energi panas bumi- ini adalah energi panas yang dilepaskan dari zona dalam Bumi selama ratusan juta tahun. Menurut studi geologi dan geofisika, suhu di inti bumi mencapai 3.000-6.000 °C, secara bertahap menurun ke arah dari pusat planet ke permukaannya. Letusan ribuan gunung berapi, pergerakan balok kerak bumi, gempa bumi bersaksi tentang aksi energi internal yang kuat dari Bumi. Para ilmuwan percaya bahwa medan termal planet kita disebabkan oleh peluruhan radioaktif di kedalamannya, serta pemisahan gravitasi dari materi inti.
Sumber utama pemanasan perut planet ini adalah uranium, thorium, dan potasium radioaktif. Proses peluruhan radioaktif di benua terjadi terutama di lapisan granit kerak bumi pada kedalaman 20-30 km atau lebih, di lautan - di mantel atas. Diasumsikan bahwa di dasar kerak bumi pada kedalaman 10-15 km, kemungkinan nilai suhu di benua adalah 600-800 ° C, dan di lautan - 150-200 ° C.
Seseorang dapat menggunakan energi panas bumi hanya di mana ia memanifestasikan dirinya dekat dengan permukaan bumi, mis. di daerah aktivitas vulkanik dan seismik. Sekarang energi panas bumi secara efektif digunakan oleh negara-negara seperti Amerika Serikat, Italia, Islandia, Meksiko, Jepang, Selandia Baru, Rusia, Filipina, Hongaria, El Salvador. Di sini, panas internal bumi naik ke permukaan paling dalam dalam bentuk air panas dan uap dengan suhu hingga 300 ° C dan sering pecah sebagai sumber panas yang memancar (geyser), misalnya geyser yang terkenal. Taman Yellowstone di AS, geyser Kamchatka, Islandia.
Sumber energi panas bumi dibagi menjadi uap panas kering, uap panas basah dan air panas. Sumur, yang merupakan sumber energi penting untuk jalur kereta listrik di Italia (dekat Larderello), telah ditenagai oleh uap panas kering sejak tahun 1904. Dua tempat terkenal lainnya di dunia dengan uap panas kering adalah ladang Matsukawa di Jepang dan ladang geyser di dekat San Francisco, di mana energi panas bumi juga telah digunakan secara efektif sejak lama. Yang paling penting di dunia uap panas basah terletak di Selandia Baru (Wairakei), ladang panas bumi dengan daya yang sedikit lebih rendah - di Meksiko, Jepang, El Salvador, Nikaragua, Rusia.
Dengan demikian, empat jenis utama sumber daya energi panas bumi dapat dibedakan:
panas permukaan bumi yang digunakan oleh pompa panas;
sumber energi uap, air panas dan hangat di dekat permukaan bumi, yang sekarang digunakan dalam produksi energi listrik;
panas terkonsentrasi jauh di bawah permukaan bumi (mungkin tanpa adanya air);
energi magma dan panas yang terakumulasi di bawah gunung berapi.
Cadangan panas bumi (~ 8 * 1030J) adalah 35 miliar kali konsumsi energi global tahunan. Hanya 1% energi panas bumi di kerak bumi (kedalaman 10 km) yang dapat menyediakan energi yang jumlahnya 500 kali lebih besar dari seluruh cadangan minyak dan gas dunia. Namun, saat ini hanya sebagian kecil dari sumber daya ini yang dapat digunakan, dan ini terutama karena alasan ekonomi. Awal pengembangan industri sumber daya panas bumi (energi air dalam yang panas dan uap) diletakkan pada tahun 1916, ketika pembangkit listrik tenaga panas bumi pertama dengan kapasitas 7,5 MW dioperasikan di Italia. Selama waktu yang lalu, banyak pengalaman telah terakumulasi di bidang pengembangan praktis sumber daya energi panas bumi. Total kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga panas bumi (GeoTPP) yang beroperasi adalah: 1975 - 1.278 MW, tahun 1990 - 7.300 MW. Amerika Serikat, Filipina, Meksiko, Italia, dan Jepang telah mencapai kemajuan terbesar dalam hal ini.
Parameter teknis dan ekonomi GeoTPP bervariasi pada rentang yang cukup luas dan tergantung pada karakteristik geologi daerah tersebut (kedalaman kejadian, parameter fluida kerja, komposisinya, dll.). Untuk sebagian besar GeoTPP yang ditugaskan, biaya listrik serupa dengan biaya listrik yang dihasilkan di PLTU batubara, dan berjumlah 1200 ... 2000 dolar AS / MW.
Di Islandia, 80% bangunan tempat tinggal dipanaskan dengan air panas yang diambil dari sumur panas bumi di bawah kota Reykjavik. Di Amerika Serikat bagian barat, sekitar 180 rumah dan pertanian dipanaskan oleh air panas panas bumi. Menurut para ahli, antara 1993 dan 2000, pembangkit listrik global dari energi panas bumi meningkat lebih dari dua kali lipat. Ada begitu banyak cadangan panas bumi di Amerika Serikat yang secara teoritis dapat menyediakan energi 30 kali lebih banyak daripada yang dikonsumsi negara saat ini.
