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. 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 niiden päävarastot ovat keskittyneet mannerjalustalle. Ja vaikka öljy- ja kaasuteollisuuden raaka-ainepohja on edelleen riittävä öljyn ja kaasun louhintaan Venäjällä vaadituissa määrin, niin lähitulevaisuudessa sitä tarjotaan yhä enemmän kehittämällä monimutkaisia ​​kaivos- ja kaivoskenttiä. geologiset olosuhteet. Samalla hiilivetyjen tuotannon kustannukset kasvavat.

Suurin osa maaperän uusiutumattomista luonnonvaroista käytetään voimalaitosten polttoaineena. 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 hiilivetyraaka-ainemäärien polttamisesta saatava lämmön määrä vastaa satojen tonnejen ydinpolttoaineen käyttöä - ero on valtava. Ydinvoima edellyttää kuitenkin ympäristöturvallisuuden varmistamista (Tšernobylin toistumisen estämiseksi) ja sen suojelemista mahdollisilta terrori-iskuilta sekä vanhentuneiden ja käytettyjen ydinvoimayksiköiden turvallista ja kallista käytöstäpoistoa. Maailman todetut talteenotettavissa 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 perinteisen tuli- ja ydinenergian käyttöön liittyvät ympäristömuutokset) ja energian kehitystrendit viittaavat siihen, että siirtyminen uusiin energiantuotantomenetelmiin ja -muotoihin on väistämätöntä. Jo XXI vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla. ei-perinteisiin energialähteisiin siirrytään kokonaan tai lähes kokonaan.

Mitä nopeammin läpimurto tähän suuntaan tehdään, sitä vähemmän se on tuskallista koko yhteiskunnalle ja sitä hyödyllisempää on maalle, jossa tähän suuntaan otetaan päättäväisiä askelia.

Maailmantalous on jo ottanut 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 ohjelman ei-perinteisen energian kehittämiseksi, mukaan lukien 30 suurta lämpöpumppuyksiköiden (HPU) käyttöä koskevaa hanketta, joiden toimintaperiaate perustuu energian kulutukseen. Maan matalapotentiaalinen lämpöenergia.

Maan lämpö- ja lämpöpumppujen matalapotentiaalinen energia

Maan lämmön matalapotentiaalisen energian lähteitä ovat auringon säteily ja planeettamme kuumennetun suolen lämpösäteily. Tällä hetkellä tällaisen energian käyttö on yksi dynaamisesti kehittyvistä uusiutuviin energialähteisiin perustuvan energian alueista.

Maan lämpöä voidaan käyttää erityyppisissä rakennuksissa ja rakenteissa lämmitykseen, käyttövesihuoltoon, ilmastointiin (jäähdytykseen), sekä talvikauden ratojen lämmittämiseen, jäätymisen estämiseen, kenttien lämmittämiseen avoimilla stadioneilla jne. Englanninkielisessä teknisessä kirjallisuudessa maapallon lämpöä lämmitys- ja ilmastointijärjestelmissä hyödyntävistä järjestelmistä käytetään nimitystä GHP - "geothermal heat pumps" (geothermal heat pumps). Keski- ja Pohjois-Euroopan maiden ilmasto-ominaisuudet, jotka yhdessä Yhdysvaltojen ja Kanadan kanssa ovat pääasiallisia maapallon heikkolaatuisen lämmön käytön alueita, määräävät 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

Yleisessä tapauksessa voidaan erottaa kahden tyyppisiä järjestelmiä Maan lämmön matalapotentiaalisen energian käyttämiseksi:

- 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 ).

Avointen järjestelmien haittana on, että 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 pohjaveden kemia (esim. alhainen rautapitoisuus) putkien hilseily- ja korroosioongelmien välttämiseksi.

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 vaakasuuntaiset maalämmönvaihtimet ovat yleensä erillisiä putkia, jotka on vedetty 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.

