Berita Bintang
Kehangatan bumi. Keadaan termal bagian dalam bumi Suhu tanah pada kedalaman yang berbeda di musim dingin
Di negara kita, kaya akan hidrokarbon, energi panas bumi adalah jenis sumber daya eksotis yang, dalam keadaan saat ini, tidak mungkin bersaing dengan minyak dan gas. Namun demikian, bentuk energi alternatif ini dapat digunakan hampir di mana-mana dan cukup efisien.
Energi panas bumi adalah panas dari interior bumi. Itu diproduksi di kedalaman dan muncul ke permukaan bumi di bentuk yang berbeda dan dengan intensitas yang berbeda.
Suhu lapisan atas tanah terutama tergantung pada faktor eksternal (eksogen) - sinar matahari dan suhu udara. Di musim panas dan siang hari, tanah menghangat hingga kedalaman tertentu, dan di musim dingin dan malam hari menjadi dingin mengikuti perubahan suhu udara dan dengan beberapa penundaan, meningkat dengan kedalaman. Pengaruh fluktuasi harian suhu udara berakhir pada kedalaman dari beberapa hingga beberapa puluh sentimeter. Fluktuasi musiman menangkap lapisan tanah yang lebih dalam - hingga puluhan meter.
Pada kedalaman tertentu - dari puluhan hingga ratusan meter - suhu tanah dijaga konstan, sama dengan suhu udara tahunan rata-rata di dekat permukaan bumi. Ini mudah diverifikasi dengan turun ke gua yang cukup dalam.
Ketika suhu udara tahunan rata-rata di area tertentu di bawah nol, ini memanifestasikan dirinya sebagai permafrost (lebih tepatnya, permafrost). Di Siberia Timur, ketebalan, yaitu ketebalan, tanah beku sepanjang tahun mencapai 200–300 m di beberapa tempat.
Dari kedalaman tertentu (sendiri untuk setiap titik di peta), aksi Matahari dan atmosfer melemah sedemikian rupa sehingga faktor endogen (internal) didahulukan dan interior bumi dipanaskan dari dalam, sehingga suhu mulai naik. naik dengan kedalaman.
Pemanasan lapisan dalam Bumi terutama terkait dengan peluruhan unsur-unsur radioaktif yang terletak di sana, meskipun sumber panas lain juga dinamai, misalnya, proses fisikokimia, tektonik di lapisan dalam kerak dan mantel bumi. Tapi apapun penyebabnya, suhu batuan dan zat cair dan gas yang terkait meningkat dengan kedalaman. Penambang menghadapi fenomena ini - selalu panas di tambang yang dalam. Pada kedalaman 1 km, panas tiga puluh derajat adalah normal, dan lebih dalam suhunya bahkan lebih tinggi.
Aliran panas bagian dalam bumi, yang mencapai permukaan bumi, kecil - rata-rata, kekuatannya 0,03–0,05 W / m 2, atau sekitar 350 W h / m 2 per tahun. Terhadap latar belakang aliran panas dari Matahari dan udara yang dipanaskan olehnya, ini adalah nilai yang tidak terlihat: Matahari memberi semua orang meter persegi permukaan bumi sekitar 4.000 kWh per tahun, yaitu 10.000 kali lebih banyak (tentu saja, ini rata-rata, dengan penyebaran besar antara garis lintang kutub dan khatulistiwa dan tergantung pada faktor iklim dan cuaca lainnya).
Tidak signifikannya aliran panas dari kedalaman ke permukaan di sebagian besar planet ini dikaitkan dengan konduktivitas termal yang rendah dari batuan dan fitur struktur geologi. Tetapi ada pengecualian - tempat-tempat di mana aliran panas tinggi. Ini adalah, pertama-tama, zona patahan tektonik, peningkatan aktivitas seismik dan vulkanisme, di mana energi interior bumi menemukan jalan keluar. Zona seperti itu dicirikan oleh anomali termal litosfer, di sini aliran panas yang mencapai permukaan bumi bisa berkali-kali lipat dan bahkan urutan besarnya lebih kuat daripada yang "biasa". Sejumlah besar panas dibawa ke permukaan di zona ini oleh letusan gunung berapi dan mata air panas.
Daerah-daerah inilah yang paling menguntungkan untuk pengembangan energi panas bumi. Di wilayah Rusia, ini adalah, pertama-tama, Kamchatka, Kepulauan Kuril, dan Kaukasus.
Pada saat yang sama, pengembangan energi panas bumi dimungkinkan hampir di mana-mana, karena peningkatan suhu dengan kedalaman adalah fenomena di mana-mana, dan tugasnya adalah "mengekstraksi" panas dari perut, seperti halnya bahan baku mineral diekstraksi dari sana.
Rata-rata, suhu meningkat dengan kedalaman sebesar 2,5-3 ° C untuk setiap 100 m.Perbandingan perbedaan suhu antara dua titik yang terletak pada kedalaman yang berbeda dengan perbedaan kedalaman di antara mereka disebut gradien panas bumi.
Kebalikannya adalah langkah panas bumi, atau interval kedalaman di mana suhu naik 1°C.
Semakin tinggi gradien dan, karenanya, semakin rendah langkahnya, semakin dekat panas dari kedalaman Bumi mendekati permukaan dan semakin menjanjikan daerah ini untuk pengembangan energi panas bumi.
Di daerah yang berbeda, tergantung pada struktur geologi dan kondisi regional dan lokal lainnya, laju peningkatan suhu dengan kedalaman dapat bervariasi secara dramatis. Pada skala Bumi, fluktuasi nilai gradien dan langkah panas bumi mencapai 25 kali. Misalnya, di negara bagian Oregon (AS) gradiennya adalah 150°C per 1 km, dan di Afrika Selatan adalah 6°C per 1 km.
Pertanyaannya adalah, berapa suhu di kedalaman yang sangat dalam - 5, 10 km atau lebih? Jika tren terus berlanjut, suhu pada kedalaman 10 km akan rata-rata sekitar 250–300 °C. Ini sedikit banyak dikonfirmasi oleh pengamatan langsung di sumur ultra-dalam, meskipun gambarannya jauh lebih rumit daripada peningkatan suhu secara linier.
Sebagai contoh, pada sumur superdeep Kola yang dibor di Baltic Crystalline Shield, suhu berubah dengan laju 10°C/1 km hingga kedalaman 3 km, dan kemudian gradien panas bumi menjadi 2–2,5 kali lebih besar. Pada kedalaman 7 km telah tercatat suhu 120°C, pada 10 km - 180 °C, dan pada 12 km - 220 °C.
Contoh lain adalah sumur yang diletakkan di Kaspia Utara, di mana pada kedalaman 500 m suhu 42°C tercatat, pada 1,5 km - 70°C, pada 2 km - 80°C, pada 3 km - 108°C.
Diasumsikan gradien panas bumi menurun mulai dari kedalaman 20-30 km: pada kedalaman 100 km, perkiraan suhu sekitar 1300-1500 °C, pada kedalaman 400 km - 1600 °C, di Bumi. inti (kedalaman lebih dari 6000 km) - 4000–5000 ° C.
Pada kedalaman hingga 10–12 km, suhu diukur melalui sumur bor; di mana mereka tidak ada, itu ditentukan oleh tanda-tanda tidak langsung dengan cara yang sama seperti pada kedalaman yang lebih besar. Tanda-tanda tidak langsung tersebut dapat berupa sifat perjalanan gelombang seismik atau suhu lava yang meletus.
