Para a Rússia, a energia do calor da Terra pode se tornar uma fonte constante e confiável de fornecimento de eletricidade e calor baratos e acessíveis, usando novas tecnologias de alta qualidade e ecologicamente corretas para sua extração e fornecimento ao consumidor. Isso é especialmente verdade no momento

Recursos limitados de matérias-primas de energia fóssil

A demanda por matérias-primas de energia orgânica é grande nos países industrializados e em desenvolvimento (EUA, Japão, estados da Europa unida, China, Índia, etc.). Ao mesmo tempo, seus próprios recursos de hidrocarbonetos nesses países são insuficientes ou reservados, e um país, por exemplo, os Estados Unidos, compra matérias-primas energéticas no exterior ou desenvolve depósitos em outros países.

Na Rússia, um dos países mais ricos em recursos energéticos, as necessidades econômicas de energia ainda são satisfeitas pelas possibilidades de uso dos recursos naturais. No entanto, a extração de hidrocarbonetos fósseis das entranhas é muito rapidamente. Se nas décadas de 1940-1960. As principais regiões produtoras de petróleo foram o "Segundo Baku" no Volga e Cis-Urais, então, a partir da década de 1970, e até o presente, a Sibéria Ocidental tem sido uma dessas áreas. Mas mesmo aqui há um declínio significativo na produção de hidrocarbonetos fósseis. A era do gás cenomaniano "seco" está passando. A etapa anterior de desenvolvimento extensivo da produção de gás natural chegou ao fim. Sua extração de depósitos gigantes como Medvezhye, Urengoyskoye e Yamburgskoye totalizou 84, 65 e 50%, respectivamente. A proporção de reservas de petróleo favoráveis ​​ao desenvolvimento também diminui ao longo do tempo.

Devido ao consumo ativo de combustíveis de hidrocarbonetos, as reservas onshore de petróleo e gás natural foram significativamente reduzidas. Agora suas principais reservas estão concentradas em plataforma continental. E embora base de matéria prima indústria de petróleo e gás ainda é suficiente para a produção de petróleo e gás na Rússia em volumes necessários, em um futuro próximo, será fornecido de forma crescente através do desenvolvimento de depósitos com condições minerais e geológicas complexas. Ao mesmo tempo, o custo da produção de hidrocarbonetos crescerá.

A maior parte dos recursos não renováveis ​​extraídos do subsolo é utilizada como combustível para usinas de energia. Em primeiro lugar, essa é a participação na estrutura de combustível de 64%.

Na Rússia, 70% da eletricidade é gerada em usinas termelétricas. As empresas de energia do país queimam anualmente cerca de 500 milhões de toneladas de c.e. toneladas para obter eletricidade e calor, enquanto a produção de calor consome 3-4 vezes mais combustível de hidrocarboneto do que a geração de eletricidade.

A quantidade de calor obtida da combustão desses volumes de matérias-primas de hidrocarbonetos equivale ao uso de centenas de toneladas de combustível nuclear - a diferença é enorme. No entanto energia nuclear requer provisão segurança ambiental(para evitar uma repetição de Chernobyl) e protegê-lo de possíveis ataques terroristas, bem como o desmantelamento seguro e caro de unidades de energia nuclear obsoletas e gastas. As reservas comprovadas recuperáveis ​​de urânio no mundo são de cerca de 3 milhões e 400 mil toneladas.Para todo o período anterior (até 2007), foram extraídos cerca de 2 milhões de toneladas.

RES como o futuro da energia global

O aumento do interesse mundial nas últimas décadas por fontes alternativas de energia renovável (FER) é causado não apenas pelo esgotamento das reservas de combustíveis de hidrocarbonetos, mas também pela necessidade de resolver problemas ambientais. Fatores objetivos (combustíveis fósseis e reservas de urânio, bem como mudanças na meio Ambiente associadas ao uso de fogo tradicional e energia nuclear) e as tendências de desenvolvimento energético sugerem que a transição para novos métodos e formas de produção de energia é inevitável. Já na primeira metade do século XXI. haverá uma transição completa ou quase completa para fontes de energia não tradicionais.

Quanto mais cedo for feito um avanço nessa direção, menos doloroso será para toda a sociedade e mais benéfico para o país onde passos decisivos na direção indicada.

A economia mundial já definiu um rumo para a transição para uma combinação racional de fontes de energia tradicionais e novas. O consumo de energia no mundo em 2000 foi de mais de 18 bilhões de toneladas de combustível equivalente. toneladas, e o consumo de energia até 2025 pode aumentar para 30 a 38 bilhões de toneladas de combustível equivalente. toneladas, de acordo com dados de previsão, até 2050 o consumo no nível de 60 bilhões de toneladas de combustível equivalente é possível. t) Uma tendência característica do desenvolvimento da economia mundial no período em análise é a diminuição sistemática do consumo de combustíveis fósseis e o correspondente aumento da utilização de recursos energéticos não tradicionais. A energia térmica da Terra ocupa um dos primeiros lugares entre eles.

Atualmente, o Ministério da Energia da Federação Russa adotou um programa de desenvolvimento energia não tradicional, incluindo 30 grandes projectos o uso de instalações de bombas de calor (HPU), cujo princípio de funcionamento é baseado no consumo de energia térmica de baixo potencial da Terra.

Energia de baixo potencial das bombas de calor e calor da Terra

As fontes de energia térmica de baixo potencial da Terra são radiação solar e radiação térmica entranhas aquecidas do nosso planeta. Atualmente, o uso dessa energia é uma das áreas de desenvolvimento mais dinâmico da energia baseada em fontes de energia renováveis.

