Doctor în științe tehnice PE. Jur, domnule profesor,
academician Academia RusăȘtiințe Tehnologice, Moscova

LA ultimele decenii lumea are în vedere direcția de utilizare mai eficientă a energiei căldurii adânci a Pământului pentru a înlocui parțial gazul natural, petrolul, cărbunele. Acest lucru va deveni posibil nu numai în zonele cu parametri geotermici mari, ci și în orice zonă a globului atunci când se forează puțuri de injecție și producție și se creează sisteme de circulație între ele.

Interesul crescut pentru sursele alternative de energie în lume în ultimele decenii este cauzat de epuizarea rezervelor de combustibili de hidrocarburi și de necesitatea de a rezolva o serie de probleme. probleme de mediu. Factorii obiectivi (rezervele de combustibili fosili și uraniu, precum și schimbările de mediu cauzate de focul tradițional și energia nucleară) ne permit să afirmăm că trecerea la noi metode și forme de producere a energiei este inevitabilă.

Economia mondială se îndreaptă în prezent către tranziția către o combinație rațională de surse de energie tradiționale și noi. Căldura Pământului ocupă unul dintre primele locuri printre ele.

Resursele de energie geotermală sunt împărțite în hidrogeologice și petrogeotermale. Primele dintre ele sunt reprezentate de lichide de răcire (aceștia reprezintă doar 1% din resurse comune energie geotermală) - apă subterană, abur și amestecuri abur-apă. Al doilea sunt energia geotermală conținută în rocile fierbinți.

Tehnologia fântânii (self-spill) folosită în țara noastră și în străinătate pentru extracția aburului natural și a apelor geotermale este simplă, dar ineficientă. Cu un debit scăzut al puțurilor cu curgere autonomă, producția lor de căldură poate recupera costul forajului numai la o adâncime mică a rezervoarelor geotermale cu temperatura ridicataîn zonele cu anomalii termice. Durata de viață a unor astfel de puțuri în multe țări nu ajunge nici la 10 ani.

În același timp, experiența confirmă că în prezența colectoarelor superficiale de abur natural, construcția unei centrale geotermale este cea mai profitabilă opțiune de utilizare a energiei geotermale. Funcționarea unor astfel de geoTPP-uri și-a demonstrat competitivitatea în comparație cu alte tipuri de centrale electrice. Prin urmare, utilizarea rezervelor de ape geotermale și hidroterme cu abur în țara noastră în Peninsula Kamchatka și pe insulele lanțului Kuril, în regiunile Caucazului de Nord și, de asemenea, eventual în alte zone, este oportună și oportună. Dar depozitele de abur sunt o raritate, rezervele sale cunoscute și prezise sunt mici. Depozitele mult mai frecvente de căldură și apă electrică nu sunt întotdeauna situate suficient de aproape de consumator - obiectul de alimentare cu căldură. Acest lucru exclude posibilitatea utilizării lor la scară largă.

Adesea în problema dificila depășesc problemele de combatere a salinității. Utilizarea, de regulă, a surselor mineralizate geotermale ca purtător de căldură duce la creșterea excesivă a zonelor de foraj cu formațiuni de oxid de fier, carbonat de calciu și silicați. În plus, problemele de eroziune-coroziune și detartrare afectează negativ funcționarea echipamentului. Problema, de asemenea, este deversarea apelor mineralizate și uzate care conțin impurități toxice. Prin urmare, cea mai simplă tehnologie a fântânilor nu poate servi drept bază pentru dezvoltarea pe scară largă a resurselor geotermale.

Conform estimărilor preliminare de pe teritoriul Federației Ruse, rezervele prevăzute de ape termale cu o temperatură de 40-250 °C, salinitate de 35-200 g/l și o adâncime de până la 3000 m sunt de 21-22 milioane m3. /zi, ceea ce echivalează cu arderea a 30-40 de milioane de tone de .t. in an.

Rezervele prognozate ale amestecului de abur-aer cu o temperatură de 150-250 ° C din Peninsula Kamchatka și Insulele Kurile este de 500 mii m3/zi. si rezerve de ape termale cu temperatura de 40-100°C - 150 mii m3/zi.

Rezervele de ape termale cu un debit de circa 8 milioane m3/zi, cu o salinitate de până la 10 g/l și o temperatură peste 50 °C sunt considerate prioritare pentru dezvoltare.

Mult valoare mai mare pentru energia viitorului este extragerea energiei termice, practic inepuizabile, resurse petrogeotermale. Această energie geotermală, închisă în roci fierbinți solide, reprezintă 99% din resursele totale de energie termică subterană. La o adâncime de până la 4-6 km, masivele cu o temperatură de 300-400 °C pot fi găsite doar în apropierea camerelor intermediare ale unor vulcani, dar rocile fierbinți cu temperatura de 100-150 °C sunt distribuite aproape peste tot la aceste adâncimi și cu o temperatură de 180-200 °C într-o parte destul de semnificativă a teritoriului Rusiei.

De miliarde de ani, procesele nucleare, gravitaționale și de altă natură din interiorul Pământului au generat și continuă să genereze energie termică. O parte din ea este radiată în spațiul cosmic, iar căldura se acumulează în adâncuri, de exemplu. conținutul de căldură al fazelor solide, lichide și gazoase ale materiei terestre se numește energie geotermală.

Generarea continuă de căldură intraterestră o compensează pierderi externe, servește ca sursă de acumulare a energiei geotermale și determină partea regenerabilă a resurselor acesteia. Îndepărtarea totală de căldură a subsolului la suprafața pământului de trei ori capacitatea actuală a centralelor electrice din lume și este estimată la 30 TW.

Cu toate acestea, este clar că regenerabilitatea contează doar pentru resursele naturale limitate și potenţialul general Energia geotermală este practic inepuizabilă, deoarece ar trebui definită ca cantitatea totală de căldură disponibilă Pământului.

Nu este o coincidență că, în ultimele decenii, lumea a luat în considerare direcția de utilizare mai eficientă a energiei căldurii adânci a Pământului pentru a înlocui parțial gazul natural, petrolul și cărbunele. Acest lucru va deveni posibil nu numai în zonele cu parametri geotermici mari, ci și în orice zonă a globului atunci când se forează puțuri de injecție și producție și se creează sisteme de circulație între ele.

Desigur, cu conductivitate termică scăzută a rocilor, pentru funcționarea eficientă a sistemelor de circulație, este necesar să existe sau să creeze o suprafață de schimb de căldură suficient de dezvoltată în zona de extracție a căldurii. O astfel de suprafață se găsește adesea în formațiuni poroase și zone de rezistență naturală la rupere, care se găsesc adesea la adâncimile de mai sus, a căror permeabilitate face posibilă organizarea de filtrare forțată a lichidului de răcire cu extragerea eficientă a energiei rocii, precum și crearea artificială a unei suprafețe extinse de schimb de căldură în masive poroase slab permeabile prin fracturare hidraulică (vezi figura).

În prezent, fracturarea hidraulică este utilizată în industria petrolului si gazelor ca o modalitate de a crește permeabilitatea rezervorului pentru a îmbunătăți recuperarea petrolului în dezvoltarea câmpurilor petroliere. Tehnologia modernă face posibilă crearea unei fisuri înguste, dar lungi, sau a uneia scurte, dar late. Sunt cunoscute exemple de fracturi hidraulice cu fracturi de până la 2-3 km lungime.

Ideea internă de a extrage principalele resurse geotermale conținute în rocile solide a fost exprimată încă din 1914 de către K.E. Obruciov.

În 1963, primul GCC a fost creat la Paris pentru a extrage căldura din rocile poroase de formare pentru încălzire și aer condiționat în incinta complexului Broadcasting Chaos. În 1985, în Franța funcționau deja 64 de GCC cu o capacitate termică totală de 450 MW, cu o economie anuală de aproximativ 150.000 de tone de petrol. În același an, primul astfel de GCC a fost creat în URSS în valea Khankala, lângă orașul Grozny.

În 1977, conform proiectului Laboratorului Național Los Alamos din SUA, au început testele unui GCC experimental cu fracturare hidraulică a unui masiv aproape impermeabil la situl Fenton Hill din statul New Mexico. Apa dulce rece injectată prin puț (injecție) a fost încălzită datorită schimbului de căldură cu o masă de rocă (185 OC) într-o fractură verticală cu suprafața de 8000 m2, formată prin fracturare hidraulică la o adâncime de 2,7 km. Într-o altă fântână (producție), traversând tot această fisură, apă supraîncălzită a ieșit la suprafață sub forma unui jet de abur. Când circula într-un circuit închis sub presiune, temperatura apei supraîncălzite la suprafață a ajuns la 160-180 °C, iar puterea termică a sistemului - 4-5 MW. Scurgerile de lichid de răcire în masivul înconjurător au reprezentat aproximativ 1% din debitul total. Concentrația mecanică și impurități chimice(până la 0,2 g/l) corespundea condițiilor de proaspăt bând apă. Fractura hidraulică nu a necesitat fixare și a fost ținută deschisă de presiunea hidrostatică a fluidului. Convecția liberă care se dezvoltă în ea a asigurat participarea efectivă la schimbul de căldură pe aproape întreaga suprafață a aflorimentului masei de rocă fierbinte.

Extragerea energiei termice subterane din roci impermeabile la cald, pe baza metodelor de foraj inclinat si fracturare hidraulica care sunt stapanite si practicate de mult timp in industria petrolului si gazelor, nu a provocat activitate seismica, nici alta. efecte nocive asupra mediului.

În 1983, oamenii de știință britanici au repetat experiența americană prin crearea unui GCC experimental cu fracturarea hidraulică a granitelor în Carnwell. Lucrări similare au avut loc în Germania, Suedia. Peste 224 de proiecte de încălzire geotermală au fost implementate în SUA. Se presupune, totuși, că resursele geotermale pot asigura cea mai mare parte a nevoilor viitoare de energie termică neelectrică ale SUA. În Japonia, capacitatea GeoTPP în 2000 a ajuns la aproximativ 50 GW.

În prezent, cercetarea și explorarea resurselor geotermale se desfășoară în 65 de țări. În lume, pe baza energiei geotermale, au fost create stații cu o capacitate totală de aproximativ 10 GW. Națiunile Unite sprijină activ dezvoltarea energiei geotermale.

