Zvaigžņu ziņas
Zemes siltums. Zemeslodes iekšējo daļu termiskais stāvoklis Augsnes temperatūra dažādos dziļumos ziemā
Mūsu valstī, kas ir bagāta ar ogļūdeņražiem, ģeotermālā enerģija ir sava veida eksotisks resurss, kas pašreizējā situācijā diez vai konkurēs ar naftu un gāzi. Tomēr šo alternatīvo enerģijas veidu var izmantot gandrīz visur un diezgan efektīvi.
Ģeotermālā enerģija ir zemes iekšpuses siltums. Tas tiek ražots dziļumos un nonāk uz Zemes virsmas dažādas formas un ar dažādu intensitāti.
Augsnes augšējo slāņu temperatūra galvenokārt ir atkarīga no ārējiem (eksogēniem) faktoriem – saules gaismas un gaisa temperatūras. Vasarā un dienā augsne sasilst līdz noteiktam dziļumam, savukārt ziemā un naktī tā atdziest, mainoties gaisa temperatūrai un ar zināmu kavēšanos, palielinoties dziļumam. Gaisa temperatūras ikdienas svārstību ietekme beidzas dziļumā no dažiem līdz vairākiem desmitiem centimetru. Sezonas svārstības aptver dziļākus augsnes slāņus - līdz pat desmitiem metru.
Noteiktā dziļumā - no desmitiem līdz simtiem metru - augsnes temperatūra tiek uzturēta nemainīga, vienāda ar gada vidējo gaisa temperatūru uz Zemes virsmas. To ir viegli pārbaudīt, ieejot diezgan dziļā alā.
Kad gada vidējā gaisa temperatūra noteiktā apgabalā ir zem nulles, tas izpaužas kā mūžīgais sasalums (precīzāk, mūžīgais sasalums). Austrumsibīrijā visu gadu sasalušo augšņu biezums, tas ir, biezums, vietām sasniedz 200–300 m.
No noteikta dziļuma (katram kartes punktam savs) Saules un atmosfēras darbība tik ļoti vājina, ka pirmajā vietā ir endogēnie (iekšējie) faktori un zemes iekšpuse tiek uzkarsēta no iekšpuses, tā ka temperatūra sāk sakarst. celties ar dziļumu.
Zemes dziļo slāņu uzkaršana galvenokārt saistīta ar tur esošo radioaktīvo elementu sairšanu, lai gan nosaukti arī citi siltuma avoti, piemēram, fizikāli ķīmiskie, tektoniskie procesi zemes garozas un mantijas dziļajos slāņos. Bet neatkarīgi no iemesla iežu un saistīto šķidro un gāzveida vielu temperatūra palielinās līdz ar dziļumu. Kalnrači saskaras ar šo parādību – dziļajās raktuvēs vienmēr ir karsts. 1 km dziļumā trīsdesmit grādu karstums ir normāls, un dziļāk temperatūra ir vēl augstāka.
Zemes iekšpuses siltuma plūsma, sasniedzot Zemes virsmu, ir neliela - tās jauda vidēji ir 0,03–0,05 W / m 2 jeb aptuveni 350 W h / m 2 gadā. Uz Saules siltuma plūsmas un tās uzkarsētā gaisa fona tā ir nemanāma vērtība: Saule dod ikvienam kvadrātmetru zemes virsma aptuveni 4000 kWh gadā, tas ir, 10 000 reižu vairāk (protams, tas ir vidējais rādītājs, ar milzīgu izkliedi starp polārajiem un ekvatoriālajiem platuma grādiem un atkarībā no citiem klimatiskajiem un laikapstākļiem).
Siltuma plūsmas nenozīmīgums no dziļumiem uz virsmu lielākajā daļā planētas ir saistīts ar iežu un iežu zemo siltumvadītspēju. ģeoloģiskā struktūra. Bet ir izņēmumi – vietas, kur siltuma plūsma ir liela. Tās, pirmkārt, ir tektonisko lūzumu, paaugstinātas seismiskās aktivitātes un vulkānisma zonas, kur zemes iekšpuses enerģija atrod izeju. Šādām zonām raksturīgas litosfēras termiskās anomālijas, šeit siltuma plūsma, kas sasniedz Zemes virsmu, var būt daudzkārt un pat lielumu kārtās jaudīgāka par "parasto". Vulkānu izvirdumi un karstie ūdens avoti šajās zonās izceļ milzīgu siltuma daudzumu.
Tieši šīs teritorijas ir vislabvēlīgākās ģeotermālās enerģijas attīstībai. Krievijas teritorijā tās, pirmkārt, ir Kamčatka, Kuriļu salas un Kaukāzs.
Tajā pašā laikā ģeotermālās enerģijas attīstība ir iespējama gandrīz visur, jo temperatūras paaugstināšanās līdz ar dziļumu ir visuresoša parādība, un uzdevums ir “izvilkt” siltumu no zarnām, tāpat kā no turienes tiek iegūtas minerālās izejvielas.
Vidēji temperatūra paaugstinās līdz ar dziļumu par 2,5–3°C uz katriem 100 m. Temperatūras starpības attiecību starp diviem dažādos dziļumos esošajiem punktiem un dziļuma starpību starp tiem sauc par ģeotermālo gradientu.
Apgrieztā vērtība ir ģeotermālais solis vai dziļuma intervāls, kurā temperatūra paaugstinās par 1°C.
Jo augstāks gradients un attiecīgi zemāks pakāpiens, jo tuvāk zemes dzīļu siltums tuvojas virsmai un jo perspektīvāka šī zona ir ģeotermālās enerģijas attīstībai.
Dažādos apgabalos atkarībā no ģeoloģiskās struktūras un citiem reģionālajiem un vietējiem apstākļiem temperatūras paaugstināšanās ātrums līdz ar dziļumu var krasi atšķirties. Zemes mērogā ģeotermālo gradientu un pakāpienu vērtību svārstības sasniedz 25 reizes. Piemēram, Oregonas štatā (ASV) gradients ir 150°C uz 1 km, bet Dienvidāfrikā tas ir 6°C uz 1 km.
Jautājums ir, kāda ir temperatūra lielā dziļumā - 5, 10 km vai vairāk? Ja tendence turpināsies, temperatūrai 10 km dziļumā vajadzētu būt vidēji 250–300°C. To vairāk vai mazāk apstiprina tiešie novērojumi ultradziļās akās, lai gan attēls ir daudz sarežģītāks nekā lineāra temperatūras paaugstināšanās.
Piemēram, Baltijas kristāliskajā vairogā izurbtajā Kolas superdziļajā urbumā temperatūra mainās ar ātrumu 10°C/1 km līdz 3 km dziļumam, un tad ģeotermālais gradients kļūst 2–2,5 reizes lielāks. 7 km dziļumā jau ir reģistrēta 120°C temperatūra, 10 km - 180°C, bet 12 km - 220°C.
Vēl viens piemērs ir aka, kas ierīkota Kaspijas jūrā, kur 500 m dziļumā tika reģistrēta 42°C temperatūra 1,5 km - 70°C, 2 km - 80°C, 3 km - 108°C.
Tiek pieņemts, ka ģeotermālais gradients samazinās, sākot no 20–30 km dziļuma: 100 km dziļumā paredzamās temperatūras ir aptuveni 1300–1500°C, 400 km dziļumā - 1600°C, Zemes dziļumā. kodols (dziļums vairāk nekā 6000 km) - 4000–5000 ° C.
Dziļumā līdz 10–12 km temperatūru mēra caur urbtām akām; kur to nav, to nosaka netiešās zīmes tāpat kā lielākos dziļumos. Šādas netiešas pazīmes var būt seismisko viļņu pārejas raksturs vai izplūstošās lavas temperatūra.
Tomēr ģeotermālās enerģijas vajadzībām dati par temperatūru dziļumā, kas pārsniedz 10 km, vēl nav praktiski ieinteresēti.