Namun, untuk keperluan energi panas bumi, data suhu pada kedalaman lebih dari 10 km belum menjadi kepentingan praktis.
Ada banyak panas di kedalaman beberapa kilometer, tetapi bagaimana cara menaikkannya? Terkadang alam sendiri memecahkan masalah ini bagi kita dengan bantuan pendingin alami - air panas yang dipanaskan yang muncul ke permukaan atau terletak pada kedalaman yang dapat diakses oleh kita. Dalam beberapa kasus, air di kedalaman dipanaskan hingga menjadi uap.
Tidak ada definisi ketat dari konsep "air panas". Biasanya, yang mereka maksud adalah air tanah panas di keadaan cair atau dalam bentuk uap, termasuk yang muncul ke permukaan bumi dengan suhu di atas 20 ° C, yang biasanya lebih tinggi dari suhu udara.
Panas dari campuran air tanah, uap, uap-air adalah energi hidrotermal. Oleh karena itu, energi berdasarkan penggunaannya disebut hidrotermal.
Situasinya lebih rumit dengan produksi panas langsung dari batuan kering - energi petrotermal, terutama karena suhu yang cukup tinggi, sebagai suatu peraturan, dimulai dari kedalaman beberapa kilometer.
Di wilayah Rusia, potensi energi petrotermal seratus kali lebih tinggi daripada energi hidrotermal - masing-masing 3.500 dan 35 triliun ton bahan bakar standar. Ini cukup alami - kehangatan kedalaman bumi ada di mana-mana, dan air panas ditemukan secara lokal. Namun, karena kesulitan teknis yang nyata, sebagian besar air panas saat ini digunakan untuk menghasilkan panas dan listrik.
Suhu air dari 20-30 hingga 100 °C cocok untuk pemanasan, suhu dari 150 °C ke atas - dan untuk pembangkit listrik di pembangkit listrik tenaga panas bumi.
Secara umum, sumber daya panas bumi di wilayah Rusia, dalam hal ton bahan bakar standar atau unit pengukuran energi lainnya, sekitar 10 kali lebih tinggi daripada cadangan bahan bakar fosil.
Secara teoritis, hanya energi panas bumi yang dapat sepenuhnya memenuhi kebutuhan energi negara. Praktis di saat ini di sebagian besar wilayahnya, ini tidak layak karena alasan teknis dan ekonomi.
Di dunia, penggunaan energi panas bumi paling sering dikaitkan dengan Islandia - sebuah negara yang terletak di ujung utara Punggungan Atlantik Tengah, di zona tektonik dan vulkanik yang sangat aktif. Mungkin semua orang ingat letusan kuat gunung berapi Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) pada tahun 2010
Berkat kekhususan geologis inilah Islandia memiliki cadangan energi panas bumi yang sangat besar, termasuk mata air panas yang muncul ke permukaan Bumi dan bahkan memancar dalam bentuk geyser.
Di Islandia, lebih dari 60% dari semua energi yang dikonsumsi saat ini diambil dari Bumi. Termasuk karena sumber panas bumi, 90% pemanas dan 30% pembangkit listrik disediakan. Kami menambahkan bahwa sisa listrik di negara ini dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air, yaitu, juga menggunakan sumber energi terbarukan, berkat Islandia yang terlihat seperti standar lingkungan global.
"Penjinakan" energi panas bumi pada abad ke-20 membantu Islandia secara signifikan secara ekonomi. Sampai pertengahan abad terakhir, itu adalah negara yang sangat miskin, sekarang menempati urutan pertama di dunia dalam hal kapasitas terpasang dan produksi energi panas bumi per kapita, dan berada di sepuluh besar dalam hal kapasitas terpasang mutlak tenaga panas bumi. tanaman. Namun, populasinya hanya 300 ribu orang, yang menyederhanakan tugas beralih ke sumber energi ramah lingkungan: kebutuhannya umumnya kecil.
Selain Islandia, bagian yang tinggi dari energi panas bumi dalam keseimbangan total produksi listrik disediakan di Selandia Baru dan negara-negara kepulauan di Asia Tenggara (Filipina dan Indonesia), negara-negara Amerika Tengah dan Afrika Timur, yang wilayahnya juga dicirikan oleh aktivitas seismik dan vulkanik yang tinggi. Untuk negara-negara ini, pada tingkat perkembangan dan kebutuhan mereka saat ini, energi panas bumi memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pembangunan sosial-ekonomi.
Penggunaan energi panas bumi memiliki sejarah yang sangat panjang. Salah satu contoh pertama yang diketahui adalah Italia, sebuah tempat di provinsi Tuscany, sekarang disebut Larderello, di mana, pada awal abad ke-19, air panas panas lokal, yang mengalir secara alami atau diambil dari sumur dangkal, digunakan untuk energi. tujuan.
Air dari sumber bawah tanah, kaya boron, digunakan di sini untuk mendapatkan asam borat. Awalnya, asam ini diperoleh dengan penguapan dalam ketel besi, dan kayu bakar biasa diambil sebagai bahan bakar dari hutan terdekat, tetapi pada tahun 1827 Francesco Larderel menciptakan sistem yang bekerja pada panas air itu sendiri. Pada saat yang sama, energi uap air alami mulai digunakan untuk pengoperasian rig pengeboran, dan pada awal abad ke-20, untuk memanaskan rumah dan rumah kaca lokal. Di tempat yang sama, di Larderello, pada tahun 1904, uap air panas menjadi sumber energi untuk menghasilkan listrik.
Contoh Italia pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 diikuti oleh beberapa negara lain. Misalnya, pada tahun 1892, air panas pertama kali digunakan untuk pemanasan lokal di Amerika Serikat (Boise, Idaho), pada tahun 1919 - di Jepang, pada tahun 1928 - di Islandia.
Di Amerika Serikat, pembangkit listrik tenaga air pertama muncul di California pada awal 1930-an, di Selandia Baru - pada tahun 1958, di Meksiko - pada tahun 1959, di Rusia (GeoPP biner pertama di dunia) - pada tahun 1965 .
Prinsip lama di sumber baru
Pembangkit listrik membutuhkan suhu sumber air yang lebih tinggi daripada pemanasan, lebih dari 150 °C. Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas bumi (GeoES) mirip dengan prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas bumi (TPP) konvensional. Padahal, pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah jenis pembangkit listrik termal.
Di pembangkit listrik termal, sebagai aturan, batu bara, gas atau bahan bakar minyak bertindak sebagai sumber energi utama, dan uap air berfungsi sebagai fluida kerja. Bahan bakar, pembakaran, memanaskan air menjadi uap, yang memutar turbin uap, dan menghasilkan listrik.
Perbedaan antara GeoPP adalah sumber energi utama di sini adalah panas interior bumi dan fluida kerja berupa uap masuk ke sudu-sudu turbin generator listrik dalam bentuk "siap" langsung dari sumur produksi.
Ada tiga skema utama pengoperasian GeoPP: langsung, menggunakan uap kering (panas bumi); tidak langsung, berdasarkan air hidrotermal, dan campuran, atau biner.
Penggunaan satu atau lain skema tergantung pada keadaan agregasi dan suhu pembawa energi.
Skema yang paling sederhana dan karena itu yang pertama adalah skema langsung, di mana uap yang berasal dari sumur dilewatkan langsung melalui turbin. GeoPP pertama di dunia di Larderello pada tahun 1904 juga dioperasikan dengan uap kering.