Experiența acumulată în multe țări ale lumii în utilizarea lichidelor de răcire geotermale arată că în condiții favorabile aceștia sunt de 2-5 ori mai rentabili decât centralele termice și nucleare. Calculele arată că o sondă geotermală poate înlocui 158 de mii de tone de cărbune pe an.

Astfel, căldura Pământului este, poate, singura resursă majoră de energie regenerabilă, a cărei dezvoltare rațională promite reducerea costului energiei în comparație cu energia modernă a combustibilului. Cu un potential energetic la fel de inepuizabil, instalatiile solare si termonucleare vor fi, din pacate, mai scumpe decat cele existente cu combustibili.

În ciuda istoriei foarte lungi a dezvoltării căldurii Pământului, astăzi tehnologia geotermală nu și-a atins încă dezvoltare ridicată. Dezvoltarea energiei termice a Pământului întâmpină mari dificultăți în construirea puțurilor adânci, care sunt un canal pentru aducerea lichidului de răcire la suprafață. Datorită temperaturii ridicate de fund (200-250 °C), uneltele tradiționale de tăiere a rocii nu sunt potrivite pentru lucrul în astfel de condiții, există cerințe speciale pentru selectarea țevilor de foraj și tubaj, șlamuri de ciment, tehnologie de foraj, tubaj și completare a puțurilor. Echipamentele de măsurare de uz casnic, fitingurile operaționale în serie și echipamentele sunt produse într-un design care permite temperaturi nu mai mari de 150-200 ° C. Forarea mecanică tradițională în adâncime a puțurilor durează uneori ani de zile și necesită costuri financiare semnificative. În principalele active de producție, costul puțurilor este de la 70 la 90%. Această problemă poate și ar trebui rezolvată doar prin crearea unei tehnologii progresive pentru dezvoltarea majorității resurselor geotermale, adică. extragerea energiei din rocile fierbinți.

Grupul nostru de oameni de știință și specialiști ruși se ocupă de problema extragerii și utilizării energiei termice profunde inepuizabile și regenerabile a rocilor fierbinți ale Pământului de pe teritoriul Federației Ruse de mai bine de un an. Scopul lucrării este de a crea pe baza de casă, tehnologie avansata mijloace tehnice pentru penetrare profundă Scoarta terestra. În prezent, au fost dezvoltate mai multe variante de instrumente de foraj (BS), care nu au analogi în practica mondială.

Funcționarea primei versiuni a BS este legată de tehnologia convențională actuală de forare a puțurilor. Viteza de forare a rocii dure (densitate medie 2500-3300 kg/m3) pana la 30 m/h, diametru gaura 200-500 mm. A doua variantă a BS realizează forarea puțurilor într-un mod autonom și automat. Lansarea se efectuează de pe o platformă specială de lansare și acceptare, de pe care este controlată mișcarea acesteia. O mie de metri de BS în roci dure vor putea trece în câteva ore. Diametrul puțului de la 500 la 1000 mm. Variantele BS reutilizabile au o mare rentabilitate și o valoare potențială uriașă. Se va deschide introducerea BS în producție noua etapaîn construcţia de puţuri şi oferă acces la sursele inepuizabile de energie termică ale Pământului.

Pentru nevoile de alimentare cu căldură, adâncimea necesară a puțurilor în toată țara se situează în intervalul de până la 3-4,5 mii de metri și nu depășește 5-6 mii de metri.Temperatura transportorului de căldură pentru locuințe și furnizarea de căldură comunală nu să nu depășească 150 °C. Pentru instalațiile industriale, temperatura, de regulă, nu depășește 180-200 °C.

Scopul creării GCC este de a furniza căldură constantă, accesibilă și ieftină regiunilor îndepărtate, greu accesibile și nedezvoltate ale Federației Ruse. Durata de funcționare a GCS este de 25-30 de ani sau mai mult. Perioada de rambursare a stațiilor (luând în considerare cele mai noi tehnologii foraj) - 3-4 ani.

Crearea în Federația Rusă în următorii ani a capacităților adecvate pentru utilizarea energiei geotermale pentru nevoi neelectrice va înlocui aproximativ 600 de milioane de tone de combustibil echivalent. Economiile pot fi de până la 2 trilioane de ruble.

Până în 2030, devine posibil să se creeze capacități energetice care să înlocuiască energia de foc cu până la 30%, iar până în 2040 să se elimine aproape complet materiile prime organice ca combustibil din bilanțul energetic al Federației Ruse.

Literatură

1. Goncharov S.A. Termodinamica. Moscova: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 p.

2. Dyadkin Yu.D. etc.Fizica geotermală termică. Sankt Petersburg: Nauka, 1993. 255 p.

3. Baza de resurse minerale a complexului de combustibil și energie al Rusiei. Starea și prognoza / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko şi alţii.Ed. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovski. M. 2004. 548 p.

4. Novikov G. P. et al.Forarea puţurilor pentru ape termale. M.: Nedra, 1986. 229 p.

Această energie aparține surselor alternative. În zilele noastre, din ce în ce mai des se menționează posibilitățile de obținere a resurselor pe care ni le oferă planeta. Putem spune că trăim într-o eră a modei energiei regenerabile. Se creează o multitudine solutii tehnice, planuri, teorii în acest domeniu.

Este adânc în măruntaiele pământului și are proprietăți de reînnoire, cu alte cuvinte este nesfârșit. Resursele clasice, conform oamenilor de știință, încep să se epuizeze, petrolul, cărbunele, gazul se vor epuiza.

Centrala geotermală Nesjavellir, Islanda

Prin urmare, se poate pregăti treptat să adopte noi metode alternative de producere a energiei. Sub scoarța terestră se află un nucleu puternic. Temperatura sa variază de la 3000 la 6000 de grade. in miscare plăci litosferice o demonstreaza putere extraordinară. Se manifestă sub formă de stropire vulcanică a magmei. În adâncuri, are loc dezintegrarea radioactivă, provocând uneori astfel de dezastre naturale.

De obicei, magma încălzește suprafața fără a o depăși. Așa se obțin gheizere sau bazine calde de apă. În acest fel, procesele fizice pot fi folosite în scopurile potrivite pentru umanitate.

Tipuri de surse de energie geotermală

De obicei este împărțită în două tipuri: energie hidrotermală și energie petrotermală. Primul este format din izvoare calde, iar al doilea tip este diferența de temperatură la suprafață și în adâncimea pământului. Pentru a spune cu propriile cuvinte, un izvor hidrotermal este alcătuit din abur și apă caldă, în timp ce un izvor petrotermal este ascuns adânc în subteran.

Harta potențialului de dezvoltare a energiei geotermale în lume

Pentru energia petrotermală, este necesar să forați două puțuri, să umpleți unul cu apă, după care va avea loc un proces de înălțare, care va ieși la suprafață. Există trei clase de zone geotermale:

• Geotermal - situat în apropierea plăcilor continentale. Gradient de temperatură peste 80C/km. De exemplu, comuna italiană Larderello. Există o centrală electrică
• Semitermic - temperatura 40 - 80 C/km. Acestea sunt acvifere naturale, formate din roci zdrobite. În unele locuri din Franța, clădirile sunt încălzite în acest fel.
• Normal - panta mai mica de 40 C/km. Reprezentarea unor astfel de zone este cea mai comună

Sunt o sursă excelentă de consum. Sunt în stâncă, la o anumită adâncime. Să aruncăm o privire mai atentă asupra clasificării:

• Epitermal - temperatura de la 50 la 90 s
• Mezotermic - 100 - 120 s
• Hipotermică - mai mult de 200 s

Aceste specii sunt compuse din diferite compoziții chimice. În funcție de ea, apa poate fi folosită în diverse scopuri. De exemplu, în producția de energie electrică, furnizarea de căldură (trasee termice), bază de materii prime.

Video: Energie geotermală

Procesul de alimentare cu căldură

Temperatura apei este de 50 -60 de grade, ceea ce este optim pentru încălzirea și alimentarea cu căldură a unei zone rezidențiale. Necesitatea sistemelor de încălzire depinde de locația geografică și de condițiile climatice. Și oamenii au nevoie în mod constant de nevoile de alimentare cu apă caldă. Pentru acest proces se construiesc GTS (stații termice geotermale).

Dacă pentru producție clasică energia termică este utilizată de o centrală termică care consumă solid sau combustibil gazos, atunci o sursă de gheizer este folosită în această producție. Procesul tehnic este foarte simplu, aceleași comunicații, rute termice și echipamente. Este suficient să forați un puț, să îl curățați de gaze, apoi să îl trimiteți în camera cazanului cu pompe, unde se va menține programul de temperatură, iar apoi va intra în magistrala de încălzire.

Principala diferență este că nu este nevoie să folosiți un cazan cu combustibil. Acest lucru reduce semnificativ costul energiei termice. Iarna, abonații beneficiază de căldură și apă caldă, iar vara doar de apă caldă.

Generarea de energie electrică

Izvoarele termale, gheizerele sunt principalele componente în producerea energiei electrice. Pentru aceasta se folosesc mai multe scheme, se construiesc centrale electrice speciale. Dispozitiv GTS:

• Rezervor ACM
• Pompa
• Separator de gaze
• Separator de abur
• turbina generatoare
• Condensator
• pompa de rapel
• Rezervor - răcitor

După cum puteți vedea, elementul principal al circuitului este un convertor de abur. Acest lucru face posibilă obținerea de abur purificat, deoarece conține acizi care distrug echipamentele turbinei. Este posibil să se utilizeze o schemă mixtă în ciclul tehnologic, adică apa și aburul sunt implicate în proces. Lichidul trece prin întreaga etapă de purificare din gaze, precum și prin abur.

Circuit cu sursă binară

Componenta de lucru este un lichid cu un punct de fierbere scăzut. Apa termală este, de asemenea, implicată în producția de energie electrică și servește ca materie primă secundară.

