Sumber utama energi panas bumi. Energi panas bumi dan metode produksinya

Doktor ilmu teknik PADA. Aku bersumpah, profesor,
akademisi Akademi Rusia Ilmu Teknologi, Moskow

PADA dekade terakhir di dunia dianggap arah lebih penggunaan yang efektif energi panas dalam Bumi dengan tujuan penggantian sebagian gas alam, minyak, batu bara. Ini akan menjadi mungkin tidak hanya di daerah dengan parameter panas bumi yang tinggi, tetapi juga di daerah mana pun. dunia saat mengebor sumur injeksi dan produksi serta menciptakan sistem sirkulasi di antara keduanya.

Meningkatnya minat terhadap sumber energi alternatif di dunia dalam beberapa dekade terakhir disebabkan oleh menipisnya cadangan bahan bakar hidrokarbon dan kebutuhan untuk memecahkan sejumlah masalah. isu yang berkaitan dengan lingkungan. Faktor obyektif (cadangan bahan bakar fosil dan uranium, serta perubahan lingkungan yang disebabkan oleh kebakaran tradisional dan tenaga nuklir) memungkinkan kami untuk menegaskan bahwa transisi ke metode dan bentuk baru produksi energi tidak dapat dihindari.

Perekonomian dunia kini telah menetapkan arah untuk transisi ke kombinasi rasional sumber energi tradisional dan baru. Panas Bumi menempati salah satu tempat pertama di antara mereka.

Sumber energi panas bumi dibagi menjadi hidrogeologi dan petrogeotermal. Yang pertama diwakili oleh pembawa panas (hanya terdiri dari 1% dari total sumber daya energi panas bumi) - campuran air tanah, uap, dan uap-air. Yang terakhir adalah energi panas bumi yang terkandung dalam pijar batu Oh.

Teknologi air mancur (self-discharge) yang digunakan di negara kita dan di luar negeri untuk ekstraksi uap alami dan geo air panas sederhana namun tidak efisien. Dengan laju aliran rendah dari sumur yang mengalir sendiri, produksi panasnya dapat menutupi biaya pengeboran hanya pada kedalaman dangkal reservoir panas bumi dengan suhu tinggi di area anomali termal. Kehidupan pelayanan sumur semacam itu di banyak negara bahkan tidak mencapai 10 tahun.

Pada saat yang sama, pengalaman menegaskan bahwa dengan adanya pengumpul uap alami yang dangkal, pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah pilihan yang paling menguntungkan untuk menggunakan energi panas bumi. Pengoperasian GeoTPP tersebut telah menunjukkan daya saingnya dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya. Oleh karena itu, penggunaan cadangan air panas bumi dan hidrotermal uap di negara kita di Semenanjung Kamchatka dan di pulau-pulau di rantai Kuril, di wilayah Kaukasus Utara, dan juga mungkin di daerah lain, adalah bijaksana dan tepat waktu. Tapi deposit uap jarang terjadi, cadangan yang diketahui dan diprediksi kecil. Deposit panas dan air listrik yang jauh lebih umum tidak selalu terletak cukup dekat dengan konsumen - objek pemasok panas. Ini mengecualikan kemungkinan penggunaan efektif mereka dalam skala besar.

Sering di masalah yang sulit mengatasi masalah memerangi salinitas. Penggunaan panas bumi, sebagai suatu peraturan, sumber mineral sebagai pembawa panas menyebabkan pertumbuhan berlebih dari zona lubang bor dengan formasi oksida besi, kalsium karbonat dan silikat. Selain itu, masalah erosi-korosi dan penskalaan berdampak buruk pada pengoperasian peralatan. Masalahnya, juga, adalah pembuangan mineral dan air limbah yang mengandung kotoran beracun. Oleh karena itu, teknologi air mancur yang paling sederhana tidak dapat menjadi dasar bagi pengembangan sumber daya panas bumi secara luas.

Oleh perkiraan awal dalam wilayah Federasi Rusia Perkiraan cadangan air panas dengan suhu 40-250 °C, salinitas 35-200 g/l dan kedalaman hingga 3000 m adalah 21-22 juta m3/hari, yang setara dengan pembakaran 30-40 juta. ton bahan bakar setara. di tahun.

Perkiraan cadangan campuran uap-udara dengan suhu 150-250 °C di Semenanjung Kamchatka dan Kepulauan Kuril adalah 500 ribu m3/hari. dan cadangan air panas dengan suhu 40-100 ° C - 150 ribu m3 / hari.

Cadangan air panas dengan debit sekitar 8 juta m3/hari, salinitas hingga 10 g/l dan suhu di atas 50 °C dianggap prioritas utama untuk pengembangan.

Yang jauh lebih penting untuk energi masa depan adalah ekstraksi energi panas, sumber daya petrogeothermal yang praktis tidak ada habisnya. Energi panas bumi ini, tertutup dalam batuan panas padat, adalah 99% dari total sumber daya energi panas bawah tanah. Pada kedalaman hingga 4-6 km, massa dengan suhu 300-400 °C hanya dapat ditemukan di dekat ruang perantara beberapa gunung berapi, tetapi batuan panas dengan suhu 100-150 °C tersebar hampir di mana-mana di kedalaman ini, dan dengan suhu 180-200 °C di sebagian besar wilayah Rusia.

Selama miliaran tahun, proses nuklir, gravitasi, dan lainnya di dalam Bumi telah menghasilkan dan terus menghasilkan energi panas. Beberapa di antaranya terpancar ke luar angkasa, dan panas terakumulasi di kedalaman, mis. kandungan panas fase padat, cair dan gas materi terestrial dan disebut energi panas bumi.

Generasi panas intra-terestrial yang terus menerus mengkompensasinya kerugian eksternal, berfungsi sebagai sumber akumulasi energi panas bumi dan menentukan bagian terbarukan dari sumber dayanya. Perpindahan panas total dari lapisan tanah ke permukaan bumi tiga kali lipat kapasitas pembangkit listrik di dunia saat ini dan diperkirakan mencapai 30 TW.

Namun, jelas bahwa pembaruan hanya penting untuk kalangan terbatas sumber daya alam, sebuah potensi keseluruhan energi panas bumi praktis tidak ada habisnya, karena itu harus didefinisikan sebagai: total panas yang tersedia di bumi.

Bukan kebetulan bahwa dalam beberapa dekade terakhir, dunia telah mempertimbangkan arah penggunaan energi panas bumi yang lebih efisien untuk menggantikan sebagian gas alam, minyak, dan batu bara. Ini akan menjadi mungkin tidak hanya di area dengan parameter panas bumi yang tinggi, tetapi juga di area mana pun di dunia saat mengebor sumur injeksi dan produksi dan menciptakan sistem sirkulasi di antara mereka.

Tentu saja, dengan konduktivitas termal batuan yang rendah, untuk pengoperasian sistem sirkulasi yang efisien, perlu untuk memiliki atau membuat permukaan pertukaran panas yang cukup berkembang di zona ekstraksi panas. Permukaan seperti itu sering ditemukan dalam formasi berpori dan zona ketahanan patah alami, yang sering ditemukan di kedalaman di atas, yang permeabilitasnya memungkinkan untuk mengatur filtrasi paksa pendingin dengan ekstraksi energi batuan yang efisien, serta penciptaan buatan dari permukaan pertukaran panas yang luas di massif berpori permeabel rendah oleh rekahan hidrolik (lihat gambar).

Saat ini, rekahan hidrolik digunakan dalam industri minyak dan gas sebagai cara untuk meningkatkan permeabilitas reservoir untuk meningkatkan perolehan minyak dalam pengembangan ladang minyak. Teknologi modern memungkinkan untuk membuat celah sempit tapi panjang, atau pendek tapi lebar. Contoh rekahan hidrolik dengan rekahan hingga panjang 2-3 km telah diketahui.