2. Maan lämpöjärjestelmä

Maa on kylmä kosminen kappale. Pintalämpötila riippuu pääasiassa ulkopuolelta tulevasta lämmöstä. 95 % maan ylemmän kerroksen lämmöstä on ulkoinen (aurinko) lämpöä ja vain 5 % lämpöä sisäinen , joka tulee maan suolistosta ja sisältää useita energialähteitä. Maan suolistossa lämpötila kohoaa syvyyden myötä 1300 o C:sta (ylävaipassa) 3700 o C:een (ytimen keskellä).

ulkoinen lämpö. Lämpö tulee maan pinnalle pääasiassa auringosta. Jokainen pinnan neliösenttimetri saa noin 2 kaloria lämpöä minuutissa. Tätä arvoa kutsutaan aurinkovakio ja määrittää Auringosta Maahan tulevan lämmön kokonaismäärän. Vuodelle se on 2,26 10 21 kaloria. Auringon lämmön tunkeutumissyvyys maan suolistoihin riippuu pääasiassa pinta-alayksikköä kohden putoavan lämmön määrästä ja kivien lämmönjohtavuudesta. Suurin syvyys, johon ulkoinen lämpö tunkeutuu, on valtamerissä 200 m ja maalla noin 40 m.

sisäinen lämpö. Syvyyden myötä lämpötila nousee, mikä tapahtuu erittäin epätasaisesti eri alueilla. Lämpötilan nousu noudattaa adiabaattista lakia ja riippuu paineen alaisen aineen puristumisesta, kun lämmönvaihto ympäristön kanssa on mahdotonta.

Tärkeimmät lämmönlähteet maan sisällä:

Alkuaineiden radioaktiivisen hajoamisen aikana vapautuva lämpö.

Maan muodostumisesta jäljelle jäänyt jäännöslämpö.

Maan puristuessa vapautuva gravitaatiolämpö ja aineen jakautuminen tiheyteen.

Maankuoren syvyyksissä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden tuottama lämpö.

Maan vuorovesikitka vapauttaa lämpöä.

Lämpötilavyöhykkeitä on 3:

minä- vaihtelevan lämpötilan vyöhyke . Lämpötilan muutos määräytyy alueen ilmaston mukaan. Päivittäiset vaihtelut käytännössä kuolevat noin 1,5 metrin syvyydessä ja vuotuiset vaihtelut 20 ... 30 metrin syvyydessä. Ia - jäätymisalue.

II - vakiolämpötilavyöhyke sijaitsee 15…40 m syvyydessä alueesta riippuen.

III - kuuma vyöhyke .

Maankuoren suolistossa olevien kivien lämpötilajärjestelmä ilmaistaan ​​yleensä geotermisen gradientin ja geotermisen askeleen avulla.

Lämpötilan nousun määrää jokaista 100 m syvyyttä kohden kutsutaan geoterminen gradientti. Afrikassa Witwatersrandin kentällä lämpötila on 1,5 °С, Japanissa (Echigo) - 2,9 °С, Etelä-Australiassa - 10,9 °С, Kazakstanissa (Samarinda) - 6,3 °С, Kuolan niemimaalla - 0,65 °С. .

Riisi. 3. Maankuoren lämpötilavyöhykkeet: I - vaihtelevien lämpötilojen vyöhyke, Ia - jäätymisvyöhyke; II - vakiolämpötilojen vyöhyke; III - lämpötilan nousun vyöhyke.

Syvyys, jossa lämpötila nousee 1 asteen, kutsutaan geoterminen vaihe. Geotermisen askeleen numeeriset arvot eivät ole vakioita paitsi eri leveysasteilla, myös alueen saman pisteen eri syvyyksillä. Geotermisen portaan arvo vaihtelee 1,5 - 250 m. Arkangelissa se on 10 m, Moskovassa 38,4 m ja Pyatigorskissa 1,5 m. Teoreettisesti tämän askelman keskiarvo on 33 m.

Moskovassa 1 630 metrin syvyyteen kairatussa kaivossa pohjareiän lämpötila oli 41 °C ja Donbassissa 1 545 metrin syvyyteen poratussa kaivoksessa 56,3 °C. Korkein lämpötila mitattiin Yhdysvalloissa 7136 metrin syvyisessä kaivossa, jossa se on 224 °C. Syvärakenteita suunniteltaessa tulee ottaa huomioon lämpötilan nousu syvyyden myötä Laskelmien mukaan 400 km syvyydessä lämpötilan tulisi olla 1400...1700 °C. Korkeimmat lämpötilat (noin 5000 °C) saatiin maan ytimelle.

