Hlavné zdroje tepelnej energie Zeme. Geotermálna energia a spôsoby jej výroby

Doktor technických vied NA. Prisahám, profesor,
akademik Ruská akadémia Technologické vedy, Moskva

AT posledné desaťročia vo svete sa považuje za smer viac efektívne využitie energie hlbinného tepla Zeme s cieľom čiastočnej náhrady zemného plynu, ropy, uhlia. Bude to možné nielen v oblastiach s vysokými geotermálnymi parametrami, ale aj vo všetkých oblastiach. glóbus pri vŕtaní injektážnych a ťažobných vrtov a vytváraní cirkulačných systémov medzi nimi.

Zvýšený záujem o alternatívne zdroje energie vo svete v posledných desaťročiach je spôsobený vyčerpaním zásob uhľovodíkových palív a potrebou riešenia množstva problémov. otázky životného prostredia. Objektívne faktory (zásoby fosílnych palív a uránu, ako aj zmeny v životnom prostredí spôsobené tradičnými požiarmi a jadrovou energiou) nám umožňujú tvrdiť, že prechod na nové metódy a formy výroby energie je nevyhnutný.

Svetová ekonomika v súčasnosti smeruje k prechodu na racionálnu kombináciu tradičných a nových zdrojov energie. Teplo Zeme medzi nimi zaberá jedno z prvých miest.

Zdroje geotermálnej energie sa delia na hydrogeologické a petrogeotermálne. Prvým z nich sú tepelné nosiče (zahŕňajúce iba 1 % celkových zdrojov geotermálnej energie) – podzemná voda, para a zmesi pary a vody. Posledne menované sú geotermálna energia obsiahnutá v žiarovke skaly Oh.

Fontánová technológia (samovypúšťanie) používaná u nás aj v zahraničí na odsávanie prírodnej pary a geo termálne vody jednoduché, ale neefektívne. Pri nízkom prietoku samoprietokových vrtov sa ich produkciou tepla môžu vrátiť náklady na vŕtanie len v malej hĺbke geotermálnych nádrží s vysokými teplotami v oblastiach tepelných anomálií. Životnosť takýchto studní v mnohých krajinách nedosahuje ani 10 rokov.

Skúsenosti zároveň potvrdzujú, že za prítomnosti plytkých kolektorov prírodnej pary je výstavba Geotermálnej elektrárne najvýhodnejšou možnosťou využitia geotermálnej energie. Prevádzka takýchto GeoTPP ukázala ich konkurencieschopnosť v porovnaní s inými typmi elektrární. Využitie zásob geotermálnych vôd a parných hydroterm u nás na Kamčatskom polostrove a na ostrovoch Kurilského reťazca, v regiónoch Severného Kaukazu a možno aj v iných oblastiach je preto účelné a aktuálne. Ložiská pary sú však vzácnosťou, jej známe a predpokladané zásoby sú malé. Oveľa bežnejšie ložiská tepelnej a silovej vody sa nie vždy nachádzajú dostatočne blízko odberateľa – objektu zásobovania teplom. To vylučuje možnosť veľkého rozsahu ich efektívneho využitia.

Často v ťažký problém prerásť otázky boja proti slanosti. Použitie geotermálnych, spravidla mineralizovaných zdrojov ako nosiča tepla vedie k zarastaniu zón vrtov formáciami oxidu železa, uhličitanu vápenatého a silikátov. Okrem toho problémy s eróziou-koróziou a tvorbou vodného kameňa nepriaznivo ovplyvňujú prevádzku zariadenia. Problémom je aj vypúšťanie mineralizovaných a odpadových vôd obsahujúcich toxické nečistoty. Preto najjednoduchšia technológia fontán nemôže slúžiť ako základ pre rozsiahly rozvoj geotermálnych zdrojov.

Autor: predbežné odhady na území Ruská federácia Predpokladané zásoby termálnych vôd s teplotou 40-250 °C, slanosťou 35-200 g/l a hĺbkou do 3000 m sú 21-22 miliónov m3/deň, čo zodpovedá spáleniu 30-40 mil. ton ekvivalentného paliva. v roku.

Predpokladané zásoby parovzdušnej zmesi s teplotou 150-250 °C na Kamčatskom polostrove a Kurilských ostrovoch sú 500 tis. m3/deň. a zásoby termálnych vôd s teplotou 40-100°C - 150 tis.m3/deň.

Zásoby termálnych vôd s prietokom okolo 8 miliónov m3/deň, so slanosťou do 10 g/l a teplotou nad 50 °C sa považujú za prioritu rozvoja.

Oveľa väčší význam pre energetiku budúcnosti má ťažba tepelnej energie, prakticky nevyčerpateľných petrogeotermálnych zdrojov. Táto geotermálna energia, uzavretá v pevných horúcich horninách, predstavuje 99 % celkových zdrojov podzemnej tepelnej energie. V hĺbke do 4-6 km sa masívy s teplotou 300-400 °C nachádzajú len v blízkosti medzikomôr niektorých sopiek, ale horúce horniny s teplotou 100-150 °C sú rozmiestnené takmer všade pri. v týchto hĺbkach as teplotou 180-200 °C na pomerne významnej časti územia Ruska.

Po miliardy rokov jadrové, gravitačné a iné procesy vo vnútri Zeme generovali a naďalej generujú tepelnú energiu. Časť je vyžarovaná do kozmického priestoru a teplo sa akumuluje v hĺbkach, t.j. tepelný obsah tuhej, kvapalnej a plynnej fázy pozemská hmota a nazýva sa geotermálna energia.

Nepretržité vytváranie vnútrozemského tepla to kompenzuje vonkajšie straty, slúži ako zdroj akumulácie geotermálnej energie a určuje obnoviteľnú časť jej zdrojov. Celkový odvod tepla podložia do zemského povrchu trojnásobok súčasnej kapacity elektrární vo svete a odhaduje sa na 30 TW.

Je však jasné, že na obnoviteľnosti záleží len pre obmedzených prírodné zdroje, a celkový potenciál geotermálna energia je prakticky nevyčerpateľná, keďže by mala byť definovaná ako Celkom teplo dostupné pre Zem.

Nie je náhoda, že svet v posledných desaťročiach uvažuje o smerovaní efektívnejšieho využívania energie hlbinného tepla Zeme s cieľom čiastočne nahradiť zemný plyn, ropu, uhlie. To bude možné nielen v oblastiach s vysokými geotermálnymi parametrami, ale aj v ktorejkoľvek oblasti sveta pri vŕtaní injektážnych a ťažobných vrtov a vytváraní cirkulačných systémov medzi nimi.

Samozrejme, pri nízkej tepelnej vodivosti hornín je pre efektívne fungovanie obehových systémov potrebné mať alebo vytvoriť dostatočne vyvinutú teplovýmennú plochu v zóne odberu tepla. Takýto povrch sa často nachádza v poréznych formáciách a zónach prirodzenej odolnosti proti lomu, ktoré sa často nachádzajú vo vyššie uvedených hĺbkach, ktorých priepustnosť umožňuje organizovať nútenú filtráciu chladiva s účinnou extrakciou energie horniny, ako aj umelé vytvorenie rozsiahlej teplovýmennej plochy v nízkopriepustných poréznych masívoch hydraulickým štiepením (pozri obrázok).

V súčasnosti sa hydraulické štiepenie využíva v ropný a plynárenský priemysel ako spôsob zvýšenia priepustnosti nádrží na zlepšenie ťažby ropy pri rozvoji ropných polí. Moderná technológia umožňuje vytvoriť úzku, ale dlhú trhlinu alebo krátku, ale širokú. Známe sú príklady hydraulických puklín s puklinami dlhými do 2-3 km.

Domácu myšlienku ťažby hlavných geotermálnych zdrojov obsiahnutých v pevných horninách vyjadril už v roku 1914 K.E. Obručev.

V roku 1963 bol v Paríži vytvorený prvý GCC na extrakciu tepla z poréznych formačných hornín na vykurovanie a klimatizáciu v priestoroch komplexu Broadcasting Chaos. V roku 1985 už vo Francúzsku fungovalo 64 GCC s celkovým tepelným výkonom 450 MW s ročnou úsporou približne 150 000 ton ropy. V tom istom roku vznikol prvý takýto GCC v ZSSR v údolí Khankala pri meste Groznyj.

V roku 1977 sa v rámci projektu Los Alamos National Laboratory v USA začali na lokalite Fenton Hill v štáte Nové Mexiko testy experimentálneho GCC s hydraulickým štiepením takmer nepriepustného masívu. Studená sladká voda injektovaná cez studňu (injektáž) bola ohrievaná v dôsledku výmeny tepla s horninovým masívom (185 OC) vo zvislej pukline s plochou 8000 m2, vytvorenej hydraulickým štiepením v hĺbke 2,7 km. V inom vrte (výrobnom), tiež križujúcom túto trhlinu, vystupovala na povrch prehriata voda vo forme prúdu pary. Pri cirkulácii v uzavretom okruhu pod tlakom dosahovala teplota prehriatej vody na povrchu 160-180 °C a tepelný výkon systému - 4-5 MW. Únik chladiva do okolitého masívu predstavoval asi 1 % z celkového prietoku. Koncentrácia mechanických a chemických nečistôt (do 0,2 g/l) zodpovedala podmienkam sladkej vody pitná voda. Hydraulický zlom si nevyžadoval fixáciu a bol udržiavaný otvorený hydrostatickým tlakom tekutiny. V ňom vznikajúca voľná konvekcia zabezpečovala efektívnu účasť na výmene tepla takmer celého povrchu odkryvu rozžeraveného horninového masívu.

Ťažba podzemnej tepelnej energie z horúcich nepriepustných hornín, založená na metódach šikmého vŕtania a hydraulického štiepenia, ktoré sú dlhodobo osvojené a praktizované v ropnom a plynárenskom priemysle, nespôsobila seizmickú aktivitu ani žiadne iné škodlivé účinky o životnom prostredí.

