ტექნიკურ მეცნიერებათა დოქტორი ᲖᲔ. ვფიცავ, პროფესორო,
აკადემიკოსი რუსეთის აკადემიატექნოლოგიური მეცნიერებები, მოსკოვი

AT ბოლო ათწლეულებისმსოფლიო განიხილავს დედამიწის ღრმა სითბოს ენერგიის უფრო ეფექტურად გამოყენების მიმართულებას, რათა ნაწილობრივ ჩაანაცვლოს ბუნებრივი აირი, ნავთობი, ქვანახშირი. ეს შესაძლებელი გახდება არა მხოლოდ მაღალი გეოთერმული პარამეტრების მქონე რაიონებში, არამედ მსოფლიოს ნებისმიერ რაიონში საინექციო და წარმოების ჭაბურღილების ბურღვისა და მათ შორის ცირკულაციის სისტემების შექმნისას.

ბოლო ათწლეულების განმავლობაში მსოფლიოში ალტერნატიული ენერგიის წყაროებისადმი გაზრდილი ინტერესი გამოწვეულია ნახშირწყალბადების საწვავის მარაგების ამოწურვით და რიგი პრობლემების გადაჭრის აუცილებლობით. გარემოსდაცვითი საკითხები. ობიექტური ფაქტორები (წიაღისეული საწვავის და ურანის რეზერვები, ასევე ტრადიციული ხანძრისა და ატომური ენერგიით გამოწვეული გარემოს ცვლილებები) საშუალებას გვაძლევს ვამტკიცოთ, რომ ენერგიის წარმოების ახალ მეთოდებსა და ფორმებზე გადასვლა გარდაუვალია.

მსოფლიო ეკონომიკა ამჟამად მიდის ტრადიციული და ახალი ენერგიის წყაროების რაციონალურ კომბინაციაზე გადასვლაზე. დედამიწის სიცხე მათ შორის ერთ-ერთ პირველ ადგილს იკავებს.

გეოთერმული ენერგიის რესურსები იყოფა ჰიდროგეოლოგიურ და პეტროგეოთერმულად. პირველი მათგანი წარმოდგენილია გამაგრილებლებით (ისინი შეადგენენ მხოლოდ 1%-ს საერთო რესურსებიგეოთერმული ენერგია) - მიწისქვეშა წყლები, ორთქლი და ორთქლი-წყლის ნარევები. მეორე არის გეოთერმული ენერგია, რომელიც შეიცავს ცხელ ქანებს.

ჩვენს ქვეყანაში და მის ფარგლებს გარეთ ბუნებრივი ორთქლისა და გეოთერმული წყლების მოპოვებისთვის გამოყენებული შადრევანი (თვითდაღვრა) ტექნოლოგია მარტივია, მაგრამ არაეფექტური. თვითნაკადის ჭაბურღილების დაბალი დინების სიჩქარით, მათი სითბოს წარმოებას შეუძლია ბურღვის ხარჯების ანაზღაურება მხოლოდ გეოთერმული რეზერვუარების მცირე სიღრმეზე. მაღალი ტემპერატურათერმული ანომალიების ადგილებში. ბევრ ქვეყანაში ასეთი ჭაბურღილების მომსახურების ვადა 10 წელსაც კი არ აღწევს.

ამავდროულად, გამოცდილება ადასტურებს, რომ ბუნებრივი ორთქლის ზედაპირული კოლექტორების არსებობის პირობებში, გეოთერმული ელექტროსადგურის მშენებლობა გეოთერმული ენერგიის გამოყენების ყველაზე მომგებიანი ვარიანტია. ასეთი გეოტესების ფუნქციონირებამ აჩვენა მათი კონკურენტუნარიანობა სხვა ტიპის ელექტროსადგურებთან შედარებით. ამიტომ, გეოთერმული წყლებისა და ორთქლის ჰიდროთერმების რეზერვების გამოყენება ჩვენს ქვეყანაში კამჩატკის ნახევარკუნძულზე და კურილის ჯაჭვის კუნძულებზე, ჩრდილოეთ კავკასიის რეგიონებში და ასევე, შესაძლოა, სხვა რაიონებშიც მიზანშეწონილი და დროულია. მაგრამ ორთქლის საბადოები იშვიათობაა, მისი ცნობილი და პროგნოზირებული მარაგი მცირეა. სითბოს და ელექტროენერგიის წყლის ბევრად უფრო გავრცელებული საბადოები ყოველთვის არ არის საკმარისად ახლოს მომხმარებელთან - სითბოს მიწოდების ობიექტთან. ეს გამორიცხავს მათი ეფექტური გამოყენების დიდი მასშტაბის შესაძლებლობას.

ხშირად შიგნით რთული პრობლემააჭარბებს მარილიანობის წინააღმდეგ ბრძოლის საკითხებს. გეოთერმული, როგორც წესი, მინერალიზებული წყაროების სითბოს მატარებლად გამოყენება იწვევს ჭაბურღილის ზონების გადაჭარბებულ ზრდას რკინის ოქსიდით, კალციუმის კარბონატით და სილიკატური წარმონაქმნებით. გარდა ამისა, ეროზია-კოროზიის და სკალირების პრობლემები უარყოფითად მოქმედებს აღჭურვილობის მუშაობაზე. პრობლემა, ასევე, არის მინერალიზებული და ტოქსიკური მინარევების შემცველი ჩამდინარე წყლების ჩაშვება. აქედან გამომდინარე, უმარტივესი შადრევანი ტექნოლოგია არ შეიძლება გახდეს გეოთერმული რესურსების ფართო განვითარების საფუძველი.

რუსეთის ფედერაციის ტერიტორიაზე წინასწარი შეფასებით, თერმული წყლების პროგნოზირებული მარაგი 40-250 °C ტემპერატურით, 35-200 გ/ლ მარილიანობით და 3000 მ-მდე სიღრმით არის 21-22 მილიონი მ3. /დღეში, რაც უდრის 30-40 მლნ ტონა .ტ. წელს.

კამჩატკას ნახევარკუნძულის 150-250 ° C ტემპერატურით ორთქლი-ჰაერის ნარევის პროგნოზირებული რეზერვები და კურილის კუნძულებიარის 500 ათასი მ3/დღეში. და თერმული წყლების მარაგი 40-100 ° C ტემპერატურაზე - 150 ათასი მ3 / დღეში.

განვითარების უმთავრეს პრიორიტეტად ითვლება თერმული წყლების მარაგი, რომელთა ხარჯი დაახლოებით 8 მილიონი მ3/დღეშია, 10 გ/ლ-მდე მარილიანობით და 50 °C-ზე მაღალი ტემპერატურით.

ბევრი უფრო დიდი ღირებულებამომავლის ენერგიისთვის არის თერმული ენერგიის, პრაქტიკულად ამოუწურავი, პეტროგეოთერმული რესურსების მოპოვება. ეს გეოთერმული ენერგია, რომელიც ჩასმულია მყარ ცხელ ქანებში, არის მიწისქვეშა თერმული ენერგიის მთლიანი რესურსების 99%. 4-6 კმ-მდე სიღრმეზე 300-400 °C ტემპერატურით მასივები გვხვდება მხოლოდ ზოგიერთი ვულკანის შუალედური კამერების მახლობლად, მაგრამ ცხელი ქანები 100-150 °C ტემპერატურის მქონე თითქმის ყველგანაა გავრცელებული. ამ სიღრმეებში და 180-200 °C ტემპერატურით რუსეთის ტერიტორიის საკმაოდ მნიშვნელოვან ნაწილში.

მილიარდობით წლის განმავლობაში, ბირთვული, გრავიტაციული და სხვა პროცესები დედამიწის შიგნით წარმოქმნიდნენ და აგრძელებენ თერმული ენერგიის გამომუშავებას. მისი ნაწილი ასხივებს გარე სივრცეში, სიცხე კი სიღრმეში გროვდება, ე.ი. ხმელეთის ნივთიერების მყარი, თხევადი და აირისებრი ფაზების სითბოს შემცველობას გეოთერმული ენერგია ეწოდება.

მიწისქვეშა სითბოს უწყვეტი გამომუშავება ანაზღაურებს მას გარე დანაკარგები, ემსახურება გეოთერმული ენერგიის დაგროვების წყაროს და განსაზღვრავს მისი რესურსების განახლებად ნაწილს. წიაღის მთლიანი სითბოს მოცილება მდე დედამიწის ზედაპირისამჯერ აღემატება მსოფლიოში ელექტროსადგურების ამჟამინდელ სიმძლავრეს და შეფასებულია 30 ტვ.

თუმცა, ცხადია, რომ განახლებადობა მნიშვნელოვანია მხოლოდ შეზღუდული ბუნებრივი რესურსებისთვის და საერთო პოტენციალიგეოთერმული ენერგია პრაქტიკულად ამოუწურავია, რადგან ის უნდა განისაზღვროს, როგორც დედამიწისთვის ხელმისაწვდომი სითბოს მთლიანი რაოდენობა.

შემთხვევითი არ არის, რომ ბოლო ათწლეულების განმავლობაში, მსოფლიო განიხილავს დედამიწის ღრმა სითბოს ენერგიის უფრო ეფექტურად გამოყენების მიმართულებას, რათა ნაწილობრივ შეცვალოს ბუნებრივი აირი, ნავთობი და ქვანახშირი. ეს შესაძლებელი გახდება არა მხოლოდ მაღალი გეოთერმული პარამეტრების მქონე რაიონებში, არამედ მსოფლიოს ნებისმიერ რაიონში საინექციო და წარმოების ჭაბურღილების ბურღვისა და მათ შორის ცირკულაციის სისტემების შექმნისას.

რა თქმა უნდა, ქანების დაბალი თბოგამტარობით, ცირკულაციის სისტემების ეფექტური მუშაობისთვის, აუცილებელია სითბოს ამოღების ზონაში საკმარისად განვითარებული სითბოს გაცვლის ზედაპირის არსებობა ან შექმნა. ასეთი ზედაპირი ხშირად გვხვდება ფოროვან წარმონაქმნებში და ბუნებრივი მოტეხილობის წინააღმდეგობის ზონებში, რომლებიც ხშირად გვხვდება ზემოთ მოცემულ სიღრმეებში, რომელთა გამტარიანობა შესაძლებელს ხდის გამაგრილებლის იძულებითი ფილტრაციის ორგანიზებას კლდის ენერგიის ეფექტური მოპოვებით, აგრეთვე ჰიდრავლიკური მოტეხილობით დაბალგამტარ ფოროვან მასივებში ვრცელი თბოგამცვლელი ზედაპირის ხელოვნურად შექმნა (იხ. სურათი).

ამჟამად გამოიყენება ჰიდრავლიკური მოტეხილობა ნავთობისა და გაზის ინდუსტრიაროგორც რეზერვუარის გამტარიანობის გაზრდის გზა ნავთობის მოპოვების გასაძლიერებლად ნავთობის საბადოების განვითარებაში. თანამედროვე ტექნოლოგია შესაძლებელს ხდის შექმნას ვიწრო, მაგრამ გრძელი ბზარი, ან მოკლე, მაგრამ ფართო. ცნობილია ჰიდრავლიკური მოტეხილობების მაგალითები 2-3 კმ-მდე სიგრძის მოტეხილობებით.

მყარ ქანებში შემავალი ძირითადი გეოთერმული რესურსების მოპოვების შიდა იდეა ჯერ კიდევ 1914 წელს გამოითქვა კ.ე. ობრუჩევი.

1963 წელს, პირველი GCC შეიქმნა პარიზში, რომელიც გამოიმუშავებდა სითბოს ფოროვანი წარმონაქმნის ქანებიდან გათბობისა და კონდიცირების მიზნით მაუწყებლობის ქაოსის კომპლექსის შენობებში. 1985 წელს საფრანგეთში უკვე ფუნქციონირებდა 64 GCC, რომელთა ჯამური თერმული სიმძლავრე იყო 450 მეგავატი, წლიური დანაზოგით დაახლოებით 150,000 ტონა ნავთობი. იმავე წელს პირველი ასეთი GCC შეიქმნა სსრკ-ში ხანკალას ხეობაში ქალაქ გროზნოს მახლობლად.

1977 წელს, აშშ-ს ლოს ალამოსის ეროვნული ლაბორატორიის პროექტის ფარგლებში, ექსპერიმენტული GCC-ის ტესტები თითქმის გაუვალი მასივის ჰიდრავლიკური მოტეხილობით დაიწყო ნიუ-მექსიკოს შტატში, ფენტონ ჰილზე. ჭაბურღილიდან (ინექციით) შეყვანილი ცივი მტკნარი წყალი თბებოდა კლდის მასით (185 OC) თბოგაცვლის გამო 8000 მ2 ფართობის ვერტიკალურ ნაპრალში, რომელიც წარმოიქმნა ჰიდრავლიკური ნაპრალის შედეგად 2,7 კმ სიღრმეზე. სხვა ჭაბურღილში (წარმოებაში), ასევე ამ ნაპრალის გადაკვეთისას, ზედმეტად გახურებული წყალი ორთქლის ჭავლის სახით ამოვიდა ზედაპირზე. წნევის ქვეშ დახურულ წრეში ცირკულირებისას ზედაპირზე ზედმეტად გაცხელებული წყლის ტემპერატურა 160-180 °C-ს აღწევდა, ხოლო სისტემის თერმული სიმძლავრე 4-5 მეგავატს. გამაგრილებლის გაჟონვამ მიმდებარე მასივში შეადგინა მთლიანი ნაკადის დაახლოებით 1%. კონცენტრაცია მექანიკური და ქიმიური მინარევები(0,2 გ/ლ-მდე) შეესაბამებოდა სუფთა პირობებს წყლის დალევა. ჰიდრავლიკური მოტეხილობა არ საჭიროებდა ფიქსაციას და ღიად ინახებოდა სითხის ჰიდროსტატიკური წნევით. მასში განვითარებული თავისუფალი კონვექცია უზრუნველყოფდა ეფექტურ მონაწილეობას ცხელი კლდის მასის გამონაბოლქვის თითქმის მთელი ზედაპირის სითბოს გაცვლაში.

მიწისქვეშა თერმული ენერგიის მოპოვება ცხელი წყალგაუმტარი ქანებიდან, დახრილი ბურღვისა და ჰიდრავლიკური მოტეხილობის მეთოდებზე დაყრდნობით, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში იყო ათვისებული და პრაქტიკაში ნავთობისა და გაზის ინდუსტრიაში, არ იწვევდა სეისმურ აქტივობას და არც სხვა. მტკივნეული ეფექტებიგარემოზე.

1983 წელს ბრიტანელმა მეცნიერებმა გაიმეორეს ამერიკული გამოცდილება კარნველში გრანიტების ჰიდრავლიკური გატეხვით ექსპერიმენტული GCC შექმნით. მსგავსი სამუშაოებიგერმანიაში, შვედეთში გაიმართა. აშშ-ში 224-ზე მეტი გეოთერმული გათბობის პროექტი განხორციელდა. თუმცა, ვარაუდობენ, რომ გეოთერმულ რესურსებს შეუძლიათ უზრუნველყონ შეერთებული შტატების მომავალი არაელექტრული თერმული ენერგიის მოთხოვნილების ძირითადი ნაწილი. იაპონიაში GeoTPP-ის სიმძლავრემ 2000 წელს მიაღწია დაახლოებით 50 GW-ს.