O calor da terra pode ser usado em Vários tipos edifícios e estruturas para aquecimento, abastecimento de água quente, ar condicionado (arrefecimento), bem como para caminhos de aquecimento em inverno anos, prevenção de formação de gelo, aquecimento de campos em estádios abertos, etc. Na literatura técnica de língua inglesa, os sistemas que utilizam o calor da Terra em sistemas de aquecimento e ar condicionado são referidos como GHP - "bombas de calor geotérmicas" (bombas de calor geotérmicas ). Características climáticas dos países do Centro e Norte da Europa, que, juntamente com os EUA e o Canadá, são as principais áreas de utilização do calor de baixo grau da Terra, determinam-no principalmente para fins de aquecimento; o resfriamento do ar, mesmo no verão, é relativamente raramente necessário. Portanto, ao contrário dos EUA, as bombas de calor nos países europeus operam principalmente no modo de aquecimento. Nos EUA, eles são mais usados ​​em sistemas de aquecimento de ar combinados com ventilação, que permitem tanto o aquecimento quanto o resfriamento do ar externo. Nos países europeus, as bombas de calor são geralmente usadas em sistemas de aquecimento de água. Como sua eficiência aumenta à medida que a diferença de temperatura entre o evaporador e o condensador diminui, os sistemas de aquecimento de piso são frequentemente usados ​​​​para aquecer edifícios, nos quais circula um refrigerante de temperatura relativamente baixa (35 a 40 ° C).

Tipos de sistemas para o uso de energia de baixo potencial do calor da Terra

NO caso Geral Existem dois tipos de sistemas para usar a energia de baixo potencial do calor da Terra:

- sistemas abertos: como fonte de energia térmica de baixo potencial, utiliza-se água subterrânea, que é fornecida diretamente às bombas de calor;

- sistemas fechados: os trocadores de calor estão localizados no maciço de solo; quando um refrigerante com temperatura inferior à do solo circula por eles, a energia térmica é “retirada” do solo e transferida para o evaporador da bomba de calor (ou quando é usado um refrigerante com temperatura mais alta em relação ao solo, ele é resfriado ).

Contras sistemas abertos são que os poços requerem manutenção. Além disso, o uso de tais sistemas não é possível em todas as áreas. Os principais requisitos para o solo e as águas subterrâneas são os seguintes:

- suficiente permeabilidade do solo à água, permitindo a reposição das reservas de água;

– boa composição química lençóis freáticos(por exemplo, baixo teor de ferro) para evitar problemas de escala e corrosão no tubo.

Sistemas fechados para o uso de energia de baixo potencial do calor da Terra

Os sistemas fechados são horizontais e verticais (Figura 1).

Arroz. 1. Esquema de instalação de bomba de calor geotérmica com: a - horizontal

eb - trocadores de calor de solo verticais.

Trocador de calor horizontal

Nos países da Europa Ocidental e Central, trocadores de calor terra geralmente são tubos separados colocados de forma relativamente apertada e interconectados em série ou em paralelo (Fig. 2).

Arroz. 2. Trocadores de calor horizontais de solo com: a - sequenciais e

b - conexão paralela.

Para salvar a área do local onde o calor é removido, foram desenvolvidos tipos aprimorados de trocadores de calor, por exemplo, trocadores de calor em forma de espiral (Fig. 3), localizados horizontalmente ou verticalmente. Esta forma de trocadores de calor é comum nos EUA.

Desde os tempos antigos, as pessoas sabem sobre as manifestações elementares de energia gigantesca à espreita nas profundezas o Globo. A memória da humanidade guarda lendas sobre erupções vulcânicas catastróficas que ceifaram milhões vidas humanas, mudou irreconhecivelmente a face de muitos lugares da Terra. O poder da erupção de um vulcão relativamente pequeno é colossal, muitas vezes excede o poder das maiores usinas de energia criadas por mãos humanas. É verdade que não há necessidade de falar sobre o uso direto da energia das erupções vulcânicas: as pessoas ainda não têm a oportunidade de conter esse elemento recalcitrante e, felizmente, essas erupções são eventos bastante raros. Mas estas são manifestações da energia que espreita nas entranhas da terra, quando apenas uma pequena fração dessa energia inesgotável encontra uma saída através das aberturas cuspidoras de fogo dos vulcões.

Pequena país europeu A Islândia (“país do gelo” em tradução literal) é totalmente autossuficiente em tomates, maçãs e até bananas! Numerosas estufas islandesas são alimentadas pelo calor da terra, praticamente não há outras fontes locais de energia na Islândia. Mas este país é muito rico fontes termais e gêiseres famosos - fontes de água quente, com a precisão de um cronômetro que escapa do solo. E embora os islandeses não tenham prioridade no uso do calor das fontes subterrâneas (até os antigos romanos traziam água do subsolo para os famosos banhos - os banhos de Caracalla), os habitantes desta pequena país do norte operar a casa de caldeira subterrânea de forma muito intensiva. A capital de Reykjavik, onde vive metade da população do país, é aquecida apenas por fontes subterrâneas. Reiquiavique é perfeito O ponto de partida para conhecer a Islândia: a partir daqui você pode fazer as excursões mais interessantes e variadas a qualquer canto deste país único: gêiseres, vulcões, cachoeiras, montanhas de riolito, fiordes ... energia dos gêiseres jorrando do solo, a energia da pureza e do espaço de uma cidade idealmente verde, a energia de uma cidade alegre e incendiária. vida noturna Reiquiavique durante todo o ano.

Mas não apenas para o aquecimento, as pessoas extraem energia das profundezas da terra. As usinas de energia que usam fontes termais subterrâneas estão em operação há muito tempo. A primeira usina desse tipo, ainda de baixa potência, foi construída em 1904 na pequena cidade italiana de Larderello, em homenagem ao engenheiro francês Larderelli, que em 1827 elaborou um projeto para o uso de inúmeras fontes termais na área. Gradualmente, a capacidade da usina cresceu, mais e mais novas unidades entraram em operação, novas fontes de água quente foram usadas e hoje a potência da estação já atingiu um valor impressionante - 360 mil quilowatts. Na Nova Zelândia, existe uma usina na região de Wairakei, sua capacidade é de 160.000 quilowatts. Uma usina geotérmica com capacidade de 500 mil quilowatts produz eletricidade a 120 km de São Francisco, nos Estados Unidos.

energia geotérmica

Desde os tempos antigos, as pessoas sabem sobre as manifestações espontâneas de energia gigantesca à espreita nas entranhas do globo. A memória da humanidade guarda lendas sobre erupções vulcânicas catastróficas que ceifaram milhões de vidas humanas, alteraram irreconhecivelmente a aparência de muitos lugares da Terra. O poder da erupção de um vulcão relativamente pequeno é colossal, muitas vezes excede o poder das maiores usinas de energia criadas por mãos humanas. É verdade que não há necessidade de falar sobre o uso direto da energia das erupções vulcânicas - até agora as pessoas não têm a oportunidade de conter esse elemento recalcitrante e, felizmente, essas erupções são eventos bastante raros. Mas estas são manifestações da energia que espreita nas entranhas da terra, quando apenas uma pequena fração dessa energia inesgotável encontra uma saída através das aberturas cuspidoras de fogo dos vulcões.

