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

Dalam beberapa dekade terakhir, dunia telah mempertimbangkan arah penggunaan energi panas dalam 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.

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 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 saat ini sedang menuju transisi ke kombinasi rasional dari 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 kedua adalah energi panas bumi yang terkandung dalam batuan panas.

Teknologi air mancur (self-spill) yang digunakan di negara kita dan di luar negeri untuk ekstraksi uap alam dan air panas bumi sederhana, tetapi tidak efisien. Dengan laju aliran yang 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.

Seringkali, masalah memerangi penskalaan berkembang menjadi masalah yang kompleks. 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.

Menurut perkiraan awal di 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 membakar 30-40 juta ton .t. 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.

Jauh lebih penting untuk energi masa depan adalah ekstraksi energi panas, sumber daya petrogeothermal praktis tak habis-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 dari fase padat, cair dan gas dari materi terestrial disebut energi panas bumi.

Pembangkitan panas intraterestrial yang berkelanjutan mengkompensasi kerugian eksternal, berfungsi sebagai sumber akumulasi energi panas bumi dan menentukan bagian terbarukan dari sumber dayanya. Total pemindahan panas dari interior ke permukaan bumi tiga kali lebih tinggi dari kapasitas pembangkit listrik saat ini di dunia dan diperkirakan mencapai 30 TW.

Namun, jelas bahwa pembaruan hanya penting untuk sumber daya alam yang terbatas, dan potensi total energi panas bumi praktis tidak ada habisnya, karena harus didefinisikan sebagai jumlah 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 sejak 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 pengotor mekanis dan kimia (hingga 0,2 g/l) sesuai dengan kondisi air minum segar. 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 atau efek berbahaya lainnya pada lingkungan.

Pada tahun 1983, ilmuwan Inggris mengulangi pengalaman Amerika dengan menciptakan GCC eksperimental dengan rekahan hidrolik granit di Carnwell. Pekerjaan serupa dilakukan 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, stasiun dengan total kapasitas sekitar 10 GW telah dibuat. PBB secara aktif mendukung pengembangan energi panas bumi.

Pengalaman yang terakumulasi di banyak negara di dunia dalam penggunaan pendingin panas bumi menunjukkan bahwa dalam kondisi yang menguntungkan mereka 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 tidak habis-habisnya, instalasi surya dan termonuklir, sayangnya, akan lebih mahal daripada bahan bakar yang ada.

Meskipun sejarah perkembangan panas bumi sangat panjang, saat ini teknologi panas bumi belum mencapai perkembangan yang tinggi. Pengembangan energi panas bumi mengalami kesulitan besar dalam pembangunan sumur dalam, yang merupakan saluran untuk membawa pendingin ke permukaan. Karena suhu tinggi di lubang dasar (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. dari 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 dalam tradisional terkadang tertunda selama 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, berdasarkan teknologi tinggi domestik, 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.

Pengoperasian BS versi pertama terkait dengan teknologi pengeboran sumur konvensional saat ini. Kecepatan pengeboran batuan keras (densitas rata-rata 2500-3300 kg/m3) hingga 30 m/jam, diameter lubang 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 efisiensi ekonomi yang besar dan nilai potensi yang besar. Pengenalan BS ke dalam produksi akan membuka tahap 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 dari 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.

Energi ini milik sumber alternatif. Saat ini, semakin sering mereka menyebutkan kemungkinan memperoleh sumber daya yang diberikan planet ini kepada kita. Kita dapat mengatakan bahwa kita hidup di era mode untuk energi terbarukan. Banyak solusi teknis, rencana, teori di bidang ini sedang dibuat.

Itu jauh di dalam perut bumi dan memiliki sifat pembaruan, dengan kata lain tidak ada habisnya. Sumber daya klasik, menurut para ilmuwan, mulai habis, minyak, batu bara, gas akan habis.

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi Nesjavellir, Islandia

Oleh karena itu, seseorang dapat secara bertahap bersiap untuk mengadopsi metode produksi energi alternatif baru. Di bawah kerak bumi adalah inti yang kuat. Suhunya berkisar antara 3000 hingga 6000 derajat. Pergerakan lempeng litosfer menunjukkan kekuatannya yang luar biasa. Ini memanifestasikan dirinya dalam bentuk semburan magma vulkanik. Di kedalaman, peluruhan radioaktif terjadi, terkadang memicu bencana alam seperti itu.