Vairāku kilometru dziļumā ir daudz siltuma, bet kā to pacelt? Dažkārt pati daba mums šo problēmu atrisina ar dabīga dzesēšanas šķidruma palīdzību – sakarsušiem termālajiem ūdeņiem, kas nāk virspusē vai atrodas mums pieejamā dziļumā. Dažos gadījumos ūdens dziļumā tiek uzkarsēts līdz tvaika stāvoklim.
Nav stingras "termālo ūdeņu" jēdziena definīcijas. Parasti tie nozīmē karstu gruntsūdeni šķidrs stāvoklis vai tvaiku veidā, ieskaitot tos, kas rodas uz Zemes virsmas ar temperatūru virs 20 ° C, tas ir, kā likums, augstāka par gaisa temperatūru.
Gruntsūdens, tvaika, tvaika-ūdens maisījumu siltums ir hidrotermālā enerģija. Attiecīgi enerģiju, kuras pamatā ir tās izmantošana, sauc par hidrotermālo.
Situācija ir sarežģītāka ar siltuma ražošanu tieši no sausiem akmeņiem - petrotermālās enerģijas, jo īpaši tāpēc, ka pietiekami augsta temperatūra parasti sākas no vairāku kilometru dziļuma.
Krievijas teritorijā petrotermālās enerģijas potenciāls ir simts reižu lielāks nekā hidrotermālās enerģijas potenciāls - attiecīgi 3500 un 35 triljoni tonnu standarta degvielas. Tas ir diezgan dabiski - Zemes dzīļu siltums ir visur, un termālie ūdeņi ir sastopami lokāli. Tomēr acīmredzamu tehnisku grūtību dēļ lielākā daļa termālo ūdeņu pašlaik tiek izmantoti siltuma un elektroenerģijas ražošanai.
Ūdens temperatūra no 20-30 līdz 100°C ir piemērota apkurei, temperatūra no 150°C un augstāka - un elektroenerģijas ražošanai ģeotermālajās elektrostacijās.
Kopumā ģeotermālie resursi Krievijas teritorijā standarta degvielas vai jebkuras citas enerģijas mērvienības tonnās ir aptuveni 10 reizes lielāki nekā fosilā kurināmā rezerves.
Teorētiski tikai ģeotermālā enerģija varētu pilnībā apmierināt valsts enerģijas vajadzības. Praktiski ieslēgts Šis brīdis lielākajā daļā tās teritorijas tas nav iespējams tehnisku un ekonomisku iemeslu dēļ.
Pasaulē ģeotermālās enerģijas izmantošana visbiežāk tiek saistīta ar Islandi – valsti, kas atrodas Vidusatlantijas grēdas ziemeļu galā, ārkārtīgi aktīvā tektoniskā un vulkāniskā zonā. Droši vien visi atceras spēcīgo vulkāna Eyyafyatlayokudl izvirdumu ( Eijafjallajokull) 2010. gadā.
Pateicoties šai ģeoloģiskajai specifikai, Islandei ir milzīgas ģeotermālās enerģijas rezerves, tostarp karstie avoti, kas nonāk Zemes virsmā un pat izplūst geizeru veidā.
Īslandē vairāk nekā 60% no visas patērētās enerģijas pašlaik tiek ņemti no Zemes. Tajā skaitā ģeotermālo avotu dēļ tiek nodrošināta 90% apkures un 30% elektroenerģijas ražošanas. Papildinām, ka pārējā elektroenerģijas daļa valstī tiek ražota hidroelektrostacijās, tas ir, arī izmantojot atjaunojamo energoresursu, pateicoties kam Islande izskatās pēc sava veida globāla vides standarta.
Ģeotermālās enerģijas "pieradināšana" 20. gadsimtā Islandei ievērojami palīdzēja ekonomiski. Līdz pagājušā gadsimta vidum tā bija ļoti nabadzīga valsts, tagad tā ieņem pirmo vietu pasaulē pēc uzstādītās jaudas un ģeotermālās enerģijas ražošanas uz vienu iedzīvotāju, un ir pirmajā desmitniekā pēc ģeotermālās enerģijas absolūtās uzstādītās jaudas. augi. Tomēr tās iedzīvotāju skaits ir tikai 300 tūkstoši cilvēku, kas vienkāršo uzdevumu pāriet uz videi draudzīgiem enerģijas avotiem: nepieciešamība pēc tā parasti ir maza.
Papildus Islandei augsts ģeotermālās enerģijas īpatsvars kopējā elektroenerģijas ražošanas bilancē tiek nodrošināts Jaunzēlandē un Dienvidaustrumāzijas salu valstīs (Filipīnās un Indonēzijā), Centrālamerikas valstīs un Austrumāfrika, kuras teritoriju raksturo arī augsta seismiskā un vulkāniskā aktivitāte. Šo valstu pašreizējā attīstības un vajadzību līmenī ģeotermālā enerģija sniedz būtisku ieguldījumu sociāli ekonomiskajā attīstībā.
Ģeotermālās enerģijas izmantošanai ir ļoti sena vēsture. Viens no pirmajiem zināmajiem piemēriem ir Itālija, vieta Toskānas provincē, tagad saukta par Larderello, kur jau 19. gadsimta sākumā enerģētikā tika izmantoti vietējie karstie termālie ūdeņi, kas plūst dabiski vai iegūti no seklajām akām. mērķiem.
Borskābes iegūšanai šeit tika izmantots ūdens no pazemes avotiem, kas bagāts ar boru. Sākotnēji šo skābi ieguva, iztvaicējot dzelzs katlos, un parastā malka tika ņemta par degvielu no tuvējiem mežiem, bet 1827. gadā Frančesko Larderels izveidoja sistēmu, kas darbojās uz pašu ūdeņu siltuma. Tajā pašā laikā dabisko ūdens tvaiku enerģiju sāka izmantot urbšanas iekārtu darbībai, bet 20. gadsimta sākumā - vietējo māju un siltumnīcu apkurei. Turpat Larderello 1904. gadā termālie ūdens tvaiki kļuva par enerģijas avotu elektroenerģijas ražošanai.
Itālijas piemēram 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā sekoja dažas citas valstis. Piemēram, 1892. gadā termālos ūdeņus vietējai apkurei pirmo reizi izmantoja ASV (Boise, Aidaho), 1919. gadā - Japānā, 1928. gadā - Islandē.
Amerikas Savienotajās Valstīs pirmā hidrotermālā elektrostacija parādījās Kalifornijā 30. gadu sākumā, Jaunzēlandē - 1958. gadā, Meksikā - 1959. gadā, Krievijā (pasaulē pirmā binārā GeoPP) - 1965. gadā.
Vecs princips pie jauna avota
Elektroenerģijas ražošanai nepieciešama augstāka ūdens avota temperatūra nekā apkures, virs 150°C. Ģeotermālās elektrostacijas (GeoES) darbības princips ir līdzīgs konvencionālās termoelektrostacijas (TPP) darbības principam. Faktiski ģeotermālā elektrostacija ir termoelektrostacijas veids.
Termoelektrostacijās ogles, gāze vai mazuts parasti darbojas kā primārais enerģijas avots, un ūdens tvaiki kalpo kā darba šķidrums. Degviela, sadedzinot, uzsilda ūdeni līdz tvaika stāvoklim, kas rotē tvaika turbīnu un ģenerē elektrību.
Atšķirība starp GeoPP ir tāda, ka primārais enerģijas avots šeit ir zemes iekšpuses siltums un darba šķidrums tvaika veidā nonāk elektriskā ģeneratora turbīnas lāpstiņās "gatavā" formā tieši no ražošanas akas.
Ir trīs galvenās GeoPP darbības shēmas: tiešā, izmantojot sauso (ģeotermālo) tvaiku; netiešs, pamatojoties uz hidrotermālo ūdeni, un jaukts vai binārs.
Vienas vai citas shēmas izmantošana ir atkarīga no agregācijas stāvokļa un enerģijas nesēja temperatūras.
