Für Russland kann die Energie der Erdwärme zu einer konstanten, zuverlässigen Quelle für die Bereitstellung billiger und erschwinglicher Elektrizität und Wärme werden, indem neue hochwertige, umweltfreundliche Technologien für ihre Gewinnung und Lieferung an den Verbraucher verwendet werden. Das gilt im Moment ganz besonders

Begrenzte Ressourcen an fossilen Energierohstoffen

Die Nachfrage nach organischen Energierohstoffen ist in Industrie- und Entwicklungsländern (USA, Japan, Staaten des vereinten Europas, China, Indien etc.) groß. Gleichzeitig sind die eigenen Kohlenwasserstoffressourcen in diesen Ländern entweder unzureichend oder reserviert, und ein Land, beispielsweise die Vereinigten Staaten, kauft Energierohstoffe im Ausland oder erschließt Vorkommen in anderen Ländern.

In Russland, einem der reichsten Länder in Bezug auf Energieressourcen, wird der wirtschaftliche Bedarf an Energie noch immer durch die Möglichkeiten der Nutzung natürlicher Ressourcen gedeckt. Die Entnahme fossiler Kohlenwasserstoffe aus dem Untergrund erfolgt jedoch sehr schnell. Wenn in den 1940er-1960er Jahren. Die wichtigsten Ölfördergebiete waren das „Zweite Baku“ an der Wolga und der Ural, seit den 1970er Jahren bis heute ist Westsibirien ein solches Gebiet. Aber auch hier ist ein deutlicher Rückgang der Förderung fossiler Kohlenwasserstoffe zu verzeichnen. Die Ära des „trockenen“ cenomanischen Gases geht zu Ende. Die bisherige Phase der umfassenden Entwicklung der Erdgasförderung ist abgeschlossen. Seine Gewinnung aus so riesigen Lagerstätten wie Medvezhye, Urengoyskoye und Yamburgskoye betrug 84, 65 bzw. 50%. Auch der Anteil der erschließungsgünstigen Ölreserven nimmt mit der Zeit ab.

Aufgrund des aktiven Verbrauchs von Kohlenwasserstoffbrennstoffen wurden die Öl- und Erdgasreserven an Land erheblich reduziert. Jetzt konzentrieren sich ihre Hauptreserven auf dem Festlandsockel. Und obwohl die Rohstoffbasis der Öl- und Gasindustrie noch ausreicht, um Öl und Gas in Russland in den erforderlichen Mengen zu fördern, wird sie in naher Zukunft in zunehmendem Maße durch die Erschließung von Feldern mit aufwändigem Bergbau und geologische Bedingungen. Gleichzeitig werden die Kosten der Kohlenwasserstoffproduktion steigen.

Die meisten der nicht erneuerbaren Ressourcen, die dem Untergrund entnommen werden, werden als Brennstoff für Kraftwerke verwendet. Dies ist zunächst der Anteil an der Kraftstoffstruktur, der 64% beträgt.

In Russland werden 70 % des Stroms in thermischen Kraftwerken erzeugt. Energieunternehmen des Landes verbrennen jährlich etwa 500 Millionen Tonnen KWK. Tonnen für die Strom- und Wärmeerzeugung, während die Wärmeerzeugung 3-4 mal mehr Kohlenwasserstoffbrennstoff verbraucht als die Stromerzeugung.

Die aus der Verbrennung dieser Mengen an Kohlenwasserstoff-Rohstoffen gewonnene Wärmemenge entspricht dem Verbrauch von Hunderten Tonnen Kernbrennstoff - der Unterschied ist enorm. Die Kernkraft erfordert jedoch die Gewährleistung der Umweltsicherheit (um eine Wiederholung von Tschernobyl zu verhindern) und ihren Schutz vor möglichen Terroranschlägen sowie die sichere und kostspielige Stilllegung veralteter und ausgedienter Kernkraftwerke. Die nachgewiesenen förderbaren Uranreserven in der Welt betragen etwa 3 Millionen 400 Tausend Tonnen, während im gesamten vorangegangenen Zeitraum (bis 2007) etwa 2 Millionen Tonnen abgebaut wurden.

RES als die Zukunft der globalen Energie

Das in den letzten Jahrzehnten weltweit zunehmende Interesse an alternativen erneuerbaren Energiequellen (RES) wird nicht nur durch die Erschöpfung der Kohlenwasserstoff-Brennstoffreserven verursacht, sondern auch durch die Notwendigkeit, Umweltprobleme zu lösen. Objektive Faktoren (vorkommen an fossilen Brennstoffen und Uran sowie Umweltveränderungen im Zusammenhang mit der Nutzung traditioneller Feuer- und Kernenergie) und Energieentwicklungstrends legen nahe, dass der Übergang zu neuen Methoden und Formen der Energieerzeugung unvermeidlich ist. Bereits in der ersten Hälfte des XXI Jahrhunderts. es wird eine vollständige oder fast vollständige Umstellung auf nicht-traditionelle Energiequellen geben.

Je früher ein Durchbruch in diese Richtung gelingt, desto weniger schmerzhaft wird es für die gesamte Gesellschaft und desto vorteilhafter für das Land, wo entscheidende Schritte in diese Richtung unternommen werden.

Die Weichen für den Übergang zu einer sinnvollen Kombination traditioneller und neuer Energiequellen hat die Weltwirtschaft bereits gestellt. Der weltweite Energieverbrauch im Jahr 2000 belief sich auf mehr als 18 Milliarden Tonnen Brennstoffäquivalent. Tonnen, und der Energieverbrauch bis 2025 könnte auf 30–38 Milliarden Tonnen Kraftstoffäquivalent steigen. Tonnen ist laut Prognosedaten bis 2050 ein Verbrauch in Höhe von 60 Milliarden Tonnen Kraftstoffäquivalent möglich. t. Ein charakteristischer Trend in der Entwicklung der Weltwirtschaft im Berichtszeitraum ist eine systematische Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und eine entsprechende Zunahme der Nutzung nicht-traditioneller Energiequellen. Die thermische Energie der Erde nimmt unter ihnen einen der ersten Plätze ein.

Derzeit hat das Energieministerium der Russischen Föderation ein Programm zur Entwicklung nicht traditioneller Energie verabschiedet, darunter 30 Großprojekte für den Einsatz von Wärmepumpeneinheiten (HPU), deren Funktionsprinzip auf dem Verbrauch von basiert Wärmeenergie mit niedrigem Potential der Erde.

Niederpotenzielle Energie der Erdwärme und Wärmepumpen

Die Quellen der Energie mit niedrigem Potential der Erdwärme sind Sonnenstrahlung und Wärmestrahlung der erhitzten Eingeweide unseres Planeten. Die Nutzung dieser Energie ist derzeit einer der sich am dynamischsten entwickelnden Energiebereiche auf Basis erneuerbarer Energiequellen.

