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 solchen 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 minderwertige Wärmeenergie wird Grundwasser genutzt, 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.

2. Thermisches Regime der Erde

Die Erde ist ein kalter kosmischer Körper. Die Oberflächentemperatur hängt hauptsächlich von der Wärmezufuhr von außen ab. 95 % der Wärme der oberen Schicht der Erde ist extern (Solar-)Wärme und nur 5% Wärme intern , das aus den Eingeweiden der Erde stammt und mehrere Energiequellen umfasst. Im Erdinneren steigt die Temperatur mit der Tiefe von 1300 o C (im oberen Mantel) auf 3700 o C (in der Mitte des Erdkerns).

externe Hitze. Wärme kommt hauptsächlich von der Sonne an die Erdoberfläche. Jeder Quadratzentimeter der Oberfläche erhält innerhalb einer Minute etwa 2 Kalorien Wärme. Dieser Wert wird aufgerufen Solarkonstante und bestimmt die Gesamtwärmemenge, die von der Sonne auf die Erde gelangt. Für ein Jahr sind es 2,26 10 21 Kalorien. Die Eindringtiefe der Sonnenwärme in das Innere der Erde hängt hauptsächlich von der Wärmemenge ab, die pro Flächeneinheit fällt, und von der Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen. Die maximale Tiefe, in die externe Wärme eindringt, beträgt 200 m in den Ozeanen und etwa 40 m an Land.

innere Wärme. Mit der Tiefe steigt die Temperatur, die in verschiedenen Gebieten sehr ungleichmäßig auftritt. Die Temperaturerhöhung folgt einem adiabatischen Gesetz und hängt von der Verdichtung des Stoffes unter Druck ab, wenn kein Wärmeaustausch mit der Umgebung möglich ist.

Die wichtigsten Wärmequellen im Erdinneren:

Beim radioaktiven Zerfall von Elementen freigesetzte Wärme.

Restwärme, die bei der Entstehung der Erde übrig geblieben ist.

Gravitationswärme, die bei der Kompression der Erde und der Verteilung der Materie in der Dichte freigesetzt wird.

Wärme, die durch chemische Reaktionen in den Tiefen der Erdkruste entsteht.

Wärme, die durch die Gezeitenreibung der Erde freigesetzt wird.

Es gibt 3 Temperaturzonen:

ICH- Variable Temperaturzone . Die Temperaturänderung wird durch das Klima der Region bestimmt. Tägliche Schwankungen sterben praktisch in einer Tiefe von etwa 1,5 m aus und jährliche Schwankungen in Tiefen von 20 ... 30 m. Ia - Gefrierzone.

II - Zone mit konstanter Temperatur befinden sich je nach Region in Tiefen von 15…40 m.

III - heiße Zone .

Das Temperaturregime von Gesteinen in den Eingeweiden der Erdkruste wird üblicherweise durch einen geothermischen Gradienten und eine geothermische Stufe ausgedrückt.

Die Höhe des Temperaturanstiegs pro 100 m Tiefe wird genannt geothermischer Gradient. In Afrika, im Witwatersrand-Feld, 1,5 °C, in Japan (Echigo) - 2,9 °C, in Südaustralien - 10,9 °C, in Kasachstan (Samarinda) - 6,3 °C, auf der Kola-Halbinsel - 0,65 °C .

Reis. 3. Temperaturzonen in der Erdkruste: I - Zone variabler Temperaturen, Ia - Gefrierzone; II - Zone konstanter Temperaturen; III - Zone des Temperaturanstiegs.

Die Tiefe, bei der die Temperatur um 1 Grad ansteigt, wird genannt geothermische Stufe. Die Zahlenwerte der geothermischen Stufe sind nicht nur in verschiedenen Breitengraden konstant, sondern auch in verschiedenen Tiefen desselben Punktes in der Region. Der Wert der geothermischen Stufe variiert zwischen 1,5 und 250 m. In Archangelsk beträgt sie 10 m, in Moskau 38,4 m und in Pjatigorsk 1,5 m. Theoretisch beträgt der Durchschnittswert dieser Stufe 33 m.