Vienkāršākā un līdz ar to arī pirmā no apgūtajām shēmām ir tiešā, kurā no akas nākošais tvaiks tiek izvadīts tieši caur turbīnu. Arī pasaulē pirmais GeoPP Larderello 1904. gadā darbojās ar sausu tvaiku.
Mūsu laikā visizplatītākie ir GeoPP ar netiešu darbības shēmu. Viņi izmanto karstu pazemes ūdeni, kas zem augsta spiediena tiek iesūknēts iztvaicētājā, kur daļa no tā tiek iztvaicēta, un iegūtais tvaiks rotē turbīnu. Dažos gadījumos ir nepieciešamas papildu ierīces un ķēdes, lai attīrītu ģeotermālo ūdeni un tvaiku no agresīviem savienojumiem.
Izplūdes tvaiki nonāk iesmidzināšanas akā vai tiek izmantoti telpu apkurei - šajā gadījumā princips ir tāds pats kā koģenerācijas stacijas darbības laikā.
Bināros GeoPP karstais termiskais ūdens mijiedarbojas ar citu šķidrumu, kas darbojas kā darba šķidrums ar zemāku viršanas temperatūru. Abi šķidrumi tiek izlaisti caur siltummaini, kur termiskais ūdens iztvaiko darba šķidrumu, kura tvaiki rotē turbīnu.
Šī sistēma ir slēgta, kas atrisina emisiju problēmu atmosfērā. Turklāt darba šķidrumi ar salīdzinoši zemu viršanas temperatūru dod iespēju kā primāro enerģijas avotu izmantot ne pārāk karstus termālos ūdeņus.
Visās trīs shēmās tiek izmantots hidrotermālais avots, bet petrotermālo enerģiju var izmantot arī elektroenerģijas ražošanai.
Šajā gadījumā shēmas shēma ir arī diezgan vienkārša. Ir nepieciešams urbt divas savstarpēji savienotas akas - iesūknēšanas un ražošanas. Ūdens tiek iesūknēts injekcijas akā. Dziļumā tas uzsilst, pēc tam pa ražošanas aku virspusē tiek padots uzkarsēts ūdens vai tvaiks, kas veidojas spēcīgas karsēšanas rezultātā. Turklāt viss ir atkarīgs no tā, kā petrotermālā enerģija tiek izmantota - apkurei vai elektroenerģijas ražošanai. Slēgts cikls ir iespējams, sūknējot izplūdes tvaiku un ūdeni atpakaļ iesmidzināšanas akā vai izmantojot citu iznīcināšanas metodi.
Šādas sistēmas trūkums ir acīmredzams: lai iegūtu pietiekami augstu darba šķidruma temperatūru, ir nepieciešams urbt akas lielā dziļumā. Un tās ir nopietnas izmaksas un ievērojamu siltuma zudumu risks, šķidrumam virzoties uz augšu. Tāpēc petrotermālās sistēmas joprojām ir retāk sastopamas nekā hidrotermālās, lai gan petrotermālās enerģijas potenciāls ir daudz lielāks.
Šobrīd līdere tā saukto petrotermālo cirkulācijas sistēmu (PCS) izveidē ir Austrālija. Turklāt šis ģeotermālās enerģijas virziens aktīvi attīstās ASV, Šveicē, Lielbritānijā, Japānā.
Dāvana no Lorda Kelvina
Siltumsūkņa izgudrojums 1852. gadā, ko veica fiziķis Viljams Tompsons (aka Lords Kelvins), sniedza cilvēcei reālu iespēju izmantot augsnes augšējo slāņu zemas kvalitātes siltumu. Siltumsūkņa sistēma jeb siltuma reizinātājs, kā to sauca Tompsons, ir balstīts uz fizisko procesu, kurā siltums no apkārtējās vides tiek pārnests uz aukstumaģentu. Faktiski tas izmanto to pašu principu kā petrotermālās sistēmās. Atšķirība ir siltuma avotā, saistībā ar kuru var rasties terminoloģisks jautājums: cik lielā mērā siltumsūkni var uzskatīt par ģeotermālo sistēmu? Fakts ir tāds, ka augšējos slāņos līdz pat desmitiem vai simtiem metru dziļumā akmeņus un tajos esošos šķidrumus silda nevis dziļais zemes karstums, bet gan saule. Tādējādi tā ir saule Šis gadījums- primārais siltuma avots, lai gan tas, tāpat kā ģeotermālās sistēmās, tiek ņemts no zemes.
Siltumsūkņa darbības pamatā ir augsnes sasilšanas un atdzišanas aizkavēšanās salīdzinājumā ar atmosfēru, kā rezultātā veidojas temperatūras gradients starp virsmu un dziļākiem slāņiem, kas saglabā siltumu arī ziemā, līdzīgi kā kas notiek rezervuāros. Siltumsūkņu galvenais mērķis ir telpu apsildīšana. Faktiski tas ir "ledusskapis apgrieztā stāvoklī". Gan siltumsūknis, gan ledusskapis mijiedarbojas ar trim komponentiem: iekšējo vidi (pirmajā gadījumā - apsildāmu telpu, otrajā - atdzesētu ledusskapja kameru), ārējo vidi - enerģijas avotu un aukstumaģentu (aukstumaģentu), kas ir arī dzesēšanas šķidrums, kas nodrošina siltuma pārnesi vai aukstumu.
Viela ar zemu viršanas temperatūru darbojas kā aukstumaģents, kas ļauj tai uzņemt siltumu no avota, kuram ir pat salīdzinoši zema temperatūra.
Ledusskapī šķidrais aukstumaģents caur droseļvārstu (spiediena regulatoru) nonāk iztvaicētājā, kur krasas spiediena pazemināšanās dēļ šķidrums iztvaiko. Iztvaikošana ir endotermisks process, kas prasa siltuma absorbciju no ārpuses. Rezultātā no iztvaicētāja iekšējām sienām tiek ņemts siltums, kas nodrošina dzesēšanas efektu ledusskapja kamerā. Tālāk no iztvaicētāja aukstumaģents tiek iesūkts kompresorā, kur tas atgriežas šķidrā agregācijas stāvoklī. Tas ir apgriezts process, kas noved pie uzņemtā siltuma izdalīšanās ārējā vidē. Parasti tas tiek iemests telpā, un ledusskapja aizmugurējā siena ir salīdzinoši silta.
Siltumsūknis darbojas gandrīz tādā pašā veidā, ar atšķirību, ka siltums tiek ņemts no ārējās vides un caur iztvaicētāju - telpas apkures sistēmu - nonāk iekšējā vidē.
Īstā siltumsūknī ūdens tiek uzkarsēts, izejot cauri ārējai ķēdei, kas ieklāta zemē vai rezervuārā, un pēc tam nonāk iztvaicētājā.
Iztvaicētājā siltums tiek pārnests uz iekšējo ķēdi, kas piepildīta ar aukstumaģentu ar zemu viršanas temperatūru, kas, ejot cauri iztvaicētājam, pāriet no šķidruma uz gāzveida stāvokli, uzņemot siltumu.
Tālāk gāzveida aukstumaģents nonāk kompresorā, kur tas tiek saspiests līdz augstam spiedienam un temperatūrai, un nonāk kondensatorā, kur notiek siltuma apmaiņa starp karsto gāzi un siltumnesēju no apkures sistēmas.
Kompresora darbībai nepieciešama elektrība, taču transformācijas koeficients (patērētās un saražotās enerģijas attiecība) in modernas sistēmas pietiekami augsts, lai būtu efektīvs.
Šobrīd siltumsūkņus diezgan plaši izmanto telpu apkurei, galvenokārt ekonomiski attīstītas valstis.
