW έγινε ο πρώτος σταθμός στον κόσμο με δυαδικό κύκλο. Ήταν η ανάπτυξη των Σοβιετικών επιστημόνων S. S. Kutateladze και A. M. Rosenfeld από το Ινστιτούτο Θερμικής Φυσικής του Παραρτήματος της Σιβηρίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, οι οποίοι έλαβαν το 1965 πιστοποιητικό πνευματικής ιδιοκτησίας για την εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από νερό με θερμοκρασία 70 ° C. Αυτή η τεχνολογία έγινε στη συνέχεια το πρωτότυπο για περισσότερα από 400 δυαδικά GeoPP στον κόσμο.
Η χωρητικότητα του Pauzhetskaya GeoPP, που τέθηκε σε λειτουργία το 1966, ήταν αρχικά 5 MW και στη συνέχεια αυξήθηκε σε 12 MW. Επί του παρόντος, ο σταθμός βρίσκεται υπό κατασκευή ενός δυαδικού μπλοκ, το οποίο θα αυξήσει την ισχύ του κατά άλλα 2,5 MW.
Η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην ΕΣΣΔ και τη Ρωσία παρεμποδίστηκε από τη διαθεσιμότητα παραδοσιακών πηγών ενέργειας - πετρελαίου, φυσικού αερίου, άνθρακα, αλλά δεν σταμάτησε ποτέ. Οι μεγαλύτερες εγκαταστάσεις γεωθερμικής ενέργειας αυτή τη στιγμή είναι το Verkhne-Mutnovskaya GeoPP συνολικής ισχύος 12 MW, που τέθηκε σε λειτουργία το 1999, και το Mutnovskaya GeoPP με ισχύ 50 MW (2002).
Το Mutnovskaya και το Verkhne-Mutnovskaya GeoPP είναι μοναδικά αντικείμενα όχι μόνο για τη Ρωσία, αλλά και σε παγκόσμια κλίμακα. Οι σταθμοί βρίσκονται στους πρόποδες του ηφαιστείου Mutnovsky, σε υψόμετρο 800 μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας, και λειτουργούν σε ακραίες κλιματολογικές συνθήκες, όπου είναι χειμώνας για 9-10 μήνες το χρόνο. Ο εξοπλισμός των Mutnovsky GeoPPs, σήμερα ένας από τους πιο σύγχρονους στον κόσμο, δημιουργήθηκε πλήρως σε εγχώριες επιχειρήσεις ηλεκτρολογικής μηχανικής.
Επί του παρόντος, το μερίδιο των σταθμών Mutnovsky στη συνολική δομή της κατανάλωσης ενέργειας του ενεργειακού κόμβου της Κεντρικής Καμτσάτκα είναι 40%. Προβλέπεται αύξηση της χωρητικότητας τα επόμενα χρόνια.
Ξεχωριστά, θα πρέπει να ειπωθεί για τις ρωσικές πετροθερμικές εξελίξεις. Δεν έχουμε ακόμη μεγάλα PDS, ωστόσο, υπάρχουν προηγμένες τεχνολογίες για γεωτρήσεις σε μεγάλα βάθη (περίπου 10 km), που επίσης δεν έχουν ανάλογες στον κόσμο. Τους περαιτέρω ανάπτυξηθα μειώσει δραστικά το κόστος δημιουργίας πετροθερμικών συστημάτων. Οι προγραμματιστές αυτών των τεχνολογιών και έργων είναι οι N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Γεωλογικό Ινστιτούτο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών), A. S. Nekrasov (Ινστιτούτο Οικονομικών Προβλέψεων της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών) και ειδικοί από το εργοστάσιο στροβίλων Kaluga. Επί του παρόντος, το έργο του συστήματος πετροθερμικής κυκλοφορίας στη Ρωσία βρίσκεται σε πιλοτικό στάδιο.
Υπάρχουν προοπτικές για τη γεωθερμική ενέργεια στη Ρωσία, αν και είναι σχετικά μακρινές: αυτή τη στιγμή, οι δυνατότητες είναι αρκετά μεγάλες και η θέση της παραδοσιακής ενέργειας είναι ισχυρή. Ταυτόχρονα, σε μια σειρά από απομακρυσμένες περιοχές της χώρας, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είναι οικονομικά κερδοφόρα και έχει ζήτηση ακόμη και τώρα. Πρόκειται για εδάφη με υψηλό δυναμικό γεωενέργειας (Τσουκότκα, Καμτσάτκα, Κουρίλες - το ρωσικό τμήμα του Ειρηνικού "Ζώνη της φωτιάς της Γης", τα βουνά της Νότιας Σιβηρίας και του Καυκάσου) και ταυτόχρονα απομακρυσμένα και αποκομμένα από την κεντρική παροχή ενέργειας.