ამჟამად გეოთერმული რესურსების კვლევა-ძიება მიმდინარეობს 65 ქვეყანაში. მსოფლიოში, გეოთერმული ენერგიის საფუძველზე, შეიქმნა სადგურები, რომელთა საერთო სიმძლავრეა დაახლოებით 10 გვტ. გაერთიანებული ერების ორგანიზაცია აქტიურად უჭერს მხარს გეოთერმული ენერგიის განვითარებას.

გეოთერმული გამაგრილებლების გამოყენებისას მსოფლიოს მრავალ ქვეყანაში დაგროვილი გამოცდილება აჩვენებს, რომ ხელსაყრელ პირობებში ისინი 2-5-ჯერ უფრო მომგებიანია, ვიდრე თბო და ატომური ელექტროსადგურები. გამოთვლები აჩვენებს, რომ ერთ გეოთერმულ ჭას შეუძლია წელიწადში 158 ათასი ტონა ნახშირის ჩანაცვლება.

ამრიგად, დედამიწის სითბო, ალბათ, ერთადერთი ძირითადი განახლებადი ენერგიის რესურსია, რომლის რაციონალური განვითარება გვპირდება ენერგიის ღირებულების შემცირებას თანამედროვე საწვავის ენერგიასთან შედარებით. თანაბრად ამოუწურავი ენერგეტიკული პოტენციალით, მზის და თერმობირთვული დანადგარები, სამწუხაროდ, უფრო ძვირი იქნება, ვიდრე არსებული საწვავი.

დედამიწის სითბოს განვითარების ძალიან გრძელი ისტორიის მიუხედავად, დღეს გეოთერმული ტექნოლოგია ჯერ არ მიუღწევია თავისას მაღალი განვითარება. დედამიწის თერმული ენერგიის განვითარება დიდ სირთულეებს განიცდის ღრმა ჭაბურღილების მშენებლობაში, რომლებიც გამაგრილებლის ზედაპირზე გამოტანის არხია. ფსკერის მაღალი ტემპერატურის გამო (200-250 °C), ტრადიციული კლდის საჭრელი ხელსაწყოები უვარგისია ასეთ პირობებში სამუშაოდ, არსებობს სპეციალური მოთხოვნები საბურღი და გარსაცმის მილების, ცემენტის ნამცხვრების, ბურღვის ტექნოლოგიის, ჭაბურღილის გარსაცმისა და დასრულების შერჩევისთვის. საყოფაცხოვრებო საზომი მოწყობილობა, სერიული ოპერაციული ფიტინგები და აღჭურვილობა იწარმოება ისეთი დიზაინით, რომელიც საშუალებას იძლევა ტემპერატურა არ აღემატებოდეს 150-200 ° C. ჭაბურღილების ტრადიციული ღრმა მექანიკური ბურღვა ხანდახან დაგვიანებულია წლების განმავლობაში და მოითხოვს მნიშვნელოვან ფინანსურ ხარჯებს. ძირითად საწარმოო აქტივებში ჭაბურღილების ღირებულება 70-დან 90%-მდეა. ეს პრობლემა შეიძლება და უნდა მოგვარდეს მხოლოდ გეოთერმული რესურსების ძირითადი ნაწილის განვითარების პროგრესული ტექნოლოგიის შექმნით, ე.ი. ენერგიის მოპოვება ცხელი ქანებიდან.

ჩვენი რუსი მეცნიერებისა და სპეციალისტების ჯგუფი ერთ წელზე მეტია, რაც რუსეთის ფედერაციის ტერიტორიაზე დედამიწის ცხელი ქანების ამოუწურავი, განახლებადი ღრმა თერმული ენერგიის მოპოვებისა და გამოყენების პრობლემას ეხება. სამუშაოს მიზანია შექმნას საშინაო საფუძველზე, მაღალი ტექნოლოგია ტექნიკური საშუალებებიღრმა შეღწევისთვის დედამიწის ქერქი. ამჟამად შემუშავებულია საბურღი ხელსაწყოების (BS) რამდენიმე ვარიანტი, რომლებსაც მსოფლიო პრაქტიკაში ანალოგი არ გააჩნიათ.

BS-ის პირველი ვერსიის მოქმედება დაკავშირებულია ჭაბურღილის ბურღვის მიმდინარე ტრადიციულ ტექნოლოგიასთან. მყარი ქანების ბურღვის სიჩქარე (საშუალო სიმკვრივე 2500-3300 კგ/მ3) 30 მ/სთ-მდე, ხვრელის დიამეტრი 200-500 მმ. BS-ის მეორე ვარიანტი ახორციელებს ჭაბურღილების ბურღვას ავტონომიურ და ავტომატურ რეჟიმში. გაშვება ხორციელდება სპეციალური გაშვებისა და მიღების პლატფორმიდან, საიდანაც კონტროლდება მისი მოძრაობა. მყარ კლდეებში ათასი მეტრი BS-ის გავლა რამდენიმე საათში შეძლებს. ჭაბურღილის დიამეტრი 500-დან 1000 მმ-მდე. მრავალჯერადი გამოყენების BS ვარიანტებს აქვთ დიდი ეკონომიკური ეფექტურობა და უზარმაზარი პოტენციური ღირებულება. BS-ის წარმოებაში დანერგვა გაიხსნება ახალი ეტაპიჭაბურღილების მშენებლობაში და უზრუნველყოს დედამიწის თერმული ენერგიის ამოუწურავი წყაროების ხელმისაწვდომობა.

თბომომარაგების საჭიროებისთვის ჭაბურღილების საჭირო სიღრმე მთელი ქვეყნის მასშტაბით არის 3-4,5 ათასი მეტრის დიაპაზონში და არ აღემატება 5-6 ათას მეტრს. საბინაო და კომუნალური სითბოს მიწოდებისთვის სითბოს გადამზიდველის ტემპერატურა დგას. არ გადააჭარბოს 150 °C-ს. სამრეწველო ობიექტებისთვის ტემპერატურა, როგორც წესი, არ აღემატება 180-200 °C-ს.

GCC-ის შექმნის მიზანია უზრუნველყოს მუდმივი, ხელმისაწვდომი, იაფი სითბო რუსეთის ფედერაციის შორეულ, ძნელად მისადგომ და განუვითარებელ რეგიონებში. GCS-ის მუშაობის ხანგრძლივობაა 25-30 წელი ან მეტი. სადგურების ანაზღაურებადი პერიოდი (გათვალისწინებით უახლესი ტექნოლოგიებიბურღვა) - 3-4 წელი.

მომავალი წლების განმავლობაში რუსეთის ფედერაციაში გეოთერმული ენერგიის არაელექტრული საჭიროებისთვის გამოსაყენებლად შესაბამისი სიმძლავრეების შექმნა ჩაანაცვლებს დაახლოებით 600 მილიონი ტონა ექვივალენტურ საწვავს. დანაზოგი შეიძლება იყოს 2 ტრილიონ რუბლამდე.

2030 წლამდე შესაძლებელი ხდება ენერგეტიკული სიმძლავრეების შექმნა ცეცხლოვანი ენერგიის 30%-მდე ჩანაცვლებისთვის, ხოლო 2040 წლამდე ორგანული ნედლეულის, როგორც საწვავის, თითქმის მთლიანად აღმოფხვრა რუსეთის ფედერაციის ენერგეტიკული ბალანსიდან.

ლიტერატურა

1. გონჩაროვი ს.ა. თერმოდინამიკა. მოსკოვი: MGTUim. ნ.ე. Bauman, 2002. 440 გვ.

2. დიადკინი იუ.დ. და ა.შ.გეოთერმული თერმული ფიზიკა. პეტერბურგი: ნაუკა, 1993. 255 გვ.

3. რუსეთის საწვავი-ენერგეტიკული კომპლექსის მინერალური რესურსების ბაზა. სტატუსი და პროგნოზი / V.K. Branchhugov, E.A. გავრილოვი, ვ.ს. ლიტვინენკო და სხვები. ვ.ზ. გარიპოვა, ე.ა. კოზლოვსკი. M. 2004. 548 გვ.

4. Novikov G. P. და სხვები ჭაბურღილების ბურღვა თერმული წყლებისთვის. მ.: ნედრა, 1986. 229 გვ.

ეს ენერგია მიეკუთვნება ალტერნატიულ წყაროებს. დღესდღეობით სულ უფრო ხშირად ახსენებენ რესურსების მოპოვების შესაძლებლობებს, რასაც პლანეტა გვაძლევს. შეიძლება ითქვას, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ განახლებადი ენერგიის მოდის ეპოქაში. იქმნება სიმრავლე ტექნიკური გადაწყვეტილებები, გეგმები, თეორიები ამ სფეროში.

იგი ღრმად მდებარეობს დედამიწის წიაღში და აქვს განახლების თვისება, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ის უსასრულოა. კლასიკური რესურსები, მეცნიერთა აზრით, იწყებს ამოწურვას, ამოიწურება ნავთობი, ქვანახშირი, გაზი.

Nesjavellir გეოთერმული ელექტროსადგური, ისლანდია

აქედან გამომდინარე, შეიძლება თანდათან მოემზადოს ენერგიის წარმოების ახალი ალტერნატიული მეთოდების მისაღებად. დედამიწის ქერქის ქვეშ არის ძლიერი ბირთვი. მისი ტემპერატურა 3000-დან 6000 გრადუსამდე მერყეობს. მოძრავი ლითოსფერული ფირფიტებიაჩვენებს მას უზარმაზარი ძალა. იგი გამოიხატება მაგმის ვულკანური დაშლის სახით. სიღრმეებში ხდება რადიოაქტიური დაშლა, რაც ზოგჯერ იწვევს ასეთ სტიქიურ უბედურებებს.

ჩვეულებრივ, მაგმა ათბობს ზედაპირს მის ფარგლებს გარეთ გასვლის გარეშე. ასე მიიღება გეიზერები ან წყლის თბილი აუზები. ამ გზით, ფიზიკური პროცესები შეიძლება გამოყენებულ იქნას კაცობრიობის სწორი მიზნებისთვის.

გეოთერმული ენერგიის წყაროების სახეები

ჩვეულებრივ იყოფა ორ ტიპად: ჰიდროთერმული და ნავთობთერმული ენერგია. პირველი იქმნება თბილი წყაროებიდა მეორე ტიპი არის ტემპერატურის სხვაობა ზედაპირზე და დედამიწის სიღრმეში. თქვენივე სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჰიდროთერმული წყარო შედგება ორთქლისა და ცხელი წყლისგან, ხოლო ნავთობთერმული წყარო მიწისქვეშა სიღრმეში იმალება.

მსოფლიოში გეოთერმული ენერგიის განვითარების პოტენციალის რუკა

ნავთობთერმული ენერგიისთვის საჭიროა ორი ჭაბურღილის გაბურღვა, ერთი წყლით შევსება, რის შემდეგაც მოხდება ამაღლების პროცესი, რომელიც ამოვა ზედაპირზე. არსებობს გეოთერმული ზონების სამი კლასი:

• გეოთერმული - მდებარეობს კონტინენტურ ფირფიტებთან. ტემპერატურის გრადიენტი 80C/კმ-ზე მეტი. მაგალითად, იტალიის კომუნა ლარდერელო. არის ელექტროსადგური
• ნახევრად თერმული - ტემპერატურა 40 - 80 C / კმ. ეს არის ბუნებრივი წყალმომარაგები, რომელიც შედგება დამსხვრეული ქანებისგან. საფრანგეთში ზოგიერთ ადგილას შენობები ამ გზით თბება.
• ნორმალური - გრადიენტი 40 ც/კმ-ზე ნაკლები. ასეთი ტერიტორიების წარმომადგენლობა ყველაზე გავრცელებულია

ისინი მოხმარების შესანიშნავი წყაროა. ისინი კლდეში არიან, გარკვეულ სიღრმეზე. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ კლასიფიკაციას:

• ეპითერმული - ტემპერატურა 50-დან 90 წმ-მდე
• მეზოთერმული - 100 - 120 წმ
• ჰიპოთერმული - 200 წმ-ზე მეტი

ეს სახეობები შედგება სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობით. მისგან გამომდინარე, წყალი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა მიზნებისთვის. მაგალითად, ელექტროენერგიის წარმოებაში, სითბოს მიწოდებაში (თერმული მარშრუტები), ნედლეულის ბაზაზე.

ვიდეო: გეოთერმული ენერგია

სითბოს მიწოდების პროცესი

წყლის ტემპერატურა 50 -60 გრადუსია, რაც ოპტიმალურია საცხოვრებელი ფართის გათბობისა და ცხელი მომარაგებისთვის. გათბობის სისტემების საჭიროება დამოკიდებულია გეოგრაფიულ მდებარეობასა და კლიმატურ პირობებზე. და ხალხს მუდმივად სჭირდება ცხელი წყლით მომარაგების საჭიროებები. ამ პროცესისთვის შენდება GTS (გეოთერმული თერმული სადგურები).

თუ ამისთვის კლასიკური წარმოებათბოენერგიას იყენებს ქვაბის სახლი, რომელიც მოიხმარს მყარ ან გაზის საწვავი, შემდეგ ამ წარმოებაში გამოიყენება გეიზერის წყარო. ტექნიკური პროცესი ძალიან მარტივია, იგივე კომუნიკაციები, თერმული მარშრუტები და აღჭურვილობა. საკმარისია ჭაბურღილი გაბურღოთ, გაზებისგან გაწმინდოთ, შემდეგ ტუმბოებით გაგზავნოთ საქვაბე ოთახში, სადაც შენარჩუნდება ტემპერატურული გრაფიკი, შემდეგ კი შევა გათბობის მაგისტრალში.

მთავარი განსხვავება ისაა, რომ არ არის საჭირო საწვავის ქვაბის გამოყენება. ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს თერმული ენერგიის ღირებულებას. ზამთარში აბონენტები იღებენ სითბოს და ცხელ წყალს, ზაფხულში კი მხოლოდ ცხელი წყლით.

ელექტროენერგიის გამომუშავება

ცხელი წყაროები, გეიზერები ელექტროენერგიის წარმოების ძირითადი კომპონენტებია. ამისთვის გამოიყენება რამდენიმე სქემა, შენდება სპეციალური ელექტროსადგურები. GTS მოწყობილობა:

• DHW ავზი
• ტუმბო
• გაზის გამყოფი
• ორთქლის გამყოფი
• გენერატორი ტურბინა
• კონდენსატორი
• გამაძლიერებელი ტუმბო
• ტანკი - ქულერი

როგორც ხედავთ, მიკროსქემის მთავარი ელემენტია ორთქლის გადამყვანი. ეს შესაძლებელს ხდის გაწმენდილი ორთქლის მიღებას, რადგან ის შეიცავს მჟავებს, რომლებიც ანადგურებენ ტურბინის აღჭურვილობას. ტექნოლოგიურ ციკლში შესაძლებელია შერეული სქემის გამოყენება, ანუ პროცესში ჩართულია წყალი და ორთქლი. სითხე გადის აირებისგან, ასევე ორთქლისგან გაწმენდის მთელ ეტაპს.

წრე ორობითი წყაროთი

სამუშაო კომპონენტი არის სითხე დაბალი დუღილის წერტილით. თერმული წყალი ასევე მონაწილეობს ელექტროენერგიის წარმოებაში და ემსახურება როგორც მეორადი ნედლეული.