Biasanya magma memanaskan permukaan tanpa melampauinya. Ini adalah bagaimana geyser atau kolam air hangat diperoleh. Dengan cara ini, proses fisik dapat digunakan untuk tujuan yang benar bagi kemanusiaan.

Jenis sumber energi panas bumi

Biasanya dibagi menjadi dua jenis: energi hidrotermal dan petrotermal. Yang pertama terbentuk karena sumber panas, dan jenis kedua adalah perbedaan suhu di permukaan dan di kedalaman bumi. Sederhananya, mata air hidrotermal terdiri dari uap dan air panas, sedangkan mata air petrotermal tersembunyi jauh di bawah tanah.

Peta potensi pengembangan energi panas bumi di dunia

Untuk energi petrotermal, perlu untuk mengebor dua sumur, mengisi satu dengan air, setelah itu akan terjadi proses pelonjakan, yang akan muncul ke permukaan. Ada tiga kelas daerah panas bumi:

• Panas bumi - terletak di dekat lempeng benua. Gradien suhu lebih dari 80C/km. Sebagai contoh, komune Larderello di Italia. Ada pembangkit listrik
• Semi-termal - suhu 40 - 80 C / km. Ini adalah akuifer alami, yang terdiri dari batuan yang dihancurkan. Di beberapa tempat di Prancis, bangunan dipanaskan dengan cara ini.
• Normal - gradien kurang dari 40 C/km. Representasi area seperti itu paling umum

Mereka adalah sumber yang sangat baik untuk konsumsi. Mereka berada di batu, pada kedalaman tertentu. Mari kita lihat lebih dekat klasifikasinya:

• Epitermal - suhu dari 50 hingga 90 s
• Mesothermal - 100 - 120 s
• Hipotermal - lebih dari 200 detik

Spesies ini terdiri dari komposisi kimia yang berbeda. Tergantung pada itu, air dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Misalnya, dalam produksi listrik, pasokan panas (jalur termal), bahan baku dasar.

Video: Energi Panas Bumi

Proses suplai panas

Suhu air adalah 50 -60 derajat, yang optimal untuk pemanasan dan pasokan panas area perumahan. Kebutuhan akan sistem pemanas tergantung pada lokasi geografis dan kondisi iklim. Dan orang-orang terus membutuhkan kebutuhan pasokan air panas. Untuk proses ini, sedang dibangun GTS (geothermal thermal station).

Jika untuk produksi klasik energi panas digunakan boiler house yang mengkonsumsi bahan bakar padat atau gas, maka sumber geyser digunakan dalam produksi ini. Proses teknisnya sangat sederhana, komunikasi yang sama, rute termal dan peralatan. Cukup dengan mengebor sumur, membersihkannya dari gas, kemudian mengirimkannya ke ruang boiler dengan pompa, di mana jadwal suhu akan dipertahankan, dan kemudian akan memasuki pemanas utama.

Perbedaan utamanya adalah tidak perlu menggunakan boiler bahan bakar. Ini secara signifikan mengurangi biaya energi panas. Di musim dingin, pelanggan menerima pasokan air panas dan panas, dan di musim panas hanya pasokan air panas.

Pembangkit listrik

Pemandian air panas, geyser adalah komponen utama dalam produksi listrik. Untuk ini, beberapa skema digunakan, pembangkit listrik khusus sedang dibangun. perangkat GTS:

• tangki DHW
• Pompa
• pemisah gas
• Pemisah uap
• turbin pembangkit
• kapasitor
• pompa pendorong
• Tangki - lebih dingin

Seperti yang Anda lihat, elemen utama dari rangkaian ini adalah konverter uap. Ini memungkinkan untuk mendapatkan uap murni, karena mengandung asam yang merusak peralatan turbin. Dimungkinkan untuk menggunakan skema campuran dalam siklus teknologi, yaitu air dan uap terlibat dalam proses. Cairan melewati seluruh tahap pemurnian dari gas, serta uap.