Είναι πιθανό τις επόμενες δεκαετίες η γεωθερμική ενέργεια στη χώρα μας να αναπτυχθεί ακριβώς σε τέτοιες περιοχές.
Στους κατακόρυφους συλλέκτες, η ενέργεια λαμβάνεται από τη γη χρησιμοποιώντας γεωθερμικούς ανιχνευτές γης. Πρόκειται για κλειστά συστήματα με φρεάτια διαμέτρου 145-150mm και βάθους 50 έως 150m, μέσω των οποίων τοποθετούνται σωλήνες. Στο τέλος του αγωγού εγκαθίσταται ένας αγκώνας U επιστροφής. Συνήθως η εγκατάσταση γίνεται με έναν καθετήρα μονού βρόχου με σωλήνες 2x d40 (Σουηδικό σύστημα) ή έναν καθετήρα διπλού βρόχου με σωλήνες 4x d32. Οι ανιχνευτές διπλού βρόχου θα πρέπει να επιτυγχάνουν 10-15% περισσότερη εξαγωγή θερμότητας. Για φρεάτια βαθύτερα από 150 m, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σωλήνες 4xd40 (για μείωση της απώλειας πίεσης).
Επί του παρόντος, τα περισσότερα από τα πηγάδια για την εξαγωγή θερμότητας εδάφους έχουν βάθος 150 m. Σε μεγαλύτερα βάθη, μπορεί να επιτευχθεί περισσότερη θερμότητα, αλλά το κόστος τέτοιων γεωτρήσεων θα είναι πολύ υψηλό. Επομένως, είναι σημαντικό να υπολογίσετε εκ των προτέρων το κόστος εγκατάστασης ενός κατακόρυφου συλλέκτη σε σύγκριση με την αναμενόμενη εξοικονόμηση στο μέλλον. Στην περίπτωση εγκατάστασης συστήματος ενεργητικής-παθητικής ψύξης, δεν γίνονται βαθύτερα φρεάτια λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας στο έδαφος και του χαμηλότερου δυναμικού τη στιγμή της μεταφοράς θερμότητας από το διάλυμα. περιβάλλον. Ένα αντιψυκτικό μείγμα (οινόπνευμα, γλυκερίνη, γλυκόλη) κυκλοφορεί στο σύστημα, αραιωμένο με νερό στην επιθυμητή αντιπαγωτική σύσταση. Σε μια αντλία θερμότητας, μεταφέρει τη θερμότητα που λαμβάνεται από το έδαφος στο ψυκτικό. Η θερμοκρασία της γης σε βάθος 20 m είναι περίπου 10°C και αυξάνεται κάθε 30m κατά 1°C. Δεν επηρεάζεται από τις κλιματολογικές συνθήκες και επομένως μπορείτε να βασιστείτε σε υψηλής ποιότητας εξόρυξη ενέργειας τόσο το χειμώνα όσο και το καλοκαίρι. Θα πρέπει να προστεθεί ότι η θερμοκρασία στο έδαφος είναι ελαφρώς διαφορετική στην αρχή της σεζόν (Σεπτέμβριος-Οκτώβριος) από τη θερμοκρασία στο τέλος της σεζόν (Μάρτιος-Απρίλιος). Επομένως, κατά τον υπολογισμό του βάθους των κατακόρυφων συλλεκτών, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η διάρκεια της περιόδου θέρμανσης στο χώρο εγκατάστασης.
Κατά την εξαγωγή θερμότητας με γεωθερμικούς κατακόρυφους ανιχνευτές, οι σωστοί υπολογισμοί και ο σχεδιασμός των συλλεκτών είναι πολύ σημαντικοί. Για να πραγματοποιήσετε ικανούς υπολογισμούς, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε εάν είναι δυνατό να τρυπήσετε στο χώρο εγκατάστασης στο επιθυμητό βάθος.
Για μια αντλία θερμότητας ισχύος 10 kW χρειάζονται περίπου 120-180 m φρεατίων. Τα φρεάτια πρέπει να τοποθετούνται σε απόσταση τουλάχιστον 8 μέτρων μεταξύ τους. Ο αριθμός και το βάθος των πηγαδιών εξαρτάται από τις γεωλογικές συνθήκες, την παρουσία υπόγειων υδάτων, την ικανότητα του εδάφους να διατηρεί τη θερμότητα και την τεχνολογία γεώτρησης. Κατά τη διάνοιξη πολλαπλών φρεατίων, το συνολικό επιθυμητό μήκος του φρεατίου διαιρείται με τον αριθμό των φρεατίων.