Di masa depan, dimungkinkan untuk menggunakan panas magma di daerah-daerah yang letaknya dekat dengan permukaan bumi, serta panas kering dari batuan kristal yang dipanaskan. Dalam kasus terakhir, sumur dibor beberapa kilometer, air dingin dipompa ke bawah, dan air panas dikembalikan.
Sumber utama energi panas bumi adalah [ , ]:
Sampai saat ini, hanya empat sumber pertama yang telah dikuantifikasi. Di negara kita, jasa utama dalam hal ini adalah milik O.G. Sorokhtin dan S.A. Ushakov. Data berikut ini terutama didasarkan pada perhitungan para ilmuwan ini.
Panas dari diferensiasi gravitasi bumi
Salah satu keteraturan terpenting dalam perkembangan Bumi adalah diferensiasi substansinya, yang berlanjut hingga saat ini. Diferensiasi ini menghasilkan formasi inti dan kerak, perubahan komposisi primer jubah, sedangkan pemisahan zat yang awalnya homogen menjadi fraksi dengan kepadatan berbeda disertai dengan pelepasan energi termal, dan pelepasan panas maksimum terjadi ketika materi terestrial dibagi menjadi inti padat dan berat dan sisa lebih ringan cangkang silikat mantel bumi. Saat ini, sebagian besar panas ini dihasilkan di perbatasan mantel - inti.
Energi Diferensiasi Gravitasi Bumi untuk seluruh waktu keberadaannya menonjol - 1,46 * 10 38 erg (1,46 * 10 31 J). Energi yang diberikan untuk sebagian besar pertama masuk ke energi kinetik arus konvektif dari zat mantel, dan kemudian masuk dengan hangat; sebagian lagi dihabiskan untuk tambahan kompresi bagian dalam bumi, timbul karena konsentrasi fase padat di bagian tengah Bumi. Dari 1.46*10 38 erg energi diferensiasi gravitasi Bumi pergi ke kompresi tambahannya 0,23*10 38 erg (0,23*10 31 J), dan dalam bentuk kalor yang dilepaskan 1.23*10 38 erg (1.23*10 31 J). Besarnya komponen termal ini secara signifikan melebihi pelepasan total di Bumi dari semua jenis energi lainnya. Distribusi waktu dari nilai total dan laju pelepasan komponen termal energi gravitasi ditunjukkan pada Gambar. 3.6 .
Beras. 3.6.
Tingkat generasi panas saat ini selama diferensiasi gravitasi Bumi - 3*10 20 erg/dtk (3*10 13W), yang bergantung pada nilai fluks panas modern yang melewati permukaan planet di ( 4.2-4.3) * 10 20 erg / dtk ((4.2-4.3)*10 13W), adalah ~ 70%
.
panas radiogenik
Disebabkan oleh peluruhan radioaktif yang tidak stabil isotop. Yang paling boros energi dan berumur panjang ( dengan waktu paruh sesuai dengan umur bumi) adalah isotop 238 U, 235 U, 232Th dan 40K. Kebanyakan dari mereka terkonsentrasi di kerak benua. Tingkat generasi modern panas radiogenik:
- oleh ahli geofisika Amerika V.Vakye - 1.14*10 20 erg/dtk (1.14*10 13W) ,
- menurut ahli geofisika Rusia O.G. Sorokhtin dan S.A. Ushakov - 1,26*10 20 erg/dtk(1.26*10 13W) .
Dari nilai aliran panas modern, ini adalah ~ 27-30%.
Dari total panas peluruhan radioaktif di 1,26*10 20 erg/dtk (1.26*10 13W) di kerak bumi menonjol - 0,91*10 20 erg/dtk, dan di dalam mantel - 0,35*10 20 erg/dtk. Dari sini dapat disimpulkan bahwa proporsi panas radiogenik mantel tidak melebihi 10% dari total kehilangan panas modern Bumi, dan tidak dapat menjadi sumber energi utama untuk proses tektono-magmatik aktif, yang kedalamannya dapat mencapai 2.900 km. ; dan panas radiogenik yang dilepaskan di kerak relatif cepat hilang melalui permukaan bumi dan praktis tidak ikut memanaskan bagian dalam planet.
Di zaman geologis masa lalu, jumlah panas radiogenik yang dilepaskan di mantel pasti lebih tinggi. Perkiraannya pada saat pembentukan Bumi ( 4,6 miliar tahun yang lalu) memberi - 6.95*10 20 erg/dtk. Sejak saat itu, telah terjadi penurunan yang stabil dalam laju pelepasan energi radiogenik (Gbr. 3.7 ).
Untuk semua waktu di Bumi menonjol ~4.27*10 37 erg(4.27*10 30 J) energi termal peluruhan radioaktif, yang hampir tiga kali lebih rendah dari nilai total panas diferensiasi gravitasi.