GeoPP dengan skema operasi tidak langsung adalah yang paling umum di zaman kita. Mereka menggunakan air bawah tanah panas, yang dipompa di bawah tekanan tinggi ke evaporator, di mana sebagian diuapkan, dan uap yang dihasilkan memutar turbin. Dalam beberapa kasus, perangkat dan sirkuit tambahan diperlukan untuk memurnikan air dan uap panas bumi dari senyawa agresif.
Uap buang memasuki sumur injeksi atau digunakan untuk pemanasan ruangan - dalam hal ini, prinsipnya sama dengan selama pengoperasian CHP.
Pada GeoPP biner, air panas panas berinteraksi dengan cairan lain yang bertindak sebagai fluida kerja dengan titik didih yang lebih rendah. Kedua cairan dilewatkan melalui penukar panas, di mana air panas menguapkan cairan kerja, uap yang memutar turbin.
Sistem ini tertutup, yang memecahkan masalah emisi ke atmosfer. Selain itu, fluida kerja dengan titik didih yang relatif rendah memungkinkan penggunaan air panas yang tidak terlalu panas sebagai sumber energi utama.
Ketiga skema menggunakan sumber hidrotermal, tetapi energi petrotermal juga dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.
Diagram sirkuit dalam hal ini juga cukup sederhana. Penting untuk mengebor dua sumur yang saling berhubungan - injeksi dan produksi. Air dipompa ke sumur injeksi. Pada kedalaman, memanas, kemudian air panas atau uap yang terbentuk sebagai hasil dari pemanasan yang kuat disuplai ke permukaan melalui sumur produksi. Selanjutnya, semuanya tergantung pada bagaimana energi petrotermal digunakan - untuk pemanasan atau untuk produksi listrik. Siklus tertutup dimungkinkan dengan pemompaan uap buang dan air kembali ke sumur injeksi atau metode pembuangan lainnya.
Kerugian dari sistem semacam itu jelas: untuk mendapatkan suhu fluida kerja yang cukup tinggi, perlu untuk mengebor sumur hingga kedalaman yang luar biasa. Dan ini adalah biaya yang serius dan risiko kehilangan panas yang signifikan ketika cairan bergerak ke atas. Oleh karena itu, sistem petrotermal masih kurang umum daripada sistem hidrotermal, meskipun potensi energi petrotermal lebih tinggi.
Saat ini, pemimpin dalam penciptaan yang disebut sistem sirkulasi petrotermal (PCS) adalah Australia. Selain itu, arah energi panas bumi ini secara aktif berkembang di AS, Swiss, Inggris Raya, dan Jepang.
Hadiah dari Lord Kelvin
Penemuan pompa kalor pada tahun 1852 oleh fisikawan William Thompson (alias Lord Kelvin) memberi umat manusia peluang nyata untuk menggunakan panas tingkat rendah dari lapisan atas tanah. Sistem pompa panas, atau pengganda panas seperti yang disebut Thompson, didasarkan pada proses fisik mentransfer panas dari lingkungan ke refrigeran. Sebenarnya, ia menggunakan prinsip yang sama seperti dalam sistem petrotermal. Perbedaannya terletak pada sumber panas, sehubungan dengan itu pertanyaan terminologis mungkin muncul: sejauh mana pompa panas dapat dianggap sebagai sistem panas bumi? Faktanya adalah bahwa di lapisan atas, hingga kedalaman puluhan atau ratusan meter, batuan dan cairan yang terkandung di dalamnya tidak dipanaskan oleh panas bumi yang dalam, tetapi oleh matahari. Jadi, itu adalah matahari kasus ini- sumber panas utama, meskipun diambil, seperti dalam sistem panas bumi, dari tanah.
Pengoperasian pompa panas didasarkan pada penundaan pemanasan dan pendinginan tanah dibandingkan dengan atmosfer, akibatnya gradien suhu terbentuk antara permukaan dan lapisan yang lebih dalam, yang mempertahankan panas bahkan di musim dingin, mirip dengan yang terjadi di waduk. Tujuan utama dari pompa panas adalah pemanas ruangan. Bahkan, itu adalah "kulkas terbalik". Baik pompa panas dan lemari es berinteraksi dengan tiga komponen: lingkungan internal (dalam kasus pertama - ruang berpemanas, yang kedua - ruang lemari es yang didinginkan), lingkungan eksternal - sumber energi dan zat pendingin (refrigeran), yang juga merupakan pendingin yang memberikan perpindahan panas atau dingin.
Zat dengan titik didih rendah bertindak sebagai zat pendingin, yang memungkinkannya mengambil panas dari sumber yang bahkan memiliki suhu yang relatif rendah.
Di lemari es, refrigeran cair memasuki evaporator melalui throttle (pengatur tekanan), di mana, karena penurunan tekanan yang tajam, cairan menguap. Penguapan adalah proses endotermik yang membutuhkan panas untuk diserap dari luar. Akibatnya, panas diambil dari dinding bagian dalam evaporator, yang memberikan efek pendinginan di ruang lemari es. Lebih jauh dari evaporator, refrigeran tersedot ke kompresor, di mana ia kembali ke keadaan cair agregasi. Ini adalah proses sebaliknya, yang mengarah pada pelepasan panas yang diambil ke lingkungan eksternal. Biasanya, itu dilemparkan ke dalam ruangan, dan dinding belakang kulkas relatif hangat.
Pompa panas bekerja dengan cara yang hampir sama, dengan perbedaan panas diambil dari lingkungan eksternal dan masuk ke lingkungan internal melalui evaporator - sistem pemanas ruangan.
Dalam pompa kalor nyata, air dipanaskan, melewati sirkuit eksternal yang diletakkan di tanah atau reservoir, kemudian memasuki evaporator.
Di evaporator, panas dipindahkan ke sirkuit internal yang diisi dengan zat pendingin dengan titik didih rendah, yang, melewati evaporator, berubah dari cair menjadi gas, mengambil panas.
Selanjutnya, refrigeran gas memasuki kompresor, di mana ia dikompresi ke tekanan dan suhu tinggi, dan memasuki kondensor, di mana pertukaran panas terjadi antara gas panas dan pembawa panas dari sistem pemanas.
Kompresor membutuhkan listrik untuk beroperasi, namun, rasio transformasi (rasio energi yang dikonsumsi dan yang dihasilkan) dalam sistem modern cukup tinggi untuk menjadi efektif.
Saat ini, pompa kalor cukup banyak digunakan untuk pemanas ruangan, terutama secara ekonomis negara maju.
Energi koreksi lingkungan
Energi panas bumi dianggap ramah lingkungan, yang umumnya benar. Pertama-tama, ia menggunakan yang terbarukan dan praktis sumber daya yang tak habis-habisnya. Energi panas bumi tidak memerlukan area yang luas, tidak seperti pembangkit listrik tenaga air besar atau ladang angin, dan tidak mencemari atmosfer, tidak seperti energi hidrokarbon. Rata-rata, GeoPP menempati 400 m 2 dalam hal 1 GW listrik yang dihasilkan. Angka yang sama untuk pembangkit listrik termal berbahan bakar batubara, misalnya, adalah 3.600 m 2. Manfaat lingkungan GeoPP juga termasuk konsumsi air yang rendah - 20 liter air tawar per 1 kW, sedangkan PLTU dan PLTN membutuhkan sekitar 1000 liter. Perhatikan bahwa ini adalah indikator lingkungan dari GeoPP "rata-rata".