Die Erdwärme kann in verschiedenen Arten von Gebäuden und Bauwerken zum Heizen, zur Warmwasserbereitung, zur Klimatisierung (Kühlung) sowie zum Beheizen von Bahnen in der Wintersaison, zum Verhindern von Vereisung, zum Beheizen von Feldern in offenen Stadien usw. verwendet werden. In der englischsprachigen Fachliteratur wird das System zur Nutzung der Erdwärme in Heizungs- und Klimaanlagen als GHP – „Geothermal Heat Pumps“ (Geothermal Heat Pumps) bezeichnet. Die klimatischen Gegebenheiten der Länder Mittel- und Nordeuropas, die zusammen mit den Vereinigten Staaten und Kanada die Hauptgebiete für die Nutzung minderwertiger Erdwärme sind, bestimmen diese hauptsächlich für Heizzwecke; Abkühlung der Luft, auch im Sommer, ist relativ selten erforderlich. Anders als in den USA arbeiten Wärmepumpen daher in europäischen Ländern hauptsächlich im Heizbetrieb. In den USA werden sie häufiger in Luftheizungssystemen in Kombination mit einer Lüftung eingesetzt, die sowohl das Heizen als auch das Kühlen der Außenluft ermöglicht. In europäischen Ländern werden Wärmepumpen üblicherweise in Warmwasserbereitungsanlagen eingesetzt. Da ihre Effizienz mit sinkender Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Verflüssiger zunimmt, werden zur Beheizung von Gebäuden häufig Fußbodenheizungen eingesetzt, in denen ein Kühlmittel relativ niedriger Temperatur (35–40 °C) zirkuliert.

Arten von Systemen zur Nutzung von niederpotentialiger Energie der Erdwärme

Generell lassen sich zwei Arten von Systemen zur Nutzung der niederpotentialen Energie der Erdwärme unterscheiden:

- offene Systeme: Als Quelle für Wärmeenergie mit niedrigem Potenzial wird Grundwasser verwendet, das direkt Wärmepumpen zugeführt wird;

- geschlossene Systeme: Wärmetauscher befinden sich im Bodenmassiv; wenn ein Kühlmittel mit niedrigerer Temperatur als das Erdreich durch sie zirkuliert, wird dem Erdreich Wärmeenergie „entzogen“ und an den Verdampfer der Wärmepumpe übertragen (oder wenn ein Kühlmittel mit einer höheren Temperatur im Verhältnis zum Erdreich verwendet wird, wird es gekühlt ).

Die Nachteile offener Systeme bestehen darin, dass Brunnen gewartet werden müssen. Zudem ist der Einsatz solcher Systeme nicht in allen Bereichen möglich. Die wichtigsten Anforderungen an Boden und Grundwasser sind:

- ausreichende Wasserdurchlässigkeit des Bodens, wodurch die Wasserreserven wieder aufgefüllt werden können;

– gute Grundwasserchemie (z. B. niedriger Eisengehalt) zur Vermeidung von Rohrablagerungen und Korrosionsproblemen.

Geschlossene Systeme zur Nutzung der niederpotentialen Energie der Erdwärme

Geschlossene Systeme sind horizontal und vertikal (Abbildung 1).

Reis. 1. Schema einer geothermischen Wärmepumpenanlage mit: a - horizontal

und b - vertikale Erdwärmetauscher.

Horizontaler Erdwärmetauscher

Horizontale Erdwärmetauscher sind in den Ländern West- und Mitteleuropas in der Regel separate Rohre, die relativ dicht verlegt und in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind (Bild 2).

Reis. 2. Horizontale Erdwärmetauscher mit: a - sequentiell und

b - Parallelschaltung.

Um den Bereich des Standorts, an dem die Wärme entfernt wird, einzusparen, wurden verbesserte Arten von Wärmetauschern entwickelt, beispielsweise Wärmetauscher in Form einer Spirale (Abb. 3), die horizontal oder vertikal angeordnet sind. Diese Form von Wärmetauschern ist in den USA weit verbreitet.

Seit der Antike wissen die Menschen um die spontanen Manifestationen gigantischer Energie, die in den Eingeweiden der Erde lauern. Das Gedächtnis der Menschheit bewahrt Legenden über katastrophale Vulkanausbrüche, die Millionen von Menschenleben forderten und das Aussehen vieler Orte auf der Erde unkenntlich veränderten. Die Kraft des Ausbruchs selbst eines relativ kleinen Vulkans ist kolossal, sie übersteigt die Kraft der größten Kraftwerke, die von Menschenhand geschaffen wurden, um ein Vielfaches. Es ist zwar nicht nötig, über die direkte Nutzung der Energie von Vulkanausbrüchen zu sprechen: Die Menschen haben noch keine Gelegenheit, dieses widerspenstige Element einzudämmen, und glücklicherweise sind diese Ausbrüche ziemlich seltene Ereignisse. Aber dies sind Manifestationen der Energie, die in den Eingeweiden der Erde lauert, wenn nur ein winziger Bruchteil dieser unerschöpflichen Energie einen Weg durch die feuerspeienden Schlote der Vulkane findet.

Das kleine europäische Land Island („Land des Eises“ in wörtlicher Übersetzung) ist völlig autark mit Tomaten, Äpfeln und sogar Bananen! Zahlreiche isländische Gewächshäuser werden mit Erdwärme betrieben, andere lokale Energiequellen gibt es in Island praktisch nicht. Aber dieses Land ist sehr reich heiße Quellen und berühmte Geysire - Fontänen mit heißem Wasser, mit der Präzision eines Chronometers, der aus dem Boden entweicht. Und obwohl die Isländer die Wärme unterirdischer Quellen nicht vorrangig nutzen (sogar die alten Römer brachten Wasser aus der Erde zu den berühmten Bädern - den Caracalla-Thermen), haben die Bewohner dieses kleinen nördlichen Landes das unterirdische Kesselhaus sehr intensiv betreiben. Die Hauptstadt Reykjavik, in der die Hälfte der Bevölkerung des Landes lebt, wird nur durch unterirdische Quellen beheizt. Reykjavik ist der ideale Ausgangspunkt, um Island zu erkunden: Von hier aus können Sie die interessantesten und abwechslungsreichsten Ausflüge in jeden Winkel dieses einzigartigen Landes unternehmen: Geysire, Vulkane, Wasserfälle, Rhyolithberge, Fjorde... Überall in Reykjavik werden Sie sich PUR fühlen ENERGIE – die thermische Energie von Geysiren, die aus dem Untergrund sprudeln, die Energie der Sauberkeit und Weitläufigkeit einer ideal grünen Stadt, die Energie von Reykjaviks lustigem und brandaktuellem Nachtleben das ganze Jahr über.

Aber nicht nur zum Heizen schöpfen die Menschen Energie aus den Tiefen der Erde. Kraftwerke, die heiße unterirdische Quellen nutzen, sind seit langem in Betrieb. Das erste Kraftwerk dieser Art, noch sehr leistungsschwach, wurde 1904 in der italienischen Kleinstadt Larderello gebaut, benannt nach dem französischen Ingenieur Larderelli, der bereits 1827 ein Projekt zur Nutzung zahlreicher heißer Quellen in der Umgebung ausarbeitete. Allmählich wuchs die Kapazität des Kraftwerks, immer mehr neue Einheiten wurden in Betrieb genommen, neue Warmwasserquellen wurden genutzt, und heute hat die Leistung der Station bereits einen beeindruckenden Wert erreicht - 360.000 Kilowatt. In Neuseeland gibt es ein solches Kraftwerk in der Region Wairakei, seine Leistung beträgt 160.000 Kilowatt. 120 km von San Francisco in den USA entfernt produziert eine geothermische Anlage mit einer Leistung von 500.000 Kilowatt Strom.

geothermische Energie

Seit der Antike wissen die Menschen um die spontanen Manifestationen gigantischer Energie, die in den Eingeweiden der Erde lauern. Das Gedächtnis der Menschheit bewahrt Legenden über katastrophale Vulkanausbrüche, die Millionen von Menschenleben forderten und das Aussehen vieler Orte auf der Erde unkenntlich veränderten. Die Kraft des Ausbruchs selbst eines relativ kleinen Vulkans ist kolossal, sie übersteigt die Kraft der größten Kraftwerke, die von Menschenhand geschaffen wurden, um ein Vielfaches. Es ist zwar nicht nötig, über die direkte Nutzung der Energie von Vulkanausbrüchen zu sprechen - bisher haben die Menschen keine Möglichkeit, dieses widerspenstige Element einzudämmen, und glücklicherweise sind diese Ausbrüche ziemlich seltene Ereignisse. Aber dies sind Manifestationen der Energie, die in den Eingeweiden der Erde lauert, wenn nur ein winziger Bruchteil dieser unerschöpflichen Energie einen Weg durch die feuerspeienden Schlote der Vulkane findet.