O gêiser é Primavera quente, que irrompe sua água a alturas regulares ou irregulares, como uma fonte. O nome vem da palavra islandesa para "derrame". O aparecimento de gêiseres requer uma certa ambiente favorável, que foi criado apenas em alguns lugares da Terra, o que leva à sua presença bastante rara. Quase 50% dos gêiseres estão localizados no Parque Nacional de Yellowstone (EUA). A atividade do gêiser pode parar devido a alterações nos intestinos, terremotos e outros fatores. A ação de um gêiser é causada pelo contato da água com o magma, após o que a água aquece rapidamente e, sob a influência da energia geotérmica, é lançada para cima com força. Após a erupção, a água do gêiser esfria gradualmente, volta ao magma e volta a jorrar. A frequência das erupções de vários gêiseres varia de vários minutos a várias horas. A necessidade de grande energia pois a ação de um gêiser é a principal razão de sua raridade. As áreas vulcânicas podem ter fontes termais, vulcões de lama, fumarolas, mas há muito poucos lugares onde os gêiseres estão localizados. O fato é que, mesmo que um gêiser se forme no local da atividade do vulcão, as erupções subsequentes destruirão a superfície da terra e mudarão seu estado, o que levará ao desaparecimento do gêiser.

Energia da Terra ( energia geotérmica) baseia-se no aproveitamento do calor natural da Terra. As entranhas da Terra estão repletas de uma fonte colossal e quase inesgotável de energia. A radiação anual de calor interno em nosso planeta é de 2,8 * 1014 bilhões de kWh. É constantemente compensado pelo decaimento radioativo de alguns isótopos na crosta terrestre.

As fontes de energia geotérmica podem ser de dois tipos. O primeiro tipo são as piscinas subterrâneas de transportadores de calor naturais - água quente (fontes hidrotermais), ou vapor (nascentes termais a vapor) ou uma mistura de água e vapor. Em essência, são "caldeiras subterrâneas" diretamente prontas para uso, de onde a água ou o vapor podem ser extraídos usando furos comuns. O segundo tipo é o calor do calor pedras. Ao bombear água para esses horizontes, pode-se também obter vapor ou água superaquecida para uso posterior para fins energéticos.

Mas em ambos os casos de uso, a principal desvantagem é, talvez, uma concentração muito baixa de energia geotérmica. No entanto, em locais de formação de anomalias geotérmicas peculiares, onde fontes termais ou rochas se aproximam relativamente da superfície e onde a temperatura aumenta de 30 a 40 ° C a cada 100 m, as concentrações de energia geotérmica podem criar condições para seu uso econômico. Dependendo da temperatura da água, vapor ou mistura vapor-água, as fontes geotérmicas são divididas em baixa e média temperatura (com temperaturas de até 130 - 150 ° C) e alta temperatura (acima de 150 °). A natureza de seu uso depende em grande parte da temperatura.

Pode-se argumentar que a energia geotérmica tem quatro características benéficas.

Primeiro, suas reservas são praticamente inesgotáveis. Segundo estimativas do final dos anos 70, a uma profundidade de 10 km, atingem um valor 3,5 mil vezes superior às reservas tipos tradicionais combustível mineral.

Em segundo lugar, a energia geotérmica é bastante difundida. A sua concentração está associada principalmente a cinturões de atividade sísmica e vulcânica ativa, que ocupam 1/10 da área da Terra. Dentro desses cinturões, algumas das "regiões geotérmicas" mais promissoras podem ser distinguidas, como a Califórnia nos EUA, Nova Zelândia, Japão, Islândia, Kamchatka e o norte do Cáucaso na Rússia. Somente em ex-URSS no início da década de 1990, cerca de 50 piscinas subterrâneas de água quente e vapor foram abertas.

Em terceiro lugar, o uso de energia geotérmica não requer altos custos, porque. dentro este caso nós estamos falando sobre fontes de energia já “prontas para uso” criadas pela própria natureza.

Finalmente, em quarto lugar, a energia geotérmica é ambientalmente completamente inofensiva e não polui o meio ambiente.

Há muito que o homem utiliza a energia do calor interno da Terra (relembremos as famosas termas romanas), mas a sua utilização comercial começou apenas nos anos 20 do nosso século com a construção das primeiras centrais geoelétricas em Itália, e depois em outros países. No início da década de 1980, havia cerca de 20 dessas estações operando no mundo com uma capacidade total de 1,5 milhão de kW. A maior delas é a estação Geysers nos EUA (500 mil kW).