Termi "geoterminen energia" tulee kreikan sanoista maa (geo) ja lämpö (lämpö). Itse asiassa, geoterminen energia tulee maasta itsestään. Lämpöä maan ytimestä, jonka keskilämpötila on 3600 celsiusastetta, säteilee kohti planeetan pintaa.

Lämmityslähteet ja geysirit maan alla useiden kilometrien syvyyksissä voidaan toteuttaa erityisillä kaivoilla, joiden kautta kuumaa vettä (tai siitä tulevaa höyryä) virtaa pintaan, jossa sitä voidaan käyttää suoraan lämpönä tai epäsuorasti sähkön tuottamiseen kääntämällä pyöriviä turbiineja päälle. .

Koska maan pinnan alla oleva vesi täydentyy jatkuvasti ja maan ydin jatkaa lämmön tuottamista suhteessa ihmiselämään loputtomiin, geoterminen energia tulee lopulta puhdas ja uusiutuva.

Menetelmät maapallon energiavarojen keräämiseen

Nykyään on kolme päämenetelmää geotermisen energian talteenottoon: kuiva höyry, kuuma vesi ja binäärikierto. Kuivahöyryprosessi käyttää suoraan generaattoreiden turbiinikäyttöjä. Kuuma vesi tulee alhaalta ylöspäin ja suihkutetaan sitten säiliöön höyryn muodostamiseksi turbiinien pyörittämiseksi. Nämä kaksi menetelmää ovat yleisimmät ja ne tuottavat satoja megawatteja sähköä Yhdysvalloissa, Islannissa, Euroopassa, Venäjällä ja muissa maissa. Mutta sijainti on rajallinen, koska nämä laitokset toimivat vain tektonisilla alueilla, joilla on helpompi saada lämmitettyä vettä.

Binäärisyklitekniikalla lämmin (ei välttämättä kuuma) vesi uutetaan pintaan ja yhdistetään butaaniin tai pentaaniin, jolla on alhainen kiehumispiste. Tämä neste pumpataan lämmönvaihtimen läpi, jossa se haihtuu ja lähetetään turbiinin läpi ennen kuin se kierrätetään takaisin järjestelmään. Binaarisykliteknologia tuottaa kymmeniä megawatteja sähköä Yhdysvalloissa: Kaliforniassa, Nevadassa ja Havaijin saarilla.

Energian saannin periaate

Geotermisen energian saannin haitat

Yleishyödyllisten laitosten tasolla geotermisten voimalaitosten rakentaminen ja käyttö on kallista. Sopivan paikan löytäminen vaatii kalliita kaivotutkimuksia ilman takeita tuottavaan maanalaiseen hotspotiin. Analyytikot kuitenkin odottavat tämän kapasiteetin lähes kaksinkertaistuvan seuraavan kuuden vuoden aikana.

Lisäksi alueet, joilla on korkea maanalaisen lähteen lämpötila, sijaitsevat alueilla, joilla on aktiivisia geologisia ja kemiallisia tulivuoria. Nämä "kuumat pisteet" muodostuivat tektonisten levyjen rajoilla paikkoihin, joissa kuori on melko ohutta. Tyynenmeren aluetta kutsutaan usein tulirenkaana monille tulivuorille, joissa on monia kuumia paikkoja, mukaan lukien Alaskassa, Kaliforniassa ja Oregonissa. Nevadassa on satoja hotspotteja, jotka kattavat suurimman osan Pohjois-Yhdysvalloista.

On muitakin seismisesti aktiivisia alueita. Maanjäristykset ja magman liike mahdollistavat veden kiertämisen. Paikoin vesi nousee pintaan ja esiintyy luonnollisia kuumia lähteitä ja geysireitä, kuten Kamtšatkassa. Kamtšatkan geysireiden vesi on 95 astetta.

Yksi avoimien geysirjärjestelmien ongelmista on tiettyjen ilmansaasteiden vapautuminen. Rikkivety - myrkyllinen kaasu, jolla on hyvin tunnistettava "mädän munan" haju - pieniä määriä arseenia ja mineraaleja vapautuu höyryn mukana. Suola voi myös aiheuttaa ympäristöongelman.