Ein Geysir ist eine heiße Quelle, die ihr Wasser wie ein Springbrunnen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Höhen ausstößt. Der Name kommt vom isländischen Wort für „gießt“. Das Auftreten von Geysiren erfordert ein bestimmtes günstiges Umfeld, das nur an wenigen Orten der Erde geschaffen wird, was zu ihrem eher seltenen Vorkommen führt. Fast 50 % der Geysire befinden sich im Yellowstone-Nationalpark (USA). Die Aktivität des Geysirs kann aufgrund von Darmveränderungen, Erdbeben und anderen Faktoren eingestellt werden. Die Wirkung eines Geysirs wird durch den Kontakt von Wasser mit Magma verursacht, wonach sich das Wasser schnell erwärmt und unter dem Einfluss der Erdwärme mit Kraft nach oben geschleudert wird. Nach dem Ausbruch kühlt das Wasser im Geysir allmählich ab, sickert zurück zum Magma und sprudelt erneut. Die Häufigkeit der Eruptionen verschiedener Geysire variiert von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Der hohe Energiebedarf zum Betreiben eines Geysirs ist der Hauptgrund für ihre Seltenheit. Vulkangebiete können heiße Quellen, Schlammvulkane und Fumarolen haben, aber es gibt nur sehr wenige Orte, an denen Geysire gefunden werden. Tatsache ist, dass selbst wenn sich am Ort der Vulkanaktivität ein Geysir gebildet hat, nachfolgende Eruptionen die Erdoberfläche zerstören und ihren Zustand verändern, was zum Verschwinden des Geysirs führen wird.

Die Energie der Erde (Geothermie) basiert auf der Nutzung der natürlichen Erdwärme. Die Eingeweide der Erde sind mit einer kolossalen, fast unerschöpflichen Energiequelle gefüllt. Die jährliche Abstrahlung innerer Wärme auf unserem Planeten beträgt 2,8 * 1014 Milliarden kWh. Sie wird ständig durch den radioaktiven Zerfall einiger Isotope in der Erdkruste kompensiert.

Es gibt zwei Arten von geothermischen Energiequellen. Der erste Typ sind unterirdische Becken mit natürlichen Wärmeträgern - heißes Wasser (Hydrothermalquellen) oder Dampf (Dampfthermen) oder ein Dampf-Wasser-Gemisch. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um direkt einsatzbereite „Untergrundkessel“, aus denen über gewöhnliche Bohrlöcher Wasser oder Dampf entnommen werden kann. Die zweite Art ist die Hitze heißer Steine. Durch das Pumpen von Wasser in solche Horizonte kann man auch Dampf oder überhitztes Wasser zur weiteren energetischen Nutzung gewinnen.

Aber in beiden Anwendungsfällen ist der Hauptnachteil vielleicht eine sehr geringe Konzentration an geothermischer Energie. An Orten, an denen sich besondere geothermische Anomalien bilden, wo heiße Quellen oder Felsen relativ nahe an die Oberfläche kommen und wo die Temperatur alle 100 m um 30-40 ° C ansteigt, können Konzentrationen von geothermischer Energie Bedingungen für ihre wirtschaftliche Nutzung schaffen. Je nach Temperatur von Wasser, Dampf oder Dampf-Wasser-Gemisch werden geothermische Quellen in Nieder- und Mitteltemperatur (mit Temperaturen bis 130 - 150 ° C) und Hochtemperatur (über 150 °) eingeteilt. Die Art ihrer Verwendung hängt weitgehend von der Temperatur ab.

Es kann argumentiert werden, dass Geothermie vier vorteilhafte Eigenschaften hat.

Erstens sind seine Reserven praktisch unerschöpflich. Nach Schätzungen aus den späten 70er Jahren belaufen sie sich bis zu einer Tiefe von 10 km auf einen Wert, der 3,5 Tausend Mal größer ist als die Reserven herkömmlicher mineralischer Brennstoffe.

Zweitens ist Geothermie weit verbreitet. Seine Konzentration ist hauptsächlich mit den Gürteln aktiver seismischer und vulkanischer Aktivität verbunden, die 1/10 der Erdfläche einnehmen. Innerhalb dieser Gürtel lassen sich einige der vielversprechendsten „Geothermalregionen“ unterscheiden, Beispiele hierfür sind Kalifornien in den USA, Neuseeland, Japan, Island, Kamtschatka und der Nordkaukasus in Russland. Nur in der ehemaligen UdSSR wurden Anfang der 90er Jahre etwa 50 unterirdische Warmwasser- und Dampfbecken eröffnet.

Drittens erfordert die Nutzung von Geothermie keine hohen Kosten, weil. In diesem Fall sprechen wir von bereits „gebrauchsfertigen“, von der Natur selbst geschaffenen Energiequellen.

Schließlich, viertens, ist Geothermie ökologisch völlig unbedenklich und belastet die Umwelt nicht.

Der Mensch nutzt seit langem die Energie der inneren Wärme der Erde (erinnern wir uns an die berühmten römischen Bäder), aber ihre kommerzielle Nutzung begann erst in den 20er Jahren unseres Jahrhunderts mit dem Bau der ersten geoelektrischen Kraftwerke in Italien und dann in anderen Ländern. Anfang der 1980er Jahre waren weltweit etwa 20 solcher Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von 1,5 Millionen kW in Betrieb. Die größte von ihnen ist die Geysers-Station in den USA (500.000 kW).

Erdwärme wird zur Stromerzeugung, zum Heizen von Häusern, Gewächshäusern usw. verwendet. Als Wärmeträger wird trockener Dampf, überhitztes Wasser oder jeder Wärmeträger mit niedrigem Siedepunkt (Ammoniak, Freon etc.) verwendet.