Το πλεονέκτημα ενός κατακόρυφου συλλέκτη έναντι ενός οριζόντιου συλλέκτη είναι μια μικρότερη επιφάνεια γης προς χρήση, μια πιο σταθερή πηγή θερμότητας και ανεξαρτησία της πηγής θερμότητας στο καιρικές συνθήκες. Το μειονέκτημα των κάθετων συλλεκτών είναι το υψηλό κόστος των χωματουργικών εργασιών και η σταδιακή ψύξη του εδάφους κοντά στον συλλέκτη (απαιτούνται ικανοί υπολογισμοί της απαιτούμενης ισχύος κατά το σχεδιασμό).
Υπολογισμός του απαιτούμενου βάθους φρέατος
Πληροφορίες που απαιτούνται για τον προκαταρκτικό υπολογισμό του βάθους και του αριθμού των φρεατίων:
Ισχύς αντλίας θερμότητας
Επιλεγμένος τύπος θέρμανσης - "ζεστά δάπεδα", καλοριφέρ, συνδυασμένα
Εκτιμώμενος αριθμός ωρών λειτουργίας της αντλίας θερμότητας ανά έτος, καλύπτοντας την ενεργειακή ζήτηση
Τόπος εγκατάστασης
Χρήση γεωθερμικού φρέατος - θέρμανση, θέρμανση ΖΝΧ, εποχιακή θέρμανση πισίνας, θέρμανση πισίνας όλο το χρόνο
Χρήση της λειτουργίας παθητικής (ενεργητικής) ψύξης στην εγκατάσταση
Συνολική ετήσια κατανάλωση θερμότητας για θέρμανση (MWh)
Το γράφημα βρίσκεται στο κάτω μέρος του άρθρου.
Ντάτσα (στα σύνορα της Νέας Μόσχας και της περιοχής Kaluga) χειμώνα, περιοδικές επισκέψεις (2-4 φορές το μήνα για μερικές ημέρες).
Ο τυφλός χώρος και το υπόγειο του σπιτιού δεν είναι μονωμένοι, από το φθινόπωρο έχουν κλείσει με θερμομονωτικά βύσματα (10 cm αφρού). Η απώλεια θερμότητας της βεράντας όπου πηγαίνει ο ανυψωτήρας τον Ιανουάριο έχει αλλάξει. Βλέπε σημείωση 10.
Οι μετρήσεις σε βάθος 130 cm γίνονται από το σύστημα Xital GSM (), διακριτές - 0,5 * C, προσθέστε. το σφάλμα είναι περίπου 0,3 * C.
Ο αισθητήρας τοποθετείται σε σωλήνα HDPE 20mm συγκολλημένο από κάτω κοντά στον ανυψωτικό, (στο εξωτερικό της θερμομόνωσης του ανυψωτικού, αλλά μέσα στον σωλήνα 110mm).
Η τετμημένη δείχνει ημερομηνίες, η τεταγμένη δείχνει θερμοκρασίες.
Σημείωση 1:
Θα παρακολουθώ επίσης τη θερμοκρασία του νερού στο πηγάδι, καθώς και στο επίπεδο του εδάφους κάτω από το σπίτι, ακριβώς στον ανυψωτήρα χωρίς νερό, αλλά μόνο κατά την άφιξη. Το σφάλμα είναι περίπου + -0,6 * C.
Σημείωση 2:
Θερμοκρασία στο επίπεδο του εδάφουςκάτω από το σπίτι, στον ανυψωτήρα παροχής νερού, ελλείψει ανθρώπων και νερού, έπεσε ήδη στους μείον 5 * C. Αυτό υποδηλώνει ότι δεν έφτιαξα το σύστημα μάταια - Παρεμπιπτόντως, ο θερμοστάτης που έδειξε -5 * C είναι ακριβώς από αυτό το σύστημα (RT-12-16).
Σημείωση 3:
Η θερμοκρασία του νερού "στο πηγάδι" μετράται από τον ίδιο αισθητήρα (είναι επίσης στη Σημείωση 2) όπως "στο επίπεδο του εδάφους" - βρίσκεται ακριβώς στον ανυψωτήρα κάτω από τη θερμομόνωση, κοντά στον ανυψωτήρα στο επίπεδο του εδάφους. Αυτές οι δύο μετρήσεις γίνονται σε διαφορετικούς χρόνους. "Στο επίπεδο του εδάφους" - πριν από την άντληση νερού στον ανυψωτήρα και "στο πηγάδι" - μετά την άντληση περίπου 50 λίτρων για μισή ώρα με διακοπές.