V roku 1983 britskí vedci zopakovali americkú skúsenosť vytvorením experimentálneho GCC s hydraulickým štiepením žuly v Carnwelli. Podobné diela sa konali v Nemecku, Švédsku. V USA bolo realizovaných viac ako 224 projektov geotermálneho vykurovania. Predpokladá sa však, že geotermálne zdroje môžu zabezpečiť väčšinu budúcich neelektrických potrieb USA v oblasti tepelnej energie. V Japonsku dosiahla kapacita GeoTPP v roku 2000 približne 50 GW.

V súčasnosti sa výskum a prieskum geotermálnych zdrojov vykonáva v 65 krajinách. Vo svete na báze geotermálnej energie vznikli stanice s celkovou kapacitou cca 10 GW. Organizácia spojených národov aktívne podporuje rozvoj geotermálnej energie.

Skúsenosti nazbierané v mnohých krajinách sveta pri používaní geotermálnych chladív ukazujú, že v r priaznivé podmienky ukazujú sa ako 2- až 5-krát ziskovejšie ako tepelné a jadrové elektrárne. Výpočty ukazujú, že jeden geotermálny vrt dokáže nahradiť 158-tisíc ton uhlia ročne.

Teplo Zeme je teda azda jediným významným obnoviteľným zdrojom energie, ktorého racionálny rozvoj sľubuje zníženie nákladov na energiu v porovnaní s energiou moderných palív. S rovnako nevyčerpateľným energetickým potenciálom solárne a termonukleárne zariadenia, bohužiaľ, bude drahšie ako existujúce palivo.

Napriek veľmi dlhej histórii vývoja zemského tepla dnes geotermálna technika ešte nedosiahla svoje vysoký rozvoj. Rozvoj tepelnej energie Zeme zažíva veľké ťažkosti v stavebníctve hlboké studne, ktoré sú kanálom na privádzanie chladiva na povrch. Vzhľadom na vysokú teplotu vrtu (200-250 °C) sú tradičné nástroje na rezanie hornín nevhodné na prácu v takýchto podmienkach, existujú špeciálne požiadavky na výber vrtných a pažnicových rúr, cementových kalov, technológie vŕtania, pažnice a dokončovanie studní. Domáce meracie zariadenia, sériové prevádzkové armatúry a zariadenia sa vyrábajú v prevedení, ktoré umožňuje teploty nie vyššie ako 150-200°C. Tradičné hĺbkové mechanické vŕtanie studní sa niekedy oneskoruje aj roky a vyžaduje značné finančné náklady. V hlavných výrobných aktívach sú náklady na studne od 70 do 90%. Tento problém môže a mal by byť vyriešený len vytvorením progresívnej technológie rozvoja hlavnej časti geotermálnych zdrojov, t.j. získavanie energie z horúcich hornín.

Naša skupina ruských vedcov a špecialistov sa na území Ruskej federácie už viac ako rok zaoberá problémom ťažby a využívania nevyčerpateľnej, obnoviteľnej hlbinnej tepelnej energie horúcich hornín Zeme. Účelom práce je vytvárať na základe domácich špičkových technológií technické prostriedky na hlboký prienik do útrob zemskej kôry. V súčasnosti je vyvinutých niekoľko variantov vŕtacích nástrojov (BS), ktoré nemajú vo svetovej praxi obdobu.

Práca prvej verzie BS je prepojená s aktuálnou tradičnou technológiou vŕtanie studne. Rýchlosť vŕtania tvrdých skál ( priemerná hustota 2500-3300 kg/m3) do 30 m/h, priemer studne 200-500 mm. Druhý variant BS vykonáva vŕtanie studní v autonómnom a automatickom režime. Štart sa vykonáva zo špeciálnej štartovacej a akceptačnej platformy, z ktorej je riadený jeho pohyb. Tisíc metrov BS v tvrdých horninách zvládne prejsť za pár hodín. Priemer studne od 500 do 1000 mm. Opätovne použiteľné varianty BS majú veľkú ekonomickú efektivitu a obrovskú potenciálnu hodnotu. Otvorí sa zavedenie BS do výroby nová etapa pri výstavbe studní a poskytujú prístup k nevyčerpateľným zdrojom tepelnej energie Zeme.

Pre potreby zásobovania teplom požadovaná hĺbka studní v celej krajine leží v rozmedzí do 3-4,5 tisíc metrov a nepresahuje 5-6 tisíc metrov.Teplota nosiča tepla pre bývanie a komunálne zásobovanie teplom áno. neprekročí 150 °C. V priemyselných zariadeniach teplota spravidla nepresahuje 180 - 200 ° C.

Účelom vytvorenia GCC je poskytovať stále, cenovo dostupné a lacné teplo vzdialeným, ťažko dostupným a nerozvinutým regiónom Ruskej federácie. Doba prevádzky GCS je 25-30 rokov alebo viac. Doba návratnosti staníc (s prihliadnutím na najnovšie technológie vŕtania) je 3-4 roky.

Vytvorenie vhodných kapacít na využitie geotermálnej energie pre neelektrické potreby v Ruskej federácii v najbližších rokoch nahradí približne 600 miliónov ton ekvivalentného paliva. Úspory môžu byť až 2 bilióny rubľov.

Do roku 2030 je možné vytvárať energetické kapacity na nahradenie požiarnej energie až o 30 % a do roku 2040 takmer úplne vylúčiť organické suroviny ako palivo z energetickej bilancie Ruskej federácie.

Literatúra

1. Gončarov S.A. Termodynamika. Moskva: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 s.

2. Dyadkin Yu.D. atď Geotermálna tepelná fyzika. Petrohrad: Nauka, 1993. 255 s.

3. Základňa nerastných surovín palivový a energetický komplex Ruska. Stav a prognóza / V. K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko a ďalší, Ed. V.Z. Garipová, E.A. Kozlovský. M. 2004. 548 s.

4. Novikov G. P. a kol.Vŕtanie studní pre termálne vody. M.: Nedra, 1986. 229 s.

S rozvojom a formovaním spoločnosti začalo ľudstvo hľadať stále modernejšie a zároveň hospodárnejšie spôsoby získavania energie. Na to sa dnes stavajú rôzne stanice, no zároveň sa hojne využíva energia obsiahnutá v útrobách zeme. Aká je? Skúsme na to prísť.

geotermálnej energie

Už z názvu je jasné, že predstavuje teplo zemského vnútra. Pod zemskou kôrou sa nachádza vrstva magmy, čo je ohnivo-kvapalná silikátová tavenina. Podľa výskumných údajov je energetický potenciál tohto tepla oveľa vyšší ako energia svetových zásob zemného plynu, ako aj ropy. Magma vychádza na povrch – láva. A najaktívnejší pozorované v tých vrstvách zeme, na ktorých sa nachádzajú hranice tektonické dosky, a tiež tam, kde sa zemská kôra vyznačuje tenkosťou. geotermálnej energie Zem sa získa takto: láva a vodné zdroje planéty sú v kontakte, v dôsledku čoho sa voda začne prudko zahrievať. To vedie k erupcii gejzíru, vzniku takzvaných horúcich jazier a spodných prúdov. Teda práve tie prírodné javy, ktorých vlastnosti sa aktívne využívajú ako energie.

Umelé geotermálne zdroje

Energiu obsiahnutú v útrobách zeme treba využívať rozumne. Existuje napríklad myšlienka vytvoriť podzemné kotly. K tomu je potrebné vyvŕtať dve studne dostatočnej hĺbky, ktoré budú v spodnej časti spojené. To znamená, že sa ukazuje, že geotermálnu energiu možno priemyselne získavať takmer v ktoromkoľvek kúte krajiny: studená voda sa bude čerpať do zásobníka cez jeden vrt a horúca voda alebo para sa bude odoberať cez druhý. Umelé zdroje tepla budú prospešné a racionálne, ak výsledné teplo poskytne viac energie. Para sa môže posielať do turbínových generátorov, ktoré budú vyrábať elektrinu.

Samozrejme, vyťažené teplo je len zlomkom toho, čo je k dispozícii v celkových zásobách. Malo by sa však pamätať na to, že hlboké teplo sa bude neustále dopĺňať v dôsledku procesov stláčania hornín, stratifikácie čriev. Zemská kôra podľa odborníkov akumuluje teplo, ktorého celkové množstvo je 5000-krát väčšie kalorická hodnota všetky fosílne zdroje zeme ako celku. Ukazuje sa, že prevádzková doba takýchto umelo vytvorených geotermálnych staníc môže byť neobmedzená.

Funkcie zdroja

Zdroje, ktoré umožňujú získavať geotermálnu energiu, sa takmer nedajú plne využiť. Existujú vo viac ako 60 krajinách sveta, pričom najväčší počet pozemských sopiek je na území tichomorského sopečného ohnivého kruhu. Ale v praxi sa ukazuje, že geotermálne zdroje v rôznych regiónoch svety sú úplne odlišné svojimi vlastnosťami, a to priemernou teplotou, slanosťou, zložením plynu, kyslosťou atď.

Gejzíry sú zdroje energie na Zemi, ktorých črtou je, že sú určité intervaly chrliť vriacu vodu. Po erupcii sa bazén zbaví vody, na jeho dne je vidieť kanál, ktorý siaha hlboko do zeme. Gejzíry sa používajú ako zdroje energie v regiónoch ako Kamčatka, Island, Nový Zéland a Severná Amerika a jednotlivé gejzíry sa nachádzajú aj v niektorých iných oblastiach.

Odkiaľ pochádza energia?

