Bagi Rusia, energi panas bumi dapat menjadi sumber yang konstan dan andal untuk menyediakan listrik dan panas yang murah dan terjangkau dengan menggunakan teknologi baru yang tinggi dan 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 fosil hidrokarbon dari perut sangat dengan cepat. Jika pada tahun 1940-an-1960-an. Daerah penghasil minyak utama adalah "Baku Kedua" di Volga dan Cis-Ural, kemudian, mulai dari tahun 1970-an, dan hingga saat ini, Siberia Barat telah menjadi daerah seperti itu. Tetapi bahkan di sini ada penurunan yang signifikan dalam produksi hidrokarbon fosil. Era gas Cenomania yang "kering" sedang berlalu. Mantan tahap pengembangan produksi yang luas gas alam berakhir. Ekstraksinya dari deposit raksasa seperti Medvezhye, Urengoyskoye dan Yamburgskoye masing-masing berjumlah 84, 65 dan 50%. Proporsi cadangan minyak yang menguntungkan bagi pembangunan juga menurun seiring waktu.

Karena konsumsi aktif bahan bakar hidrokarbon, cadangan minyak dan gas alam di darat telah berkurang secara signifikan. Sekarang cadangan utama mereka terkonsentrasi di landas kontinen. Dan meskipun dasar bahan baku industri minyak dan gas masih cukup untuk produksi minyak dan gas di Rusia dalam volume yang diperlukan, dalam waktu dekat akan disediakan untuk semua lagi karena pengembangan endapan dengan penambangan dan kondisi geologis yang kompleks. 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 untuk 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 penonaktifan unit tenaga nuklir usang dan usang yang aman dan mahal. 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

Dibesarkan di dekade terakhir Di dunia, minat terhadap sumber energi alternatif terbarukan (RES) disebabkan tidak hanya oleh menipisnya cadangan bahan bakar hidrokarbon, tetapi juga oleh kebutuhan untuk memecahkan isu yang berkaitan dengan lingkungan. Faktor obyektif (bahan bakar fosil dan cadangan uranium, serta perubahan lingkungan 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. Tren 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 jalur pemanas di waktu musim dingin tahun, pencegahan lapisan es, pemanasan lapangan di stadion terbuka, dll. Dalam literatur teknis berbahasa Inggris, sistem yang memanfaatkan panas bumi dalam sistem pemanas dan pendingin udara disebut sebagai GHP - "pompa panas panas bumi" (pompa panas panas bumi) ). Karakteristik iklim negara-negara Tengah dan Eropa Utara, yang, bersama-sama dengan AS dan Kanada, merupakan area utama untuk penggunaan panas bumi tingkat rendah, menentukan ini terutama untuk tujuan pemanasan; pendinginan udara, bahkan di musim panas, relatif jarang diperlukan. Oleh karena itu, tidak seperti di AS, pompa panas di negara-negara Eropa beroperasi terutama dalam mode pemanasan. Di AS, mereka lebih sering digunakan dalam sistem pemanas udara yang dikombinasikan dengan ventilasi, yang memungkinkan pemanasan dan pendinginan udara luar. Di negara-negara Eropa, pompa panas biasanya digunakan dalam sistem pemanas air. Karena efisiensinya meningkat ketika perbedaan suhu antara evaporator dan kondensor berkurang, sistem pemanas lantai sering digunakan untuk memanaskan bangunan, di mana pendingin dengan suhu yang relatif rendah (35–40 ° C) bersirkulasi.

Jenis sistem untuk penggunaan energi potensial rendah dari panas bumi

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 massif 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 ).

minus 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;

– komposisi kimia yang baik 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, horizontal penukar panas tanah biasanya mereka adalah pipa terpisah yang diletakkan relatif erat dan saling berhubungan secara seri atau paralel (Gbr. 2).

Beras. 2. Penukar panas tanah horizontal dengan: a - berurutan dan

b - koneksi paralel.

Untuk menghemat area situs tempat 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.