In einem in Moskau bis zu einer Tiefe von 1.630 m gebohrten Bohrloch betrug die Temperatur am Boden des Bohrlochs 41 °C, und in einer im Donbass bis zu einer Tiefe von 1.545 m gebohrten Mine betrug die Temperatur 56,3 °C. Die höchste Temperatur wurde in den USA in einem Bohrloch in 7136 m Tiefe gemessen, wo sie 224 °C entspricht. Der Temperaturanstieg mit der Tiefe sollte bei der Auslegung tiefer Bauwerke berücksichtigt werden, Berechnungen zufolge sollte die Temperatur in 400 km Tiefe 1400...1700 °C erreichen. Die höchsten Temperaturen (ca. 5000 °C) wurden im Erdkern gemessen.

Der Begriff „Geothermie“ setzt sich aus den griechischen Wörtern earth (geo) und thermal (thermisch) zusammen. In der Tat, Erdwärme kommt aus der Erde selbst. Wärme aus dem Erdkern, dessen Durchschnittstemperatur 3600 Grad Celsius beträgt, wird auf die Oberfläche des Planeten abgestrahlt.

Die Erwärmung unterirdischer Quellen und Geysire in mehreren Kilometern Tiefe kann mit speziellen Brunnen erfolgen, durch die heißes Wasser (oder Dampf daraus) an die Oberfläche strömt, wo es direkt als Wärme oder indirekt durch Drehen zur Stromerzeugung genutzt werden kann Turbinen.

Da das Wasser unter der Erdoberfläche ständig aufgefüllt wird und der Kern der Erde weiterhin Wärme im Verhältnis zum menschlichen Leben auf unbestimmte Zeit erzeugen wird, wird Geothermie dies schließlich tun sauber und erneuerbar.

Methoden zum Sammeln von Energieressourcen der Erde

Heute gibt es drei Hauptmethoden zur Gewinnung geothermischer Energie: Trockendampf, Heißwasser und binärer Kreislauf. Der Trockendampfprozess treibt direkt die Turbinenantriebe der Stromerzeuger an. Heißes Wasser tritt von unten nach oben ein und wird dann in den Tank gesprüht, um Dampf zu erzeugen, der die Turbinen antreibt. Diese beiden Methoden sind die gebräuchlichsten und erzeugen in den USA, Island, Europa, Russland und anderen Ländern Hunderte von Megawatt Strom. Der Standort ist jedoch begrenzt, da diese Anlagen nur in tektonischen Regionen betrieben werden, in denen es einfacher ist, auf erwärmtes Wasser zuzugreifen.

Bei der Binärkreislauftechnologie wird warmes (nicht unbedingt heißes) Wasser an die Oberfläche gefördert und mit Butan oder Pentan kombiniert, das einen niedrigen Siedepunkt hat. Diese Flüssigkeit wird durch einen Wärmetauscher gepumpt, wo sie verdampft und durch eine Turbine geleitet wird, bevor sie wieder in das System zurückgeführt wird. Die Binärzyklus-Technologie liefert in den USA mehrere zehn Megawatt Strom: Kalifornien, Nevada und die Hawaii-Inseln.

Das Prinzip der Energiegewinnung

Nachteile der Gewinnung von Erdwärme

Auf Versorgungsebene sind geothermische Kraftwerke teuer in Bau und Betrieb. Die Suche nach einem geeigneten Standort erfordert kostspielige Bohrlochvermessungen ohne Garantie, einen produktiven unterirdischen Hotspot zu treffen. Analysten erwarten jedoch, dass sich diese Kapazität in den nächsten sechs Jahren nahezu verdoppeln wird.

Darüber hinaus befinden sich Gebiete mit einer hohen Temperatur einer unterirdischen Quelle in Gebieten mit aktiven geologischen und chemischen Vulkanen. Diese "Hot Spots" bildeten sich an den Grenzen tektonischer Platten an Stellen, an denen die Kruste ziemlich dünn ist. Der Pazifik wird oft als Feuerring für viele Vulkane bezeichnet, in denen es viele Hotspots gibt, darunter solche in Alaska, Kalifornien und Oregon. Nevada hat Hunderte von Hotspots, die den größten Teil des Nordens der USA abdecken.

Es gibt noch andere seismisch aktive Gebiete. Erdbeben und die Bewegung von Magma lassen Wasser zirkulieren. An manchen Stellen steigt das Wasser an die Oberfläche und es entstehen natürliche heiße Quellen und Geysire, wie zum Beispiel in Kamtschatka. Das Wasser in den Geysiren von Kamtschatka erreicht 95°C.