Cu ajutorul lui, se formează abur sursă cu punct de fierbere scăzut. GTS cu un astfel de ciclu de lucru poate fi complet automatizat și nu necesită prezența personalului de întreținere. Stațiile mai puternice folosesc o schemă cu două circuite. Acest tip de centrala permite atingerea unei puteri de 10 MW. Structura dublu circuit:

• generator de aburi
• Turbină
• Condensator
• Ejector
• Pompe de alimentare
• Economizor
• Evaporator

Uz practic

Rezervele uriașe de surse sunt de multe ori mai mari decât consumul anual de energie. Dar doar o mică parte este folosită de omenire. Construcția stațiilor datează din 1916. În Italia, a fost creat primul GeoTPP cu o capacitate de 7,5 MW. Industria se dezvoltă activ în țări precum: SUA, Islanda, Japonia, Filipine, Italia.

Explorarea activă a site-urilor potențiale și metode mai convenabile de extracție sunt în curs de desfășurare. Capacitatea de producție crește de la an la an. Dacă luăm în considerare indicatorul economic, atunci costul unei astfel de industrii este egal cu centralele termice pe cărbune. Islanda acoperă aproape în întregime fondul comunal și de locuințe cu o sursă GT. 80% din locuinte folosesc apa fierbinte din fântâni. Experții din SUA susțin că, cu o dezvoltare adecvată, GeoTPP-urile pot produce de 30 de ori mai mult decât consumul anual. Dacă vorbim despre potențial, atunci 39 de țări ale lumii se vor putea asigura pe deplin cu energie electrică dacă folosesc intestinele pământului la 100 la sută.

Odată cu dezvoltarea și formarea societății, omenirea a început să caute modalități din ce în ce mai moderne și în același timp economice de a obține energie. Pentru aceasta, astăzi se construiesc diverse stații, dar, în același timp, energia conținută în măruntaiele pământului este utilizată pe scară largă. Cum este ea? Să încercăm să ne dăm seama.

energie geotermală

Deja din nume este clar că reprezintă căldura din interiorul pământului. Sub scoarța terestră se află un strat de magmă, care este o topitură de silicat lichid de foc. Potrivit datelor cercetării, potențialul energetic al acestei călduri este mult mai mare decât energia rezervelor mondiale de gaze naturale, precum și a petrolului. Magma iese la suprafață - lavă. Mai mult, cea mai mare activitate se observă în acele straturi ale pământului pe care sunt situate limitele plăcilor tectonice, precum și acolo unde scoarța terestră este caracterizată prin subțire. energie geotermală Pământul se obține astfel: lava și resursele de apă ale planetei sunt în contact, drept urmare apa începe să se încălzească brusc. Acest lucru duce la erupția gheizerului, formarea așa-numitelor lacuri fierbinți și a curenților subterane. Adică tocmai acele fenomene ale naturii, ale căror proprietăți sunt folosite activ ca energii.

Surse geotermale artificiale

Energia conținută în măruntaiele pământului trebuie folosită cu înțelepciune. De exemplu, există o idee de a crea cazane subterane. Pentru a face acest lucru, trebuie să forați două puțuri de adâncime suficientă, care vor fi conectate în partea de jos. Adică, se dovedește că în aproape orice colț al pământului poți obține energie geotermală. mod industrial: printr-un godeu se va injecta apă receîn rezervor, iar prin al doilea - se extrage apă fierbinte sau abur. Sursele de căldură artificială vor fi benefice și raționale dacă căldura rezultată va oferi mai multă energie. Aburul poate fi trimis la turbine generatoare care vor genera electricitate.

Desigur, căldura luată este doar o fracțiune din ceea ce este disponibil în rezerve generale. Dar trebuie amintit că căldura profundă va fi reîncărcată în mod constant datorită proceselor de comprimare a rocilor, stratificarea intestinelor. Potrivit experților, scoarța terestră acumulează căldură, a cărei cantitate totală este de 5.000 de ori mai mare decât puterea calorică a tuturor interioarelor fosile ale pământului în ansamblu. Se pare că timpul de funcționare a unor astfel de stații geotermale create artificial poate fi nelimitat.

Caracteristici sursă

Sursele care fac posibilă obținerea energiei geotermale sunt aproape imposibil de utilizat pe deplin. Ele există în peste 60 de țări ale lumii, cu cel mai mare număr de vulcani terestre pe teritoriul inelului de foc vulcanic al Pacificului. Dar, în practică, se dovedește că sursele geotermale în regiuni diferite Lumile sunt complet diferite în proprietățile lor, și anume temperatura medie, mineralizarea, compozitia gazelor, aciditate și așa mai departe.

Gheizerele sunt surse de energie pe Pământ, ale căror particularități sunt că aruncă apă clocotită la anumite intervale. După erupție, bazinul se eliberează de apă, în fundul ei se observă un canal care pătrunde adânc în pământ. Gheizerele ca surse de energie sunt folosite în regiuni precum Kamchatka, Islanda, Noua Zeelandă și America de Nord, iar gheizere unice se găsesc și în alte zone.

De unde vine energia?

Magma nerăcită este situată foarte aproape de suprafața pământului. Din el se eliberează gaze și vapori care se ridică și trec prin fisuri. Amestecându-se cu apele subterane, le fac să se încălzească, ele însele se transformă în apă fierbinte, în care se dizolvă multe substanțe. O astfel de apă este eliberată la suprafața pământului sub formă de diferite surse geotermale: izvoare termale, izvoare minerale, gheizere și așa mai departe. Potrivit oamenilor de știință, intestinele fierbinți ale pământului sunt peșteri sau camere conectate prin pasaje, crăpături și canale. Sunt doar umplute cu apă subterană și foarte aproape de ele sunt camere de magmă. Așa se formează în mod natural energie termală Pământ.

Câmpul electric al Pământului

Există o altă sursă alternativă de energie în natură, care este regenerabilă, ecologică și ușor de utilizat. Adevărat, până acum această sursă a fost doar studiată și nu aplicată în practică. Asa de, energie potențială Pământul se află în câmpul său electric. Puteți obține energie în acest fel pe baza studiului legilor de bază ale electrostaticii și caracteristicilor câmp electric Pământ. De fapt, planeta noastră din punct de vedere electric este un condensator sferic încărcat până la 300.000 de volți. Sfera sa interioară are sarcina negativa, iar cea exterioară - ionosfera - este pozitivă. este un izolator. Prin el există un flux constant de curenți ionici și convectivi, care ating puteri de multe mii de amperi. Cu toate acestea, diferența de potențial dintre plăci nu scade în acest caz.

Acest lucru sugerează că în natură există un generator, al cărui rol este de a completa în mod constant scurgerea sarcinilor de pe plăcile condensatorului. Câmpul magnetic al Pământului acționează ca un astfel de generator, rotindu-se împreună cu planeta noastră într-un curent vântul solar. Energia câmpului magnetic al Pământului poate fi obținută doar prin conectarea unui consumator de energie la acest generator. Pentru a face acest lucru, trebuie să instalați un pământ de încredere.

Surse regenerabile

Pe măsură ce populația planetei noastre crește constant, avem nevoie din ce în ce mai multă energie pentru a asigura populația. Energia conținută în intestinele pământului poate fi foarte diferită. De exemplu, există surse regenerabile: energie eoliană, solară și apă. Sunt prietenoase cu mediul și, prin urmare, le puteți folosi fără teama de a dăuna mediului.

energia apei

Această metodă a fost folosită de multe secole. Astăzi s-au construit un număr imens de baraje și rezervoare, în care apa este folosită pentru a genera energie electrică. Esența acestui mecanism este simplă: sub influența debitului râului, roțile turbinelor se rotesc, respectiv, energia apei este transformată în energie electrică.

Astăzi există un numar mare de hidrocentrale care transformă energia debitului de apă în energie electrică. Particularitatea acestei metode este că este regenerabilă, respectiv, astfel de modele au un cost scăzut. De aceea, în ciuda faptului că construcția hidrocentralelor durează destul de mult timp, iar procesul în sine este foarte costisitor, cu toate acestea, aceste instalații depășesc semnificativ industriile intensive în energie electrică.

Energia solară: modernă și promițătoare

Energia solara se obtine folosind panouri solare, totuși, tehnologia modernă permite utilizarea de noi metode pentru aceasta. Cel mai mare sistem din lume este construit în deșertul California. Oferă energie pentru 2.000 de case. Designul funcționează după cum urmează: oglinzile reflectă razele de soare, care sunt trimise la boilerul central de apă. Fierbe și se transformă în abur, care transformă turbina. Acesta, la rândul său, este conectat la un generator electric. Vântul poate fi folosit și ca energie pe care ne-o dă Pământul. Vântul bate pânzele, întoarce morile de vânt. Și acum, cu ajutorul lui, puteți crea dispozitive care vor genera energie electrică. Prin rotirea palelor morii de vânt, antrenează arborele turbinei, care, la rândul său, este conectat la un generator electric.

Energia internă a Pământului

A apărut ca urmare a mai multor procese, dintre care principalele sunt acumularea și radioactivitatea. Potrivit oamenilor de știință, formarea Pământului și a masei sale a avut loc pe parcursul a câteva milioane de ani, iar acest lucru s-a întâmplat din cauza formării planetezimale. S-au lipit împreună, respectiv, masa Pământului a devenit din ce în ce mai mare. După ce planeta noastră a început să aibă o masă modernă, dar era încă lipsită de atmosferă, corpuri meteorice și de asteroizi au căzut pe ea fără piedici. Acest proces se numește doar acumulare și a dus la faptul că o cantitate semnificativă de energie gravitațională. Și corpurile mai mari lovesc planeta Mai mult a eliberat energia conținută în intestinele Pământului.

Această diferențiere gravitațională a dus la faptul că substanțele au început să se separe: substanțele grele pur și simplu s-au scufundat, în timp ce substanțele ușoare și volatile au plutit în sus. Diferențierea a afectat și eliberarea suplimentară de energie gravitațională.

Energie Atomică

Utilizarea energiei pământului poate avea loc în moduri diferite. De exemplu, cu ajutorul construcției de centrale nucleare, atunci când energia termică este eliberată din cauza dezintegrarii cele mai mici particule materie de atomi. Combustibilul principal este uraniul, care este conținut în scoarța terestră. Mulți cred că această metodă de obținere a energiei este cea mai promițătoare, dar utilizarea ei este asociată cu o serie de probleme. În primul rând, uraniul emite radiații care ucid toate organismele vii. În plus, dacă această substanță intră în sol sau atmosferă, atunci va exista un real dezastru tehnologic. Consecințe triste accidente pe Centrala nucleara de la Cernobîl experimentăm până astăzi. Pericolul constă în faptul că deseuri radioactive poate amenința toate ființele vii foarte, foarte perioadă lungă de timp de milenii.