Sirkuit dengan sumber biner

Komponen kerja adalah cairan dengan titik didih rendah. Air panas juga terlibat dalam produksi listrik dan berfungsi sebagai bahan baku sekunder.

Dengan bantuannya, uap sumber dengan titik didih rendah terbentuk. GTS dengan siklus kerja seperti itu dapat sepenuhnya otomatis dan tidak memerlukan kehadiran personel pemeliharaan. Stasiun yang lebih kuat menggunakan skema dua sirkuit. Pembangkit listrik jenis ini memungkinkan mencapai kapasitas 10 MW. Struktur sirkuit ganda:

• generator uap
• Turbin
• kapasitor
• Ejektor
• Pompa umpan
• Penghemat
• Evaporator

Penggunaan praktis

Cadangan sumber yang besar berkali-kali lebih besar daripada konsumsi energi tahunan. Tetapi hanya sebagian kecil yang digunakan oleh umat manusia. Pembangunan stasiun dimulai pada tahun 1916. Di Italia, GeoTPP pertama dengan kapasitas 7,5 MW telah dibuat. Industri ini secara aktif berkembang di negara-negara seperti: Amerika Serikat, Islandia, Jepang, Filipina, Italia.

Eksplorasi aktif situs potensial dan metode ekstraksi yang lebih nyaman sedang berlangsung. Kapasitas produksi terus meningkat dari tahun ke tahun. Jika kita memperhitungkan indikator ekonomi, maka biaya industri semacam itu sama dengan pembangkit listrik tenaga panas batubara. Islandia hampir sepenuhnya mencakup stok komunal dan perumahan dengan sumber GT. 80% rumah menggunakan air panas dari sumur untuk pemanas. Para ahli dari Amerika Serikat mengklaim bahwa, dengan pengembangan yang tepat, GeoTPP dapat menghasilkan 30 kali lebih banyak dari konsumsi tahunan. Jika kita berbicara tentang potensi, maka 39 negara di dunia akan dapat sepenuhnya menyediakan listrik sendiri jika mereka menggunakan perut bumi hingga 100 persen.

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. 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 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. 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 - 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. 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 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 pengoperasian 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 diarahkan 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 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.

MEREKA. Kapitonov

Panas nuklir bumi

panas bumi

Bumi adalah benda yang cukup panas dan merupakan sumber panas. Ini memanas terutama karena radiasi matahari yang diserapnya. Tetapi Bumi juga memiliki sumber panasnya sendiri yang sebanding dengan panas yang diterima dari Matahari. Diyakini bahwa energi Bumi sendiri ini memiliki asal usul sebagai berikut. Bumi muncul sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu setelah pembentukan Matahari dari piringan debu-gas protoplanet yang berputar di sekitarnya dan mengembun. Pada tahap awal pembentukannya, substansi bumi memanas karena kompresi gravitasi yang relatif lambat. Peran penting dalam keseimbangan panas Bumi juga dimainkan oleh energi yang dilepaskan selama jatuhnya benda-benda kosmik kecil di atasnya. Karena itu, Bumi muda itu cair. Mendingin, secara bertahap mencapai kondisi saat ini dengan permukaan padat, yang sebagian besar ditutupi oleh lautan dan perairan laut. Lapisan luar yang keras ini disebut kerak bumi dan rata-rata, di darat, ketebalannya sekitar 40 km, dan di bawah perairan samudera - 5-10 km. Lapisan bumi yang lebih dalam disebut mantel juga terdiri dari padatan. Ini meluas hingga kedalaman hampir 3000 km dan berisi sebagian besar materi Bumi. Akhirnya, bagian terdalam dari Bumi adalah inti. Ini terdiri dari dua lapisan - eksternal dan internal. inti luar ini adalah lapisan besi cair dan nikel pada suhu 4500-6500 K dengan ketebalan 2000-2500 km. inti dengan radius 1000-1500 km adalah paduan besi-nikel padat yang dipanaskan hingga suhu 4000-5000 K dengan kepadatan sekitar 14 g / cm 3, yang muncul pada tekanan besar (hampir 4 juta bar).
Selain panas internal Bumi, yang diwarisi dari tahap panas paling awal pembentukannya, dan jumlahnya akan berkurang seiring waktu, ada lagi, jangka panjang, yang terkait dengan peluruhan radioaktif inti dengan setengah panjang yang panjang. kehidupan - pertama-tama, 232 Th, 235 U , 238 U dan 40 K. Energi yang dilepaskan dalam peluruhan ini - mereka menyumbang hampir 99% dari energi radioaktif bumi - terus-menerus mengisi kembali cadangan termal Bumi. Inti di atas terkandung dalam kerak dan mantel. Peluruhan mereka menyebabkan pemanasan lapisan luar dan dalam Bumi.
Bagian dari panas besar yang terkandung di dalam Bumi terus-menerus keluar ke permukaannya, seringkali dalam proses vulkanik skala besar. Aliran panas yang mengalir dari kedalaman bumi melalui permukaannya diketahui. Ini adalah (47±2)·10 12 watt, yang setara dengan panas yang dapat dihasilkan oleh 50 ribu pembangkit listrik tenaga nuklir (daya rata-rata satu pembangkit listrik tenaga nuklir adalah sekitar 109 watt). Timbul pertanyaan apakah energi radioaktif memainkan peran penting dalam total anggaran termal Bumi, dan jika demikian, peran apa? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini tetap tidak diketahui untuk waktu yang lama. Sekarang ada kesempatan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini. Peran kunci di sini milik neutrino (antineutrino), yang lahir dalam proses peluruhan radioaktif inti yang membentuk materi bumi dan yang disebut geo-neutrino.