Ekopareiza enerģija
Ģeotermālā enerģija tiek uzskatīta par videi draudzīgu, kas kopumā ir taisnība. Pirmkārt, tas izmanto atjaunojamo un praktiski neizsmeļams resurss. Ģeotermālā enerģija nav nepieciešama lielas platības, atšķirībā no lielajām hidroelektrostacijām vai vēja parkiem, un nepiesārņo atmosfēru, atšķirībā no ogļūdeņražu enerģijas. Vidēji GeoPP aizņem 400 m 2 1 GW saražotās elektroenerģijas izteiksmē. Tāds pats rādītājs, piemēram, ogļu termoelektrostacijai ir 3600 m 2. GeoPP vides ieguvumi ietver arī zemu ūdens patēriņu – 20 litri saldūdens uz 1 kW, savukārt termoelektrostacijām un atomelektrostacijām nepieciešami aptuveni 1000 litru. Ņemiet vērā, ka šie ir "vidējā" GeoPP vides rādītāji.
Bet negatīvi blakus efekti tomēr ir. To vidū visbiežāk izšķir troksni, atmosfēras termisko piesārņojumu un ūdens un augsnes ķīmisko piesārņojumu, kā arī cieto atkritumu veidošanos.
Galvenais vides ķīmiskā piesārņojuma avots ir pats termālais ūdens (ar augstu temperatūru un mineralizāciju), kas nereti satur lielu daudzumu toksisku savienojumu, līdz ar to pastāv notekūdeņu un bīstamo vielu novadīšanas problēma.
Ģeotermālās enerģijas negatīvajai ietekmei var izsekot vairākos posmos, sākot ar urbumu urbšanu. Šeit rodas tādas pašas briesmas kā jebkuras akas urbšanas gadījumā: augsnes un veģetācijas seguma iznīcināšana, augsnes un gruntsūdeņu piesārņošana.
ĢeoPP darbības stadijā joprojām pastāv vides piesārņojuma problēmas. Termiskie šķidrumi - ūdens un tvaiks - parasti satur oglekļa dioksīdu (CO 2), sēra sulfīdu (H 2 S), amonjaku (NH 3), metānu (CH 4), vārāmo sāli (NaCl), boru (B), arsēnu (As ), dzīvsudrabs (Hg). Nokļūstot vidē, tie kļūst par piesārņojuma avotiem. Turklāt agresīva ķīmiskā vide var izraisīt GeoTPP konstrukciju korozijas bojājumus.
Tajā pašā laikā piesārņojošo vielu emisijas GeoPP ir vidēji mazākas nekā TPP. Piemēram, oglekļa dioksīda emisija uz saražotās elektroenerģijas kilovatstundu ir līdz 380 g GeoPP, 1042 g ogļu termoelektrostacijās, 906 g mazutu un 453 g gāzes termoelektrostacijās.
Rodas jautājums: ko darīt ar notekūdeņiem? Ar zemu sāļumu pēc atdzesēšanas to var novadīt virszemes ūdeņos. Otrs veids ir to iesūknēt atpakaļ ūdens nesējslānī caur injekcijas aku, kas pašlaik ir vēlamā un dominējošā prakse.
Termiskā ūdens ieguve no ūdens nesējslāņiem (kā arī parastā ūdens atsūknēšana) var izraisīt iegrimšanu un grunts kustības, citas ģeoloģisko slāņu deformācijas un mikrozemestrīces. Šādu parādību iespējamība parasti ir zema, lai gan ir reģistrēti atsevišķi gadījumi (piemēram, GeoPP Staufen im Breisgau Vācijā).
Jāuzsver, ka lielākā daļa ĢeoPP atrodas salīdzinoši reti apdzīvotās vietās un trešās pasaules valstīs, kur vides prasības ir mazāk stingras nekā attīstītajās valstīs. Turklāt šobrīd GeoPP skaits un to jaudas ir salīdzinoši mazas. Palielinoties ģeotermālās enerģijas attīstībai, vides riski var palielināties un vairoties.
Cik daudz ir Zemes enerģija?
Investīciju izmaksas ģeotermālo sistēmu izbūvei svārstās ļoti plašā diapazonā – no 200 līdz 5000 dolāriem par 1 kW uzstādītās jaudas, tas ir, lētākie varianti ir salīdzināmi ar termoelektrostacijas būvniecības izmaksām. Tie, pirmkārt, ir atkarīgi no termālo ūdeņu rašanās apstākļiem, to sastāva un sistēmas konstrukcijas. Urbjot lielā dziļumā, izveidojot slēgtu sistēmu ar divām akām, nepieciešamība pēc ūdens apstrādes var palielināt izmaksas.
Piemēram, investīcijas petrotermālās cirkulācijas sistēmas (PTS) izveidē tiek lēstas 1,6–4 tūkstošu dolāru apmērā uz 1 kW uzstādītās jaudas, kas pārsniedz atomelektrostacijas būvniecības izmaksas un ir salīdzināmas ar vēja un vēja cirkulācijas būvniecības izmaksām. saules elektrostacijas.
Acīmredzamā GeoTPP ekonomiskā priekšrocība ir bezmaksas enerģijas nesējs. Salīdzinājumam, strādājošas termoelektrostacijas vai atomelektrostacijas izmaksu struktūrā degviela veido 50–80% vai pat vairāk atkarībā no pašreizējām enerģijas cenām. Līdz ar to vēl viena ģeotermālās sistēmas priekšrocība: ekspluatācijas izmaksas ir stabilākas un prognozējamākas, jo tās nav atkarīgas no ārējās enerģijas cenu konjunktūras. Kopumā GeoTPP ekspluatācijas izmaksas tiek lēstas 2–10 centu (60 kapeikas–3 rubļu) apmērā uz 1 kWh saražotās jaudas.
Otrs lielākais (un ļoti nozīmīgs) izdevumu postenis pēc enerģijas nesēja, kā likums, ir alga rūpnīcas personāls, kas dažādās valstīs un reģionos var krasi atšķirties.
Vidēji 1 kWh ģeotermālās enerģijas izmaksas ir salīdzināmas ar termoelektrostaciju izmaksām Krievijas apstākļi- apmēram 1 rublis/1 kWh) un desmit reizes augstākas par elektroenerģijas ražošanas pašizmaksu HES (5–10 kapeikas/1 kWh).
Daļēji augsto izmaksu iemesls ir tas, ka atšķirībā no termoelektrostacijām un hidroelektrostacijām GeoTPP ir salīdzinoši maza jauda. Turklāt ir jāsalīdzina sistēmas, kas atrodas vienā reģionā un līdzīgos apstākļos. Tā, piemēram, Kamčatkā, pēc ekspertu domām, 1 kWh ģeotermālās elektroenerģijas maksā 2-3 reizes lētāk nekā vietējās termoelektrostacijās saražotā elektroenerģija.
Ģeotermālās sistēmas ekonomiskās efektivitātes rādītāji ir atkarīgi, piemēram, no tā, vai ir nepieciešams novadīt notekūdeņus un kādos veidos tas tiek darīts, vai ir iespējama resursa kombinēta izmantošana. Tātad, ķīmiskie elementi un savienojumi, kas iegūti no termālā ūdens, var sniegt papildu ienākumus. Atgādiniet Larderello piemēru: ķīmiskā ražošana tur bija primārā, un ģeotermālās enerģijas izmantošana sākotnēji bija palīgdarbība.
Ģeotermālās enerģijas uz priekšu
Ģeotermālā enerģija attīstās nedaudz savādāk nekā vēja un saules enerģija. Pašlaik tas lielā mērā ir atkarīgs no paša resursa rakstura, kas krasi atšķiras atkarībā no reģiona, un lielākā koncentrācija ir saistīta ar šaurām ģeotermālo anomāliju zonām, kas parasti ir saistītas ar tektonisko lūzumu un vulkānisma zonām.
Turklāt ģeotermālā enerģija ir tehnoloģiski mazāk ietilpīga salīdzinājumā ar vēju un vēl jo vairāk ar saules enerģiju: ģeotermālo staciju sistēmas ir diezgan vienkāršas.