Sejak zaman kuno, orang telah mengetahui tentang manifestasi unsur energi raksasa yang bersembunyi di kedalaman dunia. Ingatan umat manusia menyimpan legenda tentang bencana letusan gunung berapi yang merenggut jutaan kehidupan manusia, tanpa bisa dikenali mengubah wajah banyak tempat di Bumi. Kekuatan letusan gunung berapi yang relatif kecil pun sangat besar, berkali-kali melebihi kekuatan pembangkit listrik terbesar yang dibuat oleh tangan manusia. Kebenaran tentang penggunaan energi secara langsung letusan gunung berapi tak perlu dikatakan: orang belum memiliki kesempatan untuk mengekang elemen bandel ini, dan, untungnya, letusan ini adalah peristiwa yang cukup langka. Tetapi ini adalah manifestasi dari energi yang bersembunyi di perut bumi, ketika hanya sebagian kecil dari energi yang tak habis-habisnya ini menemukan jalan keluar melalui ventilasi gunung berapi yang bernapas api.

Kecil negara Eropa Islandia ("tanah es" di terjemahan harfiah) sepenuhnya menyediakan tomat, apel, dan bahkan pisang! Banyak rumah kaca Islandia ditenagai oleh panasnya bumi, yang lain sumber lokal Praktis tidak ada energi di Islandia. Tapi negara ini sangat kaya mata air panas dan geyser terkenal - air mancur air panas, dengan ketepatan kronometer yang keluar dari tanah. Dan meskipun orang Islandia tidak memiliki prioritas dalam menggunakan panas dari sumber bawah tanah (bahkan orang Romawi kuno membawa air dari bawah tanah ke pemandian terkenal - pemandian Caracalla), penghuni tempat kecil ini negara utara mengoperasikan rumah boiler bawah tanah dengan sangat intensif. Ibu kota Reykjavik, tempat tinggal separuh penduduk negara itu, hanya dipanaskan oleh sumber bawah tanah. Reykjavik sempurna titik awal untuk mengenal Islandia: dari sini Anda dapat melakukan perjalanan paling menarik dan beragam ke setiap sudut negara unik ini: geyser, gunung berapi, air terjun, pegunungan riolit, fjord ... Di mana-mana di Reykjavik Anda akan merasakan ENERGI MURNI - panas energi geyser memancar keluar dari tanah, energi kemurnian dan ruang kota yang idealnya hijau, energi yang ceria dan membara dunia malam Reykjavik sepanjang tahun.

Tetapi tidak hanya untuk pemanasan, orang mengambil energi dari kedalaman bumi. Pembangkit listrik yang menggunakan mata air panas bawah tanah telah beroperasi sejak lama. Pembangkit listrik pertama, masih sangat rendah daya, dibangun pada tahun 1904 di kota kecil Italia Larderello, dinamai insinyur Prancis Larderelli, yang pada tahun 1827 menyusun sebuah proyek untuk penggunaan banyak mata air panas di daerah tersebut. Secara bertahap, kapasitas pembangkit listrik tumbuh, semakin banyak unit baru mulai beroperasi, sumber air panas baru digunakan, dan hari ini kekuatan stasiun telah mencapai nilai yang mengesankan - 360 ribu kilowatt. Di Selandia Baru, ada pembangkit listrik seperti itu di wilayah Wairakei, kapasitasnya 160.000 kilowatt. Sebuah pembangkit panas bumi dengan kapasitas 500.000 kilowatt menghasilkan listrik 120 km dari San Francisco di Amerika Serikat.

energi panas bumi

Sejak zaman kuno, orang telah mengetahui tentang manifestasi spontan dari energi raksasa yang bersembunyi di perut dunia. Ingatan umat manusia menyimpan legenda tentang bencana letusan gunung berapi yang merenggut jutaan nyawa manusia, tanpa bisa dikenali mengubah penampilan banyak tempat di Bumi. Kekuatan letusan gunung berapi yang relatif kecil pun sangat besar, berkali-kali melebihi kekuatan pembangkit listrik terbesar yang dibuat oleh tangan manusia. Benar, tidak perlu berbicara tentang penggunaan langsung energi letusan gunung berapi - sejauh ini orang tidak memiliki kesempatan untuk mengekang elemen bandel ini, dan, untungnya, letusan ini adalah peristiwa yang cukup langka. Tetapi ini adalah manifestasi dari energi yang bersembunyi di perut bumi, ketika hanya sebagian kecil dari energi yang tak habis-habisnya ini menemukan jalan keluar melalui ventilasi gunung berapi yang bernapas api.