geothermische Energie- das ist die Wärmeenergie, die über Hunderte von Millionen Jahren aus den inneren Zonen der Erde freigesetzt wird. Gemäß geologischen und geophysikalischen Studien erreicht die Temperatur im Erdkern 3.000-6.000 °C und nimmt in Richtung vom Zentrum des Planeten zur Oberfläche allmählich ab. Der Ausbruch Tausender Vulkane, die Bewegung von Erdkrustenblöcken und Erdbeben zeugen von der Wirkung der mächtigen inneren Energie der Erde. Wissenschaftler glauben, dass das thermische Feld unseres Planeten auf radioaktiven Zerfall in seinen Tiefen sowie auf die gravitative Trennung der Kernmaterie zurückzuführen ist.
Die Hauptquellen für die Erwärmung der Eingeweide des Planeten sind Uran, Thorium und radioaktives Kalium. Die Prozesse des radioaktiven Zerfalls auf den Kontinenten finden hauptsächlich in der Granitschicht der Erdkruste in einer Tiefe von 20 bis 30 km oder mehr in den Ozeanen - im oberen Mantel - statt. Es wird angenommen, dass am Boden der Erdkruste in einer Tiefe von 10-15 km der wahrscheinliche Temperaturwert auf den Kontinenten 600-800 ° C und in den Ozeanen 150-200 ° C beträgt.
Erdwärme kann der Mensch nur dort nutzen, wo sie sich nahe der Erdoberfläche manifestiert, d. h. an der Erdoberfläche. in Gebieten mit vulkanischer und seismischer Aktivität. Heute wird Geothermie von Ländern wie den USA, Italien, Island, Mexiko, Japan, Neuseeland, Russland, den Philippinen, Ungarn und El Salvador effektiv genutzt. Hier steigt die innere Wärme der Erde in Form von bis zu 300 °C heißem Wasser und Dampf an die Oberfläche und bricht oft als Hitze aus sprudelnden Quellen (Geysiren), zum Beispiel den berühmten Geysiren, hervor des Yellowstone Parks in den USA, die Geysire von Kamtschatka, Island.
Geothermische Energiequellen unterteilt in trockenen Heißdampf, nassen Heißdampf und Heißwasser. Der Brunnen, der eine wichtige Energiequelle für die elektrische Eisenbahn in Italien (bei Larderello) ist, wird seit 1904 mit trockenem Heißdampf betrieben. Zwei weitere bekannte Orte auf der Welt mit heißem Trockendampf sind das Matsukawa-Feld in Japan und das Geysir-Feld bei San Francisco, wo auch Geothermie seit langem effektiv genutzt wird. Der größte Teil des nassen heißen Dampfes der Welt befindet sich in Neuseeland (Wairakei), geothermischen Feldern mit etwas geringerer Kapazität - in Mexiko, Japan, El Salvador, Nicaragua, Russland.
Somit können vier Haupttypen von geothermischen Energieressourcen unterschieden werden:
durch Wärmepumpen genutzte Erdoberflächenwärme;
Energieressourcen wie Dampf, heißes und warmes Wasser in der Nähe der Erdoberfläche, die heute zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden;
Wärme, die sich tief unter der Erdoberfläche konzentriert (vielleicht in Abwesenheit von Wasser);
Magmaenergie und Wärme, die sich unter Vulkanen ansammelt.

Die geothermischen Wärmereserven (~ 8 * 1030 J) betragen das 35-Milliarden-fache des jährlichen globalen Energieverbrauchs. Nur 1 % der geothermischen Energie der Erdkruste (10 km Tiefe) kann eine Energiemenge bereitstellen, die 500-mal größer ist als alle Öl- und Gasreserven der Welt. Allerdings kann heute nur ein kleiner Teil dieser Ressourcen genutzt werden, und das hat vor allem wirtschaftliche Gründe. Der Beginn der industriellen Erschließung geothermischer Ressourcen (Energie aus heißem Tiefenwasser und Dampf) wurde 1916 gelegt, als in Italien das erste geothermische Kraftwerk mit einer Leistung von 7,5 MW in Betrieb genommen wurde. In der vergangenen Zeit wurden umfangreiche Erfahrungen auf dem Gebiet der praktischen Entwicklung geothermischer Energiequellen gesammelt. Die installierte Gesamtleistung der in Betrieb befindlichen Geothermiekraftwerke (GeoTPP) betrug: 1975 - 1.278 MW, 1990 - 7.300 MW. Die Vereinigten Staaten, die Philippinen, Mexiko, Italien und Japan haben in dieser Angelegenheit die größten Fortschritte erzielt.
Die technischen und wirtschaftlichen Parameter des GeoTPP variieren über einen ziemlich weiten Bereich und hängen von den geologischen Eigenschaften des Gebiets ab (Vorkommenstiefe, Parameter des Arbeitsfluids, seiner Zusammensetzung usw.). Für die Mehrzahl der in Betrieb genommenen GeoTPPs sind die Stromkosten ähnlich wie die Kosten für Strom, der in kohlebefeuerten TKWs erzeugt wird, und betragen 1200 ... 2000 US-Dollar / MW.
In Island werden 80 % der Wohngebäude mit heißem Wasser beheizt, das aus geothermischen Quellen unter der Stadt Reykjavik gewonnen wird. Im Westen der Vereinigten Staaten werden etwa 180 Häuser und Farmen mit geothermischem Heißwasser beheizt. Laut Experten hat sich zwischen 1993 und 2000 die weltweite Stromerzeugung aus Geothermie mehr als verdoppelt. In den Vereinigten Staaten gibt es so viele Reserven an geothermischer Wärme, dass sie theoretisch 30-mal mehr Energie liefern könnten, als der Staat derzeit verbraucht.
In Zukunft kann die Wärme von Magma in den erdoberflächennahen Bereichen ebenso genutzt werden wie die trockene Wärme von aufgeheizten kristallinen Gesteinen. Im letzteren Fall werden Brunnen über mehrere Kilometer gebohrt, kaltes Wasser wird heruntergepumpt und heißes Wasser zurückgeführt.

Mit der Entwicklung und Formung der Gesellschaft begann die Menschheit, nach immer moderneren und gleichzeitig sparsamen Wegen der Energiegewinnung zu suchen. Dafür werden heute verschiedene Stationen gebaut, aber gleichzeitig wird die im Erdinneren enthaltene Energie umfassend genutzt. Wie ist sie? Versuchen wir es herauszufinden.

geothermische Energie

Schon aus dem Namen geht hervor, dass er für die Wärme des Erdinneren steht. Unter der Erdkruste befindet sich eine Magmaschicht, eine feurig-flüssige Silikatschmelze. Laut Forschungsdaten ist das Energiepotential dieser Wärme viel höher als die Energie der weltweiten Erdgasreserven sowie des Öls. Magma kommt an die Oberfläche - Lava. Darüber hinaus wird die größte Aktivität in den Erdschichten beobachtet, auf denen sich die Grenzen der tektonischen Platten befinden und in denen die Erdkruste durch Dünnheit gekennzeichnet ist. Die geothermische Energie der Erde wird wie folgt gewonnen: Die Lava- und Wasserressourcen des Planeten stehen in Kontakt, wodurch sich das Wasser stark zu erwärmen beginnt. Dies führt zum Ausbruch des Geysirs, der Bildung der sogenannten heißen Seen und Unterströmungen. Also genau jene Phänomene der Natur, deren Eigenschaften aktiv als Energien genutzt werden.

Künstliche geothermische Quellen

Die in den Eingeweiden der Erde enthaltene Energie muss weise genutzt werden. Zum Beispiel gibt es eine Idee, unterirdische Kessel zu bauen. Dazu müssen Sie zwei ausreichend tiefe Brunnen bohren, die unten verbunden werden. Das heißt, es stellt sich heraus, dass Erdwärme in fast jeder Ecke des Landes industriell gewonnen werden kann: Durch einen Brunnen wird kaltes Wasser in den Stausee gepumpt und durch den zweiten wird heißes Wasser oder Dampf entnommen. Künstliche Wärmequellen sind vorteilhaft und sinnvoll, wenn die entstehende Wärme mehr Energie liefert. Der Dampf kann zu Turbinengeneratoren geleitet werden, die Strom erzeugen.