AT kopējā struktūraĢeotermālā komponente veido mazāk nekā 1% no pasaules elektroenerģijas ražošanas apjoma, bet atsevišķos reģionos un valstīs tās īpatsvars sasniedz 25-30%. Saistības ar ģeoloģiskajiem apstākļiem dēļ ievērojama daļa ģeotermālās enerģijas jaudu ir koncentrēta trešās pasaules valstīs, kur izšķir trīs kopas. lielākā attīstība nozares - Dienvidaustrumāzijas, Centrālamerikas un Austrumāfrikas salas. Pirmie divi reģioni ir daļa no Klusā okeāna "Zemes uguns jostas", trešais ir saistīts ar Austrumāfrikas plaisu. NO visticamākģeotermālā enerģija šajās joslās turpinās attīstīties. Tālāka perspektīva ir petrotermālās enerģijas attīstība, izmantojot vairāku kilometru dziļumā esošo zemes slāņu siltumu. Tas ir gandrīz visuresošs resurss, taču tā ieguve prasa lielas izmaksas, tāpēc petrotermālā enerģija galvenokārt attīstās ekonomiski un tehnoloģiski jaudīgākajās valstīs.
Kopumā, ņemot vērā ģeotermālo resursu izplatību un pieņemamu vides drošības līmeni, ir pamats uzskatīt, ka ģeotermālajai enerģijai ir labas attīstības perspektīvas. Īpaši pieaugot tradicionālo enerģijas nesēju trūkuma draudiem un to cenu kāpumam.
No Kamčatkas līdz Kaukāzam
Krievijā ģeotermālās enerģijas attīstībai ir diezgan sena vēsture, un vairākās pozīcijās mēs esam starp pasaules līderiem, lai gan ģeotermālās enerģijas īpatsvars milzīgas valsts kopējā enerģijas bilancē joprojām ir niecīgs.
Divi reģioni, Kamčatka un Ziemeļkaukāzs, un, ja pirmajā gadījumā mēs galvenokārt runājam par elektroenerģijas nozari, tad otrajā - par termālā ūdens siltumenerģijas izmantošanu.
Ziemeļkaukāzā, in Krasnodaras apgabals, Čečenija, Dagestāna - termālo ūdeņu siltums enerģijas vajadzībām tika izmantots jau pirms Lielā Tēvijas karš. 80. – 90. gados ģeotermālās enerģijas attīstība reģionā acīmredzamu iemeslu dēļ apstājās un vēl nav atguvusies no stagnācijas stāvokļa. Neskatoties uz to, ģeotermālā ūdens apgāde Ziemeļkaukāzā nodrošina siltumu aptuveni 500 tūkstošiem cilvēku, un, piemēram, Labinskas pilsēta Krasnodaras apgabalā ar 60 tūkstošiem iedzīvotāju tiek pilnībā apsildīta ar ģeotermiskajiem ūdeņiem.
Kamčatkā ģeotermālās enerģijas vēsture galvenokārt ir saistīta ar GeoPP celtniecību. Pirmā no tām, kas joprojām darbojas Paužetskaya un Paratunskaya stacijas, tika uzcelta 1965.–1967. gadā, savukārt Paratunskaya GeoPP ar jaudu 600 kW kļuva par pirmo staciju pasaulē ar bināro ciklu. Tas bija padomju zinātnieku S. S. Kutateladzes un A. M. Rozenfelda izstrādātājs no Krievijas Zinātņu akadēmijas Sibīrijas filiāles Termiskās fizikas institūta, kuri 1965. gadā saņēma autortiesību sertifikātu elektroenerģijas ieguvei no ūdens, kura temperatūra ir 70 ° C. Šī tehnoloģija vēlāk kļuva par prototipu vairāk nekā 400 bināro GeoPP pasaulē.
1966. gadā ekspluatācijā nodotās Paužetskaya GeoPP jauda sākotnēji bija 5 MW un pēc tam tika palielināta līdz 12 MW. Šobrīd stacijā notiek binārā bloka būvniecība, kas palielinās tās jaudu vēl par 2,5 MW.
Ģeotermālās enerģijas attīstību PSRS un Krievijā kavēja tradicionālo enerģijas avotu – naftas, gāzes, ogļu – pieejamība, taču tā neapstājās. Šobrīd lielākās ģeotermālās enerģijas iekārtas ir Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ar kopējo jaudu 12 MW energobloki, kas tika nodoti ekspluatācijā 1999. gadā, un Mutnovskaya GeoPP ar jaudu 50 MW (2002).
Mutnovskaya un Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ir unikāli objekti ne tikai Krievijai, bet arī pasaules mērogā. Stacijas atrodas Mutnovska vulkāna pakājē, 800 metru augstumā virs jūras līmeņa un darbojas ekstremālos klimatiskajos apstākļos, kur ziema ir 9-10 mēnešus gadā. Mutnovsky GeoPP aprīkojums, kas šobrīd ir viens no modernākajiem pasaulē, tika pilnībā izveidots vietējos enerģētikas uzņēmumos.
Pašlaik Mutnovska staciju īpatsvars Centrālā Kamčatkas enerģētikas mezgla kopējā enerģijas patēriņa struktūrā ir 40%. Nākamajos gados plānots jaudas pieaugums.
Atsevišķi jāsaka par Krievijas petrotermālo attīstību. Mums vēl nav lielu PDS, taču ir progresīvas tehnoloģijas urbšanai lielā dziļumā (apmēram 10 km), kurām arī nav analogu pasaulē. Viņi tālākai attīstībai krasi samazinās petrotermālo sistēmu izveides izmaksas. Šo tehnoloģiju un projektu izstrādātāji ir N. A. Gnatus, M. D. Hutorskojs (Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas institūts), A. S. Nekrasovs (Krievijas Zinātņu akadēmijas Ekonomisko prognožu institūts) un Kalugas turbīnu rūpnīcas speciālisti. Pašlaik petrotermālās cirkulācijas sistēmas projekts Krievijā ir izmēģinājuma stadijā.
Ģeotermālajai enerģijai Krievijā ir perspektīvas, lai gan tās ir samērā attālas: šobrīd potenciāls ir diezgan liels un tradicionālās enerģijas pozīcijas ir spēcīgas. Tajā pašā laikā vairākos attālos valsts reģionos ģeotermālās enerģijas izmantošana ir ekonomiski izdevīga un pieprasīta arī šobrīd. Tās ir teritorijas ar augstu ģeoenerģētikas potenciālu (Čukotka, Kamčatka, Kuriļu salas - Klusā okeāna Krievijas daļa "Zemes uguns josla", Dienvidsibīrijas un Kaukāza kalni) un tajā pašā laikā attālas un nogrieztas. no centralizētas energoapgādes.
Visticamāk, ka tuvākajās desmitgadēs ģeotermālā enerģija mūsu valstī attīstīsies tieši šādos reģionos.
Vertikālajos kolektoros enerģija tiek ņemta no zemes ar ģeotermālo zemes zondu palīdzību. Tās ir slēgtas sistēmas ar akām ar diametru 145-150mm un dziļumu no 50 līdz 150m, caur kurām tiek ievilktas caurules. Cauruļvada galā ir uzstādīts atgriešanas U līkums. Parasti uzstādīšanu veic ar vienas cilpas zondi ar 2x d40 caurulēm (zviedru sistēma) vai dubultcilpas zondi ar 4x d32 caurulēm. Divkāršās cilpas zondēm jāpanāk par 10-15% lielāka siltuma ekstrakcija. Akās, kas dziļākas par 150 m, jāizmanto 4xd40 caurules (lai samazinātu spiediena zudumu).