მისი დახმარებით წარმოიქმნება დაბალი დუღილის წყაროს ორთქლი. სამუშაოების ასეთი ციკლით GTS შეიძლება იყოს სრულად ავტომატიზირებული და არ საჭიროებს ტექნიკური პერსონალის ყოფნას. უფრო ძლიერი სადგურები იყენებენ ორ წრიულ სქემას. ამ ტიპის ელექტროსადგური იძლევა 10 მგვტ სიმძლავრის მიღწევის საშუალებას. ორმაგი წრის სტრუქტურა:

• ორთქლის გენერატორი
• ტურბინა
• კონდენსატორი
• ეჟექტორი
• შესანახი ტუმბო
• ეკონომიზატორი
• ამაორთქლებელი

პრაქტიკული გამოყენება

წყაროების უზარმაზარი მარაგი ბევრჯერ აღემატება ენერგიის წლიურ მოხმარებას. მაგრამ მხოლოდ მცირე ნაწილს იყენებს კაცობრიობა. სადგურების მშენებლობა 1916 წლით თარიღდება. იტალიაში შეიქმნა პირველი GeoTPP 7,5 მეგავატი სიმძლავრით. ინდუსტრია აქტიურად ვითარდება ისეთ ქვეყნებში, როგორიცაა: აშშ, ისლანდია, იაპონია, ფილიპინები, იტალია.

მიმდინარეობს პოტენციური ადგილების აქტიური კვლევა და მოპოვების უფრო მოსახერხებელი მეთოდები. საწარმოო სიმძლავრე წლიდან წლამდე იზრდება. თუ გავითვალისწინებთ ეკონომიკურ მაჩვენებელს, მაშინ ასეთი ინდუსტრიის ღირებულება ნახშირზე მომუშავე თბოელექტროსადგურებს უტოლდება. ისლანდია თითქმის მთლიანად ფარავს კომუნალურ და საბინაო მარაგს GT წყაროთი. სახლების 80% იყენებს ცხელი წყალიჭებიდან. ამერიკელი ექსპერტები ამტკიცებენ, რომ სათანადო განვითარების შემთხვევაში, GeoTPP-ებს შეუძლიათ წლიურ მოხმარებაზე 30-ჯერ მეტის წარმოება. თუ პოტენციალზე ვისაუბრებთ, მაშინ მსოფლიოს 39 ქვეყანა შეძლებს სრულად უზრუნველყოს ელექტროენერგიით, თუკი დედამიწის ნაწლავებს 100 პროცენტამდე გამოიყენებს.

საზოგადოების განვითარებასთან და ჩამოყალიბებასთან ერთად კაცობრიობამ დაიწყო ენერგიის მოპოვების უფრო და უფრო თანამედროვე და ამავე დროს ეკონომიური გზების ძიება. ამისთვის დღეს შენდება სხვადასხვა სადგურები, მაგრამ ამავე დროს ფართოდ გამოიყენება დედამიწის წიაღში შემავალი ენერგია. Როგორ გამოიყურება? შევეცადოთ გავერკვეთ.

გეოთერმული ენერგია

უკვე სახელწოდებიდან ირკვევა, რომ იგი წარმოადგენს დედამიწის შინაგან სითბოს. დედამიწის ქერქის ქვეშ არის მაგმის ფენა, რომელიც წარმოადგენს ცეცხლოვან-თხევად სილიკატურ დნობას. კვლევის მონაცემებით, ამ სითბოს ენერგეტიკული პოტენციალი ბევრად აღემატება მსოფლიოს ბუნებრივი აირის მარაგების ენერგიას, ისევე როგორც ნავთობს. ზედაპირზე გამოდის მაგმა - ლავა. უფრო მეტიც, უდიდესი აქტივობა შეიმჩნევა დედამიწის იმ ფენებში, რომლებზედაც განლაგებულია ტექტონიკური ფილების საზღვრები, ასევე, სადაც დედამიწის ქერქი ხასიათდება სიმძიმით. გეოთერმული ენერგიადედამიწა შემდეგნაირად მიიღება: პლანეტის ლავა და წყლის რესურსები კონტაქტშია, რის შედეგადაც წყალი მკვეთრად თბება. ეს იწვევს გეიზერის ამოფრქვევას, ეგრეთ წოდებული ცხელი ტბების და მიწისქვეშა დინების წარმოქმნას. ანუ სწორედ ბუნების ის ფენომენები, რომელთა თვისებებიც აქტიურად გამოიყენება ენერგიებად.

ხელოვნური გეოთერმული წყაროები

დედამიწის ნაწლავებში არსებული ენერგია გონივრულად უნდა იქნას გამოყენებული. მაგალითად, არსებობს მიწისქვეშა ქვაბების შექმნის იდეა. ამისათვის თქვენ უნდა გაბურღოთ საკმარისი სიღრმის ორი ჭა, რომლებიც დაკავშირებული იქნება ბოლოში. ანუ, გამოდის, რომ მიწის თითქმის ნებისმიერ კუთხეში შეგიძლიათ მიიღოთ გეოთერმული ენერგია. სამრეწველო გზა: ერთი ჭაბურღილის მეშვეობით შეჰყავთ ცივი წყალიწყალსაცავში, ხოლო მეორის მეშვეობით - ცხელი წყალი ან ორთქლი ამოღებულია. ხელოვნური სითბოს წყაროები იქნება მომგებიანი და რაციონალური, თუ მიღებული სითბო უზრუნველყოფს მეტ ენერგიას. ორთქლი შეიძლება გაიგზავნოს ტურბინის გენერატორებში, რომლებიც გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას.

რა თქმა უნდა, წაღებული სითბო მხოლოდ მცირე ნაწილია იმისა, რაც ხელმისაწვდომია ზოგადი რეზერვები. მაგრამ უნდა გვახსოვდეს, რომ ღრმა სითბო მუდმივად შეივსება ქანების შეკუმშვის, ნაწლავების სტრატიფიკაციის პროცესების გამო. ექსპერტების აზრით, დედამიწის ქერქი აგროვებს სითბოს, რომლის მთლიანი რაოდენობა 5000-ჯერ აღემატება დედამიწის მთლიანი წიაღისეულის კალორიულ ღირებულებას. გამოდის, რომ ასეთი ხელოვნურად შექმნილი გეოთერმული სადგურების მუშაობის დრო შეიძლება შეუზღუდავი იყოს.

წყაროს მახასიათებლები

წყაროები, რომლებიც შესაძლებელს ხდის გეოთერმული ენერგიის მოპოვებას, თითქმის შეუძლებელია სრულად გამოყენება. ისინი არსებობენ მსოფლიოს 60-ზე მეტ ქვეყანაში, ყველაზე მეტი ხმელეთის ვულკანებით წყნარი ოკეანის ვულკანური ცეცხლის რგოლის ტერიტორიაზე. მაგრამ პრაქტიკაში ირკვევა, რომ გეოთერმული წყაროებია სხვადასხვა რეგიონებშისამყაროები სრულიად განსხვავებულია მათი თვისებებით, კერძოდ, საშუალო ტემპერატურა, მინერალიზაცია, გაზის შემადგენლობა, მჟავიანობა და ა.შ.

გეიზერები დედამიწაზე ენერგიის წყაროა, რომელთა თავისებურებანი ისაა, რომ ისინი მდუღარე წყალს აფრქვევენ გარკვეული ინტერვალებით. ამოფრქვევის შემდეგ, აუზი თავისუფალი ხდება წყლისგან, მის ფსკერზე შეგიძლიათ იხილოთ არხი, რომელიც ღრმად ჩადის მიწაში. გეიზერები ენერგიის წყაროდ გამოიყენება ისეთ რეგიონებში, როგორიცაა კამჩატკა, ისლანდია, ახალი ზელანდია და ჩრდილოეთ ამერიკადა ცალკეული გეიზერები ასევე გვხვდება ზოგიერთ სხვა რაიონში.

საიდან მოდის ენერგია?

გაუციებელი მაგმა დედამიწის ზედაპირთან ძალიან ახლოს მდებარეობს. მისგან გამოიყოფა აირები და ორთქლები, რომლებიც ამოდის და გადის ბზარებში. მიწისქვეშა წყლებთან შერევით იწვევენ მათ გაცხელებას, თავად გადაიქცევიან ცხელ წყალში, რომელშიც იხსნება მრავალი ნივთიერება. ასეთი წყალი დედამიწის ზედაპირზე გამოიყოფა სხვადასხვა გეოთერმული წყაროების სახით: ცხელი წყაროები, მინერალური წყაროები, გეიზერები და ა.შ. მეცნიერთა აზრით, დედამიწის ცხელი ნაწლავები არის გამოქვაბულები ან კამერები, რომლებიც დაკავშირებულია გადასასვლელებით, ბზარებითა და არხებით. ისინი უბრალოდ ივსება მიწისქვეშა წყლებით და მათთან ძალიან ახლოს არის მაგმა კამერები. ასე ყალიბდება ის ბუნებრივად თერმული ენერგიადედამიწა.

დედამიწის ელექტრული ველი

ბუნებაში არის კიდევ ერთი ალტერნატიული ენერგიის წყარო, რომელიც განახლებადი, ეკოლოგიურად სუფთა და მარტივი გამოსაყენებელია. მართალია, ჯერჯერობით ეს წყარო მხოლოდ შესწავლილია და პრაქტიკაში არ გამოიყენება. Ისე, პოტენციური ენერგიადედამიწა დევს მის ელექტრულ ველში. ამ გზით შეგიძლიათ მიიღოთ ენერგია ელექტროსტატიკის ძირითადი კანონების და მახასიათებლების შესწავლის საფუძველზე ელექტრული ველიᲓედამიწა. სინამდვილეში, ჩვენი პლანეტა ელექტრული თვალსაზრისით არის სფერული კონდენსატორი, რომელიც დამუხტულია 300000 ვოლტამდე. მისი შიდა სფერო აქვს უარყოფითი მუხტი, ხოლო გარე - იონოსფერო - დადებითია. არის იზოლატორი. მისი მეშვეობით ხდება იონური და კონვექციური დენების მუდმივი ნაკადი, რომლებიც აღწევს ათასობით ამპერს. თუმცა, პოტენციური განსხვავება ფირფიტებს შორის ამ შემთხვევაში არ მცირდება.

ეს ვარაუდობს, რომ ბუნებაში არსებობს გენერატორი, რომლის როლი არის მუდმივად შეავსოს მუხტების გაჟონვა კონდენსატორის ფირფიტებიდან. დედამიწის მაგნიტური ველი მოქმედებს როგორც ასეთი გენერატორი, რომელიც ბრუნავს ჩვენს პლანეტასთან ერთად ნაკადში მზის ქარი. დედამიწის მაგნიტური ველის ენერგიის მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ენერგიის მომხმარებლის ამ გენერატორთან შეერთებით. ამისათვის თქვენ უნდა დააყენოთ საიმედო საფუძველი.

განახლებადი წყაროები

ვინაიდან ჩვენი პლანეტის მოსახლეობა სტაბილურად იზრდება, ჩვენ გვჭირდება უფრო და უფრო მეტი ენერგია მოსახლეობის უზრუნველსაყოფად. დედამიწის ნაწლავებში შემავალი ენერგია შეიძლება ძალიან განსხვავებული იყოს. მაგალითად, არსებობს განახლებადი წყაროები: ქარი, მზის და წყლის ენერგია. ისინი ეკოლოგიურად სუფთაა და ამიტომ შეგიძლიათ მათი გამოყენება გარემოს ზიანის მიყენების შიშის გარეშე.

წყლის ენერგია

ეს მეთოდი გამოიყენება მრავალი საუკუნის განმავლობაში. დღეს აშენდა დიდი რაოდენობით კაშხლები და რეზერვუარები, რომლებშიც წყალი გამოიყენება ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად. ამ მექანიზმის არსი მარტივია: მდინარის დინების გავლენით ბრუნავს ტურბინების ბორბლები, შესაბამისად, წყლის ენერგია გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად.

დღეს არის დიდი რიცხვიჰიდროელექტროსადგურები, რომლებიც გარდაქმნიან წყლის ნაკადის ენერგიას ელექტროენერგიად. ამ მეთოდის თავისებურება ის არის, რომ ის განახლებადია, შესაბამისად, ასეთ დიზაინებს დაბალი ღირებულება აქვს. სწორედ ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ ჰიდროელექტროსადგურების მშენებლობას საკმაოდ დიდი დრო სჭირდება და თავად პროცესი ძალიან ძვირი ჯდება, მიუხედავად ამისა, ეს ობიექტები მნიშვნელოვნად აჯობებს ელექტროინტენსიურ ინდუსტრიებს.

მზის ენერგია: თანამედროვე და პერსპექტიული

მზის ენერგია მიიღება გამოყენებით მზის პანელებითუმცა, თანამედროვე ტექნოლოგია ამისთვის ახალი მეთოდების გამოყენების საშუალებას იძლევა. მსოფლიოში ყველაზე დიდი სისტემა კალიფორნიის უდაბნოშია აგებული. ის სრულად უზრუნველყოფს ენერგიით 2000 სახლს. დიზაინი მუშაობს შემდეგნაირად: სარკეები ასახავს მზის სხივები, რომლებიც იგზავნება ცენტრალური წყლის ქვაბში. ადუღდება და იქცევა ორთქლად, რომელიც აქცევს ტურბინას. ის, თავის მხრივ, დაკავშირებულია ელექტრო გენერატორთან. ქარი ასევე შეიძლება გამოვიყენოთ როგორც ენერგია, რომელსაც დედამიწა გვაძლევს. ქარი აფრქვევს იალქნებს, აქცევს ქარის წისქვილებს. ახლა კი მისი დახმარებით შეგიძლიათ შექმნათ მოწყობილობები, რომლებიც გამოიმუშავებენ ელექტრო ენერგიას. ქარის წისქვილის პირების ბრუნვით ის ამოძრავებს ტურბინის ლილვს, რომელიც, თავის მხრივ, დაკავშირებულია ელექტრო გენერატორთან.

დედამიწის შიდა ენერგია

ის გაჩნდა რამდენიმე პროცესის შედეგად, რომელთაგან მთავარია აკრეცია და რადიოაქტიურობა. მეცნიერთა აზრით, დედამიწისა და მისი მასის ფორმირება მოხდა რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაში და ეს მოხდა პლანეტების წარმოქმნის გამო. ისინი ერთმანეთს ეწეოდნენ, შესაბამისად, დედამიწის მასა სულ უფრო და უფრო გაიზარდა. მას შემდეგ, რაც ჩვენმა პლანეტამ დაიწყო თანამედროვე მასა, მაგრამ ჯერ კიდევ მოკლებული იყო ატმოსფეროსგან, მასზე მეტეორიული და ასტეროიდების სხეულები დაუბრკოლებლად დაეცა. ამ პროცესს უბრალოდ აკრეციას უწოდებენ და ამან გამოიწვია ის, რომ მნიშვნელოვანი რაოდენობა გრავიტაციული ენერგია. და უფრო დიდი სხეულები მოხვდნენ პლანეტაზე მეტიგამოუშვა დედამიწის ნაწლავებში არსებული ენერგია.