Neochladená magma sa nachádza veľmi blízko zemského povrchu. Uvoľňujú sa z nej plyny a pary, ktoré stúpajú a prechádzajú cez trhliny. Zmiešaním s podzemnou vodou spôsobujú ich zahrievanie, samy sa menia na horúcu vodu, v ktorej je rozpustených veľa látok. Táto voda sa vypúšťa na zemský povrch vo forme geotermálne zdroje: horúce pramene, minerálne pramene, gejzíry a pod. Podľa vedcov sú horúce útroby zeme jaskyne alebo komory spojené chodbami, trhlinami a kanálmi. Sú len naplnené podzemnou vodou a veľmi blízko nich sú magmatické komory. Týmto prirodzeným spôsobom vzniká tepelná energia zeme.

Elektrické pole Zeme

V prírode existuje ďalší alternatívny zdroj energie, ktorý je obnoviteľný, ekologický a ľahko sa používa. Pravda, tento prameň bol zatiaľ len študovaný a v praxi neaplikovaný. Potenciálna energia Zeme teda leží v jej elektrickom poli. Energiu môžete získať týmto spôsobom na základe štúdia základných zákonov elektrostatiky a vlastností elektrické pole Zem. V skutočnosti je naša planéta z elektrického hľadiska guľový kondenzátor nabitý až na 300 000 voltov. Jeho vnútorná sféra má záporný náboj a vonkajšia – ionosféra – je kladná. je izolant. Cez ňu neustále prúdi iónové a konvekčné prúdy, ktoré dosahujú sily mnoho tisíc ampérov. Potenciálny rozdiel medzi doskami sa však v tomto prípade neznižuje.

To naznačuje, že v prírode existuje generátor, ktorého úlohou je neustále dopĺňať únik nábojov z dosiek kondenzátora. Magnetické pole Zeme funguje ako taký generátor, ktorý rotuje spolu s našou planétou v prúde slnečný vietor. Energiu magnetického poľa Zeme je možné získať práve pripojením spotrebiča energie k tomuto generátoru. Aby ste to dosiahli, musíte nainštalovať spoľahlivé uzemnenie.

Obnoviteľné zdroje

Keďže populácia našej planéty neustále rastie, potrebujeme čoraz viac energie na zabezpečenie obyvateľstva. Energia obsiahnutá v útrobách zeme môže byť veľmi odlišná. Ide napríklad o obnoviteľné zdroje: veternú, slnečnú a vodnú energiu. Sú šetrné k životnému prostrediu, a preto ich môžete používať bez obáv z poškodenia životného prostredia.

vodnej energie

Táto metóda sa používa už mnoho storočí. Dnes je vybudovaných obrovské množstvo priehrad a nádrží, v ktorých sa voda využíva na výrobu elektrickej energie. Podstata fungovania tohto mechanizmu je jednoduchá: pod vplyvom toku rieky sa kolesá turbín otáčajú, respektíve sa energia vody premieňa na elektrickú energiu.

Dnes existuje veľký počet vodné elektrárne, ktoré premieňajú energiu prúdu vody na elektrickú energiu. Zvláštnosťou tejto metódy je, že je obnoviteľná, respektíve, takéto návrhy majú nízke náklady. Preto aj napriek tomu, že výstavba vodných elektrární trvá pomerne dlho a samotný proces je veľmi nákladný, tieto zariadenia výrazne prekonávajú energeticky náročné odvetvia.

Solárna energia: moderná a perspektívna

Slnečná energia sa získava pomocou solárne panely, ale moderné technológie umožňujú na to použiť nové metódy. Najväčší systém na svete je vybudovaný v kalifornskej púšti. Plne zabezpečuje energiu pre 2000 domácností. Dizajn funguje nasledovne: zrkadlá sa odrážajú slnečné lúče, ktoré sa posielajú do centrálneho bojlera na vodu. Vrie a mení sa na paru, ktorá roztáča turbínu. Ten je zase pripojený k elektrickému generátoru. Vietor sa dá využiť aj ako energia, ktorú nám dáva Zem. Vietor fúka do plachiet, otáča veterné mlyny. A teraz s jeho pomocou môžete vytvárať zariadenia, ktoré budú generovať elektrickú energiu. Otáčaním lopatiek veterného mlyna poháňa hriadeľ turbíny, ktorý je zase spojený s elektrickým generátorom.

Vnútorná energia Zeme

Objavil sa v dôsledku niekoľkých procesov, z ktorých hlavné sú narastanie a rádioaktivita. Podľa vedcov vznik Zeme a jej hmoty prebiehal niekoľko miliónov rokov a stalo sa tak vďaka vzniku planetezimál. Držali sa spolu, respektíve hmota Zeme bola čoraz väčšia. Potom, čo naša planéta začala mať modernú hmotnosť, no stále bez atmosféry, na ňu bez prekážok dopadali telesá meteorov a asteroidov. Tento proces sa nazýva len akrécia a viedol k tomu, že sa uvoľnila významná gravitačná energia. A väčšie telesá zasiahli planétu, viac uvoľnil energiu obsiahnutú v útrobách Zeme.

Táto gravitačná diferenciácia viedla k tomu, že sa látky začali oddeľovať: ťažké látky jednoducho klesali, zatiaľ čo ľahké a prchavé látky sa vznášali nahor. Diferenciácia ovplyvnila aj dodatočné uvoľnenie gravitačnej energie.

Atómová energia

Využívanie zemskej energie môže prebiehať rôznymi spôsobmi. Napríklad pomocou výstavby jadrových elektrární, keď sa rozpadom uvoľňuje tepelná energia najmenšie častice hmota atómov. Hlavným palivom je urán, ktorý je obsiahnutý v zemskej kôre. Mnohí veria, že práve tento spôsob získavania energie je najsľubnejší, no jeho používanie je spojené s množstvom problémov. Po prvé, urán vyžaruje žiarenie, ktoré zabíja všetky živé organizmy. Navyše, ak sa táto látka dostane do pôdy alebo atmosféry, dôjde k skutočnej katastrofe spôsobenej človekom. Smutné následky haváriu v jadrovej elektrárni v Černobyle zažívame dodnes. Nebezpečenstvo spočíva v tom, že rádioaktívny odpad môže veľmi, veľmi ohroziť všetko živé. dlho po tisícročia.

Nový čas – nové nápady

Samozrejme, ľudia sa tam nezastavia a každý rok sa objavuje stále viac a viac pokusov nájsť nové spôsoby, ako získať energiu. Ak sa energia zemského tepla získa celkom jednoducho, potom niektoré metódy nie sú také jednoduché. Napríklad ako zdroj energie je celkom možné použiť biologický plyn, ktorý sa získava pri rozklade odpadu. Môže byť použitý na vykurovanie rodinných domov a ohrev vody.

Čoraz častejšie sa stavajú, keď sa priehrady a turbíny inštalujú cez ústie nádrží, ktoré sú poháňané prílivmi a odlivmi, respektíve sa získava elektrina.

Spálením odpadu získavame energiu

Ďalšou metódou, ktorá sa už v Japonsku používa, je tvorba spaľovne odpadu. Dnes sú postavené v Anglicku, Taliansku, Dánsku, Nemecku, Francúzsku, Holandsku a USA, ale iba v Japonsku sa tieto podniky začali používať nielen na zamýšľaný účel, ale aj na výrobu elektriny. V miestnych továrňach sa spália 2/3 všetkého odpadu, pričom továrne sú vybavené parnými turbínami. V súlade s tým dodávajú teplo a elektrinu do blízkych oblastí. Zároveň z hľadiska nákladov je vybudovanie takéhoto podniku oveľa výnosnejšie ako výstavba tepelnej elektrárne.

Lákavejšia je perspektíva využitia zemského tepla tam, kde sa sústreďujú sopky. V tomto prípade nebude potrebné vŕtať Zem príliš hlboko, pretože už v hĺbke 300 - 500 metrov bude teplota najmenej dvakrát vyššia ako bod varu vody.

Existuje aj taký spôsob výroby elektriny, keďže vodík – najjednoduchší a najľahší chemický prvok – možno považovať za ideálne palivo, pretože je tam, kde je voda. Ak spálite vodík, môžete získať vodu, ktorá sa rozkladá na kyslík a vodík. Samotný vodíkový plameň je neškodný, to znamená, že nepoškodí životné prostredie. Zvláštnosťou tohto prvku je, že má vysokú výhrevnosť.

Čo je v budúcnosti?

Samozrejme, energia magnetického poľa Zeme alebo tá, ktorá sa získava v jadrových elektrárňach, nemôže plne uspokojiť všetky potreby ľudstva, ktoré každým rokom narastajú. Odborníci však tvrdia, že nie je dôvod na obavy, keďže palivových zdrojov planéty je stále dosť. Navyše sa používa stále viac nových zdrojov, ktoré sú šetrné k životnému prostrediu a obnoviteľné.

Problém znečistenia zostáva životné prostredie a rastie exponenciálne rýchlo. Množstvo škodlivých emisií klesá, respektíve vzduch, ktorý dýchame, je škodlivý, voda obsahuje nebezpečné nečistoty a pôda sa postupne vyčerpáva. Preto je také dôležité včas študovať taký fenomén, akým je energia v útrobách Zeme, aby sme hľadali spôsoby, ako znížiť potrebu fosílnych palív a aktívnejšie využívať netradičné zdroje energie.

V našej krajine bohatej na uhľovodíky je geotermálna energia akýmsi exotickým zdrojom, ktorý za súčasného stavu pravdepodobne nebude konkurovať rope a plynu. Avšak, toto alternatívny pohľad energiu možno využiť takmer všade a celkom efektívne.

Geotermálna energia je teplo zemského vnútra. Produkuje sa v hĺbkach a na povrch Zeme sa dostáva v rôznych formách a s rôznou intenzitou.