Gagasan dalam negeri untuk mengekstraksi sumber daya panas bumi utama yang terkandung dalam batuan padat diungkapkan pada awal tahun 1914 oleh K.E. Obruchev.

Pada tahun 1963, GCC pertama dibuat di Paris untuk mengekstrak panas dari batuan formasi berpori untuk pemanas dan pendingin udara di kompleks Broadcasting Chaos. Pada tahun 1985, 64 GCC telah beroperasi di Prancis dengan total kapasitas termal 450 MW, dengan penghematan tahunan sekitar 150.000 ton minyak. Pada tahun yang sama, GCC pertama dibuat di Uni Soviet di lembah Khankala dekat kota Grozny.

Pada tahun 1977, di bawah proyek Laboratorium Nasional Los Alamos AS, pengujian GCC eksperimental dengan rekahan hidrolik dari massa yang hampir kedap air dimulai di situs Bukit Fenton di negara bagian New Mexico. Air tawar dingin yang diinjeksikan melalui sumur (injection) dipanaskan akibat pertukaran panas dengan massa batuan (185 OC) pada rekahan vertikal seluas 8000 m2, terbentuk rekahan hidrolik pada kedalaman 2,7 km. Di sumur lain (produksi), juga melintasi celah ini, air superheated muncul ke permukaan dalam bentuk semburan uap. Saat bersirkulasi di sirkuit tertutup di bawah tekanan, suhu air super panas di permukaan mencapai 160-180 °C, dan daya termal sistem - 4-5 MW. Kebocoran cairan pendingin ke massa di sekitarnya berjumlah sekitar 1% dari total aliran. Konsentrasi kotoran mekanis dan kimia (hingga 0,2 g/l) sesuai dengan kondisi air tawar air minum. Fraktur hidrolik tidak memerlukan perbaikan dan tetap terbuka oleh tekanan hidrostatik fluida. Konveksi bebas yang berkembang di dalamnya memastikan partisipasi yang efektif dalam pertukaran panas di hampir seluruh permukaan singkapan massa batuan panas.

Ekstraksi energi panas bawah tanah dari batuan kedap air panas, berdasarkan metode pengeboran miring dan rekahan hidrolik yang telah lama dikuasai dan dipraktikkan di industri minyak dan gas, tidak menyebabkan aktivitas seismik, maupun lainnya. efek berbahaya pada lingkungan.

Pada tahun 1983, ilmuwan Inggris mengulangi pengalaman Amerika dengan menciptakan GCC eksperimental dengan rekahan hidrolik granit di Carnwell. Karya serupa diadakan di Jerman, Swedia. Lebih dari 224 proyek pemanasan panas bumi telah dilaksanakan di AS. Namun, diasumsikan bahwa sumber daya panas bumi dapat menyediakan sebagian besar kebutuhan energi termal non-listrik AS di masa depan. Di Jepang, kapasitas GeoTPP pada tahun 2000 mencapai sekitar 50 GW.

Saat ini, penelitian dan eksplorasi sumber daya panas bumi dilakukan di 65 negara. Di dunia, berdasarkan energi panas bumi, telah dibuat stasiun dengan total kapasitas sekitar 10 GW. PBB secara aktif mendukung pengembangan energi panas bumi.

Pengalaman yang terakumulasi di banyak negara di dunia dalam penggunaan pendingin panas bumi menunjukkan bahwa di kondisi yang menguntungkan mereka ternyata 2-5 kali lebih menguntungkan daripada pembangkit listrik termal dan nuklir. Perhitungan menunjukkan bahwa satu sumur panas bumi dapat menggantikan 158 ribu ton batu bara per tahun.

Dengan demikian, panas Bumi, mungkin, adalah satu-satunya sumber energi terbarukan yang utama, pengembangan rasional yang menjanjikan untuk mengurangi biaya energi dibandingkan dengan energi bahan bakar modern. Dengan potensi energi yang tak habis-habisnya, matahari dan instalasi termonuklir, sayangnya, akan lebih mahal dari bahan bakar yang ada.

Meskipun sejarah perkembangan panas bumi sangat panjang, saat ini teknologi panas bumi belum mencapai perkembangan tinggi. Pengembangan energi panas Bumi mengalami kesulitan besar dalam konstruksi sumur dalam, yang merupakan saluran untuk membawa cairan pendingin ke permukaan. Karena suhu lubang bawah yang tinggi (200-250 °C), alat pemotong batu tradisional tidak cocok untuk bekerja dalam kondisi seperti itu, ada persyaratan khusus untuk pemilihan pipa bor dan selubung, bubur semen, teknologi pengeboran, selubung dan penyelesaian sumur. Peralatan pengukur domestik, perlengkapan dan peralatan operasional serial diproduksi dalam desain yang memungkinkan suhu tidak lebih tinggi dari 150-200 ° C. Pengeboran sumur secara mekanis tradisional terkadang memakan waktu bertahun-tahun dan membutuhkan biaya keuangan yang signifikan. Dalam aset produksi utama, biaya sumur adalah dari 70 hingga 90%. Masalah ini dapat dan harus diselesaikan hanya dengan menciptakan teknologi progresif untuk pengembangan sebagian besar sumber daya panas bumi, yaitu. ekstraksi energi dari batuan panas.

Kelompok ilmuwan dan spesialis Rusia kami telah menangani masalah penggalian dan penggunaan energi panas dalam yang tak habis-habisnya dan terbarukan dari batuan panas Bumi di wilayah Federasi Rusia selama lebih dari satu tahun. Tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk menciptakan atas dasar domestik, teknologi tinggi sarana teknis untuk penetrasi jauh ke dalam perut kerak bumi. Saat ini, beberapa varian alat bor (BS) telah dikembangkan, yang tidak memiliki analog dalam praktik dunia.

Pekerjaan versi pertama BS terkait dengan saat ini teknologi tradisional pengeboran sumur. Kecepatan pengeboran batuan keras ( kepadatan rata-rata 2500-3300 kg/m3) hingga 30 m/jam, diameter sumur 200-500 mm. Varian kedua BS melakukan pengeboran sumur dalam mode otonom dan otomatis. Peluncuran dilakukan dari platform peluncuran dan penerimaan khusus, dari mana pergerakannya dikendalikan. Seribu meter BS di bebatuan keras akan bisa dilewati dalam beberapa jam. Diameter sumur dari 500 hingga 1000 mm. Varian BS yang dapat digunakan kembali memiliki efektivitas biaya yang besar dan nilai potensi yang besar. Pengenalan BS ke dalam produksi akan dibuka panggung baru dalam pembangunan sumur dan menyediakan akses ke sumber energi panas Bumi yang tidak ada habisnya.

Untuk kebutuhan pasokan panas, kedalaman sumur yang diperlukan di seluruh negeri terletak pada kisaran hingga 3-4,5 ribu meter dan tidak melebihi 5-6 ribu meter.Suhu pembawa panas untuk perumahan dan pasokan panas komunal tidak tidak melebihi 150 °C. Untuk fasilitas industri, suhu biasanya tidak melebihi 180-200 °C.

Tujuan pembuatan GCC adalah untuk menyediakan panas yang konstan, terjangkau, murah ke daerah-daerah terpencil, sulit dijangkau, dan belum berkembang di Federasi Rusia. Durasi operasi GCS adalah 25-30 tahun atau lebih. Periode pengembalian stasiun (dengan mempertimbangkan teknologi pengeboran terbaru) adalah 3-4 tahun.

Penciptaan di Federasi Rusia di tahun-tahun mendatang kapasitas yang sesuai untuk penggunaan energi panas bumi untuk kebutuhan non-listrik akan menggantikan sekitar 600 juta ton bahan bakar yang setara. Penghematan bisa mencapai 2 triliun rubel.