Panas gesekan pasang surut
Itu menonjol selama interaksi gravitasi Bumi, terutama dengan Bulan, sebagai benda kosmik besar terdekat. Karena tarik-menarik gravitasi timbal balik, deformasi pasang surut terjadi di tubuh mereka - pembengkakan atau punuk. Punuk pasang surut planet, dengan daya tarik tambahannya, memengaruhi pergerakannya. Dengan demikian, daya tarik kedua punuk pasang surut Bumi menciptakan sepasang gaya yang bekerja baik di Bumi itu sendiri maupun di Bulan. Namun, pengaruh pembengkakan yang dekat dan menghadap bulan agak lebih kuat daripada yang jauh. Karena fakta bahwa kecepatan sudut rotasi Bumi modern ( 7.27*10 -5 s -1) melebihi kecepatan orbit Bulan ( 2.66*10 -6 s -1), dan substansi planet tidak elastis secara ideal, maka punuk pasang surut Bumi, seolah-olah, terbawa oleh rotasi ke depan dan secara nyata mendahului pergerakan Bulan. Ini mengarah pada fakta bahwa pasang surut maksimum Bumi selalu terjadi di permukaannya lebih lambat dari saat ini klimaks Bulan, dan momen gaya tambahan bekerja di Bumi dan Bulan (Gbr. 3.8 ) .
Nilai absolut dari gaya interaksi pasang surut dalam sistem Bumi-Bulan sekarang relatif kecil dan deformasi pasang surut litosfer yang disebabkan olehnya hanya dapat mencapai beberapa puluh sentimeter, tetapi mereka mengarah pada perlambatan bertahap Bumi. rotasi dan, sebaliknya, dengan percepatan gerakan orbit Bulan dan pemindahannya dari Bumi. Energi kinetik pergerakan tidal hump bumi diubah menjadi energi panas karena adanya gesekan internal materi di tidal hump.
Saat ini, laju pelepasan energi pasang surut sebesar G. McDonald adalah ~0,25*10 20 erg/dtk (0,25*10 13W), sedangkan bagian utamanya (sekitar 2/3) mungkin menghilang(tersebar) di hidrosfer. Akibatnya, fraksi energi pasang surut yang disebabkan oleh interaksi Bumi dengan Bulan dan dihamburkan di Bumi padat (terutama di astenosfer) tidak melebihi 2 %
total energi panas yang dihasilkan di kedalamannya; dan fraksi pasang surut matahari tidak melebihi 20 %
dari pengaruh pasang surut bulan. Oleh karena itu, pasang surut sekarang praktis tidak berperan dalam memberi makan proses tektonik dengan energi, tetapi dalam beberapa kasus mereka dapat bertindak sebagai "pemicu", misalnya gempa bumi.
Besarnya energi pasang surut berhubungan langsung dengan jarak antar benda angkasa. Dan jika jarak antara Bumi dan Matahari tidak mengasumsikan perubahan signifikan dalam skala waktu geologis, maka dalam sistem Bumi-Bulan, parameter ini adalah variabel. Terlepas dari gagasan tentang, hampir semua peneliti mengakui bahwa pada tahap awal perkembangan Bumi, jarak ke Bulan secara signifikan lebih kecil daripada jarak modern, sementara dalam proses pengembangan planet, menurut sebagian besar ilmuwan, secara bertahap meningkat. , dan menurut Yu.N. avsyuku jarak ini mengalami perubahan jangka panjang dalam bentuk siklus "kedatangan - keberangkatan" bulan. Ini menyiratkan bahwa di zaman geologis masa lalu, peran panas pasang surut dalam keseimbangan panas keseluruhan Bumi lebih signifikan. Secara umum, untuk seluruh waktu perkembangan Bumi, ia telah menonjol ~3.3*10 37 erg (3.3*10 30 J) energi panas pasang surut (ini tunduk pada pemindahan Bulan secara berurutan dari Bumi). Perubahan waktu laju pelepasan panas ini ditunjukkan pada Gambar. 3.10 .
Lebih dari setengah total energi pasang surut dilepaskan di katarchee (hala)) - 4,6-4,0 miliar tahun yang lalu, dan pada saat itu, hanya karena energi ini, Bumi juga dapat memanas hingga ~ 500 0 . proses endogen yang intensif energi .
panas pertambahan
Ini adalah panas yang disimpan oleh Bumi sejak pembentukannya. Selama pertambahan, yang berlangsung selama beberapa puluh juta tahun, karena tumbukan planetesimal Bumi telah mengalami pemanasan yang signifikan. Pada saat yang sama, tidak ada konsensus tentang besarnya pemanasan ini. Saat ini, para peneliti cenderung percaya bahwa dalam proses pertambahan, Bumi mengalami, jika tidak lengkap, maka pencairan parsial yang signifikan, yang menyebabkan diferensiasi awal Proto-Bumi menjadi inti besi berat dan mantel silikat ringan, dan ke formasi "lautan magma" pada permukaannya atau pada kedalaman yang dangkal. Meskipun bahkan sebelum tahun 1990-an, model Bumi primer yang relatif dingin dianggap secara praktis diakui secara universal, yang secara bertahap memanas karena proses di atas, disertai dengan pelepasan sejumlah besar energi panas.