Teplota vrchných vrstiev pôdy závisí najmä od vonkajších (exogénnych) faktorov – slnečného žiarenia a teploty vzduchu. V lete a cez deň sa pôda ohrieva do určitej hĺbky av zime a v noci sa ochladzuje podľa zmeny teploty vzduchu as určitým oneskorením, rastúcim s hĺbkou. Vplyv denných výkyvov teploty vzduchu končí v hĺbkach od niekoľkých do niekoľkých desiatok centimetrov. Sezónne výkyvy zachytávajú hlbšie vrstvy pôdy – až desiatky metrov.

V určitej hĺbke – od desiatok do stoviek metrov – sa teplota pôdy udržiava konštantná, rovná sa priemernej ročnej teplote vzduchu v blízkosti zemského povrchu. Dá sa to ľahko overiť zostupom do dosť hlbokej jaskyne.

Keď je priemerná ročná teplota vzduchu v danej oblasti pod nulou, prejavuje sa to ako permafrost (presnejšie permafrost). AT Východná Sibír Hrúbka, teda hrúbka celoročne zamrznutých pôd dosahuje miestami 200–300 m.

Od určitej hĺbky (svojej pre každý bod na mape) sa pôsobenie Slnka a atmosféry oslabí natoľko, že najskôr prídu na rad endogénne (vnútorné) faktory a vnútro zeme sa ohreje zvnútra, takže teplota začne klesať. stúpať s hĺbkou.

Ohrievanie hlbokých vrstiev Zeme je spojené najmä s rozpadom rádioaktívnych prvkov, ktoré sa tam nachádzajú, hoci sa nazývajú aj iné zdroje tepla, napríklad fyzikálno-chemické, tektonické procesy v hlbokých vrstvách zemskej kôry a plášťa. Ale bez ohľadu na príčinu, teplota hornín a súvisiacich kvapalných a plynných látok sa zvyšuje s hĺbkou. Baníci čelia tomuto javu – v hlbinných baniach je vždy horúco. V hĺbke 1 km sú tridsaťstupňové horúčavy normálne a hlbšie je teplota ešte vyššia.

Tepelný tok zemského vnútra, dosahujúci povrch Zeme, je malý - jeho výkon je v priemere 0,03–0,05 W / m 2 alebo približne 350 W h / m 2 za rok. Na pozadí tepelného toku zo Slnka a ním ohrievaného vzduchu je to nepostrehnuteľná hodnota: Slnko dáva každému meter štvorcový zemský povrch je asi 4 000 kWh ročne, teda 10 000-krát viac (samozrejme, je to v priemere, s obrovským rozptylom medzi polárnymi a rovníkovými šírkami a v závislosti od iných klimatických a poveternostných faktorov).

Nevýznamnosť toku tepla z hĺbky na povrch na väčšine planéty súvisí s nízkou tepelnou vodivosťou hornín a zvláštnosťami geologickej stavby. Existujú však výnimky - miesta, kde je tok tepla vysoký. Sú to predovšetkým zóny tektonických porúch, zvýšenej seizmickej aktivity a vulkanizmu, kde si energia zemského vnútra nachádza cestu von. Takéto zóny sa vyznačujú tepelnými anomáliami litosféry, tu môže byť tepelný tok dosahujúci zemský povrch mnohonásobne a dokonca rádovo silnejší ako ten „obyčajný“. Obrovské množstvo tepla vynášajú na povrch v týchto zónach sopečné erupcie a horúce pramene vody.

Práve tieto oblasti sú najpriaznivejšie pre rozvoj geotermálnej energie. Na území Ruska sú to predovšetkým Kamčatka, Kurilské ostrovy a Kaukaz.

Rozvoj geotermálnej energie je zároveň možný takmer všade, keďže zvyšovanie teploty s hĺbkou je všadeprítomný jav a úlohou je „odberať“ teplo z útrob, tak ako sa odtiaľ získavajú nerastné suroviny.

V priemere sa teplota s hĺbkou zvyšuje o 2,5–3°C na každých 100 m. Pomer teplotného rozdielu medzi dvoma bodmi ležiacimi v rôznych hĺbkach k rozdielu v hĺbke medzi nimi sa nazýva geotermálny gradient.

Recipročný je geotermálny krok alebo hĺbkový interval, v ktorom teplota stúpne o 1 °C.

Čím vyšší je gradient, a teda nižší krok, tým bližšie teplo hĺbka Zeme sa približuje k povrchu a oblasť je perspektívnejšia pre rozvoj geotermálnej energie.

AT rôznych oblastiach, v závislosti od geologickej stavby a iných regionálnych a miestnych podmienkach, rýchlosť zvyšovania teploty s hĺbkou sa môže výrazne líšiť. Na stupnici Zeme dosahujú výkyvy hodnôt geotermálnych gradientov a krokov 25-násobok. Napríklad v štáte Oregon (USA) je gradient 150 °C na 1 km a v Južnej Afrike je to 6 °C na 1 km.

Otázkou je, aká je teplota vo veľkých hĺbkach – 5, 10 km alebo viac? Ak bude trend pokračovať, teploty v hĺbke 10 km by sa mali v priemere pohybovať okolo 250–300 °C. Viac-menej to potvrdzujú priame pozorovania v ultrahlbokých vrtoch, hoci obraz je oveľa komplikovanejší ako lineárny nárast teploty.

Napríklad v superhlbokej studni Kola navŕtanej v Baltskom mori krištáľový štít sa teplota do hĺbky 3 km mení rýchlosťou 10°C/1 km a potom sa geotermálny gradient zväčší 2–2,5-krát. V hĺbke 7 km už bola zaznamenaná teplota 120°C, v 10 km - 180°C a v 12 km - 220°C.

Ďalším príkladom je studňa v severnom Kaspickom mori, kde v hĺbke 500 m bola zaznamenaná teplota 42°C, v 1,5 km - 70°C, v 2 km - 80°C, v 3 km - 108°C.

Predpokladá sa, že geotermálny gradient klesá už od hĺbky 20 – 30 km: v hĺbke 100 km sú odhadované teploty okolo 1300 – 1500 °C, v hĺbke 400 km – 1600 °C v zemskom jadro (hĺbka viac ako 6000 km) - 4000–5000 °C.

V hĺbkach do 10–12 km sa teplota meria cez vŕtané studne; tam, kde neexistujú, sa určuje nepriamymi znakmi rovnako ako vo väčších hĺbkach. Takéto nepriame znaky môžu byť povahou pasáže seizmické vlny alebo teplotu vyvierajúcej lávy.

Pre účely geotermálnej energie však údaje o teplotách v hĺbkach nad 10 km zatiaľ nie sú prakticky zaujímavé.

V hĺbkach niekoľkých kilometrov je veľa tepla, ale ako ho zdvihnúť? Niekedy za nás tento problém rieši sama príroda pomocou prírodného chladiva – zohriatych termálnych vôd, ktoré vychádzajú na povrch alebo ležia v nám dostupnej hĺbke. V niektorých prípadoch sa voda v hĺbke zahrieva do stavu pary.

Neexistuje striktná definícia pojmu „termálne vody“. Spravidla sa nimi rozumie horúca podzemná voda v kvapalnom skupenstve alebo vo forme pary, vrátane tých, ktoré prichádzajú na povrch Zeme s teplotou nad 20 °C, teda spravidla vyššou ako je teplota vzduchu.

Teplo podzemnej vody, pary, zmesi pary a vody je hydrotermálna energia. Podľa toho sa energia založená na jej využití nazýva hydrotermálna.

Pri výrobe tepla priamo zo suchých hornín - petrotermálnej energie je situácia zložitejšia, najmä preto, že dostatočne vysoké teploty spravidla začínajú z hĺbok niekoľkých kilometrov.

Na území Ruska je potenciál petrotermálnej energie stokrát vyšší ako hydrotermálnej energie – 3 500, respektíve 35 biliónov ton štandardného paliva. Je to celkom prirodzené – teplo z hlbín Zeme je všade a termálne vody sa nachádzajú lokálne. Pre zjavné technické ťažkosti sa však väčšina termálnych vôd v súčasnosti využíva na výrobu tepla a elektriny.

Teplota vody od 20-30 do 100°C je vhodná na vykurovanie, teploty od 150°C a vyššie - a na výrobu elektriny v geotermálnych elektrárňach.

Vo všeobecnosti sú geotermálne zdroje na území Ruska, pokiaľ ide o tony štandardného paliva alebo akejkoľvek inej jednotky merania energie, asi 10-krát vyššie ako zásoby fosílnych palív.

Teoreticky by len geotermálna energia mohla plne pokryť energetické potreby krajiny. Prakticky na tento moment na väčšine jeho územia to nie je možné z technických a ekonomických dôvodov.

Vo svete sa využívanie geotermálnej energie spája najčastejšie s Islandom – krajinou ležiacou na severnom konci Stredoatlantického hrebeňa, v mimoriadne aktívnej tektonickej a vulkanickej zóne. Asi každý si pamätá na mohutnú erupciu sopky Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajökull) v roku 2010.

Práve vďaka tejto geologickej špecifickosti má Island obrovské zásoby geotermálnej energie vrátane horúcich prameňov, ktoré vychádzajú na povrch Zeme a dokonca vyvierajú vo forme gejzírov.

Na Islande sa v súčasnosti viac ako 60 % všetkej spotrebovanej energie odoberá zo Zeme. Vrátane geotermálnych zdrojov je zabezpečených 90 % vykurovania a 30 % výroby elektriny. Dodávame, že zvyšok elektriny v krajine vyrábajú vodné elektrárne, teda aj s využitím obnoviteľného zdroja energie, vďaka čomu Island vyzerá ako akýsi globálny ekologický štandard.

Islandu ekonomicky výrazne pomohlo „skrotenie“ geotermálnej energie v 20. storočí. Do polovice minulého storočia to bolo veľmi chudobná krajina, je teraz na prvom mieste na svete z hľadiska inštalovaného výkonu a výroby geotermálnej energie na obyvateľa a je v prvej desiatke z hľadiska absolútna hodnota inštalovaný výkon geotermálnych elektrární. Jeho populácia je však iba 300 tisíc ľudí, čo zjednodušuje úlohu prechodu na šetrný k životnému prostrediu čisté zdroje energie: jej potreba je vo všeobecnosti malá.