Hingga 2030, menjadi mungkin untuk menciptakan kapasitas energi untuk menggantikan energi api hingga 30%, dan hingga 2040, hampir sepenuhnya menghilangkan bahan baku organik sebagai bahan bakar dari neraca energi Federasi Rusia.

literatur

1. Goncharov S.A. Termodinamika. Moskow: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 hal.

2. Dyadkin Yu.D. dll. Fisika termal panas bumi. Sankt Peterburg: Nauka, 1993. 255 hal.

3. Basis sumber daya mineral kompleks bahan bakar dan energi Rusia. Status dan prognosis / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko dan lainnya.Ed. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 hal.

4. Novikov G. P. dkk. Pengeboran sumur untuk air panas. M.: Nedra, 1986. 229 hal.

Dengan perkembangan dan pembentukan masyarakat, umat manusia mulai mencari cara yang lebih modern dan sekaligus ekonomis untuk mendapatkan energi. Untuk ini, berbagai stasiun sedang dibangun hari ini, tetapi pada saat yang sama, energi yang terkandung 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. Dan paling aktif diamati di lapisan-lapisan bumi di mana batas-batas itu berada lempeng tektonik, dan juga di mana kerak bumi ditandai dengan 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 menguntungkan 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 nilai kalori semua sumber daya 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 daerah yang berbeda dunia benar-benar berbeda dalam sifat mereka, yaitu, suhu rata-rata, salinitas, komposisi gas, keasaman, dan sebagainya.

Geyser adalah sumber energi di Bumi, fitur-fiturnya adalah bahwa mereka interval tertentu memuntahkan air mendidih. 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 juga 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 ini dilepaskan ke permukaan bumi dalam bentuk sumber panas bumi: mata air panas, mata air mineral, geyser dan sebagainya. Menurut para ilmuwan, perut bumi yang panas adalah gua atau ruang yang dihubungkan oleh lorong, celah, dan 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. Anda bisa mendapatkan 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 - bermuatan 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. Medan magnet Bumi bertindak sebagai generator seperti itu, 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.

Hari 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: cermin memantulkan sinar matahari, yang dikirim ke boiler air pusat. 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 benda-benda yang lebih besar menghantam planet ini, lagi melepaskan energi yang terkandung dalam perut bumi.

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 soal 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. Konsekuensi yang menyedihkan kita mengalami kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl sampai hari ini. Bahayanya terletak pada kenyataan bahwa limbah radioaktif dapat sangat mengancam semua makhluk hidup. untuk waktu yang 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 membuat insinerator sampah. 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 polusi tetap ada lingkungan, dan berkembang pesat secara eksponensial. 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.

Di negara kita, yang kaya akan hidrokarbon, energi panas bumi adalah jenis sumber daya eksotis yang, dalam keadaan saat ini, tidak mungkin bersaing dengan minyak dan gas. Namun, ini tampilan alternatif energi dapat digunakan hampir di mana-mana dan cukup efisien.

Energi panas bumi adalah panas dari interior bumi. Ia diproduksi di kedalaman dan muncul ke permukaan bumi dalam berbagai bentuk dan intensitas yang berbeda.

Suhu lapisan atas tanah terutama tergantung pada faktor eksternal (eksogen) - sinar matahari dan suhu udara. Di musim panas dan siang hari, tanah memanas hingga kedalaman tertentu, dan di musim dingin dan malam hari menjadi dingin mengikuti perubahan suhu udara dan dengan beberapa penundaan, meningkat seiring kedalaman. Pengaruh fluktuasi harian suhu udara berakhir pada kedalaman dari beberapa hingga beberapa puluh sentimeter. Fluktuasi musiman menangkap lapisan tanah yang lebih dalam - hingga puluhan meter.

Pada kedalaman tertentu - dari puluhan hingga ratusan meter - suhu tanah dijaga konstan, sama dengan suhu udara tahunan rata-rata di dekat permukaan bumi. Ini mudah diverifikasi dengan turun ke gua yang cukup dalam.

Ketika suhu udara tahunan rata-rata di area tertentu di bawah nol, ini memanifestasikan dirinya sebagai permafrost (lebih tepatnya, permafrost). PADA Siberia Timur Ketebalan, yaitu ketebalan, tanah beku sepanjang tahun mencapai 200–300 m di beberapa tempat.

Dari kedalaman tertentu (sendiri untuk setiap titik di peta), aksi Matahari dan atmosfer melemah sedemikian rupa sehingga faktor endogen (internal) didahulukan dan interior bumi dipanaskan dari dalam, sehingga suhu mulai naik. naik dengan kedalaman.

Pemanasan lapisan dalam Bumi terutama dikaitkan dengan peluruhan unsur-unsur radioaktif yang terletak di sana, meskipun sumber panas lain juga dinamai, misalnya, proses fisikokimia, tektonik di lapisan dalam kerak dan mantel bumi. Tapi apapun penyebabnya, suhu batuan dan zat cair dan gas yang terkait meningkat dengan kedalaman. Penambang menghadapi fenomena ini - selalu panas di tambang yang dalam. Pada kedalaman 1 km, panas tiga puluh derajat adalah normal, dan lebih dalam suhunya bahkan lebih tinggi.

Aliran panas bagian dalam bumi, yang mencapai permukaan bumi, kecil - rata-rata, kekuatannya 0,03–0,05 W / m 2, atau sekitar 350 W h / m 2 per tahun. Terhadap latar belakang aliran panas dari Matahari dan udara yang dipanaskan olehnya, ini adalah nilai yang tidak terlihat: Matahari memberi semua orang meter persegi permukaan bumi sekitar 4.000 kWh per tahun, yaitu 10.000 kali lebih banyak (tentu saja, ini rata-rata, dengan penyebaran besar antara garis lintang kutub dan khatulistiwa dan tergantung pada faktor iklim dan cuaca lainnya).

Tidak signifikannya aliran panas dari kedalaman ke permukaan di sebagian besar planet ini dikaitkan dengan konduktivitas termal yang rendah dari batuan dan kekhasan struktur geologis. Tetapi ada pengecualian - tempat-tempat di mana aliran panas tinggi. Ini adalah, pertama-tama, zona patahan tektonik, peningkatan aktivitas seismik dan vulkanisme, di mana energi interior bumi menemukan jalan keluar. Zona seperti itu dicirikan oleh anomali termal litosfer, di sini aliran panas yang mencapai permukaan bumi bisa berkali-kali lipat dan bahkan urutan besarnya lebih kuat daripada yang "biasa". Sejumlah besar panas dibawa ke permukaan di zona ini oleh letusan gunung berapi dan mata air panas.

Daerah-daerah inilah yang paling menguntungkan untuk pengembangan energi panas bumi. Di wilayah Rusia, ini adalah, pertama-tama, Kamchatka, Kepulauan Kuril, dan Kaukasus.

Pada saat yang sama, pengembangan energi panas bumi dimungkinkan hampir di mana-mana, karena peningkatan suhu dengan kedalaman adalah fenomena di mana-mana, dan tugasnya adalah "mengekstraksi" panas dari perut, seperti halnya bahan baku mineral diekstraksi dari sana.

Rata-rata, suhu meningkat dengan kedalaman sebesar 2,5-3 ° C untuk setiap 100 m.Perbandingan perbedaan suhu antara dua titik yang terletak pada kedalaman yang berbeda dengan perbedaan kedalaman di antara mereka disebut gradien panas bumi.

Kebalikannya adalah langkah panas bumi, atau interval kedalaman di mana suhu naik 1°C.

Semakin tinggi gradien dan, karenanya, semakin rendah langkahnya, kehangatan yang lebih dekat kedalaman bumi mendekati permukaan dan daerah tersebut lebih menjanjikan untuk pengembangan energi panas bumi.