Offshore-geotermisillä voimalaitoksilla putkiin kertyy merkittävä määrä häiritsevää suolaa. Suljetuissa järjestelmissä ei synny päästöjä ja kaikki pintaan tuotu neste palautetaan.

Energialähteen taloudellinen potentiaali

Seismisesti aktiiviset paikat eivät ole ainoita paikkoja, joissa geotermistä energiaa voi löytää. Käyttökelpoista lämpöä on jatkuvasti saatavilla suoraan lämmitystarkoituksiin 4 metrin syvyydessä useisiin kilometreihin pinnan alapuolella käytännössä kaikkialla maapallolla. Myös omalla takapihalla tai paikallisen koulun maalla on taloudellista potentiaalia tuottaa lämpöä kotiin tai muihin rakennuksiin.

Lisäksi erittäin syvällä pinnan alla (4-10 km) kuivissa kivimuodostelmissa on valtava määrä lämpöenergiaa.

Uuden teknologian käyttö voisi laajentaa geotermisiä järjestelmiä, joissa ihmiset voivat käyttää tätä lämpöä sähkön tuottamiseen paljon suuremmassa mittakaavassa kuin perinteinen tekniikka. Ensimmäiset tämän sähköntuotannon periaatteen demonstraatioprojektit esitetään Yhdysvalloissa ja Australiassa jo vuonna 2013.

Jos geotermisten resurssien koko taloudellinen potentiaali voidaan toteuttaa, se on valtava sähkönlähde tuotantokapasiteetille. Tutkijat ehdottavat, että perinteisten geotermisten lähteiden potentiaali on 38 000 MW, mikä voi tuottaa 380 miljoonaa MW sähköä vuodessa.

Kuumia kuivia kiviä esiintyy 5–8 kilometrin syvyydessä kaikkialla maan alla ja joissakin paikoissa matalammissa syvyyksissä. Näiden resurssien käyttö edellyttää kuuman kiven läpi kiertävän kylmän veden lisäämistä ja lämmitetyn veden poistamista. Tällä tekniikalla ei ole tällä hetkellä kaupallista sovellusta. Nykyiset tekniikat eivät vielä mahdollista lämpöenergian talteenottoa suoraan magmasta, erittäin syvältä, mutta tämä on tehokkain geotermisen energian lähde.

Yhdistämällä energiaresursseja ja sen johdonmukaisuutta, geoterminen energia voi olla korvaamaton rooli puhtaampana ja kestävämpänä energiajärjestelmänä.

Geotermisten voimalaitosten rakentaminen

Geoterminen energia on puhdasta ja kestävää lämpöä maapallolta. Suuremmat resurssit vaihtelevat muutamasta kilometristä maanpinnan alapuolella ja vielä syvemmällä korkean lämpötilan sulaan kiveen, jota kutsutaan magmaksi. Mutta kuten yllä kuvattiin, ihmiset eivät ole vielä saavuttaneet magmaa.

Kolme geotermisen voimalaitoksen mallia

Sovellustekniikka määräytyy resurssin mukaan. Jos vesi tulee kaivosta höyrynä, se voidaan käyttää suoraan. Jos kuumaa vettä on tarpeeksi korkealla, sen tulee kulkea lämmönvaihtimen läpi.

Ensimmäinen sähköntuotannon kaivo porattiin ennen vuotta 1924. Syvempiä kaivoja porattiin 1950-luvulla, mutta todellinen kehitys tapahtuu 1970- ja 1980-luvuilla.

Geotermisen lämmön suora käyttö

Geotermisiä lähteitä voidaan käyttää myös suoraan lämmitystarkoituksiin. Kuumaa vettä käytetään rakennusten lämmittämiseen, kasvien kasvattamiseen kasvihuoneissa, kalojen ja viljelykasvien kuivaamiseen, öljyntuotannon parantamiseen, teollisten prosessien, kuten maidon pastörointilaitteiden, tukemiseen ja veden lämmittämiseen kalatiloilla. Yhdysvalloissa Klamath Falls, Oregon ja Boise, Idaho, ovat käyttäneet geotermistä vettä kotien ja rakennusten lämmittämiseen yli vuosisadan ajan. Itärannikolla, Warm Springsin kaupungissa, Virginiassa, saa lämpöä suoraan lähdevedestä käyttämällä lämmönlähteitä yhdessä paikallisista lomakohteista.