A energia geotérmica é usada para gerar eletricidade, aquecer casas, estufas, etc. Vapor seco, água superaquecida ou qualquer transportador de calor com baixo ponto de ebulição (amônia, freon, etc.) é usado como transportador de calor.

energia geotérmica- esta é a energia do calor que é liberada das zonas internas da Terra ao longo de centenas de milhões de anos. De acordo com estudos geológicos e geofísicos, a temperatura no núcleo da Terra chega a 3.000-6.000 °C, diminuindo gradualmente na direção do centro do planeta para sua superfície. A erupção de milhares de vulcões, o movimento de blocos da crosta terrestre, os terremotos testemunham a ação de um poderoso energia interna Terra. Os cientistas acreditam que o campo térmico do nosso planeta se deve ao decaimento radioativo em suas profundezas, bem como à separação gravitacional da matéria central.
As principais fontes de aquecimento das entranhas do planeta são o urânio, o tório e o potássio radioativo. Processos decaimento radioativo nos continentes ocorrem principalmente na camada granítica da crosta terrestre a uma profundidade de 20-30 km ou mais, nos oceanos - no manto superior. Supõe-se que no fundo da crosta terrestre a uma profundidade de 10 a 15 km, o valor provável da temperatura nos continentes é de 600 a 800 ° C e nos oceanos - 150 a 200 ° C.
Uma pessoa pode usar a energia geotérmica apenas onde ela se manifesta perto da superfície da Terra, ou seja, em áreas de vulcões e Atividade sísmica. Agora a energia geotérmica é efetivamente usada por países como EUA, Itália, Islândia, México, Japão, Nova Zelândia, Rússia, Filipinas, Hungria, El Salvador. Aqui, o calor interno da terra sobe à superfície na forma de água quente e vapor com temperaturas de até 300 ° C e muitas vezes irrompe como o calor das nascentes (gêiseres), por exemplo, os famosos gêiseres parque de pedra amarela nos EUA, gêiseres de Kamchatka, Islândia.
Fontes de energia geotérmica dividido em vapor quente seco, vapor quente úmido e água quente. O poço, que é uma importante fonte de energia para a estrada de ferro na Itália (perto da cidade de Larderello), desde 1904 alimenta vapor quente seco. Dois outros lugares bem conhecidos no mundo com vapor quente e seco são o campo de Matsukawa no Japão e o campo de gêiser perto de São Francisco, onde a energia geotérmica também tem sido usada de forma eficaz por um longo tempo. A maior parte do vapor quente úmido do mundo está localizado na Nova Zelândia (Wairakei), campos geotérmicos de capacidade um pouco menor - no México, Japão, El Salvador, Nicarágua, Rússia.
Assim, podem ser distinguidos quatro tipos principais de recursos energéticos geotérmicos:
calor superficial da terra usado por bombas de calor;
recursos energéticos casal, quente e água morna perto da superfície da terra, que agora são usados ​​na produção de energia elétrica;
calor concentrado nas profundezas da superfície da terra (talvez na ausência de água);
energia magmática e calor que se acumula sob os vulcões.

As reservas de calor geotérmico (~ 8 * 1030J) são 35 bilhões de vezes o consumo global anual de energia. Apenas 1% da energia geotérmica da crosta terrestre (profundidade de 10 km) pode fornecer uma quantidade de energia 500 vezes maior do que todas as reservas mundiais de petróleo e gás. No entanto, hoje apenas uma pequena parte desses recursos pode ser utilizada, e isso se deve principalmente à Razões econômicas. O início do desenvolvimento industrial dos recursos geotérmicos (energia de águas quentes profundas e vapor) foi estabelecido em 1916, quando a primeira usina geotérmica com capacidade de 7,5 MW foi colocada em operação na Itália. Ao longo dos últimos tempos, uma experiência considerável foi acumulada no campo do desenvolvimento prático de recursos energéticos geotérmicos. A capacidade total instalada de usinas geotérmicas em operação (GeoTPP) foi: 1975 - 1.278 MW, em 1990 - 7.300 MW. Os Estados Unidos, as Filipinas, o México, a Itália e o Japão obtiveram os maiores progressos nessa questão.
Os parâmetros técnicos e econômicos do GeoTPP variam em uma faixa bastante ampla e dependem das características geológicas da área (profundidade de ocorrência, parâmetros do fluido de trabalho, sua composição, etc.). Para a maioria dos GeoTPPs comissionados, o custo da eletricidade é semelhante ao custo da eletricidade produzida em TPPs a carvão e equivale a 1200 ... 2000 dólares americanos / MW.
Na Islândia, 80% dos edifícios residenciais são aquecidos com água quente extraída de poços geotérmicos sob a cidade de Reykjavik. No oeste dos Estados Unidos, cerca de 180 casas e fazendas são aquecidas por água quente geotérmica. De acordo com especialistas, entre 1993 e 2000, a geração global de eletricidade a partir de energia geotérmica mais que dobrou. Existem tantas reservas de calor geotérmico nos Estados Unidos que teoricamente poderia fornecer 30 vezes mais energia do que o estado consome atualmente.
No futuro, é possível usar o calor do magma nas áreas onde ele está localizado próximo à superfície da Terra, bem como o calor seco das rochas cristalinas aquecidas. NO último caso poços são perfurados por vários quilômetros, água fria é bombeada e água quente é devolvida.

Com o desenvolvimento e formação da sociedade, a humanidade passou a buscar formas cada vez mais modernas e ao mesmo tempo econômicas de obter energia. Para isso, várias estações estão sendo construídas hoje, mas, ao mesmo tempo, a energia contida nas entranhas da terra é amplamente utilizada. Como ela é? Vamos tentar descobrir.

energia geotérmica

Já pelo nome fica claro que representa o calor do interior da Terra. Sob a crosta terrestre há uma camada de magma, que é uma fusão de silicato líquido-fogo. Segundo dados da pesquisa, o potencial energético desse calor é muito superior à energia das reservas mundiais de gás natural, além do petróleo. Magma vem à superfície - lava. E mais ativo observado nas camadas da terra em que os limites estão localizados placas tectônicas, e também onde a crosta terrestre é caracterizada pela magreza. A energia geotérmica da terra é obtida da seguinte forma: lava e recursos hídricos Os planetas colidem, fazendo com que a água aqueça rapidamente. Isso leva à erupção do gêiser, a formação dos chamados lagos quentes e subcorrentes. Ou seja, precisamente aqueles fenômenos da natureza, cujas propriedades são usadas ativamente como energias.