PADA daerah yang berbeda, tergantung pada struktur geologi dan regional lainnya dan kondisi lokal, laju kenaikan suhu dengan kedalaman dapat berbeda tajam. Pada skala Bumi, fluktuasi nilai gradien dan langkah panas bumi mencapai 25 kali. Misalnya, di negara bagian Oregon (AS) gradiennya adalah 150°C per 1 km, dan di Afrika Selatan adalah 6°C per 1 km.

Pertanyaannya adalah, berapa suhu di kedalaman yang sangat dalam - 5, 10 km atau lebih? Jika tren terus berlanjut, suhu pada kedalaman 10 km akan rata-rata sekitar 250–300 °C. Ini sedikit banyak dikonfirmasi oleh pengamatan langsung di sumur ultra-dalam, meskipun gambarannya jauh lebih rumit daripada peningkatan suhu secara linier.

Misalnya, di sumur super dalam Kola yang dibor di Baltik perisai kristal, suhu hingga kedalaman 3 km berubah pada kecepatan 10°C/1 km, dan kemudian gradien panas bumi menjadi 2–2,5 kali lebih besar. Pada kedalaman 7 km telah tercatat suhu 120°C, pada 10 km - 180 °C, dan pada 12 km - 220 °C.

Contoh lain adalah sumur yang diletakkan di Kaspia Utara, di mana pada kedalaman 500 m suhu 42°C tercatat, pada 1,5 km - 70°C, pada 2 km - 80°C, pada 3 km - 108°C.

Diasumsikan gradien panas bumi menurun mulai dari kedalaman 20-30 km: pada kedalaman 100 km, perkiraan suhu sekitar 1300-1500 °C, pada kedalaman 400 km - 1600 °C, di Bumi. inti (kedalaman lebih dari 6000 km) - 4000–50000°C.

Pada kedalaman hingga 10–12 km, suhu diukur melalui sumur bor; di mana mereka tidak ada, itu ditentukan oleh tanda-tanda tidak langsung dengan cara yang sama seperti pada kedalaman yang lebih besar. Tanda-tanda tidak langsung seperti itu mungkin merupakan sifat dari bagian itu gelombang seismik atau suhu lava yang meletus.

Namun, untuk keperluan energi panas bumi, data suhu pada kedalaman lebih dari 10 km belum menjadi kepentingan praktis.

Ada banyak panas di kedalaman beberapa kilometer, tetapi bagaimana cara menaikkannya? Terkadang alam sendiri memecahkan masalah ini bagi kita dengan bantuan pendingin alami - air panas yang dipanaskan yang muncul ke permukaan atau terletak pada kedalaman yang dapat diakses oleh kita. Dalam beberapa kasus, air di kedalaman dipanaskan hingga menjadi uap.

Tidak ada definisi ketat dari konsep "air panas". Sebagai aturan, mereka berarti air tanah panas dalam keadaan cair atau dalam bentuk uap, termasuk yang datang ke permukaan bumi dengan suhu di atas 20 ° C, yang biasanya lebih tinggi dari suhu udara.

Panas dari campuran air tanah, uap, uap-air adalah energi hidrotermal. Oleh karena itu, energi berdasarkan penggunaannya disebut hidrotermal.

Situasinya lebih rumit dengan produksi panas langsung dari batuan kering - energi petrotermal, terutama karena suhu yang cukup tinggi, biasanya, dimulai dari kedalaman beberapa kilometer.

Di wilayah Rusia, potensi energi petrotermal seratus kali lebih tinggi daripada energi hidrotermal - masing-masing 3.500 dan 35 triliun ton bahan bakar standar. Ini cukup alami - kehangatan kedalaman bumi ada di mana-mana, dan air panas ditemukan secara lokal. Namun, karena kesulitan teknis yang nyata, sebagian besar air panas saat ini digunakan untuk menghasilkan panas dan listrik.

Suhu air dari 20-30 hingga 100 °C cocok untuk pemanasan, suhu dari 150 °C ke atas - dan untuk pembangkit listrik di pembangkit listrik tenaga panas bumi.

Secara umum, sumber daya panas bumi di wilayah Rusia, dalam hal ton bahan bakar standar atau unit pengukuran energi lainnya, sekitar 10 kali lebih tinggi daripada cadangan bahan bakar fosil.

Secara teoritis, hanya energi panas bumi yang dapat sepenuhnya memenuhi kebutuhan energi negara. Praktis di saat ini di sebagian besar wilayahnya, ini tidak layak karena alasan teknis dan ekonomi.

Di dunia, penggunaan energi panas bumi paling sering dikaitkan dengan Islandia - sebuah negara yang terletak di ujung utara Punggungan Atlantik Tengah, di zona tektonik dan vulkanik yang sangat aktif. Mungkin semua orang ingat letusan kuat gunung berapi Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) pada tahun 2010

Berkat kekhususan geologis inilah Islandia memiliki cadangan energi panas bumi yang sangat besar, termasuk mata air panas yang muncul ke permukaan Bumi dan bahkan memancar dalam bentuk geyser.

Di Islandia, lebih dari 60% dari semua energi yang dikonsumsi saat ini diambil dari Bumi. Termasuk karena sumber panas bumi, 90% pemanas dan 30% pembangkit listrik disediakan. Kami menambahkan bahwa sisa listrik di negara ini dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air, yaitu, juga menggunakan sumber energi terbarukan, berkat Islandia yang terlihat seperti standar lingkungan global.

"Penjinakan" energi panas bumi pada abad ke-20 membantu Islandia secara signifikan secara ekonomi. Sampai pertengahan abad terakhir, itu sangat negara miskin, sekarang menempati urutan pertama di dunia dalam hal kapasitas terpasang dan produksi energi panas bumi per kapita dan berada di sepuluh besar dalam hal nilai mutlak kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga panas bumi. Namun, populasinya hanya 300 ribu orang, yang menyederhanakan tugas beralih ke ramah lingkungan sumber bersih energi: kebutuhannya umumnya kecil.

Selain Islandia, pangsa energi panas bumi yang tinggi di neraca umum pembangkit listrik yang disediakan di Selandia Baru dan negara-negara kepulauan Asia Tenggara(Filipina dan Indonesia), negara-negara Amerika Tengah dan Afrika Timur, yang wilayahnya juga bercirikan gempa tinggi dan aktivitas vulkanik. Untuk negara-negara ini, pada tingkat perkembangan dan kebutuhan mereka saat ini, energi panas bumi memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pembangunan sosial-ekonomi.

Penggunaan energi panas bumi memiliki sejarah yang sangat panjang. Salah satu yang pertama contoh terkenal- Italia, sebuah tempat di provinsi Tuscany, sekarang disebut Larderello, di mana, pada awal abad ke-19, air panas lokal, yang mengalir secara alami atau diambil dari sumur dangkal, digunakan untuk tujuan energi.

Air dari sumber bawah tanah, kaya boron, digunakan di sini untuk mendapatkan asam borat. Awalnya, asam ini diperoleh dengan penguapan dalam ketel besi, dan kayu bakar biasa diambil sebagai bahan bakar dari hutan terdekat, tetapi pada tahun 1827 Francesco Larderel menciptakan sistem yang bekerja pada panas air itu sendiri. Pada saat yang sama, energi uap air alami mulai digunakan untuk pengoperasian rig pengeboran, dan pada awal abad ke-20, untuk memanaskan rumah dan rumah kaca lokal. Di tempat yang sama, di Larderello, pada tahun 1904, uap air panas menjadi sumber energi untuk mendapatkan listrik.

Contoh Italia pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 diikuti oleh beberapa negara lain. Misalnya, pada tahun 1892, air panas pertama kali digunakan untuk pemanasan lokal di Amerika Serikat (Boise, Idaho), pada tahun 1919 - di Jepang, pada tahun 1928 - di Islandia.