Okrem Islandu je vysoký podiel geotermálnej energie v všeobecná súvaha výroba elektriny na Novom Zélande a v ostrovných krajinách Juhovýchodná Ázia(Filipíny a Indonézia), krajiny Strednej Ameriky a východnej Afriky, ktorých územie sa vyznačuje aj vysokou seizmickou resp. vulkanickej činnosti. Pre tieto krajiny pri ich súčasnej úrovni rozvoja a potrieb predstavuje geotermálna energia významný príspevok k sociálno-ekonomickému rozvoju.

Využívanie geotermálnej energie má veľmi dlhú históriu. Jeden z prvých slávne príklady- Taliansko, miesto v provincii Toskánsko, dnes nazývané Larderello, kde sa začiatkom 19. storočia na energetické účely využívali miestne horúce termálne vody, ktoré prirodzene tečú alebo sa získavajú z plytkých vrtov.

Na získavanie kyseliny boritej sa tu využívala voda z podzemných zdrojov, bohatá na bór. Spočiatku sa táto kyselina získavala odparovaním v železných kotloch a ako palivo sa bralo obyčajné palivové drevo z blízkych lesov, no v roku 1827 Francesco Larderel vytvoril systém, ktorý fungoval na teplo samotných vôd. Zároveň sa energia prírodnej vodnej pary začala využívať na prevádzku vrtných súprav a začiatkom 20. storočia na vykurovanie miestnych domov a skleníkov. Na tom istom mieste, v Larderello, sa v roku 1904 stala termálna vodná para Zdroj energie získať elektrinu.

Príklad Talianska na konci 19. a začiatku 20. storočia nasledovali niektoré ďalšie krajiny. Napríklad v roku 1892 boli termálne vody prvýkrát použité na lokálne vykurovanie v Spojených štátoch (Boise, Idaho), v roku 1919 - v Japonsku, v roku 1928 - na Islande.

V Spojených štátoch sa prvá hydrotermálna elektráreň objavila v Kalifornii začiatkom tridsiatych rokov, na Novom Zélande - v roku 1958, v Mexiku - v roku 1959, v Rusku (prvá binárna geoPP na svete) - v roku 1965.

Starý princíp pri novom zdroji

Výroba elektriny si vyžaduje vyššiu teplotu zdroja vody ako kúrenie, nad 150°C. Princíp fungovania geotermálnej elektrárne (GeoES) je podobný princípu fungovania klasickej tepelnej elektrárne (TPP). V skutočnosti je geotermálna elektráreň typom tepelnej elektrárne.

V tepelných elektrárňach je spravidla primárnym zdrojom energie uhlie, plyn alebo vykurovací olej a vodná para slúži ako pracovná tekutina. Palivo pri horení ohrieva vodu do stavu pary, ktorá roztáča parnú turbínu a tá vyrába elektrinu.

Rozdiel medzi GeoPP je v tom, že primárnym zdrojom energie je tu teplo zemského vnútra a pracovný orgán vo forme pary vstupuje do lopatiek turbíny elektrického generátora v „pripravenej“ forme priamo z výrobného vrtu.

Existujú tri hlavné schémy prevádzky GeoPP: priama, využívajúca suchú (geotermálnu) paru; nepriame, založené na hydrotermálnej vode, a zmiešané, čiže binárne.

Použitie jednej alebo druhej schémy závisí od stavu agregácie a teploty nosiča energie.

Najjednoduchšia a teda prvá zo zvládnutých schém je priama, pri ktorej para prichádzajúca z vrtu prechádza priamo cez turbínu. Prvý GeoPP na svete v Larderello v roku 1904 tiež fungoval na suchú paru.

GeoPP s nepriama schéma pracovné miesta sú dnes najbežnejšie. Používajú horúce podzemná voda, ktorý sa pod vysokým tlakom vstrekuje do výparníka, kde sa jeho časť odparí a vzniknutá para roztáča turbínu. V niektorých prípadoch sú potrebné ďalšie zariadenia a okruhy na čistenie geotermálnej vody a pary od agresívnych zlúčenín.

Odpadová para vstupuje do vstrekovacieho vrtu alebo sa používa na vykurovanie - v tomto prípade je princíp rovnaký ako pri prevádzke kogenerácie.

V binárnych GeoPP horúca termálna voda interaguje s inou kvapalinou, ktorá pôsobí ako pracovná kvapalina s nižším bodom varu. Obe kvapaliny prechádzajú cez výmenník tepla, kde termálna voda odparuje pracovnú kvapalinu, ktorej pary roztáčajú turbínu.

Tento systém je uzavretý, čím sa rieši problém emisií do ovzdušia. Pracovné kvapaliny s relatívne nízkym bodom varu navyše umožňujú využívať ako primárny zdroj energie nie príliš horúce termálne vody.

Všetky tri schémy využívajú hydrotermálny zdroj, ale na výrobu elektriny možno využiť aj petrotermálnu energiu.

Schéma zapojenia je v tomto prípade tiež celkom jednoduchá. Je potrebné vyvŕtať dve prepojené studne – injektážnu a produkčnú. Voda sa čerpá do vstrekovacej studne. V hĺbke sa ohrieva, potom sa ohriata voda alebo para vytvorená v dôsledku silného zahriatia privádza na povrch cez výrobný vrt. Ďalej všetko závisí od toho, ako sa petrotermálna energia využíva – na vykurovanie alebo na výrobu elektriny. Uzavretý cyklus je možný s čerpaním odpadovej pary a vody späť do injektážnej studne alebo iným spôsobom likvidácie.

Nevýhoda takéhoto systému je zrejmá: na získanie dostatočne vysokej teploty pracovnej tekutiny je potrebné vŕtať studne do veľkej hĺbky. A to sú vážne náklady a riziko výrazných tepelných strát, keď sa kvapalina pohybuje nahor. Preto sú petrotermálne systémy stále menej bežné ako hydrotermálne, aj keď potenciál petrotermálnej energie je rádovo vyšší.

V súčasnosti je lídrom vo vytváraní takzvaných petrotermálnych cirkulačných systémov (PCS) Austrália. Okrem toho sa tento smer geotermálnej energie aktívne rozvíja v USA, Švajčiarsku, Veľkej Británii a Japonsku.

Dar od lorda Kelvina

Vynález tepelného čerpadla v roku 1852 fyzikom Williamom Thompsonom (alias Lord Kelvin) poskytol ľudstvu skutočnú príležitosť využiť teplo nízkej kvality horné vrstvy pôdy. Systém tepelného čerpadla alebo multiplikátor tepla, ako ho nazval Thompson, je založený na fyzikálnom procese prenosu tepla z prostredia do chladiva. V skutočnosti využíva rovnaký princíp ako v petrotermálnych systémoch. Rozdiel je v zdroji tepla, v súvislosti s ktorým môže vzniknúť terminologická otázka: do akej miery možno považovať tepelné čerpadlo za geotermálny systém? Faktom je, že v horných vrstvách, do hĺbok desiatok či stoviek metrov, sa horniny a v nich obsiahnuté tekutiny neohrievajú hlbokým teplom zeme, ale slnkom. Primárnym zdrojom tepla je teda v tomto prípade Slnko, hoci sa odoberá, ako v geotermálnych systémoch, zo zeme.

Prevádzka tepelného čerpadla je založená na oneskorení ohrievania a ochladzovania pôdy v porovnaní s atmosférou, v dôsledku čoho sa vytvára teplotný gradient medzi povrchovými a hlbšími vrstvami, ktoré udržujú teplo aj v zime, podobne ako napr. čo sa deje v nádržiach. Hlavným účelom tepelných čerpadiel je vykurovanie priestorov. V skutočnosti je to „chladnička v opačnom smere“. Tepelné čerpadlo aj chladnička spolupôsobia s tromi zložkami: vnútorným prostredím (v prvom prípade - vykurovaná miestnosť, v druhom - chladenou komorou chladničky), vonkajším prostredím - zdrojom energie a chladivom (chladivo), ktoré je tiež chladivo, ktoré zabezpečuje prenos tepla alebo chladu.

Látka s nízkym bodom varu pôsobí ako chladivo, čo jej umožňuje odoberať teplo zo zdroja, ktorý má aj relatívne nízku teplotu.

V chladničke vstupuje kvapalné chladivo do výparníka cez škrtiacu klapku (regulátor tlaku), kde sa v dôsledku prudkého poklesu tlaku kvapalina odparí. Odparovanie je endotermický proces, ktorý vyžaduje, aby sa teplo absorbovalo zvonku. V dôsledku toho sa teplo odoberá z vnútorných stien výparníka, čo poskytuje chladiaci efekt v komore chladničky. Ďalej od výparníka je chladivo nasávané do kompresora, kde sa vracia do kvapalného stavu agregácie. Toto je opačný proces, ktorý vedie k uvoľneniu extrahovaného tepla počas vonkajšie prostredie. Spravidla sa hodí do miestnosti a zadná stena chladničky je pomerne teplá.

Tepelné čerpadlo funguje takmer rovnako, s tým rozdielom, že teplo sa odoberá z vonkajšieho prostredia a do vnútorného prostredia sa dostáva cez výparník - systém vykurovania miestnosti.

V skutočnom tepelnom čerpadle sa voda ohrieva, prechádza cez vonkajší okruh uložený v zemi alebo v nádrži a potom vstupuje do výparníka.

Vo výparníku sa teplo odovzdáva do vnútorného okruhu naplneného chladivom s nízkym bodom varu, ktoré prechodom cez výparník prechádza z kvapalného do plynného skupenstva, pričom odoberá teplo.

