enerhiyang geothermal- ito ang enerhiya ng init na inilalabas mula sa mga panloob na sona ng Earth sa daan-daang milyong taon. Ayon sa geological at geophysical studies, ang temperatura sa core ng Earth ay umabot sa 3,000-6,000 °C, unti-unting bumababa sa direksyon mula sa gitna ng planeta hanggang sa ibabaw nito. Ang pagsabog ng libu-libong mga bulkan, ang paggalaw ng mga bloke ng crust ng lupa, ang mga lindol ay nagpapatotoo sa pagkilos ng malakas na panloob na enerhiya ng Earth. Naniniwala ang mga siyentipiko na ang thermal field ng ating planeta ay dahil sa radioactive decay sa kalaliman nito, pati na rin ang gravitational separation ng core matter.
Ang pangunahing pinagmumulan ng pag-init ng mga bituka ng planeta ay uranium, thorium at radioactive potassium. Ang mga proseso ng radioactive decay sa mga kontinente ay nangyayari pangunahin sa granitic layer ng crust ng lupa sa lalim na 20-30 km o higit pa, sa mga karagatan - sa itaas na mantle. Ipinapalagay na sa ilalim ng crust ng lupa sa lalim na 10-15 km, ang posibleng halaga ng temperatura sa mga kontinente ay 600-800 ° C, at sa karagatan - 150-200 ° C.
Ang isang tao ay maaaring gumamit ng geothermal energy lamang kung saan ito nagpapakita ng sarili malapit sa ibabaw ng Earth, i.e. sa mga lugar ng aktibidad ng bulkan at seismic. Ngayon ang geothermal energy ay epektibong ginagamit ng mga bansang tulad ng USA, Italy, Iceland, Mexico, Japan, New Zealand, Russia, Philippines, Hungary, El Salvador. Dito, ang panloob na init ng lupa ay tumataas sa pinakaibabaw sa anyo ng mainit na tubig at singaw na may temperatura na hanggang 300 ° C at madalas na lumalabas bilang init ng mga bumubulusok na mapagkukunan (geysers), halimbawa, ang mga sikat na geyser. ng Yellowstone Park sa USA, ang mga geyser ng Kamchatka, Iceland.
Mga mapagkukunan ng geothermal na enerhiya nahahati sa dry hot steam, wet hot steam at mainit na tubig. Ang balon, na isang mahalagang pinagmumulan ng enerhiya para sa electric railway sa Italy (malapit sa Larderello), ay pinalakas ng tuyo na mainit na singaw mula noong 1904. Dalawa pang kilalang lugar sa mundo na may mainit na tuyong singaw ay ang Matsukawa field sa Japan at ang geyser field malapit sa San Francisco, kung saan ang geothermal energy ay epektibo ring ginagamit sa mahabang panahon. Karamihan sa mga basang mainit na singaw sa mundo ay matatagpuan sa New Zealand (Wairakei), mga geothermal na patlang na may bahagyang mas mababang kapasidad - sa Mexico, Japan, El Salvador, Nicaragua, Russia.
Kaya, apat na pangunahing uri ng geothermal na mapagkukunan ng enerhiya ang maaaring makilala:
init sa ibabaw ng lupa na ginagamit ng mga heat pump;
mga mapagkukunan ng enerhiya ng singaw, mainit at mainit na tubig malapit sa ibabaw ng lupa, na ngayon ay ginagamit sa paggawa ng elektrikal na enerhiya;
init na puro malalim sa ilalim ng ibabaw ng lupa (marahil sa kawalan ng tubig);
enerhiya ng magma at init na naiipon sa ilalim ng mga bulkan.
Ang geothermal heat reserves (~ 8 * 1030J) ay 35 bilyong beses ng taunang global na pagkonsumo ng enerhiya. 1% lamang ng geothermal energy ng crust ng mundo (10 km ang lalim) ang makakapagbigay ng dami ng enerhiya na 500 beses na mas malaki kaysa sa lahat ng reserbang langis at gas sa mundo. Gayunpaman, ngayon ay isang maliit na bahagi lamang ng mga mapagkukunang ito ang maaaring gamitin, at ito ay dahil pangunahin sa mga kadahilanang pang-ekonomiya. Ang simula ng industriyal na pag-unlad ng geothermal resources (enerhiya ng mainit na malalim na tubig at singaw) ay inilatag noong 1916, nang ang unang geothermal power plant na may kapasidad na 7.5 MW ay inilagay sa operasyon sa Italya. Sa nakalipas na panahon, malaking karanasan ang naipon sa larangan ng praktikal na pag-unlad ng mga mapagkukunan ng geothermal na enerhiya. Ang kabuuang naka-install na kapasidad ng pagpapatakbo ng geothermal power plants (GeoTPP) ay: 1975 - 1,278 MW, noong 1990 - 7,300 MW. Ang Estados Unidos, Pilipinas, Mexico, Italy, at Japan ay nakamit ang pinakamalaking pag-unlad sa bagay na ito.