ამ გრავიტაციულმა დიფერენციაციამ გამოიწვია ის ფაქტი, რომ ნივთიერებებმა დაიწყეს გამოყოფა: მძიმე ნივთიერებები უბრალოდ ჩაიძირა, ხოლო მსუბუქი და აქროლადი ნივთიერებები ცურავდა. დიფერენციაცია ასევე იმოქმედა გრავიტაციული ენერგიის დამატებით გამოყოფაზე.

ატომური ენერგია

დედამიწის ენერგიის გამოყენება შეიძლება სხვადასხვა გზით მოხდეს. მაგალითად, ატომური ელექტროსადგურების მშენებლობის დახმარებით, როდესაც თერმული ენერგია გამოიყოფა დაშლის გამო ყველაზე პატარა ნაწილაკებიატომების მატერია. ძირითადი საწვავი არის ურანი, რომელიც შეიცავს დედამიწის ქერქში. ბევრს მიაჩნია, რომ ენერგიის მოპოვების ეს მეთოდი ყველაზე პერსპექტიულია, მაგრამ მისი გამოყენება უამრავ პრობლემასთან არის დაკავშირებული. პირველი, ურანი ასხივებს რადიაციას, რომელიც კლავს ყველა ცოცხალ ორგანიზმს. გარდა ამისა, თუ ეს ნივთიერება შედის ნიადაგში ან ატმოსფეროში, მაშინ იქნება რეალური ტექნოლოგიური კატასტროფა. სამწუხარო შედეგებიავარიები ჩერნობილის ატომური ელექტროსადგურიჩვენ დღემდე განვიცდით. საფრთხე მდგომარეობს იმაში, რომ რადიოაქტიური ნარჩენებიშეიძლება დაემუქროს ყველა ცოცხალ არსებას ძალიან, ძალიან დიდი დროათასწლეულების განმავლობაში.

ახალი დრო - ახალი იდეები

რა თქმა უნდა, ხალხი ამით არ ჩერდება და ყოველწლიურად სულ უფრო მეტი მცდელობა ხდება ენერგიის მისაღებად ახალი გზების პოვნა. თუ დედამიწის სითბოს ენერგია მიიღება საკმაოდ მარტივად, მაშინ ზოგიერთი მეთოდი არც ისე მარტივია. მაგალითად, როგორც ენერგიის წყარო, სავსებით შესაძლებელია ბიოლოგიური გაზის გამოყენება, რომელიც მიიღება ნარჩენების გახრწნის დროს. მისი გამოყენება შესაძლებელია სახლების და წყლის გასათბობად.

ისინი სულ უფრო და უფრო ხშირად შენდება, როდესაც წყალსაცავის პირებზე დამონტაჟებულია კაშხლები და ტურბინები, რომლებიც ამოძრავებს ადიდებულმა და დინებამ, შესაბამისად, მიიღება ელექტროენერგია.

ნაგვის წვა, ენერგიას ვიღებთ

კიდევ ერთი მეთოდი, რომელიც უკვე გამოიყენება იაპონიაში, არის ინსინერატორების შექმნა. დღეს ისინი შენდება ინგლისში, იტალიაში, დანიაში, გერმანიაში, საფრანგეთში, ნიდერლანდებსა და აშშ-ში, მაგრამ მხოლოდ იაპონიაში დაიწყეს ამ საწარმოების გამოყენება არა მხოლოდ მათი დანიშნულებისამებრ, არამედ ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. ადგილობრივ ქარხნებში მთელი ნაგვის 2/3 იწვება, ხოლო ქარხნები აღჭურვილია ორთქლის ტურბინებით. შესაბამისად, ისინი სითბოს და ელექტროენერგიას აწვდიან მიმდებარე ტერიტორიებს. ამასთან, ხარჯების მხრივ, ასეთი საწარმოს აშენება გაცილებით მომგებიანია, ვიდრე თბოელექტროსადგურის აშენება.

უფრო მაცდურია დედამიწის სითბოს გამოყენების პერსპექტივა, სადაც კონცენტრირებულია ვულკანები. ამ შემთხვევაში არ იქნება საჭირო დედამიწის ზედმეტად ღრმად გაბურღვა, ვინაიდან უკვე 300-500 მეტრის სიღრმეზე ტემპერატურა წყლის დუღილის ტემპერატურაზე ორჯერ მაინც მაღალი იქნება.

არსებობს ელექტროენერგიის გამომუშავების ისეთი გზაც, რადგან წყალბადი - უმარტივესი და მსუბუქი ქიმიური ელემენტი - შეიძლება ჩაითვალოს იდეალურ საწვავად, რადგან სწორედ იქ არის წყალი. თუ წყალბადს დაწვავთ, შეგიძლიათ მიიღოთ წყალი, რომელიც იშლება ჟანგბადად და წყალბადად. წყალბადის ალი თავისთავად უვნებელია, ანუ გარემოსთვის ზიანი არ იქნება. ამ ელემენტის თავისებურება ის არის, რომ მას აქვს მაღალი კალორიული ღირებულება.

რა არის მომავალში?

რა თქმა უნდა ენერგია მაგნიტური ველიდედამიწა ან ის, რომელიც მიიღება ატომურ ელექტროსადგურებში, სრულად ვერ დააკმაყოფილებს კაცობრიობის ყველა საჭიროებას, რომელიც ყოველწლიურად იზრდება. თუმცა, ექსპერტები ამბობენ, რომ შეშფოთების საფუძველი არ არსებობს, რადგან პლანეტის საწვავის რესურსები ჯერ კიდევ საკმარისია. უფრო მეტიც, სულ უფრო მეტი ახალი წყარო გამოიყენება, ეკოლოგიურად სუფთა და განახლებადი.

დაბინძურების პრობლემა რჩება გარემოდა ის ექსპონენტურად სწრაფად იზრდება. რაოდენობა მავნე გამონაბოლქვისკდება, შესაბამისად, ჰაერი, რომელსაც ვსუნთქავთ, მავნეა, წყალს აქვს სახიფათო მინარევები, ნიადაგი კი თანდათან იშლება. სწორედ ამიტომ, ძალზე მნიშვნელოვანია ისეთი ფენომენის დროული შესწავლა, როგორიცაა ენერგია დედამიწის ნაწლავებში, რათა მოძებნოთ გზები წიაღისეული საწვავის საჭიროების შესამცირებლად და არატრადიციული ენერგიის წყაროების უფრო აქტიური გამოყენებისთვის.

მათ. კაპიტონოვი

დედამიწის ბირთვული სითბო

დედამიწის სითბო

დედამიწა საკმაოდ ძლიერ გახურებული სხეულია და სითბოს წყაროა. ის თბება, პირველ რიგში, მზის რადიაციის გამო, რომელსაც შთანთქავს. მაგრამ დედამიწას ასევე აქვს საკუთარი თერმული რესურსი, რომელიც შედარებულია მზისგან მიღებულ სითბოსთან. ითვლება, რომ დედამიწის ამ საკუთარ ენერგიას აქვს შემდეგი წარმოშობა. დედამიწა გაჩნდა დაახლოებით 4,5 მილიარდი წლის წინ, მზის წარმოქმნის შემდეგ პროტოპლანეტარული აირის მტვრის დისკიდან, რომელიც ბრუნავს მის გარშემო და კონდენსაციას ახდენს. მისი ფორმირების ადრეულ ეტაპზე დედამიწის ნივთიერება გაცხელდა შედარებით ნელი გრავიტაციული შეკუმშვის გამო. დედამიწის სითბურ ბალანსში მნიშვნელოვან როლს თამაშობდა მასზე მცირე კოსმოსური სხეულების დაცემის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიაც. ამიტომ, ახალგაზრდა დედამიწა დნობდა. გაციების შემდეგ იგი თანდათან მივიდა ახლანდელ მდგომარეობამდე მყარი ზედაპირით, რომლის მნიშვნელოვანი ნაწილი დაფარულია ოკეანეებით და ზღვის წყლები. ეს რთული გარე ფენადაურეკა დედამიწის ქერქიხოლო საშუალოდ მიწის ნაკვეთებზე მისი სისქე დაახლოებით 40 კმ და ქვემოთ ოკეანის წყლები- 5-10 კმ. დედამიწის ღრმა ფენა, ე.წ მანტია, ასევე შედგება მყარი მატერია. იგი ვრცელდება თითქმის 3000 კმ სიღრმეზე და შეიცავს დედამიწის მატერიის ძირითად ნაწილს. და ბოლოს, დედამიწის ყველაზე შიდა ნაწილი მისია ბირთვი. იგი შედგება ორი ფენისგან - გარე და შიდა. გარე ბირთვიეს არის გამდნარი რკინისა და ნიკელის ფენა 4500-6500 K ტემპერატურაზე 2000-2500 კმ სისქით. შიდა ბირთვი 1000-1500 კმ რადიუსით არის მყარი რკინა-ნიკელის შენადნობი, რომელიც თბება 4000-5000 K ტემპერატურაზე, სიმკვრივით დაახლოებით 14 გ / სმ 3, რომელიც წარმოიშვა უზარმაზარი (თითქმის 4 მილიონი ბარი) წნევით.
დედამიწის შიდა სითბოს გარდა, რომელიც მემკვიდრეობით მიიღო მისი ფორმირების ადრეული ცხელი ეტაპიდან და რომლის რაოდენობაც დროთა განმავლობაში უნდა შემცირდეს, არის კიდევ ერთი, გრძელვადიანი, რომელიც დაკავშირებულია ბირთვების რადიოაქტიურ დაშლასთან ხანგრძლივი ნახევრად. სიცოცხლე - უპირველეს ყოვლისა, 232 Th, 235 U, 238 U და 40 K. ამ დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია - ისინი შეადგენს დედამიწის რადიოაქტიური ენერგიის თითქმის 99%-ს - მუდმივად ავსებს დედამიწის თერმულ რეზერვებს. ზემოაღნიშნული ბირთვები შეიცავს ქერქსა და მანტიაში. მათი დაშლა იწვევს დედამიწის როგორც გარე, ისე შიდა ფენების გათბობას.
დედამიწის შიგნით არსებული უზარმაზარი სითბოს ნაწილი მუდმივად გამოდის მის ზედაპირზე, ხშირად ძალიან ფართომასშტაბიანი ვულკანური პროცესების დროს. ცნობილია სითბოს ნაკადი, რომელიც მიედინება დედამიწის სიღრმიდან მის ზედაპირზე. ეს არის (47±2)·10 12 ვატი, რაც უდრის სითბოს, რომელსაც შეუძლია გამოიმუშაოს 50 ათასი ატომური ელექტროსადგური (ერთი ატომური ელექტროსადგურის საშუალო სიმძლავრე დაახლოებით 10 9 ვატია). ჩნდება კითხვა, თამაშობს თუ არა რადიოაქტიური ენერგია რაიმე მნიშვნელოვან როლს დედამიწის მთლიან თერმულ ბიუჯეტში და თუ ასეა, რა როლი აქვს? ამ კითხვებზე პასუხი დიდი ხნის განმავლობაში უცნობი რჩებოდა. ახლა არის ამ კითხვებზე პასუხის გაცემის შესაძლებლობა. აქ მთავარი როლი ეკუთვნის ნეიტრინოებს (ანტინეიტრინოებს), რომლებიც წარმოიქმნება პროცესებში რადიოაქტიური დაშლაბირთვები, რომლებიც ქმნიან დედამიწის ნივთიერებას და რომლებიც ე.წ გეო-ნეიტრინო.

გეო-ნეიტრინო

გეო-ნეიტრინოარის ნეიტრინოების ან ანტინეიტრინოების ერთობლივი სახელწოდება, რომლებიც გამოიყოფა დედამიწის ზედაპირის ქვეშ მდებარე ბირთვების ბეტა დაშლის შედეგად. ცხადია, უპრეცედენტო შეღწევადობის უნარის გამო, ამ (და მხოლოდ მათ) რეგისტრაციას მიწისზე დაფუძნებული ნეიტრინო დეტექტორებით შეუძლია ობიექტური ინფორმაციის მიწოდება რადიოაქტიური დაშლის პროცესების შესახებ, რომლებიც ხდება დედამიწის სიღრმეში. ასეთი დაშლის მაგალითია β - 228 Ra ბირთვის დაშლა, რომელიც არის ხანგრძლივი 232 Th ბირთვის α დაშლის პროდუქტი (იხ. ცხრილი):

228 Ra ბირთვის ნახევარგამოყოფის პერიოდი (T 1/2) არის 5,75 წელი, გამოთავისუფლებული ენერგია კი დაახლოებით 46 კევ. ანტინეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრი უწყვეტია ზედა ზღვართან ახლოს გამოთავისუფლებულ ენერგიასთან.
232 Th, 235 U, 238 U ბირთვების დაშლა არის თანმიმდევრული დაშლის ჯაჭვები, რომლებიც ქმნიან ე.წ. რადიოაქტიური სერია. ასეთ ჯაჭვებში α-დაშლა იკვეთება β −-დაშლებთან, ვინაიდან α-დაშლის დროს საბოლოო ბირთვები აღმოჩნდება გადატანილი β-სტაბილურობის ხაზიდან ნეიტრონებით გადატვირთული ბირთვების რეგიონში. ყოველი მწკრივის ბოლოში თანმიმდევრული დაშლის ჯაჭვის შემდეგ, წარმოიქმნება სტაბილური ბირთვები პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობით მაგიურ რიცხვებთან ახლოს ან ტოლი (Z = 82,ნ= 126). ასეთი საბოლოო ბირთვები ტყვიის ან ბისმუტის სტაბილური იზოტოპებია. ამრიგად, T 1/2-ის დაშლა მთავრდება ორმაგად ჯადოსნური ბირთვის ფორმირებით 208 Pb, ხოლო 232 Th → 208 Pb გზაზე ხდება ექვსი α-დაშლა, მონაცვლეობით ოთხი β - დაშლით (ჯაჭვში 238 U → 206 Pb, რვა α- და ექვსი β - - იშლება; არის შვიდი α- და ოთხი β − დაშლა 235 U → 207 Pb ჯაჭვში). ამრიგად, ანტინეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრი თითოეული რადიოაქტიური სერიიდან არის ნაწილობრივი სპექტრების სუპერპოზიცია ცალკეული β − დაშლისგან, რომლებიც ქმნიან ამ სერიას. 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K დაშლის დროს წარმოქმნილი ანტინეიტრინოების სპექტრები ნაჩვენებია ნახ. 1. 40 K დაშლა არის ერთი β − დაშლა (იხ. ცხრილი). უდიდესი ენერგია(3,26 მევ-მდე) ანტინეიტრინოები აღწევს დაშლისას
214 Bi → 214 Po, რომელიც არის ბმული 238 U რადიოაქტიური სერიიდან. 232 Th → 208 Pb სერიის ყველა დაშლის ბმულის გავლისას გამოთავისუფლებული ჯამური ენერგია არის 42,65 მევ. რადიოაქტიური სერიებისთვის 235 U და 238 U, ეს ენერგიები არის 46,39 და 51,69 მევ, შესაბამისად. დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია
40 K → 40 Ca არის 1,31 მევ.