Eines der Probleme bei offenen Geysirsystemen ist die Freisetzung bestimmter Luftschadstoffe. Schwefelwasserstoff – ein giftiges Gas mit einem sehr erkennbaren Geruch nach „faulen Eiern“ – geringe Mengen an Arsen und Mineralien, die mit Dampf freigesetzt werden. Salz kann auch ein Umweltproblem darstellen.

Bei Offshore-Geothermiekraftwerken sammelt sich in den Rohren eine erhebliche Menge an störendem Salz an. In geschlossenen Systemen gibt es keine Emissionen und alle an die Oberfläche gebrachte Flüssigkeit wird zurückgeführt.

Wirtschaftliches Potenzial der Energieressource

Nicht nur seismisch aktive Stellen sind geothermische Energie zu finden. Nahezu überall auf der Erde gibt es in Tiefen von 4 Metern bis zu mehreren Kilometern unter der Oberfläche eine konstante Versorgung mit nutzbarer Wärme für direkte Heizzwecke. Sogar das Land im eigenen Hinterhof oder bei einer örtlichen Schule hat das wirtschaftliche Potenzial, ein Haus oder andere Gebäude mit Wärme zu versorgen.

Darüber hinaus gibt es in trockenen Gesteinsformationen sehr tief unter der Oberfläche (4 - 10 km) eine enorme Menge an thermischer Energie.

Der Einsatz neuer Technologien könnte geothermische Systeme erweitern, in denen Menschen diese Wärme in viel größerem Umfang als mit herkömmlicher Technologie zur Stromerzeugung nutzen können. Erste Demonstrationsprojekte dieses Stromerzeugungsprinzips werden bereits 2013 in den USA und Australien gezeigt.

Wenn das volle wirtschaftliche Potenzial geothermischer Ressourcen ausgeschöpft werden kann, wird es eine riesige Stromquelle für Produktionskapazitäten darstellen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass herkömmliche geothermische Quellen ein Potenzial von 38.000 MW haben, die 380 Millionen MW Strom pro Jahr erzeugen können.

Heißes trockenes Gestein tritt in Tiefen von 5 bis 8 km überall im Untergrund und an bestimmten Stellen in geringeren Tiefen auf. Der Zugang zu diesen Ressourcen beinhaltet die Einführung von kaltem Wasser, das durch heiße Felsen zirkuliert, und die Entfernung von erhitztem Wasser. Derzeit gibt es keine kommerzielle Anwendung dieser Technologie. Bestehende Technologien erlauben es noch nicht, thermische Energie direkt aus Magma zu gewinnen, sehr tief, aber dies ist die stärkste Ressource der geothermischen Energie.

Mit der Kombination von Energieressourcen und ihrer Konsistenz kann Geothermie eine unverzichtbare Rolle als saubereres, nachhaltigeres Energiesystem spielen.

Bau von geothermischen Kraftwerken

Geothermie ist saubere und nachhaltige Wärme aus der Erde. Größere Ressourcen reichen von einigen Kilometern unter der Erdoberfläche und sogar noch tiefer bis zu geschmolzenem Hochtemperaturgestein namens Magma. Aber wie oben beschrieben, haben die Menschen das Magma noch nicht erreicht.

Drei geothermische Kraftwerksdesigns

Die Technologie der Anwendung wird durch die Ressource bestimmt. Kommt das Wasser als Dampf aus dem Brunnen, kann es direkt verwendet werden. Wenn das heiße Wasser hoch genug ist, muss es durch den Wärmetauscher fließen.

Der erste Brunnen zur Stromerzeugung wurde vor 1924 gebohrt. In den 1950er Jahren wurden tiefere Brunnen gebohrt, aber die eigentliche Entwicklung findet in den 1970er und 1980er Jahren statt.

Direkte Nutzung von Erdwärme

Geothermische Quellen können auch direkt zu Heizzwecken genutzt werden. Heißes Wasser wird verwendet, um Gebäude zu heizen, Pflanzen in Gewächshäusern anzubauen, Fische und Getreide zu trocknen, die Ölproduktion zu verbessern, industrielle Prozesse wie Milchpasteure zu unterstützen und Wasser in Fischfarmen zu erhitzen. In den USA nutzen Klamath Falls, Oregon und Boise, Idaho, seit über einem Jahrhundert geothermisches Wasser zum Heizen von Häusern und Gebäuden. An der Ostküste erhält die Stadt Warm Springs, Virginia, Wärme direkt aus Quellwasser, indem Wärmequellen in einem der örtlichen Resorts verwendet werden.