Σημείωση 4:
Η θερμοκρασία του νερού στο πηγάδι μπορεί να υποτιμηθεί κάπως, επειδή. Δεν μπορώ να ψάξω για αυτό το γαμημένο ασύμπτωτο, που αντλεί ατελείωτα νερό (το δικό μου)... Παίζω όσο καλύτερα μπορώ.
Σημείωση 5: Μη σχετικό, αφαιρέθηκε.
Σημείωση 6:
Το σφάλμα καθορισμού της θερμοκρασίας του δρόμου είναι περίπου + - (3-7) * С.
Σημείωση 7:
Ο ρυθμός ψύξης του νερού στο επίπεδο του εδάφους (χωρίς να ενεργοποιηθεί η αντλία) είναι πολύ περίπου 1-2 * C ανά ώρα (αυτό είναι μείον 5 * C στο επίπεδο του εδάφους).
Σημείωση 8:
Ξέχασα να περιγράψω πώς είναι διατεταγμένος και μονωμένος ο υπόγειος ανυψωτής μου. Δύο κάλτσες μόνωσης τοποθετούνται στο PND-32 συνολικά - 2 cm. πάχους (προφανώς, αφρώδες πολυαιθυλένιο), όλα αυτά εισάγονται σε σωλήνα αποχέτευσης 110 mm και αφρίζονται εκεί σε βάθος 130 cm. Είναι αλήθεια ότι επειδή το PND-32 δεν μπήκε στο κέντρο του 110ου σωλήνα και επίσης το γεγονός ότι στη μέση του η μάζα του συνηθισμένου αφρού μπορεί να μην σκληρύνει για μεγάλο χρονικό διάστημα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μετατρέπεται σε θερμάστρα, είμαι έντονα αμφιβάλλω για την ποιότητα μιας τέτοιας πρόσθετης μόνωσης.. Μάλλον θα ήταν καλύτερο να χρησιμοποιήσω έναν αφρό δύο συστατικών, την ύπαρξη του οποίου διαπίστωσα μόλις αργότερα...
Σημείωση 9:
Θέλω να επιστήσω την προσοχή των αναγνωστών στη μέτρηση θερμοκρασίας "Στο επίπεδο του εδάφους" με ημερομηνία 01/12/2013. και ημερομηνία 18 Ιανουαρίου 2013. Εδώ, κατά τη γνώμη μου, η τιμή του +0,3 * C είναι πολύ υψηλότερη από την αναμενόμενη. Νομίζω ότι αυτό είναι συνέπεια της επιχείρησης «Γέμισμα του υπογείου στον ανυψωτικό με χιόνι», που πραγματοποιήθηκε στις 31/12/2012.
Σημείωση 10:
Από τις 12 Ιανουαρίου έως τις 3 Φεβρουαρίου έκανε πρόσθετη μόνωση της βεράντας, όπου πηγαίνει το υπόγειο ανυψωτικό.
Ως αποτέλεσμα, σύμφωνα με κατά προσέγγιση εκτιμήσεις, η απώλεια θερμότητας της βεράντας μειώθηκε από 100 W / τ.μ. όροφος έως περίπου 50 (αυτό είναι στους μείον 20 * C στο δρόμο).
Αυτό αντικατοπτρίζεται και στα διαγράμματα. Δείτε τη θερμοκρασία στο επίπεδο του εδάφους στις 9 Φεβρουαρίου: +1,4*C και στις 16 Φεβρουαρίου: +1,1 - δεν έχουν σημειωθεί τόσο υψηλές θερμοκρασίες από την αρχή του πραγματικού χειμώνα.
Και κάτι ακόμα: από τις 4 Φεβρουαρίου έως τις 16 Φεβρουαρίου, για πρώτη φορά σε δύο χειμώνες, από Κυριακή έως Παρασκευή, ο λέβητας δεν άνοιξε για να διατηρήσει την καθορισμένη ελάχιστη θερμοκρασία επειδή δεν έφτασε σε αυτό το ελάχιστο ...
Σημείωση 11:
Όπως υποσχέθηκα (για «παραγγελία» και για να ολοκληρωθεί ο ετήσιος κύκλος), θα δημοσιεύω περιοδικά θερμοκρασίες το καλοκαίρι. Αλλά - όχι στο χρονοδιάγραμμα, για να μην «θολώσει» ο χειμώνας, αλλά εδώ, στο Note-11.
11 Μαΐου 2013
Μετά από 3 εβδομάδες αερισμού, οι αεραγωγοί έκλεισαν μέχρι το φθινόπωρο για να αποφευχθεί η συμπύκνωση.
