Venäjälle maapallon lämmön energiasta voi tulla jatkuva, luotettava lähde halvan ja edullisen sähkön ja lämmön tuottamiseen käyttämällä uusia korkealaatuisia, ympäristöystävällisiä tekniikoita sen talteenottamiseen ja toimittamiseen kuluttajille. Tämä on erityisen totta tällä hetkellä

Fossiilisten energian raaka-aineiden rajalliset resurssit

Orgaanisten energiaraaka-aineiden kysyntä on suuri teollisuus- ja kehitysmaissa (USA, Japani, yhdistyneen Euroopan valtiot, Kiina, Intia jne.). Samaan aikaan niiden omat hiilivetyvarat näissä maissa ovat joko riittämättömät tai varatut, ja maa, esimerkiksi Yhdysvallat, ostaa energian raaka-aineita ulkomailta tai kehittää esiintymiä muissa maissa.

Venäjällä, joka on yksi energiavaroiltaan rikkaimmista maista, taloudelliset energiatarpeet tyydytetään edelleen luonnonvarojen käyttömahdollisuuksilla. Fossiilisten hiilivetyjen uuttaminen suolistosta on kuitenkin erittäin nopeaa nopeasti. Jos 1940-1960-luvuilla. Tärkeimmät öljyntuotantoalueet olivat "Toinen Baku" Volgassa ja Cis-Uralissa, sitten 1970-luvulta lähtien ja nykypäivään Länsi-Siperia on ollut tällainen alue. Mutta myös täällä fossiilisten hiilivetyjen tuotanto on vähentynyt merkittävästi. "Kuivan" Cenomanian kaasun aikakausi on ohimenevä. Maakaasun tuotannon laajan kehittämisen edellinen vaihe on päättynyt. Sen louhinta sellaisista jättimäisistä esiintymistä kuin Medvezhye, Urengoyskoye ja Yamburgskoye oli vastaavasti 84, 65 ja 50 prosenttia. Myös kehityksen kannalta suotuisten öljyvarojen osuus pienenee ajan myötä.

Hiilivetypolttoaineiden aktiivisen kulutuksen ansiosta öljyn ja maakaasun maavarat ovat pienentyneet merkittävästi. Nyt heidän tärkeimmät reservinsä ovat keskittyneet mannerjalusta. Ja vaikka raaka-ainepohjaöljy- ja kaasuteollisuus riittää edelleen öljyn ja kaasun tuotantoon Venäjällä tarvittavat määrät, sitä tarjotaan lähitulevaisuudessa yhä enemmän kehittämällä esiintymiä, joilla on monimutkaiset kaivos- ja geologiset olosuhteet. Samalla hiilivetyjen tuotannon kustannukset kasvavat.

Suurin osa maaperän uusiutumattomista luonnonvaroista käytetään polttoaineena voimalaitokset. Ensinnäkin tämä on 64 %:n osuus polttoainerakenteesta.

Venäjällä 70 % sähköstä tuotetaan lämpövoimalaitoksissa. Maan energiayritykset polttavat vuosittain noin 500 miljoonaa tonnia ns. tonnia sähkön ja lämmön tuotantoon, kun taas lämmön tuotanto kuluttaa 3-4 kertaa enemmän hiilivetypolttoainetta kuin sähkön tuotanto.

Näiden määrien hiilivetyraaka-ainemäärien polttamisesta saatava lämmön määrä vastaa satojen tonnejen ydinpolttoaineen käyttöä - ero on valtava. kuitenkin ydinenergia vaatii tarjontaa ympäristöturvallisuus(Tshernobylin toistumisen estämiseksi) ja suojella sitä mahdollisilta terrori-iskuilta sekä vanhentuneiden ja käytettyjen ydinvoimaloiden turvalliselta ja kalliilta käytöstäpoistolta. Maailman todetut hyödynnettävissä olevat uraanivarat ovat noin 3 miljoonaa 400 tuhatta tonnia, ja koko edelliseltä ajanjaksolta (vuoteen 2007 asti) louhittiin noin 2 miljoonaa tonnia.

Uusiutuvat energialähteet globaalin energian tulevaisuutena

Maailmassa viime vuosikymmeninä lisääntynyt kiinnostus vaihtoehtoisia uusiutuvia energialähteitä (RES) kohtaan ei johdu pelkästään hiilivetypolttoainevarastojen ehtymisestä, vaan myös tarpeesta ratkaista ympäristöongelmia. Objektiiviset tekijät (fossiiliset polttoaine- ja uraanivarat sekä muutokset ympäristöön perinteisen tulipalon ja ydinenergian käyttöön liittyvät) ja energian kehityssuuntaukset viittaavat siihen, että siirtyminen uusiin energiantuotantomenetelmiin ja -muotoihin on väistämätöntä. Jo XXI vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla. siirtyy kokonaan tai lähes kokonaan epäperinteisiin energialähteisiin.

Mitä nopeammin läpimurto tähän suuntaan tehdään, sitä vähemmän tuskallista se on koko yhteiskunnalle ja hyödyllisempää maalle, jossa ratkaisevia askeleita osoitettuun suuntaan.

Maailmantalous on jo asettanut suunnan siirtymiselle perinteisten ja uusien energialähteiden järkevään yhdistämiseen. Maailman energiankulutus vuonna 2000 oli yli 18 miljardia tonnia polttoaineekvivalenttia. tonnia, ja energiankulutus voi nousta vuoteen 2025 mennessä 30–38 miljardiin tonniin polttoaineekvivalenttia. tonnia, ennustetietojen mukaan vuoteen 2050 mennessä kulutus 60 miljardin tonnin polttoaineekvivalenttitasolla on mahdollista. t. Maailmantalouden kehityksen tyypillinen suuntaus tarkastelujaksolla on fossiilisten polttoaineiden kulutuksen systemaattinen vähentäminen ja vastaavasti epäperinteisten energiavarojen käytön lisääntyminen. Maan lämpöenergia on yksi ensimmäisistä paikoista niiden joukossa.

Tällä hetkellä Venäjän federaation energiaministeriö on hyväksynyt kehitysohjelman ei-perinteistä energiaa, mukaan lukien 30 suuria hankkeita lämpöpumppulaitteistojen (HPU) käyttö, jonka toimintaperiaate perustuu maapallon matalapotentiaalisen lämpöenergian kulutukseen.

Maan lämpö- ja lämpöpumppujen matalapotentiaalinen energia

Maan matalapotentiaalisen lämpöenergian lähteet ovat auringonsäteily ja lämpösäteilyä planeettamme lämmitetty suolisto. Tällä hetkellä tällaisen energian käyttö on yksi dynaamisesti kehittyvistä uusiutuviin energialähteisiin perustuvan energian alueista.