Di Amerika Serikat, pembangkit listrik tenaga air pertama muncul di California pada awal 1930-an, di Selandia Baru - pada tahun 1958, di Meksiko - pada tahun 1959, di Rusia (GeoPP biner pertama di dunia) - pada tahun 1965 .

Prinsip lama di sumber baru

Pembangkit listrik membutuhkan suhu sumber air yang lebih tinggi daripada pemanasan, lebih dari 150 °C. Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas bumi (GeoES) mirip dengan prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas bumi (TPP) konvensional. Padahal, pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah jenis pembangkit listrik termal.

Di pembangkit listrik termal, sebagai aturan, batu bara, gas atau bahan bakar minyak bertindak sebagai sumber energi utama, dan uap air berfungsi sebagai fluida kerja. Bahan bakar, pembakaran, memanaskan air menjadi uap, yang memutar turbin uap, dan menghasilkan listrik.

Perbedaan antara GeoPP adalah bahwa sumber energi utama di sini adalah panas dari interior bumi dan badan kerja berupa uap masuk ke sudu-sudu turbin generator listrik dalam bentuk “siap” langsung dari sumur produksi.

Ada tiga skema utama pengoperasian GeoPP: langsung, menggunakan uap kering (panas bumi); tidak langsung, berdasarkan air hidrotermal, dan campuran, atau biner.

Penggunaan satu atau skema lain tergantung pada keadaan agregasi dan suhu pembawa energi.

Skema yang paling sederhana dan karena itu yang pertama adalah skema langsung, di mana uap yang berasal dari sumur dilewatkan langsung melalui turbin. GeoPP pertama di dunia di Larderello pada tahun 1904 juga dioperasikan dengan uap kering.

GeoPP dengan skema tidak langsung pekerjaan adalah yang paling umum hari ini. Mereka menggunakan panas air bawah tanah, yang disuntikkan di bawah tekanan tinggi ke evaporator, di mana sebagian diuapkan, dan uap yang dihasilkan memutar turbin. Dalam beberapa kasus, perangkat dan sirkuit tambahan diperlukan untuk memurnikan air dan uap panas bumi dari senyawa agresif.

Uap buang memasuki sumur injeksi atau digunakan untuk pemanasan ruangan - dalam hal ini, prinsipnya sama dengan selama pengoperasian CHP.

Pada GeoPP biner, air panas panas berinteraksi dengan cairan lain yang bertindak sebagai fluida kerja dengan titik didih yang lebih rendah. Kedua cairan dilewatkan melalui penukar panas, di mana air panas menguapkan cairan kerja, uap yang memutar turbin.

Sistem ini tertutup, yang memecahkan masalah emisi ke atmosfer. Selain itu, fluida kerja dengan titik didih yang relatif rendah memungkinkan penggunaan air panas yang tidak terlalu panas sebagai sumber energi utama.

Ketiga skema menggunakan sumber hidrotermal, tetapi energi petrotermal juga dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.

Diagram sirkuit dalam hal ini juga cukup sederhana. Penting untuk mengebor dua sumur yang saling berhubungan - injeksi dan produksi. Air dipompa ke sumur injeksi. Pada kedalaman, memanas, kemudian air panas atau uap yang terbentuk sebagai hasil dari pemanasan yang kuat disuplai ke permukaan melalui sumur produksi. Selanjutnya, semuanya tergantung pada bagaimana energi petrotermal digunakan - untuk pemanasan atau untuk produksi listrik. Siklus tertutup dimungkinkan dengan pemompaan uap buang dan air kembali ke sumur injeksi atau metode pembuangan lainnya.

Kerugian dari sistem semacam itu jelas: untuk mendapatkan suhu fluida kerja yang cukup tinggi, perlu untuk mengebor sumur hingga kedalaman yang luar biasa. Dan ini adalah biaya yang serius dan risiko kehilangan panas yang signifikan ketika cairan bergerak ke atas. Oleh karena itu, sistem petrotermal masih kurang umum dibandingkan sistem hidrotermal, meskipun potensi energi petrotermal lebih tinggi.

Saat ini, pemimpin dalam penciptaan yang disebut sistem sirkulasi petrotermal (PCS) adalah Australia. Selain itu, arah energi panas bumi ini secara aktif berkembang di AS, Swiss, Inggris Raya, dan Jepang.

Hadiah dari Lord Kelvin

Penemuan pompa kalor pada tahun 1852 oleh fisikawan William Thompson (alias Lord Kelvin) memberi manusia kesempatan nyata untuk menggunakan panas tingkat rendah lapisan tanah bagian atas. Sistem pompa panas, atau pengganda panas seperti yang disebut Thompson, didasarkan pada proses fisik perpindahan panas dari lingkungan ke zat pendingin. Sebenarnya, ia menggunakan prinsip yang sama seperti dalam sistem petrotermal. Perbedaannya terletak pada sumber panas, sehubungan dengan itu pertanyaan terminologis mungkin muncul: sejauh mana pompa panas dapat dianggap sebagai sistem panas bumi? Faktanya adalah bahwa di lapisan atas, hingga kedalaman puluhan atau ratusan meter, batuan dan cairan yang terkandung di dalamnya tidak dipanaskan oleh panas bumi yang dalam, tetapi oleh matahari. Jadi, matahari dalam hal ini adalah sumber panas utama, meskipun diambil, seperti dalam sistem panas bumi, dari bumi.

Pengoperasian pompa panas didasarkan pada penundaan pemanasan dan pendinginan tanah dibandingkan dengan atmosfer, akibatnya gradien suhu terbentuk antara permukaan dan lapisan yang lebih dalam, yang mempertahankan panas bahkan di musim dingin, mirip dengan apa yang terjadi di waduk. Tujuan utama dari pompa panas adalah pemanas ruangan. Sebenarnya, ini adalah "kulkas terbalik". Baik pompa panas dan lemari es berinteraksi dengan tiga komponen: lingkungan internal (dalam kasus pertama - ruang berpemanas, yang kedua - ruang lemari es yang didinginkan), lingkungan eksternal - sumber energi dan zat pendingin (refrigeran), yang juga merupakan pendingin yang memberikan perpindahan panas atau dingin.

Zat dengan titik didih rendah bertindak sebagai zat pendingin, yang memungkinkannya mengambil panas dari sumber yang bahkan memiliki suhu yang relatif rendah.

Di lemari es, refrigeran cair memasuki evaporator melalui throttle (pengatur tekanan), di mana, karena penurunan tekanan yang tajam, cairan menguap. Penguapan adalah proses endotermik yang membutuhkan panas untuk diserap dari luar. Akibatnya, panas diambil dari dinding bagian dalam evaporator, yang memberikan efek pendinginan di ruang lemari es. Lebih jauh dari evaporator, refrigeran tersedot ke kompresor, di mana ia kembali ke keadaan cair agregasi. Ini adalah proses sebaliknya, yang mengarah ke pelepasan panas yang diekstraksi selama lingkungan luar. Biasanya, itu dilemparkan ke dalam ruangan, dan dinding belakang kulkas relatif hangat.

Pompa panas bekerja dengan cara yang hampir sama, dengan perbedaan panas diambil dari lingkungan eksternal dan memasuki lingkungan internal melalui evaporator - sistem pemanas ruangan.

Dalam pompa kalor nyata, air dipanaskan, melewati sirkuit eksternal yang diletakkan di tanah atau reservoir, kemudian memasuki evaporator.

Di evaporator, panas dipindahkan ke sirkuit internal yang diisi dengan zat pendingin dengan titik didih rendah, yang, melewati evaporator, berubah dari cair menjadi gas, mengambil panas.