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ბირთვების მახასიათებლები

ბირთვი	Გაზიარება % ნარევში იზოტოპები	ბირთვების რაოდენობა ეხება. Si ბირთვები	T 1/2 მილიარდი წელი	პირველი ლინკები გაფუჭება
232-ე	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

დედამიწის მატერიის შემადგენლობაში შემავალი 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ბირთვების დაშლის საფუძველზე გეო-ნეიტრინო ნაკადის შეფასებას მივყავართ 10 6 სმ რიგის მნიშვნელობამდე. -2 წმ -1. ამ გეო-ნეიტრინოების დარეგისტრირებით, შეგიძლიათ მიიღოთ ინფორმაცია რადიოაქტიური სითბოს როლის შესახებ დედამიწის მთლიან სითბოს ბალანსში და შეამოწმოთ ჩვენი იდეები ხმელეთის ნივთიერების შემადგენლობაში ხანგრძლივი რადიოიზოტოპების შემცველობის შესახებ.

ბრინჯი. 1. ანტინეიტრინოების ენერგეტიკული სპექტრები ბირთვული დაშლისგან

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ნორმალიზებულია ძირითადი ბირთვის ერთ დაშლამდე

რეაქცია გამოიყენება ელექტრონული ანტინეიტრინოების დასარეგისტრირებლად

P → e + + n, (1)

რომელშიც ფაქტობრივად აღმოაჩინეს ეს ნაწილაკი. ამ რეაქციის ბარიერი არის 1.8 მევ. მაშასადამე, ზემოაღნიშნულ რეაქციაში შეიძლება დარეგისტრირდეს მხოლოდ დაშლის ჯაჭვებში წარმოქმნილი გეო-ნეიტრინოები, რომლებიც იწყება 232 Th და 238 U ბირთვებიდან. განსახილველი რეაქციის ეფექტური განივი მონაკვეთი უკიდურესად მცირეა: σ ≈ 10 -43 სმ 2. აქედან გამომდინარეობს, რომ ნეიტრინოს დეტექტორი, რომლის მგრძნობიარე მოცულობაა 1 მ 3, აღრიცხავს არაუმეტეს რამდენიმე მოვლენას წელიწადში. ცხადია, გეო-ნეიტრინო ნაკადების საიმედო ფიქსაციისთვის საჭიროა დიდი მოცულობის ნეიტრინო დეტექტორები, რომლებიც განთავსებულია მიწისქვეშა ლაბორატორიებში ფონისგან მაქსიმალური დაცვისთვის. გეონეიტრინოების რეგისტრაციისთვის მზის და რეაქტორული ნეიტრინოების შესასწავლად შექმნილი დეტექტორების გამოყენების იდეა გაჩნდა 1998 წელს. ამჟამად, არსებობს ორი დიდი მოცულობის ნეიტრინო დეტექტორი, რომელიც იყენებს თხევადი სკინტილატორს და შესაფერისია პრობლემის გადასაჭრელად. ეს არის KamLAND ექსპერიმენტების ნეიტრინო დეტექტორები (იაპონია, ) და ბორექსინო (იტალია, ). ქვემოთ განვიხილავთ Borexino დეტექტორის მოწყობილობას და ამ დეტექტორზე მიღებულ შედეგებს გეო-ნეიტრინოების რეგისტრაციის შესახებ.

ბორექსინოს დეტექტორი და გეო-ნეიტრინოების რეგისტრაცია

Borexino ნეიტრინოს დეტექტორი მდებარეობს ცენტრალურ იტალიაში გრან სასოს ქედის ქვეშ მიწისქვეშა ლაბორატორიაში, რომლის მწვერვალები 2,9 კმ-ს აღწევს (ნახ. 2).

ბრინჯი. ნახ. 2. ნეიტრინო ლაბორატორიის მდებარეობის დიაგრამა გრან სასოს ქედის ქვეშ (ცენტრალური იტალია)

Borexino არის არასეგმენტირებული მასიური დეტექტორი, რომლის აქტიური საშუალებაა
280 ტონა ორგანული თხევადი სკინტილატორი. იგი ავსებდა ნეილონის სფერულ ჭურჭელს 8,5 მ დიამეტრის (სურ. 3). სკინტილატორი იყო ფსევდოკუმენი (C 9 H 12) სპექტრის ცვლის PPO დანამატით (1.5 გ/ლ). სცინტილატორის შუქს აგროვებს 2212 რვა დიუმიანი ფოტომულტიპლიკატორი (PMT), რომელიც განთავსებულია უჟანგავი ფოლადის სფეროზე (SSS).

ბრინჯი. 3. ბორექსინოს დეტექტორის მოწყობილობის სქემა

ნეილონის ჭურჭელი ფსევდოკუმენით არის შიდა დეტექტორი, რომლის ამოცანაა ნეიტრინოების (ანტინეიტრინოს) რეგისტრაცია. შიდა დეტექტორი გარშემორტყმულია ორი კონცენტრული ბუფერული ზონით, რომლებიც იცავს მას გარე გამა სხივებისა და ნეიტრონებისგან. შიდა ზონა ივსება არასინტილაციური საშუალებით, რომელიც შედგება 900 ტონა ფსევდოკუმენისგან დიმეთილ ფტალატის დანამატებით სცინტილაციების ჩაქრობის მიზნით. გარე ზონა მდებარეობს SNS-ის თავზე და არის წყლის ჩერენკოვის დეტექტორი, რომელიც შეიცავს 2000 ტონა ულტრასუფთა წყალს და წყვეტს სიგნალებს ობიექტში გარედან შემავალი მიონებისგან. თითოეული ურთიერთქმედებისთვის, რომელიც ხდება შიდა დეტექტორში, განისაზღვრება ენერგია და დრო. დეტექტორის კალიბრაციამ სხვადასხვა რადიოაქტიური წყაროს გამოყენებით შესაძლებელი გახადა ძალიან ზუსტად განესაზღვრა მისი ენერგეტიკული მასშტაბი და სინათლის სიგნალის განმეორებადობის ხარისხი.
Borexino არის ძალიან მაღალი რადიაციული სისუფთავის დეტექტორი. ყველა მასალა მკაცრად იყო შერჩეული და სკინტილატორი გაიწმინდა შიდა ფონის შესამცირებლად. მაღალი რადიაციული სისუფთავის გამო, Borexino არის შესანიშნავი დეტექტორი ანტინეიტრინოების გამოსავლენად.
რეაქციაში (1) პოზიტრონი იძლევა მყისიერ სიგნალს, რომელსაც გარკვეული დროის შემდეგ მოჰყვება წყალბადის ბირთვის მიერ ნეიტრონის დაჭერა, რაც იწვევს γ-კვანტის გამოჩენას 2,22 მევ ენერგიით, რაც ქმნის სიგნალი შეფერხებულია პირველთან შედარებით. ბორექსინოში ნეიტრონის დაჭერის დრო დაახლოებით 260 μs-ია. მყისიერი და დაგვიანებული სიგნალები კორელაციაშია სივრცეში და დროში, რაც უზრუნველყოფს ე.-ით გამოწვეული მოვლენის ზუსტ ამოცნობას.
რეაქციის ბარიერი (1) არის 1,806 მევ და, როგორც ჩანს ნახ. 1, 40 K და 235 U-ის დაშლის ყველა გეო-ნეიტრინო ამ ზღურბლზე დაბალია და გეო-ნეიტრინოების მხოლოდ ნაწილი, რომელიც წარმოიშვა 232 Th და 238 U-ის დაშლის დროს, შეიძლება აღმოჩენილი იყოს.
ბორექსინოს დეტექტორმა პირველად აღმოაჩინა სიგნალები გეო-ნეიტრინოებიდან 2010 წელს და ახლახან გამოაქვეყნა ახალი შედეგები 2056 დღის დაკვირვების საფუძველზე 2007 წლის დეკემბრიდან 2015 წლის მარტამდე. ქვემოთ წარმოგიდგენთ მიღებულ მონაცემებს და მათი განხილვის შედეგებს სტატიაზე დაყრდნობით.
ექსპერიმენტული მონაცემების ანალიზის შედეგად გამოვლინდა ელექტრონული ანტინეიტრინოების 77 კანდიდატი, რომლებმაც გაიარეს შერჩევის ყველა კრიტერიუმი. e-ს სიმულაციური მოვლენების ფონი შეფასდა . ამრიგად, სიგნალი/ფონის თანაფარდობა იყო ≈100.
ძირითადი ფონის წყარო იყო რეაქტორის ანტინეიტრინოები. ბორექსინოსთვის სიტუაცია საკმაოდ ხელსაყრელი იყო, რადგან გრან სასოს ლაბორატორიის მახლობლად არ არის ბირთვული რეაქტორები. გარდა ამისა, რეაქტორის ანტინეიტრინოები უფრო ენერგიულია, ვიდრე გეო-ნეიტრინო, რამაც შესაძლებელი გახადა ამ ანტინეიტრინოების გამოყოფა პოზიტრონიდან სიგნალის სიძლიერით. გეო-ნეიტრინოების და რეაქტორული ანტინეიტრინოების წვლილის ანალიზის შედეგები ჩაწერილი მოვლენების საერთო რაოდენობაში e-დან ნაჩვენებია ნახ. 4. ამ ანალიზით მოცემული რეგისტრირებული გეონეიტრინოების რაოდენობა (დაჩრდილული ფართობი შეესაბამება მათ ნახ. 4-ში) უდრის . ანალიზის შედეგად მოპოვებული გეონეიტრინოების სპექტრში ორი ჯგუფი ჩანს – ნაკლებად ენერგიული, უფრო ინტენსიური და უფრო ენერგიული, ნაკლებად ინტენსიური. აღწერილი კვლევის ავტორები ამ ჯგუფებს უკავშირებენ, შესაბამისად, თორიუმის და ურანის დაშლას.
განხილულ ანალიზში ჩვენ გამოვიყენეთ თორიუმის და ურანის მასების თანაფარდობა დედამიწის მატერიაში.
m(Th)/m(U) = 3.9 (ცხრილში ეს მნიშვნელობა არის ≈3.8). ეს მაჩვენებელი ასახავს ამ ქიმიური ელემენტების ფარდობით შემცველობას ქონდრიტებში - მეტეორიტების ყველაზე გავრცელებული ჯგუფი (დედამიწაზე ჩამოვარდნილი მეტეორიტების 90%-ზე მეტი სწორედ ამ ჯგუფს ეკუთვნის). ითვლება, რომ ქონდრიტების შემადგენლობა, გარდა მსუბუქი აირებისა (წყალბადი და ჰელიუმი), იმეორებს მზის სისტემის და პროტოპლანეტარული დისკის შემადგენლობას, საიდანაც შეიქმნა დედამიწა.

ბრინჯი. ნახ. 4. პოზიტრონებიდან გამომავალი სინათლის სპექტრი ფოტოელექტრონების რაოდენობის ერთეულებში ანტინეიტრინო კანდიდატი მოვლენებისთვის (ექსპერიმენტული წერტილები). დაჩრდილული ტერიტორია არის გეო-ნეიტრინოების წვლილი. მყარი ხაზი არის რეაქტორის ანტინეიტრინოების წვლილი.

ჩვენს ქვეყანაში, ნახშირწყალბადებით მდიდარ ქვეყანაში, გეოთერმული ენერგია არის ერთგვარი ეგზოტიკური რესურსი, რომელიც არსებული მდგომარეობის პირობებში, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ კონკურენციას გაუწევს ნავთობსა და გაზს. თუმცა, ეს ალტერნატიული ხედიენერგიის გამოყენება შესაძლებელია თითქმის ყველგან და საკმაოდ ეფექტურად.

გეოთერმული ენერგია არის დედამიწის ინტერიერის სითბო. იგი წარმოიქმნება სიღრმეში და დედამიწის ზედაპირზე გამოდის სხვადასხვა ფორმით და ინტენსივობით.

ნიადაგის ზედა ფენების ტემპერატურა ძირითადად დამოკიდებულია გარე (ეგზოგენურ) ფაქტორებზე - მზის შუქზე და ჰაერის ტემპერატურაზე. ზაფხულში და დღის განმავლობაში ნიადაგი გარკვეულ სიღრმეებამდე თბება, ხოლო ზამთარში და ღამით ცივდება ჰაერის ტემპერატურის ცვლილების შემდეგ და გარკვეული დაგვიანებით, სიღრმის მატებასთან ერთად. ჰაერის ტემპერატურის ყოველდღიური რყევების გავლენა მთავრდება რამდენიმე ათეულ სანტიმეტრამდე სიღრმეზე. სეზონური რყევებიდაიჭირეთ ნიადაგის უფრო ღრმა ფენები - ათეულ მეტრამდე.

გარკვეულ სიღრმეზე - ათეულიდან ასეულ მეტრამდე - ნიადაგის ტემპერატურა უცვლელია, დედამიწის ზედაპირზე ჰაერის საშუალო წლიური ტემპერატურის ტოლფასი. ამის გადამოწმება ადვილია საკმაოდ ღრმა გამოქვაბულში ჩასვლით.

როდესაც ჰაერის საშუალო წლიური ტემპერატურა მოცემულ ტერიტორიაზე ნულის ქვემოთაა, ეს ვლინდება როგორც მუდმივი ყინვა (უფრო ზუსტად, მუდმივი ყინვა). აღმოსავლეთ ციმბირში მთელი წლის განმავლობაში გაყინული ნიადაგების სისქე, ანუ სისქე ადგილებზე 200–300 მ აღწევს.

გარკვეული სიღრმიდან (მისი რუქაზე თითოეული წერტილისთვის) მზისა და ატმოსფეროს მოქმედება იმდენად სუსტდება, რომ პირველ რიგში მოდის ენდოგენური (შიდა) ფაქტორები და დედამიწის შიდა ნაწილი შიგნიდან თბება, რის გამოც ტემპერატურა იწყება. აწევა სიღრმესთან ერთად.

დედამიწის ღრმა ფენების გათბობა ძირითადად დაკავშირებულია იქ მდებარე რადიოაქტიური ელემენტების დაშლასთან, თუმცა სითბოს სხვა წყაროებსაც უწოდებენ, მაგალითად, ფიზიკურ-ქიმიურ, ტექტონიკურ პროცესებს. ღრმა ფენებიდედამიწის ქერქი და მანტია. მაგრამ რაც არ უნდა იყოს მიზეზი, ქანების და მასთან დაკავშირებული თხევადი და აირისებრი ნივთიერებების ტემპერატურა იზრდება სიღრმესთან ერთად. მაღაროელები ამ ფენომენის წინაშე დგანან - ღრმა მაღაროებში ყოველთვის ცხელა. 1 კმ სიღრმეზე ოცდაათი გრადუსი სიცხე ნორმალურია, უფრო ღრმად კი ტემპერატურა კიდევ უფრო მაღალია.

დედამიწის ინტერიერის სითბოს ნაკადი, რომელიც აღწევს დედამიწის ზედაპირს, მცირეა - საშუალოდ, მისი სიმძლავრეა 0,03–0,05 ვტ/მ 2, ანუ დაახლოებით 350 ვტ/მ 2 წელიწადში. ფონზე სითბოს ნაკადიმზისგან და მის მიერ გაცხელებული ჰაერისგან, ეს შეუმჩნეველი მნიშვნელობაა: მზე ყოველწლიურად აძლევს დედამიწის ზედაპირის თითოეულ კვადრატულ მეტრს დაახლოებით 4000 კვტ/სთ, ანუ 10000-ჯერ მეტს (რა თქმა უნდა, ეს არის საშუალოდ, უზარმაზარი გავრცელებით. პოლარულ და ეკვატორულ განედებს შორის და დამოკიდებულია სხვა კლიმატურ და ამინდის ფაქტორებზე).