Geo-neutrino

Geo-neutrino adalah nama gabungan untuk neutrino atau antineutrino, yang dipancarkan sebagai akibat peluruhan beta dari inti yang terletak di bawah permukaan bumi. Jelas, karena kemampuan penetrasi yang belum pernah terjadi sebelumnya, pendaftaran ini (dan hanya mereka) oleh detektor neutrino berbasis darat dapat memberikan informasi objektif tentang proses peluruhan radioaktif yang terjadi jauh di dalam Bumi. Contoh peluruhan tersebut adalah peluruhan - peluruhan inti 228 Ra, yang merupakan hasil peluruhan inti 232 Th yang berumur panjang (lihat tabel):

Waktu paruh (T 1/2) dari inti 228 Ra adalah 5,75 tahun, dan energi yang dilepaskan sekitar 46 keV. Spektrum energi antineutrino kontinu dengan batas atas mendekati energi yang dilepaskan.
Peluruhan inti 232 Th, 235 U, 238 U adalah rantai peluruhan berurutan yang membentuk apa yang disebut seri radioaktif. Dalam rantai seperti itu, peluruhan diselingi dengan peluruhan , karena pada peluruhan inti akhir ternyata bergeser dari garis stabilitas ke daerah inti yang kelebihan muatan neutron. Setelah rantai peluruhan berturut-turut di akhir setiap baris, inti stabil terbentuk dengan jumlah proton dan neutron yang mendekati atau sama dengan bilangan ajaib (Z = 82,N= 126). Inti akhir tersebut adalah isotop stabil timbal atau bismut. Dengan demikian, peluruhan T 1/2 berakhir dengan pembentukan inti ajaib ganda 208 Pb, dan pada jalur 232 Th → 208 Pb, enam peluruhan terjadi, bergantian dengan empat peluruhan (dalam rantai 238 U → 206 Pb, delapan - dan enam - - meluruh; ada tujuh - dan empat meluruh dalam rantai 235 U → 207 Pb). Jadi, spektrum energi antineutrino dari setiap deret radioaktif merupakan superposisi spektrum parsial dari peluruhan individu yang menyusun deret ini. Spektrum antineutrino yang dihasilkan pada peluruhan 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ditunjukkan pada Gambar. 1. Peluruhan 40 K adalah peluruhan tunggal (lihat tabel). Antineutrino mencapai energi tertingginya (hingga 3,26 MeV) dalam peluruhan
214 Bi → 214 Po, yang merupakan penghubung dalam deret radioaktif 238 U. Energi total yang dilepaskan selama perjalanan semua mata rantai peluruhan dalam deret 232 Th → 208 Pb adalah 42,65 MeV. Untuk deret radioaktif 235 U dan 238 U, energi ini berturut-turut adalah 46,39 dan 51,69 MeV. Energi yang dilepaskan dalam peluruhan
40 K → 40 Ca adalah 1,31 MeV.