Šobrīd lielākā daļa urbumu zemes siltuma ieguvei ir 150 m dziļi.Lielākā dziļumā siltumu var iegūt vairāk, taču šādu urbumu izmaksas būs ļoti augstas. Tāpēc ir svarīgi iepriekš aprēķināt vertikālā kolektora uzstādīšanas izmaksas, salīdzinot ar paredzamajiem ietaupījumiem nākotnē. Aktīvās-pasīvās dzesēšanas sistēmas uzstādīšanas gadījumā dziļākas akas netiek veiktas, jo augsnē ir augstāka temperatūra un zemāks potenciāls siltuma pārneses brīdī no šķīduma. vidi. Sistēmā cirkulē antifrīza maisījums (spirts, glicerīns, glikols), kas atšķaidīts ar ūdeni līdz vēlamajai antifrīza konsistencei. Siltumsūknī tas no zemes paņemto siltumu nodod aukstumaģentam. Zemes temperatūra 20 m dziļumā ir aptuveni 10°C, un ik pēc 30 m paaugstinās par 1°C. To neietekmē klimatiskie apstākļi, un tāpēc jūs varat paļauties uz kvalitatīvu enerģijas ieguvi gan ziemā, gan vasarā. Jāpiebilst, ka temperatūra zemē sezonas sākumā (septembris-oktobris) nedaudz atšķiras no temperatūras sezonas beigās (marts-aprīlis). Tāpēc, aprēķinot vertikālo kolektoru dziļumu, ir jāņem vērā apkures sezonas ilgums uzstādīšanas vietā.
Iegūstot siltumu ar ģeotermālajām vertikālajām zondēm, ļoti svarīgi ir pareizi aprēķini un kolektoru konstrukcija. Lai veiktu kompetentus aprēķinus, ir jāzina, vai uzstādīšanas vietā ir iespējams urbt vēlamajā dziļumā.
Siltumsūknim ar jaudu 10kW nepieciešami aptuveni 120-180 m akas. Akas jānovieto vismaz 8 m attālumā viena no otras. Aku skaits un dziļums ir atkarīgs no ģeoloģiskajiem apstākļiem, gruntsūdeņu klātbūtnes, augsnes spējas noturēt siltumu un urbšanas tehnoloģijas. Urbjot vairākas akas, kopējais vēlamais urbuma garums tiek dalīts ar urbumu skaitu.
Vertikālā kolektora priekšrocība salīdzinājumā ar horizontālo kolektoru ir mazāka izmantojamā zemes platība, stabilāks siltuma avots un siltuma avota neatkarība no laika apstākļi. Vertikālo kolektoru mīnuss ir augstās zemes darbu izmaksas un pakāpeniska zemes dzesēšana kolektora tuvumā (projektēšanas laikā ir nepieciešami kompetenti vajadzīgās jaudas aprēķini).
Nepieciešamā urbuma dziļuma aprēķins
Informācija, kas nepieciešama provizoriskam urbumu dziļuma un skaita aprēķināšanai:
Siltumsūkņa jauda
Izvēlētais apkures veids - "siltās grīdas", radiatori, kombinēti
Paredzamais siltumsūkņa darbības stundu skaits gadā, kas sedz enerģijas pieprasījumu
Uzstādīšanas vieta
Ģeotermālās akas izmantošana - apkure, karstā ūdens sildīšana, sezonālā baseina apkure, baseina apkure visu gadu
Pasīvās (aktīvās) dzesēšanas funkcijas izmantošana objektā
Kopējais gada siltuma patēriņš apkurei (MWh)
Diagramma atrodas raksta apakšā.
Dacha (uz Jaunās Maskavas un Kalugas reģiona robežas) ziema, periodiski apmeklējumi (2-4 reizes mēnesī uz pāris dienām).
Mājas aklā zona un pagrabs nav siltināti, kopš rudens slēgti ar siltumizolācijas aizbāžņiem (10 cm putuplasta). Ir mainījušies siltuma zudumi verandā, kur janvārī iet stāvvads. Skatīt 10. piezīmi.
Mērījumus 130 cm dziļumā veic Xital GSM sistēma (), diskrēta - 0,5 * C, pievieno. kļūda ir aptuveni 0,3 * C.
Sensors ir uzstādīts 20mm HDPE caurulē, kas metināta no apakšas pie stāvvada, (stāvvada siltumizolācijas ārpusē, bet 110mm caurules iekšpusē).
Abscisa rāda datumus, ordinātas rāda temperatūru.
1. piezīme:
Uzraudzīšu arī ūdens temperatūru akā, kā arī zemes līmenī zem mājas, tieši uz stāvvada bez ūdens, bet tikai ierodoties. Kļūda ir aptuveni + -0,6 * C.
2. piezīme:
Temperatūra zemes līmenī zem mājas, pie ūdens padeves stāvvada, ja nebija cilvēku un ūdens, tas jau nokritās līdz mīnus 5 * C. Tas liek domāt, ka es sistēmu netaisīju velti - Starp citu, termostats, kas rādīja -5 * C, ir tieši no šīs sistēmas (RT-12-16).
3. piezīme:
Ūdens temperatūru "akā" mēra ar to pašu sensoru (tas ir arī 2.piezīmē) kā "zemes līmenī" - tas stāv tieši uz stāvvada zem siltumizolācijas, tuvu stāvvadam zemes līmenī. Šie divi mērījumi tiek veikti dažādos laikos. "Zemes līmenī" - pirms ūdens sūknēšanas stāvvadā un "akā" - pēc apmēram 50 litru sūknēšanas pusstundu ar pārtraukumiem.
4. piezīme:
Ūdens temperatūru akā var novērtēt par zemu, jo. Es nevaru meklēt šo sasodītā asimptoti, bezgalīgi sūknējot ūdeni (manējo)... Es spēlēju, cik labi māku.
5. piezīme. Nav nozīmes, noņemts.
6. piezīme:
Ielas temperatūras fiksēšanas kļūda ir aptuveni + - (3-7) * С.
7. piezīme:
Ūdens dzesēšanas ātrums zemes līmenī (bez sūkņa ieslēgšanas) ir ļoti aptuveni 1-2 * C stundā (tas ir mīnus 5 * C zemes līmenī).
8. piezīme:
Es aizmirsu aprakstīt, kā mans pazemes stāvvads ir sakārtots un izolēts. Kopā uz PND-32 tiek uzvilktas divas siltinājuma zeķes - 2 cm. biezumā (šķiet, putu polietilēns), to visu ievieto 110mm kanalizācijas caurulē un tur puto līdz 130cm dziļumam. Tiesa, tā kā PND-32 negāja 110.caurules centrā, un arī to, ka tās vidū parasto putu masa var ilgstoši nesacietēt, kas nozīmē, ka nepārvēršas par sildītāju, es stingri šaubos par šādas papildus siltināšanas kvalitāti.. Laikam labāk būtu izmantot divkomponentu putas, par kuru esamību uzzināju tikai vēlāk...
9. piezīme:
Gribu vērst lasītāju uzmanību uz 2013.12.01. veikto temperatūras mērījumu "Zemes līmenī". un datēts ar 2013. gada 18. janvāri. Šeit, manuprāt, vērtība +0,3 * C ir daudz augstāka nekā gaidīts. Domāju, ka tās ir sekas operācijai "Pagraba uzpildīšana pie stāvvada ar sniegu", kas veikta 31.12.2012.
10. piezīme:
No 12. janvāra līdz 3. februārim viņš veica papildu siltināšanu verandai, kur iet pazemes stāvvads.
Rezultātā saskaņā ar aptuvenām aplēsēm verandas siltuma zudumi tika samazināti no 100 W / kv.m. stāvā līdz aptuveni 50 (tas ir mīnus 20 * C uz ielas).
Tas atspoguļojas arī diagrammās. Skatīt temperatūru zemes līmenī 9. februārī: +1,4*C un 16. februārī: +1,1 - tik augstas temperatūras nav bijušas kopš īstas ziemas sākuma.
Un vēl: no 4. līdz 16. februārim pirmo reizi divās ziemās no svētdienas līdz piektdienai katls neieslēdzās, lai uzturētu noteikto minimālo temperatūru, jo nesasniedza šo minimumu...
11. piezīme:
Kā solīju ("pasūtīšanai" un gada cikla pabeigšanai), periodiski publicēšu temperatūras vasarā. Bet - nevis grafikā, lai "neaizklātu" ziemu, bet tepat, piezīmē-11.
2013. gada 11. maijs
Pēc 3 nedēļu ventilācijas ventilācijas atveres tika aizvērtas līdz rudenim, lai izvairītos no kondensāta.
