Сб. Фев 24th, 2024

Внутри Земли содержится огромная тепловая энергия. Оценки здесь пока довольно разные, но по самым скромным подсчетам, если ограничиться глубиной 3 км, то из этого слоя может быть извлечено 8 х 1017 кДж геотермальной энергии. В то же время масштабы ее реального применения у нас в стране и во всем мире незначительны. В чем здесь дело и каковы перспективы использования геотермальной энергетики?

Геотермальная энергия — энергия тепла Земли. Энергия, выделяемая из естественного тепла Земли, называется геотермальной энергией. В качестве источника энергии, тепло Земли, в сочетании с уже имеющимися технологиями, могло бы обеспечить потребности человечества на долгие-долгие годы. И это даже не касаясь тепла, находящегося слишком глубоко, в недосягаемых пока областях.

Миллионы лет из недр нашей планеты выделяется это тепло, причем скорость остывания ядра не превышает 400 °C за миллиард лет! При этом температура ядра Земли, по разным данным, составляет на данный момент не менее чем 6650 °C, и постепенно уменьшается по направлению к ее поверхности. 42 триллиона ватт тепла постоянно выделяются Землей, лишь 2% от которых приходятся на кору.

Внутренняя тепловая энергия Земли то и дело грозно проявляется в форме извержений тысяч вулканов, землетрясений, движений земной коры и других, менее заметных, но от того не менее глобальных, природных процессов.

Научная точка зрения на причины данного явления, заключается в том, что происхождение тепла Земли связано с постоянно идущим процессом радиоактивного распада урана, тория и калия в недрах планеты, а также с гравитационной сепарацией вещества в ее ядре.

Гранитный слой земной коры, на глубине от 20000 метров, является основной областью радиоактивного распада на континентах, а для океанов наиболее активным слоем является верхняя мантия. Ученые считают, что на континентах, на глубине порядка 10000 метров, температура подошвы коры составляет около 700 °C, тогда как в океанах температура достигает лишь 200 °C.

Два процента геотермальной энергии, приходящихся на земную кору, постоянно составляют 840 миллиардов ватт, и это технологически доступная энергия. Наилучшие места для извлечения этой энергии — области близ краев континентальных плит, где кора значительно тоньше, а также районы сейсмической и вулканической активности — где земное тепло проявляет себя очень близко к поверхности.

Где и в каком виде проявляется геотермальная энергия

На данный момент освоением геотермальной энергии активно занимаются: США, Исландия, Новая Зеландия, Филиппины, Италия, Сальвадор, Венгрия, Япония, Россия, Мексика, Кения и другие страны, где тепло из недр планеты поднимается к поверхности в форме пара и горячей воды, вырывающихся наружу, при температурах достигающих 300 °С.

В качестве ярких примеров можно привести знаменитые гейзеры Исландии и Камчатки, а также известный Йеллоустонский национальный парк, расположенный на территории американских штатов Вайоминг, Монтана и Айдахо, занимающий площадь почти в 9000 квадратных километров.

Говоря о геотермальной энергии, очень важно помнить, что в основном она является низкопотенциальной, то есть температура воды или пара, выходящих из скважины, невысока. А это существенно сказывается на эффективности применения такой энергии.

Дело в том, что для производства электроэнергии сегодня экономически целесообразно иметь температуру теплоносителя не ниже 150 °С. В этом случае он направляется непосредственно в турбину.

Есть установки, использующие воду более низкой температуры. В них геотермальная вода нагревает теплоноситель второго контура (например, фреон), имеющий низкую температуру кипения. Образовавшийся пар вращает турбину. Но мощности подобных установок невелики (10 — 100 кВт), а потому стоимость энергии будет выше, чем на электростанциях, использующих воду с высокой температурой.

Геотермальные месторождения — это пористые породы, заполненные горячей водой. По существу — они представляют собой природные геотермальные котлы.

А что если воду, отработавшую на поверхности земли, не сбрасывать, а возвращать в котел? Создать циркуляционную систему? В этом случае будет использоваться не только теплота термальной воды, но и окружающих горных пород. Такая система позволит увеличить общее ее количество в 4—5 раз. Снимается вопрос о загрязнении окружающей среды минерализованными водами, поскольку они возвращаются в подземный горизонт.

В форме горячей воды или пара тепло доставляется на поверхность, где используется либо напрямую для обогрева зданий и домов, либо для генерации электрической энергии. Кроме того полезно и поверхностное тепло Земли, до которого добираются, как правило, путем бурения скважин, где градиент возрастает на 1 °C с каждыми 36 метрами.

Для освоения этого тепла используются тепловые насосы. Горячая вода и пар служат для генерации электроэнергии и для отопления напрямую, а теплота сосредоточенная глубоко в отсутствии воды — преобразуется в полезный вид тепловыми насосами. Энергия магмы и теплота которая накапливается под вулканами, — извлекаются аналогичными путями.

Вообще, существует ряд стандартных способов получения электроэнергии на геотермальных электростанциях, но опять же — либо напрямую, либо по схеме похожей на тепловой насос.

В простейшем случае пар просто направляется через трубопровод на турбину электрогенератора. В усложненной схеме — пар предварительно очищается, чтобы растворенные вещества не разрушали трубы. В смешанной схеме — растворенные в воде газы устраняют после конденсации пара в воду.

Наконец, существует бинарная схема, где теплоносителем (для забора тепла и для вращения турбины генератора) выступает другая жидкость с низкой температурой кипения (схема с теплообменником).