Karakteristik inti 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K

Inti	Bagikan dalam % dalam campuran isotop	Jumlah inti berhubungan. inti	T 1/2 miliar tahun	Tautan pertama membusuk
232Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6.48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Perkiraan fluks geo-neutrino, dibuat berdasarkan peluruhan inti 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K yang terkandung dalam komposisi materi Bumi, menghasilkan nilai orde 106 cm -2 detik -1 . Dengan mendaftarkan geo-neutrino ini, seseorang dapat memperoleh informasi tentang peran panas radioaktif dalam keseimbangan panas total Bumi dan menguji gagasan kita tentang kandungan radioisotop berumur panjang dalam komposisi materi terestrial.

Beras. 1. Spektrum energi antineutrino dari peluruhan nuklir

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K dinormalisasi menjadi satu peluruhan inti induk

Reaksi ini digunakan untuk mendaftarkan elektron antineutrino

P → e + + n, (1)

di mana partikel ini benar-benar ditemukan. Ambang batas untuk reaksi ini adalah 1,8 MeV. Oleh karena itu, hanya geo-neutrino yang terbentuk dalam rantai peluruhan mulai dari inti 232 Th dan 238 U yang dapat didaftarkan dalam reaksi di atas. Penampang melintang efektif dari reaksi yang dibahas sangat kecil: 10 -43 cm 2. Oleh karena itu, detektor neutrino dengan volume sensitif 1 m3 akan mencatat tidak lebih dari beberapa peristiwa per tahun. Jelas, untuk fiksasi aliran geo-neutrino yang andal, diperlukan detektor neutrino volume besar, yang terletak di laboratorium bawah tanah untuk perlindungan maksimum dari latar belakang. Ide untuk menggunakan detektor yang dirancang untuk mempelajari neutrino surya dan reaktor untuk pendaftaran geo-neutrino muncul pada tahun 1998. Saat ini, ada dua detektor neutrino volume besar menggunakan sintilator cair dan cocok untuk memecahkan masalah. Ini adalah detektor neutrino dari eksperimen KamLAND (Jepang, ) dan Borexino (Italia, ). Di bawah ini kami mempertimbangkan perangkat detektor Borexino dan hasil yang diperoleh pada detektor ini pada pendaftaran geo-neutrino.

Detektor Borexino dan registrasi geo-neutrino

Detektor neutrino Borexino terletak di Italia tengah di laboratorium bawah tanah di bawah pegunungan Gran Sasso, yang puncak gunungnya mencapai 2,9 km (Gbr. 2).

Beras. Gambar 2. Diagram lokasi laboratorium neutrino di bawah pegunungan Gran Sasso (Italia tengah)

Borexino adalah detektor masif tidak tersegmentasi yang media aktifnya adalah
280 ton sintilator cair organik. Itu mengisi bejana bola nilon dengan diameter 8,5 m (Gbr. 3). Sintilatornya adalah pseudocumene (C 9 H 12) dengan aditif PPO pengubah spektrum (1,5 g/L). Cahaya dari sintilator dikumpulkan oleh 2212 photomultiplier (PMT) delapan inci yang ditempatkan pada bola stainless steel (SSS).