პლანეტის უმეტეს ნაწილში სიღრმიდან ზედაპირისკენ სითბოს ნაკადის უმნიშვნელოობა დაკავშირებულია ქანების დაბალ თბოგამტარობასთან და გეოლოგიური სტრუქტურის თავისებურებებთან. მაგრამ არის გამონაკლისები - ადგილები, სადაც სითბოს ნაკადი მაღალია. ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, ტექტონიკური ხარვეზების ზონები, გაზრდილი სეისმური აქტივობა და ვულკანიზმი, სადაც გამოსავალს პოულობს დედამიწის შინაგანი ენერგია. ასეთ ზონებს ახასიათებს ლითოსფეროს თერმული ანომალიები, აქ დედამიწის ზედაპირამდე მიმავალი სითბოს ნაკადი შეიძლება იყოს მრავალჯერ და მასშტაბების რიგითობით უფრო ძლიერი ვიდრე "ჩვეულებრივი". ვულკანური ამოფრქვევებითა და წყლის ცხელი წყაროებით ზედაპირზე ამოდის უზარმაზარი სითბო.

სწორედ ეს უბნებია ყველაზე ხელსაყრელი გეოთერმული ენერგიის განვითარებისთვის. რუსეთის ტერიტორიაზე ეს არის, პირველ რიგში, კამჩატკა, კურილის კუნძულები და კავკასია.

ამავდროულად, გეოთერმული ენერგიის განვითარება შესაძლებელია თითქმის ყველგან, რადგან სიღრმისეულად ტემპერატურის მატება საყოველთაო ფენომენია და ამოცანაა ნაწლავებიდან სითბოს „ამოღება“, ისევე როგორც იქიდან მინერალური ნედლეულის მოპოვება.

საშუალოდ ტემპერატურა იზრდება სიღრმესთან ერთად 2,5–3°C-ით ყოველ 100 მ-ზე.სხვადასხვა სიღრმეზე მდებარე ორ წერტილს შორის ტემპერატურული სხვაობის თანაფარდობას მათ შორის სიღრმის განსხვავებასთან გეოთერმული გრადიენტი ეწოდება.

ორმხრივი არის გეოთერმული საფეხური, ან სიღრმის ინტერვალი, რომლის დროსაც ტემპერატურა იზრდება 1°C-ით.

რაც უფრო მაღალია გრადიენტი და, შესაბამისად, რაც უფრო დაბალია საფეხური, მით უფრო უახლოვდება დედამიწის სიღრმის სიცხე ზედაპირს და მით უფრო პერსპექტიულია ეს ტერიტორია გეოთერმული ენერგიის განვითარებისთვის.

AT სხვადასხვა სფეროებშიგეოლოგიური სტრუქტურისა და სხვა რეგიონალური და ლოკალური პირობებიდან გამომდინარე, ტემპერატურის ზრდის ტემპი სიღრმესთან ერთად შეიძლება მკვეთრად განსხვავდებოდეს. დედამიწის მასშტაბით, გეოთერმული გრადიენტებისა და საფეხურების მნიშვნელობების რყევები 25-ჯერ აღწევს. მაგალითად, ორეგონის შტატში (აშშ) გრადიენტი არის 150°C 1კმ-ზე, ხოლო სამხრეთ აფრიკაში 6°C 1კმ-ზე.

საკითხავია, როგორია ტემპერატურა დიდ სიღრმეზე - 5, 10 კმ თუ მეტი? თუ ტენდენცია გაგრძელდება, ტემპერატურა 10 კმ სიღრმეზე უნდა იყოს საშუალოდ 250-300°C. ამას მეტ-ნაკლებად ადასტურებს ულტრაღრმა ჭაბურღილების პირდაპირი დაკვირვებები, თუმცა სურათი გაცილებით რთულია, ვიდრე ტემპერატურის ხაზოვანი ზრდა.

მაგალითად, ბალტიის კრისტალურ ფარში გაბურღულ კოლას სუპერღრმა ჭაში, ტემპერატურა იცვლება 10°C/1 კმ სიჩქარით 3 კმ სიღრმემდე, შემდეგ კი გეოთერმული გრადიენტი 2-2,5-ჯერ მეტი ხდება. 7 კმ სიღრმეზე უკვე დაფიქსირდა ტემპერატურა 120°C, 10 კმ-ზე - 180°C, ხოლო 12 კმ-ზე - 220°C.

კიდევ ერთი მაგალითია ჩრდილოეთ კასპიაში გაშენებული ჭა, სადაც 500 მ სიღრმეზე დაფიქსირდა ტემპერატურა 42°C, 1,5 კმ - 70°C, 2 კმ - 80°C, 3 კმ - 108°C.

ვარაუდობენ, რომ გეოთერმული გრადიენტი მცირდება 20-30 კმ სიღრმიდან დაწყებული: 100 კმ სიღრმეზე სავარაუდო ტემპერატურაა დაახლოებით 1300-1500°C, 400 კმ სიღრმეზე - 1600°C, დედამიწაზე. ბირთვი (6000 კმ-ზე მეტი სიღრმე) - 4000–5000°C.

10-12 კმ-მდე სიღრმეზე ტემპერატურა იზომება გაბურღული ჭაბურღილების მეშვეობით; სადაც ისინი არ არსებობენ, იგი განისაზღვრება არაპირდაპირი ნიშნებით ისევე, როგორც უფრო დიდ სიღრმეებში. ასეთი არაპირდაპირი ნიშნები შეიძლება იყოს გავლის ბუნება სეისმური ტალღებიან ამოფრქვეული ლავის ტემპერატურა.

თუმცა, გეოთერმული ენერგიის მიზნებისათვის, მონაცემები 10 კმ-ზე მეტ სიღრმეზე ტემპერატურებზე ჯერ არ არის პრაქტიკული ინტერესი.

რამდენიმე კილომეტრის სიღრმეზე ბევრი სითბოა, მაგრამ როგორ ავიმაღლოთ იგი? ზოგჯერ ბუნება თავად გვიგვარებს ამ პრობლემას ბუნებრივი გამაგრილებლის - გაცხელებული თერმული წყლების დახმარებით, რომლებიც ზედაპირზე ამოდიან ან ჩვენთვის ხელმისაწვდომ სიღრმეზე დევს. ზოგიერთ შემთხვევაში, სიღრმეში წყალი თბება ორთქლის მდგომარეობამდე.

„თერმული წყლების“ ცნების მკაცრი განმარტება არ არსებობს. როგორც წესი, ისინი გულისხმობენ ცხელ მიწისქვეშა წყლებს თხევად მდგომარეობაში ან ორთქლის სახით, მათ შორის, რომლებიც დედამიწის ზედაპირზე მოდის 20 ° C-ზე მაღალი ტემპერატურით, ანუ, როგორც წესი, ჰაერის ტემპერატურაზე მაღალია.

მიწისქვეშა წყლების, ორთქლის, ორთქლის წყლის ნარევების სითბო არის ჰიდროთერმული ენერგია. შესაბამისად, მის გამოყენებაზე დაფუძნებულ ენერგიას ჰიდროთერმული ეწოდება.

სიტუაცია უფრო რთულია სითბოს წარმოებით პირდაპირ მშრალი ქანებიდან - ნავთობთერმული ენერგია, მით უმეტეს, რომ საკმარისად მაღალი ტემპერატურა, როგორც წესი, იწყება რამდენიმე კილომეტრის სიღრმიდან.

რუსეთის ტერიტორიაზე ნავთობთერმული ენერგიის პოტენციალი ასჯერ აღემატება ჰიდროთერმული ენერგიის პოტენციალს - შესაბამისად 3500 და 35 ტრილიონი ტონა სტანდარტული საწვავი. ეს სავსებით ბუნებრივია – დედამიწის სიღრმის სითბო ყველგანაა და ადგილობრივად გვხვდება თერმული წყლები. თუმცა, აშკარა ტექნიკური სირთულეების გამო, ამჟამად გამოიყენება სითბო და ელექტროენერგია უმეტესწილადთერმული წყლები.

წყლის ტემპერატურა 20-30-დან 100°C-მდე ვარგისია გასათბობად, 150°C-დან და ზემოთ - და გეოთერმული ელექტროსადგურებში ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის.

ზოგადად, გეოთერმული რესურსები რუსეთის ტერიტორიაზე, ტონა სტანდარტული საწვავის ან ენერგიის სხვა საზომი ერთეულის მიხედვით, დაახლოებით 10-ჯერ აღემატება წიაღისეული საწვავის მარაგს.

თეორიულად, მხოლოდ გეოთერმულ ენერგიას შეუძლია სრულად დააკმაყოფილოს ქვეყნის ენერგეტიკული საჭიროებები. პრაქტიკაში, ამ დროისთვის, მისი ტერიტორიის უმეტესობაში ეს შეუძლებელია ტექნიკური და ეკონომიკური მიზეზების გამო.

მსოფლიოში გეოთერმული ენერგიის გამოყენება ყველაზე ხშირად ისლანდიასთან არის დაკავშირებული - ქვეყანა, რომელიც მდებარეობს შუა ატლანტიკური ქედის ჩრდილოეთ ბოლოში, უკიდურესად აქტიურ ტექტონიკურ და ვულკანურ ზონაში. ალბათ ყველას ახსოვს ვულკანის Eyyafyatlayokudl-ის ძლიერი ამოფრქვევა ( ეიაფჯალაჯოკული) 2010 წელს.

სწორედ ამ გეოლოგიური თავისებურების წყალობით, ისლანდიას აქვს გეოთერმული ენერგიის უზარმაზარი მარაგი, მათ შორის ცხელი წყაროები, რომლებიც დედამიწის ზედაპირზე ამოდიან და გეიზერების სახითაც კი იღვრება.

ისლანდიაში მოხმარებული ენერგიის 60%-ზე მეტი ამჟამად დედამიწიდან არის აღებული. მათ შორის, გეოთერმული წყაროებიდან გამომდინარე, უზრუნველყოფილია გათბობის 90% და ელექტროენერგიის გამომუშავების 30%. ჩვენ ვამატებთ, რომ ქვეყანაში დარჩენილი ელექტროენერგია იწარმოება ჰიდროელექტროსადგურების მიერ, ანუ ასევე განახლებადი ენერგიის წყაროს გამოყენებით, რომლის წყალობით ისლანდია ჰგავს ერთგვარ გლობალურ გარემოსდაცვით სტანდარტს.

მე-20 საუკუნეში გეოთერმული ენერგიის „მოთვინიერებამ“ მნიშვნელოვნად დაეხმარა ისლანდიას ეკონომიკური პირობები. გასული საუკუნის შუა ხანებამდე ის ძალიან ღარიბი ქვეყანა იყო, ახლა მსოფლიოში პირველ ადგილზეა დადგმული სიმძლავრისა და გეოთერმული ენერგიის წარმოებით ერთ სულ მოსახლეზე და ათეულშია გეოთერმული ენერგიის აბსოლუტური დადგმული სიმძლავრის მიხედვით. მცენარეები. თუმცა, მისი მოსახლეობა მხოლოდ 300 ათასი ადამიანია, რაც ამარტივებს ეკოლოგიურად სუფთა ენერგიის წყაროებზე გადასვლის ამოცანას: ამის საჭიროება ზოგადად მცირეა.

ისლანდიის გარდა, გეოთერმული ენერგიის მაღალი წილი ელექტროენერგიის წარმოების მთლიან ბალანსშია ახალ ზელანდიაში და სამხრეთ-აღმოსავლეთ აზიის კუნძულოვან სახელმწიფოებში (ფილიპინები და ინდონეზია), ცენტრალური ამერიკისა და აღმოსავლეთ აფრიკის ქვეყნები, რომელთა ტერიტორია ასევე ხასიათდება. მაღალი სეისმური და ვულკანური აქტივობა. ამ ქვეყნებისთვის, მათი განვითარების და საჭიროებების ამჟამინდელ დონეზე, გეოთერმული ენერგია მნიშვნელოვან წვლილს შეაქვს სოციალურ-ეკონომიკურ განვითარებაში.

გეოთერმული ენერგიის გამოყენებას ძალიან დიდი ისტორია აქვს. ერთ-ერთი პირველი ცნობილი მაგალითები- იტალია, ადგილი ტოსკანის პროვინციაში, რომელსაც ახლა ლარდერელო ჰქვია, სხვაგან სად არის XIX დასაწყისშისაუკუნეების განმავლობაში ენერგეტიკული მიზნებისთვის გამოიყენებოდა ადგილობრივი ცხელი თერმული წყლები, რომლებიც ბუნებრივად მიედინება ან ამოღებულია არაღრმა ჭაბურღილებიდან.

ბორის მჟავას მისაღებად აქ იყენებდნენ მიწისქვეშა წყაროების წყალს, მდიდარი ბორით. თავდაპირველად, ეს მჟავა მიიღება აორთქლების შედეგად რკინის ქვაბებში და ჩვეულებრივ შეშას საწვავად იღებდნენ ახლომდებარე ტყეებიდან, მაგრამ 1827 წელს ფრანჩესკო ლარდერელმა შექმნა სისტემა, რომელიც მუშაობდა თავად წყლების სიცხეზე. ამავდროულად, ბუნებრივი წყლის ორთქლის ენერგიის გამოყენება დაიწყო საბურღი დანადგარების მუშაობისთვის, ხოლო მე-20 საუკუნის დასაწყისში ადგილობრივი სახლებისა და სათბურების გასათბობად. იმავე ადგილას, ლარდერელოში, 1904 წელს, თერმული წყლის ორთქლი გახდა ენერგიის წყარო ელექტროენერგიის წარმოებისთვის.

მე-19 საუკუნის ბოლოსა და მე-20 საუკუნის დასაწყისში იტალიის მაგალითი სხვა ქვეყნებმაც მოჰყვა. მაგალითად, 1892 წელს თერმული წყლები პირველად ადგილობრივი გასათბობად გამოიყენეს შეერთებულ შტატებში (Boise, აიდაჰო), 1919 წელს - იაპონიაში, 1928 წელს - ისლანდიაში.

შეერთებულ შტატებში პირველი ჰიდროთერმული ელექტროსადგური გამოჩნდა კალიფორნიაში 1930-იანი წლების დასაწყისში, ახალ ზელანდიაში - 1958 წელს, მექსიკაში - 1959 წელს, რუსეთში (მსოფლიოში პირველი ბინარული GeoPP) - 1965 წელს.

ძველი პრინციპი ახალ წყაროზე

ელექტროენერგიის გამომუშავებას სჭირდება წყლის უფრო მაღალი ტემპერატურა, ვიდრე გათბობა, 150°C-ზე მეტი. გეოთერმული ელექტროსადგურის (GeoES) ფუნქციონირების პრინციპი მსგავსია ჩვეულებრივი თბოელექტროსადგურის (TPP) მუშაობის პრინციპის. სინამდვილეში, გეოთერმული ელექტროსადგური არის თბოელექტროსადგურის ტიპი.

თბოელექტროსადგურებში, როგორც წესი, ქვანახშირი, გაზი ან მაზუთი მოქმედებს, როგორც ენერგიის ძირითადი წყარო, ხოლო წყლის ორთქლი არის სამუშაო სითხე. საწვავი, იწვის, ათბობს წყალს ორთქლის მდგომარეობაში, რომელიც აბრუნებს ორთქლის ტურბინას და გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას.