Penilaian yang akurat dari panas akresi primer dan bagiannya yang bertahan hingga saat ini dikaitkan dengan kesulitan yang signifikan. Oleh O.G. Sorokhtin dan S.A. Ushakov, yang merupakan pendukung Bumi primer yang relatif dingin, nilai energi pertambahan yang diubah menjadi panas adalah - 20.13*10 38 erg (20.13*10 31 J). Energi ini tanpa adanya kehilangan panas akan cukup untuk penguapan lengkap materi terestrial, karena suhu bisa naik ke 30.000 0. Tetapi proses pertambahannya relatif lama, dan energi tumbukan planetesimal hanya dilepaskan di lapisan dekat permukaan Bumi yang sedang tumbuh dan dengan cepat hilang dengan radiasi termal, sehingga pemanasan awal planet ini tidak besar. Besarnya radiasi termal ini, yang berjalan secara paralel dengan pembentukan (pertambahan) Bumi, diperkirakan oleh penulis yang ditunjukkan sebagai 19.4*10 38 erg (19.4*10 31 J)
.
Dalam keseimbangan energi Bumi saat ini, panas pertambahan kemungkinan besar memainkan peran yang tidak signifikan.
Bagi Rusia, energi panas bumi dapat menjadi sumber yang konstan dan andal untuk menyediakan listrik dan panas yang murah dan terjangkau menggunakan teknologi tinggi baru yang ramah lingkungan untuk ekstraksi dan pasokannya ke konsumen. Ini terutama benar saat ini
Sumber daya bahan baku energi fosil yang terbatas
Permintaan bahan baku energi organik besar di negara-negara industri dan berkembang (AS, Jepang, negara-negara Eropa bersatu, Cina, India, dll). Pada saat yang sama, sumber daya hidrokarbon mereka sendiri di negara-negara ini tidak mencukupi atau dicadangkan, dan sebuah negara, misalnya, Amerika Serikat, membeli bahan baku energi di luar negeri atau mengembangkan simpanan di negara lain.
Di Rusia, salah satu negara terkaya dalam hal sumber daya energi, kebutuhan ekonomi akan energi masih dipenuhi oleh kemungkinan penggunaan sumber daya alam. Namun, ekstraksi hidrokarbon fosil dari lapisan tanah terjadi dengan sangat cepat. Jika pada tahun 1940-an-1960-an. Daerah penghasil minyak utama adalah "Baku Kedua" di Volga dan Cis-Ural, kemudian, mulai dari tahun 1970-an, dan hingga saat ini, Siberia Barat telah menjadi daerah seperti itu. Tetapi bahkan di sini ada penurunan yang signifikan dalam produksi fosil hidrokarbon. Era gas Cenomania yang "kering" sedang berlalu. Tahap sebelumnya dari pengembangan ekstensif produksi gas alam telah berakhir. Ekstraksinya dari deposit raksasa seperti Medvezhye, Urengoyskoye dan Yamburgskoye masing-masing berjumlah 84, 65 dan 50%. Proporsi cadangan minyak yang menguntungkan bagi pembangunan juga menurun seiring waktu.
Karena konsumsi aktif bahan bakar hidrokarbon, cadangan minyak dan gas alam di darat telah berkurang secara signifikan. Sekarang cadangan utama mereka terkonsentrasi di landas kontinen. Dan meskipun basis bahan baku industri minyak dan gas masih cukup untuk ekstraksi minyak dan gas di Rusia dalam volume yang diperlukan, dalam waktu dekat akan disediakan secara lebih luas melalui pengembangan lapangan dengan penambangan dan penambangan yang kompleks. kondisi geologi. Pada saat yang sama, biaya produksi hidrokarbon akan meningkat.
Sebagian besar sumber daya tak terbarukan yang diekstraksi dari lapisan tanah bawah digunakan sebagai bahan bakar pembangkit listrik. Pertama-tama, ini adalah bagian yang dalam struktur bahan bakar adalah 64%.
Di Rusia, 70% listrik dihasilkan di pembangkit listrik termal. Perusahaan energi negara setiap tahun membakar sekitar 500 juta ton c.e. ton untuk mendapatkan listrik dan panas, sedangkan produksi panas mengkonsumsi bahan bakar hidrokarbon 3-4 kali lebih banyak daripada pembangkit listrik.