Fontes geotérmicas artificiais

A energia contida nas entranhas da terra deve ser usada com sabedoria. Por exemplo, há uma ideia para criar caldeiras subterrâneas. Para fazer isso, você precisa perfurar dois poços de profundidade suficiente, que serão conectados na parte inferior. Ou seja, acontece que em quase qualquer canto da terra você pode obter energia geotérmica. maneira industrial: através de um poço será injetado água fria no reservatório, e através do segundo - água quente ou vapor é extraído. fontes artificiais o calor será lucrativo e racional se o calor resultante fornecer mais energia. O vapor pode ser enviado para turbinas geradoras que irão gerar eletricidade.

Claro, o calor retirado é apenas uma fração do que está disponível em reservas gerais. Mas deve-se lembrar que o calor profundo será constantemente reabastecido devido aos processos de compressão das rochas, estratificação das entranhas. Segundo especialistas, a crosta terrestre acumula calor, total que é 5000 vezes mais valor calórico todos os recursos fósseis da Terra como um todo. Acontece que o tempo de operação dessas estações geotérmicas criadas artificialmente pode ser ilimitado.

Recursos de origem

As fontes que possibilitam a obtenção de energia geotérmica são quase impossíveis de serem totalmente aproveitadas. Eles existem em mais de 60 países do mundo, com o maior número de vulcões terrestres no território do anel de fogo vulcânico do Pacífico. Mas, na prática, verifica-se que as fontes geotérmicas em diferentes regiões do mundo são completamente diferentes em suas propriedades, a saber, temperatura média, mineralização, composição do gás, acidez e assim por diante.

Os gêiseres são fontes de energia na Terra, cujas peculiaridades são que expelem água fervente em determinados intervalos. Após a erupção, a piscina fica livre de água, no fundo você pode ver um canal que se aprofunda no solo. Os gêiseres são usados ​​como fontes de energia em regiões como Kamchatka, Islândia, Nova Zelândia e América do Norte, e gêiseres únicos são encontrados em várias outras áreas.

De onde vem a energia?

Bem perto de superfície da Terra magma não resfriado está localizado. Gases e vapores são liberados dele, que sobem e passam pelas rachaduras. Misturando-se com as águas subterrâneas, elas as aquecem, elas mesmas se transformam em água quente, na qual muitas substâncias são dissolvidas. Essa água é liberada para a superfície da terra na forma de várias fontes geotérmicas: fontes termais, fontes minerais, gêiseres e assim por diante. Segundo os cientistas, as entranhas quentes da terra são cavernas ou câmaras conectadas por passagens, fendas e canais. Eles são apenas preenchidos com água subterrânea e muito perto deles estão as câmaras de magma. Desta forma natural, a energia térmica da terra é formada.

Campo elétrico da Terra

Existe outra fonte de energia alternativa na natureza, que é renovável, ecologicamente correta e fácil de usar. É verdade que até agora esta fonte foi apenas estudada e não aplicada na prática. Então, energia potencial A terra está em seu campo elétrico. É possível obter energia dessa forma com base no estudo das leis básicas da eletrostática e das características do campo elétrico da Terra. De fato, nosso planeta do ponto de vista elétrico é um capacitor esférico carregado até 300.000 volts. Sua esfera interna tem carga negativa, e o externo - a ionosfera - é positivo. é um isolante. Através dele há um fluxo constante de correntes iônicas e convectivas, que atingem potências de muitos milhares de amperes. No entanto, a diferença de potencial entre as placas não diminui neste caso.

Isso sugere que na natureza existe um gerador, cuja função é reabastecer constantemente o vazamento de cargas das placas do capacitor. O campo magnético da Terra atua como um gerador, girando junto com nosso planeta em uma corrente vento solar. A energia do campo magnético da Terra pode ser obtida apenas conectando um consumidor de energia a este gerador. Para fazer isso, você precisa instalar um aterramento confiável.

Fontes renováveis

Como a população do nosso planeta está crescendo constantemente, precisamos cada vez mais de energia para suprir a população. A energia contida nas entranhas da terra pode ser muito diferente. Por exemplo, existem fontes renováveis: energia eólica, solar e hídrica. Eles são ecologicamente corretos e, portanto, você pode usá-los sem medo de prejudicar o meio ambiente.

energia da água

Este método tem sido usado por muitos séculos. Hoje, um grande número de barragens e reservatórios foram construídos, nos quais a água é usada para gerar energia elétrica. A essência desse mecanismo é simples: sob a influência do fluxo do rio, as rodas das turbinas giram, respectivamente, a energia da água é convertida em energia elétrica.

Hoje há um grande número de usinas hidrelétricas que convertem a energia do fluxo de água em eletricidade. A peculiaridade deste método é que ele é renovável, respectivamente, tais projetos têm um baixo custo. É por isso que, apesar de a construção de usinas hidrelétricas levar muito tempo e o processo em si ser muito caro, essas instalações superam significativamente as indústrias eletrointensivas.

Energia solar: moderna e promissora

A energia solar é obtida usando painéis solares, no entanto, a tecnologia moderna permite o uso de novos métodos para isso. O maior sistema do mundo foi construído no deserto da Califórnia. Fornece energia total para 2.000 residências. O projeto funciona da seguinte forma: os raios do sol são refletidos nos espelhos, que são enviados para a caldeira central com água. Ele ferve e se transforma em vapor, que aciona a turbina. Este, por sua vez, está ligado a um gerador elétrico. O vento também pode ser usado como a energia que a Terra nos dá. O vento sopra as velas, gira os moinhos de vento. E agora com sua ajuda você pode criar dispositivos que irão gerar energia elétrica. Ao girar as pás do moinho de vento, ele aciona o eixo da turbina, que, por sua vez, é conectado a um gerador elétrico.

Energia interna da Terra

Surgiu como resultado de vários processos, sendo os principais a acreção e a radioatividade. Segundo os cientistas, a formação da Terra e sua massa ocorreu ao longo de vários milhões de anos, e isso aconteceu devido à formação de planetesimais. Eles ficaram juntos, respectivamente, a massa da Terra tornou-se cada vez mais. Depois que nosso planeta começou a ter uma massa moderna, mas ainda estava desprovido de atmosfera, corpos meteóricos e asteróides caíram sobre ele sem impedimentos. Este processo é chamado apenas de acreção e levou ao fato de que uma quantidade significativa de energia gravitacional. E os corpos maiores atingem o planeta, o mais liberou a energia contida nas entranhas da Terra.