Ďalej plynné chladivo vstupuje do kompresora, kde je stlačené vysoký tlak a teploty a vstupuje do kondenzátora, kde dochádza k výmene tepla medzi horúcim plynom a chladivom z vykurovacieho systému.

Kompresor potrebuje na svoju činnosť elektrickú energiu, avšak transformačný pomer (pomer spotrebovanej a vyrobenej energie) v moderné systémy dostatočne vysoká, aby bola účinná.

V súčasnosti sa tepelné čerpadlá vo veľkej miere využívajú na vykurovanie miestností hlavne v ekonomicky vyspelých krajinách.

Ekologicky správna energia

Geotermálna energia sa považuje za ekologickú, čo je vo všeobecnosti pravda. V prvom rade využíva obnoviteľný a prakticky nevyčerpateľný zdroj. Geotermálna energia nie je potrebná veľké plochy, Na rozdiel od veľké vodné elektrárne alebo veterné farmy a neznečisťuje atmosféru, na rozdiel od uhľovodíkovej energie. V priemere GeoPP zaberá 400 m 2 v prepočte na 1 GW vyrobenej elektriny. Rovnaký údaj pre tepelnú elektráreň spaľujúcu uhlie je napríklad 3600 m 2 . Medzi environmentálne výhody GeoPP patrí aj nízka spotreba vody – 20 litrov čerstvej vody na 1 kW, pričom tepelné elektrárne a jadrové elektrárne si vyžadujú okolo 1000 litrov. Všimnite si, že toto sú environmentálne ukazovatele „priemerného“ GeoPP.

Ale stále existujú negatívne vedľajšie účinky. Medzi nimi sa najčastejšie rozlišuje hluk, tepelné znečistenie atmosférou a chemickou – vodou a pôdou, ako aj tvorbou tuhého odpadu.

Hlavným zdrojom chemického znečistenia životného prostredia je samotná termálna voda (s vysokou teplotou a mineralizáciou), ktorá často obsahuje veľké množstvo toxických zlúčenín, a preto vzniká problém s likvidáciou odpadových vôd a nebezpečných látok.

Negatívne účinky geotermálnej energie možno vysledovať v niekoľkých etapách, počnúc vŕtaním studní. Tu vznikajú rovnaké nebezpečenstvá ako pri vŕtaní akejkoľvek studne: zničenie pôdy a vegetačného krytu, znečistenie pôdy a podzemných vôd.

V štádiu prevádzky GeoPP pretrvávajú problémy so znečisťovaním životného prostredia. Termálne kvapaliny - voda a para - zvyčajne obsahujú oxid uhličitý (CO 2), sírnik (H 2 S), amoniak (NH 3), metán (CH 4), stolová soľ(NaCl), bór (B), arzén (As), ortuť (Hg). Po uvoľnení do životného prostredia sa stávajú zdrojom znečistenia. Navyše agresívne chemické prostredie môže spôsobiť korózne poškodenie konštrukcií GeoTPP.

Zároveň sú emisie znečisťujúcich látok na GeoPP v priemere nižšie ako na TPP. Napríklad emisie oxidu uhličitého na kilowatthodinu vyrobenej elektriny sú až 380 g v GeoPP, 1042 g v tepelných elektrárňach spaľujúcich uhlie, 906 g v vykurovacom oleji a 453 g v tepelných elektrárňach spaľujúcich plyn.

Vynára sa otázka: čo robiť s odpadovou vodou? Pri nízkej salinite sa po ochladení môže vypúšťať do povrchových vôd. Iný spôsob je čerpať ho späť do vodonosnej vrstvy cez injekčnú studňu, čo je v súčasnosti preferovaná a prevládajúca prax.

Ťažba termálnej vody z vodonosných vrstiev (ako aj odčerpávanie obyčajnej vody) môže spôsobiť poklesy a pohyby pôdy, iné deformácie geologických vrstiev a mikrozemetrasenia. Pravdepodobnosť takýchto javov je zvyčajne nízka, aj keď boli zaznamenané jednotlivé prípady (napríklad na GeoPP v Staufen im Breisgau v Nemecku).

Treba zdôrazniť, že väčšina GeoPP sa nachádza v relatívne riedko osídlených oblastiach a v krajinách tretieho sveta, kde sú environmentálne požiadavky menej prísne ako vo vyspelých krajinách. Okrem toho je v súčasnosti počet GeoPP a ich kapacity relatívne malé. S väčším rozvojom geotermálnej energie environmentálne riziká môže rásť a množiť sa.

Aká je energia Zeme?

Investičné náklady na výstavbu geotermálnych systémov sa značne líšia. veľký rozsah- od 200 do 5 000 dolárov za 1 kW inštalovaného výkonu, to znamená, že najlacnejšie možnosti sú porovnateľné s nákladmi na výstavbu tepelnej elektrárne. Závisia predovšetkým od podmienok výskytu termálnych vôd, ich zloženia a konštrukcie systému. Vŕtanie do veľkých hĺbok, vytvorenie uzavretého systému s dvoma studňami, nutnosť úpravy vody môže znásobiť náklady.

Napríklad investície do vytvorenia systému petrotermálnej cirkulácie (PTS) sa odhadujú na 1,6–4 tisíc dolárov na 1 kW inštalovaného výkonu, čo prevyšuje náklady na výstavbu jadrovej elektrárne a je porovnateľné s nákladmi na výstavbu veternej a solárne elektrárne.

Zjavnou ekonomickou výhodou GeoTPP je voľný nosič energie. Pre porovnanie, v nákladovej štruktúre prevádzkovanej tepelnej elektrárne alebo jadrovej elektrárne tvorí palivo 50–80 % alebo aj viac, v závislosti od aktuálnych cien energií. Z toho vyplýva ďalšia výhoda geotermálneho systému: prevádzkové náklady sú stabilnejšie a predvídateľnejšie, pretože nezávisia od vonkajšej konjunktúry cien energie. Vo všeobecnosti sa prevádzkové náklady GeoTPP odhadujú na 2 – 10 centov (60 kopejok – 3 ruble) na 1 kWh vytvorenej kapacity.

Druhou najväčšou (a veľmi významnou) položkou výdavkov po nosiči energie sú spravidla mzdy zamestnancov stanice, ktoré sa môžu v jednotlivých krajinách a regiónoch dramaticky líšiť.

V priemere sú náklady na 1 kWh geotermálnej energie porovnateľné s nákladmi na tepelné elektrárne (v ruských podmienkach - asi 1 rubeľ / 1 kWh) a desaťkrát vyššie ako náklady na výrobu elektriny vo vodných elektrárňach (5–10 kopejok). / 1 kWh).

Dôvodom vysokých nákladov je čiastočne to, že na rozdiel od tepelných a vodných elektrární má GeoTPP relatívne malú kapacitu. Okrem toho je potrebné porovnávať systémy nachádzajúce sa v rovnakom regióne a v podobných podmienkach. Takže napríklad na Kamčatke podľa odborníkov stojí 1 kWh geotermálnej elektriny 2-3 krát lacnejšie ako elektrina vyrobená v miestnych tepelných elektrárňach.

Ukazovatele ekonomická efektívnosť Fungovanie geotermálneho systému závisí napríklad od toho, či je potrebné likvidovať odpadovú vodu a akým spôsobom sa to robí, či je možné kombinované využitie zdroja. Takže chemické prvky a zlúčeniny extrahované z termálnej vody môžu poskytnúť dodatočný príjem. Pripomeňme si príklad Larderella: primár chemická výroba a využívanie geotermálnej energie malo pôvodne pomocný charakter.

Vpred v oblasti geotermálnej energie

Geotermálna energia sa vyvíja trochu inak ako veterná a slnečná energia. V súčasnosti to do značnej miery závisí od charakteru samotného zdroja, ktorý sa výrazne líši podľa regiónov a najvyššie koncentrácie sú viazané na úzke zóny geotermálnych anomálií, zvyčajne spojených s oblasťami tektonických zlomov a vulkanizmu.

Okrem toho je geotermálna energia v porovnaní s veternou energiou a ešte viac so slnečnou energiou technologicky menej kapacitná: systémy geotermálnych staníc sú pomerne jednoduché.

V celkovej štruktúre svetovej výroby elektriny tvorí geotermálna zložka menej ako 1 %, no v niektorých regiónoch a krajinách dosahuje jej podiel 25–30 %. Značná časť kapacít geotermálnej energie je v dôsledku väzby na geologické podmienky sústredená v krajinách tretieho sveta, kde sa rozlišujú tri zoskupenia najväčší rozvoj priemyslu – ostrovy juhovýchodnej Ázie, Strednej Ameriky a východnej Afriky. Prvé dva regióny sú súčasťou tichomorského „Ohnivého pásu Zeme“, tretí je viazaný na východoafrický rift. S najväčšou pravdepodobnosťou sa v týchto pásoch bude naďalej rozvíjať geotermálna energia. Vzdialenejšou perspektívou je rozvoj petrotermálnej energie s využitím tepla zemských vrstiev ležiacich v hĺbke niekoľkých kilometrov. Ide o takmer všadeprítomný zdroj, no jeho ťažba si vyžaduje vysoké náklady, preto sa petrotermálna energetika rozvíja predovšetkým v ekonomicky a technologicky najvýkonnejších krajinách.

Vo všeobecnosti, vzhľadom na všadeprítomnosť geotermálnych zdrojov a prijateľnú úroveň environmentálnej bezpečnosti, existuje dôvod domnievať sa, že geotermálna energia dobré vyhliadky rozvoj. Najmä pri rastúcej hrozbe nedostatku tradičných nosičov energie a ich rastúcich cien.

Od Kamčatky po Kaukaz

V Rusku má rozvoj geotermálnej energie pomerne dlhú históriu a v mnohých pozíciách patríme medzi svetových lídrov, aj keď podiel geotermálnej energie na celkovej energetickej bilancii obrovskej krajiny je stále zanedbateľný.