Maan lämpöä voidaan käyttää erilaisia ​​tyyppejä rakennukset ja rakenteet lämmitykseen, käyttövesihuoltoon, ilmastointiin (jäähdytykseen) sekä lämmityspolkuihin talviaika vuotta, jäätymisen esto, kenttien lämmitys avoimilla stadioneilla jne. Englanninkielisessä teknisessä kirjallisuudessa järjestelmiä, jotka hyödyntävät maapallon lämpöä lämmitys- ja ilmastointijärjestelmissä, kutsutaan GHP - "geothermal heat pumps" (geothermal heat pumps) ). Keski- ja Keski-maiden ilmasto-ominaisuudet Pohjoinen Eurooppa, jotka yhdessä Yhdysvaltojen ja Kanadan kanssa ovat pääasiallisia maapallon heikkolaatuisen lämmön käyttöalueita, määrittävät tämän pääasiassa lämmitystarkoituksiin; ilman jäähdytystä, jopa kesällä, tarvitaan suhteellisen harvoin. Siksi, toisin kuin Yhdysvalloissa, lämpöpumput Euroopan maissa toimivat pääasiassa lämmitystilassa. Yhdysvalloissa niitä käytetään useammin ilmalämmitysjärjestelmissä yhdessä ilmanvaihdon kanssa, mikä mahdollistaa sekä ulkoilman lämmityksen että jäähdytyksen. Euroopan maissa lämpöpumppuja käytetään yleensä vesilämmitysjärjestelmissä. Koska niiden hyötysuhde kasvaa höyrystimen ja lauhduttimen välisen lämpötilaeron pienentyessä, lattialämmitysjärjestelmiä käytetään usein rakennusten lämmittämiseen, joissa kiertää suhteellisen alhaisen lämpötilan (35–40 °C) jäähdytysnestettä.

Järjestelmätyypit maapallon lämmön matalapotentiaalisen energian käyttöön

AT yleinen tapaus Maan lämmön matalapotentiaalisen energian käyttämiseen on olemassa kahdenlaisia ​​järjestelmiä:

- avoimet järjestelmät: matalalaatuisen lämpöenergian lähteenä käytetään pohjavettä, joka syötetään suoraan lämpöpumppuihin;

- suljetut järjestelmät: lämmönvaihtimet sijaitsevat maaperässä; kun niiden läpi kiertää maata alhaisempaa jäähdytysnestettä, lämpöenergia "poistetaan" maasta ja siirretään lämpöpumpun höyrystimeen (tai kun käytetään jäähdytysnestettä, jonka lämpötila on korkeampi kuin maan lämpötila, se jäähdytetään ).

Miinukset avoimet järjestelmät kaivot vaativat huoltoa. Lisäksi tällaisten järjestelmien käyttö ei ole mahdollista kaikilla alueilla. Tärkeimmät maaperän ja pohjaveden vaatimukset ovat seuraavat:

- maaperän riittävä vedenläpäisevyys, mikä mahdollistaa vesivarantojen täydentämisen;

– hyvä kemiallinen koostumus pohjavesi(esim. alhainen rautapitoisuus), jotta vältytään putkistossa ja korroosiolta.

Suljetut järjestelmät maapallon lämmön matalapotentiaalisen energian käyttöön

Suljetut järjestelmät ovat vaaka- ja pystysuuntaisia ​​(kuva 1).

Riisi. 1. Kaavio maalämpöpumppuasennuksesta: a - vaaka

ja b - pystysuuntaiset maalämmönvaihtimet.

Vaakasuora maalämmönvaihdin

Länsi- ja Keski-Euroopan maissa vaakasuuntainen maan lämmönvaihtimet yleensä ne ovat erillisiä putkia, jotka on laskettu suhteellisen tiiviisti ja kytketty toisiinsa sarjaan tai rinnan (kuva 2).

Riisi. 2. Vaakasuuntaiset maalämmönvaihtimet, joissa: a - peräkkäinen ja

b - rinnakkaisliitäntä.

Lämmönpoistoalueen säästämiseksi on kehitetty parannettuja lämmönvaihtimia, esimerkiksi spiraalin muotoisia lämmönvaihtimia (kuva 3), jotka sijaitsevat vaaka- tai pystysuunnassa. Tämäntyyppiset lämmönvaihtimet ovat yleisiä Yhdysvalloissa.

Muinaisista ajoista lähtien ihmiset ovat tienneet syvyyksissä piilevän jättimäisen energian elementaarisista ilmenemismuodoista maapallo. Ihmiskunnan muistissa on legendoja tuhoisista tulivuorenpurkauksista, jotka vaativat miljoonia ihmishenkiä, muutti tunnistamattomasti monien paikkojen kasvot maapallolla. Jopa suhteellisen pienen tulivuoren purkauksen voima on valtava, se ylittää monta kertaa suurimpien ihmiskäden luomien voimalaitosten tehon. Totta, tulivuorenpurkausten energian suorasta käytöstä ei tarvitse puhua: ihmisillä ei ole vielä mahdollisuutta hillitä tätä vastahakoista elementtiä, ja onneksi nämä purkaukset ovat melko harvinaisia ​​tapahtumia. Mutta nämä ovat ilmentymiä maan suolistossa piilevästä energiasta, kun vain pieni osa tästä ehtymättömästä energiasta löytää tien ulos tulivuorten tulta hengittävien tuuletusaukkojen kautta.

Pieni Euroopan maa Islanti ("jäämaa" kirjaimellisesti käännettynä) on täysin omavarainen tomaateissa, omenoissa ja jopa banaaneissa! Lukuisat islantilaiset kasvihuoneet saavat voimansa maan lämmöstä, muita paikallisia energianlähteitä Islannissa ei käytännössä ole. Mutta tämä maa on hyvin rikas kuumat lähteet ja kuuluisat geysirit - kuuman veden suihkulähteet, maasta karkaavan kronometrin tarkkuudella. Ja vaikka islantilaiset eivät ole etusijalla maanalaisten lähteiden lämmön käyttämisessä (jopa muinaiset roomalaiset toivat vettä maan alta kuuluisiin kylpylöihin - Caracallan kylpylöihin), tämän pienen alueen asukkaat pohjoinen maa käyttää maanalaista kattilataloa erittäin intensiivisesti. Pääkaupunki Reykjavik, jossa asuu puolet maan väestöstä, lämmitetään vain maanalaisilla lähteillä. Reykjavik on täydellinen lähtökohta Islantiin tutustuminen: täältä voit tehdä mielenkiintoisimpia ja monipuolisia retkiä tämän ainutlaatuisen maan mihin tahansa nurkkaan: geysirejä, tulivuoria, vesiputouksia, ryoliittivuoria, vuonoja ... Kaikkialla Reykjavikissa tunnet PUHTAISTA ENERGIA - lämpöä maasta pursuavien geysirien energiaa, ihanteellisen vihreän kaupungin puhtauden ja avaruuden energiaa, iloisen ja syttyvyyden energiaa yöelämä Reykjavik ympäri vuoden.

Mutta ei vain lämmitykseen, ihmiset saavat energiaa maan syvyyksistä. Kuumia maanalaisia ​​lähteitä käyttävät voimalaitokset ovat olleet toiminnassa jo pitkään. Ensimmäinen tällainen, vielä hyvin pienitehoinen voimalaitos rakennettiin vuonna 1904 pieneen italialaisen Larderellon kaupunkiin, joka on nimetty ranskalaisen insinöörin Larderellin mukaan. Hän jo vuonna 1827 laati hankkeen alueen lukuisten kuumien lähteiden käyttöön. Vähitellen voimalaitoksen kapasiteetti kasvoi, yhä enemmän uusia yksiköitä otettiin käyttöön, uusia kuuman veden lähteitä käytettiin, ja tänään aseman teho on jo saavuttanut vaikuttavan arvon - 360 tuhatta kilowattia. Uudessa-Seelannissa tällainen voimalaitos on Wairakein alueella, sen kapasiteetti on 160 000 kilowattia. Geoterminen laitos, jonka kapasiteetti on 500 000 kilowattia, tuottaa sähköä 120 kilometrin päässä San Franciscosta Yhdysvalloissa.

maalämpö

Muinaisista ajoista lähtien ihmiset ovat tienneet maapallon suolistossa piilevän jättimäisen energian spontaaneista ilmenemismuodoista. Ihmiskunnan muisti säilyttää legendoja katastrofaalisista tulivuorenpurkauksista, jotka vaativat miljoonia ihmishenkiä, muuttivat tunnistamattomasti monien paikkojen ulkonäköä maapallolla. Jopa suhteellisen pienen tulivuoren purkauksen voima on valtava, se ylittää monta kertaa suurimpien ihmiskäden luomien voimalaitosten tehon. Totta, tulivuorenpurkausten energian suorasta käytöstä ei tarvitse puhua - toistaiseksi ihmisillä ei ole mahdollisuutta hillitä tätä vastahakoista elementtiä, ja onneksi nämä purkaukset ovat melko harvinaisia ​​tapahtumia. Mutta nämä ovat ilmaisuja energiasta, joka piilee maan sisimmissä, kun vain pieni osa tästä ehtymättömästä energiasta löytää tien ulos tulivuorten tulta hengittävien tuuletusaukkojen kautta.