Essa diferenciação gravitacional levou ao fato de que as substâncias começaram a delaminar: substâncias pesadas eles simplesmente afundaram, enquanto os leves e voláteis flutuaram. A diferenciação também afetou a liberação adicional de energia gravitacional.

Energia Atômica

O uso da energia terrestre pode ocorrer de diferentes maneiras. Por exemplo, com a ajuda da construção de usinas nucleares, quando a energia térmica é liberada devido ao decaimento partículas menores matéria de átomos. O principal combustível é o urânio, que está contido na crosta terrestre. Muitos acreditam que esse método de obtenção de energia é o mais promissor, mas seu uso está associado a uma série de problemas. Primeiro, o urânio emite radiação que mata todos os organismos vivos. Além disso, se esta substância entrar no solo ou na atmosfera, ocorrerá um verdadeiro desastre causado pelo homem. Consequências tristes acidentes em Usina nuclear de Chernobyl experimentamos até hoje. O perigo está no fato de que resíduos radioativos pode ameaçar todos os seres vivos muito, muito por muito tempo por milênios.

Novo tempo - novas ideias

Claro, as pessoas não param por aí, e a cada ano mais e mais tentativas são feitas para encontrar novas maneiras de obter energia. Se a energia do calor da Terra é obtida de forma bastante simples, alguns métodos não são tão simples. Por exemplo, como fonte de energia, é bem possível usar gás biológico, que é obtido durante a decomposição de resíduos. Pode ser usado para aquecimento de casas e aquecimento de água.

Cada vez mais, eles estão sendo construídos quando barragens e turbinas são instaladas nas bocas dos reservatórios, que são movidos por vazantes e fluxos, respectivamente, a eletricidade é obtida.

Queimando lixo, obtemos energia

Outro método que já está sendo usado no Japão é criar incineradores de lixo. Hoje eles são construídos na Inglaterra, Itália, Dinamarca, Alemanha, França, Holanda e EUA, mas somente no Japão esses empreendimentos começaram a ser usados ​​não apenas para a finalidade a que se destinavam, mas também para geração de eletricidade. Nas fábricas locais, 2/3 de todo o lixo é queimado, enquanto as fábricas são equipadas com turbinas a vapor. Assim, eles fornecem calor e eletricidade para áreas próximas. Ao mesmo tempo, em termos de custos, construir tal empreendimento é muito mais lucrativo do que construir uma usina termelétrica.

Mais tentadora é a perspectiva de usar o calor da Terra onde os vulcões estão concentrados. Nesse caso, não será necessário perfurar a Terra muito profundamente, pois já a uma profundidade de 300 a 500 metros a temperatura será pelo menos duas vezes maior que o ponto de ebulição da água.

Existe também essa forma de gerar eletricidade, pois o Hidrogênio - o elemento químico mais simples e leve - pode ser considerado um combustível ideal, pois é onde há água. Se você queimar hidrogênio, poderá obter água, que se decompõe em oxigênio e hidrogênio. A própria chama de hidrogênio é inofensiva, ou seja, não haverá danos ao meio ambiente. A peculiaridade deste elemento é que possui um alto poder calorífico.

O que há no futuro?

É claro que a energia do campo magnético da Terra ou aquela obtida em usinas nucleares não pode satisfazer plenamente todas as necessidades da humanidade, que crescem a cada ano. No entanto, especialistas dizem que não há motivo para se preocupar, porque recursos de combustível o planeta é suficiente. Além disso, cada vez mais novas fontes estão sendo usadas, ecologicamente corretas e renováveis.

O problema da poluição ambiental permanece, e está crescendo catastroficamente rápido. Quantidade emissões nocivas sai de escala, respectivamente, o ar que respiramos é nocivo, a água tem impurezas perigosas e o solo se esgota gradualmente. É por isso que é tão importante começar a estudar em tempo hábil um fenômeno como a energia nas entranhas da Terra, a fim de buscar formas de reduzir a necessidade de combustíveis fósseis e fazer uso mais ativo de fontes de energia não tradicionais.

Doutor em Ciências Técnicas NO. Eu juro, professor,
Acadêmico da Academia Russa de Ciências Tecnológicas, Moscou

Nas últimas décadas, o mundo está considerando a direção de mais uso eficaz energia do calor profundo da Terra com o objetivo de substituição parcial de gás natural, petróleo, carvão. Isso se tornará possível não apenas em áreas com altos parâmetros geotérmicos, mas também em qualquer área do globo ao perfurar poços de injeção e produção e criar sistemas de circulação entre eles.

O crescente interesse nas últimas décadas em fontes alternativas a energia é causada pelo esgotamento das reservas de hidrocarbonetos e pela necessidade de resolver uma série de problemas ambientais. Fatores objetivos (reservas de combustíveis fósseis e urânio, bem como mudanças no meio ambiente causadas pelo fogo tradicional e energia nuclear) permitem afirmar que a transição para novos métodos e formas de produção de energia é inevitável.

A economia mundial caminha atualmente para a transição para uma combinação racional de fontes de energia tradicionais e novas. O calor da Terra ocupa um dos primeiros lugares entre eles.

Os recursos energéticos geotérmicos são divididos em hidrogeológicos e petrogeotérmicos. O primeiro deles é representado por transportadores de calor (compreendendo apenas 1% do total de recursos energéticos geotérmicos) - águas subterrâneas, vapor e misturas de vapor-água. A segunda é a energia geotérmica contida nas rochas quentes.

A tecnologia de fonte (self-spill) utilizada em nosso país e no exterior para a extração de vapor natural e águas geotérmicas é simples, mas ineficiente. Com uma baixa vazão de poços autofluxos, sua produção de calor pode recuperar o custo de perfuração apenas em uma pequena profundidade de reservatórios geotérmicos com Temperatura alta em áreas de anomalias térmicas. A vida útil desses poços em muitos países nem chega a 10 anos.