 

Наиболее перспективными считаются вакуум-водяные и хлористо-литиевые абсорбционные тепловые насосы. Первые повышают температуру термальной воды за счет расхода электроэнергии в вакуум-водяном насосе.

Вода из скважины с температурой 60 — 90 °С поступает в вакуумный испаритель. Образовавшийся пар сжимается турбокомпрессором. Давление выбирается в зависимости от того, какая требуется температура теплоносителя.

Если вода идет непосредственно в систему отопления, то это 90 — 95 °С, если в тепловые районные сети, то 120 — 140 °С. В конденсаторе сжатый пар отдает свое тепло воде, циркулирующей в городских тепловых сетях, системах отопления и горячего водоснабжения.

Какие еще существуют варианты, чтобы расширить масштабы применения геотермальной энергетики?

Одно из направлений связано с использованием в значительной мере выработанных нефтяных и газовых месторождений.

Как известно, добыча этого сырья в старых месторождениях ведется методом заводнения, то есть в скважины закачивается вода, которая вытесняет нефть и газ из пор коллектора.

По мере выработки пористые коллекторы заполняются водой, приобретающей температуру окружающих горных пород, и таким образом месторождения превращаются в геотермальный котел, откуда одновременно можно добыть нефть и получать воду для теплоснабжения.

Конечно, приходится бурить дополнительные скважины и создавать циркуляционную систему, но это обойдется значительно дешевле, чем при освоении нового геотермального месторождения.

Еще один вариант — отбор тепла от сухих пород с помощью образования искусственных проницаемых зон. Суть метода в том, чтобы создать с помощью взрывов в сухих породах пористость.

Извлечение теплоты из таких систем ведется следующим образом: на определенном расстоянии друг от друга бурятся две скважины. В одну закачивается вода, которая, двигаясь ко второй по образовавшимся порам и трещинам, отбирает от пород тепло, нагревается, а затем поднимается на поверхность.

Такие опытные системы уже действуют в США и Англии. В Лос-Аламосе (США) две скважины — одна глубиной 2700 м, а другая — 2300 м соединены при помощи гидроразрыва и заполнены циркулирующей водой, нагревающейся до температуры 185 °С. В Англии на карьере Розмениуз вода нагревается до 80 °С.

Тепло планеты как энергетический ресурс

Возле итальянского города Ларедерелло проходит электрическая железная дорога, источником электроэнергии для которой служит сухой пар из скважины. Система работает с 1904 года.

Поля гейзеров в Японии и в Сан-Франциско — два других известных места в мире, где также используется сухой горячий пар для генерации электроэнергии. Что касается влажного пара, то более обширные его поля — в Новой Зеландии, и меньшие по площади — в Японии, России, Сальвадоре, Мексике, Никарагуа.

Если рассмотреть геотермальную теплоту как энергетический ресурс, то его запасы в десятки миллиардов раз превышают годовое потребление энергии человечеством во всем мире.

Всего 1% тепловой энергии земной коры, взятой с глубины в 10000 метров, хватило бы чтобы перекрыть в сотни раз запасы ископаемого топлива, такого как нефть и газ, непрерывно добываемых человечеством, что приводит к необратимому истощению недр и к загрязнению окружающей среды.

Виной всему экономические причины. А ведь геотермальным электростанциям свойственен весьма умеренный уровень выбросов углекислого газа, примерно 122 кг на мегаватт-час полученной электроэнергии, что значительно меньше выбросов, имеющих место при производстве электроэнергии с использованием ископаемого топлива.

Промышленные ГеоЭС и перспективы геотермальной энергетики

Первая промышленная ГеоЭС мощностью 7,5 МВт была построена в 1916 году в Италии. С тех пор накоплен бесценный опыт.

По состоянию на 1975 год общая установленная мощность ГеоЭС в мире составляла 1278 МВт, а в 1990 уже 7300 МВт. Наибольшие объемы освоения геотермальной энергии приходятся на США, Мексику, Японию, Филиппины и Италию.

Первая ГеоЭС на территории СССР была возведена на Камчатке в 1966 году, ее мощность составила 12 МВт.

Начиная с 2003 года в России работает Мутновская ГеоЭС, мощность которой сейчас составляет 50 МВт — это самая мощная в России ГеоЭС на данный момент.

Крупнейшей в мире ГеоЭС является Olkaria IV в Кении, ее мощность составляет 140 МВт.

В перспективе видится весьма вероятным использование тепловой энергии магмы в тех регионах планеты, где она находится не слишком глубоко под поверхностью Земли, а также тепловой энергии разогретых кристаллических пород, когда в выбуренную скважину глубиной в несколько километров закачивают холодную воду, а на поверхность возвращают горячую воду или пар, а дальше получают отопление или генерацию электроэнергии.

Возникает вопрос — почему на данный момент так мало реализованных проектов использования геотермальной энергии? Прежде всего потому, что они размещены в благоприятных местах, где вода либо сама изливается на поверхность земли, либо расположена весьма неглубоко. В таких случаях не нужно бурить глубокие скважины, а ведь именно они — самая дорогостоящая часть освоения геотермальной энергии.

Масштабы использования термальных вод для теплоснабжения значительно больше, чем для производства электроэнергии, однако и они пока малы и не играют значительной роли в энергетике.

Геотермальная энергетика делает лишь первые шаги и проводящиеся исследования, опытно-промышленные работы должны дать ответ о масштабах ее дальнейшего развития.

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
Best Wordpress Adblock Detecting Plugin | CHP Adblock