Timp nou - idei noi

Desigur, oamenii nu se opresc aici și în fiecare an se fac tot mai multe încercări de a găsi noi modalități de a obține energie. Dacă energia căldurii pământului este obținută destul de simplu, atunci unele metode nu sunt atât de simple. De exemplu, ca sursă de energie, este destul de posibil să se utilizeze gazul biologic, care este obținut în timpul degradarii deșeurilor. Poate fi folosit pentru încălzirea caselor și încălzirea apei.

Din ce în ce mai mult, acestea sunt construite atunci când se instalează baraje și turbine peste gurile rezervoarelor, care sunt antrenate de fluxuri și reflux, respectiv, se obține energie electrică.

Arzând gunoiul, primim energie

O altă metodă care este deja folosită în Japonia este crearea de incineratoare. Astăzi sunt construite în Anglia, Italia, Danemarca, Germania, Franța, Țările de Jos și SUA, dar numai în Japonia aceste întreprinderi au început să fie folosite nu numai pentru scopul propus, ci și pentru generarea de energie electrică. La fabricile locale, 2/3 din tot gunoiul este arse, în timp ce fabricile sunt dotate cu turbine cu abur. În consecință, ei furnizează căldură și electricitate zonelor din apropiere. În același timp, din punct de vedere al costurilor, construirea unei astfel de întreprinderi este mult mai profitabilă decât construirea unei centrale termice.

Mai tentantă este perspectiva utilizării căldurii Pământului acolo unde sunt concentrați vulcanii. În acest caz, nu va fi necesar să forați Pământul prea adânc, deoarece deja la o adâncime de 300-500 de metri temperatura va fi de cel puțin două ori mai mare decât punctul de fierbere al apei.

Există și o astfel de modalitate de a genera energie electrică, întrucât Hidrogenul - cel mai simplu și mai ușor element chimic - poate fi considerat un combustibil ideal, deoarece este acolo unde există apă. Dacă ardeți hidrogen, puteți obține apă, care se descompune în oxigen și hidrogen. Flacăra de hidrogen în sine este inofensivă, adică nu va fi nici un rău pentru mediu. Particularitatea acestui element este că are o putere calorică ridicată.

Ce este în viitor?

Desigur, energia camp magnetic Pământul sau cel care se obține la centralele nucleare nu pot satisface pe deplin toate nevoile omenirii, care cresc în fiecare an. Cu toate acestea, experții spun că nu există niciun motiv de îngrijorare, deoarece resursele de combustibil ale planetei sunt încă suficiente. Mai mult, sunt folosite tot mai multe surse noi, ecologice și regenerabile.

Problema poluării rămâne mediu inconjuratorși crește exponențial rapid. Cantitate emisii nocive respectiv, aerul pe care îl respirăm este dăunător, apa are impurități periculoase, iar solul se epuizează treptat. De aceea, este atât de important să studiem în timp util un astfel de fenomen precum energia din intestinele Pământului pentru a căuta modalități de a reduce nevoia de combustibili fosili și de a utiliza mai activ sursele de energie netradiționale.

LOR. Kapitonov

Căldura nucleară a Pământului

Căldura pământului

Pământul este un corp destul de puternic încălzit și este o sursă de căldură. Se încălzește în primul rând datorită radiației solare pe care o absoarbe. Dar Pământul are și propria sa resursă termică comparabilă cu căldura primită de la Soare. Se crede că această energie proprie a Pământului are următoarea origine. Pământul a apărut în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, în urma formării Soarelui dintr-un disc protoplanetar de gaz-praf care se rotește în jurul lui și se condensează. Într-un stadiu incipient al formării sale, substanța pământului a fost încălzită din cauza comprimării gravitaționale relativ lente. Un rol important în echilibrul termic al Pământului l-a jucat și energia eliberată în timpul căderii micilor corpuri cosmice pe acesta. Prin urmare, tânărul Pământ a fost topit. Răcindu-se, a ajuns treptat la starea actuală cu o suprafață solidă, o parte semnificativă din care este acoperită cu oceane și ape marii. Atat de greu strat exterior numit scoarta terestra iar în medie pe terenuri grosimea sa este de aproximativ 40 km, și sub apele oceanice- 5-10 km. Stratul mai profund al pământului, numit manta, constă și din materie solidă. Se extinde până la o adâncime de aproape 3000 km și conține cea mai mare parte a materiei Pământului. În cele din urmă, partea cea mai interioară a Pământului este ea miez. Este format din două straturi - extern și intern. învelișul exterior acesta este un strat de fier topit și nichel la o temperatură de 4500-6500 K cu o grosime de 2000-2500 km. miez interior cu o rază de 1000-1500 km este un aliaj solid fier-nichel încălzit la o temperatură de 4000-5000 K cu o densitate de aproximativ 14 g/cm 3, care a apărut la o presiune uriașă (aproape 4 milioane de bari).
Pe lângă căldura internă a Pământului, moștenită de la prima etapă fierbinte a formării sale, și a cărei cantitate ar trebui să scadă în timp, există o altă, pe termen lung, asociată cu dezintegrarea radioactivă a nucleelor ​​cu o jumătate lungă. viața - în primul rând, 232 Th, 235 U , 238 U și 40 K. Energia eliberată în aceste descompunere - ele reprezintă aproape 99% din energia radioactivă a Pământului - completează constant rezervele termice ale Pământului. Nucleele de mai sus sunt conținute în crustă și manta. Degradarea lor duce la încălzirea atât a straturilor exterioare, cât și a celor interioare ale Pământului.
O parte din căldura uriașă conținută în interiorul Pământului iese constant la suprafața sa, adesea în procese vulcanice la scară foarte mare. Fluxul de căldură care curge din adâncurile Pământului prin suprafața sa este cunoscut. Este (47±2)·10 12 wați, ceea ce este echivalent cu căldura care poate fi generată de 50 de mii de centrale nucleare (puterea medie a unei centrale nucleare este de aproximativ 10 9 wați). Se pune întrebarea dacă energia radioactivă joacă vreun rol semnificativ în bugetul termic total al Pământului și, dacă da, ce rol? Răspunsul la aceste întrebări a rămas necunoscut multă vreme. Acum există oportunități de a răspunde la aceste întrebări. Rolul cheie aici revine neutrinilor (antineutrini), care sunt produși în procese dezintegrare radioactivă nucleele care alcătuiesc substanţa Pământului şi care se numesc geo-neutrini.

Geo-neutrini

Geo-neutrini este denumirea combinată pentru neutrini sau antineutrini, care sunt emiși ca urmare a dezintegrarii beta a nucleelor ​​situate sub suprafața pământului. Evident, datorită capacității de penetrare fără precedent, înregistrarea acestora (și numai a acestora) de către detectoare de neutrini de la sol poate oferi informații obiective despre procesele de dezintegrare radioactivă care au loc adânc în interiorul Pământului. Un exemplu de astfel de dezintegrare este dezintegrarea β a nucleului de 228 Ra, care este produsul dezintegrarii α a nucleului de 232 Th cu viață lungă (vezi tabelul):

Timpul de înjumătățire (T 1/2) al nucleului de 228 Ra este de 5,75 ani, iar energia eliberată este de aproximativ 46 keV. Spectrul energetic al antineutrinilor este continuu cu o limită superioară apropiată de energia eliberată.
Dezintegrarile nucleelor ​​232 Th, 235 U, 238 U sunt lanțuri de dezintegrari succesive care formează așa-numitele serie radioactive. În astfel de lanțuri, dezintegrarile α sunt intercalate cu dezintegrari β -, deoarece în dezintegrarile α nucleii finali se dovedesc a fi mutați de la linia de stabilitate β în regiunea nucleelor ​​supraîncărcate cu neutroni. După un lanț de dezintegrari succesive la sfârșitul fiecărui rând, se formează nuclee stabile cu numărul de protoni și neutroni apropiat sau egal cu numerele magice (Z = 82,N= 126). Astfel de nuclee finali sunt izotopi stabili de plumb sau bismut. Astfel, dezintegrarea lui T 1/2 se termină cu formarea nucleului dublu magic 208 Pb, iar pe calea 232 Th → 208 Pb se produc șase dezintegrari α, alternând cu patru dezintegrari β (în lanțul 238 U → 206 Pb, opt α- și șase β - - dezintegra; există șapte α- și patru β - dezintegrari în lanțul 235 U → 207 Pb). Astfel, spectrul energetic al antineutrinilor din fiecare serie radioactivă este o suprapunere a spectrelor parțiale din dezintegrari individuale β - care alcătuiesc această serie. Spectrele de antineutrini produși în dezintegrari de 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K sunt prezentate în Fig. 1. Dezintegrarea de 40 K este o singură dezintegrare β − (vezi tabelul). cea mai mare energie(până la 3,26 MeV) antineutrinii ajung în dezintegrare
214 Bi → 214 Po, care este o legătură în seria radioactivă 238 U. Energia totală eliberată în timpul trecerii tuturor legăturilor de dezintegrare din seria 232 Th → 208 Pb este de 42,65 MeV. Pentru seriile radioactive 235 U și 238 U, aceste energii sunt de 46,39 și, respectiv, 51,69 MeV. Energia eliberată în dezintegrare
40 K → 40 Ca este 1,31 MeV.

Caracteristicile nucleelor ​​232 Th, 235 U, 238 U, 40 K

Miez	Cota în % într-un amestec izotopi	Numărul de nuclee relatează. Si nuclei	T 1/2 miliarde de ani	Primele linkuri descompunere
232th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Estimarea fluxului de geo-neutrini, realizată pe baza dezintegrarii nucleelor ​​de 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K cuprinse în compoziția materiei Pământului, conduce la o valoare de ordinul a 10 6 cm. -2 sec -1. Prin înregistrarea acestor geo-neutrini, se pot obține informații despre rolul căldurii radioactive în bilanțul termic total al Pământului și se pot testa ideile noastre despre conținutul de radioizotopi cu viață lungă din materia terestră.