Ao mesmo tempo, a experiência confirma que, na presença de coletores rasos de vapor natural, a construção de uma usina geotérmica é a opção mais lucrativa para o uso de energia geotérmica. A operação de tais GeoTPPs tem mostrado sua competitividade em comparação com outros tipos de usinas. Portanto, o uso de reservas de águas geotérmicas e hidrotermais a vapor em nosso país na Península de Kamchatka e nas ilhas da cadeia das Curilas, nas regiões Norte do Cáucaso, e também possivelmente em outras áreas de maneira conveniente e oportuna. Mas os depósitos de vapor são uma raridade, suas reservas conhecidas e previstas são pequenas. Depósitos muito mais comuns de calor e água de energia nem sempre estão localizados perto o suficiente do consumidor - o objeto de fornecimento de calor. Isso exclui a possibilidade de uso efetivo em larga escala.

Muitas vezes em problema difícil superar as questões de combate à salinidade. O uso de fontes geotérmicas, via de regra, fontes mineralizadas como transportador de calor leva ao crescimento excessivo de zonas de poços com formações de óxido de ferro, carbonato de cálcio e silicato. Além disso, os problemas de erosão-corrosão e descamação afetam negativamente a operação do equipamento. O problema, também, é o descarte de efluentes mineralizados e contendo impurezas tóxicas. Portanto, a tecnologia de fonte mais simples não pode servir de base para o amplo desenvolvimento de recursos geotérmicos.

De acordo com estimativas preliminares no território da Federação Russa, as reservas previstas de águas termais com temperatura de 40-250 ° C, salinidade de 35-200 g/le profundidade de até 3.000 m são 21-22 milhões de m3 /dia, o que equivale a queimar 30-40 milhões de toneladas de .t. no ano.

As reservas previstas da mistura vapor-ar com uma temperatura de 150-250 ° C da Península de Kamchatka e Ilhas Curilasé de 500 mil m3/dia. e reservas de águas termais com temperatura de 40-100 ° C - 150 mil m3 / dia.

As reservas de águas termais com caudal de cerca de 8 milhões de m3/dia, com salinidade até 10 g/le temperatura superior a 50 °C são consideradas prioritárias para o desenvolvimento.

Muito maior valor pois a energia do futuro é a extração de energia térmica, recursos petrogeotérmicos praticamente inesgotáveis. Esta energia geotérmica, encerrada em rochas sólidas quentes, representa 99% do total de recursos de energia térmica subterrânea. A uma profundidade de até 4-6 km, os maciços com temperatura de 300-400 °C podem ser encontrados apenas perto das câmaras intermediárias de alguns vulcões, mas rochas quentes com temperatura de 100-150 °C estão distribuídas em quase todos os lugares. essas profundidades, e com uma temperatura de 180-200 ° C em uma parte bastante significativa do território da Rússia.

Por bilhões de anos, os processos nucleares, gravitacionais e outros dentro da Terra geraram e continuam a gerar energia térmica. Parte dele é irradiado para o espaço sideral e o calor é acumulado nas profundezas, ou seja, conteúdo de calor de sólidos, líquidos e fases gasosas matéria terrestre e é chamada de energia geotérmica.

A geração contínua de calor intraterrestre compensa suas perdas externas, serve como fonte de acúmulo de energia geotérmica e determina a parte renovável de seus recursos. A remoção total de calor do interior para a superfície terrestre é três vezes maior do que a capacidade atual das usinas no mundo e é estimada em 30 TW.

No entanto, é claro que a renovabilidade importa apenas para recursos naturais, e o potencial total de energia geotérmica é praticamente inesgotável, pois deve ser definido como a quantidade total de calor disponível para a Terra.

Não é por acaso que, nas últimas décadas, o mundo vem considerando a direção de um uso mais eficiente da energia do calor profundo da Terra para substituir parcialmente o gás natural, o petróleo e o carvão. Isso se tornará possível não apenas em áreas com altos parâmetros geotérmicos, mas também em qualquer área do globo ao perfurar poços de injeção e produção e criar sistemas de circulação entre eles.

Claro, com baixa condutividade térmica das rochas para trabalho eficaz sistemas circulantes, é necessário ter ou criar uma superfície de troca de calor suficientemente desenvolvida na zona de extração de calor. Tal superfície é frequentemente encontrada em formações porosas e zonas de resistência natural à fratura, que são frequentemente encontradas nas profundidades acima, cuja permeabilidade permite organizar a filtração forçada do refrigerante com extração eficiente de energia da rocha, bem como criação artificial extensa superfície de troca de calor em massas porosas pouco permeáveis ​​por fraturamento hidráulico (ver figura).

Atualmente, o fraturamento hidráulico é usado em indústria de petróleo e gás como uma forma de aumentar a permeabilidade do reservatório para melhorar a recuperação de petróleo durante o desenvolvimento Campos de petróleo. A tecnologia moderna torna possível criar uma fenda estreita, mas longa, ou curta, mas larga. São conhecidos exemplos de fraturas hidráulicas com fraturas de até 2-3 km de comprimento.

A ideia doméstica de extrair os principais recursos geotérmicos contidos em rochas sólidas foi expressa já em 1914 por K.E. Obruchev.

Em 1963, foi criado em Paris o primeiro GCC para extrair calor de rochas de formação porosa para aquecimento e ar condicionado nas instalações do complexo Broadcasting Chaos. Em 1985, 64 GCCs já operavam na França com capacidade térmica total de 450 MW, com uma economia anual de aproximadamente 150.000 toneladas de óleo. No mesmo ano, o primeiro GCC foi criado na URSS no vale de Khankala, perto da cidade de Grozny.