Ang mga teknikal at pang-ekonomiyang parameter ng GeoTPP ay nag-iiba sa isang medyo malawak na hanay at nakasalalay sa mga geological na katangian ng lugar (lalim ng paglitaw, mga parameter ng gumaganang likido, komposisyon nito, atbp.). Para sa karamihan ng mga kinomisyong GeoTPP, ang halaga ng kuryente ay katulad ng halaga ng kuryente na ginawa sa mga TPP na pinapagana ng karbon, at umaabot sa 1200 ... 2000 US dollars / MW.
Sa Iceland, 80% ng mga gusali ng tirahan ay pinainit ng mainit na tubig na kinuha mula sa mga geothermal well sa ilalim ng lungsod ng Reykjavik. Sa kanluran ng Estados Unidos, humigit-kumulang 180 tahanan at bukid ang pinainit ng mainit na tubig na geothermal. Ayon sa mga eksperto, sa pagitan ng 1993 at 2000, ang pandaigdigang henerasyon ng kuryente mula sa geothermal na enerhiya ay higit sa doble. Napakaraming reserba ng geothermal heat sa Estados Unidos na maaari itong theoretically magbigay ng 30 beses na mas maraming enerhiya kaysa sa kasalukuyang kumokonsumo ng estado.
Sa hinaharap, posibleng gamitin ang init ng magma sa mga lugar kung saan ito matatagpuan malapit sa ibabaw ng Earth, pati na rin ang tuyong init ng pinainit na mala-kristal na mga bato. Sa huling kaso, ang mga balon ay binubura ng ilang kilometro, ang malamig na tubig ay binomba pababa, at ang mainit na tubig ay ibinalik.
Ang pangunahing pinagmumulan ng thermal energy ng Earth ay [ , ]:
Sa ngayon, ang unang apat na mapagkukunan lamang ang na-quantified. Sa ating bansa, ang pangunahing merito dito ay nabibilang sa O.G. Sorokhtin at S.A. Ushakov. Ang sumusunod na data ay pangunahing batay sa mga kalkulasyon ng mga siyentipikong ito.
Ang init ng pagkakaiba-iba ng gravitational ng Earth
Isa sa pinakamahalagang regularidad sa pag-unlad ng Earth ay pagkakaiba-iba sangkap nito, na nagpapatuloy sa kasalukuyang panahon. Ang pagkakaiba-iba na ito ay nagresulta sa pagbuo core at crust, pagbabago sa komposisyon ng pangunahin mga damit, habang ang paghihiwalay ng isang unang homogenous na substance sa mga fraction ng iba't ibang densidad ay sinamahan ng paglabas thermal energy, at ang pinakamataas na paglabas ng init ay nangyayari kapag ang terrestrial matter ay nahahati sa siksik at mabigat na core at nalalabi mas magaan silicate shell manta ng lupa. Sa kasalukuyan, karamihan sa init na ito ay nabuo sa hangganan mantle - core.
Mga Enerhiya ng Gravitational Differentiation ng Earth sa buong panahon ng pag-iral nito ay namumukod-tangi - 1.46 * 10 38 erg (1.46 * 10 31 J). Nabigyan ng enerhiya para sa karamihan ng unang napupunta sa kinetic energy convective currents ng mantle substance, at pagkatapos ay sa mainit-init; ang ibang bahagi nito ay ginagastos sa karagdagang compression ng loob ng lupa, na nagmumula dahil sa konsentrasyon ng mga siksik na phase sa gitnang bahagi ng Earth. Mula sa 1.46*10 38 erg napunta ang enerhiya ng gravitational differentiation ng Earth sa karagdagang compression nito 0.23*10 38 erg (0.23*10 31 J), at sa anyo ng init na inilabas 1.23*10 38 erg (1.23*10 31 J). Ang magnitude ng thermal component na ito ay makabuluhang lumampas sa kabuuang paglabas sa Earth ng lahat ng iba pang uri ng enerhiya. Ang pamamahagi ng oras ng kabuuang halaga at rate ng paglabas ng thermal component ng gravitational energy ay ipinapakita sa Fig. 3.6 .
kanin. 3.6.