Jumlah panas yang diperoleh dari pembakaran volume bahan baku hidrokarbon ini setara dengan penggunaan ratusan ton bahan bakar nuklir - perbedaannya sangat besar. Namun, tenaga nuklir memerlukan jaminan keamanan lingkungan (untuk mencegah terulangnya Chernobyl) dan melindunginya dari kemungkinan serangan teroris, serta dekomisioning yang aman dan mahal dari unit tenaga nuklir usang dan bekas. Cadangan terbukti uranium yang dapat dipulihkan di dunia sekitar 3 juta 400 ribu ton, untuk seluruh periode sebelumnya (hingga 2007), sekitar 2 juta ton ditambang.
RES sebagai masa depan energi global
Meningkatnya minat dunia dalam beberapa dekade terakhir pada sumber energi alternatif terbarukan (RES) tidak hanya disebabkan oleh menipisnya cadangan bahan bakar hidrokarbon, tetapi juga oleh kebutuhan untuk memecahkan masalah lingkungan. Faktor obyektif (bahan bakar fosil dan cadangan uranium, serta perubahan lingkungan yang terkait dengan penggunaan api tradisional dan energi nuklir) dan tren pengembangan energi menunjukkan bahwa transisi ke metode dan bentuk baru produksi energi tidak dapat dihindari. Sudah di paruh pertama abad XXI. akan ada transisi lengkap atau hampir lengkap ke sumber energi non-tradisional.
Semakin cepat terobosan dibuat ke arah ini, semakin tidak menyakitkan bagi seluruh masyarakat dan lebih bermanfaat bagi negara, di mana langkah-langkah tegas akan diambil ke arah ini.
Ekonomi dunia telah menetapkan arah untuk transisi ke kombinasi rasional sumber energi tradisional dan baru. Konsumsi energi di dunia pada tahun 2000 berjumlah lebih dari 18 miliar ton setara bahan bakar. ton, dan konsumsi energi pada tahun 2025 dapat meningkat menjadi 30–38 miliar ton setara bahan bakar. ton, menurut data perkiraan, pada tahun 2050 konsumsi pada tingkat setara bahan bakar 60 miliar ton dimungkinkan. t Tren karakteristik dalam perkembangan ekonomi dunia pada periode yang ditinjau adalah penurunan sistematis dalam konsumsi bahan bakar fosil dan peningkatan yang sesuai dalam penggunaan sumber daya energi non-tradisional. Energi panas Bumi menempati salah satu tempat pertama di antara mereka.
Saat ini, Kementerian Energi Federasi Rusia telah mengadopsi program untuk pengembangan energi non-tradisional, termasuk 30 proyek besar untuk penggunaan unit pompa panas (HPU), yang prinsip operasinya didasarkan pada konsumsi energi. energi termal potensial rendah di bumi.
Energi potensial rendah dari panas bumi dan pompa panas
Sumber energi potensial rendah dari panas bumi adalah radiasi matahari dan radiasi termal dari perut yang dipanaskan di planet kita. Saat ini, penggunaan energi tersebut merupakan salah satu bidang energi yang paling dinamis berkembang berdasarkan sumber energi terbarukan.
Panas bumi dapat digunakan di berbagai jenis bangunan dan struktur untuk pemanasan, pasokan air panas, penyejuk udara (pendingin), serta untuk trek pemanas di musim dingin, mencegah lapisan es, memanaskan bidang di stadion terbuka, dll. Dalam literatur teknis berbahasa Inggris sistem yang memanfaatkan panas bumi dalam sistem pemanas dan pendingin udara disebut sebagai GHP - "pompa panas panas bumi" (geothermal heat pumps). Karakteristik iklim negara-negara Eropa Tengah dan Utara, yang, bersama-sama dengan Amerika Serikat dan Kanada, merupakan area utama untuk penggunaan panas bumi tingkat rendah, menentukan ini terutama untuk tujuan pemanasan; pendinginan udara, bahkan di musim panas, relatif jarang diperlukan. Oleh karena itu, tidak seperti di AS, pompa panas di negara-negara Eropa beroperasi terutama dalam mode pemanasan. Di AS, mereka lebih sering digunakan dalam sistem pemanas udara yang dikombinasikan dengan ventilasi, yang memungkinkan pemanasan dan pendinginan udara luar. Di negara-negara Eropa, pompa panas biasanya digunakan dalam sistem pemanas air. Karena efisiensinya meningkat ketika perbedaan suhu antara evaporator dan kondensor berkurang, sistem pemanas lantai sering digunakan untuk memanaskan bangunan, di mana pendingin dengan suhu yang relatif rendah (35–40 ° C) bersirkulasi.
Jenis sistem untuk penggunaan energi potensial rendah dari panas bumi
Dalam kasus umum, dua jenis sistem untuk menggunakan energi potensial rendah dari panas bumi dapat dibedakan:
- sistem terbuka: sebagai sumber energi panas potensial rendah, air tanah digunakan, yang disuplai langsung ke pompa panas;
- sistem tertutup: penukar panas terletak di massa tanah; ketika pendingin dengan suhu lebih rendah dari tanah bersirkulasi melalui mereka, energi panas "diambil" dari tanah dan dipindahkan ke evaporator pompa panas (atau ketika pendingin dengan suhu yang lebih tinggi relatif terhadap tanah digunakan, itu didinginkan ).