Beras. 3. Skema perangkat detektor Borexino

Sebuah kapal nilon dengan pseudocumene adalah detektor internal yang bertugas untuk mendaftarkan neutrino (antineutrino). Detektor bagian dalam dikelilingi oleh dua zona penyangga konsentris yang melindunginya dari sinar gamma eksternal dan neutron. Zona bagian dalam diisi dengan media yang tidak gemerlap yang terdiri dari 900 ton pseudocumene dengan aditif dimetil ftalat untuk memadamkan kilau. Zona luar terletak di atas SNS dan merupakan detektor Cherenkov air yang mengandung 2000 ton air ultra murni dan memotong sinyal dari muon yang memasuki fasilitas dari luar. Untuk setiap interaksi yang terjadi di detektor internal, energi dan waktu ditentukan. Kalibrasi detektor menggunakan berbagai sumber radioaktif memungkinkan penentuan skala energi dan tingkat reproduktifitas sinyal cahaya dengan sangat akurat.
Borexino adalah detektor kemurnian radiasi yang sangat tinggi. Semua bahan dipilih secara ketat, dan sintilator dibersihkan untuk meminimalkan latar belakang internal. Karena kemurnian radiasinya yang tinggi, Borexino adalah detektor yang sangat baik untuk mendeteksi antineutrino.
Dalam reaksi (1), positron memberikan sinyal sesaat, yang setelah beberapa waktu diikuti oleh penangkapan neutron oleh inti hidrogen, yang mengarah pada munculnya -kuantum dengan energi 2,22 MeV, yang menciptakan sinyal tertunda relatif terhadap yang pertama. Di Borexino, waktu penangkapan neutron sekitar 260 s. Sinyal sesaat dan tertunda berkorelasi dalam ruang dan waktu, memberikan pengakuan yang akurat dari peristiwa yang disebabkan oleh e .
Ambang batas untuk reaksi (1) adalah 1,806 MeV dan, seperti dapat dilihat dari Gambar. 1, semua geo-neutrino dari peluruhan 40 K dan 235 U berada di bawah ambang batas ini, dan hanya sebagian dari geo-neutrino yang berasal dari peluruhan 232 Th dan 238 U yang dapat dideteksi.
Detektor Borexino pertama kali mendeteksi sinyal dari geo-neutrino pada tahun 2010 dan baru-baru ini menerbitkan hasil baru berdasarkan pengamatan selama 2056 hari dari Desember 2007 hingga Maret 2015. Di bawah ini kami menyajikan data yang diperoleh dan hasil diskusi mereka, berdasarkan artikel.
Dari hasil analisis data eksperimen, teridentifikasi 77 kandidat antineutrino elektron yang lolos semua kriteria seleksi. Latar belakang dari peristiwa simulasi e diperkirakan oleh . Jadi, rasio sinyal/latar belakang adalah 100.
Sumber latar belakang utama adalah antineutrino reaktor. Bagi Borexino, situasinya cukup menguntungkan, karena tidak ada reaktor nuklir di dekat laboratorium Gran Sasso. Selain itu, antineutrino reaktor lebih energik daripada geo-neutrino, yang memungkinkan untuk memisahkan antineutrino ini dari positron dengan kekuatan sinyal. Hasil analisis kontribusi geo-neutrino dan antineutrino reaktor terhadap jumlah total peristiwa yang tercatat dari e ditunjukkan pada Gambar. 4. Jumlah geo-neutrino terdaftar yang diberikan oleh analisis ini (area yang diarsir sesuai dengannya pada Gambar 4) sama dengan . Dalam spektrum geo-neutrino yang diekstraksi sebagai hasil analisis, dua kelompok terlihat - kurang energik, lebih intens dan lebih energik, kurang intens. Penulis studi yang dijelaskan mengaitkan kelompok-kelompok ini dengan peluruhan thorium dan uranium, masing-masing.
Dalam analisis yang sedang dibahas, kami menggunakan rasio massa thorium dan uranium dalam materi Bumi
m(Th)/m(U) = 3,9 (dalam tabel nilai ini adalah 3.8). Angka ini mencerminkan kandungan relatif dari unsur-unsur kimia ini dalam chondrites - kelompok meteorit yang paling umum (lebih dari 90% meteorit yang jatuh ke Bumi termasuk dalam kelompok ini). Diyakini bahwa komposisi chondrites, dengan pengecualian gas ringan (hidrogen dan helium), mengulangi komposisi tata surya dan piringan protoplanet tempat Bumi terbentuk.

Beras. Gambar 4. Spektrum keluaran cahaya dari positron dalam satuan jumlah fotoelektron untuk kejadian kandidat antineutrino (titik eksperimen). Daerah yang diarsir merupakan kontribusi geo-neutrino. Garis padat adalah kontribusi antineutrino reaktor.

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.

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). Di 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), pengaruh 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. Dengan latar belakang fluks panas dari Matahari dan udara yang dipanaskan olehnya, ini adalah nilai yang tidak terlihat: Matahari memberi setiap meter persegi permukaan bumi sekitar 4000 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).

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, 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.

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.

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.

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) - 4000–5000 ° 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.