Selanjutnya, refrigeran gas memasuki kompresor, di mana ia dikompresi ke tekanan tinggi dan suhu, dan memasuki kondensor, di mana pertukaran panas terjadi antara gas panas dan pendingin dari sistem pemanas.

Kompresor membutuhkan listrik untuk beroperasi, namun rasio transformasi (rasio energi yang dikonsumsi dan yang dihasilkan) dalam sistem modern cukup tinggi untuk menjadi efektif.

Saat ini, pompa panas banyak digunakan untuk pemanas ruangan, terutama di negara-negara maju secara ekonomi.

Energi koreksi lingkungan

Energi panas bumi dianggap ramah lingkungan, yang umumnya benar. Pertama-tama, ia menggunakan sumber daya terbarukan dan praktis tidak ada habisnya. Energi panas bumi tidak memerlukan area yang luas, Tidak seperti pembangkit listrik tenaga air besar atau ladang angin, dan tidak mencemari atmosfer, tidak seperti energi hidrokarbon. Rata-rata, GeoPP menempati 400 m 2 dalam hal 1 GW listrik yang dihasilkan. Angka yang sama untuk pembangkit listrik termal berbahan bakar batubara, misalnya, adalah 3.600 m 2. Manfaat lingkungan GeoPP juga termasuk konsumsi air yang rendah - 20 liter air tawar per 1 kW, sedangkan pembangkit listrik tenaga panas dan pembangkit listrik tenaga nuklir membutuhkan sekitar 1000 liter. Perhatikan bahwa ini adalah indikator lingkungan dari GeoPP "rata-rata".

Tapi tetap ada efek samping negatifnya. Di antara mereka, kebisingan paling sering dibedakan, polusi termal atmosfer dan kimia - air dan tanah, serta pembentukan limbah padat.

Sumber utama pencemaran kimia lingkungan adalah air panas itu sendiri (dengan suhu tinggi dan mineralisasi), yang seringkali mengandung sejumlah besar senyawa beracun, dan oleh karena itu ada masalah pembuangan air limbah dan zat berbahaya.

Efek negatif energi panas bumi dapat ditelusuri pada beberapa tahap, dimulai dengan pengeboran sumur. Di sini, bahaya yang sama muncul seperti ketika mengebor sumur apa pun: perusakan tanah dan tutupan vegetasi, pencemaran tanah dan air tanah.

Pada tahap pengoperasian GeoPP, masalah pencemaran lingkungan tetap ada. Cairan termal - air dan uap - biasanya mengandung karbon dioksida (CO 2), belerang sulfida (H 2 S), amonia (NH 3), metana (CH 4), garam dapur(NaCl), boron (B), arsenik (As), merkuri (Hg). Ketika dilepaskan ke lingkungan, mereka menjadi sumber polusi. Selain itu, lingkungan kimia yang agresif dapat menyebabkan kerusakan korosi pada struktur GeoTPP.

Pada saat yang sama, emisi polutan di GeoPP rata-rata lebih rendah daripada di TPP. Misalnya, emisi karbon dioksida per kilowatt-jam listrik yang dihasilkan hingga 380 g di GeoPP, 1042 g di pembangkit listrik termal berbahan bakar batu bara, 906 g di bahan bakar minyak dan 453 g di pembangkit listrik termal berbahan bakar gas.

Timbul pertanyaan: apa yang harus dilakukan dengan air limbah? Dengan salinitas rendah, setelah pendinginan, dapat dibuang ke permukaan air. Cara lain adalah dengan memompanya kembali ke akuifer melalui sumur injeksi, yang merupakan praktik yang disukai dan dominan saat ini.

Ekstraksi air panas dari akuifer (serta memompa keluar air biasa) dapat menyebabkan penurunan tanah dan gerakan tanah, deformasi lain dari lapisan geologi, dan gempa mikro. Kemungkinan fenomena tersebut biasanya rendah, meskipun kasus individu telah dicatat (misalnya, di GeoPP di Staufen im Breisgau di Jerman).

Perlu ditekankan bahwa kebanyakan GeoPP terletak di daerah yang relatif jarang penduduknya dan di negara-negara dunia ketiga, di mana persyaratan lingkungan kurang ketat daripada di negara maju. Selain itu, saat ini jumlah GeoPP dan kapasitasnya relatif kecil. Dengan pengembangan energi panas bumi yang lebih besar risiko lingkungan dapat tumbuh dan berkembang biak.

Berapakah energi bumi?

Biaya investasi untuk pembangunan sistem panas bumi sangat bervariasi. jangkauan luas- dari 200 hingga 5.000 dolar per 1 kW kapasitas terpasang, yaitu, opsi termurah sebanding dengan biaya membangun pembangkit listrik termal. Mereka bergantung, pertama-tama, pada kondisi terjadinya air panas, komposisinya, dan desain sistemnya. Pengeboran hingga kedalaman yang sangat dalam, menciptakan sistem tertutup dengan dua sumur, kebutuhan akan pengolahan air dapat melipatgandakan biaya.

Misalnya, investasi dalam pembuatan sistem sirkulasi petrotermal (PTS) diperkirakan 1,6–4 ribu dolar per 1 kW kapasitas terpasang, yang melebihi biaya pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir dan sebanding dengan biaya pembangunan pembangkit listrik tenaga angin dan pembangkit listrik tenaga nuklir. pembangkit listrik tenaga surya.

Keuntungan ekonomi yang jelas dari GeoTPP adalah pembawa energi gratis. Sebagai perbandingan, dalam struktur biaya pembangkit listrik termal atau pembangkit listrik tenaga nuklir yang beroperasi, bahan bakar menyumbang 50–80% atau bahkan lebih, tergantung pada harga energi saat ini. Oleh karena itu, keuntungan lain dari sistem panas bumi: biaya operasi lebih stabil dan dapat diprediksi, karena tidak bergantung pada konjungtur eksternal harga energi. Secara umum, biaya operasi GeoTPP diperkirakan 2–10 sen (60 kopecks–3 rubel) per 1 kWh dari kapasitas yang dihasilkan.

Item pengeluaran terbesar kedua (dan sangat signifikan) setelah pembawa energi, sebagai suatu peraturan, adalah gaji staf stasiun, yang dapat bervariasi secara dramatis di setiap negara dan wilayah.

Rata-rata, biaya 1 kWh energi panas bumi sebanding dengan biaya pembangkit listrik termal (dalam kondisi Rusia - sekitar 1 rubel / 1 kWh) dan sepuluh kali lebih tinggi daripada biaya pembangkit listrik di pembangkit listrik tenaga air (5-10 kopecks / 1 kWh).

Salah satu alasan tingginya biaya adalah, tidak seperti pembangkit listrik tenaga panas dan hidrolik, GeoTPP memiliki kapasitas yang relatif kecil. Selain itu, perlu untuk membandingkan sistem yang terletak di wilayah yang sama dan dalam kondisi yang sama. Jadi, misalnya, di Kamchatka, menurut para ahli, biaya listrik panas bumi 1 kWh 2-3 kali lebih murah daripada listrik yang diproduksi di pembangkit listrik tenaga panas lokal.

Indikator efisiensi ekonomi Pekerjaan sistem panas bumi tergantung, misalnya, pada apakah perlu membuang air limbah dan dengan cara apa hal ini dilakukan, apakah penggunaan gabungan sumber daya itu mungkin. Jadi, unsur dan senyawa kimia yang diekstraksi dari air panas dapat memberikan pendapatan tambahan. Mari kita ingat contoh Larderello: yang utama produksi kimia, dan penggunaan energi panas bumi pada awalnya bersifat tambahan.

Energi Panas Bumi Maju

Energi panas bumi berkembang agak berbeda dari angin dan matahari. Saat ini, sebagian besar tergantung pada sifat sumber daya itu sendiri, yang sangat berbeda menurut wilayah, dan konsentrasi tertinggi terkait dengan zona sempit anomali panas bumi, biasanya terkait dengan area patahan tektonik dan vulkanisme.