geyser adalah mata air panas, yang menyemburkan airnya ke ketinggian yang teratur atau tidak teratur, seperti air mancur. Nama ini berasal dari kata Islandia untuk "menuangkan". Munculnya geyser membutuhkan lingkungan yang menguntungkan, yang diciptakan hanya di beberapa tempat di bumi, yang mengarah ke kehadiran mereka yang agak langka. Hampir 50% geyser terletak di Taman Nasional Yellowstone (AS). Aktivitas geyser dapat berhenti karena perubahan isi perut, gempa bumi dan faktor lainnya. Tindakan geyser disebabkan oleh kontak air dengan magma, setelah itu air dengan cepat memanas dan, di bawah pengaruh energi panas bumi, terlempar ke atas dengan kekuatan. Setelah letusan, air di geyser berangsur-angsur mendingin, merembes kembali ke magma, dan kembali memancar. Frekuensi letusan berbagai geyser bervariasi dari beberapa menit hingga beberapa jam. Kebutuhan energi yang besar untuk pengoperasian geyser - alasan utama kelangkaan mereka. Daerah vulkanik mungkin memiliki sumber air panas, gunung berapi lumpur, fumarol, tetapi hanya ada sedikit tempat di mana geyser berada. Faktanya adalah bahwa bahkan jika geyser terbentuk di lokasi aktivitas gunung berapi, letusan berikutnya akan menghancurkan permukaan bumi dan mengubah keadaannya, yang akan menyebabkan hilangnya geyser.

Energi bumi (energi panas bumi) didasarkan pada penggunaan kehangatan alami Bumi. Perut Bumi penuh dengan sumber energi yang sangat besar dan hampir tidak ada habisnya. Radiasi tahunan panas internal di planet kita adalah 2,8 * 1014 miliar kWh. Itu terus-menerus dikompensasi oleh peluruhan radioaktif dari beberapa isotop di kerak bumi.

Sumber energi panas bumi dapat terdiri dari dua jenis. Jenis pertama adalah kolam bawah tanah pembawa panas alami - air panas (mata air hidrotermal), atau uap (mata air panas uap), atau campuran uap-air. Intinya, ini adalah "boiler bawah tanah" yang langsung siap pakai dari mana air atau uap dapat diekstraksi menggunakan lubang bor biasa. Jenis kedua adalah panasnya batuan panas. Dengan memompa air ke cakrawala seperti itu, seseorang juga dapat memperoleh uap atau air yang sangat panas untuk digunakan lebih lanjut untuk tujuan energi.

Tetapi dalam kedua kasus penggunaan kelemahan utama terletak, mungkin, dalam konsentrasi energi panas bumi yang sangat lemah. Namun, di tempat-tempat pembentukan anomali panas bumi yang khas, di mana mata air panas atau batuan berada relatif dekat dengan permukaan dan di mana suhu naik 30-40 ° C untuk setiap 100 m, konsentrasi energi panas bumi dapat menciptakan kondisi untuk penggunaan ekonominya. Tergantung pada suhu air, uap atau campuran uap-air mata air panas bumi dibagi menjadi suhu rendah dan menengah (dengan suhu hingga 130 - 150 ° C) dan suhu tinggi (lebih dari 150 ° C). Sifat penggunaannya sangat tergantung pada suhu.

Dapat dikatakan bahwa energi panas bumi memiliki empat fitur yang bermanfaat.

Pertama, cadangannya praktis tidak ada habisnya. Menurut perkiraan akhir 70-an, hingga kedalaman 10 km, nilainya 3,5 ribu kali lebih tinggi dari cadangan. tipe tradisional bahan bakar mineral.