In Island wird praktisch jedes Gebäude des Landes mit heißem Quellwasser beheizt. Tatsächlich bezieht Island mehr als 50 Prozent seiner Primärenergie aus geothermischen Quellen. In Reykjavik zum Beispiel (118.000 Einwohner) wird heißes Wasser 25 Kilometer über ein Förderband transportiert, und die Bewohner nutzen es zum Heizen und für den Naturbedarf.

Neuseeland bekommt 10 % seines Stroms extra. ist trotz des Vorhandenseins von Thermalwasser unterentwickelt.

Diese Energie gehört zu alternativen Quellen. Heutzutage erwähnen sie immer häufiger die Möglichkeiten, Ressourcen zu erhalten, die uns der Planet gibt. Wir können sagen, dass wir in einer Ära der Mode für erneuerbare Energien leben. Viele technische Lösungen, Pläne, Theorien in diesem Bereich werden erstellt.

Es ist tief im Inneren der Erde und hat die Eigenschaften der Erneuerung, mit anderen Worten, es ist endlos. Klassische Ressourcen gehen laut Wissenschaftlern langsam zur Neige, Öl, Kohle, Gas werden ausgehen.

Geothermisches Kraftwerk Nesjavellir, Island

Daher kann man sich schrittweise darauf vorbereiten, neue alternative Methoden der Energieerzeugung zu übernehmen. Unter der Erdkruste befindet sich ein mächtiger Kern. Seine Temperatur reicht von 3000 bis 6000 Grad. Die Bewegung lithosphärischer Platten demonstriert ihre enorme Kraft. Es manifestiert sich in Form von vulkanischem Schwappen von Magma. In der Tiefe kommt es zu radioaktivem Zerfall, der manchmal solche Naturkatastrophen auslöst.

Normalerweise erwärmt Magma die Oberfläche, ohne darüber hinauszugehen. So entstehen Geysire oder warme Wasserbecken. Auf diese Weise können physikalische Prozesse für die richtigen Zwecke der Menschheit genutzt werden.

Arten von geothermischen Energiequellen

Es wird normalerweise in zwei Arten unterteilt: hydrothermale und petrothermale Energie. Die erste entsteht durch warme Quellen und die zweite Art ist der Temperaturunterschied an der Oberfläche und in den Tiefen der Erde. Um es mit eigenen Worten auszudrücken, eine hydrothermale Quelle besteht aus Dampf und heißem Wasser, während eine petrothermale Quelle tief unter der Erde verborgen ist.

Karte des Entwicklungspotenzials der Geothermie weltweit

Für die Petrothermalenergie müssen zwei Brunnen gebohrt und einer mit Wasser gefüllt werden, woraufhin ein Höhenflug stattfindet, der an die Oberfläche kommt. Es gibt drei Klassen von geothermischen Gebieten:

• Geothermie - in der Nähe der Kontinentalplatten gelegen. Temperaturgradient über 80 °C/km. Als Beispiel die italienische Gemeinde Larderello. Es gibt ein Kraftwerk
• Halbthermisch - Temperatur 40 - 80 C / km. Dies sind natürliche Grundwasserleiter, die aus Schotter bestehen. Mancherorts in Frankreich werden Gebäude auf diese Weise beheizt.
• Normal – Gefälle unter 40 °C/km. Die Darstellung solcher Bereiche ist am häufigsten

Sie sind eine ausgezeichnete Quelle für den Konsum. Sie befinden sich in einer bestimmten Tiefe im Felsen. Schauen wir uns die Einteilung genauer an:

• Epithermal - Temperatur von 50 bis 90 s
• Mesothermal - 100 - 120 s
• Hypothermal - mehr als 200 s

Diese Arten bestehen aus unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. Abhängig davon kann Wasser für verschiedene Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel bei der Stromerzeugung, Wärmebereitstellung (thermische Strecken), Rohstoffbasis.