Orez. 1. Spectrele energetice ale antineutrinilor din dezintegrarea nucleară

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalizat la o dezintegrare a nucleului părinte

Reacția este utilizată pentru a înregistra antineutrinii electronici

P → e + + n, (1)

în care această particulă a fost de fapt descoperită. Pragul pentru această reacție este de 1,8 MeV. Prin urmare, în reacția de mai sus pot fi înregistrați numai geo-neutrini formați în lanțuri de dezintegrare începând de la nucleele 232 Th și 238 U. Secțiunea transversală efectivă a reacției în discuție este extrem de mică: σ ≈ 10 -43 cm 2. De aici rezultă că un detector de neutrini cu un volum sensibil de 1 m 3 nu va înregistra mai mult de câteva evenimente pe an. Evident, pentru fixarea fiabilă a fluxurilor de geo-neutrini, sunt necesare detectoare de neutrini de mare volum, amplasate în laboratoare subterane pentru o protecție maximă de fundal. Ideea de a folosi detectoare concepute pentru a studia neutrinii solari și de reactoare pentru înregistrarea geoneutrinilor a apărut în 1998. În prezent, există două detectoare de neutrini cu volum mare care folosesc un scintilator lichid și potrivite pentru rezolvarea problemei. Aceștia sunt detectorii de neutrini ai experimentelor KamLAND (Japonia, ) și Borexino (Italia, ). Mai jos luăm în considerare dispozitivul detectorului Borexino și rezultatele obținute pe acest detector privind înregistrarea geo-neutrinilor.

Detector Borexino și înregistrarea geo-neutrinilor

Detectorul de neutrini Borexino este situat în centrul Italiei într-un laborator subteran de sub lanțul muntos Gran Sasso, ale cărui vârfuri muntoase ating 2,9 km (Fig. 2).

Orez. Fig. 2. Diagrama de amplasare a laboratorului de neutrini sub lanțul muntos Gran Sasso (centrul Italiei)

Borexino este un detector masiv nesegmentat al cărui mediu activ este
280 de tone de scintilator lichid organic. A umplut un vas sferic de nailon cu un diametru de 8,5 m (Fig. 3). Scintilatorul a fost pseudocumen (C9H12) cu un aditiv PPO de schimbare a spectrului (1,5 g/l). Lumina de la scintilator este colectată de 2212 fotomultiplicatori (PMT) de opt inci plasați pe o sferă de oțel inoxidabil (SSS).

Orez. 3. Schema dispozitivului detectorului Borexino

Un vas de nailon cu pseudocumen este un detector intern a cărui sarcină este să înregistreze neutrini (antineutrini). Detectorul interior este înconjurat de două zone tampon concentrice care îl protejează de razele gamma externe și neutroni. Zona interioară este umplută cu un mediu nescintilant format din 900 de tone de pseudocumen cu aditivi de ftalat de dimetil pentru a stinge scintilațiile. Zona exterioară este situată deasupra SNS și este un detector de apă Cherenkov care conține 2000 de tone de apă ultrapură și întrerupe semnalele de la muonii care intră în instalație din exterior. Pentru fiecare interacțiune care are loc în detectorul intern, se determină energia și timpul. Calibrarea detectorului folosind diverse surse radioactive a făcut posibilă determinarea foarte precisă a scalei sale de energie și a gradului de reproductibilitate a semnalului luminos.
Borexino este un detector cu puritate foarte mare a radiațiilor. Toate materialele au fost riguros selectate, iar scintilatorul a fost curățat pentru a minimiza fundalul intern. Datorită purității ridicate a radiațiilor, Borexino este un detector excelent pentru detectarea antineutrinilor.
În reacția (1), pozitronul dă un semnal instantaneu, care după un timp este urmat de captarea unui neutron de către un nucleu de hidrogen, ceea ce duce la apariția unui cuantum γ cu o energie de 2,22 MeV, care creează un semnal întârziat față de primul. În Borexino, timpul de captare a neutronilor este de aproximativ 260 μs. Semnalele instantanee și întârziate sunt corelate în spațiu și timp, oferind recunoașterea exactă a evenimentului cauzat de e .
Pragul de reacție (1) este de 1,806 MeV și, după cum se poate observa din Fig. 1, toți geo-neutrinii din dezintegrarea de 40 K și 235 U sunt sub acest prag și doar o parte din geo-neutrinii care au provenit din dezintegrarea de 232 Th și 238 U poate fi detectată.
Detectorul Borexino a detectat pentru prima dată semnale de la geo-neutrini în 2010 și a publicat recent rezultate noi bazate pe observații pe parcursul a 2056 de zile din decembrie 2007 până în martie 2015. Mai jos vă prezentăm datele obținute și rezultatele discuției lor, pe baza articolului.
În urma analizei datelor experimentale, au fost identificați 77 de candidați pentru antineutrini electronici care au trecut toate criteriile de selecție. Contextul de la evenimentele care simulează e a fost estimat prin . Astfel, raportul semnal/fond a fost ≈100.
Principala sursă de fond a fost reactorul antineutrini. Pentru Borexino, situația a fost destul de favorabilă, deoarece în apropierea laboratorului Gran Sasso nu există reactoare nucleare. În plus, antineutrinii reactorului sunt mai energici decât geoneutrinii, ceea ce a făcut posibilă separarea acestor antineutrini de pozitroni prin puterea semnalului. Rezultatele analizei contribuțiilor geo-neutrinilor și antineutrinilor reactorului la numărul total de evenimente înregistrate din e sunt prezentate în Fig. 4. Numărul de geoneutrini înregistrați dat de această analiză (zona umbrită le corespunde din Fig. 4) este egal cu . În spectrul de geo-neutrini extrași în urma analizei sunt vizibile două grupe - mai puțin energetice, mai intense și mai energice, mai puțin intense. Autorii studiului descris asociază aceste grupuri cu descompunerea toriu-ului și, respectiv, a uraniului.
În analiza în discuție, am folosit raportul dintre masele de toriu și uraniu din materia Pământului
m(Th)/m(U) = 3,9 (în tabel această valoare este ≈3,8). Această cifră reflectă conținutul relativ al acestor elemente chimice în condrite - cel mai comun grup de meteoriți (mai mult de 90% dintre meteoriții care au căzut pe Pământ aparțin acestui grup). Se crede că compoziția condritelor, cu excepția gazelor ușoare (hidrogen și heliu), repetă compoziția sistemului solar și a discului protoplanetar din care s-a format Pământul.

Orez. Fig. 4. Spectrul de ieșire a luminii de la pozitroni în unități ale numărului de fotoelectroni pentru evenimentele candidate antineutrini (puncte experimentale). Zona umbrită este contribuția geo-neutrinilor. Linia continuă este contribuția antineutrinilor din reactor.

La noi, bogată în hidrocarburi, energia geotermală este un fel de resursă exotică care, în starea actuală, este puțin probabil să concureze cu petrolul și gazele. Cu toate acestea, aceasta vedere alternativa energia poate fi folosită aproape peste tot și destul de eficient.

Energia geotermală este căldura din interiorul pământului. Se produce în adâncuri și iese la suprafața Pământului sub diferite forme și cu intensitate diferită.

Temperatura straturilor superioare ale solului depinde în principal de factori externi (exogeni) - lumina soarelui și temperatura aerului. Vara și ziua, solul se încălzește la anumite adâncimi, iar iarna și noaptea se răcește în urma schimbării temperaturii aerului și cu o oarecare întârziere, crescând odată cu adâncimea. Influența fluctuațiilor zilnice ale temperaturii aerului se termină la adâncimi de la câțiva până la câteva zeci de centimetri. fluctuații sezoniere captează straturi mai adânci de sol - până la zeci de metri.

La o anumită adâncime - de la zeci la sute de metri - temperatura solului se menține constantă, egală cu temperatura medie anuală a aerului de lângă suprafața Pământului. Acest lucru este ușor de verificat coborând într-o peșteră destul de adâncă.

Când temperatura medie anuală a aerului într-o anumită zonă este sub zero, aceasta se manifestă ca permafrost (mai precis, permafrost). În Siberia de Est, grosimea, adică grosimea, a solurilor înghețate pe tot parcursul anului ajunge la 200–300 m pe alocuri.

De la o anumită adâncime (proprie pentru fiecare punct de pe hartă), acțiunea Soarelui și a atmosferei slăbește atât de mult încât factorii endogeni (interni) vin pe primul loc și interiorul pământului este încălzit din interior, astfel încât temperatura începe să scadă. se ridică cu adâncimea.

Încălzirea straturilor profunde ale Pământului este asociată în principal cu dezintegrarea elementelor radioactive situate acolo, deși alte surse de căldură sunt numite și, de exemplu, procese fizico-chimice, tectonice în straturi adânci scoarța și mantaua pământului. Dar oricare ar fi cauza, temperatura rocilor și a substanțelor lichide și gazoase asociate crește odată cu adâncimea. Minerii se confruntă cu acest fenomen - este întotdeauna cald în minele adânci. La o adâncime de 1 km, căldura de treizeci de grade este normală, iar mai adânc temperatura este și mai mare.

Fluxul de căldură din interiorul pământului, care ajunge la suprafața Pământului, este mic - în medie, puterea sa este de 0,03–0,05 W / m 2 sau aproximativ 350 W h / m 2 pe an. Pe fundalul flux de caldura de la Soare și aerul încălzit de acesta, aceasta este o valoare imperceptibilă: Soarele oferă fiecărui metru pătrat de suprafață terestră aproximativ 4000 kWh anual, adică de 10.000 de ori mai mult (desigur, aceasta este în medie, cu o răspândire uriașă). între latitudinile polare şi ecuatoriale şi în funcţie de alţi factori climatici şi meteorologici).