13 Μαΐου 2013(στο δρόμο για μια εβδομάδα + 25-30 * C):
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 10,5 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130 cm. +6*С,
12 Ιουνίου 2013:
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 14,5 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130εκ. +10*С.
- νερό στο πηγάδι από βάθος 25 m όχι μεγαλύτερο από + 8 * C.
26 Ιουνίου 2013:
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 16 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130 cm. +11*С.
- το νερό στο πηγάδι από βάθος 25m δεν είναι υψηλότερο από +9,3*C.
19 Αυγούστου 2013:
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 15,5 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130 cm. +13,5*С.
- νερό στο πηγάδι από βάθος 25m όχι μεγαλύτερο από +9,0*C.
28 Σεπτεμβρίου 2013:
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 10,3 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130εκ. +12*С.
- νερό στο πηγάδι από βάθος 25 m = + 8,0 * C.
26 Οκτωβρίου 2013:
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 8,5 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130εκ. +9,5*С.
- νερό στο πηγάδι από βάθος 25 m όχι μεγαλύτερο από + 7,5 * C.
16 Νοεμβρίου 2013:
- κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους + 7,5 * C,
- κάτω από το σπίτι σε βάθος 130 cm. +9,0*С.
- νερό στο πηγάδι από βάθος 25 m + 7,5 * C.
20 Φεβρουαρίου 2014:
Αυτή είναι ίσως η τελευταία καταχώρηση σε αυτό το άρθρο.
Όλο το χειμώνα ζούμε συνεχώς στο σπίτι, το σημείο επανάληψης των περσινών μετρήσεων είναι μικρό, επομένως μόνο δύο σημαντικά στοιχεία:
- η ελάχιστη θερμοκρασία κάτω από το σπίτι στο επίπεδο του εδάφους στους πολύ παγετούς (-20 - -30 * C) μια εβδομάδα μετά την έναρξή τους, έπεσε επανειλημμένα κάτω από + 0,5 * C. Αυτές τις στιγμές δούλευα
Kirill Degtyarev, Ερευνητής, Μόσχα Κρατικό Πανεπιστήμιοτους. M. V. Lomonosov.
Στην πλούσια σε υδρογονάνθρακες χώρα μας, η γεωθερμική ενέργεια είναι ένα είδος εξωτικού πόρου που, στην παρούσα κατάσταση, είναι απίθανο να ανταγωνιστεί το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ωστόσο, αυτή η εναλλακτική μορφή ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν παντού και αρκετά αποτελεσματικά.
Φωτογραφία του Igor Konstantinov.
Αλλαγή της θερμοκρασίας του εδάφους με το βάθος.
Αύξηση θερμοκρασίας ιαματικών νερών και ξηρών πετρωμάτων που τα περιέχουν με βάθος.
Αλλαγή της θερμοκρασίας με το βάθος σε διάφορες περιοχές.
Η έκρηξη του ισλανδικού ηφαιστείου Eyjafjallajökull είναι μια απεικόνιση βίαιων ηφαιστειακών διεργασιών που συμβαίνουν σε ενεργές τεκτονικές και ηφαιστειακές ζώνες με ισχυρή ροή θερμότητας από το εσωτερικό της γης.
Εγκατεστημένες ισχύς γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής ανά χώρες του κόσμου, MW.
Κατανομή γεωθερμικών πόρων στο έδαφος της Ρωσίας. Τα αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, σύμφωνα με τους ειδικούς, είναι αρκετές φορές υψηλότερα από τα ενεργειακά αποθέματα των οργανικών ορυκτών καυσίμων. Σύμφωνα με το Geothermal Energy Society Association.
Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης. Παράγεται στα βάθη και έρχεται στην επιφάνεια της Γης με διάφορες μορφές και με διαφορετική ένταση.
Η θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους εξαρτάται κυρίως από εξωτερικούς (εξωγενείς) παράγοντες - ηλιακό φως και θερμοκρασία αέρα. Το καλοκαίρι και την ημέρα, το έδαφος θερμαίνεται σε ορισμένα βάθη και το χειμώνα και τη νύχτα ψύχεται μετά την αλλαγή της θερμοκρασίας του αέρα και με κάποια καθυστέρηση, αυξάνοντας με το βάθος. Η επίδραση των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του αέρα τελειώνει σε βάθη από μερικά έως αρκετές δεκάδες εκατοστά. Οι εποχιακές διακυμάνσεις καταγράφουν βαθύτερα στρώματα εδάφους - έως και δεκάδες μέτρα.