Video: Geothermie

Prozess der Wärmeversorgung

Die Wassertemperatur beträgt 50 -60 Grad, was für die Beheizung und Wärmeversorgung eines Wohngebietes optimal ist. Der Bedarf an Heizsystemen hängt von der geografischen Lage und den klimatischen Bedingungen ab. Und die Menschen brauchen ständig die Bedürfnisse der Warmwasserversorgung. Für diesen Prozess werden GTS (Geothermal Thermal Stations) gebaut.

Wenn für die klassische Erzeugung von Wärmeenergie ein Kesselhaus verwendet wird, das feste oder gasförmige Brennstoffe verbraucht, wird bei dieser Erzeugung eine Geysirquelle verwendet. Der technische Prozess ist sehr einfach, die gleiche Kommunikation, thermische Wege und Ausrüstung. Es reicht aus, einen Brunnen zu bohren, ihn von Gasen zu reinigen, ihn dann mit Pumpen in den Heizraum zu schicken, wo der Temperaturplan eingehalten wird, und dann in die Heizungsleitung einzutreten.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass kein Brennstoffkessel verwendet werden muss. Dadurch werden die Kosten für thermische Energie erheblich reduziert. Abonnenten erhalten im Winter Wärme und Warmwasser, im Sommer nur Warmwasser.

Stromerzeugung

Heiße Quellen, Geysire sind die Hauptkomponenten bei der Stromerzeugung. Dazu werden mehrere Schemata verwendet, spezielle Kraftwerke werden gebaut. GTS-Gerät:

• Warmwasserspeicher
• Pumpe
• Gasabscheider
• Dampfabscheider
• erzeugende Turbine
• Kondensator
• Druckerhöhungspumpe
• Tank - Kühler

Wie Sie sehen können, ist das Hauptelement des Kreislaufs ein Dampfkonverter. Dies ermöglicht die Gewinnung von gereinigtem Dampf, da er Säuren enthält, die die Turbinenausrüstung zerstören. Es ist möglich, im technologischen Zyklus ein gemischtes Schema zu verwenden, dh Wasser und Dampf sind an dem Prozess beteiligt. Die Flüssigkeit durchläuft die gesamte Stufe der Reinigung von Gasen sowie Dampf.

Schaltung mit binärer Quelle

Die Arbeitskomponente ist eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt. Thermalwasser ist auch an der Stromerzeugung beteiligt und dient als Sekundärrohstoff.

Mit seiner Hilfe entsteht niedrigsiedender Quelldampf. GTS mit einem solchen Arbeitszyklus können vollständig automatisiert werden und erfordern kein Wartungspersonal. Leistungsstärkere Stationen verwenden ein Zweikreisschema. Dieser Kraftwerkstyp ermöglicht das Erreichen einer Leistung von 10 MW. Doppelschaltungsstruktur:

• Dampfgenerator
• Turbine
• Kondensator
• Auswerfer
• Förderpumpe
• Economizer
• Verdampfer

Praktischer Nutzen

Riesige Reserven an Quellen sind um ein Vielfaches größer als der jährliche Energieverbrauch. Aber nur ein kleiner Bruchteil wird von der Menschheit genutzt. Der Bau der Bahnhöfe geht auf das Jahr 1916 zurück. In Italien wurde das erste GeoTPP mit einer Kapazität von 7,5 MW erstellt. Die Industrie entwickelt sich aktiv in solchen Ländern wie: USA, Island, Japan, Philippinen, Italien.

Die aktive Exploration potenzieller Standorte und bequemerer Extraktionsmethoden ist im Gange. Die Produktionskapazität wächst von Jahr zu Jahr. Wenn wir den Wirtschaftsindikator berücksichtigen, entsprechen die Kosten einer solchen Industrie denen von Kohlekraftwerken. Island deckt den Kommunal- und Wohnungsbestand fast vollständig mit einer GT-Quelle ab. 80 % der Haushalte nutzen heißes Wasser aus Brunnen zum Heizen. Experten aus den USA behaupten, dass GeoTPPs bei richtiger Entwicklung das 30-fache des Jahresverbrauchs produzieren können. Wenn wir über das Potenzial sprechen, dann werden sich 39 Länder der Erde vollständig mit Strom versorgen können, wenn sie den Erdinneren zu 100 Prozent nutzen.

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 tiefe Hitze 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.