Kerugian dari sistem terbuka adalah bahwa sumur membutuhkan perawatan. Selain itu, penggunaan sistem seperti itu tidak mungkin dilakukan di semua area. Persyaratan utama untuk tanah dan air tanah adalah sebagai berikut:
- permeabilitas air yang cukup dari tanah, memungkinkan pengisian cadangan air;
– kimia air tanah yang baik (misalnya kandungan besi rendah) untuk menghindari kerak pipa dan masalah korosi.
Sistem tertutup untuk penggunaan energi potensial rendah dari panas bumi
Sistem tertutup adalah horizontal dan vertikal (Gambar 1).
Beras. 1. Skema instalasi pompa kalor panas bumi dengan: a - horizontal
dan b - penukar panas tanah vertikal.
Penukar panas tanah horizontal
Di negara-negara Eropa Barat dan Tengah, penukar panas tanah horizontal biasanya merupakan pipa terpisah yang diletakkan relatif erat dan dihubungkan satu sama lain secara seri atau paralel (Gbr. 2).
Beras. 2. Penukar panas tanah horizontal dengan: a - berurutan dan
b - koneksi paralel.
Untuk menyelamatkan area situs di mana panas dihilangkan, jenis penukar panas yang ditingkatkan telah dikembangkan, misalnya, penukar panas dalam bentuk spiral (Gbr. 3), yang terletak secara horizontal atau vertikal. Bentuk penukar panas ini umum di AS.
Dengan perkembangan dan pembentukan masyarakat, umat manusia mulai mencari cara yang lebih modern dan sekaligus ekonomis untuk memperoleh energi. Untuk ini, berbagai stasiun sedang dibangun hari ini, tetapi pada saat yang sama, energi yang terkandung di dalam perut bumi banyak digunakan. Apa yang dia suka? Mari kita coba mencari tahu.
energi panas bumi
Dari namanya saja sudah jelas mewakili panasnya interior bumi. Di bawah kerak bumi adalah lapisan magma, yang merupakan lelehan silikat cair yang berapi-api. Menurut data penelitian, potensi energi panas ini jauh lebih tinggi dibandingkan energi cadangan gas alam dunia, juga minyak bumi. Magma muncul ke permukaan - lava. Selain itu, aktivitas terbesar diamati di lapisan-lapisan bumi di mana batas-batas lempeng tektonik berada, serta di mana kerak bumi dicirikan oleh ketipisan. Energi panas bumi bumi diperoleh sebagai berikut: lava dan sumber air planet ini bersentuhan, akibatnya air mulai memanas dengan tajam. Ini mengarah pada letusan geyser, pembentukan apa yang disebut danau panas dan arus bawah. Yaitu, justru fenomena alam itu, yang sifat-sifatnya digunakan secara aktif sebagai energi.
Sumber panas bumi buatan
Energi yang terkandung dalam perut bumi harus digunakan dengan bijak. Misalnya, ada ide untuk membuat boiler bawah tanah. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengebor dua sumur dengan kedalaman yang cukup, yang akan dihubungkan di bagian bawah. Artinya, ternyata energi panas bumi dapat diperoleh secara industri di hampir semua sudut tanah: air dingin akan dipompa ke reservoir melalui satu sumur, dan air panas atau uap akan diekstraksi melalui sumur kedua. Sumber panas buatan akan bermanfaat dan rasional jika panas yang dihasilkan akan memberikan lebih banyak energi. Uap tersebut dapat dikirim ke turbin generator yang akan menghasilkan listrik.
Tentu saja, panas yang diekstraksi hanya sebagian kecil dari apa yang tersedia dalam total cadangan. Tetapi harus diingat bahwa panas yang dalam akan terus diisi ulang karena proses kompresi batuan, stratifikasi perut. Menurut para ahli, kerak bumi mengakumulasi panas, yang jumlah totalnya 5.000 kali lebih besar dari nilai kalori semua interior fosil bumi secara keseluruhan. Ternyata waktu operasi stasiun panas bumi yang dibuat secara artifisial semacam itu bisa tidak terbatas.
Fitur Sumber
Sumber-sumber yang memungkinkan untuk memperoleh energi panas bumi hampir tidak mungkin dimanfaatkan sepenuhnya. Mereka ada di lebih dari 60 negara di dunia, dengan jumlah gunung berapi terestrial terbesar di wilayah cincin api vulkanik Pasifik. Namun dalam praktiknya, ternyata sumber panas bumi di berbagai belahan dunia benar-benar berbeda sifatnya, yaitu suhu rata-rata, salinitas, komposisi gas, keasaman, dan sebagainya.
Geyser adalah sumber energi di Bumi, kekhasannya adalah mereka memuntahkan air mendidih pada interval tertentu. Setelah letusan, kolam menjadi bebas air, di dasarnya Anda dapat melihat saluran yang masuk jauh ke dalam tanah. Geyser digunakan sebagai sumber energi di daerah seperti Kamchatka, Islandia, Selandia Baru dan Amerika Utara, dan geyser tunggal ditemukan di beberapa daerah lain.