Nesemnificația fluxului de căldură de la adâncime la suprafață în cea mai mare parte a planetei este asociată cu conductivitatea termică scăzută a rocilor și particularitățile structurii geologice. Dar există și excepții - locuri în care fluxul de căldură este mare. Acestea sunt, în primul rând, zone de falii tectonice, activitate seismică crescută și vulcanism, unde energia din interiorul pământului găsește o cale de ieșire. Astfel de zone sunt caracterizate de anomalii termice ale litosferei, aici fluxul de căldură care ajunge la suprafața Pământului poate fi de multe ori și chiar ordine de mărime mai puternic decât cel „obișnuit”. O cantitate imensă de căldură este adusă la suprafață în aceste zone de erupțiile vulcanice și izvoarele termale de apă.

Aceste zone sunt cele mai favorabile pentru dezvoltarea energiei geotermale. Pe teritoriul Rusiei, acestea sunt, în primul rând, Kamchatka, Insulele Kurile și Caucazul.

În același timp, dezvoltarea energiei geotermale este posibilă aproape peste tot, deoarece creșterea temperaturii cu adâncimea este un fenomen omniprezent, iar sarcina este de a „extrage” căldura din intestine, la fel cum de acolo se extrag materiile prime minerale.

În medie, temperatura crește cu adâncimea cu 2,5–3°C la fiecare 100 m. Raportul dintre diferența de temperatură dintre două puncte situate la adâncimi diferite și diferența de adâncime dintre ele se numește gradient geotermal.

Reciprocul este pasul geotermal sau intervalul de adâncime la care temperatura crește cu 1°C.

Cu cât gradientul este mai mare și, în consecință, cu cât treapta este mai mică, cu atât căldura adâncurilor Pământului se apropie de suprafață și cu atât această zonă este mai promițătoare pentru dezvoltarea energiei geotermale.

LA zone diferite, în funcție de structura geologică și de alte condiții regionale și locale, rata de creștere a temperaturii cu adâncimea poate varia dramatic. La scara Pământului, fluctuațiile valorilor gradienților și treptelor geotermale ajung la 25 de ori. De exemplu, în statul Oregon (SUA) gradientul este de 150°C la 1 km, iar în Africa de Sud este de 6°C la 1 km.

Întrebarea este, care este temperatura la adâncimi mari - 5, 10 km sau mai mult? Dacă tendința continuă, temperaturile la o adâncime de 10 km ar trebui să fie în medie de 250-300°C. Acest lucru este mai mult sau mai puțin confirmat de observațiile directe în puțuri ultraprofunde, deși imaginea este mult mai complicată decât creșterea liniară a temperaturii.

De exemplu, în fântâna superadâncă Kola forată în Scutul Cristalin Baltic, temperatura se schimbă cu o rată de 10°C/1 km până la o adâncime de 3 km, iar apoi gradientul geotermal devine de 2-2,5 ori mai mare. La o adâncime de 7 km s-a înregistrat deja o temperatură de 120°C, la 10 km - 180°C, iar la 12 km - 220°C.

Un alt exemplu este o fântână așezată în nordul Caspicului, unde la o adâncime de 500 m s-a înregistrat o temperatură de 42°C, la 1,5 km - 70°C, la 2 km - 80°C, la 3 km - 108°C.

Se presupune că gradientul geotermal scade începând de la o adâncime de 20–30 km: la o adâncime de 100 km, temperaturile estimate sunt de aproximativ 1300–1500°C, la o adâncime de 400 km - 1600°C, în adâncimea Pământului. miez (adâncimi peste 6000 km) - 4000–5000° C.

La adâncimi de până la 10–12 km, temperatura este măsurată prin puțuri forate; acolo unde nu există, se determină prin semne indirecte la fel ca la adâncimi mai mari. Astfel de semne indirecte pot fi natura pasajului unde seismice sau temperatura lavei care erupe.

Cu toate acestea, în scopul energiei geotermale, datele privind temperaturile la adâncimi mai mari de 10 km nu prezintă încă un interes practic.

Este multă căldură la adâncimi de câțiva kilometri, dar cum să o ridici? Uneori, natura însăși ne rezolvă această problemă cu ajutorul unui lichid de răcire natural - ape termale încălzite care ies la suprafață sau zac la o adâncime accesibilă nouă. În unele cazuri, apa din adâncuri este încălzită până la starea de abur.

Nu există o definiție strictă a termenului „ape termale”. De regulă, ele înseamnă apă subterană fierbinte în stare lichidă sau sub formă de abur, inclusiv cele care vin la suprafața Pământului cu o temperatură de peste 20 ° C, adică, de regulă, mai mare decât temperatura aerului.

Căldura din apă subterană, abur, amestecuri abur-apă este energie hidrotermală. În consecință, energia bazată pe utilizarea sa se numește hidrotermală.

Situația este mai complicată cu producerea de căldură direct din roci uscate - energie petrotermală, mai ales că temperaturile suficient de ridicate, de regulă, încep de la adâncimi de câțiva kilometri.

Pe teritoriul Rusiei, potențialul energiei petrotermale este de o sută de ori mai mare decât cel al energiei hidrotermale - 3500 și, respectiv, 35 trilioane de tone de combustibil standard. Acest lucru este destul de natural - căldura adâncurilor Pământului este peste tot, iar apele termale se găsesc local. Cu toate acestea, din cauza dificultăților tehnice evidente, în prezent se utilizează căldură și electricitate în majoritatea cazurilor ape termale.

Temperaturile apei de la 20-30 până la 100°C sunt potrivite pentru încălzire, temperaturi de la 150°C și peste - și pentru generarea de energie electrică în centralele geotermale.

În general, resursele geotermale de pe teritoriul Rusiei, în ceea ce privește tonele de combustibil standard sau orice altă unitate de măsură a energiei, sunt de aproximativ 10 ori mai mari decât rezervele de combustibili fosili.

Teoretic, s-ar putea satisface pe deplin nevoile energetice ale țării doar datorită energiei geotermale. În practică, în prezent, în cea mai mare parte a teritoriului său, acest lucru nu este fezabil din motive tehnice și economice.

În lume, utilizarea energiei geotermale este asociată cel mai adesea cu Islanda - o țară situată la capătul nordic al creastului Mid-Atlantic, într-o zonă tectonică și vulcanică extrem de activă. Probabil că toată lumea își amintește de erupția puternică a vulcanului Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) în 2010.

Datorită acestui specific geologic, Islanda are rezerve uriașe de energie geotermală, inclusiv izvoare termale care ies la suprafața Pământului și chiar țâșnesc sub formă de gheizere.

În Islanda, mai mult de 60% din toată energia consumată este preluată în prezent de pe Pământ. Inclusiv din cauza surselor geotermale, se asigură 90% din încălzire și 30% din generarea de energie electrică. Adăugăm că restul energiei electrice din țară este produsă de centrale hidroelectrice, adică folosind și o sursă de energie regenerabilă, datorită căreia Islanda arată ca un fel de standard de mediu global.

„Îmblânzirea” energiei geotermale în secolul al XX-lea a ajutat în mod semnificativ Islanda termeni economici. Până la jumătatea secolului trecut, a fost o țară foarte săracă, acum ocupând primul loc în lume în ceea ce privește capacitatea instalată și producția de energie geotermală pe cap de locuitor, fiind în top zece în ceea ce privește capacitatea instalată absolută de energie geotermală. plantelor. Cu toate acestea, populația sa este de doar 300 de mii de oameni, ceea ce simplifică sarcina de a trece la surse de energie ecologice: nevoia este în general mică.

Pe lângă Islanda, o pondere mare a energiei geotermale în soldul total al producției de energie electrică este asigurată în Noua Zeelandă și statele insulare din Asia de Sud-Est (Filipine și Indonezia), țările din America Centrală și Africa de Est, al căror teritoriu este și el caracterizat prin seism ridicat și activitate vulcanica. Pentru aceste țări, la nivelul lor actual de dezvoltare și nevoi, energia geotermală aduce o contribuție semnificativă la dezvoltarea socio-economică.

Utilizarea energiei geotermale are o istorie foarte lungă. Unul dintre primii exemple celebre- Italia, un loc din provincia Toscana, numit acum Larderello, unde altundeva începutul XIX secole, apele termale calde locale, curgând în mod natural sau extrase din fântâni de mică adâncime, au fost folosite în scopuri energetice.

Apa din surse subterane, bogata in bor, era folosita aici pentru obtinerea acidului boric. Inițial, acest acid a fost obținut prin evaporare în cazane de fier, iar lemnul de foc obișnuit a fost luat drept combustibil din pădurile din apropiere, dar în 1827 Francesco Larderel a creat un sistem care a funcționat pe căldura apelor în sine. În același timp, energia vaporilor naturali de apă a început să fie folosită pentru exploatarea instalațiilor de foraj, iar la începutul secolului XX, pentru încălzirea caselor și a serelor locale. În același loc, la Larderello, în 1904, vaporii de apă termală au devenit o sursă de energie pentru generarea energiei electrice.

Exemplul Italiei de la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea a fost urmat de alte țări. De exemplu, în 1892, apele termale au fost folosite pentru încălzirea locală pentru prima dată în Statele Unite (Boise, Idaho), în 1919 - în Japonia, în 1928 - în Islanda.

În Statele Unite, prima centrală hidrotermală a apărut în California la începutul anilor 1930, în Noua Zeelandă - în 1958, în Mexic - în 1959, în Rusia (primul GeoPP binar din lume) - în 1965.

Un principiu vechi la o nouă sursă

Generarea de energie electrică necesită o temperatură mai mare a sursei de apă decât încălzirea, peste 150°C. Principiul de funcționare al unei centrale geotermale (GeoES) este similar cu principiul de funcționare al unei centrale termice convenționale (TPP). De fapt, o centrală geotermală este un tip de centrală termică.

La centralele termice, de regulă, cărbunele, gazul sau păcură acționează ca sursă primară de energie, iar vaporii de apă servesc ca fluid de lucru. Combustibilul, care arde, încălzește apa până la o stare de abur, care rotește turbina cu abur și generează energie electrică.

Diferența dintre GeoPP este că sursa primară de energie aici este căldura din interiorul pământului și corp de lucru sub formă de abur pătrunde în paletele turbinei generatorului electric într-o formă „gata” direct din puțul de producție.

Există trei scheme principale de funcționare GeoPP: directă, folosind abur uscat (geotermal); indirect, pe bază de apă hidrotermală, și mixt, sau binar.