Tapi negatif efek samping namun ada. Di antara mereka, kebisingan, polusi termal atmosfer dan polusi kimia air dan tanah, serta pembentukan limbah padat paling sering dibedakan.
Sumber utama pencemaran kimia lingkungan adalah air panas itu sendiri (dengan suhu tinggi dan mineralisasi), yang seringkali mengandung sejumlah besar senyawa beracun, dan oleh karena itu ada masalah pembuangan air limbah dan zat berbahaya.
Efek negatif energi panas bumi dapat ditelusuri pada beberapa tahap, dimulai dengan pemboran sumur. Di sini, bahaya yang sama muncul seperti ketika mengebor sumur apa pun: perusakan tanah dan tutupan vegetasi, pencemaran tanah dan air tanah.
Pada tahap pengoperasian GeoPP, masalah pencemaran lingkungan tetap ada. Cairan termal - air dan uap - biasanya mengandung karbon dioksida (CO 2), sulfur sulfida (H 2 S), amonia (NH 3), metana (CH 4), garam biasa (NaCl), boron (B), arsenik (As ), merkuri (Hg). Ketika dilepaskan ke lingkungan, mereka menjadi sumber polusi. Selain itu, lingkungan kimia yang agresif dapat menyebabkan kerusakan korosi pada struktur GeoTPP.
Pada saat yang sama, emisi polutan di GeoPP rata-rata lebih rendah daripada di TPP. Misalnya, emisi karbon dioksida per kilowatt-jam listrik yang dihasilkan hingga 380 g di GeoPP, 1042 g di pembangkit listrik tenaga panas batubara, 906 g di bahan bakar minyak dan 453 g di pembangkit listrik termal berbahan bakar gas.
Timbul pertanyaan: apa yang harus dilakukan dengan air limbah? Dengan salinitas rendah, setelah pendinginan, dapat dibuang ke permukaan air. Cara lain adalah dengan memompanya kembali ke akuifer melalui sumur injeksi, yang merupakan praktik yang disukai dan dominan saat ini.
Ekstraksi air panas dari akuifer (serta memompa keluar air biasa) dapat menyebabkan penurunan tanah dan gerakan tanah, deformasi lain dari lapisan geologi, dan gempa mikro. Kemungkinan fenomena tersebut biasanya rendah, meskipun kasus individu telah dicatat (misalnya, di GeoPP di Staufen im Breisgau di Jerman).
Harus ditekankan bahwa sebagian besar GeoPP terletak di daerah yang relatif jarang penduduknya dan di negara-negara dunia ketiga, di mana persyaratan lingkungan kurang ketat daripada di negara maju. Selain itu, saat ini jumlah GeoPP dan kapasitasnya relatif kecil. Dengan pengembangan energi panas bumi yang lebih besar, risiko lingkungan dapat meningkat dan berlipat ganda.
Berapakah energi bumi?
Biaya investasi untuk pembangunan sistem panas bumi bervariasi dalam kisaran yang sangat luas - dari 200 hingga 5.000 dolar per 1 kW kapasitas terpasang, yaitu, opsi termurah sebanding dengan biaya membangun pembangkit listrik termal. Mereka bergantung, pertama-tama, pada kondisi terjadinya air panas, komposisinya, dan desain sistemnya. Pengeboran hingga kedalaman yang sangat dalam, membuat sistem tertutup dengan dua sumur, kebutuhan akan pengolahan air dapat melipatgandakan biaya.
Misalnya, investasi dalam pembuatan sistem sirkulasi petrotermal (PTS) diperkirakan 1,6–4 ribu dolar per 1 kW kapasitas terpasang, yang melebihi biaya pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir dan sebanding dengan biaya pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dan pembangkit listrik tenaga nuklir. pembangkit listrik tenaga surya.
Keuntungan ekonomi yang jelas dari GeoTPP adalah pembawa energi gratis. Sebagai perbandingan, dalam struktur biaya pembangkit listrik termal atau pembangkit listrik tenaga nuklir yang beroperasi, bahan bakar menyumbang 50–80% atau bahkan lebih, tergantung pada harga energi saat ini. Oleh karena itu, keuntungan lain dari sistem panas bumi: biaya operasi lebih stabil dan dapat diprediksi, karena tidak bergantung pada konjungtur eksternal harga energi. Secara umum, biaya operasi GeoTPP diperkirakan 2–10 sen (60 kopeck–3 rubel) per 1 kWh dari kapasitas yang dihasilkan.
Item pengeluaran terbesar kedua (dan sangat signifikan) setelah pembawa energi, sebagai suatu peraturan, gaji personil pabrik, yang dapat bervariasi secara dramatis di seluruh negara dan wilayah.
Rata-rata, biaya 1 kWh energi panas bumi sebanding dengan biaya pembangkit listrik termal (dalam kondisi Rusia- sekitar 1 rubel/1 kWh) dan sepuluh kali lebih tinggi dari biaya pembangkitan listrik di HPP (5–10 kopecks/1 kWh).
Salah satu alasan tingginya biaya adalah, tidak seperti pembangkit listrik tenaga panas dan hidrolik, GeoTPP memiliki kapasitas yang relatif kecil. Selain itu, perlu untuk membandingkan sistem yang terletak di wilayah yang sama dan dalam kondisi yang sama. Jadi, misalnya, di Kamchatka, menurut para ahli, biaya listrik panas bumi 1 kWh 2-3 kali lebih murah daripada listrik yang diproduksi di pembangkit listrik tenaga panas lokal.
Indikator efisiensi ekonomi dari sistem panas bumi bergantung, misalnya, apakah perlu membuang air limbah dan dengan cara apa hal ini dilakukan, apakah penggunaan sumber daya secara gabungan dimungkinkan. Jadi, unsur kimia dan senyawa yang diekstraksi dari air panas dapat memberikan penghasilan tambahan. Ingat contoh Larderello: itu adalah produksi kimia yang utama di sana, dan penggunaan energi panas bumi pada awalnya bersifat tambahan.
Energi Panas Bumi Maju
Energi panas bumi berkembang agak berbeda dari angin dan matahari. Saat ini, sebagian besar tergantung pada sifat sumber daya itu sendiri, yang sangat berbeda menurut wilayah, dan konsentrasi tertinggi terkait dengan zona sempit anomali panas bumi, biasanya terkait dengan area patahan tektonik dan vulkanisme.
Selain itu, energi panas bumi secara teknologi kurang luas dibandingkan dengan angin dan terlebih lagi dengan energi matahari: sistem stasiun panas bumi cukup sederhana.
PADA struktur keseluruhan Komponen panas bumi menyumbang kurang dari 1% dari produksi listrik global, tetapi di beberapa wilayah dan negara bagiannya mencapai 25-30%. Karena keterkaitan dengan kondisi geologi, sebagian besar kapasitas energi panas bumi terkonsentrasi di negara-negara dunia ketiga, di mana tiga kelompok dibedakan perkembangan terbesar industri - pulau-pulau di Asia Tenggara, Amerika Tengah dan Afrika Timur. Dua wilayah pertama adalah bagian dari "Sabuk Api Bumi" Pasifik, yang ketiga terkait dengan Rift Afrika Timur. DARI yang paling disukai energi panas bumi akan terus berkembang di sabuk ini. Prospek yang lebih jauh adalah pengembangan energi petrotermal, menggunakan panas lapisan bumi yang terletak pada kedalaman beberapa kilometer. Ini adalah sumber daya yang hampir ada di mana-mana, tetapi ekstraksinya membutuhkan biaya tinggi, sehingga energi petrotermal berkembang terutama di negara-negara yang paling kuat secara ekonomi dan teknologi.