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 referensi atau unit pengukuran energi lainnya, kira-kira 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.

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 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.

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 menghasilkan 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, ketika dibakar, memanaskan air menjadi uap, yang memutar turbin uap, dan menghasilkan listrik.

Perbedaan antara GeoPP adalah sumber energi utama di sini adalah panas interior bumi dan fluida 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 operasi tidak langsung adalah yang paling umum di zaman kita. Mereka menggunakan air bawah tanah panas, yang dipompa 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.

Prinsip operasi GeoPP biner. Air panas panas berinteraksi dengan cairan lain yang bertindak sebagai fluida kerja dan memiliki titik didih yang lebih rendah. Kedua cairan dilewatkan melalui penukar panas, di mana air panas menguapkan cairan yang bekerja, uapnya, pada gilirannya, 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.

Skema sistem petrotermal. Sistem ini didasarkan pada penggunaan gradien suhu antara permukaan bumi dan interiornya, di mana suhunya lebih tinggi. Air dari permukaan dipompa ke sumur injeksi dan dipanaskan pada kedalaman, kemudian air panas atau steam yang terbentuk akibat pemanasan disuplai ke permukaan melalui sumur produksi.

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 umat manusia peluang nyata untuk menggunakan panas tingkat rendah dari lapisan atas tanah. 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 pada pelepasan panas yang diambil ke lingkungan eksternal. 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 dan suhu tinggi, dan memasuki kondensor, di mana pertukaran panas terjadi antara gas panas dan pembawa panas dari sistem pemanas.

Kompresor membutuhkan listrik untuk beroperasi, namun, rasio transformasi (rasio energi yang dikonsumsi dan diproduksi) dalam sistem modern cukup tinggi untuk memastikan efisiensinya.

Saat ini, pompa panas cukup 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, polusi termal atmosfer dan polusi kimia air dan tanah, serta pembentukan limbah padat paling sering dibedakan.

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 pemboran 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. Fluida termal - air dan uap - biasanya mengandung karbon dioksida (CO 2), sulfur sulfida (H 2 S), amonia (NH 3), metana (CH 4), garam biasa (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).

Harus ditekankan bahwa sebagian besar 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 meningkat dan berlipat ganda.

Berapakah energi bumi?

Biaya investasi untuk pembangunan sistem panas bumi bervariasi dalam kisaran yang sangat 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 dari sistem panas bumi bergantung, misalnya, pada apakah perlu membuang air limbah dan dengan cara apa hal ini dilakukan, apakah penggunaan sumber daya secara gabungan dimungkinkan. Dengan demikian, unsur dan senyawa kimia yang diekstraksi dari air panas dapat memberikan penghasilan tambahan. Ingat contoh Larderello: itu adalah produksi kimia yang utama di sana, 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 ada tiga kelompok pengembangan industri terbesar - pulau-pulau di Asia Tenggara, Amerika Tengah dan Afrika Timur. Dua wilayah pertama adalah bagian dari "Sabuk Api Bumi" Pasifik, yang ketiga terikat 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 keberadaan sumber daya panas bumi dan tingkat keamanan lingkungan yang dapat diterima, ada alasan untuk percaya bahwa energi panas bumi memiliki prospek pengembangan yang baik. 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 digunakan untuk tujuan energi 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, pembangkit tersebut 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 Mutnovsky GeoPPs, yang saat ini merupakan 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 di tahun-tahun mendatang.

Secara terpisah, harus dikatakan tentang perkembangan petrotermal Rusia. Kami belum memiliki PDS besar, namun, ada teknologi canggih untuk pengeboran hingga kedalaman yang sangat dalam (sekitar 10 km), yang juga tidak memiliki analog di dunia. Pengembangan lebih lanjut mereka akan 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 tanah air, penggunaan energi panas bumi secara ekonomis menguntungkan dan diminati bahkan sampai sekarang. Ini adalah wilayah dengan potensi geoenergi tinggi (Chukotka, Kamchatka, Kepulauan Kuril - bagian Rusia dari "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.

Kirill Degtyarev,
Peneliti, Universitas Negeri Moskow M.V. Lomonosov
"Ilmu Pengetahuan dan Kehidupan" No. 9, No. 10 2013