Kedua, energi panas bumi cukup luas. Konsentrasinya dikaitkan terutama dengan sabuk aktivitas seismik dan gunung berapi aktif, yang menempati 1/10 dari luas bumi. Di dalam sabuk ini, beberapa "wilayah panas bumi" yang paling menjanjikan dapat dibedakan, contohnya adalah California di AS, Selandia Baru, Jepang, Islandia, Kamchatka, dan Kaukasus Utara di Rusia. Hanya di bekas Uni Soviet pada awal 1990-an, sekitar 50 kolam bawah tanah air panas dan uap telah dibuka.

Ketiga, penggunaan energi panas bumi tidak memerlukan biaya yang tinggi, karena. di kasus ini kita sedang berbicara tentang sumber energi yang sudah “siap pakai” yang diciptakan oleh alam itu sendiri.

Terakhir, keempat, energi panas bumi sama sekali tidak berbahaya bagi lingkungan dan tidak mencemari lingkungan.

Manusia telah lama menggunakan energi panas internal Bumi (mari kita ingat pemandian Romawi yang terkenal), tetapi penggunaan komersialnya baru dimulai pada 20-an abad kita dengan pembangunan pembangkit listrik geolistrik pertama di Italia, dan kemudian di negara Lain. Pada awal 1980-an, ada sekitar 20 stasiun seperti itu yang beroperasi di dunia dengan total kapasitas 1,5 juta kW. Yang terbesar di antaranya adalah stasiun Geyser di AS (500 ribu kW).

Energi panas bumi digunakan untuk menghasilkan listrik, memanaskan rumah, rumah kaca, dll. Uap kering, air super panas atau pembawa panas apa pun dengan titik didih rendah (amonia, freon, dll.) digunakan sebagai pembawa panas.

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

Dalam beberapa dekade terakhir, dunia sedang mempertimbangkan 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 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 dalam beberapa dekade terakhir di sumber alternatif energi 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 pendingin (mereka hanya menghasilkan 1% dari sumber daya bersama 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 kecil reservoir panas bumi dengan suhu tinggi di daerah 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 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 dengan 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 pasokan 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 itu Federasi Rusia prediksi 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 dari 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.

Banyak nilai yang lebih besar 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 dipancarkan ke ruang angkasa, dan panas terakumulasi di perut, yaitu. kandungan panas padatan, cair dan fase gas materi terestrial dan 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. 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 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 kerja yang efektif sistem sirkulasi, perlu untuk memiliki atau membuat permukaan pertukaran panas yang cukup berkembang di zona ekstraksi panas. Permukaan seperti itu dimiliki oleh lapisan berpori dan zona ketahanan patah alami, yang sering ditemukan di kedalaman di atas, yang permeabilitasnya memungkinkan untuk mengatur penyaringan paksa pendingin dengan ekstraksi energi batuan yang efisien, serta kreasi buatan permukaan pertukaran panas yang luas dalam massa 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 selama 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. Disuntikkan melalui sumur (injeksi) dingin air tawar dipanaskan karena pertukaran panas dengan massa batuan (185 °C) pada rekahan vertikal dengan luas 8000 m2, yang dibentuk oleh 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 sekitarnya jika berjumlah sekitar 1% dari total aliran. Konsentrasi pengotor mekanis dan kimia (hingga 0,2 g/l) sesuai dengan kondisi air tawar air minum. Fraktur hidrolik tidak memerlukan perbaikan dan tetap terbuka tekanan hidrostatis cairan. Konveksi gratis yang berkembang di dalamnya disediakan partisipasi efektif dalam pertukaran panas 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 terhadap 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, 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 tenaga panas 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 yang tinggi. Perkembangan energi panas bumi mengalami kesulitan besar selama pembangunan 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 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 adalah untuk menciptakan atas dasar rumah tangga, 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. Opsi BS yang dapat digunakan kembali memiliki banyak efisiensi ekonomi 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 terbaru pengeboran) - 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, dimungkinkan 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.