Secara umum, mengingat ketersediaan sumber daya panas bumi dan tingkat keamanan lingkungan yang dapat diterima, ada alasan untuk percaya bahwa energi panas bumi memiliki prospek pengembangan yang baik. Terutama dengan meningkatnya ancaman kekurangan operator energi tradisional dan kenaikan harga untuk mereka.
Dari Kamchatka ke Kaukasus
Di Rusia, pengembangan energi panas bumi memiliki sejarah yang cukup panjang, dan di sejumlah posisi kami termasuk di antara para pemimpin dunia, meskipun pangsa energi panas bumi dalam keseimbangan energi keseluruhan negara besar masih dapat diabaikan.
Dua wilayah, Kamchatka dan Kaukasus Utara, dan jika dalam kasus pertama kita berbicara terutama tentang industri tenaga listrik, maka dalam kasus kedua - tentang penggunaan energi panas air panas.
Di Kaukasus Utara, di Wilayah Krasnodar, Chechnya, Dagestan - panas air panas untuk keperluan energi digunakan bahkan sebelum Great Perang Patriotik. Pada 1980-an-1990-an, pengembangan energi panas bumi di wilayah tersebut, karena alasan yang jelas, terhenti dan belum pulih dari keadaan stagnan. Namun demikian, pasokan air panas bumi di Kaukasus Utara menyediakan panas untuk sekitar 500 ribu orang, dan, misalnya, kota Labinsk di Wilayah Krasnodar dengan populasi 60 ribu orang sepenuhnya dipanaskan oleh air panas bumi.
Di Kamchatka, sejarah energi panas bumi dikaitkan terutama dengan pembangunan GeoPP. Yang pertama, masih mengoperasikan stasiun Pauzhetskaya dan Paratunskaya, dibangun kembali pada tahun 1965-1967, sedangkan GeoPP Paratunskaya dengan kapasitas 600 kW menjadi stasiun pertama di dunia dengan siklus biner. Itu adalah pengembangan ilmuwan Soviet S. S. Kutateladze dan A. M. Rosenfeld dari Institut Fisika Termal Cabang Siberia dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, yang menerima pada tahun 1965 sertifikat hak cipta untuk mengekstraksi listrik dari air dengan suhu 70 ° C. Teknologi ini kemudian menjadi prototipe untuk lebih dari 400 GeoPP biner di dunia.
Kapasitas GeoPP Pauzhetskaya, yang ditugaskan pada tahun 1966, awalnya 5 MW dan kemudian meningkat menjadi 12 MW. Saat ini, stasiun sedang dalam pembangunan blok biner, yang akan menambah kapasitasnya sebesar 2,5 MW lagi.
Pengembangan energi panas bumi di Uni Soviet dan Rusia terhambat oleh ketersediaan sumber energi tradisional - minyak, gas, batu bara, tetapi tidak pernah berhenti. Fasilitas pembangkit listrik tenaga panas bumi terbesar saat ini adalah GeoPP Verkhne-Mutnovskaya dengan total kapasitas 12 MW unit daya, ditugaskan pada tahun 1999, dan GeoPP Mutnovskaya dengan kapasitas 50 MW (2002).
Mutnovskaya dan Verkhne-Mutnovskaya GeoPP adalah objek unik tidak hanya untuk Rusia, tetapi juga dalam skala global. Stasiun-stasiun tersebut terletak di kaki gunung berapi Mutnovsky, pada ketinggian 800 meter di atas permukaan laut, dan beroperasi dalam kondisi iklim yang ekstrem, di mana musim dingin selama 9-10 bulan dalam setahun. Peralatan Mutnovsky GeoPPs, saat ini salah satu yang paling modern di dunia, sepenuhnya dibuat di perusahaan domestik teknik tenaga.
Saat ini, pangsa stasiun Mutnovsky dalam struktur keseluruhan konsumsi energi pusat energi Kamchatka Tengah adalah 40%. Peningkatan kapasitas direncanakan pada tahun-tahun mendatang.
Secara terpisah, harus dikatakan tentang perkembangan petrotermal Rusia. Kami belum memiliki PDS besar, namun, ada teknologi canggih untuk pengeboran hingga kedalaman yang sangat dalam (sekitar 10 km), yang juga tidak memiliki analog di dunia. Mereka pengembangan lebih lanjut akan secara drastis mengurangi biaya pembuatan sistem petrotermal. Pengembang teknologi dan proyek ini adalah N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institut Geologi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia), A. S. Nekrasov (Lembaga Peramalan Ekonomi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia) dan spesialis dari Pabrik Turbin Kaluga. Saat ini, proyek sistem sirkulasi petrotermal di Rusia sedang dalam tahap percontohan.
Ada prospek energi panas bumi di Rusia, meskipun relatif jauh: saat ini, potensinya cukup besar dan posisi energi tradisional kuat. Pada saat yang sama, di sejumlah daerah terpencil di negara ini, penggunaan energi panas bumi menguntungkan secara ekonomi dan diminati bahkan sampai sekarang. Ini adalah wilayah dengan potensi geo-energi yang tinggi (Chukotka, Kamchatka, Kuril - bagian Rusia dari "Sabuk Api Bumi" Pasifik, pegunungan Siberia Selatan dan Kaukasus) dan pada saat yang sama terpencil dan terputus dari pasokan energi terpusat.
Kemungkinan dalam beberapa dekade mendatang, energi panas bumi di negara kita akan berkembang tepat di wilayah tersebut.
Pada kolektor vertikal, energi diambil dari bumi menggunakan probe bumi panas bumi. Ini adalah sistem tertutup dengan sumur dengan diameter 145-150mm dan kedalaman 50 hingga 150m, di mana pipa diletakkan. Siku U kembali dipasang di ujung pipa. Biasanya pemasangan dilakukan dengan probe loop tunggal dengan pipa 2x d40 (sistem Swedia) atau probe loop ganda dengan pipa 4x d32. Probe loop ganda harus mencapai 10-15% lebih banyak ekstraksi panas. Untuk sumur yang lebih dalam dari 150 m, pipa 4xd40 harus digunakan (untuk mengurangi kehilangan tekanan).
Saat ini, sebagian besar sumur untuk mengekstraksi panas tanah sedalam 150 m. Pada kedalaman yang lebih dalam, lebih banyak panas dapat diperoleh, tetapi biaya sumur tersebut akan sangat tinggi. Oleh karena itu, penting untuk menghitung terlebih dahulu biaya pemasangan kolektor vertikal dibandingkan dengan penghematan yang diharapkan di masa depan. Dalam hal memasang sistem pendingin aktif-pasif, sumur yang lebih dalam tidak dibuat karena suhu tanah yang lebih tinggi dan potensi yang lebih rendah pada saat perpindahan panas dari larutan. lingkungan. Campuran anti-beku (alkohol, gliserin, glikol) bersirkulasi dalam sistem, diencerkan dengan air hingga konsistensi anti-beku yang diinginkan. Dalam pompa panas, ia mentransfer panas yang diambil dari tanah ke refrigeran. Suhu bumi pada kedalaman 20 m kira-kira 10°C, dan naik setiap 30m sebesar 1°C. Itu tidak terpengaruh oleh kondisi iklim, dan karena itu Anda dapat mengandalkan ekstraksi energi berkualitas tinggi baik di musim dingin maupun di musim panas. Perlu ditambahkan bahwa suhu di dalam tanah sedikit berbeda di awal musim (September-Oktober) dengan suhu di akhir musim (Maret-April). Oleh karena itu, ketika menghitung kedalaman kolektor vertikal, perlu memperhitungkan panjang musim pemanasan di lokasi pemasangan.