2013. gada 13. maijs(uz ielas nedēļu + 25-30 * C):
- zem mājas zemes līmenī + 10,5 * C,
- zem mājas 130cm dziļumā. +6*С,
2013. gada 12. jūnijs:
- zem mājas zemes līmenī + 14,5 * C,
- zem mājas 130 cm dziļumā. +10*С.
- ūdens akā no 25 m dziļuma, kas nav augstāks par + 8 * C.
2013. gada 26. jūnijs:
- zem mājas zemes līmenī + 16 * C,
- zem mājas 130 cm dziļumā. +11*С.
- ūdens akā no 25m dziļuma nav augstāks par +9,3*C.
2013. gada 19. augusts:
- zem mājas zemes līmenī + 15,5 * C,
- zem mājas 130 cm dziļumā. +13,5*С.
- ūdens akā no 25m dziļuma ne augstāk par +9,0*C.
2013. gada 28. septembris:
- zem mājas zemes līmenī + 10,3 * C,
- zem mājas 130 cm dziļumā. +12*С.
- ūdens akā no 25m dziļuma = + 8,0 * C.
2013. gada 26. oktobris:
- zem mājas zemes līmenī + 8,5 * C,
- zem mājas 130 cm dziļumā. +9,5*С.
- ūdens akā no 25 m dziļuma ne augstāk par + 7,5 * C.
2013. gada 16. novembris:
- zem mājas zemes līmenī + 7,5 * C,
- zem mājas 130 cm dziļumā. +9,0*С.
- ūdens akā no 25m dziļuma + 7,5*C.
2014. gada 20. februāris:
Šis, iespējams, ir pēdējais ieraksts šajā rakstā.
Visu ziemu mēs visu laiku dzīvojam mājā, jēga atkārtot pagājušā gada mērījumus ir maza, tāpēc tikai divi nozīmīgi skaitļi:
- minimālā temperatūra zem mājas zemes līmenī pašās salnās (-20 - -30 * C) nedēļu pēc to sākuma vairākkārt nokritās zem + 0,5 * C. Šajos brīžos es strādāju
Kirils Degtjarevs, pētnieks, Maskava Valsts universitāte viņiem. M. V. Lomonosovs.
Mūsu valstī, kas ir bagāta ar ogļūdeņražiem, ģeotermālā enerģija ir sava veida eksotisks resurss, kas pašreizējā situācijā diez vai konkurēs ar naftu un gāzi. Tomēr šo alternatīvo enerģijas veidu var izmantot gandrīz visur un diezgan efektīvi.
Igora Konstantinova foto.
Augsnes temperatūras izmaiņas līdz ar dziļumu.
Termālo ūdeņu un tos saturošo sauso iežu temperatūras paaugstināšanās ar dziļumu.
Temperatūras izmaiņas ar dziļumu dažādos reģionos.
Islandes vulkāna Eyjafjallajökull izvirdums ir ilustrācija vardarbīgiem vulkāniskajiem procesiem, kas notiek aktīvajās tektoniskajās un vulkāniskajās zonās ar spēcīgu siltuma plūsmu no zemes iekšpuses.
Ģeotermālo elektrostaciju uzstādītās jaudas pa pasaules valstīm, MW.
Ģeotermālo resursu sadale Krievijas teritorijā. Ģeotermālās enerģijas rezerves, pēc ekspertu domām, ir vairākas reizes lielākas nekā organiskās fosilā kurināmā enerģijas rezerves. Saskaņā ar Ģeotermālās enerģijas biedrības asociāciju.
Ģeotermālā enerģija ir zemes iekšpuses siltums. Tas tiek ražots dziļumos un nonāk uz Zemes virsmas dažādās formās un ar dažādu intensitāti.
Augsnes augšējo slāņu temperatūra galvenokārt ir atkarīga no ārējiem (eksogēniem) faktoriem – saules gaismas un gaisa temperatūras. Vasarā un dienā augsne sasilst līdz noteiktam dziļumam, savukārt ziemā un naktī tā atdziest, mainoties gaisa temperatūrai un ar zināmu kavēšanos, palielinoties dziļumam. Gaisa temperatūras ikdienas svārstību ietekme beidzas dziļumā no dažiem līdz vairākiem desmitiem centimetru. Sezonas svārstības aptver dziļākus augsnes slāņus - līdz pat desmitiem metru.
Noteiktā dziļumā - no desmitiem līdz simtiem metru - augsnes temperatūra tiek uzturēta nemainīga, vienāda ar gada vidējo gaisa temperatūru uz Zemes virsmas. To ir viegli pārbaudīt, ieejot diezgan dziļā alā.
Kad gada vidējā gaisa temperatūra noteiktā apgabalā ir zem nulles, tas izpaužas kā mūžīgais sasalums (precīzāk, mūžīgais sasalums). Austrumsibīrijā visu gadu sasalušo augšņu biezums, tas ir, biezums, vietām sasniedz 200-300 m.
No noteikta dziļuma (katram kartes punktam savs) Saules un atmosfēras darbība tik ļoti vājina, ka pirmajā vietā ir endogēnie (iekšējie) faktori un zemes iekšpuse tiek uzkarsēta no iekšpuses, tā ka temperatūra sāk sakarst. celties ar dziļumu.
Zemes dziļo slāņu uzkaršana galvenokārt saistīta ar tur esošo radioaktīvo elementu sairšanu, lai gan nosaukti arī citi siltuma avoti, piemēram, fizikāli ķīmiskie, tektoniskie procesi zemes garozas un mantijas dziļajos slāņos. Bet neatkarīgi no iemesla iežu un saistīto šķidro un gāzveida vielu temperatūra palielinās līdz ar dziļumu. Kalnrači saskaras ar šo parādību – dziļajās raktuvēs vienmēr ir karsts. 1 km dziļumā trīsdesmit grādu karstums ir normāls, un dziļāk temperatūra ir vēl augstāka.
Zemes iekšpuses siltuma plūsma, sasniedzot Zemes virsmu, ir neliela - tās jauda vidēji ir 0,03-0,05 W / m 2,
jeb aptuveni 350 Wh/m 2 gadā. Uz Saules siltuma plūsmas un tās uzkarsētā gaisa fona tā ir nemanāma vērtība: Saule katram zemes virsmas kvadrātmetram dod aptuveni 4000 kWh gadā, tas ir, 10 000 reižu vairāk (protams, tas ir vidēji ar milzīgu izkliedi starp polārajiem un ekvatoriālajiem platuma grādiem un atkarībā no citiem klimatiskajiem un laikapstākļiem).
Siltuma plūsmas no dzīlēm uz virsmu nenozīmīgums planētas lielākajā daļā ir saistīts ar iežu zemo siltumvadītspēju un ģeoloģiskās uzbūves īpatnībām. Bet ir izņēmumi – vietas, kur siltuma plūsma ir liela. Tās, pirmkārt, ir tektonisko lūzumu, paaugstinātas seismiskās aktivitātes un vulkānisma zonas, kur zemes iekšpuses enerģija atrod izeju. Šādām zonām raksturīgas litosfēras termiskās anomālijas, šeit siltuma plūsma, kas sasniedz Zemes virsmu, var būt daudzkārt un pat lielumu kārtās jaudīgāka par "parasto". Vulkānu izvirdumi un karstie ūdens avoti šajās zonās izceļ milzīgu siltuma daudzumu.
Tieši šīs teritorijas ir vislabvēlīgākās ģeotermālās enerģijas attīstībai. Krievijas teritorijā tās, pirmkārt, ir Kamčatka, Kuriļu salas un Kaukāzs.
Tajā pašā laikā ģeotermālās enerģijas attīstība ir iespējama gandrīz visur, jo temperatūras paaugstināšanās līdz ar dziļumu ir visuresoša parādība, un uzdevums ir “izvilkt” siltumu no zarnām, tāpat kā no turienes tiek iegūtas minerālās izejvielas.