Islannissa lähes kaikki maan rakennukset lämmitetään kuumalla lähdevedellä. Itse asiassa Islanti saa yli 50 prosenttia primäärienergiastaan ​​geotermisistä lähteistä. Esimerkiksi Reykjavikissa (asukas 118 000) lämmintä vettä kuljetetaan 25 kilometriä kuljetinta pitkin, ja asukkaat käyttävät sitä lämmitykseen ja luonnontarpeisiin.

Uusi-Seelanti saa 10 % sähköstään ylimääräistä. on alikehittynyt lämpövesien läsnäolosta huolimatta.

Tämä energia kuuluu vaihtoehtoisiin lähteisiin. Nykyään he mainitsevat yhä useammin planeetan meille tarjoamat mahdollisuudet saada resursseja. Voidaan sanoa, että elämme uusiutuvan energian muodin aikakautta. Tällä alueella luodaan paljon teknisiä ratkaisuja, suunnitelmia ja teorioita.

Se on syvällä maan sisällä ja sillä on uudistumisominaisuudet, toisin sanoen se on loputon. Klassiset resurssit ovat tutkijoiden mukaan alkamassa loppua, öljy, hiili ja kaasu loppuvat.

Nesjavellirin geoterminen voimalaitos, Islanti

Näin ollen voidaan vähitellen valmistautua ottamaan käyttöön uusia vaihtoehtoisia energiantuotantomenetelmiä. Maankuoren alla on voimakas ydin. Sen lämpötila vaihtelee 3000 - 6000 astetta. Litosfäärilevyjen liike osoittaa sen valtavan voiman. Se ilmenee magman vulkaanisena löystymisenä. Syvyyksissä tapahtuu radioaktiivista hajoamista, mikä joskus aiheuttaa tällaisia ​​luonnonkatastrofeja.

Yleensä magma lämmittää pintaa ylittämättä sitä. Näin saadaan geysirit tai lämpimät vesialtaat. Näin fyysisiä prosesseja voidaan käyttää ihmiskunnan oikeisiin tarkoituksiin.

Geotermisten energialähteiden tyypit

Se jaetaan yleensä kahteen tyyppiin: hydroterminen ja petroterminen energia. Ensimmäinen muodostuu lämpimistä lähteistä johtuen, ja toinen tyyppi on lämpötilaero maan pinnalla ja syvyyksissä. Omin sanoin: hydroterminen lähde koostuu höyrystä ja kuumasta vedestä, kun taas petroterminen lähde on piilossa syvällä maan alla.

Kartta geotermisen energian kehityspotentiaalista maailmassa

Petrotermisen energian saamiseksi on tarpeen porata kaksi kaivoa, täyttää yksi vedellä, minkä jälkeen tapahtuu huiman prosessi, joka tulee pintaan. Geotermisiä alueita on kolme luokkaa:

• Geoterminen - sijaitsee lähellä mannerlaattoja. Lämpötilagradientti yli 80C/km. Esimerkkinä italialainen Larderellon kunta. Siellä on voimalaitos
• Puolilämpö - lämpötila 40 - 80 C / km. Nämä ovat luonnollisia pohjavesiä, jotka koostuvat murskatuista kivistä. Joissain paikoissa Ranskassa rakennuksia lämmitetään tällä tavalla.
• Normaali - kaltevuus alle 40 C/km. Tällaisten alueiden edustus on yleisintä

Ne ovat erinomainen kulutuksen lähde. Ne ovat kalliossa tietyllä syvyydellä. Katsotaanpa luokittelua tarkemmin:

• Epiterminen - lämpötila 50 - 90 s
• Mesoterminen - 100 - 120 s
• Hypoterminen - yli 200 s

Nämä lajit koostuvat erilaisista kemiallisista koostumuksista. Siitä riippuen vettä voidaan käyttää eri tarkoituksiin. Esimerkiksi sähkön tuotannossa, lämmönjakelussa (lämpöreitit), raaka-ainepohjassa.