Dari mana energi berasal?
Magma yang tidak didinginkan terletak sangat dekat dengan permukaan bumi. Gas dan uap dilepaskan darinya, yang naik dan melewati celah-celah. Mencampur dengan air tanah, mereka menyebabkannya memanas, mereka sendiri berubah menjadi air panas, di mana banyak zat terlarut. Air tersebut dilepaskan ke permukaan bumi dalam bentuk berbagai sumber panas bumi: mata air panas, mata air mineral, geyser, dan sebagainya. Menurut para ilmuwan, perut bumi yang panas adalah gua-gua atau ruang-ruang yang dihubungkan oleh lorong-lorong, celah-celah dan saluran-saluran. Mereka hanya diisi dengan air tanah, dan sangat dekat dengan mereka adalah ruang magma. Dengan cara alami ini, energi panas bumi terbentuk.
medan listrik bumi
Ada sumber energi alternatif lain di alam yang terbarukan, ramah lingkungan, dan mudah digunakan. Benar, selama ini sumber ini hanya dipelajari dan tidak diterapkan dalam praktik. Jadi, energi potensial bumi terletak pada medan listriknya. Dimungkinkan untuk memperoleh energi dengan cara ini berdasarkan studi tentang hukum dasar elektrostatika dan fitur medan listrik bumi. Faktanya, planet kita dari sudut pandang listrik adalah kapasitor bola yang diisi hingga 300.000 volt. Bola bagian dalamnya bermuatan negatif, dan bagian luarnya - ionosfer - positif. adalah isolator. Melaluinya ada aliran arus ionik dan konveksi yang konstan, yang mencapai kekuatan ribuan ampere. Namun, perbedaan potensial antara pelat tidak berkurang dalam kasus ini.
Ini menunjukkan bahwa di alam ada generator, yang perannya adalah untuk terus-menerus mengisi kebocoran muatan dari pelat kapasitor. Peran generator semacam itu dimainkan oleh medan magnet bumi, yang berputar bersama dengan planet kita dalam aliran angin matahari. Energi medan magnet bumi dapat diperoleh hanya dengan menghubungkan konsumen energi ke generator ini. Untuk melakukan ini, Anda perlu memasang ground yang andal.
Sumber terbarukan
Karena populasi planet kita terus bertambah, kita membutuhkan lebih banyak energi untuk memenuhi kebutuhan populasi. Energi yang terkandung di dalam perut bumi bisa sangat berbeda. Misalnya, ada sumber terbarukan: angin, matahari, dan energi air. Mereka ramah lingkungan, dan karena itu Anda dapat menggunakannya tanpa takut merusak lingkungan.
energi air
Metode ini telah digunakan selama berabad-abad. Saat ini, sejumlah besar bendungan dan waduk telah dibangun, di mana air digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Inti dari mekanisme ini sederhana: di bawah pengaruh aliran sungai, roda turbin berputar, masing-masing, energi air diubah menjadi energi listrik.
Saat ini, ada sejumlah besar pembangkit listrik tenaga air yang mengubah energi aliran air menjadi listrik. Keunikan metode ini adalah dapat diperbarui, masing-masing, desain seperti itu memiliki biaya rendah. Itu sebabnya, meskipun pembangunan pembangkit listrik tenaga air memakan waktu yang cukup lama, dan prosesnya sendiri sangat mahal, namun fasilitas ini secara signifikan mengungguli industri padat listrik.
Energi surya: modern dan menjanjikan
Energi matahari diperoleh dengan menggunakan panel surya, tetapi teknologi modern memungkinkan penggunaan metode baru untuk ini. Sistem terbesar di dunia dibangun di gurun California. Ini sepenuhnya menyediakan energi untuk 2.000 rumah. Desainnya bekerja sebagai berikut: sinar matahari dipantulkan dari cermin, yang dikirim ke boiler pusat dengan air. Mendidih dan berubah menjadi uap, yang memutar turbin. Itu, pada gilirannya, terhubung ke generator listrik. Angin juga dapat digunakan sebagai energi yang diberikan Bumi kepada kita. Angin meniup layar, memutar kincir angin. Dan sekarang dengan bantuannya Anda dapat membuat perangkat yang akan menghasilkan energi listrik. Dengan memutar bilah kincir angin, ia menggerakkan poros turbin, yang, pada gilirannya, terhubung ke generator listrik.
Energi internal Bumi
Itu muncul sebagai hasil dari beberapa proses, yang utamanya adalah akresi dan radioaktivitas. Menurut para ilmuwan, pembentukan Bumi dan massanya terjadi selama beberapa juta tahun, dan ini terjadi karena pembentukan planetesimal. Mereka saling menempel, masing-masing, massa Bumi menjadi semakin banyak. Setelah planet kita mulai memiliki massa modern, tetapi masih tanpa atmosfer, benda-benda meteorik dan asteroid jatuh di atasnya tanpa hambatan. Proses ini hanya disebut akresi, dan itu mengarah pada fakta bahwa energi gravitasi yang signifikan dilepaskan. Dan semakin besar benda-benda yang menabrak planet, semakin besar pula jumlah energi yang terkandung di dalam perut bumi yang dilepaskan.