Geysiri on kuuma lähde, joka purkaa vesinsä säännölliseen tai epäsäännölliseen korkeuteen, kuten suihkulähde. Nimi tulee islannin sanasta "kaataa". Geysirien ulkonäkö vaatii tietyn suotuisa ympäristö, joka luotiin vain muutamassa paikassa maan päällä, mikä johtaa niiden melko harvinaiseen esiintymiseen. Lähes 50 % geysiristä sijaitsee Yellowstonen kansallispuistossa (USA). Geysirin toiminta voi pysähtyä suoliston muutosten, maanjäristysten ja muiden tekijöiden vuoksi. Geysirin toiminta johtuu veden kosketuksesta magman kanssa, minkä jälkeen vesi lämpenee nopeasti ja sinkoutuu geotermisen energian vaikutuksesta ylöspäin voimalla. Purkauksen jälkeen geysirissä oleva vesi jäähtyy vähitellen, tihkuu takaisin magmaan ja taas pursuaa. Erilaisten geysirien purkautumistiheys vaihtelee muutamasta minuutista useisiin tunteihin. Tarve suurta energiaa sillä geysirin toiminta on tärkein syy niiden harvinaisuuteen. Vulkaanisilla alueilla voi olla kuumia lähteitä, muta tulivuoria, fumaroleja, mutta geysireitä on hyvin vähän. Tosiasia on, että vaikka geysiri muodostuisi tulivuoren toimintapaikalle, myöhemmät purkaukset tuhoavat maan pinnan ja muuttavat sen tilaa, mikä johtaa geysirin katoamiseen.

Maan energia ( maalämpö) perustuu maan luonnollisen lämmön käyttöön. Maan suolet ovat täynnä valtavaa, lähes ehtymätöntä energianlähdettä. Vuotuinen sisäisen lämmön säteily planeetallamme on 2,8 * 1014 miljardia kWh. Sitä kompensoi jatkuvasti joidenkin maankuoren isotooppien radioaktiivinen hajoaminen.

Geotermisiä energialähteitä voi olla kahta tyyppiä. Ensimmäinen tyyppi on maanalaiset luonnon lämmönkantaja-altaat - kuuma vesi (hydrotermiset lähteet) tai höyry (höyrylämpölähteet) tai höyry-vesi-seos. Pohjimmiltaan nämä ovat suoraan käyttövalmiita "maanalaisia ​​kattiloita", joista vettä tai höyryä voidaan ottaa tavallisilla porarei'illä. Toinen tyyppi on kuuman lämpö kiviä. Pumppaamalla vettä tällaisiin horisontteihin voidaan saada myös höyryä tai tulistettua vettä myöhempää käyttöä varten energiatarkoituksiin.

Mutta molemmissa käyttötapauksissa suurin haittapuoli on kenties hyvin alhainen geotermisen energiapitoisuus. Erikoisten geotermisten poikkeamien muodostumispaikoissa, joissa kuumat lähteet tai kivet tulevat suhteellisen lähelle pintaa ja joissa lämpötila kohoaa 30-40 °C jokaista 100 metriä kohden, geotermisen energian pitoisuudet voivat kuitenkin luoda edellytykset sen taloudelliselle käytölle. Veden, höyryn tai höyry-vesi-seoksen lämpötilasta riippuen geotermiset lähteet jaetaan matala- ja keskilämpötilaisiin (lämpötiloilla jopa 130 - 150 °C) ja korkeaan lämpötilaan (yli 150 °C). Niiden käytön luonne riippuu suurelta osin lämpötilasta.

Voidaan väittää, että geotermisellä energialla on neljä hyödyllistä ominaisuutta.

Ensinnäkin sen varannot ovat käytännössä ehtymättömät. 70-luvun lopun arvioiden mukaan 10 km:n syvyyteen ne ovat arvoltaan 3,5 tuhatta kertaa suurempia kuin varannot perinteiset tyypit mineraalipolttoaine.

Toiseksi geoterminen energia on melko yleistä. Sen keskittyminen liittyy pääasiassa aktiivisen seismisen ja vulkaanisen toiminnan vyöhykkeisiin, jotka vievät 1/10 maapallon pinta-alasta. Näillä vyöhykkeillä voidaan erottaa lupaavimpia "geotermisiä alueita", joista esimerkkejä ovat Kalifornia USA:ssa, Uusi-Seelanti, Japani, Islanti, Kamtšatka ja Pohjois-Kaukasus Venäjällä. Vain sisään entinen Neuvostoliitto 1990-luvun alkuun mennessä oli avattu noin 50 maanalaista kuuman veden ja höyryn allasta.

Kolmanneksi geotermisen energian käyttö ei vaadi suuria kustannuksia, koska. sisään Tämä tapaus me puhumme luonnon itsensä luomista jo "käyttövalmiista" energialähteistä.

Lopuksi, neljänneksi, geoterminen energia on ympäristölle täysin vaaratonta eikä saastuta ympäristöä.

Ihminen on pitkään käyttänyt maan sisäisen lämmön energiaa (muistakaamme kuuluisat roomalaiset kylpylät), mutta sen kaupallinen käyttö alkoi vasta vuosisadamme 20-luvulla, kun Italiaan rakennettiin ensimmäiset geosähkövoimalat ja sitten toisissa maissa. 1980-luvun alkuun mennessä maailmassa oli toiminnassa noin 20 tällaista asemaa, joiden kokonaisteho oli 1,5 miljoonaa kW. Suurin niistä on Geysers-asema Yhdysvalloissa (500 tuhatta kW).