Video: Geoterminen energia

Lämmönsyöttöprosessi

Veden lämpötila on 50-60 astetta, mikä on optimaalinen asuinalueen lämmitykseen ja kuuman syöttöön. Lämmitysjärjestelmien tarve riippuu maantieteellisestä sijainnista ja ilmasto-olosuhteista. Ja ihmiset tarvitsevat jatkuvasti kuumaa vettä. Tätä prosessia varten rakennetaan GTS (geotermisiä lämpöasemia).

Jos klassiseen lämpöenergian tuotantoon käytetään kattilataloa, joka kuluttaa kiinteää tai kaasupolttoainetta, niin tässä tuotannossa käytetään geysirlähdettä. Tekninen prosessi on hyvin yksinkertainen, samat viestintä, lämpöreitit ja laitteet. Riittää, kun poraat kaivon, puhdistat sen kaasuista, lähetät sen sitten kattilahuoneeseen pumpuilla, missä lämpötila-aikataulua ylläpidetään, ja sitten se tulee lämmitysverkkoon.

Suurin ero on, että polttoainekattilaa ei tarvitse käyttää. Tämä vähentää merkittävästi lämpöenergian kustannuksia. Talvella tilaajat saavat lämpöä ja kuumaa vettä ja kesällä vain kuumaa vettä.

Sähköntuotanto

Kuumat lähteet, geysirit ovat pääkomponentteja sähköntuotannossa. Tätä varten käytetään useita järjestelmiä, erityisiä voimalaitoksia rakennetaan. GTS-laite:

• LKV säiliö
• Pumppu
• Kaasun erotin
• Höyryn erotin
• tuottava turbiini
• Kondensaattori
• tehostinpumppu
• Säiliö - jäähdytin

Kuten näet, piirin pääelementti on höyrymuunnin. Tämä mahdollistaa puhdistetun höyryn saamisen, koska se sisältää happoja, jotka tuhoavat turbiinilaitteita. Teknologisessa syklissä on mahdollista käyttää sekajärjestelmää, eli vesi ja höyry ovat mukana prosessissa. Neste käy läpi koko puhdistusvaiheen kaasuista sekä höyrystä.

Piiri binäärilähteellä

Työskentelykomponentti on neste, jolla on alhainen kiehumispiste. Lämpövesi on mukana myös sähkön tuotannossa ja toimii toissijaisena raaka-aineena.

Sen avulla muodostuu matalalla kiehuvaa lähdehöyryä. GTS, jolla on tällainen työkierto, voidaan täysin automatisoida, eikä se vaadi huoltohenkilöstön läsnäoloa. Tehokkaammat asemat käyttävät kaksipiirijärjestelmää. Tämäntyyppinen voimalaitos mahdollistaa 10 MW:n tehon saavuttamisen. Kaksoispiirin rakenne:

• höyrynkehitin
• Turbiini
• Kondensaattori
• Ejektori
• Syöttöpumppu
• Ekonomisoija
• Höyrystin

Käytännöllinen käyttö

Valtavat lähdevarat ovat monta kertaa suuremmat kuin vuotuinen energiankulutus. Mutta vain pieni osa on ihmiskunnan käytössä. Asemien rakentaminen on peräisin vuodelta 1916. Italiassa luotiin ensimmäinen GeoTPP, jonka kapasiteetti on 7,5 MW. Teollisuus kehittyy aktiivisesti seuraavissa maissa: USA, Islanti, Japani, Filippiinit, Italia.

Potentiaalisten paikkojen aktiivinen etsintä ja kätevämpiä louhintamenetelmiä ovat käynnissä. Tuotantokapasiteetti kasvaa vuosi vuodelta. Jos otamme huomioon talouden indikaattorin, tällaisen teollisuuden kustannukset ovat yhtä suuret kuin hiilivoimaloissa. Islanti kattaa lähes kokonaan kunnallis- ja asuntokannan GT-lähteellä. 80 % kodeista käyttää lämmitykseen lämmintä vettä kaivoista. Yhdysvaltalaiset asiantuntijat väittävät, että asianmukaisella kehityksellä GeoTPP:t voivat tuottaa 30 kertaa enemmän kuin vuosikulutus. Jos puhumme potentiaalista, niin 39 maailman maata pystyy tarjoamaan itselleen täysin sähkön, jos ne käyttävät maan sisimpää 100-prosenttisesti.