Natürlich ist die entnommene Wärme nur ein Bruchteil dessen, was an Gesamtreserven zur Verfügung steht. Es sollte jedoch daran erinnert werden, dass die Tiefenwärme aufgrund der Kompressionsprozesse von Gesteinen und der Schichtung des Darms ständig wieder aufgefüllt wird. Experten zufolge speichert die Erdkruste Wärme, deren Gesamtmenge 5.000-mal größer ist als der Heizwert aller fossilen Erdinneren insgesamt. Es zeigt sich, dass die Betriebszeit solcher künstlich angelegter Geothermiestationen unbegrenzt sein kann.

Quellfunktionen

Die Quellen, die es ermöglichen, geothermische Energie zu gewinnen, können kaum vollständig genutzt werden. Sie existieren in mehr als 60 Ländern der Welt, mit der größten Anzahl von Landvulkanen auf dem Territorium des pazifischen vulkanischen Feuerrings. In der Praxis stellt sich jedoch heraus, dass geothermische Quellen in verschiedenen Regionen der Welt in ihren Eigenschaften, nämlich Durchschnittstemperatur, Salzgehalt, Gaszusammensetzung, Säuregehalt usw., völlig unterschiedlich sind.

Geysire sind Energiequellen auf der Erde, deren Besonderheit darin besteht, dass sie in bestimmten Abständen kochendes Wasser ausspeien. Nach dem Ausbruch wird das Becken wasserfrei, an seinem Grund sieht man einen Kanal, der tief in den Boden geht. Geysire werden in Regionen wie Kamtschatka, Island, Neuseeland und Nordamerika als Energiequellen genutzt, und einzelne Geysire sind in mehreren anderen Gebieten zu finden.

Woher kommt Energie?

Ungekühltes Magma befindet sich sehr nahe an der Erdoberfläche. Daraus werden Gase und Dämpfe freigesetzt, die aufsteigen und durch die Risse strömen. Wenn sie sich mit Grundwasser vermischen, erhitzen sie sich, sie werden selbst zu heißem Wasser, in dem viele Substanzen gelöst sind. Dieses Wasser wird in Form verschiedener geothermischer Quellen an die Erdoberfläche abgegeben: heiße Quellen, Mineralquellen, Geysire usw. Laut Wissenschaftlern sind die heißen Eingeweide der Erde Höhlen oder Kammern, die durch Gänge, Risse und Kanäle verbunden sind. Sie sind nur mit Grundwasser gefüllt, und ganz in der Nähe befinden sich Magmakammern. Auf diese natürliche Weise entsteht die thermische Energie der Erde.

Elektrisches Feld der Erde

Es gibt eine weitere alternative Energiequelle in der Natur, die erneuerbar, umweltfreundlich und einfach zu nutzen ist. Allerdings wurde diese Quelle bisher nur untersucht und nicht in der Praxis angewendet. Die potentielle Energie der Erde liegt also in ihrem elektrischen Feld. Es ist möglich, auf diese Weise Energie zu gewinnen, basierend auf dem Studium der Grundgesetze der Elektrostatik und der Eigenschaften des elektrischen Feldes der Erde. Tatsächlich ist unser Planet aus elektrischer Sicht ein kugelförmiger Kondensator, der auf bis zu 300.000 Volt aufgeladen ist. Seine innere Sphäre hat eine negative Ladung und die äußere - die Ionosphäre - ist positiv. ist ein Isolator. Durch ihn fließen ständig Ionen- und Konvektionsströme, die Stärken von vielen tausend Ampere erreichen. Die Potentialdifferenz zwischen den Platten nimmt dabei jedoch nicht ab.

Dies deutet darauf hin, dass es in der Natur einen Generator gibt, dessen Aufgabe es ist, die Leckage von Ladungen aus den Kondensatorplatten ständig wieder aufzufüllen. Die Rolle eines solchen Generators spielt das Erdmagnetfeld, das zusammen mit unserem Planeten im Strom des Sonnenwindes rotiert. Allein durch Anschluss eines Energieverbrauchers an diesen Generator kann die Energie des Erdmagnetfeldes gewonnen werden. Dazu müssen Sie eine zuverlässige Erdung installieren.

Erneuerbare Ressourcen

Da die Bevölkerung unseres Planeten stetig wächst, benötigen wir immer mehr Energie, um die Bevölkerung zu versorgen. Die in den Eingeweiden der Erde enthaltene Energie kann sehr unterschiedlich sein. Zum Beispiel gibt es erneuerbare Quellen: Wind-, Sonnen- und Wasserenergie. Sie sind umweltfreundlich und können daher ohne Angst vor Umweltschäden verwendet werden.

Wasserenergie

Diese Methode wird seit vielen Jahrhunderten angewendet. Heute sind unzählige Dämme und Stauseen gebaut worden, in denen Wasser zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt wird. Das Wesen dieses Mechanismus ist einfach: Unter dem Einfluss des Flusses drehen sich die Räder der Turbinen bzw. die Energie des Wassers wird in elektrische Energie umgewandelt.

Heute gibt es eine Vielzahl von Wasserkraftwerken, die die Energie des Wasserflusses in Strom umwandeln. Die Besonderheit dieser Methode besteht darin, dass sie erneuerbar ist bzw. solche Designs kostengünstig sind. Aus diesem Grund übertreffen diese Anlagen trotz der Tatsache, dass der Bau von Wasserkraftwerken ziemlich lange dauert und der Prozess selbst sehr kostspielig ist, die Leistung der stromintensiven Industrien deutlich.

Solarenergie: modern und zukunftsträchtig

Sonnenenergie wird mit Sonnenkollektoren gewonnen, aber moderne Technologien ermöglichen den Einsatz neuer Methoden dafür. Die größte Anlage der Welt entsteht in der kalifornischen Wüste. Es versorgt 2.000 Haushalte vollständig mit Energie. Das Design funktioniert wie folgt: Die Sonnenstrahlen werden von den Spiegeln reflektiert, die mit Wasser zum zentralen Kessel geleitet werden. Es siedet und verwandelt sich in Dampf, der die Turbine antreibt. Dieser wiederum ist mit einem Stromgenerator verbunden. Der Wind kann auch als Energie genutzt werden, die uns die Erde gibt. Der Wind bläst die Segel, dreht die Windmühlen. Und jetzt können Sie mit seiner Hilfe Geräte herstellen, die elektrische Energie erzeugen. Durch Drehen der Flügel der Windmühle treibt sie die Turbinenwelle an, die wiederum mit einem elektrischen Generator verbunden ist.

Innere Energie der Erde

Es entstand als Ergebnis mehrerer Prozesse, von denen die wichtigsten Akkretion und Radioaktivität sind. Wissenschaftlern zufolge verlief die Entstehung der Erde und ihrer Masse über mehrere Millionen Jahre, und dies geschah aufgrund der Bildung von Planetesimalen. Sie hielten zusammen, bzw. die Masse der Erde wurde immer größer. Nachdem unser Planet begann, eine moderne Masse zu haben, aber immer noch keine Atmosphäre hatte, fielen meteorische und asteroide Körper ungehindert auf ihn. Dieser Vorgang wird nur als Akkretion bezeichnet und führte dazu, dass erhebliche Gravitationsenergie freigesetzt wurde. Und je größer die Körper auf dem Planeten einschlugen, desto mehr Energie wurde in den Eingeweiden der Erde freigesetzt.