Ang kasalukuyang antas ng pagbuo ng init sa panahon ng pagkakaiba-iba ng gravitational ng Earth - 3*10 20 erg/s (3*10 13W), na nakadepende sa halaga ng modernong heat flux na dumadaan sa ibabaw ng planeta sa ( 4.2-4.3) * 10 20 erg / s ((4.2-4.3)*10 13W), ay ~ 70%
.
radiogenic init
Sanhi ng radioactive decay ng hindi matatag isotopes. Ang pinaka masinsinang enerhiya at pangmatagalan ( na may kalahating buhay naaayon sa edad ng Daigdig) ay isotopes 238 U, 235 U, 232th at 40K. Karamihan sa kanila ay puro sa crust ng kontinental. Modernong antas ng henerasyon radiogenic init:
- ng American geophysicist V.Vakye - 1.14*10 20 erg/s (1.14*10 13W) ,
- ayon sa mga geophysicist ng Russia O.G. Sorokhtin at S.A. Ushakov - 1.26*10 20 erg/s(1.26*10 13W) .
Mula sa halaga ng modernong daloy ng init, ito ay ~ 27-30%.
Sa kabuuang init ng radioactive decay sa 1.26*10 20 erg/s (1.26*10 13W) sa crust ng lupa ay namumukod-tangi - 0.91*10 20 erg/s, at sa manta - 0.35*10 20 erg/s. Kasunod nito na ang proporsyon ng mantle radiogenic heat ay hindi lalampas sa 10% ng kabuuang modernong pagkawala ng init ng Earth, at hindi ito maaaring maging pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa mga aktibong tectono-magmatic na proseso, na ang lalim ay maaaring umabot sa 2900 km. ; at ang radiogenic na init na inilabas sa crust ay medyo mabilis na nawala sa ibabaw ng lupa at halos hindi nakikilahok sa pag-init ng malalim na interior ng planeta.
Sa mga nakaraang geological epoch, ang dami ng radiogenic heat na inilabas sa mantle ay dapat na mas mataas. Ang mga pagtatantya nito sa panahon ng pagbuo ng Earth ( 4.6 bilyong taon na ang nakalilipas) bigyan - 6.95*10 20 erg/s. Mula noon, nagkaroon ng tuluy-tuloy na pagbaba sa rate ng pagpapalabas ng radiogenic energy (Fig. 3.7 ).
Para sa lahat ng oras sa Earth ay tumayo ~4.27*10 37 erg(4.27*10 30 J) ang thermal energy ng radioactive decay, na halos tatlong beses na mas mababa kaysa sa kabuuang halaga ng init ng gravitational differentiation.
Ang init ng tidal friction
Namumukod-tangi ito sa panahon ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ng Earth, lalo na sa Buwan, bilang ang pinakamalapit na malaking cosmic body. Dahil sa kapwa gravitational attraction, nangyayari ang tidal deformation sa kanilang mga katawan - pamamaga o mga umbok. Ang tidal humps ng mga planeta, kasama ang kanilang karagdagang atraksyon, ay nakakaimpluwensya sa kanilang paggalaw. Kaya, ang atraksyon ng parehong tidal humps ng Earth ay lumilikha ng isang pares ng mga puwersa na kumikilos kapwa sa Earth mismo at sa Buwan. Gayunpaman, ang impluwensya ng malapit, nakaharap sa buwan na pamamaga ay medyo mas malakas kaysa sa malayo. Dahil sa katotohanan na ang angular velocity ng pag-ikot ng modernong Earth ( 7.27*10 -5 s -1) lumalampas sa bilis ng orbit ng Buwan ( 2.66*10 -6 s -1), at ang sangkap ng mga planeta ay hindi perpektong nababanat, kung gayon ang tidal humps ng Earth ay, kumbaga, dinadala ng pasulong na pag-ikot nito at kapansin-pansing nauuna sa paggalaw ng Buwan. Ito ay humahantong sa ang katunayan na ang pinakamataas na tides ng Earth ay palaging nangyayari sa ibabaw nito medyo huli kaysa sa sandali kasukdulan Buwan, at isang karagdagang sandali ng mga puwersa ang kumikilos sa Earth at sa Buwan (Fig. 3.8 ) .