Priekopníkmi a centrami rozvoja geotermálnej energie v Rusku boli dva regióny - Kamčatka a Severný Kaukaz, a ak v prvom prípade hovoríme predovšetkým o elektroenergetike, potom v druhom o využití tepelnej energie termálna voda.

Na severnom Kaukaze, v Krasnodarské územie, Čečensko, Dagestan - teplo termálnych vôd na energetické účely sa využívalo už pred Veľkou vlasteneckou vojnou. V 80. – 90. rokoch 20. storočia sa rozvoj geotermálnej energie v regióne z pochopiteľných dôvodov zastavil a doteraz sa nespamätal zo stavu stagnácie. Napriek tomu zásobovanie geotermálnou vodou na severnom Kaukaze zabezpečuje teplo pre približne 500 tisíc ľudí a napríklad mesto Labinsk na území Krasnodar s populáciou 60 tisíc ľudí je geotermálnymi vodami úplne vykurované.

Na Kamčatke je história geotermálnej energie spojená predovšetkým s výstavbou GeoPP. Prvá z nich, stále prevádzkujúca stanice Pauzhetskaya a Paratunskaya, bola postavená už v rokoch 1965–1967, pričom Paratunskaya GeoPP s kapacitou 600 kW sa stala prvou stanicou na svete s binárnym cyklom. Išlo o vývoj sovietskych vedcov S. S. Kutateladzeho a A. M. Rosenfelda z Ústavu tepelnej fyziky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied, ktorí získali v roku 1965 autorské osvedčenie na získavanie elektriny z vody s teplotou 70 °C. Táto technológia sa následne stala prototypom pre viac ako 400 binárnych GeoPP na svete.

Kapacita Pauzhetskaya GeoPP, ktorá bola uvedená do prevádzky v roku 1966, bola spočiatku 5 MW a následne sa zvýšila na 12 MW. V súčasnosti je na stanici vo výstavbe binárny blok, ktorý zvýši jej kapacitu o ďalších 2,5 MW.

Rozvoju geotermálnej energie v ZSSR a Rusku bránila dostupnosť tradičných zdrojov energie – ropy, plynu, uhlia, no nikdy sa nezastavila. Najväčšími geotermálnymi energetickými zariadeniami v súčasnosti sú Verchne-Mutnovskaya GeoPP s celkovou kapacitou 12 MW energetických blokov, uvedené do prevádzky v roku 1999, a Mutnovskaya GeoPP s kapacitou 50 MW (2002).

Mutnovskaya a Verkhne-Mutnovskaya GeoPP sú jedinečné objekty nielen pre Rusko, ale aj v celosvetovom meradle. Stanice sa nachádzajú na úpätí Mutnovského vulkánu, v nadmorskej výške 800 metrov nad morom a fungujú v extrémnych klimatických podmienkach, kde je zima 9-10 mesiacov v roku. Zariadenie Mutnovského GeoPP, v súčasnosti jedného z najmodernejších na svete, bolo kompletne vytvorené v domácich podnikoch energetiky.

V súčasnosti je podiel Mutnovských staníc na celkovej štruktúre spotreby energie centrálneho energetického uzla Kamčatka 40 %. V najbližších rokoch sa plánuje zvýšenie kapacity.

Samostatne by sa malo povedať o ruskom petrotermálnom vývoji. Zatiaľ nemáme veľké PCS, ale existujú Hi-tech vrty do veľkej hĺbky (asi 10 km), ktoré tiež nemajú vo svete obdoby. Ich ďalší rozvoj umožní drasticky znížiť náklady na vytváranie petrotermálnych systémov. Vývojármi týchto technológií a projektov sú N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geologický ústav Ruskej akadémie vied), A. S. Nekrasov (Ústav ekonomických prognóz Ruskej akadémie vied) a špecialisti z Turbíny v Kaluze. V súčasnosti je projekt petrolejového cirkulačného systému v Rusku v pilotnej fáze.

V Rusku existujú perspektívy geotermálnej energie, aj keď sú relatívne vzdialené: v súčasnosti je potenciál dosť veľký a pozícia tradičnej energie je silná. Zároveň je v mnohých odľahlých regiónoch krajiny využitie geotermálnej energie ekonomicky rentabilné a žiadané aj v súčasnosti. Ide o územia s vysokým geoenergetickým potenciálom (Čukotka, Kamčatka, Kuriles - Ruská časť tichomorský „Ohnivý pás Zeme“, hory južnej Sibíri a Kaukaz) a zároveň vzdialené a odrezané od centralizovaného zásobovania energiou.

Je pravdepodobné, že v najbližších desaťročiach sa geotermálna energia u nás bude rozvíjať práve v takýchto regiónoch.

Pre Rusko sa energia zemského tepla môže stať stálym a spoľahlivým zdrojom poskytovania lacnej a cenovo dostupnej elektriny a tepla pomocou nových vysokých, ekologických technológií na jeho ťažbu a dodávku spotrebiteľovi. To platí najmä v súčasnosti

Obmedzené zdroje fosílnych energetických surovín

Dopyt po organických energetických surovinách je vysoký v industrializovaných a rozvojové krajiny(USA, Japonsko, štáty zjednotenej Európy, Čína, India atď.). Zároveň sú ich vlastné zdroje uhľovodíkov v týchto krajinách buď nedostatočné, alebo rezervované a krajina, napríklad Spojené štáty americké, nakupuje energetické suroviny v zahraničí alebo rozvíja ložiská v iných krajinách.

V Rusku, jednej z energeticky najbohatších krajín, sú ekonomické potreby energie stále uspokojované možnosťami využívania prírodných zdrojov. Ťažba fosílnych uhľovodíkov z podložia však prebieha veľmi rýchlym tempom. Ak v rokoch 1940-1960. hlavnými regiónmi produkujúcimi ropu boli „Druhé Baku“ na Volge a Cis-Urale, potom od 70. rokov 20. storočia až do súčasnosti Západná Sibír. Ale aj tu dochádza k výraznému poklesu produkcie fosílnych uhľovodíkov. Éra „suchého“ cenomanského plynu sa končí. Doterajšia etapa extenzívneho rozvoja ťažby zemného plynu sa skončila. Jeho ťažba z takých obrovských ložísk ako Medvezhye, Urengoyskoye a Yamburgskoye predstavovala 84, 65 a 50%. Špecifická hmotnosť Zásoby ropy priaznivé pre rozvoj časom tiež klesajú.

V dôsledku aktívnej spotreby uhľovodíkových palív sa výrazne znížili zásoby ropy a zemného plynu na pevnine. Teraz sú ich hlavné zásoby sústredené na kontinentálnom šelfe. A hoci je surovinová základňa ropného a plynárenského priemyslu stále dostatočná na ťažbu ropy a plynu v Rusku v požadovaných objemoch, v blízkej budúcnosti bude vo zvýšenej miere zabezpečovaná rozvojom polí so zložitou ťažbou resp. geologické pomery. Zároveň budú rásť náklady na výrobu uhľovodíkov.

Väčšina neobnoviteľných zdrojov vyťažených z podložia sa využíva ako palivo pre elektrárne. V prvom rade ide o podiel, ktorý v štruktúre paliva predstavuje 64 %.

V Rusku sa 70 % elektriny vyrába v tepelných elektrárňach. Energetické podniky v krajine ročne spália asi 500 miliónov ton c.e. ton za účelom získania elektriny a tepla, pričom na výrobu tepla sa spotrebuje 3-4 krát viac uhľovodíkového paliva ako na výrobu elektriny.

Množstvo tepla získaného spaľovaním týchto objemov uhľovodíkových surovín sa rovná použitiu stoviek ton jadrového paliva – rozdiel je obrovský. Avšak jadrová energia vyžaduje zabezpečenie environmentálnej bezpečnosti (aby sa zabránilo opakovaniu Černobyľu) a jeho ochrana pred možnými teroristickými činmi, ako aj bezpečné a nákladné vyraďovanie zastaraných a zastaraných jadrových blokov. Preukázané vyťažiteľné zásoby uránu vo svete sú asi 3 milióny 400 tisíc ton.Za celé predchádzajúce obdobie (do roku 2007) sa vyťažili asi 2 milióny ton.

OZE ako budúcnosť globálnej energetiky

Zvýšený záujem vo svete v posledných desaťročiach o alternatívne obnoviteľné zdroje energie (OZE) je spôsobený nielen vyčerpávaním zásob uhľovodíkových palív, ale aj potrebou riešenia environmentálnych problémov. Objektívne faktory (zásoby fosílnych palív a uránu, ako aj zmeny životného prostredia spojené s využívaním tradičnej požiarnej a jadrovej energie) a trendy rozvoja energetiky naznačujú, že prechod na nové metódy a formy výroby energie je nevyhnutný. Už v prvej polovici XXI storočia. dôjde k úplnému alebo takmer úplnému prechodu na netradičné zdroje energie.

Čím skôr sa v tomto smere podarí prelomiť, tým menej bolestné to bude pre celú spoločnosť a prínosnejšie pre krajinu, kde rozhodné kroky v naznačenom smere.

Svetová ekonomika už nastavila kurz prechodu na racionálnu kombináciu tradičných a nových zdrojov energie. Spotreba energie vo svete do roku 2000 predstavovala viac ako 18 miliárd ton ekvivalentu paliva. ton a spotreba energie sa do roku 2025 môže zvýšiť na 30 – 38 miliárd ton ekvivalentu paliva. ton, podľa prognózovaných údajov je do roku 2050 možná spotreba na úrovni 60 miliárd ton ekvivalentu paliva. t.. Charakteristickým trendom vo vývoji svetovej ekonomiky v sledovanom období je systematický pokles spotreby fosílnych palív a tomu zodpovedajúci nárast využívania netradičných energetické zdroje. Tepelná energia Zeme medzi nimi zaujíma jedno z prvých miest.