Diese gravitative Differenzierung führte dazu, dass sich Stoffe zu trennen begannen: Schwere Stoffe sanken einfach ab, während leichte und flüchtige Stoffe aufschwammen. Die Differenzierung wirkte sich auch auf die zusätzliche Freisetzung von Gravitationsenergie aus.

Atomenergie

Die Nutzung der Erdenergie kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Zum Beispiel beim Bau von Kernkraftwerken, wenn durch den Zerfall kleinster Teilchen atomarer Materie Wärmeenergie freigesetzt wird. Hauptbrennstoff ist Uran, das in der Erdkruste enthalten ist. Viele glauben, dass diese Methode der Energiegewinnung am vielversprechendsten ist, aber ihre Verwendung ist mit einer Reihe von Problemen verbunden. Erstens gibt Uran Strahlung ab, die alle lebenden Organismen tötet. Wenn diese Substanz in den Boden oder in die Atmosphäre gelangt, kommt es außerdem zu einer echten menschengemachten Katastrophe. Die traurigen Folgen des Unfalls im Kernkraftwerk Tschernobyl erleben wir bis heute. Die Gefahr liegt darin, dass radioaktiver Abfall alle Lebewesen sehr, sehr lange, Jahrtausende lang bedrohen kann.

Neue Zeit – neue Ideen

Natürlich hören die Menschen hier nicht auf, und jedes Jahr werden mehr und mehr Versuche unternommen, neue Wege zur Energiegewinnung zu finden. Wenn die Energie der Erdwärme ganz einfach gewonnen wird, dann sind einige Methoden nicht so einfach. Als Energiequelle kann beispielsweise durchaus Biogas verwendet werden, das bei der Verrottung von Abfällen anfällt. Es kann zum Heizen von Häusern und zum Erhitzen von Wasser verwendet werden.

Zunehmend werden sie gebaut, wenn Dämme und Turbinen über den Mündungen von Stauseen installiert werden, die von Ebbe und Flut angetrieben werden, bzw. Strom gewonnen wird.

Wenn wir Müll verbrennen, bekommen wir Energie

Eine andere Methode, die in Japan bereits angewendet wird, ist die Schaffung von Verbrennungsöfen. Heute werden sie in England, Italien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, den Niederlanden und den USA gebaut, aber erst in Japan wurden diese Unternehmen nicht nur für den vorgesehenen Zweck, sondern auch zur Stromerzeugung eingesetzt. In lokalen Fabriken werden 2/3 des gesamten Mülls verbrannt, während die Fabriken mit Dampfturbinen ausgestattet sind. Dementsprechend versorgen sie die umliegenden Gebiete mit Wärme und Strom. Gleichzeitig ist der Bau eines solchen Unternehmens in Bezug auf die Kosten viel rentabler als der Bau eines Wärmekraftwerks.

Verlockender ist die Aussicht, die Erdwärme dort zu nutzen, wo sich Vulkane konzentrieren. In diesem Fall muss die Erde nicht zu tief gebohrt werden, da die Temperatur bereits in einer Tiefe von 300 bis 500 Metern mindestens doppelt so hoch ist wie der Siedepunkt von Wasser.

Es gibt auch eine Möglichkeit, Strom zu erzeugen, denn Wasserstoff – das einfachste und leichteste chemische Element – ​​kann als idealer Brennstoff angesehen werden, weil es dort ist, wo Wasser ist. Wenn man Wasserstoff verbrennt, erhält man Wasser, das sich in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt. Die Wasserstoffflamme selbst ist harmlos, dh die Umwelt wird nicht geschädigt. Die Besonderheit dieses Elements ist, dass es einen hohen Heizwert hat.

Was liegt in der Zukunft?

Natürlich kann die Energie des Erdmagnetfeldes oder die aus Kernkraftwerken gewonnene Energie nicht alle jährlich wachsenden Bedürfnisse der Menschheit vollständig befriedigen. Experten sagen jedoch, dass es keinen Grund zur Sorge gibt, da die Brennstoffressourcen des Planeten noch ausreichen. Außerdem werden immer mehr neue Quellen genutzt, umweltfreundlich und erneuerbar.

Das Problem der Umweltverschmutzung bleibt, und es wächst katastrophal schnell. Die Menge der schädlichen Emissionen geht über die Grenzen hinaus, die Luft, die wir atmen, ist schädlich, das Wasser hat gefährliche Verunreinigungen und der Boden wird allmählich erschöpft. Aus diesem Grund ist es so wichtig, ein solches Phänomen wie Energie in den Eingeweiden der Erde rechtzeitig zu untersuchen, um nach Wegen zu suchen, den Bedarf an fossilen Brennstoffen zu verringern und nicht-traditionelle Energiequellen aktiver zu nutzen.

Doktor der technischen Wissenschaften AUF DER. Ich schwöre, Professor,
Akademiker der Russischen Akademie der Technologischen Wissenschaften, Moskau

In den letzten Jahrzehnten wurde weltweit über die Richtung einer effizienteren Nutzung der Energie aus der Tiefenwärme der Erde nachgedacht, um Erdgas, Öl und Kohle teilweise zu ersetzen. Dies wird nicht nur in Gebieten mit hohen geothermischen Parametern möglich, sondern auch in jedem Gebiet der Welt, wenn Injektions- und Produktionsbohrungen gebohrt und Zirkulationssysteme zwischen ihnen geschaffen werden.

Das zunehmende Interesse an alternativen Energiequellen in der Welt in den letzten Jahrzehnten wird durch die Erschöpfung der Kohlenwasserstoff-Brennstoffreserven und die Notwendigkeit verursacht, eine Reihe von Umweltproblemen zu lösen. Objektive Faktoren (Vorräte an fossilen Brennstoffen und Uran sowie Veränderungen der Umwelt durch traditionelle Feuer- und Atomkraft) lassen uns behaupten, dass der Übergang zu neuen Methoden und Formen der Energieerzeugung unvermeidlich ist.

Die Weltwirtschaft hat nun die Weichen für den Übergang zu einer sinnvollen Kombination traditioneller und neuer Energiequellen gestellt. Die Wärme der Erde nimmt unter ihnen einen der ersten Plätze ein.

Geothermische Energieressourcen werden in hydrogeologische und petrogeothermische Ressourcen unterteilt. Die ersten von ihnen sind Wärmeträger (die nur 1% der gesamten geothermischen Energieressourcen ausmachen) - Grundwasser, Dampf und Dampf-Wasser-Gemische. Die zweite ist geothermische Energie, die in heißem Gestein enthalten ist.

Die in unserem Land und im Ausland zur Gewinnung von natürlichem Dampf und geothermischem Wasser verwendete Springbrunnentechnologie (Self-Spill) ist einfach, aber ineffizient. Bei einer niedrigen Durchflussrate von selbstfließenden Bohrlöchern kann ihre Wärmeproduktion die Bohrkosten nur in geringer Tiefe von geothermischen Reservoirs mit hohen Temperaturen in Gebieten mit thermischen Anomalien wieder hereinholen. Die Lebensdauer solcher Brunnen erreicht in vielen Ländern nicht einmal 10 Jahre.