Kehangatan bumi. Kemungkinan sumber panas dalam

panas bumi- ilmu yang mempelajari medan termal Bumi. Suhu rata-rata permukaan bumi adalah tren umum ke penurunan. Tiga miliar tahun yang lalu, suhu rata-rata di permukaan bumi adalah 71 o, sekarang 17 o. Sumber panas (termal ) Bidang bumi adalah proses internal dan eksternal. Panas bumi disebabkan oleh radiasi matahari dan berasal dari perut planet. Nilai masuknya panas dari kedua sumber secara kuantitatif sangat berbeda dan perannya dalam kehidupan planet ini berbeda. Pemanasan matahari di Bumi adalah 99,5% dari jumlah total panas yang diterima oleh permukaannya, dan pemanasan internal menyumbang 0,5%. Selain itu, masuknya panas internal sangat tidak merata di Bumi dan terkonsentrasi terutama di tempat-tempat manifestasi vulkanisme.

Sumber luar adalah radiasi matahari . Setengah dari energi matahari diserap oleh permukaan, vegetasi dan lapisan dekat permukaan kerak bumi. Setengah lainnya tercermin ke dalam ruang dunia. Radiasi sinar matahari mempertahankan suhu permukaan bumi rata-rata sekitar 0 0 C. Matahari menghangatkan lapisan permukaan bumi hingga kedalaman rata-rata 8 - 30 m, dengan kedalaman rata-rata 25 m, efek panas matahari berhenti dan suhu menjadi konstan (lapisan netral). Kedalaman ini minimal di daerah dengan iklim maritim dan maksimal di wilayah Subpolar. Di bawah batas ini ada sabuk suhu konstan yang sesuai dengan suhu tahunan rata-rata daerah tersebut. Jadi, misalnya, di Moskow di wilayah pertanian. akademi. Timiryazev, pada kedalaman 20 m, suhu selalu tetap sama dengan 4,2 o C sejak 1882. Di Paris, pada kedalaman 28 m, termometer secara konsisten menunjukkan 11,83 o C selama lebih dari 100 tahun. suhu konstan adalah yang terdalam di mana abadi ( permafrost. Di bawah sabuk suhu konstan adalah zona panas bumi, yang dicirikan oleh panas yang dihasilkan oleh Bumi itu sendiri.

Sumber internal adalah perut Bumi. Bumi memancar ke luar angkasa lebih panas daripada yang diterimanya dari matahari. Sumber internal termasuk panas sisa dari saat planet dilebur, panas reaksi termonuklir mengalir di perut bumi, panas dari kompresi gravitasi bumi di bawah aksi gravitasi, panas dari reaksi kimia dan proses kristalisasi, dll (misalnya gesekan pasang surut). Panas dari perut terutama berasal dari zona bergerak. Peningkatan suhu dengan kedalaman dikaitkan dengan keberadaan sumber internal panas - peluruhan isotop radioaktif– U, Th, K, diferensiasi gravitasi materi, gesekan pasang surut, redoks eksoterm reaksi kimia, metamorfisme dan transisi fase. Tingkat kenaikan suhu dengan kedalaman ditentukan oleh sejumlah faktor - konduktivitas termal, permeabilitas batuan, kedekatan dengan ruang vulkanik, dll.

Di bawah sabuk suhu konstan terjadi peningkatan suhu, rata-rata 1 o per 33 m ( tahap panas bumi) atau 3 o setiap 100 m ( gradien panas bumi). Nilai-nilai ini adalah indikator medan termal Bumi. Jelas bahwa nilai-nilai ini rata-rata dan besarnya berbeda di berbagai area atau zona Bumi. Langkah panas bumi berbeda di berbagai titik di Bumi. Misalnya, di Moskow - 38,4 m, di Leningrad - 19,6, di Arkhangelsk - 10. Jadi, saat mengebor sumur dalam di Semenanjung Kola, pada kedalaman 12 km, suhu diasumsikan 150 derajat, pada kenyataannya ternyata sekitar 220 derajat. Saat mengebor sumur di Kaspia utara pada kedalaman 3000 m, suhu diasumsikan 150 derajat, tetapi ternyata 108 derajat.