Geotermistä energiaa käytetään sähkön tuottamiseen, kotien, kasvihuoneiden lämmitykseen jne. Lämmönsiirtoaineena käytetään kuivaa höyryä, tulistettua vettä tai mitä tahansa lämmönsiirtoainetta, jolla on alhainen kiehumispiste (ammoniakki, freoni jne.).

maalämpö- tämä on lämpöenergiaa, joka vapautuu maan sisävyöhykkeiltä satojen miljoonien vuosien aikana. Geologisten ja geofysikaalisten tutkimusten mukaan lämpötila maan ytimessä saavuttaa 3 000-6 000 °C ja laskee vähitellen suunnassa planeetan keskustasta sen pintaan. Tuhansien tulivuorten purkaukset, maankuoren lohkojen liikkuminen, maanjäristykset todistavat voimakkaan sisäinen energia Maapallo. Tiedemiehet uskovat, että planeettamme lämpökenttä johtuu radioaktiivisesta hajoamisesta sen syvyyksissä sekä ydinaineen gravitaatiosta erottumisesta.
Tärkeimmät planeetan suoliston lämmityslähteet ovat uraani, torium ja radioaktiivinen kalium. Prosessit radioaktiivinen hajoaminen mantereilla esiintyy pääasiassa maankuoren graniittikerroksessa vähintään 20-30 km:n syvyydessä, valtamerissä - vaipan yläosassa. Oletetaan, että maankuoren pohjalla 10-15 km syvyydessä todennäköinen lämpötila-arvo mantereilla on 600-800 ° C ja valtamerissä - 150-200 ° C.
Ihminen voi käyttää geotermistä energiaa vain siellä, missä se ilmenee lähellä maan pintaa, ts. vulkaanisilla ja seisminen aktiivisuus. Nyt geotermistä energiaa käyttävät tehokkaasti sellaiset maat kuin Yhdysvallat, Italia, Islanti, Meksiko, Japani, Uusi-Seelanti, Venäjä, Filippiinit, Unkari ja El Salvador. Täällä maan sisäinen lämpö nousee aivan pintaan kuuman veden ja höyryn muodossa, jonka lämpötila on jopa 300 ° C, ja puhkeaa usein pursuavien lähteiden (geysirien), esimerkiksi kuuluisien geysirien, lämpönä. yellowstonen puisto Yhdysvalloissa, Islannin Kamchatkan geysirit.
Geotermiset energialähteet jaetaan kuivaan kuumaan höyryyn, märkään kuumaan höyryyn ja kuumaan veteen. Kaivo, joka on tärkeä sähköenergian lähde rautatie Italiassa (Larderellon kaupungin lähellä) vuodesta 1904 lähtien se on syöttänyt kuivaa kuumaa höyryä. Kaksi muuta tunnettua kuumaa kuivahöyryä maailmassa ovat Matsukawa-kenttä Japanissa ja geysirkenttä lähellä San Franciscoa, joissa myös geotermistä energiaa on käytetty tehokkaasti jo pitkään. Suurin osa maailman märästä kuumasta höyrystä sijaitsee Uudessa-Seelannissa (Wairakei), hieman heikomman kapasiteetin geotermisissä kentissä - Meksikossa, Japanissa, El Salvadorissa, Nicaraguassa, Venäjällä.
Siten voidaan erottaa neljä geotermisen energian päätyyppiä:
lämpöpumppujen käyttämä maan pintalämpö;
energiaresurssit pari, kuuma ja lämmintä vettä lähellä maan pintaa, joita käytetään nyt sähköenergian tuotannossa;
lämpö keskittyy syvälle maan pinnan alle (ehkä veden puuttuessa);
tulivuoren alle kerääntyvä magmaenergia ja lämpö.

Maalämpövarat (~ 8 * 1030J) ovat 35 miljardia kertaa globaali vuotuinen energiankulutus. Vain 1 % maankuoren geotermisestä energiasta (syvyys 10 km) voi tuottaa energiaa, joka on 500 kertaa suurempi kuin kaikki maailman öljy- ja kaasuvarat. Nykyään kuitenkin vain pieni osa näistä resursseista voidaan käyttää, ja tämä johtuu ensisijaisesti siitä taloudellisista syistä. Geotermisten resurssien (kumien syvävesien energia ja höyry) teollisen kehityksen alku laskettiin vuonna 1916, jolloin ensimmäinen 7,5 MW:n geoterminen voimalaitos otettiin käyttöön Italiassa. Geotermisten energiavarojen käytännön kehittämisestä on viime aikoina kertynyt runsaasti kokemusta. Toiminnassa olevien geotermisen voimalaitosten (GeoTPP) asennettu kokonaiskapasiteetti oli: 1975 - 1 278 MW, vuonna 1990 - 7 300 MW. Yhdysvallat, Filippiinit, Meksiko, Italia ja Japani ovat saavuttaneet suurimman edistyksen tässä asiassa.
GeoTPP:n tekniset ja taloudelliset parametrit vaihtelevat melko laajalla alueella ja riippuvat alueen geologisista ominaisuuksista (esiintymisen syvyys, käyttönesteen parametrit, sen koostumus jne.). Suurimmassa osassa käyttöön otettuja GeoTPP:itä sähkön hinta on samanlainen kuin hiilivoimaloissa tuotetun sähkön hinta, ja se on 1200...2000 US dollaria/MW.
Islannissa 80 prosenttia asuinrakennuksista lämmitetään kuumalla vedellä, joka on otettu Reykjavikin kaupungin alla olevista geotermisistä kaivoista. Yhdysvaltojen länsiosassa noin 180 kotia ja maatilaa lämmitetään geotermisellä kuumalla vedellä. Asiantuntijoiden mukaan vuosien 1993 ja 2000 välisenä aikana globaali sähköntuotanto geotermisestä energiasta yli kaksinkertaistui. Yhdysvalloissa on niin paljon geotermisen lämmön varantoja, että se voisi teoriassa tuottaa 30 kertaa enemmän energiaa kuin osavaltio tällä hetkellä kuluttaa.
Tulevaisuudessa on mahdollista hyödyntää magman lämpöä niillä alueilla, joilla se sijaitsee lähellä maan pintaa, sekä kuumennettujen kiteisten kivien kuivaa lämpöä. AT viimeinen tapaus Kaivoja porataan useita kilometrejä, kylmää vettä pumpataan alas ja kuumaa vettä palautetaan takaisin.

Yhteiskunnan kehittyessä ja muodostuessa ihmiskunta alkoi etsiä yhä nykyaikaisempia ja samalla taloudellisempia tapoja saada energiaa. Tätä varten nykyään rakennetaan erilaisia ​​asemia, mutta samaan aikaan maan suolistossa olevaa energiaa käytetään laajalti. Millainen hän on? Yritetään selvittää se.

maalämpö

Jo nimestä käy selväksi, että se edustaa maan sisäpuolen lämpöä. Maankuoren alla on kerros magmaa, joka on tulisen nestemäistä silikaattisulaa. Tutkimustietojen mukaan tämän lämmön energiapotentiaali on paljon suurempi kuin maailman maakaasuvarantojen sekä öljyn energia. Magma tulee pintaan - laava. Ja aktiivisin havaitaan niissä maan kerroksissa, joilla rajat sijaitsevat tektoniset levyt, ja myös siellä, missä maankuorelle on ominaista ohuus. Maan geoterminen energia saadaan seuraavasti: laava ja vesivarat Planeetat törmäävät, jolloin vesi lämpenee nopeasti. Tämä johtaa geysirin purkaukseen, niin kutsuttujen kuumien järvien ja pohjavirtojen muodostumiseen. Eli juuri niitä luonnonilmiöitä, joiden ominaisuuksia käytetään aktiivisesti energioina.

Keinotekoiset geotermiset lähteet

Maan suolistossa olevaa energiaa on käytettävä viisaasti. Esimerkiksi on idea luoda maanalaisia ​​kattiloita. Tätä varten sinun on porattava kaksi riittävän syvää kaivoa, jotka yhdistetään pohjaan. Eli käy ilmi, että melkein missä tahansa maan kulmassa voit saada geotermistä energiaa. teollisella tavalla: ruiskutetaan yhden kaivon kautta kylmä vesi säiliöön, ja toisen kautta - kuuma vesi tai höyry uutetaan. keinotekoisia lähteitä lämpö on kannattavaa ja järkevää, jos tuloksena oleva lämpö antaa enemmän energiaa. Höyry voidaan lähettää turbiinigeneraattoreihin, jotka tuottavat sähköä.