Gleichzeitig bestätigt die Erfahrung, dass der Bau eines geothermischen Kraftwerks bei Vorhandensein von flachen Kollektoren für natürlichen Dampf die rentabelste Option zur Nutzung geothermischer Energie ist. Der Betrieb solcher GeoTPPs hat ihre Wettbewerbsfähigkeit im Vergleich zu anderen Kraftwerkstypen gezeigt. Daher ist die Nutzung von Reserven an geothermischen Gewässern und Dampfhydrothermen in unserem Land auf der Halbinsel Kamtschatka und auf den Inseln der Kurilenkette, in den Regionen des Nordkaukasus und möglicherweise auch in anderen Gebieten zweckmäßig und zeitgemäß. Aber Dampfvorkommen sind eine Seltenheit, die bekannten und prognostizierten Reserven sind gering. Viel häufigere Vorkommen von Wärme und Kraftwasser befinden sich nicht immer nahe genug am Verbraucher - dem Wärmeversorgungsobjekt. Dies schließt die Möglichkeit einer groß angelegten effektiven Nutzung aus.

Oft entwickelt sich die Problematik der Skalierungsbekämpfung zu einem komplexen Problem. Die Nutzung geothermischer, in der Regel mineralisierter Quellen als Wärmeträger führt zu einer Überwucherung von Bohrlochzonen mit Eisenoxid-, Kalk- und Silikatformationen. Zusätzlich beeinträchtigen die Probleme der Erosions-Korrosion und Ablagerungen den Betrieb der Ausrüstung nachteilig. Das Problem ist auch die Einleitung von mineralisiertem und Abwasser, das toxische Verunreinigungen enthält. Daher kann die einfachste Brunnentechnologie nicht als Grundlage für die breite Erschließung geothermischer Ressourcen dienen.

Nach vorläufigen Schätzungen auf dem Territorium der Russischen Föderation betragen die prognostizierten Reserven an Thermalwasser mit einer Temperatur von 40-250 °C, einem Salzgehalt von 35-200 g/l und einer Tiefe von bis zu 3000 m 21-22 Millionen m3 /Tag, was der Verbrennung von 30-40 Millionen Tonnen .t entspricht. Im Jahr.

Die vorhergesagten Reserven des Dampf-Luft-Gemisches mit einer Temperatur von 150-250 °C auf der Halbinsel Kamtschatka und den Kurilen betragen 500.000 m3/Tag. und Reserven von Thermalwasser mit einer Temperatur von 40-100 ° C - 150.000 m3 / Tag.

Die Reserven an Thermalwasser mit einer Durchflussmenge von etwa 8 Millionen m3/Tag, mit einem Salzgehalt von bis zu 10 g/l und einer Temperatur von über 50 °C gelten als vorrangig für die Entwicklung.

Von viel größerer Bedeutung für die Energie der Zukunft ist die Gewinnung thermischer Energie, praktisch unerschöpflicher petrogeothermischer Ressourcen. Diese geothermische Energie, eingeschlossen in festes heißes Gestein, macht 99 % der gesamten Ressourcen an unterirdischer thermischer Energie aus. In einer Tiefe von bis zu 4-6 km sind Massive mit einer Temperatur von 300-400 °C nur in der Nähe der Zwischenkammern einiger Vulkane zu finden, aber heißes Gestein mit einer Temperatur von 100-150 °C ist fast überall verteilt diese Tiefen, und mit einer Temperatur von 180-200 °C in einem ziemlich bedeutenden Teil des Territoriums Russlands.

Seit Milliarden von Jahren erzeugen und erzeugen Kern-, Gravitations- und andere Prozesse im Inneren der Erde thermische Energie. Ein Teil davon wird in den Weltraum abgestrahlt und Wärme wird in der Tiefe gespeichert, d.h. der wärmeinhalt der festen, flüssigen und gasförmigen phasen der erdmaterie wird geothermie genannt.

Die kontinuierliche Erzeugung von intraterrestrischer Wärme kompensiert ihre externen Verluste, dient als Quelle für die Akkumulation von geothermischer Energie und bestimmt den erneuerbaren Teil ihrer Ressourcen. Die gesamte Wärmeabfuhr aus dem Inneren an die Erdoberfläche ist dreimal höher als die derzeitige Kapazität von Kraftwerken weltweit und wird auf 30 TW geschätzt.

Es ist jedoch klar, dass Erneuerbarkeit nur für begrenzte natürliche Ressourcen von Bedeutung ist und das Gesamtpotenzial der Erdwärme praktisch unerschöpflich ist, da es als die gesamte der Erde zur Verfügung stehende Wärmemenge definiert werden sollte.

Nicht umsonst beschäftigt sich die Welt in den letzten Jahrzehnten mit der Richtung einer effizienteren Nutzung der Energie aus der Tiefenwärme der Erde, um Erdgas, Öl und Kohle teilweise zu ersetzen. Dies wird nicht nur in Gebieten mit hohen geothermischen Parametern möglich, sondern auch in jedem Gebiet der Welt, wenn Injektions- und Produktionsbohrungen gebohrt und Zirkulationssysteme zwischen ihnen geschaffen werden.

Natürlich ist es bei geringer Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen für den effektiven Betrieb von Zirkulationssystemen erforderlich, eine ausreichend entwickelte Wärmeaustauschfläche in der Wärmeextraktionszone zu haben oder zu schaffen. Eine solche Oberfläche findet sich häufig in porösen Formationen und Zonen mit natürlicher Bruchfestigkeit, die häufig in den oben genannten Tiefen zu finden sind, deren Durchlässigkeit es ermöglicht, eine erzwungene Filtration des Kühlmittels mit effizienter Entnahme von Gesteinsenergie zu organisieren, sowie die Künstliche Schaffung einer ausgedehnten Wärmeaustauschfläche in gering durchlässigen porösen Massiven durch hydraulische Frakturierung (siehe Abbildung).

Derzeit wird hydraulisches Brechen in der Öl- und Gasindustrie als eine Möglichkeit verwendet, die Lagerstättendurchlässigkeit zu erhöhen, um die Ölförderung bei der Erschließung von Ölfeldern zu verbessern. Moderne Technologie ermöglicht es, einen schmalen, aber langen Riss oder einen kurzen, aber breiten Riss zu erzeugen. Beispiele für Wasserbrüche mit bis zu 2-3 km langen Brüchen sind bekannt.

Die heimische Idee, die wichtigsten in festen Gesteinen enthaltenen geothermischen Ressourcen zu gewinnen, wurde bereits 1914 von K.E. Obruchev.

1963 wurde in Paris das erste GCC geschaffen, um Wärme aus porösem Formationsgestein für die Heizung und Klimatisierung der Räumlichkeiten des Broadcasting Chaos-Komplexes zu extrahieren. 1985 waren in Frankreich bereits 64 GCCs mit einer thermischen Gesamtleistung von 450 MW in Betrieb, mit einer jährlichen Einsparung von etwa 150.000 Tonnen Öl. Im selben Jahr wurde der erste GCC dieser Art in der UdSSR im Khankala-Tal in der Nähe der Stadt Grosny gegründet.