Perlu dicatat bahwa fitur iklim daerah dan suhu tahunan rata-rata tidak mempengaruhi perubahan nilai langkah panas bumi, alasannya terletak pada hal berikut:

1) dalam konduktivitas termal yang berbeda dari batuan yang membentuk area tertentu. Di bawah ukuran konduktivitas termal dipahami jumlah panas dalam kalori yang ditransfer dalam 1 detik. Melalui bagian 1 cm 2 dengan gradien suhu 1 o C;

2) dalam radioaktivitas batuan, semakin besar konduktivitas termal dan radioaktivitas, semakin rendah langkah panas bumi;

3) dalam berbagai kondisi kemunculan batuan dan umur kemunculannya; pengamatan telah menunjukkan bahwa suhu naik lebih cepat di lapisan yang dikumpulkan dalam lipatan, mereka sering memiliki pelanggaran (retak), di mana akses panas dari kedalaman difasilitasi;

4) karakter air tanah: aliran air tanah panas batuan hangat, dingin - sejuk;

5) keterpencilan dari laut: dekat laut karena pendinginan batuan oleh massa air, langkah panas bumi lebih besar, dan pada kontak itu lebih kecil.

Mengetahui nilai spesifik dari langkah panas bumi sangat penting secara praktis.

1. Ini penting saat merancang tambang. Dalam beberapa kasus, perlu untuk mengambil tindakan untuk menurunkan suhu secara artifisial dalam pekerjaan yang dalam (suhu - 50 ° C adalah batas untuk seseorang di udara kering dan 40 ° C di udara basah); di tempat lain, akan mungkin untuk bekerja dengan sangat mendalam.

2. Sangat penting memiliki penilaian kondisi suhu selama tunneling di daerah pegunungan.

3. Studi tentang kondisi panas bumi di bagian dalam bumi memungkinkan penggunaan uap dan mata air panas yang muncul di permukaan bumi. Panas bawah tanah digunakan, misalnya, di Italia, Islandia; di Rusia, pembangkit listrik industri eksperimental dibangun di atas panas alami di Kamchatka.

Dengan menggunakan data ukuran langkah panas bumi, seseorang dapat membuat beberapa asumsi tentang kondisi suhu zona dalam Bumi. Jika kita mengambil nilai rata-rata langkah panas bumi sebesar 33 m dan menganggap bahwa kenaikan suhu dengan kedalaman terjadi secara merata, maka pada kedalaman 100 km akan terjadi suhu 3000 ° C. Suhu ini melebihi titik leleh semua zat yang dikenal di Bumi, oleh karena itu, pada kedalaman ini harus ada massa cair . Tetapi karena tekanan besar 31.000 atm. Massa superheated tidak memiliki karakteristik cairan, tetapi diberkahi dengan karakteristik benda padat.

Dengan kedalaman, langkah panas bumi tampaknya harus meningkat secara signifikan. Jika kita berasumsi bahwa langkahnya tidak berubah dengan kedalaman, maka suhu di pusat Bumi seharusnya sekitar 200.000 derajat, dan menurut perhitungan, itu tidak boleh melebihi 5.000 - 10.000 derajat.

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 sekali tercipta solusi teknis, rencana, teori di bidang ini.

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. Dibawah kerak bumi ada 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 demikian, seseorang dapat menggunakan proses fisik di tujuan yang tepat untuk kemanusiaan.

Jenis sumber energi panas bumi

Biasanya dibagi menjadi dua jenis: energi hidrotermal dan petrotermal. Yang pertama dibentuk oleh mata air hangat, dan tipe 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 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 dikonsumsi. Mereka 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 s

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

Video: Energi Panas Bumi

Proses suplai panas

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

Jika untuk produksi klasik energi panas digunakan rumah ketel yang mengkonsumsi padat atau bahan bakar gas, maka sumber geyser digunakan dalam produksi ini. Proses teknis sangat sederhana, komunikasi yang sama, saluran 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 berpartisipasi 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 daya 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 mempertimbangkan 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. 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 menggunakan perut bumi hingga 100 persen.