Pois otettu lämpö on tietysti vain murto-osa siitä mitä on saatavilla yleiset varat. Mutta on muistettava, että syvä lämpö täydentyy jatkuvasti kivien puristusprosessien ja suoliston kerrostumisen vuoksi. Asiantuntijoiden mukaan maankuori kerää lämpöä, kaikki yhteensä mikä on 5000 kertaa enemmän lämpöarvo kaikki maapallon fossiiliset luonnonvarat kokonaisuudessaan. Osoittautuu, että tällaisten keinotekoisesti luotujen geotermisten asemien toiminta-aika voi olla rajoittamaton.

Lähteen ominaisuudet

Geotermisen energian saannin mahdollistavia lähteitä on lähes mahdotonta hyödyntää täysimääräisesti. Niitä on yli 60 maassa maailmassa, ja suurin määrä maanpäällisiä tulivuoria on Tyynenmeren tulivuoren tulirenkaan alueella. Mutta käytännössä käy ilmi, että geotermiset lähteet maailman eri alueilla ovat täysin erilaisia ​​ominaisuuksiltaan, nimittäin keskilämpötilassa, mineralisaatiossa, kaasun koostumus, happamuus ja niin edelleen.

Geyserit ovat energianlähteitä maan päällä, joiden erityispiirteet ovat, että ne sylkevät kiehuvaa vettä tietyin väliajoin. Purkauksen jälkeen allas vapautuu vedestä, sen pohjassa näkyy syvälle maahan menevä kanava. Geysireitä käytetään energialähteinä muun muassa Kamtšatkassa, Islannissa, Uudessa-Seelannissa ja Pohjois-Amerikassa, ja yksittäisiä geysireitä löytyy useilta muilta alueilta.

Mistä energia tulee?

Melko lähellä maanpinta jäähdyttämätön magma sijaitsee. Siitä vapautuu kaasuja ja höyryjä, jotka nousevat ja kulkevat halkeamien läpi. Pohjaveteen sekoittuessaan ne lämpenevät, ne muuttuvat itse kuumaksi vedeksi, johon monet aineet liukenevat. Tällaista vettä vapautuu maan pinnalle erilaisten geotermisten lähteiden muodossa: kuumia lähteitä, mineraalilähteitä, geysireitä ja niin edelleen. Tiedemiesten mukaan maan kuumat suolistot ovat luolia tai kammioita, joita yhdistävät käytävät, halkeamat ja kanavat. Ne ovat vain täynnä pohjavettä, ja hyvin lähellä niitä on magmakammioita. Tällä luonnollisella tavalla maan lämpöenergia muodostuu.

Maan sähkökenttä

Luonnossa on toinenkin vaihtoehtoinen energialähde, joka on uusiutuva, ympäristöystävällinen ja helppokäyttöinen. Totta, toistaiseksi tätä lähdettä on vain tutkittu, eikä sitä ole sovellettu käytännössä. Niin, Mahdollinen energia Maa on sähkökentässään. Tällä tavalla on mahdollista saada energiaa sähköstaattisten peruslakien ja Maan sähkökentän ominaisuuksien tutkimisen perusteella. Itse asiassa planeettamme sähköisestä näkökulmasta on pallomainen kondensaattori, joka on ladattu jopa 300 000 volttiin. Sen sisäpallolla on negatiivinen varaus, ja ulompi - ionosfääri - on positiivinen. on eriste. Sen läpi kulkee jatkuvasti ionisia ja konvektiivisia virtoja, jotka saavuttavat useiden tuhansien ampeerien vahvuudet. Tässä tapauksessa levyjen välinen potentiaaliero ei kuitenkaan pienene.

Tämä viittaa siihen, että luonnossa on generaattori, jonka tehtävänä on jatkuvasti täydentää varausten vuotoa kondensaattorilevyistä. Maan magneettikenttä toimii sellaisena generaattorina, joka pyörii yhdessä planeettamme kanssa virrassa aurinkotuuli. Maan magneettikentän energia voidaan saada vain kytkemällä energian kuluttaja tähän generaattoriin. Tätä varten sinun on asennettava luotettava maadoitus.

Uusiutuvat lähteet

Kun planeettamme väestö kasvaa tasaisesti, tarvitsemme yhä enemmän energiaa väestön elättämiseen. Maan suolistossa oleva energia voi olla hyvin erilaista. Uusiutuvia lähteitä ovat esimerkiksi tuuli-, aurinko- ja vesienergia. Ne ovat ympäristöystävällisiä, joten voit käyttää niitä ilman pelkoa vahingoittamasta ympäristöä.

vesienergiaa

Tätä menetelmää on käytetty useita vuosisatoja. Nykyään on rakennettu valtava määrä patoja ja altaita, joissa vettä käytetään sähköenergian tuottamiseen. Tämän mekanismin olemus on yksinkertainen: joen virtauksen vaikutuksesta turbiinien pyörät pyörivät, vastaavasti, veden energia muunnetaan sähköenergiaksi.

Tänään on suuri määrä vesivoimalat, jotka muuttavat veden virtauksen energian sähköksi. Tämän menetelmän erikoisuus on, että se on uusiutuva, ja tällaisilla malleilla on alhaiset kustannukset. Tästä syystä huolimatta siitä, että vesivoimaloiden rakentaminen kestää melko kauan ja itse prosessi on erittäin kallis, nämä laitokset ovat kuitenkin huomattavasti tehokkaampia kuin sähköintensiiviset teollisuudenalat.

Aurinkoenergia: moderni ja lupaava

Aurinkoenergiaa saadaan käyttämällä aurinkopaneelit Nykyaikainen teknologia mahdollistaa kuitenkin uusien menetelmien käytön tähän. Maailman suurin järjestelmä on rakennettu Kalifornian autiomaahan. Se tarjoaa täysin energiaa 2 000 kotiin. Suunnittelu toimii seuraavasti: auringonsäteet heijastuvat peileistä, jotka lähetetään veden kanssa keskuskattilaan. Se kiehuu ja muuttuu höyryksi, joka kääntää turbiinin. Se puolestaan ​​on kytketty sähkögeneraattoriin. Tuulta voidaan käyttää myös energiana, jonka maa antaa meille. Tuuli puhaltaa purjeita, kääntää tuulimyllyjä. Ja nyt sen avulla voit luoda laitteita, jotka tuottavat sähköenergiaa. Tuulimyllyn siipiä pyörittämällä se käyttää turbiinin akselia, joka puolestaan ​​on kytketty sähkögeneraattoriin.

Maan sisäinen energia

Se ilmestyi useiden prosessien seurauksena, joista tärkeimmät ovat kertyminen ja radioaktiivisuus. Tiedemiesten mukaan Maan ja sen massan muodostuminen tapahtui useiden miljoonien vuosien aikana, ja tämä tapahtui planetesimaalien muodostumisen vuoksi. Ne tarttuivat yhteen, vastaavasti, Maan massa kasvoi yhä enemmän. Sen jälkeen, kun planeetallamme alkoi olla nykyaikainen massa, mutta se oli edelleen vailla ilmakehää, meteoriitti- ja asteroidikappaleet putosivat sen päälle esteettä. Tätä prosessia kutsutaan vain lisääntymiseksi, ja se johti siihen, että huomattava määrä gravitaatioenergia. Ja isommat ruumiit osuvat planeetalle, lisää vapautti maan suolistossa olevan energian.