Saat mengekstraksi panas dengan probe vertikal panas bumi, perhitungan dan desain kolektor yang benar sangat penting. Untuk melakukan perhitungan yang kompeten, perlu diketahui apakah mungkin untuk mengebor di lokasi pemasangan hingga kedalaman yang diinginkan.
Untuk pompa kalor dengan daya 10kW, dibutuhkan sekitar 120-180 m sumur. Sumur harus ditempatkan setidaknya 8m terpisah. Jumlah dan kedalaman sumur tergantung pada kondisi geologi, keberadaan air tanah, kemampuan tanah untuk menahan panas dan teknologi pengeboran. Saat mengebor beberapa sumur, total panjang sumur yang diinginkan dibagi dengan jumlah sumur.
Keuntungan kolektor vertikal dibandingkan kolektor horizontal adalah penggunaan lahan yang lebih kecil, sumber panas yang lebih stabil, dan kemandirian sumber panas pada kondisi cuaca. Kelemahan dari kolektor vertikal adalah tingginya biaya pekerjaan tanah dan pendinginan tanah secara bertahap di dekat kolektor (perhitungan yang kompeten dari daya yang dibutuhkan diperlukan selama desain).
Perhitungan kedalaman sumur yang dibutuhkan
Informasi yang diperlukan untuk perhitungan awal kedalaman dan jumlah sumur:
Daya pompa panas
Jenis pemanas yang dipilih - "lantai hangat", radiator, digabungkan
Perkiraan jumlah jam operasi pompa kalor per tahun, yang mencakup kebutuhan energi
Tempat pemasangan
Penggunaan sumur panas bumi - pemanas, pemanas DHW, pemanas kolam musiman, pemanas kolam sepanjang tahun
Menggunakan fungsi pendinginan pasif (aktif) di fasilitas
Total konsumsi panas tahunan untuk pemanasan (MWh)
Bagan ada di bagian bawah artikel.
Dacha (di perbatasan Moskow Baru dan wilayah Kaluga) musim dingin, kunjungan berkala (2-4 kali sebulan selama beberapa hari).
Area buta dan ruang bawah tanah rumah tidak diisolasi, sejak musim gugur ditutup dengan sumbat isolasi panas (10 cm busa). Kehilangan panas beranda tempat anak tangga pergi pada bulan Januari telah berubah. Lihat Catatan 10.
Pengukuran pada kedalaman 130 cm dilakukan oleh sistem GSM Xital (), diskrit - 0,5 * C, tambahkan. kesalahannya sekitar 0,3 * C.
Sensor dipasang di pipa HDPE 20mm yang dilas dari bawah dekat riser, (di bagian luar insulasi termal riser, tetapi di dalam pipa 110mm).
Absis menunjukkan tanggal, ordinat menunjukkan suhu.
Catatan 1:
Saya juga akan memantau suhu air di sumur, serta di permukaan tanah di bawah rumah, tepat di riser tanpa air, tetapi hanya pada saat kedatangan. Kesalahannya sekitar + -0,6 * C.
Catatan 2:
Suhu di permukaan tanah di bawah rumah, di penambah pasokan air, tanpa adanya orang dan air, itu sudah turun menjadi minus 5 * C. Ini menunjukkan bahwa saya tidak membuat sistem dengan sia-sia - Omong-omong, termostat yang menunjukkan -5 * C hanya dari sistem ini (RT-12-16).
Catatan 3:
Suhu air "di dalam sumur" diukur dengan sensor yang sama (juga dalam Catatan 2) sebagai "di permukaan tanah" - ia berdiri tepat di atas riser di bawah insulasi termal, dekat dengan riser di permukaan tanah. Kedua pengukuran ini dilakukan pada waktu yang berbeda. "Di permukaan tanah" - sebelum memompa air ke riser dan "di sumur" - setelah memompa sekitar 50 liter selama setengah jam dengan gangguan.
Catatan 4:
Suhu air di dalam sumur bisa dibilang agak diremehkan, karena. Aku tidak bisa mencari asimtot sialan ini, memompa air tanpa henti (milikku)... Aku bermain sebaik mungkin.
Catatan 5: Tidak relevan, dihapus.
Catatan 6:
Kesalahan memperbaiki suhu jalan kira-kira + - (3-7) * .
Catatan 7:
Laju pendinginan air di permukaan tanah (tanpa menyalakan pompa) sangat kira-kira 1-2 * C per jam (ini pada minus 5 * C di permukaan tanah).
Catatan 8:
Saya lupa menjelaskan bagaimana riser bawah tanah saya diatur dan diisolasi. Dua stoking insulasi diletakkan pada PND-32 secara total - 2 cm. ketebalan (tampaknya, polietilen berbusa), semua ini dimasukkan ke dalam pipa saluran pembuangan 110mm dan berbusa di sana hingga kedalaman 130cm. Benar, karena PND-32 tidak masuk di tengah pipa ke-110, dan juga fakta bahwa di tengahnya massa busa biasa mungkin tidak mengeras untuk waktu yang lama, yang berarti tidak berubah menjadi pemanas, saya sangat meragukan kualitas insulasi tambahan seperti itu .. Mungkin akan lebih baik menggunakan busa dua komponen, yang keberadaannya baru saya ketahui nanti ...
Catatan 9:
Saya ingin menarik perhatian pembaca pada pengukuran suhu "Di permukaan tanah" tertanggal 01/12/2013. dan tertanggal 18 Januari 2013. Di sini, menurut saya, nilai +0,3 * C jauh lebih tinggi dari yang diharapkan. Saya pikir ini adalah konsekuensi dari operasi "Mengisi ruang bawah tanah di riser dengan salju", yang dilakukan pada 31/12/2012.
Catatan 10:
Dari 12 Januari hingga 3 Februari, ia membuat isolasi tambahan di beranda, tempat anak tangga bawah tanah pergi.
Akibatnya, menurut perkiraan perkiraan, kehilangan panas beranda berkurang dari 100 W / sq.m. lantai menjadi sekitar 50 (ini di minus 20 * C di jalan).
Ini juga tercermin dalam grafik. Lihat suhu di permukaan tanah pada 9 Februari: +1,4*C dan pada 16 Februari: +1,1 - tidak ada suhu setinggi itu sejak awal musim dingin yang sebenarnya.
Dan satu hal lagi: dari 4 Februari hingga 16 Februari, untuk pertama kalinya dalam dua musim dingin, dari Minggu hingga Jumat, boiler tidak menyala untuk mempertahankan suhu minimum yang disetel karena tidak mencapai minimum ini ...
Catatan 11:
Seperti yang dijanjikan (untuk "pesanan" dan untuk menyelesaikan siklus tahunan), saya akan menerbitkan suhu secara berkala di musim panas. Tapi - tidak dalam jadwal, agar tidak "mengaburkan" musim dingin, tetapi di sini, di Note-11.