Vidēji temperatūra paaugstinās līdz ar dziļumu par 2,5-3 o C uz katriem 100 m. Temperatūras starpības attiecību starp diviem dažādos dziļumos esošajiem punktiem un dziļuma starpību starp tiem sauc par ģeotermālo gradientu.
Apgrieztā vērtība ir ģeotermālais solis jeb dziļuma intervāls, kurā temperatūra paaugstinās par 1 o C.
Jo augstāks gradients un attiecīgi zemāks pakāpiens, jo tuvāk zemes dzīļu siltums tuvojas virsmai un jo perspektīvāka šī zona ir ģeotermālās enerģijas attīstībai.
Dažādos apgabalos atkarībā no ģeoloģiskās struktūras un citiem reģionālajiem un vietējiem apstākļiem temperatūras paaugstināšanās ātrums līdz ar dziļumu var krasi atšķirties. Zemes mērogā ģeotermālo gradientu un pakāpienu vērtību svārstības sasniedz 25 reizes. Piemēram, Oregonas štatā (ASV) gradients ir 150 o C uz 1 km, bet Dienvidāfrikā tas ir 6 o C uz 1 km.
Jautājums ir, kāda ir temperatūra lielā dziļumā - 5, 10 km vai vairāk? Ja tendence turpināsies, temperatūrai 10 km dziļumā vidēji vajadzētu būt aptuveni 250-300 o C. To vairāk vai mazāk apstiprina tiešie novērojumi īpaši dziļās akās, lai gan aina ir daudz sarežģītāka nekā lineāra temperatūras paaugstināšanās. .
Piemēram, Baltijas kristāliskajā vairogā izurbtajā Kolas īpaši dziļajā urbumā temperatūra līdz 3 km dziļumam mainās ar ātrumu 10 ° C / 1 km, un tad ģeotermālais gradients kļūst 2-2,5 reizes lielāks. 7 km dziļumā jau tika reģistrēta 120 o C temperatūra, 10 km - 180 o C, bet 12 km - 220 o C.
Vēl viens piemērs ir aka, kas ierīkota Kaspijas jūrā, kur 500 m dziļumā tika reģistrēta 42 o C temperatūra, 1,5 km - 70 o C, 2 km - 80 o C, 3 km - 108 o C.
Tiek pieņemts, ka ģeotermālais gradients samazinās, sākot no 20-30 km dziļuma: 100 km dziļumā paredzamās temperatūras ir aptuveni 1300-1500 o C, 400 km dziļumā - 1600 o C, Zemes dziļumā. kodols (dziļums vairāk nekā 6000 km) - 4000-5000 o NO.
Dziļumā līdz 10-12 km temperatūru mēra caur urbtām akām; kur to nav, to nosaka netiešās zīmes tāpat kā lielākos dziļumos. Šādas netiešas pazīmes var būt seismisko viļņu pārejas raksturs vai izplūstošās lavas temperatūra.
Tomēr ģeotermālās enerģijas vajadzībām dati par temperatūru dziļumā, kas pārsniedz 10 km, vēl nav praktiski ieinteresēti.
Vairāku kilometru dziļumā ir daudz siltuma, bet kā to pacelt? Dažkārt pati daba mums šo problēmu atrisina ar dabīga dzesēšanas šķidruma palīdzību – sakarsušiem termālajiem ūdeņiem, kas nāk virspusē vai atrodas mums pieejamā dziļumā. Dažos gadījumos ūdens dziļumā tiek uzkarsēts līdz tvaika stāvoklim.
Nav stingras "termālo ūdeņu" jēdziena definīcijas. Parasti tie nozīmē karstus pazemes ūdeņus šķidrā stāvoklī vai tvaika veidā, ieskaitot tos, kas nonāk uz Zemes virsmas ar temperatūru virs 20 ° C, tas ir, parasti augstāka par gaisa temperatūru. .
Gruntsūdens, tvaika, tvaika-ūdens maisījumu siltums ir hidrotermālā enerģija. Attiecīgi enerģiju, kuras pamatā ir tās izmantošana, sauc par hidrotermālo.
Situācija ir sarežģītāka ar siltuma ražošanu tieši no sausiem akmeņiem - petrotermālās enerģijas, jo īpaši tāpēc, ka pietiekami augsta temperatūra parasti sākas no vairāku kilometru dziļuma.
Krievijas teritorijā petrotermālās enerģijas potenciāls ir simts reižu lielāks nekā hidrotermālās enerģijas potenciāls - attiecīgi 3500 un 35 triljoni tonnu standarta degvielas. Tas ir diezgan dabiski - Zemes dzīļu siltums ir visur, un termālie ūdeņi ir sastopami lokāli. Tomēr acīmredzamu tehnisku grūtību dēļ lielākā daļa termālo ūdeņu pašlaik tiek izmantoti siltuma un elektroenerģijas ražošanai.
Ūdens temperatūra no 20-30 līdz 100 o C ir piemērota apkurei, temperatūra no 150 o C un augstāk - un elektroenerģijas ražošanai ģeotermālajās elektrostacijās.
Kopumā ģeotermālie resursi Krievijas teritorijā standarta degvielas vai jebkuras citas enerģijas mērvienības tonnās ir aptuveni 10 reizes lielāki nekā fosilā kurināmā rezerves.
Teorētiski tikai ģeotermālā enerģija varētu pilnībā apmierināt valsts enerģijas vajadzības. Praksē šobrīd lielākajā daļā tās teritorijas tas nav iespējams tehnisku un ekonomisku iemeslu dēļ.
Pasaulē ģeotermālās enerģijas izmantošana visbiežāk tiek saistīta ar Islandi – valsti, kas atrodas Vidusatlantijas grēdas ziemeļu galā, ārkārtīgi aktīvā tektoniskā un vulkāniskā zonā. Droši vien visi atceras spēcīgo Eijafjallajökull vulkāna izvirdumu 2010. gadā.
Pateicoties šai ģeoloģiskajai specifikai, Islandei ir milzīgas ģeotermālās enerģijas rezerves, tostarp karstie avoti, kas nonāk Zemes virsmā un pat izplūst geizeru veidā.
Īslandē vairāk nekā 60% no visas patērētās enerģijas pašlaik tiek ņemti no Zemes. Tajā skaitā ģeotermālo avotu dēļ tiek nodrošināta 90% apkures un 30% elektroenerģijas ražošanas. Papildinām, ka pārējā elektroenerģijas daļa valstī tiek ražota hidroelektrostacijās, tas ir, arī izmantojot atjaunojamo energoresursu, pateicoties kam Islande izskatās pēc sava veida globāla vides standarta.
Ģeotermālās enerģijas "pieradināšana" 20. gadsimtā Islandei ievērojami palīdzēja ekonomiski. Līdz pagājušā gadsimta vidum tā bija ļoti nabadzīga valsts, tagad tā ieņem pirmo vietu pasaulē pēc uzstādītās jaudas un ģeotermālās enerģijas ražošanas uz vienu iedzīvotāju, un ir pirmajā desmitniekā pēc ģeotermālās enerģijas absolūtās uzstādītās jaudas. augi. Tomēr tās iedzīvotāju skaits ir tikai 300 tūkstoši cilvēku, kas vienkāršo uzdevumu pāriet uz videi draudzīgiem enerģijas avotiem: nepieciešamība pēc tā parasti ir maza.
Papildus Islandei augsts ģeotermālās enerģijas īpatsvars kopējā elektroenerģijas ražošanas bilancē ir nodrošināts Jaunzēlandē un Dienvidaustrumāzijas salu valstīs (Filipīnās un Indonēzijā), Centrālamerikas un Austrumāfrikas valstīs, kuru teritorija arī ir raksturīga. ar augstu seismisko un vulkānisko aktivitāti. Šo valstu pašreizējā attīstības un vajadzību līmenī ģeotermālā enerģija sniedz būtisku ieguldījumu sociāli ekonomiskajā attīstībā.
(Seko beigas.)