Tämä painovoiman erilaistuminen johti siihen, että aineet alkoivat delaminoitua: raskaita aineita ne yksinkertaisesti upposivat, kun taas kevyet ja haihtuvat kelluivat ylös. Erilaistuminen vaikutti myös gravitaatioenergian lisävapautukseen.

Atomienergia

Maan energian käyttö voi tapahtua eri tavoin. Esimerkiksi ydinvoimalaitosten rakentamisen avulla, kun hajoamisen seurauksena vapautuu lämpöenergiaa pienimmät hiukkaset atomien aine. Pääpolttoaine on maankuoressa oleva uraani. Monet uskovat, että tämä menetelmä energian saamiseksi on lupaavin, mutta sen käyttöön liittyy useita ongelmia. Ensinnäkin uraani lähettää säteilyä, joka tappaa kaikki elävät organismit. Lisäksi, jos tämä aine joutuu maaperään tai ilmakehään, tapahtuu todellinen ihmisen aiheuttama katastrofi. Surulliset seuraukset onnettomuudet päällä Tshernobylin ydinvoimala koemme tähän päivään asti. Vaara piilee siinä tosiasiassa radioaktiivinen jäte voi uhata kaikkea elävää erittäin, hyvin pitkä aika vuosituhansien ajan.

Uusi aika - uudet ideat

Ihmiset eivät tietenkään lopu tähän, ja joka vuosi yritetään löytää uusia tapoja saada energiaa yhä enemmän. Jos maan lämmön energia saadaan yksinkertaisesti, niin jotkut menetelmät eivät ole niin yksinkertaisia. Esimerkiksi energialähteenä on täysin mahdollista käyttää biologista kaasua, jota saadaan jätteen hajoamisen aikana. Sitä voidaan käyttää talojen ja veden lämmittämiseen.

Niitä rakennetaan enenevässä määrin, kun padot ja turbiinit asennetaan altaiden suuaukkoihin, joita ohjaavat laskut ja virtaukset, jolloin saadaan sähköä.

Polttamalla roskia saamme energiaa

Toinen Japanissa jo käytössä oleva menetelmä on luoda jätteenpolttolaitokset. Nykyään niitä rakennetaan Englannissa, Italiassa, Tanskassa, Saksassa, Ranskassa, Alankomaissa ja Yhdysvalloissa, mutta vain Japanissa näitä yrityksiä alettiin käyttää paitsi aiottuun tarkoitukseen myös sähkön tuottamiseen. Paikallisilla tehtailla poltetaan 2/3 kaikesta jätteestä, kun taas tehtaat on varustettu höyryturbiineilla. Näin ollen ne toimittavat lämpöä ja sähköä lähialueille. Samanaikaisesti tällaisen yrityksen rakentaminen on kustannusten kannalta paljon kannattavampaa kuin lämpövoimalan rakentaminen.

Houkuttelevampi on mahdollisuus käyttää maan lämpöä sinne, missä tulivuoret ovat keskittyneet. Tässä tapauksessa Maata ei tarvitse porata liian syvälle, koska jo 300-500 metrin syvyydessä lämpötila on vähintään kaksi kertaa korkeampi kuin veden kiehumispiste.

On myös sellainen tapa tuottaa sähköä, koska vetyä - yksinkertaisin ja kevyin kemiallinen alkuaine - voidaan pitää ihanteellisena polttoaineena, koska siinä on vettä. Jos poltat vetyä, voit saada vettä, joka hajoaa hapeksi ja vedyksi. Vetyliekki itsessään on vaaraton, eli siitä ei aiheudu haittaa ympäristölle. Tämän elementin erikoisuus on, että sillä on korkea lämpöarvo.

Mitä on tulevaisuudessa?

Maan magneettikentän tai ydinvoimaloiden energia ei tietenkään voi täysin tyydyttää kaikkia ihmiskunnan tarpeita, jotka kasvavat joka vuosi. Asiantuntijat sanovat kuitenkin, ettei ole syytä huoleen, koska polttoaineresurssit planeetta riittää. Lisäksi käytetään yhä enemmän uusia, ympäristöystävällisiä ja uusiutuvia lähteitä.

Ympäristön saastumisen ongelma on edelleen olemassa, ja se kasvaa katastrofaalisen nopeasti. Määrä haitallisia päästöjä kalkki laskee, hengittämämme ilma on haitallista, vedessä on vaarallisia epäpuhtauksia ja maaperä köyhtyy vähitellen. Siksi on niin tärkeää tutkia ajoissa sellaista ilmiötä kuin energia maapallon suolistossa, jotta voidaan etsiä tapoja vähentää fossiilisten polttoaineiden tarvetta ja hyödyntää aktiivisemmin ei-perinteisiä energialähteitä.

Teknisten tieteiden tohtori PÄÄLLÄ. Vannon, professori,
Venäjän teknisten tieteiden akatemian akateemikko, Moskova

Viime vuosikymmeninä maailma on pohtinut enemmän suuntaa tehokas käyttö Maan syvän lämmön energia, jonka tarkoituksena on korvata osittain maakaasua, öljyä, hiiltä. Tämä tulee mahdolliseksi alueilla, joilla on korkeat geotermiset parametrit, vaan myös kaikilla alueilla maapallolla, kun porataan ruiskutus- ja tuotantokaivoja ja luodaan kiertojärjestelmiä niiden välille.

Viime vuosikymmeninä lisääntynyt kiinnostus vaihtoehtoisia lähteitä energia johtuu hiilivetypolttoainevarantojen ehtymisestä ja tarpeesta ratkaista useita ympäristöongelmia. Objektiiviset tekijät (fossiilisten polttoaineiden ja uraanin varat sekä perinteisen tulipalon ja ydinvoiman aiheuttamat muutokset ympäristössä) antavat mahdollisuuden väittää, että siirtyminen uusiin energiantuotantomenetelmiin ja -muotoihin on väistämätöntä.

Maailmantalous on parhaillaan siirtymässä perinteisten ja uusien energialähteiden järkevään yhdistämiseen. Maan lämpö on yksi ensimmäisistä paikoista niiden joukossa.

Geotermiset energiavarat jaetaan hydrogeologisiin ja petrogeotermiin. Ensimmäisiä niistä edustavat lämmönsiirtoaineet (jotka käsittävät vain 1 % kaikista geotermisistä energiavaroista) - pohjavesi, höyry ja höyry-vesi-seokset. Toinen on kuumissa kivissä oleva geoterminen energia.

Maassamme ja ulkomailla luonnonhöyryn ja geotermisen vesien talteenottoon käytetty suihkulähdetekniikka (self-spill) on yksinkertainen, mutta tehoton. Itsevirtaavien kaivojen alhaisella virtausnopeudella niiden lämmöntuotanto voi kattaa porauksen kustannukset vain pienissä geotermisissä altaissa. korkea lämpötila lämpöpoikkeamien alueilla. Tällaisten kaivojen käyttöikä ei monissa maissa saavuta edes 10 vuotta.