V súčasnosti Ministerstvo energetiky Ruskej federácie prijalo program rozvoja netradičná energia vrátane 30 veľkých projektov využitie inštalácií tepelných čerpadiel (HPU), ktorých princíp činnosti je založený na spotrebe nízkopotenciálnej tepelnej energie Zeme.

Nízkopotenciálna energia zemského tepla a tepelných čerpadiel

Zdrojmi nízkopotenciálnej tepelnej energie Zeme sú slnečné žiarenie a tepelné žiarenie vyhriatych útrob našej planéty. V súčasnosti je využívanie takejto energie jednou z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich oblastí energetiky založenej na obnoviteľných zdrojoch energie.

Teplo zeme sa dá využiť v rôzne druhy budov a stavieb na vykurovanie, zásobovanie teplou vodou, klimatizáciu (chladenie), ako aj na vykurovanie tratí v zimnom období, zamedzenie námrazy, vyhrievanie ihrísk na vonkajších štadiónoch a pod. technickú literatúru systémy, ktoré využívajú zemské teplo vo vykurovacích a klimatizačných systémoch, sa označujú ako GHP – „geotermálne tepelné čerpadlá“ (geotermálne tepelné čerpadlá). Klimatické charakteristiky krajiny strednej a severnej Európy, ktoré sú spolu s USA a Kanadou hlavnými oblasťami využitia nízkokvalitného tepla Zeme, to určujú najmä na vykurovacie účely; chladenie vzduchom aj v letné obdobie sa vyžaduje pomerne zriedka. Tepelné čerpadlá v európskych krajinách preto na rozdiel od USA pracujú prevažne vo vykurovacom režime. V USA sa častejšie používajú v systémoch ohrevu vzduchu v kombinácii s ventiláciou, ktorá umožňuje ohrev aj chladenie vonkajšieho vzduchu. V európskych krajinách sa tepelné čerpadlá zvyčajne používajú v systémoch ohrevu vody. Keďže ich účinnosť stúpa so znižovaním teplotného rozdielu medzi výparníkom a kondenzátorom, na vykurovanie budov sa často používajú podlahové vykurovacie systémy, v ktorých cirkuluje chladivo s relatívne nízkou teplotou (35–40 °C).

Typy systémov na využitie nízkopotenciálnej energie zemského tepla

AT všeobecný prípad Existujú dva typy systémov na využitie nízkopotenciálnej energie zemského tepla:

- otvorené systémy: ako zdroj nekvalitnej tepelnej energie sa využíva podzemná voda, ktorá je dodávaná priamo do tepelných čerpadiel;

- uzavreté systémy: výmenníky tepla sú umiestnené v pôdnom masíve; keď cez ne cirkuluje chladivo s teplotou nižšou ako zem, tepelná energia sa „odoberá“ zo zeme a prenáša sa do výparníka tepelného čerpadla (alebo pri použití chladiva s vyššou teplotou voči zemi sa ochladzuje ).

Nevýhody otvorených systémov spočívajú v tom, že studne vyžadujú údržbu. Navyše použitie takýchto systémov nie je možné vo všetkých oblastiach. Hlavné požiadavky na pôdu a podzemnú vodu sú nasledovné:

- dostatočná vodná priepustnosť pôdy umožňujúca doplnenie zásob vody;

- dobre chemické zloženie podzemná voda (napr. nízky obsah železa), aby sa predišlo problémom s vodným kameňom v potrubí a koróziou.

Uzavreté systémy na využitie nízkopotenciálnej energie zemského tepla

Uzavreté systémy sú horizontálne a vertikálne (obrázok 1).

Ryža. 1. Schéma inštalácie geotermálneho tepelného čerpadla s: a - horizontálnou

a b - vertikálne zemné výmenníky tepla.

Horizontálny zemný výmenník tepla

V krajinách západnej a strednej Európy sú horizontálne zemné výmenníky obyčajne samostatné potrubia uložené pomerne tesne a navzájom spojené sériovo alebo paralelne (obr. 2).

Ryža. 2. Horizontálne zemné výmenníky tepla s: a - sekvenčnými a

b - paralelné pripojenie.

Aby sa ušetrila oblasť miesta, kde sa teplo odvádza, boli vyvinuté vylepšené typy výmenníkov tepla, napríklad výmenníky tepla vo forme špirály (obr. 3), umiestnené horizontálne alebo vertikálne. Táto forma výmenníkov tepla je bežná v USA.

V našej krajine bohatej na uhľovodíky je geotermálna energia akýmsi exotickým zdrojom, ktorý za súčasného stavu pravdepodobne nebude konkurovať rope a plynu. Napriek tomu sa dá táto alternatívna forma energie využiť takmer všade a celkom efektívne.

Geotermálna energia je teplo zemského vnútra. Produkuje sa v hĺbkach a na povrch Zeme sa dostáva v rôznych formách a s rôznou intenzitou.

Keď je priemerná ročná teplota vzduchu v danej oblasti pod nulou, prejavuje sa to ako permafrost (presnejšie permafrost). Vo východnej Sibíri dosahuje hrúbka, teda hrúbka, celoročne zamrznutých pôd miestami 200–300 m.

Tepelný tok zemského vnútra, dosahujúci povrch Zeme, je malý - jeho výkon je v priemere 0,03–0,05 W / m 2 alebo približne 350 W h / m 2 za rok. Na pozadí tepelného toku zo Slnka a ním ohrievaného vzduchu je to nepostrehnuteľná hodnota: Slnko dáva na každý štvorcový meter zemského povrchu ročne asi 4 000 kWh, teda 10 000-krát viac (samozrejme, v priemere s obrovským rozptylom medzi polárnymi a rovníkovými šírkami a v závislosti od iných klimatických a poveternostných faktorov).

Práve tieto oblasti sú najpriaznivejšie pre rozvoj geotermálnej energie. Na území Ruska sú to predovšetkým Kamčatka, Kurilské ostrovy a Kaukaz.

Recipročný je geotermálny krok alebo hĺbkový interval, v ktorom teplota stúpne o 1 °C.

Čím vyšší je gradient a teda aj nižší stupeň, tým viac sa teplo z hlbín Zeme blíži k povrchu a tým je táto oblasť sľubnejšia pre rozvoj geotermálnej energie.

V rôznych oblastiach, v závislosti od geologickej štruktúry a iných regionálnych a miestnych podmienok, sa rýchlosť zvyšovania teploty s hĺbkou môže dramaticky líšiť. Na stupnici Zeme dosahujú výkyvy hodnôt geotermálnych gradientov a krokov 25-násobok. Napríklad v štáte Oregon (USA) je gradient 150 °C na 1 km a v Južnej Afrike je to 6 °C na 1 km.

Napríklad v superhlbokej studni Kola vyvŕtanej v Baltskom kryštalickom štíte sa teplota mení rýchlosťou 10 °C/1 km do hĺbky 3 km a potom sa geotermálny gradient zväčší 2–2,5-krát. V hĺbke 7 km už bola zaznamenaná teplota 120°C, v 10 km - 180°C a v 12 km - 220°C.

Ďalším príkladom je studňa v severnom Kaspickom mori, kde v hĺbke 500 m bola zaznamenaná teplota 42°C, v 1,5 km - 70°C, v 2 km - 80°C, v 3 km - 108°C.

V hĺbkach do 10–12 km sa teplota meria cez vŕtané studne; tam, kde neexistujú, sa určuje nepriamymi znakmi rovnako ako vo väčších hĺbkach. Takýmito nepriamymi znakmi môže byť povaha prechodu seizmických vĺn alebo teplota vyvierajúcej lávy.

Pre účely geotermálnej energie však údaje o teplotách v hĺbkach nad 10 km zatiaľ nie sú prakticky zaujímavé.

Teplo podzemnej vody, pary, zmesi pary a vody je hydrotermálna energia. Podľa toho sa energia založená na jej využití nazýva hydrotermálna.

Teplota vody od 20-30 do 100°C je vhodná na vykurovanie, teploty od 150°C a vyššie - a na výrobu elektriny v geotermálnych elektrárňach.

Teoreticky by len geotermálna energia mohla plne pokryť energetické potreby krajiny. V praxi to v súčasnosti na väčšine jeho územia nie je možné z technických a ekonomických dôvodov.

Islandu ekonomicky výrazne pomohlo „skrotenie“ geotermálnej energie v 20. storočí. Do polovice minulého storočia to bola veľmi chudobná krajina, v súčasnosti je na prvom mieste na svete z hľadiska inštalovaného výkonu a výroby geotermálnej energie na obyvateľa a v absolútnom inštalovanom výkone geotermálnej energie je v prvej desiatke. rastliny. Jeho populácia je však iba 300 tisíc ľudí, čo zjednodušuje prechod na ekologické zdroje energie: potreba je vo všeobecnosti malá.

Vysoký podiel geotermálnej energie na celkovej bilancii výroby elektriny majú okrem Islandu aj Nový Zéland a ostrovné štáty juhovýchodnej Ázie (Filipíny a Indonézia), krajiny Strednej Ameriky a východnej Afriky, ktorých územie je tiež charakterizované vysokou seizmickou a sopečnou činnosťou. Pre tieto krajiny pri ich súčasnej úrovni rozvoja a potrieb predstavuje geotermálna energia významný príspevok k sociálno-ekonomickému rozvoju.

Využívanie geotermálnej energie má veľmi dlhú históriu. Jedným z prvých známych príkladov je Taliansko, miesto v provincii Toskánsko, dnes nazývané Larderello, kde sa už na začiatku 19. storočia využívali na energiu miestne horúce termálne vody, ktoré prirodzene tečú alebo sa získavajú z plytkých vrtov. účely.