1977 begannen nach dem Projekt des Los Alamos National Laboratory der USA Tests eines experimentellen GCC mit hydraulischer Frakturierung eines fast undurchlässigen Massivs am Standort Fenton Hill im Bundesstaat New Mexico. Kaltes Süßwasser, das durch den Brunnen injiziert wurde (Injektion), wurde durch Wärmeaustausch mit einer Gesteinsmasse (185 OC) in einem vertikalen Bruch mit einer Fläche von 8000 m2 erhitzt, der durch hydraulisches Brechen in einer Tiefe von 2,7 km gebildet wurde. In einem anderen Brunnen (Förderung), der ebenfalls diesen Riss durchquerte, trat überhitztes Wasser in Form eines Dampfstrahls an die Oberfläche. Bei der Zirkulation in einem geschlossenen Kreislauf unter Druck erreichte die Temperatur des überhitzten Wassers an der Oberfläche 160-180 °C und die Wärmeleistung des Systems - 4-5 MW. Kühlmittellecks in das umgebende Massiv machten etwa 1% des Gesamtstroms aus. Die Konzentration an mechanischen und chemischen Verunreinigungen (bis 0,2 g/l) entsprach den Bedingungen von frischem Trinkwasser. Der hydraulische Bruch musste nicht fixiert werden und wurde durch den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit offen gehalten. Die sich darin entwickelnde freie Konvektion sorgte für eine effektive Teilnahme am Wärmeaustausch fast der gesamten Oberfläche des Aufschlusses des heißen Gesteins.

Die Gewinnung von unterirdischer Wärmeenergie aus heißem, undurchlässigem Gestein, basierend auf den in der Öl- und Gasindustrie seit langem beherrschten und praktizierten Methoden des Schrägbohrens und des hydraulischen Brechens, verursachte keine seismische Aktivität oder andere schädliche Auswirkungen auf die Umgebung.

1983 wiederholten britische Wissenschaftler die amerikanische Erfahrung, indem sie in Carnwell einen experimentellen GCC mit hydraulischem Brechen von Graniten schufen. Ähnliche Arbeiten wurden in Deutschland und Schweden durchgeführt. In den USA wurden mehr als 224 Erdwärmeprojekte realisiert. Es wird jedoch angenommen, dass geothermische Ressourcen den Großteil des zukünftigen Bedarfs der USA an nichtelektrischer thermischer Energie decken können. In Japan erreichte die Kapazität von GeoTPP im Jahr 2000 etwa 50 GW.

Derzeit wird in 65 Ländern an geothermischen Ressourcen geforscht und exploriert. Weltweit wurden auf Basis von Geothermie Stationen mit einer Gesamtleistung von etwa 10 GW geschaffen. Die Vereinten Nationen unterstützen aktiv die Entwicklung der Erdwärme.

Die in vielen Ländern der Welt gesammelten Erfahrungen mit der Verwendung von geothermischen Kühlmitteln zeigen, dass sie unter günstigen Bedingungen 2-5 mal rentabler sind als Wärme- und Kernkraftwerke. Berechnungen zeigen, dass eine geothermische Bohrung 158.000 Tonnen Kohle pro Jahr ersetzen kann.

Somit ist die Erdwärme vielleicht die einzige große erneuerbare Energiequelle, deren rationelle Entwicklung verspricht, die Energiekosten im Vergleich zu moderner Brennstoffenergie zu senken. Mit einem ebenso unerschöpflichen Energiepotential werden Solar- und thermonukleare Anlagen leider teurer sein als bestehende Brennstoffanlagen.

Trotz der sehr langen Entwicklungsgeschichte der Erdwärme hat die Geothermie heute noch nicht ihren hohen Entwicklungsstand erreicht. Die Entwicklung der thermischen Energie der Erde stößt beim Bau von Tiefbrunnen, die ein Kanal sind, um das Kühlmittel an die Oberfläche zu bringen, auf große Schwierigkeiten. Aufgrund der hohen Temperatur an der Bohrlochsohle (200-250 °C) sind traditionelle Gesteinsschneidwerkzeuge für Arbeiten unter solchen Bedingungen ungeeignet, es gibt besondere Anforderungen an die Auswahl von Bohr- und Verrohrungsrohren, Zementschlämmen, Bohrtechnik, Verrohrung und Fertigstellung von Brunnen. Haushaltsmessgeräte, serienmäßige Betriebsarmaturen und Geräte werden in einer Ausführung hergestellt, die Temperaturen nicht höher als 150-200 ° C zulässt. Herkömmliches mechanisches Tiefbohren von Brunnen verzögert sich manchmal um Jahre und erfordert erhebliche finanzielle Kosten. In den Hauptproduktionsanlagen betragen die Bohrkosten 70 bis 90%. Dieses Problem kann und sollte nur gelöst werden, indem eine fortschrittliche Technologie für die Entwicklung des Hauptteils der geothermischen Ressourcen geschaffen wird, d.h. Energiegewinnung aus heißem Gestein.

Unsere Gruppe russischer Wissenschaftler und Spezialisten beschäftigt sich seit mehr als einem Jahr mit dem Problem der Gewinnung und Nutzung der unerschöpflichen, erneuerbaren Tiefenwärmeenergie des heißen Gesteins der Erde auf dem Territorium der Russischen Föderation. Ziel der Arbeit ist es, auf der Grundlage einheimischer Hochtechnologien technische Mittel für ein tiefes Eindringen in die Eingeweide der Erdkruste zu schaffen. Derzeit wurden mehrere Varianten von Bohrwerkzeugen (BS) entwickelt, die in der weltweiten Praxis keine Analoga haben.

Der Betrieb der ersten Version des BS ist an die aktuelle konventionelle Brunnenbohrtechnik gekoppelt. Bohrgeschwindigkeit in Hartgestein (durchschnittliche Dichte 2500-3300 kg/m3) bis zu 30 m/h, Bohrdurchmesser 200-500 mm. Die zweite Variante des BS führt das Bohren von Brunnen in einem autonomen und automatischen Modus durch. Der Start erfolgt von einer speziellen Start- und Akzeptanzplattform aus, von der aus seine Bewegung gesteuert wird. Innerhalb weniger Stunden können tausend Meter BS in hartem Gestein passiert werden. Brunnendurchmesser von 500 bis 1000 mm. Wiederverwendbare BS-Varianten haben eine große Kosteneffizienz und ein enormes Wertpotenzial. Die Einführung von BS in die Produktion wird eine neue Phase beim Bau von Brunnen eröffnen und den Zugang zu unerschöpflichen Quellen thermischer Energie der Erde ermöglichen.

Für die Bedürfnisse der Wärmeversorgung liegt die erforderliche Tiefe der Brunnen im ganzen Land im Bereich von bis zu 3-4,5 Tausend Metern und überschreitet 5-6 Tausend Meter nicht Die Temperatur des Wärmeträgers für die Wohnungs- und kommunale Wärmeversorgung 150 °C nicht überschreiten. Bei Industrieanlagen übersteigt die Temperatur in der Regel 180-200 °C nicht.

Der Zweck der Gründung des GCC besteht darin, abgelegene, schwer zugängliche und unterentwickelte Regionen der Russischen Föderation mit konstanter, erschwinglicher und billiger Wärme zu versorgen. Die Betriebsdauer des GCS beträgt 25-30 Jahre oder mehr. Die Amortisationszeit der Stationen (unter Berücksichtigung neuester Bohrtechnologien) beträgt 3-4 Jahre.

Durch die Schaffung entsprechender Kapazitäten in der Russischen Föderation in den kommenden Jahren zur Nutzung von Geothermie für den nichtelektrischen Bedarf können etwa 600 Millionen Tonnen Brennstoffäquivalent ersetzt werden. Die Einsparungen können bis zu 2 Billionen Rubel betragen.

Bis 2030 ist es möglich, Energiekapazitäten zu schaffen, um Feuerenergie um bis zu 30 % zu ersetzen, und bis 2040 organische Rohstoffe als Brennstoff nahezu vollständig aus der Energiebilanz der Russischen Föderation zu eliminieren.

Literatur

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