Samalla kokemus vahvistaa, että matalien luonnonhöyryn kerääjien läsnä ollessa geotermisen voimalaitoksen rakentaminen on kannattavin vaihtoehto geotermisen energian hyödyntämiseen. Tällaisten GeoTPP:iden toiminta on osoittanut kilpailukykynsä muuntyyppisiin voimalaitoksiin verrattuna. Siksi geotermisten vesien ja höyryhydrotermien varojen käyttö maassamme Kamtšatkan niemimaalla ja Kuril-ketjun saarilla, alueilla Pohjois-Kaukasus, ja mahdollisesti myös muilla alueilla tarkoituksenmukaisesti ja ajoissa. Mutta höyryesiintymät ovat harvinaisuus, sen tunnetut ja ennustetut varat ovat pieniä. Paljon yleisempiä lämpö- ja sähkövesikertymiä ei aina sijaitse tarpeeksi lähellä kuluttajaa - lämmön syöttökohdetta. Tämä sulkee pois mahdollisuuden laajamittaiseen tehokkaaseen käyttöön.

Usein sisään vaikea ongelma suolaisuuden torjuntaan liittyvät ongelmat. Geotermisten, pääsääntöisesti mineralisoituneiden lähteiden käyttö lämmönsiirtoaineena johtaa porausvyöhykkeiden liikakasvuun rautaoksidi-, kalsiumkarbonaatti- ja silikaattimuodostelmilla. Lisäksi eroosio-korroosio- ja hilseilyongelmat vaikuttavat haitallisesti laitteiston toimintaan. Ongelmana on myös mineralisoituneen ja myrkyllisiä epäpuhtauksia sisältävän jäteveden päästö. Siksi yksinkertaisin suihkulähdetekniikka ei voi toimia pohjana geotermisten resurssien laajalle kehittämiselle.

Alustavien arvioiden mukaan Venäjän federaation alueella lämpövesien, jonka lämpötila on 40-250 °C, suolapitoisuus 35-200 g/l ja syvyys jopa 3000 m, ennustetut varat ovat 21-22 miljoonaa m3 /vrk, mikä vastaa 30-40 miljoonan tonnin .t. vuonna.

Kamtšatkan niemimaan ennustetut höyry-ilmaseoksen varat, joiden lämpötila on 150-250 ° C Kuriilisaaret on 500 tuhatta m3/vrk. ja lämpövesivarastot, joiden lämpötila on 40-100 ° C - 150 tuhatta m3 / vrk.

Lämpövesivarantoja, joiden virtaama on noin 8 miljoonaa m3/vrk, suolapitoisuus jopa 10 g/l ja lämpötila yli 50 °C, pidetään kehittämisen tärkeimpänä prioriteettina.

Paljon suurempi arvo Tulevaisuuden energia on lämpöenergian, käytännössä ehtymättömien petrogeotermisten resurssien, tuotanto. Tämä geoterminen energia, joka on suljettu kiinteisiin kuumiin kiviin, on 99 % maanalaisen lämpöenergian kokonaisresursseista. Jopa 4-6 km:n syvyydessä 300-400 °C lämpötilaisia ​​massiveja löytyy vain joidenkin tulivuorten välikammioiden läheltä, mutta kuumia kiviä, joiden lämpötila on 100-150 °C, on levinnyt lähes kaikkialle näissä syvyyksissä ja 180-200 °C:n lämpötilassa melko merkittävällä osalla Venäjää.

Miljardien vuosien ajan ydin-, painovoima- ja muut prosessit maan sisällä ovat tuottaneet ja tuottavat edelleen lämpöenergiaa. Osa siitä säteilee ulkoavaruuteen ja lämpöä kertyy syvyyksiin, ts. lämpöpitoisuus kiinteässä, nestemäisessä ja kaasumaiset faasit maanpäällinen aine ja sitä kutsutaan geotermiseksi energiaksi.

Jatkuva maansisäisen lämmön tuotanto kompensoi sen ulkoisia häviöitä, toimii geotermisen energian kertymisen lähteenä ja määrittää uusiutuvan osan sen resursseista. Lämmön kokonaispoisto sisätiloista maan pinnalle on kolme kertaa suurempi kuin nykyisten voimalaitosten kapasiteetti maailmassa ja sen arvioidaan olevan 30 TW.

On kuitenkin selvää, että uusiutuvilla on merkitystä vain rajoitetusti luonnonvarat, ja geotermisen energian kokonaispotentiaali on käytännössä ehtymätön, koska se pitäisi määritellä maapallon käytettävissä olevan lämmön kokonaismääräksi.

Ei ole sattumaa, että viime vuosikymmeninä maailmassa on pohdittu maan syvän lämmön energian tehokkaamman käytön suuntaa maakaasun, öljyn ja hiilen osittainen korvaamiseksi. Tämä tulee mahdolliseksi alueilla, joilla on korkeat geotermiset parametrit, vaan myös kaikilla alueilla maapallolla, kun porataan ruiskutus- ja tuotantokaivoja ja luodaan kiertojärjestelmiä niiden välille.

Tietenkin kivien alhaisella lämmönjohtavuudella tehokasta työtä kiertojärjestelmissä on tarpeen olla tai luoda riittävän kehittynyt lämmönvaihtopinta lämmönpoistovyöhykkeelle. Tällaisella pinnalla on huokoiset kerrokset ja luonnollisen murtumiskestävyyden vyöhykkeet, joita esiintyy usein yllä mainituissa syvyyksissä ja joiden läpäisevyys mahdollistaa jäähdytysnesteen pakkosuodatuksen järjestämisen tehokkaalla kivienergian poistamisella sekä keinotekoinen luominen laaja lämmönvaihtopinta vähän läpäisevissä huokoisissa massoissa hydraulisella murtolla (katso kuva).

Tällä hetkellä käytetään hydraulista murtamista öljy- ja kaasuteollisuus keinona lisätä säiliön läpäisevyyttä öljyn talteenoton parantamiseksi kehityksen aikana öljykentät. Nykytekniikan avulla on mahdollista luoda kapea mutta pitkä halkeama tai lyhyt mutta leveä halkeama. Esimerkkejä hydraulisista raoista, joiden raot ovat jopa 2-3 km pitkiä, tunnetaan.

Kotimaisen ajatuksen kiinteiden kivien sisältämien tärkeimpien geotermisten resurssien poistamisesta ilmaisi jo vuonna 1914 K.E. Obrutšev.

Vuonna 1963 Pariisissa perustettiin ensimmäinen GCC ottamaan lämpöä huokoisista muodostumiskivistä Broadcasting Chaos -kompleksin tilojen lämmitystä ja ilmastointia varten. Vuonna 1985 Ranskassa toimi jo 64 GCC:tä, joiden kokonaislämpökapasiteetti oli 450 MW, ja vuotuinen öljynsäästö oli noin 150 000 tonnia. Samana vuonna ensimmäinen tällainen GCC luotiin Neuvostoliitossa Khankalan laaksossa lähellä Groznyn kaupunkia.

Vuonna 1977 USA:n Los Alamos National Laboratoryn projektin mukaan kokeellisen GCC:n testit hydraulisella murtolla lähes läpäisemättömästä massiivista alkoivat Fenton Hillin alueella New Mexicon osavaltiossa. Ruiskutetaan kaivon läpi (injektio) kylmänä raikasta vettä lämmitettiin kivimassalla (185 °C) tapahtuvan lämmönvaihdon vuoksi pystyraossa, jonka pinta-ala on 8000 m2, joka muodostui hydraulisella murtamisella 2,7 km:n syvyydessä. Toisessa kaivossa (tuotanto), joka myös ylitti tämän halkeaman, tulistettua vettä nousi pintaan höyrysuihkun muodossa. Kierrettäessä suljetussa piirissä paineen alaisena, tulistetun veden lämpötila pinnalla saavutti 160-180 °C ja järjestelmän lämpöteho - 4-5 MW. Jäähdytysnestevuotoja ympäröivään massiiviin oli noin 1 % kokonaisvirtauksesta. Konsentraatio mekaanisten ja kemialliset epäpuhtaudet(jopa 0,2 g / l) vastasi tuoreen olosuhteita juomavesi. Hydraulinen murtuma ei vaatinut kiinnitystä ja se pidettiin auki hydrostaattinen paine nesteitä. Siinä kehittyvä vapaa konvektio tarjosi tehokas osallistuminen kuuman kivimassan paljastuman lähes koko pinnan lämmönvaihdossa.