Selain itu, energi panas bumi secara teknologi kurang luas dibandingkan dengan angin dan terlebih lagi dengan energi matahari: sistem stasiun panas bumi cukup sederhana.

Dalam keseluruhan struktur produksi listrik dunia, komponen panas bumi menyumbang kurang dari 1%, tetapi di beberapa wilayah dan negara bagiannya mencapai 25–30%. Karena keterkaitan dengan kondisi geologis, sebagian besar kapasitas energi panas bumi terkonsentrasi di negara-negara dunia ketiga, di mana tiga klaster dibedakan perkembangan terbesar industri - pulau-pulau di Asia Tenggara, Amerika Tengah dan Afrika Timur. Dua wilayah pertama adalah bagian dari "Sabuk Api Bumi" Pasifik, yang ketiga terkait dengan Rift Afrika Timur. Dengan kemungkinan terbesar, energi panas bumi akan terus berkembang di sabuk ini. Prospek yang lebih jauh adalah pengembangan energi petrotermal, menggunakan panas lapisan bumi yang terletak pada kedalaman beberapa kilometer. Ini adalah sumber daya yang hampir ada di mana-mana, tetapi ekstraksinya membutuhkan biaya tinggi, sehingga energi petrotermal berkembang terutama di negara-negara yang paling kuat secara ekonomi dan teknologi.

Secara umum, mengingat sumber daya panas bumi di mana-mana dan tingkat keamanan lingkungan yang dapat diterima, ada alasan untuk percaya bahwa energi panas bumi memiliki prospek bagus perkembangan. Terutama dengan meningkatnya ancaman kekurangan operator energi tradisional dan kenaikan harga untuk mereka.

Dari Kamchatka ke Kaukasus

Di Rusia, pengembangan energi panas bumi memiliki sejarah yang cukup panjang, dan di sejumlah posisi kami termasuk di antara para pemimpin dunia, meskipun pangsa energi panas bumi dalam keseimbangan energi keseluruhan negara besar masih dapat diabaikan.

Perintis dan pusat pengembangan energi panas bumi di Rusia adalah dua wilayah - Kamchatka dan Kaukasus Utara, dan jika dalam kasus pertama kita berbicara terutama tentang industri tenaga listrik, maka yang kedua - tentang penggunaan energi panas dari air panas.

Di Kaukasus Utara, di Wilayah Krasnodar, Chechnya, Dagestan - panas air panas untuk keperluan energi digunakan bahkan sebelum Perang Patriotik Hebat. Pada 1980-an-1990-an, pengembangan energi panas bumi di wilayah tersebut, karena alasan yang jelas, terhenti dan belum pulih dari keadaan stagnan. Namun demikian, pasokan air panas bumi di Kaukasus Utara menyediakan panas untuk sekitar 500 ribu orang, dan, misalnya, kota Labinsk di Wilayah Krasnodar dengan populasi 60 ribu orang sepenuhnya dipanaskan oleh air panas bumi.

Di Kamchatka, sejarah energi panas bumi dikaitkan terutama dengan pembangunan GeoPP. Yang pertama, masih mengoperasikan stasiun Pauzhetskaya dan Paratunskaya, dibangun kembali pada tahun 1965-1967, sedangkan GeoPP Paratunskaya dengan kapasitas 600 kW menjadi stasiun pertama di dunia dengan siklus biner. Itu adalah pengembangan ilmuwan Soviet S. S. Kutateladze dan A. M. Rosenfeld dari Institut Fisika Termal Cabang Siberia dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, yang menerima pada tahun 1965 sertifikat hak cipta untuk mengekstraksi listrik dari air dengan suhu 70 ° C. Teknologi ini kemudian menjadi prototipe untuk lebih dari 400 GeoPP biner di dunia.

Kapasitas GeoPP Pauzhetskaya, yang ditugaskan pada tahun 1966, awalnya 5 MW dan kemudian meningkat menjadi 12 MW. Saat ini, stasiun sedang dalam pembangunan blok biner, yang akan menambah kapasitasnya sebesar 2,5 MW lagi.

Pengembangan energi panas bumi di Uni Soviet dan Rusia terhambat oleh ketersediaan sumber energi tradisional - minyak, gas, batu bara, tetapi tidak pernah berhenti. Fasilitas pembangkit listrik tenaga panas bumi terbesar saat ini adalah GeoPP Verkhne-Mutnovskaya dengan total kapasitas 12 MW unit daya, ditugaskan pada tahun 1999, dan GeoPP Mutnovskaya dengan kapasitas 50 MW (2002).

Mutnovskaya dan Verkhne-Mutnovskaya GeoPP adalah objek unik tidak hanya untuk Rusia, tetapi juga dalam skala global. Stasiun-stasiun tersebut terletak di kaki gunung berapi Mutnovsky, pada ketinggian 800 meter di atas permukaan laut, dan beroperasi dalam kondisi iklim yang ekstrem, di mana musim dingin selama 9-10 bulan dalam setahun. Peralatan GeoPP Mutnovsky, saat ini salah satu yang paling modern di dunia, sepenuhnya dibuat di perusahaan domestik teknik tenaga.

Saat ini, pangsa stasiun Mutnovsky dalam struktur keseluruhan konsumsi energi pusat energi Kamchatka Tengah adalah 40%. Peningkatan kapasitas direncanakan pada tahun-tahun mendatang.

Secara terpisah, harus dikatakan tentang perkembangan petrotermal Rusia. Kami belum memiliki PCS besar, tetapi ada teknologi tinggi pengeboran hingga kedalaman yang sangat dalam (sekitar 10 km), yang juga tidak memiliki analog di dunia. Pengembangan lebih lanjut mereka akan memungkinkan untuk secara drastis mengurangi biaya pembuatan sistem petrotermal. Pengembang teknologi dan proyek ini adalah N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institut Geologi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia), A. S. Nekrasov (Lembaga Peramalan Ekonomi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia) dan spesialis dari Pabrik Turbin Kaluga. Saat ini, proyek sistem sirkulasi petrotermal di Rusia sedang dalam tahap percontohan.

Ada prospek energi panas bumi di Rusia, meskipun relatif jauh: saat ini, potensinya cukup besar dan posisi energi tradisional kuat. Pada saat yang sama, di sejumlah daerah terpencil di negara ini, penggunaan energi panas bumi menguntungkan secara ekonomi dan diminati bahkan sampai sekarang. Ini adalah wilayah dengan potensi geoenergi tinggi (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - bagian Rusia"Sabuk Api Bumi" Pasifik, pegunungan Siberia Selatan dan Kaukasus) dan pada saat yang sama terpencil dan terputus dari pasokan energi terpusat.

Kemungkinan dalam beberapa dekade mendatang, energi panas bumi di negara kita akan berkembang justru di wilayah tersebut.

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 tinggi di industri dan negara 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, daerah tersebut adalah Siberia Barat. 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%. Berat jenis cadangan minyak yang menguntungkan untuk pembangunan juga menurun dari waktu ke 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 tujuan menghasilkan 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 energi nuklir membutuhkan memastikan keamanan lingkungan (untuk mencegah terulangnya Chernobyl) dan melindunginya dari kemungkinan tindakan teroris, serta penghentian yang aman dan mahal dari unit tenaga nuklir usang dan usang. 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 yang menentukan dalam arah yang ditunjukkan.

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 Kecenderungan karakteristik dalam perkembangan ekonomi dunia pada periode yang ditinjau adalah penurunan sistematis dalam konsumsi bahan bakar fosil dan peningkatan yang sesuai dalam penggunaan bahan bakar non-tradisional. sumber energi. Energi panas Bumi menempati salah satu tempat pertama di antara mereka.