GeoPP-ს შორის განსხვავება იმაში მდგომარეობს, რომ ენერგიის ძირითადი წყარო აქ არის დედამიწის ინტერიერის სითბო და სამუშაო ორგანოორთქლის სახით ელექტრული გენერატორის ტურბინის პირებში შედის "მზა" სახით პირდაპირ საწარმოო ჭიდან.

GeoPP-ის მუშაობის სამი ძირითადი სქემაა: პირდაპირი, მშრალი (გეოთერმული) ორთქლის გამოყენებით; არაპირდაპირი, ჰიდროთერმული წყლის საფუძველზე და შერეული ან ორობითი.

ამა თუ იმ სქემის გამოყენება დამოკიდებულია აგრეგაციის მდგომარეობაზე და ენერგიის გადამზიდველის ტემპერატურაზე.

უმარტივესი და, შესაბამისად, ათვისებული სქემებიდან პირველი არის პირდაპირი, რომლის დროსაც ჭაბურღილიდან გამომავალი ორთქლი პირდაპირ ტურბინაში გადის. მსოფლიოში პირველი GeoPP ლარდერელოში 1904 წელს ასევე მუშაობდა მშრალ ორთქლზე.

GeoPP-ები არაპირდაპირი მოქმედების სქემით ყველაზე გავრცელებულია ჩვენს დროში. ისინი იყენებენ ცხელ მიწისქვეშა წყალი, რომელიც მაღალი წნევის ქვეშ შეჰყავთ აორთქლებაში, სადაც მისი ნაწილი აორთქლდება და მიღებული ორთქლი ბრუნავს ტურბინას. ზოგიერთ შემთხვევაში, აგრესიული ნაერთებისგან გეოთერმული წყლისა და ორთქლის გასაწმენდად საჭიროა დამატებითი მოწყობილობები და სქემები.

გამონაბოლქვი ორთქლი შედის საინექციო კარგად ან გამოიყენება სივრცის გასათბობად - ამ შემთხვევაში პრინციპი იგივეა, რაც CHP-ის მუშაობის დროს.

ბინარულ GeoPP-ებში ცხელი თერმული წყალი ურთიერთქმედებს სხვა სითხესთან, რომელიც მოქმედებს როგორც სამუშაო სითხე დაბალი დუღილის წერტილით. ორივე სითხე გადადის სითბოს გადამცვლელში, სადაც თერმული წყალი აორთქლდება სამუშაო სითხეში, რომლის ორთქლები ატრიალებენ ტურბინას.

ორობითი GeoPP-ის მუშაობის პრინციპი. ცხელი თერმული წყალი ურთიერთქმედებს სხვა სითხესთან, რომელიც მოქმედებს როგორც სამუშაო სითხე და აქვს დაბალი დუღილის წერტილი. ორივე სითხე გადის სითბოს გადამცვლელში, სადაც თერმული წყალი აორთქლდება სამუშაო სითხეში, რომლის ორთქლები, თავის მხრივ, ბრუნავს ტურბინას.

ეს სისტემა დახურულია, რაც ხსნის ატმოსფეროში გამონაბოლქვის პრობლემას. გარდა ამისა, შედარებით დაბალი დუღილის მქონე სამუშაო სითხეები შესაძლებელს ხდის ენერგიის პირველად წყაროდ არც თუ ისე ცხელი თერმული წყლების გამოყენებას.

სამივე სქემა იყენებს ჰიდროთერმული წყაროს, მაგრამ ნავთობთერმული ენერგიის გამოყენება შესაძლებელია ელექტროენერგიის წარმოებისთვისაც.

მიკროსქემის დიაგრამა ამ შემთხვევაში ასევე საკმაოდ მარტივია. აუცილებელია ორი ურთიერთდაკავშირებული ჭაბურღილის გაბურღვა - ინექცია და წარმოება. წყალი ჩაედინება საინექციო ჭაბურღილში. სიღრმეში თბება, შემდეგ გაცხელებული წყალი ან ძლიერი გაცხელების შედეგად წარმოქმნილი ორთქლი ზედაპირზე მიეწოდება საწარმოო ჭაბურღილის მეშვეობით. გარდა ამისა, ეს ყველაფერი დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ გამოიყენება ნავთობთერმული ენერგია - გათბობისთვის თუ ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. დახურული ციკლი შესაძლებელია გამონაბოლქვი ორთქლისა და წყლის უკან საინექციო ჭაბურღილში გადატუმბვით ან განადგურების სხვა მეთოდით.

ნავთობთერმული სისტემის სქემა. სისტემა ეფუძნება ტემპერატურის გრადიენტის გამოყენებას დედამიწის ზედაპირსა და მის შიგთავსს შორის, სადაც ტემპერატურა უფრო მაღალია. ზედაპირიდან წყალი ჩაედინება საინექციო ჭაბურღილში და თბება სიღრმეზე, შემდეგ გაცხელებული წყალი ან გახურების შედეგად წარმოქმნილი ორთქლი ზედაპირზე მიეწოდება საწარმოო ჭაბურღილის მეშვეობით.

ასეთი სისტემის მინუსი აშკარაა: სამუშაო სითხის საკმარისად მაღალი ტემპერატურის მისაღებად აუცილებელია ჭაბურღილების გაბურღვა დიდ სიღრმეზე. და ეს არის სერიოზული ღირებულება და მნიშვნელოვანი სითბოს დაკარგვის რისკი, როდესაც სითხე მაღლა მოძრაობს. აქედან გამომდინარე, ნავთობთერმული სისტემები ჯერ კიდევ ნაკლებად გავრცელებულია, ვიდრე ჰიდროთერმული, თუმცა ნავთობთერმული ენერგიის პოტენციალი მასშტაბებით მაღალია.

ამჟამად, ეგრეთ წოდებული ნავთობთერმული ცირკულაციის სისტემების (PCS) შექმნის ლიდერი ავსტრალიაა. გარდა ამისა, გეოთერმული ენერგიის ეს მიმართულება აქტიურად ვითარდება აშშ-ში, შვეიცარიაში, დიდ ბრიტანეთში და იაპონიაში.

საჩუქარი ლორდ კელვინისგან

სითბოს ტუმბოს გამოგონებამ 1852 წელს ფიზიკოსმა უილიამ ტომპსონმა (იგივე ლორდ კელვინი) მისცა კაცობრიობას გამოყენების რეალური შესაძლებლობა. დაბალი ხარისხის სითბონიადაგის ზედა ფენები. სითბოს ტუმბოს სისტემა ან სითბოს მულტიპლიკატორი, როგორც მას ტომპსონმა უწოდა, ეფუძნება ფიზიკური პროცესისითბოს გადაცემა გარემოდან გამაგრილებელზე. ფაქტობრივად, ის იყენებს იმავე პრინციპს, როგორც ნავთობთერმული სისტემებში. განსხვავება სითბოს წყაროშია, რასთან დაკავშირებითაც შეიძლება გაჩნდეს ტერმინოლოგიური კითხვა: რამდენად შეიძლება ჩაითვალოს სითბოს ტუმბო გეოთერმულ სისტემად? ფაქტია, რომ ზედა ფენებში, ათეულობით ან ასეულობით მეტრის სიღრმეზე, ქანები და მათში შემავალი სითხეები თბება არა დედამიწის ღრმა სიცხეებით, არამედ მზისგან. ამრიგად, ეს არის მზე ამ საქმეს- სითბოს პირველადი წყარო, თუმცა იგი, როგორც გეოთერმული სისტემებში, მიწიდან არის აღებული.

სითბოს ტუმბოს მოქმედება ეფუძნება ნიადაგის გაცხელებისა და გაგრილების შეფერხებას ატმოსფეროსთან შედარებით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ტემპერატურული გრადიენტი ზედაპირულ და ღრმა ფენებს შორის, რომლებიც ინარჩუნებენ სითბოს ზამთარშიც კი, მსგავსი რა ხდება წყალსაცავებში. სითბოს ტუმბოების მთავარი დანიშნულება არის სივრცის გათბობა. სინამდვილეში, ეს არის "მაცივარი საპირისპირო". სითბოს ტუმბოც და მაცივარიც ურთიერთქმედებენ სამ კომპონენტთან: შიდა გარემო(პირველ შემთხვევაში - გახურებული ოთახი, მეორეში - გაცივებული მაცივრის კამერა), გარე გარემო - ენერგიის წყარო და მაცივარი (მაცივარი), ასევე არის გამაგრილებელი, რომელიც უზრუნველყოფს სითბოს ან სიცივის გადაცემას.

დაბალი დუღილის წერტილის მქონე ნივთიერება მოქმედებს როგორც გამაგრილებელი, რაც საშუალებას აძლევს მას მიიღოს სითბო წყაროდან, რომელსაც აქვს თუნდაც შედარებით დაბალი ტემპერატურა.

მაცივარში თხევადი მაცივარი აორთქლებაში შემოდის დროსელის (წნევის რეგულატორის) მეშვეობით, სადაც წნევის მკვეთრი შემცირების გამო სითხე ორთქლდება. აორთქლება არის ენდოთერმული პროცესი, რომელიც მოითხოვს სითბოს გარედან შთანთქმას. შედეგად, სითბო მიიღება აორთქლების შიდა კედლებიდან, რაც უზრუნველყოფს გაგრილების ეფექტს მაცივრის კამერაში. აორთქლების შემდგომ, მაცივარი იწოვება კომპრესორში, სადაც ის უბრუნდება აგრეგაციის თხევად მდგომარეობას. ეს არის საპირისპირო პროცესი, რომელიც იწვევს მოპოვებული სითბოს გამოყოფას გარე გარემო. როგორც წესი ოთახში ყრიან, მაცივრის უკანა კედელი კი შედარებით თბილია.

სითბოს ტუმბო თითქმის იგივენაირად მუშაობს, იმ განსხვავებით, რომ სითბოს იღებენ გარე გარემოდან და აორთქლების შიდა გარემოში შედის - ოთახის გათბობის სისტემით.

რეალურ სითბოს ტუმბოში წყალი თბება, გადის მიწაში ჩაყრილ გარე წრედში ან წყალსაცავში, შემდეგ შედის აორთქლებაში.

აორთქლებაში სითბო გადადის შიდა წრედში, რომელიც სავსეა მაცივრით დაბალი დუღილის წერტილით, რომელიც აორთქლებაში გავლისას თხევადი მდგომარეობიდან აირისებურ მდგომარეობაში გადადის, იღებს სითბოს.

გარდა ამისა, აირისებრი გამაგრილებელი შედის კომპრესორში, სადაც ის შეკუმშულია მაღალ წნევამდე და ტემპერატურამდე და შედის კონდენსატორში, სადაც ხდება სითბოს გაცვლა ცხელ გაზსა და გათბობის სისტემიდან სითბოს გადამტანს შორის.

კომპრესორს სჭირდება ელექტროენერგია სამუშაოდ, თუმცა ტრანსფორმაციის კოეფიციენტი (მოხმარებული და გამომუშავებული ენერგიის თანაფარდობა) თანამედროვე სისტემებისაკმარისად მაღალი რომ იყოს ეფექტური.

ამჟამად სითბოს ტუმბოები ფართოდ გამოიყენება სივრცის გასათბობად, ძირითადად ეკონომიკურად განვითარებულ ქვეყნებში.

ეკო-კორექტული ენერგია

გეოთერმული ენერგია ითვლება ეკოლოგიურად, რაც ზოგადად მართალია. უპირველეს ყოვლისა, ის იყენებს განახლებად და პრაქტიკულად ამოუწურავ რესურსს. გეოთერმული ენერგია არ საჭიროებს დიდი ტერიტორიებიდიდი ჰიდროელექტროსადგურებისგან ან ქარის ელექტროსადგურებისგან განსხვავებით და არ აბინძურებს ატმოსფეროს, ნახშირწყალბადების ენერგიისგან განსხვავებით. GeoPP საშუალოდ იკავებს 400 მ 2 გამომუშავებული ელექტროენერგიის 1 გიგავატით. იგივე მაჩვენებელი ნახშირზე მომუშავე თბოელექტროსადგურისთვის, მაგალითად, არის 3600 მ 2. GeoPP-ების ეკოლოგიურ სარგებელს ასევე მიეკუთვნება წყლის დაბალი მოხმარება - 20 ლიტრი სუფთა წყალი 1 კვტ-ზე, ხოლო თბოელექტროსადგურებსა და ატომურ ელექტროსადგურებს დაახლოებით 1000 ლიტრი სჭირდებათ. გაითვალისწინეთ, რომ ეს არის "საშუალო" GeoPP-ის ეკოლოგიური მაჩვენებლები.

მაგრამ უარყოფითი გვერდითი მოვლენებიჯერ არსებობენ. მათ შორის ყველაზე ხშირად გამოირჩევა ხმაური, თერმული დაბინძურებაატმოსფერო და ქიმიური - წყალი და ნიადაგი, ასევე მყარი ნარჩენების წარმოქმნა.

გარემოს ქიმიური დაბინძურების ძირითადი წყაროა თავად თერმული წყალი (მაღალი ტემპერატურით და მინერალიზაციით), რომელიც ხშირად შეიცავს დიდი რაოდენობითტოქსიკური ნაერთები, რომლებთან დაკავშირებითაც არსებობს ჩამდინარე წყლებისა და საშიში ნივთიერებების განკარგვის პრობლემა.

გეოთერმული ენერგიის ნეგატიური ზემოქმედება შეიძლება გამოვლინდეს რამდენიმე ეტაპად, ჭაბურღილების ბურღვით დაწყებული. აქ ისეთივე საფრთხეები ჩნდება, როგორც ნებისმიერი ჭაბურღილის ბურღვისას: ნიადაგისა და მცენარეული საფარის განადგურება, ნიადაგისა და მიწისქვეშა წყლების დაბინძურება.

GeoPP-ის ფუნქციონირების ეტაპზე რჩება გარემოს დაბინძურების პრობლემები. თერმული სითხეები - წყალი და ორთქლი - ჩვეულებრივ შეიცავს ნახშირორჟანგს (CO 2), გოგირდის გოგირდს (H 2 S), ამიაკს (NH 3), მეთანს (CH 4), ჩვეულებრივ მარილს (NaCl), ბორს (B), დარიშხანს (As). ), ვერცხლისწყალი (Hg). გარემოში მოხვედრისას ისინი დაბინძურების წყაროები ხდებიან. გარდა ამისა, აგრესიულმა ქიმიურმა გარემომ შეიძლება გამოიწვიოს GeoTPP სტრუქტურების კოროზიული დაზიანება.

ამავდროულად, GeoPP-ებში დამაბინძურებლების ემისიები საშუალოდ დაბალია, ვიდრე თბოსადგურებზე. მაგალითად, გამონაბოლქვი ნახშირორჟანგიგამომუშავებული ელექტროენერგიის თითოეულ კილოვატ საათზე, ისინი შეადგენს 380 გ GeoPP-ებზე, 1042 გ ნახშირზე მომუშავე თბოელექტროსადგურებზე, 906 გ მაზუთზე და 453 გ გაზზე მომუშავე თბოელექტროსადგურებზე.

ჩნდება კითხვა: რა ვუყოთ ჩამდინარე წყალს? დაბალი მარილიანობით, გაციების შემდეგ, შესაძლებელია მისი ჩაშვება ზედაპირულ წყლებში. სხვა გზა არის მისი უკან გადატუმბვა წყალშემცველ ფენაში საინექციო ჭაბურღილის მეშვეობით, რაც ამჟამად სასურველი და უპირატესი პრაქტიკაა.