Maanalaisen lämpöenergian talteenotto kuumista läpäisemättömistä kivistä, joka perustuu öljy- ja kaasuteollisuudessa pitkään hallittuihin ja harjoitettuihin kaltevaporauksen ja hydraulisen murtamisen menetelmiin, ei aiheuttanut seismistä aktiivisuutta tai muita haitallisia vaikutuksia maaperälle. ympäristöön.

Vuonna 1983 brittitutkijat toistivat amerikkalaisen kokemuksen luomalla kokeellisen GCC:n graniitin hydraulisella murtamisella Carnwellissa. Samanlaisia ​​teoksia järjestettiin Saksassa, Ruotsissa. Yhdysvalloissa on toteutettu yli 224 maalämpöprojektia. Oletetaan kuitenkin, että geotermiset resurssit voivat tarjota suurimman osan Yhdysvaltojen tulevasta ei-sähköisen lämpöenergian tarpeesta. Japanissa GeoTPP:n kapasiteetti oli vuonna 2000 noin 50 GW.

Tällä hetkellä geotermisten luonnonvarojen tutkimusta ja kartoitusta tehdään 65 maassa. Maailmaan on rakennettu geotermiseen energiaan perustuvia asemia, joiden kokonaiskapasiteetti on noin 10 GW. Yhdistyneet Kansakunnat tukee aktiivisesti geotermisen energian kehittämistä.

Monissa maailman maissa kertynyt kokemus geotermisten jäähdytysnesteiden käytöstä osoittaa, että vuonna suotuisat olosuhteet ne osoittautuvat 2-5 kertaa kannattavammiksi kuin lämpö- ja ydinvoimalat. Laskelmat osoittavat, että yksi geoterminen kaivo voi korvata 158 tuhatta tonnia hiiltä vuodessa.

Näin ollen maapallon lämpö on ehkä ainoa merkittävä uusiutuva energialähde, jonka järkevä kehittäminen lupaa alentaa energiakustannuksia nykyaikaiseen polttoaineenergiaan verrattuna. Yhtä ehtymättömällä energiapotentiaalilla aurinko- ja lämpöydinlaitokset valitettavasti tulee kalliimmaksi kuin nykyinen polttoaine.

Huolimatta maapallon lämmön kehityksen erittäin pitkästä historiasta, geoterminen teknologia ei ole vielä saavuttanut omaa tasoaan korkea kehitys. Maan lämpöenergian kehityksessä on suuria vaikeuksia rakentamisessa syviä kaivoja, jotka ovat kanava jäähdytysnesteen tuomiseksi pintaan. Korkean pohjareiän lämpötilan (200-250 °C) vuoksi perinteiset kallionleikkaustyökalut eivät sovellu työskentelyyn sellaisissa olosuhteissa, pora- ja vaippaputkien, sementtilietteiden, poraustekniikan, kaivon kotelon ja viimeistelyn valinnalle on asetettu erityisvaatimuksia. Kotimaiset mittauslaitteet, sarjakäyttöiset varusteet ja laitteet valmistetaan suunnittelussa, joka sallii enintään 150-200 °C lämpötilan. Perinteinen kaivojen syväporaus kestää joskus vuosia ja vaatii huomattavia taloudellisia kustannuksia. Päätuotantoomaisuuksissa kaivojen kustannukset ovat 70-90%. Tämä ongelma voidaan ja pitäisi ratkaista vain luomalla edistyksellinen tekniikka geotermisten resurssien pääosan kehittämiseen, ts. energian talteenotto kuumista kivistä.

Venäläisten tutkijoiden ja asiantuntijoiden ryhmämme on käsitellyt maapallon kuumien kivien ehtymättömän, uusiutuvan syvän lämpöenergian louhintaa ja käyttöä Venäjän federaation alueella yli vuoden ajan. Teoksen tarkoituksena on luoda kotimaisen, korkea teknologia tekniset keinot tunkeutua syvälle maankuoren suolistoon. Tällä hetkellä on kehitetty useita muunnelmia poraustyökaluista (BS), joilla ei ole analogeja maailmankäytännössä.

BS:n ensimmäisen version työ liittyy nykyiseen perinteistä tekniikkaa kaivon poraus. Kovan kiven porausnopeus ( keskimääräinen tiheys 2500-3300 kg/m3) 30 m/h asti, kaivon halkaisija 200-500 mm. BS:n toinen versio suorittaa kaivojen porauksen autonomisessa ja automaattisessa tilassa. Laukaisu suoritetaan erityiseltä laukaisu- ja vastaanottoalustalta, josta sen liikettä ohjataan. Tuhat metriä BS:ää kovissa kivissä pystyy ohittamaan muutamassa tunnissa. Kaivon halkaisija 500 - 1000 mm. Uudelleenkäytettävät BS-vaihtoehdot ovat suuria taloudellinen tehokkuus ja valtava potentiaalinen arvo. BS:n tuominen tuotantoon avaa uuden vaiheen kaivojen rakentamisessa ja tarjoaa pääsyn maan ehtymättömiin lämpöenergian lähteisiin.

Lämmönjakelun tarpeisiin kaivojen vaadittu syvyys koko maassa on 3-4,5 tuhatta metriä ja ei ylitä 5-6 tuhatta metriä. Asuntojen ja kunnallisen lämmönsyötön lämmönsiirtimen lämpötila ei ei ylitä 150 °C. Teollisuustiloissa lämpötila ei yleensä ylitä 180-200 °C.

GCC:n perustamisen tarkoituksena on tarjota jatkuvaa, edullista ja halpaa lämpöä Venäjän federaation syrjäisille, vaikeapääsyisille ja kehittymättömille alueille. GCS:n käyttöikä on 25-30 vuotta tai enemmän. Asemien takaisinmaksuaika (ottaen huomioon uusimmat tekniikat poraus) - 3-4 vuotta.

Venäjän federaatioon tulevina vuosina luotava sopiva kapasiteetti geotermisen energian käyttöön muihin kuin sähkötarpeisiin korvaa noin 600 miljoonaa tonnia vastaavaa polttoainetta. Säästöt voivat olla jopa 2 biljoonaa ruplaa.

Vuoteen 2030 asti on mahdollista luoda energiakapasiteettia paloenergian korvaamiseksi jopa 30 %:lla ja vuoteen 2040 mennessä lähes kokonaan eliminoida orgaaniset raaka-aineet polttoaineena Venäjän federaation energiataseesta.

Kirjallisuus

1. Goncharov S.A. Termodynamiikka. Moskova: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 s.

2. Dyadkin Yu.D. jne. Geoterminen lämpöfysiikka. Pietari: Nauka, 1993. 255 s.

3. Mineraalivarojen perusta Venäjän polttoaine- ja energiakompleksi. Tila ja ennuste / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko ja muut, toim. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 s.

4. Novikov G. P. et al. Kaivojen poraus lämpövesiä varten. M.: Nedra, 1986. 229 s.