Utilizarea uneia sau a alteia scheme depinde de starea de agregare și de temperatura purtătorului de energie.

Cea mai simplă și deci prima dintre schemele stăpânite este cea directă, în care aburul care vine din puț este trecut direct prin turbină. Primul GeoPP din lume din Larderello din 1904 a funcționat și cu abur uscat.

GeoPP-urile cu o schemă indirectă de funcționare sunt cele mai comune în timpul nostru. Ei folosesc fierbinte apă subterană, care este injectat sub presiune mare în evaporator, unde o parte din acesta este evaporată, iar aburul rezultat rotește turbina. În unele cazuri, sunt necesare dispozitive și circuite suplimentare pentru a purifica apa geotermală și aburul din compușii agresivi.

Aburul de evacuare intră în puțul de injecție sau este utilizat pentru încălzirea spațiului - în acest caz, principiul este același ca în timpul funcționării unui CHP.

La GeoPP-urile binare, apa termală fierbinte interacționează cu un alt lichid care acționează ca un fluid de lucru cu un punct de fierbere mai scăzut. Ambele lichide sunt trecute printr-un schimbător de căldură, unde apa termală evaporă lichidul de lucru, ai cărui vapori rotesc turbina.

Principiul de funcționare al unui GeoPP binar. Apa termală fierbinte interacționează cu un alt lichid care acționează ca un fluid de lucru și are un punct de fierbere mai scăzut. Ambele lichide sunt trecute printr-un schimbător de căldură, unde apa termală evaporă lichidul de lucru, ai cărui vapori, la rândul lor, rotesc turbina.

Acest sistem este închis, ceea ce rezolvă problema emisiilor în atmosferă. În plus, fluidele de lucru cu un punct de fierbere relativ scăzut fac posibilă utilizarea apelor termale nu foarte fierbinți ca sursă primară de energie.

Toate cele trei scheme folosesc o sursă hidrotermală, dar energia petrotermală poate fi folosită și pentru a genera energie electrică.

Schema de circuit în acest caz este, de asemenea, destul de simplă. Este necesar să forați două puțuri interconectate - injecție și producție. Apa este pompată în puțul de injecție. La adâncime, se încălzește, apoi apa încălzită sau aburul format ca urmare a încălzirii puternice este furnizat la suprafață printr-un puț de producție. În plus, totul depinde de modul în care este utilizată energia petrotermală - pentru încălzire sau pentru producerea de energie electrică. Un ciclu închis este posibil cu pomparea aburului de evacuare și a apei înapoi în puțul de injecție sau altă metodă de eliminare.

Schema sistemului petrotermal. Sistemul se bazează pe utilizarea unui gradient de temperatură între suprafața pământului și interiorul acestuia, unde temperatura este mai mare. Apa de la suprafață este pompată în puțul de injecție și încălzită la adâncime, apoi apa încălzită sau aburul format ca urmare a încălzirii este furnizat la suprafață prin puțul de producție.

Dezavantajul unui astfel de sistem este evident: pentru a obține o temperatură suficient de ridicată a fluidului de lucru, este necesară forarea puțurilor la o adâncime mare. Și acesta este un cost serios și riscul unei pierderi semnificative de căldură atunci când fluidul se mișcă în sus. Prin urmare, sistemele petrotermale sunt încă mai puțin comune decât cele hidrotermale, deși potențialul energiei petrotermale este cu ordine de mărime mai mare.

În prezent, liderul în crearea așa-numitelor sisteme de circulație petrotermală (PCS) este Australia. În plus, această direcție a energiei geotermale se dezvoltă activ în SUA, Elveția, Marea Britanie și Japonia.

Cadou de la Lordul Kelvin

Invenția pompei de căldură în 1852 de către fizicianul William Thompson (alias Lord Kelvin) a oferit omenirii o oportunitate reală de a folosi căldură de grad scăzut straturile superioare ale solului. Pe care se bazează sistemul de pompă de căldură sau multiplicatorul de căldură, așa cum l-a numit Thompson proces fizic transferul de căldură din mediu către agentul frigorific. De fapt, folosește același principiu ca și în sistemele petrotermale. Diferența constă în sursa de căldură, în legătură cu care poate apărea o întrebare terminologică: în ce măsură o pompă de căldură poate fi considerată un sistem geotermal? Cert este că în straturile superioare, până la adâncimi de zeci sau sute de metri, rocile și fluidele conținute în ele sunt încălzite nu de căldura adâncă a pământului, ci de soare. Astfel, este soarele acest caz- sursa primara de caldura, desi este preluata, ca in sistemele geotermale, din pamant.

Funcționarea unei pompe de căldură se bazează pe întârzierea încălzirii și răcirii solului față de atmosferă, în urma căreia se formează un gradient de temperatură între suprafață și straturile mai adânci, care rețin căldura chiar și iarna, similar cu ce se întâmplă în rezervoare. Scopul principal al pompelor de căldură este încălzirea spațiului. De fapt, este un „frigider în sens invers”. Atât pompa de căldură, cât și frigiderul interacționează cu trei componente: mediu intern(în primul caz - o cameră încălzită, în al doilea - o cameră frigorifică răcită), mediul extern - o sursă de energie și un agent frigorific (refrigerant), este și un lichid de răcire care asigură transferul de căldură sau frig.

O substanță cu un punct de fierbere scăzut acționează ca agent frigorific, ceea ce îi permite să preia căldură dintr-o sursă care are chiar și o temperatură relativ scăzută.

În frigider, agentul frigorific lichid intră în evaporator printr-un clapete de accelerație (regulator de presiune), unde, din cauza scăderii brusce a presiunii, lichidul se evaporă. Evaporarea este un proces endotermic care necesită absorbția căldurii din exterior. Ca urmare, căldura este preluată din pereții interiori ai evaporatorului, ceea ce asigură un efect de răcire în camera frigiderului. Mai departe de evaporator, agentul frigorific este aspirat în compresor, unde revine la starea lichidă de agregare. Acesta este procesul invers, care duce la eliberarea căldurii extrase în timpul Mediul extern. De regulă, este aruncat în cameră, iar peretele din spate al frigiderului este relativ cald.

Pompa de caldura functioneaza aproape in acelasi mod, cu diferenta ca caldura este preluata din mediul exterior si intra in mediul intern prin evaporator - sistemul de incalzire a incaperii.

Într-o pompă de căldură adevărată, apa este încălzită, trecând printr-un circuit extern așezat în pământ sau într-un rezervor, apoi intră în evaporator.

În evaporator, căldura este transferată într-un circuit intern umplut cu un agent frigorific cu un punct de fierbere scăzut, care, trecând prin evaporator, trece de la starea lichidă la starea gazoasă, luând căldură.

Mai mult, agentul frigorific gazos intră în compresor, unde este comprimat la presiune și temperatură ridicată, și intră în condensator, unde are loc schimbul de căldură între gazul fierbinte și purtătorul de căldură din sistemul de încălzire.

Compresorul necesită energie electrică pentru a funcționa, cu toate acestea, raportul de transformare (raportul dintre energia consumată și generată) în sisteme moderne suficient de ridicat pentru a fi eficient.

În prezent, pompele de căldură sunt utilizate pe scară largă pentru încălzirea spațiilor, în principal în țările dezvoltate economic.

Energie eco-corectă

Energia geotermală este considerată ecologică, ceea ce este în general adevărat. În primul rând, folosește o resursă regenerabilă și practic inepuizabilă. Energia geotermală nu necesită suprafețe mari, spre deosebire de marile hidrocentrale sau parcuri eoliene, și nu poluează atmosfera, spre deosebire de energia hidrocarburilor. În medie, GeoPP ocupă 400 m 2 în ceea ce privește 1 GW de energie electrică generată. Aceeași cifră pentru o centrală termică pe cărbune, de exemplu, este de 3600 m 2. Beneficiile de mediu ale GeoPP-urilor includ, de asemenea, consumul redus de apă - 20 de litri de apă dulce la 1 kW, în timp ce centralele termice și centralele nucleare necesită aproximativ 1000 de litri. Rețineți că aceștia sunt indicatorii de mediu ai GeoPP „medie”.

Dar negativ efecte secundare totusi exista. Printre acestea, zgomotul se distinge cel mai adesea, poluare termala atmosferă și chimică - apă și sol, precum și formarea deșeurilor solide.

Principala sursă de poluare chimică a mediului este apa termală în sine (cu temperatură ridicată și mineralizare), care conține adesea cantitati mari compuși toxici, în legătură cu care există o problemă de eliminare a apelor uzate și a substanțelor periculoase.

Efectele negative ale energiei geotermale pot fi urmărite în mai multe etape, începând cu forarea puțurilor. Aici apar aceleași pericole ca la forarea oricărei puțuri: distrugerea solului și a stratului de vegetație, poluarea solului și a apelor subterane.

În etapa de funcționare a GeoPP persistă problemele poluării mediului. Fluidele termice - apă și abur - conțin de obicei dioxid de carbon (CO 2), sulfură de sulf (H 2 S), amoniac (NH 3), metan (CH 4), sare comună (NaCl), bor (B), arsen (As). ), mercur (Hg). Când sunt eliberate în mediu, devin surse de poluare. În plus, un mediu chimic agresiv poate provoca deteriorarea coroziunii structurilor GeoTPP.

În același timp, emisiile de poluanți la GeoPP-uri sunt în medie mai mici decât la TPP-uri. De exemplu, emisiile dioxid de carbon pentru fiecare kilowatt-oră de energie electrică produsă, acestea se ridică la 380 g la GeoPP, 1042 g - la termocentrale pe cărbune, 906 g - la păcură și 453 g - la termocentrale pe gaz.

Apare întrebarea: ce să faci cu apa uzată? Cu salinitate scăzută, după răcire, poate fi deversat în apele de suprafață. Cealaltă modalitate este de a-l pompa înapoi în acvifer printr-un puț de injecție, care este practica preferată și predominantă în prezent.

Extracția apei termale din acvifere (precum și pomparea apei obișnuite) poate provoca tasări și mișcări ale solului, alte deformații ale straturilor geologice și micro-cutremure. Probabilitatea unor astfel de fenomene este de obicei scăzută, deși au fost înregistrate cazuri individuale (de exemplu, la GeoPP din Staufen im Breisgau în Germania).