წყალსაცავებიდან თერმული წყლის მოპოვებამ (ისევე როგორც ჩვეულებრივი წყლის ამოტუმბვა) შეიძლება გამოიწვიოს ჩაძირვა და გრუნტის მოძრაობა, გეოლოგიური ფენების სხვა დეფორმაციები და მიკრო მიწისძვრები. ასეთი ფენომენების ალბათობა, როგორც წესი, დაბალია, თუმცა დაფიქსირდა ცალკეული შემთხვევები (მაგალითად, GeoPP-ში შტაუფენ იმ ბრაისგაუს გერმანიაში).

ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ უმეტესობა GeoPP მდებარეობს შედარებით იშვიათად დასახლებულ რაიონებში და მესამე სამყაროს ქვეყნებში, სადაც გარემოსდაცვითი მოთხოვნები ნაკლებად მკაცრია, ვიდრე განვითარებულ ქვეყნებში. გარდა ამისა, ამ დროისთვის GeoPP-ების რაოდენობა და მათი სიმძლავრე შედარებით მცირეა. გეოთერმული ენერგიის უფრო დიდი განვითარებით გარემოსდაცვითი რისკებიშეუძლია გაიზარდოს და გამრავლდეს.

რამდენია დედამიწის ენერგია?

გეოთერმული სისტემების მშენებლობის საინვესტიციო ხარჯები მნიშვნელოვნად განსხვავდება. ფართო არჩევანი- 200-დან 5000 დოლარამდე 1 კვტ დადგმულ სიმძლავრეზე, ანუ ყველაზე იაფი ვარიანტები შედარებულია თბოელექტროსადგურის მშენებლობის ღირებულებასთან. ისინი, პირველ რიგში, დამოკიდებულია თერმული წყლების წარმოქმნის პირობებზე, მათ შემადგენლობაზე და სისტემის დიზაინზე. დიდ სიღრმეზე ბურღვა, დახურული სისტემის შექმნა ორი ჭაბურღილით, წყლის დამუშავების საჭიროებამ შეიძლება გაამრავლოს ღირებულება.

მაგალითად, ნავთობთერმული ცირკულაციის სისტემის (PTS) შექმნაზე ინვესტიციები შეფასებულია 1,6-4 ათასი დოლარად 1 კვტ დადგმულ სიმძლავრეზე, რაც აღემატება ატომური ელექტროსადგურის მშენებლობის ხარჯებს და შედარებულია ქარისა და მშენებლობის ხარჯებთან. მზის ელექტროსადგურები.

GeoTPP-ის აშკარა ეკონომიკური უპირატესობა არის უფასო ენერგიის გადამზიდავი. შედარებისთვის, მოქმედი თბოელექტროსადგურის ან ატომური ელექტროსადგურის ხარჯების სტრუქტურაში საწვავი შეადგენს 50-80%-ს ან უფრო მეტს, რაც დამოკიდებულია ენერგიის მიმდინარე ფასებზე. აქედან გამომდინარე, გეოთერმული სისტემის კიდევ ერთი უპირატესობა: საოპერაციო ხარჯები უფრო სტაბილური და პროგნოზირებადია, რადგან ისინი არ არის დამოკიდებული ენერგიის ფასების გარე კონიუნქტურაზე. ზოგადად, GeoTPP-ის საოპერაციო ხარჯები შეფასებულია 2–10 ცენტად (60 კაპიკი–3 რუბლი) გამომუშავებული სიმძლავრის 1 კვტ/სთ-ზე.

მეორე ყველაზე დიდი (და ძალიან მნიშვნელოვანი) დანახარჯები ენერგორესურსების შემდეგ არის, როგორც წესი, ხელფასიქარხნის პერსონალი, რომელიც შეიძლება მკვეთრად განსხვავდებოდეს ქვეყნებსა და რეგიონებში.

საშუალოდ, 1 კვტ/სთ გეოთერმული ენერგიის ღირებულება შედარებულია თბოელექტროსადგურების ღირებულებასთან. რუსული პირობები- დაახლოებით 1 რუბლი/1 კვტ/სთ) და ათჯერ აღემატება ჰესებზე ელექტროენერგიის წარმოების ღირებულებას (5–10 კაპიკი/1 კვტ/სთ).

მაღალი ღირებულების მიზეზი არის ის, რომ თბო და ჰიდრავლიკური ელექტროსადგურებისგან განსხვავებით, GeoTPP-ს შედარებით მცირე სიმძლავრე აქვს. გარდა ამისა, აუცილებელია იმავე რეგიონში და მსგავს პირობებში მდებარე სისტემების შედარება. ასე, მაგალითად, კამჩატკაში, ექსპერტების აზრით, 1 კვტ/სთ გეოთერმული ელექტროენერგია 2-3-ჯერ იაფი ღირს, ვიდრე ადგილობრივ თბოელექტროსადგურებში წარმოებული ელექტროენერგია.

ინდიკატორები ეკონომიკური ეფექტურობაგეოთერმული სისტემის მუშაობა დამოკიდებულია, მაგალითად, იმაზე, საჭიროა თუ არა ჩამდინარე წყლების განკარგვა და რა გზებით ხდება ეს, შესაძლებელია თუ არა რესურსის ერთობლივი გამოყენება. Ისე, ქიმიური ელემენტებიხოლო თერმული წყლებიდან მოპოვებულ ნაერთებს შეუძლიათ დამატებითი შემოსავალი. გავიხსენოთ ლარდერელოს მაგალითი: იქ პირველად იყო ქიმიური წარმოება და გეოთერმული ენერგიის გამოყენება თავდაპირველად დამხმარე ხასიათს ატარებდა.

გეოთერმული ენერგიის ფორვარდები

გეოთერმული ენერგია განსხვავებულად ვითარდება, ვიდრე ქარი და მზის. ამჟამად, ეს დიდწილად დამოკიდებულია თავად რესურსის ბუნებაზე, რომელიც მკვეთრად განსხვავდება რეგიონების მიხედვით, და ყველაზე მაღალი კონცენტრაციები უკავშირდება გეოთერმული ანომალიების ვიწრო ზონებს, რომლებიც ჩვეულებრივ ასოცირდება ტექტონიკური ხარვეზების ზონებთან და ვულკანიზმით.

გარდა ამისა, გეოთერმული ენერგია ტექნოლოგიურად ნაკლებად ტევადია ქართან შედარებით და მით უმეტეს მზის ენერგიასთან შედარებით: გეოთერმული სადგურების სისტემები საკმაოდ მარტივია.

მსოფლიო ელექტროენერგიის წარმოების მთლიან სტრუქტურაში გეოთერმული კომპონენტი 1%-ზე ნაკლებს შეადგენს, მაგრამ ზოგიერთ რეგიონსა და ქვეყანაში მისი წილი 25-30%-ს აღწევს. გეოლოგიურ პირობებთან კავშირის გამო, გეოთერმული ენერგიის სიმძლავრეების მნიშვნელოვანი ნაწილი კონცენტრირებულია მესამე სამყაროს ქვეყნებში, სადაც არის ინდუსტრიის უდიდესი განვითარების სამი კლასტერი - სამხრეთ-აღმოსავლეთ აზიის კუნძულები, ცენტრალური ამერიკა და აღმოსავლეთ აფრიკა. პირველი ორი რეგიონი წყნარი ოკეანის „დედამიწის ცეცხლის სარტყლის“ ნაწილია, მესამე კი აღმოსავლეთ აფრიკის რიფთან არის მიბმული. დიდი ალბათობით, გეოთერმული ენერგია განაგრძობს განვითარებას ამ სარტყლებში. უფრო შორეული პერსპექტივაა ნავთობთერმული ენერგიის განვითარება, დედამიწის ფენების სითბოს გამოყენებით, რომელიც მდებარეობს რამდენიმე კილომეტრის სიღრმეზე. ეს თითქმის ყველგან გავრცელებული რესურსია, მაგრამ მისი მოპოვება დიდ ხარჯებს მოითხოვს, ამიტომ ნავთობთერმული ენერგია ძირითადად ვითარდება ეკონომიკურად და ტექნოლოგიურად ყველაზე ძლიერ ქვეყნებში.

ზოგადად, გეოთერმული რესურსების ყოვლისმომცველი და მისაღები დონის გათვალისწინებით ეკოლოგიური უსაფრთხოებაარსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ გეოთერმულ ენერგიას განვითარების კარგი პერსპექტივები აქვს. განსაკუთრებით ტრადიციული ენერგომატარებლების დეფიციტის მზარდი საფრთხის და მათზე ფასების ზრდის გამო.

კამჩატკიდან კავკასიამდე

რუსეთში გეოთერმული ენერგიის განვითარებას საკმაოდ გრძელი ისტორია აქვს და რიგ პოზიციებში ჩვენ მსოფლიო ლიდერებს შორის ვართ, თუმცა გეოთერმული ენერგიის წილი უზარმაზარი ქვეყნის მთლიან ენერგეტიკულ ბალანსში ჯერ კიდევ უმნიშვნელოა.

რუსეთში გეოთერმული ენერგიის განვითარების პიონერები და ცენტრები იყო ორი რეგიონი - კამჩატკა და ჩრდილოეთ კავკასია, და თუ პირველ შემთხვევაში ვსაუბრობთ ელექტროენერგიის ინდუსტრიაზე, მაშინ მეორეში - თერმული ენერგიის გამოყენებაზე. თერმული წყალი.

ჩრდილოეთ კავკასიაში ქ კრასნოდარის ტერიტორია, ჩეჩნეთი, დაღესტანი - თერმული წყლების სითბოს ენერგეტიკული მიზნებისთვის იყენებდნენ ჯერ კიდევ დიდ სამამულო ომამდე. 1980-1990-იან წლებში გეოთერმული ენერგიის განვითარება რეგიონში, გასაგები მიზეზების გამო, შეჩერდა და ჯერ არ გამოსულა სტაგნაციის მდგომარეობიდან. მიუხედავად ამისა, გეოთერმული წყალმომარაგება ჩრდილოეთ კავკასიაში დაახლოებით 500 ათასი ადამიანის სითბოს უზრუნველყოფს და, მაგალითად, კრასნოდარის მხარეში მდებარე ქალაქი ლაბინსკი, სადაც 60 ათასი ადამიანი ცხოვრობს, მთლიანად თბება გეოთერმული წყლებით.

კამჩატკაში გეოთერმული ენერგიის ისტორია პირველ რიგში დაკავშირებულია GeoPP-ის მშენებლობასთან. პირველი მათგანი, რომელიც ჯერ კიდევ მუშაობს Pauzhetskaya და Paratunskaya სადგურებზე, აშენდა ჯერ კიდევ 1965-1967 წლებში, ხოლო Paratunskaya GeoPP 600 კვტ სიმძლავრის მქონე გახდა მსოფლიოში პირველი სადგური ორობითი ციკლით. ეს იყო საბჭოთა მეცნიერების ს. ეს ტექნოლოგია შემდგომში გახდა მსოფლიოში 400-ზე მეტი ბინარული GeoPP-ის პროტოტიპი.

Pauzhetskaya GeoPP-ის სიმძლავრე, რომელიც ექსპლუატაციაში შევიდა 1966 წელს, თავდაპირველად იყო 5 მეგავატი, შემდეგ კი გაიზარდა 12 მეგავატამდე. ამჟამად სადგურზე მიმდინარეობს ბინარული ბლოკის მშენებლობა, რომელიც მის სიმძლავრეს კიდევ 2,5 მეგავატით გაზრდის.

სსრკ-სა და რუსეთში გეოთერმული ენერგიის განვითარებას ხელს უშლიდა ენერგიის ტრადიციული წყაროების - ნავთობის, გაზის, ნახშირის ხელმისაწვდომობა, მაგრამ არასოდეს შეჩერებულა. ამ დროისთვის ყველაზე დიდი გეოთერმული ელექტროსადგური არის Verkhne-Mutnovskaya GeoPP საერთო სიმძლავრით 12 მგვტ სიმძლავრე, ექსპლუატაციაში შევიდა 1999 წელს და Mutnovskaya GeoPP სიმძლავრე 50 MW (2002).

Mutnovskaya და Verkhne-Mutnovskaya GeoPP უნიკალური ობიექტებია არა მხოლოდ რუსეთისთვის, არამედ გლობალური მასშტაბით. სადგურები განლაგებულია მუტნოვსკის ვულკანის ძირში, ზღვის დონიდან 800 მეტრის სიმაღლეზე და ფუნქციონირებს ექსტრემალურ კლიმატურ პირობებში, სადაც ზამთარია წელიწადში 9-10 თვე. Mutnovsky GeoPP-ების აღჭურვილობა, რომელიც ამჟამად ერთ-ერთი ყველაზე თანამედროვეა მსოფლიოში, მთლიანად შეიქმნა ენერგეტიკის შიდა საწარმოებში.

ამჟამად, მუტნოვსკის სადგურების წილი ცენტრალური კამჩატკას ენერგო კერის ენერგიის მოხმარების მთლიან სტრუქტურაში 40%-ია. მომავალი წლების განმავლობაში იგეგმება სიმძლავრის გაზრდა.

ცალკე უნდა ითქვას რუსული ნავთობთერმული მოვლენებზე. ჩვენ ჯერ არ გვაქვს დიდი PDS, თუმცა არის მოწინავე ტექნოლოგიები დიდ სიღრმეზე ბურღვისთვის (დაახლოებით 10 კმ), რომელსაც ასევე არ აქვს ანალოგი მსოფლიოში. მათ შემდგომი განვითარებამკვეთრად შეამცირებს ნავთობთერმული სისტემების შექმნის ღირებულებას. ამ ტექნოლოგიებისა და პროექტების შემქმნელები არიან N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის გეოლოგიური ინსტიტუტი), A. S. Nekrasov (რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის ეკონომიკური პროგნოზირების ინსტიტუტი) და კალუგას ტურბინის ქარხნის სპეციალისტები. ამჟამად, რუსეთში ნავთობთერმული ცირკულაციის სისტემის პროექტი საპილოტე ეტაპზეა.

რუსეთში გეოთერმული ენერგიის პერსპექტივები არსებობს, თუმცა ისინი შედარებით შორსაა: ამ დროისთვის პოტენციალი საკმაოდ დიდია და ტრადიციული ენერგიის პოზიცია ძლიერია. ამავდროულად, ქვეყნის რიგ შორეულ რეგიონებში გეოთერმული ენერგიის გამოყენება ეკონომიკურად მომგებიანია და მოთხოვნადია ახლაც. ეს არის მაღალი გეოენერგეტიკული პოტენციალის მქონე ტერიტორიები (ჩუკოტკა, კამჩატკა, კურილები - წყნარი ოკეანის "დედამიწის ცეცხლის სარტყლის" რუსული ნაწილი, სამხრეთ ციმბირის და კავკასიის მთები) და ამავე დროს შორეული და მოწყვეტილი. ცენტრალიზებული ენერგომომარაგებიდან.

სავარაუდოა, რომ უახლოეს ათწლეულებში გეოთერმული ენერგია ჩვენს ქვეყანაში სწორედ ასეთ რეგიონებში განვითარდება.

კირილ დეგტიარევი,
მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მკვლევარი M.V. ლომონოსოვი
„მეცნიერება და ცხოვრება“ No9, No10 2013 წ