11 Mei 2013
Setelah 3 minggu ventilasi, ventilasi ditutup sampai musim gugur untuk menghindari kondensasi.
13 Mei 2013(di jalan selama seminggu + 25-30 * C):
- di bawah rumah di permukaan tanah + 10,5 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +6*С,
12 Juni 2013:
- di bawah rumah di permukaan tanah + 14,5 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +10*С.
- air di sumur dari kedalaman 25 m tidak lebih tinggi dari + 8 * C.
26 Juni 2013:
- di bawah rumah di permukaan tanah + 16 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +11*С.
- air di sumur dari kedalaman 25m tidak lebih tinggi dari +9,3*C.
19 Agustus 2013:
- di bawah rumah di permukaan tanah + 15,5 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +13.5*С.
- air di sumur dari kedalaman 25m tidak lebih tinggi dari +9.0*C.
28 September 2013:
- di bawah rumah di permukaan tanah + 10,3 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +12*С.
- air di sumur dari kedalaman 25m = + 8,0 * C.
26 Oktober 2013:
- di bawah rumah di permukaan tanah + 8,5 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +9.5*С.
- air di sumur dari kedalaman 25 m tidak lebih tinggi dari + 7,5 * C.
16 November 2013:
- di bawah rumah di permukaan tanah + 7,5 * C,
- di bawah rumah pada kedalaman 130cm. +9.0*С.
- air di sumur dari kedalaman 25m + 7,5 * C.
20 Februari 2014:
Ini mungkin entri terakhir dalam artikel ini.
Sepanjang musim dingin kami tinggal di rumah sepanjang waktu, titik pengulangan pengukuran tahun lalu kecil, jadi hanya dua angka penting:
- suhu minimum di bawah rumah di permukaan tanah di sangat beku (-20 - -30 * C) seminggu setelah mereka mulai, berulang kali turun di bawah + 0,5 * C. Pada saat-saat ini, saya bekerja
Kirill Degtyarev, Peneliti, Moskow Universitas Negeri mereka. M.V. Lomonosov.
Di negara kita, kaya akan hidrokarbon, energi panas bumi adalah jenis sumber daya eksotis yang, dalam keadaan saat ini, tidak mungkin bersaing dengan minyak dan gas. Namun demikian, bentuk energi alternatif ini dapat digunakan hampir di mana-mana dan cukup efisien.
Foto oleh Igor Konstantinov.
Perubahan suhu tanah dengan kedalaman.
Peningkatan suhu air panas dan batuan kering yang mengandungnya dengan kedalaman.
Perubahan suhu dengan kedalaman di berbagai daerah.
Letusan gunung berapi Islandia Eyjafjallajökull adalah ilustrasi proses vulkanik kekerasan yang terjadi di zona tektonik dan vulkanik aktif dengan aliran panas yang kuat dari interior bumi.
Kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga panas bumi oleh negara-negara di dunia, MW.
Distribusi sumber daya panas bumi di wilayah Rusia. Cadangan energi panas bumi, menurut para ahli, beberapa kali lebih tinggi dari cadangan energi bahan bakar fosil organik. Menurut Asosiasi Masyarakat Energi Panas Bumi.
Energi panas bumi adalah panas dari interior bumi. Itu diproduksi di kedalaman dan muncul ke permukaan bumi dalam bentuk yang berbeda dan dengan intensitas yang berbeda.
Suhu lapisan atas tanah terutama tergantung pada faktor eksternal (eksogen) - sinar matahari dan suhu udara. Di musim panas dan siang hari, tanah menghangat hingga kedalaman tertentu, dan di musim dingin dan malam hari menjadi dingin mengikuti perubahan suhu udara dan dengan beberapa penundaan, meningkat dengan kedalaman. Pengaruh fluktuasi harian suhu udara berakhir pada kedalaman dari beberapa hingga beberapa puluh sentimeter. Fluktuasi musiman menangkap lapisan tanah yang lebih dalam - hingga puluhan meter.
Pada kedalaman tertentu - dari puluhan hingga ratusan meter - suhu tanah dijaga konstan, sama dengan suhu udara tahunan rata-rata di dekat permukaan bumi. Ini mudah diverifikasi dengan turun ke gua yang cukup dalam.
Ketika suhu udara tahunan rata-rata di area tertentu di bawah nol, ini memanifestasikan dirinya sebagai permafrost (lebih tepatnya, permafrost). Di Siberia Timur, ketebalan, yaitu ketebalan, tanah beku sepanjang tahun mencapai 200-300 m di beberapa tempat.
Dari kedalaman tertentu (sendiri untuk setiap titik di peta), aksi Matahari dan atmosfer melemah sedemikian rupa sehingga faktor endogen (internal) didahulukan dan interior bumi dipanaskan dari dalam, sehingga suhu mulai naik. naik dengan kedalaman.
Pemanasan lapisan dalam Bumi terutama terkait dengan peluruhan unsur-unsur radioaktif yang terletak di sana, meskipun sumber panas lain juga dinamai, misalnya, proses fisikokimia, tektonik di lapisan dalam kerak dan mantel bumi. Tapi apapun penyebabnya, suhu batuan dan zat cair dan gas yang terkait meningkat dengan kedalaman. Penambang menghadapi fenomena ini - selalu panas di tambang yang dalam. Pada kedalaman 1 km, panas tiga puluh derajat adalah normal, dan lebih dalam suhunya bahkan lebih tinggi.
Aliran panas bagian dalam bumi, mencapai permukaan bumi, kecil - rata-rata, kekuatannya 0,03-0,05 W / m 2,
atau sekitar 350 Wh/m 2 per tahun. Terhadap latar belakang aliran panas dari Matahari dan udara yang dipanaskan olehnya, ini adalah nilai yang tidak terlihat: Matahari memberi setiap meter persegi permukaan bumi sekitar 4.000 kWh per tahun, yaitu 10.000 kali lebih banyak (tentu saja, ini adalah rata-rata, dengan penyebaran besar antara garis lintang kutub dan khatulistiwa dan tergantung pada faktor iklim dan cuaca lainnya).
Tidak signifikannya aliran panas dari kedalaman ke permukaan di sebagian besar planet ini dikaitkan dengan konduktivitas termal yang rendah dari batuan dan kekhasan struktur geologis. Tetapi ada pengecualian - tempat-tempat di mana aliran panas tinggi. Ini adalah, pertama-tama, zona patahan tektonik, peningkatan aktivitas seismik dan vulkanisme, di mana energi interior bumi menemukan jalan keluar. Zona seperti itu dicirikan oleh anomali termal litosfer, di sini aliran panas yang mencapai permukaan bumi bisa berkali-kali lipat dan bahkan urutan besarnya lebih kuat daripada yang "biasa". Sejumlah besar panas dibawa ke permukaan di zona ini oleh letusan gunung berapi dan mata air panas.
Daerah-daerah inilah yang paling menguntungkan untuk pengembangan energi panas bumi. Di wilayah Rusia, ini adalah, pertama-tama, Kamchatka, Kepulauan Kuril, dan Kaukasus.
Pada saat yang sama, pengembangan energi panas bumi dimungkinkan hampir di mana-mana, karena peningkatan suhu dengan kedalaman adalah fenomena di mana-mana, dan tugasnya adalah "mengekstraksi" panas dari perut, seperti halnya bahan baku mineral diekstraksi dari sana.