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 laajasti. 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. Lisäksi suurin aktiivisuus havaitaan niissä maan kerroksissa, joissa tektonisten levyjen rajat sijaitsevat, sekä joissa maankuorelle on ominaista ohuus. Maan geoterminen energia saadaan seuraavasti: planeetan laava ja vesivarat ovat kosketuksissa, minkä seurauksena vesi alkaa lämmetä jyrkästi. 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. Toisin sanoen käy ilmi, että geotermistä energiaa voidaan saada teollisesti melkein missä tahansa maan kolkassa: kylmää vettä pumpataan säiliöön yhden kaivon kautta ja kuumaa vettä tai höyryä otetaan pois toisesta. Keinotekoiset lämmönlähteet ovat hyödyllisiä ja järkeviä, jos tuloksena oleva lämpö tuottaa enemmän energiaa. Höyry voidaan lähettää turbiinigeneraattoreihin, jotka tuottavat sähköä.

Poistettu lämpö on tietysti vain murto-osa kokonaisvarannoista. Mutta on muistettava, että syvä lämpö täydentyy jatkuvasti kivien puristusprosessien ja suoliston kerrostumisen vuoksi. Asiantuntijoiden mukaan maankuori kerää lämpöä, jonka kokonaismäärä on 5000 kertaa suurempi kuin maan kaikkien fossiilisten sisäosien lämpöarvo 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 eri puolilla maailmaa ovat täysin erilaisia ​​ominaisuuksiltaan, nimittäin keskilämpötilan, suolaisuuden, kaasun koostumuksen, happamuuden 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 esimerkiksi Kamtšatkassa, Islannissa, Uudessa-Seelannissa ja Pohjois-Amerikassa, ja yksittäisiä geysireitä löytyy useilta muilta alueilta.

Mistä energia tulee?

Jäähtymätön magma sijaitsee hyvin lähellä maan pintaa. 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. Maan potentiaalinen energia on siis sen sähkökentässä. 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. Tällaisen generaattorin roolia hoitaa Maan magneettikenttä, joka pyörii yhdessä planeettamme kanssa aurinkotuulen virtauksessa. 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.

Nykyään on olemassa suuri määrä vesivoimaloita, 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 aurinkopaneeleilla, mutta nykyaikaiset tekniikat mahdollistavat 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 akkretioksi, ja se johti siihen, että merkittävää gravitaatioenergiaa vapautui. Ja mitä suurempia kappaleita iskee planeetta, sitä enemmän Maan suolistossa olevaa energiaa vapautui.

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

Atomienergia

Maan energian käyttö voi tapahtua eri tavoin. Esimerkiksi ydinvoimaloiden rakentamisen avulla, kun lämpöenergiaa vapautuu atomiaineen pienimpien hiukkasten hajoamisen vuoksi. 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. Tshernobylin ydinvoimalan onnettomuuden surulliset seuraukset koemme tähän päivään asti. Vaara piilee siinä, että radioaktiivinen jäte voi uhata kaikkea elävää hyvin, hyvin pitkän ajan, 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, ja vastaavasti saadaan sähköä.

Polttamalla roskia saamme energiaa

Toinen Japanissa jo käytössä oleva menetelmä on polttolaitosten luominen. 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 - yksinkertaisinta ja kevyintä kemiallista alkuainetta - 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 pysty täysin tyydyttämään kaikkia ihmiskunnan tarpeita, jotka kasvavat joka vuosi. Asiantuntijoiden mukaan ei kuitenkaan ole syytä huoleen, sillä planeetan polttoainevarat ovat edelleen riittävät. Lisäksi käytetään yhä enemmän uusia, ympäristöystävällisiä ja uusiutuvia lähteitä.

Ympäristön saastumisen ongelma on edelleen olemassa, ja se kasvaa katastrofaalisen nopeasti. Haitallisten päästöjen määrä laskee, vastaavasti, 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.