Σε ένα ορισμένο βάθος -από δεκάδες έως εκατοντάδες μέτρα- η θερμοκρασία του εδάφους διατηρείται σταθερή, ίση με τη μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης. Αυτό είναι εύκολο να επαληθευτεί κατεβαίνοντας σε μια αρκετά βαθιά σπηλιά.
Όταν η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα σε μια δεδομένη περιοχή είναι κάτω από το μηδέν, αυτό εκδηλώνεται ως μόνιμος παγετός (πιο συγκεκριμένα, μόνιμος πάγος). Στην Ανατολική Σιβηρία, το πάχος, δηλαδή το πάχος, των παγωμένων εδαφών όλο το χρόνο φτάνει κατά τόπους τα 200-300 m.
Από ένα συγκεκριμένο βάθος (το δικό του για κάθε σημείο του χάρτη), η δράση του Ήλιου και της ατμόσφαιρας εξασθενεί τόσο πολύ που οι ενδογενείς (εσωτερικοί) παράγοντες έρχονται πρώτοι και το εσωτερικό της γης θερμαίνεται από μέσα, έτσι ώστε η θερμοκρασία αρχίζει να άνοδος με βάθος.
Η θέρμανση των βαθιών στρωμάτων της Γης σχετίζεται κυρίως με την αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων που βρίσκονται εκεί, αν και άλλες πηγές θερμότητας ονομάζονται επίσης, για παράδειγμα, φυσικοχημικές, τεκτονικές διεργασίες στα βαθιά στρώματα του φλοιού και του μανδύα της γης. Όποια και αν είναι όμως η αιτία, η θερμοκρασία των πετρωμάτων και των σχετικών υγρών και αέριων ουσιών αυξάνεται με το βάθος. Οι ανθρακωρύχοι αντιμετωπίζουν αυτό το φαινόμενο - είναι πάντα ζεστό στα βαθιά ορυχεία. Σε βάθος 1 χλμ., η ζέστη τριάντα βαθμών είναι φυσιολογική και βαθύτερα η θερμοκρασία είναι ακόμη υψηλότερη.
Η ροή θερμότητας του εσωτερικού της γης, φτάνοντας στην επιφάνεια της Γης, είναι μικρή - κατά μέσο όρο, η ισχύς της είναι 0,03-0,05 W / m 2,
ή περίπου 350 Wh/m 2 ετησίως. Στο φόντο της ροής θερμότητας από τον Ήλιο και του αέρα που θερμαίνεται από αυτόν, αυτή είναι μια ανεπαίσθητη τιμή: ο Ήλιος δίνει σε κάθε τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης περίπου 4.000 kWh ετησίως, δηλαδή 10.000 φορές περισσότερο (φυσικά, αυτό είναι κατά μέσο όρο, με τεράστια εξάπλωση μεταξύ πολικών και ισημερινών γεωγραφικών πλάτη και ανάλογα με άλλους κλιματικούς και καιρικούς παράγοντες).
Η ασήμαντη ροή θερμότητας από τα βάθη προς την επιφάνεια στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη συνδέεται με τη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων και τις ιδιαιτερότητες της γεωλογικής δομής. Υπάρχουν όμως εξαιρέσεις - μέρη όπου η ροή θερμότητας είναι υψηλή. Πρόκειται πρώτα για ζώνες τεκτονικών ρηγμάτων, αυξημένης σεισμικής δραστηριότητας και ηφαιστειότητας, όπου η ενέργεια του εσωτερικού της γης βρίσκει διέξοδο. Τέτοιες ζώνες χαρακτηρίζονται από θερμικές ανωμαλίες της λιθόσφαιρας, εδώ η ροή θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης μπορεί να είναι πολλές φορές και ακόμη και τάξεις μεγέθους πιο ισχυρή από τη "συνήθη". Μια τεράστια ποσότητα θερμότητας φέρεται στην επιφάνεια σε αυτές τις ζώνες από ηφαιστειακές εκρήξεις και θερμές πηγές νερού.
Αυτές οι περιοχές είναι οι πιο ευνοϊκές για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας. Στο έδαφος της Ρωσίας, αυτά είναι, πρώτα απ 'όλα, η Καμτσάτκα, τα νησιά Κουρίλ και ο Καύκασος.
Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας είναι δυνατή σχεδόν παντού, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος είναι ένα πανταχού παρόν φαινόμενο και το καθήκον είναι η «εξαγωγή» θερμότητας από τα έντερα, όπως εξάγονται ορυκτές πρώτες ύλες από εκεί.