Rata-rata, suhu meningkat dengan kedalaman sebesar 2,5-3 o C untuk setiap 100 m.Perbandingan perbedaan suhu antara dua titik yang terletak pada kedalaman yang berbeda dengan perbedaan kedalaman di antara mereka disebut gradien panas bumi.
Kebalikannya adalah langkah panas bumi, atau interval kedalaman di mana suhu naik 1 o C.
Semakin tinggi gradien dan, karenanya, semakin rendah langkahnya, semakin dekat panas dari kedalaman Bumi mendekati permukaan dan semakin menjanjikan daerah ini untuk pengembangan energi panas bumi.
Di daerah yang berbeda, tergantung pada struktur geologi dan kondisi regional dan lokal lainnya, laju peningkatan suhu dengan kedalaman dapat bervariasi secara dramatis. Pada skala Bumi, fluktuasi nilai gradien dan langkah panas bumi mencapai 25 kali. Misalnya, di negara bagian Oregon (AS) gradiennya adalah 150 o C per 1 km, dan di Afrika Selatan - 6 o C per 1 km.
Pertanyaannya adalah, berapa suhu di kedalaman yang sangat dalam - 5, 10 km atau lebih? Jika tren berlanjut, suhu pada kedalaman 10 km seharusnya rata-rata sekitar 250-300 o C. Hal ini sedikit banyak dikonfirmasi oleh pengamatan langsung di sumur ultra-dalam, meskipun gambarannya jauh lebih rumit daripada peningkatan suhu secara linier. .
Sebagai contoh, pada sumur superdeep Kola yang dibor di crystalline shield Baltik, suhu berubah dengan laju 10 o C / 1 km hingga kedalaman 3 km, dan kemudian gradien panas bumi menjadi 2-2,5 kali lebih besar. Pada kedalaman 7 km sudah tercatat suhu 120 o C, pada 10 km - 180 o C, dan pada 12 km - 220 o C.
Contoh lain adalah sumur yang diletakkan di Kaspia Utara, di mana pada kedalaman 500 m suhu 42 o C tercatat, pada 1,5 km - 70 o C, pada 2 km - 80 o C, pada 3 km - 108 o C.
Diasumsikan gradien panas bumi menurun mulai dari kedalaman 20-30 km: pada kedalaman 100 km, perkiraan suhu sekitar 1300-1500 o C, pada kedalaman 400 km - 1600 o C, di permukaan Bumi. inti (kedalaman lebih dari 6000 km) - 4000-5000 o DARI.
Pada kedalaman hingga 10-12 km, suhu diukur melalui sumur bor; di mana mereka tidak ada, itu ditentukan oleh tanda-tanda tidak langsung dengan cara yang sama seperti pada kedalaman yang lebih besar. Tanda-tanda tidak langsung tersebut dapat berupa sifat perjalanan gelombang seismik atau suhu lava yang meletus.
Namun, untuk keperluan energi panas bumi, data suhu pada kedalaman lebih dari 10 km belum menjadi kepentingan praktis.
Ada banyak panas di kedalaman beberapa kilometer, tetapi bagaimana cara menaikkannya? Terkadang alam sendiri memecahkan masalah ini bagi kita dengan bantuan pendingin alami - air panas yang dipanaskan yang muncul ke permukaan atau terletak pada kedalaman yang dapat diakses oleh kita. Dalam beberapa kasus, air di kedalaman dipanaskan hingga menjadi uap.
Tidak ada definisi ketat dari konsep "air panas". Sebagai aturan, itu berarti air bawah tanah yang panas dalam keadaan cair atau dalam bentuk uap, termasuk yang muncul ke permukaan bumi dengan suhu di atas 20 ° C, yaitu, sebagai suatu peraturan, lebih tinggi dari suhu udara. .
Panas dari campuran air tanah, uap, uap-air adalah energi hidrotermal. Oleh karena itu, energi berdasarkan penggunaannya disebut hidrotermal.
Situasinya lebih rumit dengan produksi panas langsung dari batuan kering - energi petrotermal, terutama karena suhu yang cukup tinggi, sebagai suatu peraturan, dimulai dari kedalaman beberapa kilometer.
Di wilayah Rusia, potensi energi petrotermal seratus kali lebih tinggi daripada energi hidrotermal - masing-masing 3.500 dan 35 triliun ton bahan bakar standar. Ini cukup alami - kehangatan kedalaman bumi ada di mana-mana, dan air panas ditemukan secara lokal. Namun, karena kesulitan teknis yang nyata, sebagian besar air panas saat ini digunakan untuk menghasilkan panas dan listrik.
Perairan dengan suhu 20-30 hingga 100 o C cocok untuk pemanasan, suhu dari 150 o C ke atas - dan untuk menghasilkan listrik di pembangkit listrik tenaga panas bumi.
Secara umum, sumber daya panas bumi di wilayah Rusia, dalam hal ton bahan bakar standar atau unit pengukuran energi lainnya, sekitar 10 kali lebih tinggi daripada cadangan bahan bakar fosil.
Secara teoritis, hanya energi panas bumi yang dapat sepenuhnya memenuhi kebutuhan energi negara. Dalam praktiknya, pada saat ini, di sebagian besar wilayahnya, ini tidak layak karena alasan teknis dan ekonomi.
Di dunia, penggunaan energi panas bumi paling sering dikaitkan dengan Islandia - sebuah negara yang terletak di ujung utara Punggungan Atlantik Tengah, di zona tektonik dan vulkanik yang sangat aktif. Mungkin semua orang ingat letusan dahsyat gunung berapi Eyjafjallajökull pada tahun 2010.
Berkat kekhususan geologis inilah Islandia memiliki cadangan energi panas bumi yang sangat besar, termasuk mata air panas yang muncul ke permukaan Bumi dan bahkan memancar dalam bentuk geyser.
Di Islandia, lebih dari 60% dari semua energi yang dikonsumsi saat ini diambil dari Bumi. Termasuk karena sumber panas bumi, 90% pemanas dan 30% pembangkit listrik disediakan. Kami menambahkan bahwa sisa listrik di negara ini dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air, yaitu, juga menggunakan sumber energi terbarukan, berkat Islandia yang terlihat seperti standar lingkungan global.
"Penjinakan" energi panas bumi pada abad ke-20 membantu Islandia secara signifikan secara ekonomi. Sampai pertengahan abad terakhir, itu adalah negara yang sangat miskin, sekarang menempati urutan pertama di dunia dalam hal kapasitas terpasang dan produksi energi panas bumi per kapita, dan berada di sepuluh besar dalam hal kapasitas terpasang mutlak tenaga panas bumi. tanaman. Namun, populasinya hanya 300 ribu orang, yang menyederhanakan tugas beralih ke sumber energi ramah lingkungan: kebutuhannya umumnya kecil.
Selain Islandia, bagian yang tinggi dari energi panas bumi dalam keseimbangan total produksi listrik disediakan di Selandia Baru dan negara-negara kepulauan di Asia Tenggara (Filipina dan Indonesia), negara-negara Amerika Tengah dan Afrika Timur, yang wilayahnya juga ditandai oleh aktivitas seismik dan vulkanik yang tinggi. Untuk negara-negara ini, pada tingkat perkembangan dan kebutuhan mereka saat ini, energi panas bumi memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pembangunan sosial-ekonomi.
(Akhir menyusul.)