Diferensiasi gravitasi ini mengarah pada fakta bahwa zat mulai terpisah: zat berat tenggelam begitu saja, sementara zat ringan dan mudah menguap melayang. Diferensiasi juga mempengaruhi pelepasan tambahan energi gravitasi.
Energi Atom
Penggunaan energi bumi dapat terjadi dengan berbagai cara. Misalnya, dengan bantuan pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir, ketika energi panas dilepaskan karena peluruhan partikel terkecil dari materi atom. Bahan bakar utamanya adalah uranium, yang terkandung di dalam kerak bumi. Banyak yang percaya bahwa metode memperoleh energi ini adalah yang paling menjanjikan, tetapi penggunaannya dikaitkan dengan sejumlah masalah. Pertama, uranium memancarkan radiasi yang membunuh semua organisme hidup. Selain itu, jika zat ini memasuki tanah atau atmosfer, maka bencana buatan manusia yang nyata akan terjadi. Kami mengalami konsekuensi menyedihkan dari kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl hingga hari ini. Bahayanya terletak pada kenyataan bahwa limbah radioaktif dapat mengancam semua makhluk hidup untuk waktu yang sangat lama, selama ribuan tahun.
Waktu baru - ide baru
Tentu saja, orang tidak berhenti di situ, dan setiap tahun semakin banyak upaya dilakukan untuk menemukan cara baru untuk mendapatkan energi. Jika energi panas bumi diperoleh dengan cukup sederhana, maka beberapa metode tidak sesederhana itu. Misalnya, sebagai sumber energi, sangat mungkin untuk menggunakan gas biologis, yang diperoleh selama pembusukan limbah. Ini dapat digunakan untuk memanaskan rumah dan memanaskan air.
Semakin, mereka sedang dibangun ketika bendungan dan turbin dipasang di mulut waduk, yang masing-masing didorong oleh pasang surut, listrik diperoleh.
Membakar sampah, kita mendapatkan energi
Metode lain yang sudah digunakan di Jepang adalah pembuatan insinerator. Hari ini mereka dibangun di Inggris, Italia, Denmark, Jerman, Prancis, Belanda, dan Amerika Serikat, tetapi hanya di Jepang perusahaan-perusahaan ini mulai digunakan tidak hanya untuk tujuan yang dimaksudkan, tetapi juga untuk menghasilkan listrik. Di pabrik-pabrik lokal, 2/3 dari semua sampah dibakar, sedangkan pabrik-pabrik dilengkapi dengan turbin uap. Dengan demikian, mereka memasok panas dan listrik ke daerah terdekat. Pada saat yang sama, dalam hal biaya, membangun perusahaan seperti itu jauh lebih menguntungkan daripada membangun pembangkit listrik termal.
Lebih menggoda adalah prospek menggunakan panas bumi di mana gunung berapi terkonsentrasi. Dalam hal ini, tidak perlu mengebor Bumi terlalu dalam, karena sudah pada kedalaman 300-500 meter suhu akan setidaknya dua kali lebih tinggi dari titik didih air.
Ada juga cara untuk menghasilkan listrik, karena Hidrogen - unsur kimia paling sederhana dan paling ringan - dapat dianggap sebagai bahan bakar yang ideal, karena di situlah terdapat air. Jika Anda membakar hidrogen, Anda bisa mendapatkan air, yang terurai menjadi oksigen dan hidrogen. Api hidrogen itu sendiri tidak berbahaya, yaitu tidak akan membahayakan lingkungan. Keunikan elemen ini adalah memiliki nilai kalor yang tinggi.
Ada apa di masa depan?
Tentu saja, energi medan magnet bumi atau yang diperoleh dari pembangkit listrik tenaga nuklir tidak dapat sepenuhnya memenuhi semua kebutuhan umat manusia yang tumbuh setiap tahun. Namun, para ahli mengatakan bahwa tidak ada alasan untuk khawatir, karena sumber daya bahan bakar planet ini masih cukup. Selain itu, semakin banyak sumber baru yang digunakan, ramah lingkungan dan terbarukan.
Masalah pencemaran lingkungan tetap ada, dan berkembang sangat cepat. Jumlah emisi berbahaya keluar dari skala, masing-masing, udara yang kita hirup berbahaya, air memiliki kotoran berbahaya, dan tanah secara bertahap habis. Itulah mengapa sangat penting untuk mempelajari tepat waktu fenomena seperti energi di perut bumi untuk mencari cara untuk mengurangi kebutuhan bahan bakar fosil dan lebih aktif menggunakan sumber energi non-tradisional.