Saat ini, Kementerian Energi Federasi Rusia telah mengadopsi program pembangunan energi non-tradisional, termasuk 30 proyek besar penggunaan instalasi pompa panas (HPU), prinsip operasi yang didasarkan pada konsumsi energi panas bumi yang berpotensi rendah.

Energi potensial rendah dari panas bumi dan pompa panas

Sumber energi panas bumi yang potensial rendah adalah radiasi matahari dan radiasi termal perut panas planet kita. Saat ini, penggunaan energi tersebut merupakan salah satu bidang energi yang paling dinamis berkembang berdasarkan sumber energi terbarukan.

Panas bumi dapat digunakan dalam berbagai jenis bangunan dan struktur untuk pemanas, pasokan air panas, AC (pendingin), serta untuk trek pemanas di musim dingin, mencegah lapisan es, memanaskan bidang di stadion luar ruangan, dll. literatur teknis 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 dengan Amerika Serikat dan Kanada, merupakan area utama untuk penggunaan panas bumi tingkat rendah, menentukan ini terutama untuk tujuan pemanasan; pendinginan udara bahkan dalam periode 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

PADA kasus umum Ada dua jenis sistem untuk menggunakan energi potensial rendah dari panas bumi:

- sistem terbuka: sebagai sumber energi panas tingkat 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;

- bagus komposisi kimia air tanah (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.

Di negara kita, yang kaya akan hidrokarbon, energi panas bumi adalah jenis sumber daya eksotis yang, dalam keadaan saat ini, tidak mungkin bersaing dengan minyak dan gas. Namun demikian, bentuk energi alternatif ini dapat digunakan hampir di mana-mana dan cukup efisien.

Energi panas bumi adalah panas dari interior bumi. Ia diproduksi di kedalaman dan muncul ke permukaan bumi dalam berbagai bentuk dan intensitas yang berbeda.

Ketika suhu udara tahunan rata-rata di area tertentu di bawah nol, ini memanifestasikan dirinya sebagai permafrost (lebih tepatnya, permafrost). Di Siberia Timur, ketebalan, yaitu ketebalan, tanah beku sepanjang tahun mencapai 200–300 m di beberapa tempat.

Aliran panas bagian dalam bumi, yang mencapai permukaan bumi, kecil - rata-rata, kekuatannya 0,03–0,05 W / m 2, atau sekitar 350 W h / m 2 per tahun. Dengan latar belakang aliran panas dari Matahari dan udara yang dipanaskan olehnya, ini adalah nilai yang tidak terlihat: Matahari memberi setiap meter persegi permukaan bumi sekitar 4.000 kWh per tahun, yaitu 10.000 kali lebih banyak (tentu saja, ini adalah rata-rata, dengan penyebaran besar antara garis lintang kutub dan khatulistiwa dan tergantung pada faktor iklim dan cuaca lainnya).

Daerah-daerah inilah yang paling menguntungkan untuk pengembangan energi panas bumi. Di wilayah Rusia, ini adalah, pertama-tama, Kamchatka, Kepulauan Kuril, dan Kaukasus.

Kebalikannya adalah langkah panas bumi, atau interval kedalaman di mana suhu naik 1°C.

Semakin tinggi gradien dan, karenanya, semakin rendah langkahnya, semakin dekat panas dari kedalaman Bumi mendekati permukaan dan semakin menjanjikan daerah ini untuk pengembangan energi panas bumi.

Di daerah yang berbeda, tergantung pada struktur geologi dan kondisi regional dan lokal lainnya, laju peningkatan suhu dengan kedalaman dapat bervariasi secara dramatis. Pada skala Bumi, fluktuasi nilai gradien dan langkah panas bumi mencapai 25 kali. Misalnya, di negara bagian Oregon (AS) gradiennya adalah 150°C per 1 km, dan di Afrika Selatan adalah 6°C per 1 km.

Sebagai contoh, pada sumur superdeep Kola yang dibor di Baltic Crystalline Shield, suhu berubah dengan laju 10°C/1 km hingga kedalaman 3 km, dan kemudian gradien panas bumi menjadi 2–2,5 kali lebih besar. Pada kedalaman 7 km telah tercatat suhu 120°C, pada 10 km - 180 °C, dan pada 12 km - 220 °C.

Contoh lain adalah sumur yang diletakkan di Kaspia Utara, di mana pada kedalaman 500 m suhu 42°C tercatat, pada 1,5 km - 70°C, pada 2 km - 80°C, pada 3 km - 108°C.

Pada kedalaman hingga 10–12 km, suhu diukur melalui sumur bor; di mana mereka tidak ada, itu ditentukan oleh tanda-tanda tidak langsung dengan cara yang sama seperti pada kedalaman yang lebih besar. Tanda-tanda tidak langsung tersebut dapat berupa sifat dari gelombang seismik atau suhu lava yang meletus.

Namun, untuk keperluan energi panas bumi, data suhu pada kedalaman lebih dari 10 km belum menjadi kepentingan praktis.

Panas dari campuran air tanah, uap, uap-air adalah energi hidrotermal. Oleh karena itu, energi berdasarkan penggunaannya disebut hidrotermal.

Situasinya lebih rumit dengan produksi panas langsung dari batuan kering - energi petrotermal, terutama karena suhu yang cukup tinggi, biasanya, dimulai dari kedalaman beberapa kilometer.

Suhu air dari 20-30 hingga 100 °C cocok untuk pemanasan, suhu dari 150 °C ke atas - dan untuk pembangkit listrik di pembangkit listrik tenaga panas bumi.

Secara umum, sumber daya panas bumi di wilayah Rusia, dalam hal ton bahan bakar standar atau unit pengukuran energi lainnya, sekitar 10 kali lebih tinggi daripada cadangan bahan bakar fosil.

Secara teoritis, hanya energi panas bumi yang dapat sepenuhnya memenuhi kebutuhan energi negara. Dalam praktiknya, pada saat ini, di sebagian besar wilayahnya, ini tidak layak karena alasan teknis dan ekonomi.

Berkat kekhususan geologis inilah Islandia memiliki cadangan energi panas bumi yang sangat besar, termasuk mata air panas yang muncul ke permukaan Bumi dan bahkan memancar dalam bentuk geyser.

"Penjinakan" energi panas bumi pada abad ke-20 membantu Islandia secara signifikan secara ekonomi. Sampai pertengahan abad terakhir, itu adalah negara yang sangat miskin, sekarang menempati urutan pertama di dunia dalam hal kapasitas terpasang dan produksi energi panas bumi per kapita, dan berada di sepuluh besar dalam hal kapasitas terpasang mutlak tenaga panas bumi. tanaman. Namun, populasinya hanya 300 ribu orang, yang menyederhanakan tugas beralih ke sumber energi ramah lingkungan: kebutuhannya umumnya kecil.

Selain Islandia, bagian yang tinggi dari energi panas bumi dalam keseimbangan total produksi listrik disediakan di Selandia Baru dan negara-negara pulau di Asia Tenggara (Filipina dan Indonesia), negara-negara Amerika Tengah dan Afrika Timur, yang wilayahnya juga ditandai oleh aktivitas seismik dan vulkanik yang tinggi. Untuk negara-negara ini, pada tingkat perkembangan dan kebutuhan mereka saat ini, energi panas bumi memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pembangunan sosial-ekonomi.

Penggunaan energi panas bumi memiliki sejarah yang sangat panjang. Salah satu contoh pertama yang diketahui adalah Italia, sebuah tempat di provinsi Tuscany, sekarang disebut Larderello, di mana, pada awal abad ke-19, air panas panas lokal, yang mengalir secara alami atau diekstraksi dari sumur dangkal, digunakan untuk energi. tujuan.