Trebuie subliniat faptul că majoritatea GeoPP este situat în zone relativ slab populate și în țările lumii a treia, unde cerințele de mediu sunt mai puțin stricte decât în ​​țările dezvoltate. În plus, în acest moment numărul GeoPP-urilor și capacitățile acestora sunt relativ mici. Cu o dezvoltare mai mare a energiei geotermale riscuri de mediu poate crește și se poate înmulți.

Cât este energia Pământului?

Costurile de investiție pentru construcția sistemelor geotermale variază foarte mult. gamă largă- de la 200 la 5000 de dolari pe 1 kW de capacitate instalată, adică cele mai ieftine opțiuni sunt comparabile cu costul construirii unei centrale termice. Ele depind, în primul rând, de condițiile de apariție a apelor termale, de compoziția acestora și de proiectarea sistemului. Forarea la adâncimi mari, crearea unui sistem închis cu două puțuri, nevoia de tratare a apei poate multiplica costul.

De exemplu, investițiile în crearea unui sistem de circulație petrotermală (PTS) sunt estimate la 1,6–4 mii de dolari pe 1 kW de capacitate instalată, ceea ce depășește costurile construirii unei centrale nucleare și este comparabil cu costurile construcției eoliene și centrale solare.

Avantajul economic evident al GeoTPP este un purtător de energie gratuit. Pentru comparație, în structura costurilor unei centrale termice în exploatare sau centrale nucleare, combustibilul reprezintă 50–80% sau chiar mai mult, în funcție de prețurile curente la energie. De aici, un alt avantaj al sistemului geotermal: costurile de operare sunt mai stabile și mai previzibile, deoarece nu depind de conjunctura externă a prețurilor la energie. În general, costurile de operare ale GeoTPP sunt estimate la 2–10 cenți (60 copeici–3 ruble) per 1 kWh de capacitate generată.

Al doilea cel mai mare (și foarte semnificativ) articol de cheltuială după purtătorul de energie este, de regulă, salariu personalul uzinei, care poate varia dramatic de la o țară și de la alta.

În medie, costul pentru 1 kWh de energie geotermală este comparabil cu cel al centralelor termice (în Condițiile rusești- aproximativ 1 rublă/1 kWh) și de zece ori mai mare decât costul de producere a energiei electrice la CHE (5–10 copeici/1 kWh).

O parte din motivul costului ridicat este că, spre deosebire de centralele termice și hidraulice, GeoTPP are o capacitate relativ mică. În plus, este necesară compararea sistemelor situate în aceeași regiune și în condiții similare. Deci, de exemplu, în Kamchatka, conform experților, 1 kWh de energie electrică geotermală costă de 2-3 ori mai ieftin decât energia electrică produsă la centralele termice locale.

Indicatori eficiență economică Funcționarea unui sistem geotermal depinde, de exemplu, dacă este necesară eliminarea apei uzate și în ce mod se face acest lucru, dacă utilizarea combinată a resursei este posibilă. Asa de, elemente chimice iar compușii extrași din apa termală pot oferi venituri suplimentare. Amintiți-vă de exemplul lui Larderello: producția chimică era principală acolo, iar utilizarea energiei geotermale a fost inițial de natură auxiliară.

Energie Geotermală Forwards

Energia geotermală se dezvoltă oarecum diferit decât eolian și solar. În prezent, depinde în mare măsură de natura resursei în sine, care diferă puternic în funcție de regiune, iar cele mai mari concentrații sunt legate de zone înguste de anomalii geotermale, de obicei asociate cu zone de falii tectonice și vulcanism.

În plus, energia geotermală este mai puțin încăpătoare din punct de vedere tehnologic în comparație cu cea eoliană și cu atât mai mult cu energia solară: sistemele stațiilor geotermale sunt destul de simple.

În structura globală a producției mondiale de energie electrică, componenta geotermală reprezintă mai puțin de 1%, dar în unele regiuni și țări ponderea sa ajunge la 25–30%. Datorită legăturii cu condițiile geologice, o parte semnificativă a capacității de energie geotermală este concentrată în țările lumii a treia, unde există trei grupuri de cea mai înaltă dezvoltare a industriei - insulele Asiei de Sud-Est, America Centrală și Africa de Est. Primele două regiuni fac parte din „Centura de foc a Pământului” din Pacific, a treia este legată de Rift-ul Africii de Est. Cu cea mai mare probabilitate, energia geotermală va continua să se dezvolte în aceste centuri. O perspectivă mai îndepărtată este dezvoltarea energiei petrotermale, folosind căldura straturilor pământului aflate la o adâncime de câțiva kilometri. Aceasta este o resursă aproape omniprezentă, dar extracția ei necesită costuri ridicate, astfel încât energia petrotermală se dezvoltă în primul rând în țările cele mai puternice din punct de vedere economic și tehnologic.

În general, având în vedere ubicuitatea resurselor geotermale și un nivel acceptabil siguranța mediului, există motive să credem că energia geotermală are perspective bune de dezvoltare. Mai ales cu amenințarea crescândă a penuriei de purtători de energie tradiționali și creșterea prețurilor pentru aceștia.

Din Kamchatka până în Caucaz

În Rusia, dezvoltarea energiei geotermale are o istorie destul de lungă, iar într-o serie de poziții suntem printre liderii mondiali, deși ponderea energiei geotermale în bilanțul energetic global al unei țări uriașe este încă neglijabilă.

Pionierii și centrele de dezvoltare a energiei geotermale în Rusia au fost două regiuni - Kamchatka și Caucazul de Nord, iar dacă în primul caz vorbim în primul rând despre industria energiei electrice, atunci în al doilea - despre utilizarea energiei termice a apa termala.

În Caucazul de Nord, în Teritoriul Krasnodar, Cecenia, Daghestan - căldura apelor termale în scopuri energetice a fost folosită chiar înainte de Marele Război Patriotic. În anii 1980–1990, dezvoltarea energiei geotermale în regiune, din motive evidente, a stagnat și nu și-a revenit încă din starea de stagnare. Cu toate acestea, alimentarea cu apă geotermală din Caucazul de Nord oferă căldură pentru aproximativ 500 de mii de oameni și, de exemplu, orașul Labinsk din Teritoriul Krasnodar, cu o populație de 60 de mii de oameni, este complet încălzit de ape geotermale.

În Kamchatka, istoria energiei geotermale este asociată în primul rând cu construcția GeoPP. Primele dintre ele, care încă operează stațiile Pauzhetskaya și Paratunskaya, au fost construite în anii 1965–1967, în timp ce Paratunskaya GeoPP cu o capacitate de 600 kW a devenit prima stație din lume cu un ciclu binar. A fost dezvoltarea oamenilor de știință sovietici S. S. Kutateladze și A. M. Rosenfeld de la Institutul de Fizică Termică a Filialei Siberiei a Academiei Ruse de Științe, care au primit în 1965 un certificat de drepturi de autor pentru extragerea energiei electrice din apă cu o temperatură de 70 ° C. Această tehnologie a devenit ulterior prototipul pentru peste 400 de GeoPP-uri binare din lume.

Capacitatea GeoPP Pauzhetskaya, pusă în funcțiune în 1966, a fost inițial de 5 MW și ulterior a crescut la 12 MW. În prezent, stația se află în construcție a unui bloc binar, care își va crește capacitatea cu încă 2,5 MW.

Dezvoltarea energiei geotermale în URSS și Rusia a fost împiedicată de disponibilitatea surselor tradiționale de energie - petrol, gaze, cărbune, dar nu s-a oprit niciodată. Cele mai mari instalații de energie geotermală în acest moment sunt Verkhne-Mutnovskaya GeoPP cu o capacitate totală de unități de putere de 12 MW, puse în funcțiune în 1999, și Mutnovskaya GeoPP cu o capacitate de 50 MW (2002).

Mutnovskaya și Verkhne-Mutnovskaya GeoPP sunt obiecte unice nu numai pentru Rusia, ci și la scară globală. Stațiile sunt situate la poalele vulcanului Mutnovsky, la o altitudine de 800 de metri deasupra nivelului mării, și funcționează în condiții climatice extreme, unde este iarnă 9-10 luni pe an. Echipamentul Mutnovsky GeoPP-uri, în prezent unul dintre cele mai moderne din lume, a fost complet creat la întreprinderile interne de inginerie energetică.

În prezent, ponderea stațiilor Mutnovsky în structura generală a consumului de energie a centrului energetic Kamchatka Central este de 40%. O creștere a capacității este planificată în următorii ani.

Separat, ar trebui spus despre dezvoltările petrotermale din Rusia. Nu avem încă PDS mari, totuși, există tehnologii avansate de foraj la adâncimi mari (aproximativ 10 km), care, de asemenea, nu au analogi în lume. Lor dezvoltare ulterioară va reduce drastic costul creării sistemelor petrotermale. Dezvoltatorii acestor tehnologii și proiecte sunt N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institutul Geologic al Academiei Ruse de Științe), A. S. Nekrasov (Institutul de Prognoză Economică al Academiei Ruse de Științe) și specialiști de la Uzina de Turbine Kaluga. În prezent, proiectul sistemului de circulație petrotermală din Rusia se află în stadiu pilot.

Există perspective pentru energia geotermală în Rusia, deși sunt relativ îndepărtate: în acest moment, potențialul este destul de mare, iar pozițiile energiei tradiționale sunt puternice. În același timp, într-o serie de regiuni îndepărtate ale țării, utilizarea energiei geotermale este profitabilă din punct de vedere economic și este solicitată și acum. Acestea sunt teritorii cu un potențial geoenergetic ridicat (Cukotka, Kamchatka, Kurile - partea rusă a Pacificului „Centura de foc a Pământului”, munții din Siberia de Sud și Caucaz) și, în același timp, îndepărtate și tăiate. din alimentarea centralizată cu energie.

Este probabil ca în următoarele decenii energia geotermală din țara noastră să se dezvolte tocmai în astfel de regiuni.

Kirill Degtyarev,
Cercetător, Universitatea de Stat din Moscova M. V. Lomonosov
„Știință și viață” nr. 9, nr. 10 2013