Κατά μέσο όρο, η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος κατά 2,5-3 o C για κάθε 100 m. Ο λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη προς τη διαφορά βάθους μεταξύ τους ονομάζεται γεωθερμική κλίση.
Το αντίστροφο είναι το γεωθερμικό βήμα, ή το διάστημα βάθους στο οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 1 o C.
Όσο υψηλότερη είναι η κλίση και, κατά συνέπεια, όσο χαμηλότερη είναι η βαθμίδα, τόσο πιο κοντά η θερμότητα του βάθους της Γης πλησιάζει την επιφάνεια και τόσο πιο πολλά υποσχόμενη είναι αυτή η περιοχή για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας.
Σε διάφορες περιοχές, ανάλογα με τη γεωλογική δομή και άλλες τοπικές και τοπικές συνθήκες, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος μπορεί να ποικίλλει δραματικά. Στην κλίμακα της Γης, οι διακυμάνσεις στις τιμές των γεωθερμικών κλίσεων και των βημάτων φτάνουν τις 25 φορές. Για παράδειγμα, στην πολιτεία του Όρεγκον (ΗΠΑ) η κλίση είναι 150 o C ανά 1 km, και στη Νότια Αφρική - 6 o C ανά 1 km.
Το ερώτημα είναι, ποια είναι η θερμοκρασία σε μεγάλα βάθη - 5, 10 km ή περισσότερο; Εάν η τάση συνεχιστεί, η θερμοκρασία σε βάθος 10 km θα πρέπει να είναι κατά μέσο όρο περίπου 250-300 o C. Αυτό επιβεβαιώνεται λίγο πολύ από άμεσες παρατηρήσεις σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια, αν και η εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη από μια γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας .
Για παράδειγμα, στο υπερβαθύ πηγάδι Kola που διανοίγεται στην κρυσταλλική ασπίδα της Βαλτικής, η θερμοκρασία αλλάζει με ρυθμό 10 o C / 1 km σε βάθος 3 km και στη συνέχεια η γεωθερμική κλίση γίνεται 2-2,5 φορές μεγαλύτερη. Σε βάθος 7 km καταγράφηκε ήδη θερμοκρασία 120 o C, στα 10 km - 180 o C και στα 12 km - 220 o C.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα πηγάδι στη Βόρεια Κασπία, όπου σε βάθος 500 m καταγράφηκε θερμοκρασία 42 o C, στα 1,5 km - 70 o C, στα 2 km - 80 o C, στα 3 km - 108 o C.
Υποτίθεται ότι η γεωθερμική κλίση μειώνεται ξεκινώντας από ένα βάθος 20-30 km: σε βάθος 100 km, οι εκτιμώμενες θερμοκρασίες είναι περίπου 1300-1500 o C, σε βάθος 400 km - 1600 o C, στη Γη πυρήνας (βάθη άνω των 6000 km) - 4000-5000 o ΑΠΟ.
Σε βάθη έως 10-12 km, η θερμοκρασία μετράται μέσω γεωτρήσεων. όπου δεν υπάρχουν, προσδιορίζεται από έμμεσα σημάδια με τον ίδιο τρόπο όπως και σε μεγαλύτερα βάθη. Τέτοια έμμεσα σημάδια μπορεί να είναι η φύση της διέλευσης των σεισμικών κυμάτων ή η θερμοκρασία της λάβας που εκρήγνυται.
Ωστόσο, για τους σκοπούς της γεωθερμικής ενέργειας, τα δεδομένα για τις θερμοκρασίες σε βάθη άνω των 10 km δεν παρουσιάζουν ακόμη πρακτικό ενδιαφέρον.
Υπάρχει πολλή ζέστη σε βάθη αρκετών χιλιομέτρων, αλλά πώς να την ανεβάσουμε; Μερικές φορές η ίδια η φύση μας λύνει αυτό το πρόβλημα με τη βοήθεια ενός φυσικού ψυκτικού υγρού - θερμαινόμενων ιαματικών νερών που έρχονται στην επιφάνεια ή βρίσκονται σε βάθος προσβάσιμο σε εμάς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό στα βάθη θερμαίνεται μέχρι την κατάσταση του ατμού.
Δεν υπάρχει αυστηρός ορισμός της έννοιας «ιαματικά νερά». Κατά κανόνα, σημαίνουν ζεστά υπόγεια νερά σε υγρή κατάσταση ή σε μορφή ατμού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έρχονται στην επιφάνεια της Γης με θερμοκρασία πάνω από 20 ° C, δηλαδή, κατά κανόνα, υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα .
Η θερμότητα των μιγμάτων υπόγειων υδάτων, ατμού, ατμού-νερού είναι υδροθερμική ενέργεια. Αντίστοιχα, η ενέργεια που βασίζεται στη χρήση της ονομάζεται υδροθερμική.
Η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη με την παραγωγή θερμότητας απευθείας από ξηρά πετρώματα - πετροθερμική ενέργεια, ειδικά επειδή οι αρκετά υψηλές θερμοκρασίες, κατά κανόνα, ξεκινούν από βάθη αρκετών χιλιομέτρων.
Στο έδαφος της Ρωσίας, το δυναμικό της πετροθερμικής ενέργειας είναι εκατό φορές υψηλότερο από αυτό της υδροθερμικής ενέργειας - 3.500 και 35 τρισεκατομμύρια τόνους τυπικού καυσίμου, αντίστοιχα. Αυτό είναι απολύτως φυσικό - η ζεστασιά των βάθη της Γης είναι παντού και τα ιαματικά νερά βρίσκονται τοπικά. Ωστόσο, λόγω προφανών τεχνικών δυσκολιών, τα περισσότερα από τα ιαματικά νερά χρησιμοποιούνται σήμερα για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας.
Τα νερά με θερμοκρασίες από 20-30 έως 100 o C είναι κατάλληλα για θέρμανση, θερμοκρασίες από 150 o C και πάνω - και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε γεωθερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Γενικά, οι γεωθερμικοί πόροι στο έδαφος της Ρωσίας, όσον αφορά τους τόνους τυπικού καυσίμου ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα μέτρησης ενέργειας, είναι περίπου 10 φορές υψηλότεροι από τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων.
Θεωρητικά, μόνο η γεωθερμική ενέργεια θα μπορούσε να καλύψει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες της χώρας. Στην πράξη, αυτή τη στιγμή, στο μεγαλύτερο μέρος της επικράτειάς της, αυτό δεν είναι εφικτό για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους.
Στον κόσμο, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται συχνότερα με την Ισλανδία - μια χώρα που βρίσκεται στο βόρειο άκρο της Μεσοατλαντικής Κορυφογραμμής, σε μια εξαιρετικά ενεργή τεκτονική και ηφαιστειακή ζώνη. Πιθανώς όλοι θυμούνται την ισχυρή έκρηξη του ηφαιστείου Eyjafjallajökull το 2010.
Χάρη σε αυτή τη γεωλογική ιδιαιτερότητα, η Ισλανδία διαθέτει τεράστια αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των θερμών πηγών που έρχονται στην επιφάνεια της Γης και μάλιστα αναβλύζουν με τη μορφή θερμοπίδακες.
Στην Ισλανδία, περισσότερο από το 60% της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται αυτή τη στιγμή λαμβάνεται από τη Γη. Συμπεριλαμβανομένων των γεωθερμικών πηγών, παρέχεται το 90% της θέρμανσης και το 30% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Προσθέτουμε ότι η υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια στη χώρα παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθμούς, δηλαδή χρησιμοποιώντας επίσης μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, χάρη στην οποία η Ισλανδία μοιάζει με ένα είδος παγκόσμιου περιβαλλοντικού προτύπου.
Η «εξημέρευση» της γεωθερμικής ενέργειας τον 20ο αιώνα βοήθησε σημαντικά οικονομικά την Ισλανδία. Μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα, ήταν μια πολύ φτωχή χώρα, τώρα κατέχει την πρώτη θέση στον κόσμο ως προς την εγκατεστημένη ισχύ και την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας κατά κεφαλήν και είναι στην πρώτη δεκάδα ως προς την απόλυτη εγκατεστημένη ισχύ γεωθερμικής ενέργειας φυτά. Ωστόσο, ο πληθυσμός του είναι μόνο 300 χιλιάδες άτομα, γεγονός που απλοποιεί το έργο της μετάβασης σε φιλικές προς το περιβάλλον πηγές ενέργειας: η ανάγκη για αυτό είναι γενικά μικρή.
Εκτός από την Ισλανδία, υψηλό μερίδιο γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ισοζύγιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρέχεται στη Νέα Ζηλανδία και στα νησιωτικά κράτη της Νοτιοανατολικής Ασίας (Φιλιππίνες και Ινδονησία), στις χώρες της Κεντρικής Αμερικής και της Ανατολικής Αφρικής, το έδαφος των οποίων χαρακτηρίζεται επίσης λόγω της υψηλής σεισμικής και ηφαιστειακής δραστηριότητας. Για αυτές τις χώρες, στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης και των αναγκών τους, η γεωθερμική ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη.
(Το τέλος ακολουθεί.)