Em 1977, de acordo com o projeto do Laboratório Nacional de Los Alamos dos EUA, começaram os testes de um GCC experimental com fraturamento hidráulico de um maciço quase impermeável no sítio de Fenton Hill, no estado do Novo México. Injetado através do poço (injeção) frio água fresca foi aquecido devido à troca de calor com um maciço rochoso (185°C) em uma fratura vertical com área de 8000 m2, formada por fraturamento hidráulico a uma profundidade de 2,7 km. Em outro poço (produção), também atravessando essa fenda, a água superaquecida veio à superfície na forma de jato de vapor. Ao circular em um circuito fechado sob pressão, a temperatura da água superaquecida na superfície atingiu 160-180 ° C e a potência térmica do sistema - 4-5 MW. Vazamentos de refrigerante no maciço circundante totalizaram cerca de 1% do fluxo total. A concentração de componentes mecânicos e impurezas químicas(até 0,2 g/l) correspondia às condições de fresco água potável. A fratura hidráulica não exigiu fixação e foi mantida aberta pressão hidrostática líquidos. A convecção livre que se desenvolve nele forneceu participação efetiva na troca de calor de quase toda a superfície do afloramento de um maciço rochoso quente.

A extração de energia térmica subterrânea de rochas impermeáveis ​​quentes, com base nos métodos de perfuração inclinada e fraturamento hidráulico há muito dominados e praticados na indústria de petróleo e gás, não causou atividade sísmica ou quaisquer outros efeitos nocivos sobre o meio Ambiente.

Em 1983, cientistas britânicos repetiram a experiência americana criando um GCC experimental com fraturamento hidráulico de granitos em Carnwell. Trabalhos semelhantes foram realizadas na Alemanha, Suécia. Mais de 224 projetos de aquecimento geotérmico foram implementados nos EUA. Supõe-se, no entanto, que os recursos geotérmicos podem fornecer a maior parte das necessidades futuras de energia térmica não elétrica dos EUA. No Japão, a capacidade do GeoTPP em 2000 atingiu aproximadamente 50 GW.

Atualmente, a pesquisa e exploração de recursos geotérmicos é realizada em 65 países. No mundo, com base na energia geotérmica, foram criadas estações com capacidade total de cerca de 10 GW. As Nações Unidas estão apoiando ativamente o desenvolvimento da energia geotérmica.

A experiência acumulada em muitos países do mundo no uso de refrigerantes geotérmicos mostra que em condições fávoraveis elas acabam sendo 2-5 vezes mais lucrativas do que as usinas termelétricas e nucleares. Os cálculos mostram que um poço geotérmico pode substituir 158 mil toneladas de carvão por ano.

Assim, o calor da Terra é talvez o único grande recurso de energia renovável, cujo desenvolvimento racional promete reduzir o custo da energia em comparação com a energia dos combustíveis modernos. Com um potencial energético igualmente inesgotável, a energia solar e instalações termonucleares, infelizmente, será mais caro do que o combustível existente.

Apesar da longa história do desenvolvimento do calor da Terra, hoje a tecnologia geotérmica ainda não atingiu seu alto desenvolvimento. O desenvolvimento da energia térmica da Terra está passando por grandes dificuldades na construção poços profundos, que são um canal para trazer o refrigerante para a superfície. Devido à alta temperatura no fundo do poço (200-250 °C), as ferramentas tradicionais de corte de rochas são inadequadas para trabalhar em tais condições, existem requisitos especiais para a escolha de tubos de perfuração e revestimento, pastas de cimento, tecnologia de perfuração, revestimento de poço e conclusão. Equipamentos de medição domésticos, acessórios e equipamentos operacionais em série são produzidos em um design que permite temperaturas não superiores a 150-200 ° C. A perfuração mecânica profunda tradicional de poços às vezes é adiada por anos e requer custos financeiros significativos. Nos principais ativos de produção, o custo dos poços é de 70 a 90%. Este problema pode e deve ser resolvido apenas com a criação de uma tecnologia progressiva para o desenvolvimento da maior parte dos recursos geotérmicos, ou seja, extração de energia de rochas quentes.

Nosso grupo de cientistas e especialistas russos lida com o problema de extrair e usar a energia térmica profunda inesgotável e renovável das rochas quentes da Terra no território da Federação Russa há mais de um ano. O objetivo do trabalho é criar com base no doméstico, alta tecnologia meios técnicos para penetração profunda nas entranhas da crosta terrestre. Atualmente, foram desenvolvidas diversas variantes de ferramentas de perfuração (BS), que não possuem análogos na prática mundial.

O trabalho da primeira versão do BS está ligado ao atual tecnologia tradicional perfuração de poços. Velocidade de perfuração de rocha dura ( densidade média 2500-3300 kg/m3) até 30 m/h, diâmetro do poço 200-500 mm. A segunda variante do BS realiza a perfuração de poços de forma autônoma e automática. O lançamento é realizado a partir de uma plataforma especial de lançamento e aceitação, a partir da qual é controlado o seu movimento. Mil metros de BS em rochas duras poderão passar em poucas horas. Diâmetro do poço de 500 a 1000 mm. As opções BS reutilizáveis ​​têm uma grande eficiência econômica e enorme valor potencial. A introdução do BS em produção abrirá uma nova etapa na construção de poços e proporcionará acesso a fontes inesgotáveis ​​de energia térmica da Terra.

Para as necessidades de fornecimento de calor, a profundidade necessária dos poços em todo o país situa-se na faixa de até 3-4,5 mil metros e não excede 5-6 mil metros. A temperatura do transportador de calor para habitação e fornecimento de calor comunitário não não ultrapasse os 150 °C. Para instalações industriais, a temperatura, como regra, não excede 180-200 °C.

O objetivo da criação do GCC é fornecer calor constante, acessível e barato para regiões remotas, de difícil acesso e subdesenvolvidas da Federação Russa. A duração da operação do GCS é de 25 a 30 anos ou mais. Período de retorno das estações (levando em consideração as mais recentes tecnologias perfuração) - 3-4 anos.

A criação na Federação Russa nos próximos anos de capacidades adequadas para o uso de energia geotérmica para necessidades não elétricas substituirá cerca de 600 milhões de toneladas de combustível equivalente. A economia pode chegar a 2 trilhões de rublos.

Até 2030, torna-se possível criar capacidades energéticas para substituir a energia do fogo em até 30% e até 2040 eliminar quase completamente as matérias-primas orgânicas como combustível do balanço energético da Federação Russa.

Literatura

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