Ang mga ganap na halaga ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng tidal sa sistema ng Earth-Moon ay medyo maliit na ngayon at ang mga tidal deformation ng lithosphere na dulot ng mga ito ay maaaring umabot lamang ng ilang sampu-sampung sentimetro, ngunit humantong sila sa isang unti-unting pagbabawas ng bilis ng Earth. pag-ikot at, sa kabaligtaran, sa pagbilis ng orbital motion ng Buwan at ang pag-alis nito mula sa Earth. Ang kinetic energy ng paggalaw ng tidal humps ng earth ay na-convert sa thermal energy dahil sa internal friction ng matter sa tidal humps.
Sa kasalukuyan, ang rate ng pagpapakawala ng tidal energy sa pamamagitan ng G. McDonald ay ~0.25*10 20 erg/s (0.25*10 13W), habang ang pangunahing bahagi nito (mga 2/3) ay siguro nagwawala(nakakalat) sa hydrosphere. Dahil dito, ang fraction ng tidal energy na dulot ng pakikipag-ugnayan ng Earth sa Buwan at nawala sa solid Earth (pangunahin sa asthenosphere) ay hindi lalampas. 2 %
kabuuang thermal energy na nabuo sa kalaliman nito; at ang fraction ng solar tides ay hindi lalampas 20 %
mula sa impluwensya ng lunar tides. Samakatuwid, ang solid tides ay halos walang papel na ginagampanan ngayon sa pagpapakain ng mga prosesong tectonic na may enerhiya, ngunit sa ilang mga kaso maaari silang kumilos bilang "mga nag-trigger", halimbawa, mga lindol.
Ang magnitude ng tidal energy ay direktang nauugnay sa distansya sa pagitan ng mga bagay sa kalawakan. At kung ang distansya sa pagitan ng Earth at ng Araw ay walang anumang makabuluhang pagbabago sa geological time scale, kung gayon sa Earth-Moon system ang parameter na ito ay isang variable. Anuman ang mga ideya tungkol sa, halos lahat ng mga mananaliksik ay umamin na sa mga unang yugto ng pag-unlad ng Earth, ang distansya sa Buwan ay makabuluhang mas mababa kaysa sa modernong isa, habang sa proseso ng pag-unlad ng planeta, ayon sa karamihan ng mga siyentipiko, ito ay unti-unting tumataas. , at ayon sa Yu.N. Avsyuku ang distansyang ito ay nakakaranas ng mga pangmatagalang pagbabago sa anyo ng mga cycle "pagdating - pag-alis" ng buwan. Ipinahihiwatig nito na sa mga nakaraang panahon ng geological ang papel ng init ng tubig sa kabuuang balanse ng init ng Earth ay mas makabuluhan. Sa pangkalahatan, para sa buong panahon ng pag-unlad ng Earth, ito ay tumayo ~3.3*10 37 erg (3.3*10 30 J) tidal heat energy (ito ay napapailalim sa sunud-sunod na pag-alis ng Buwan sa Earth). Ang pagbabago sa oras ng rate ng paglabas ng init na ito ay ipinapakita sa Fig. 3.10 .
Mahigit sa kalahati ng kabuuang tidal energy ang inilabas katarchee (hellea)) - 4.6-4.0 bilyong taon na ang nakalilipas, at sa oras na iyon, dahil lamang sa enerhiya na ito, ang Earth ay maaari ring magpainit ng ~ 500 0 С. enerhiya-intensive endogenous na mga proseso .
pag-iipon ng init
Ito ang init na inimbak ng Earth mula noong nabuo ito. Sa panahon ng mga pagdaragdag, na tumagal ng ilang sampu-sampung milyong taon, dahil sa banggaan mga planetasimal Ang lupa ay nakaranas ng makabuluhang pag-init. Kasabay nito, walang pinagkasunduan sa laki ng pag-init na ito. Sa kasalukuyan, ang mga mananaliksik ay may posibilidad na maniwala na sa proseso ng pag-iipon, ang Earth ay nakaranas, kung hindi kumpleto, pagkatapos ay makabuluhang bahagyang natutunaw, na humantong sa paunang pagkakaiba ng Proto-Earth sa isang mabigat na core ng bakal at isang magaan na silicate na mantle, at sa pagbuo "magma karagatan" sa ibabaw nito o sa mababaw na lalim. Bagaman bago ang 1990s, ang modelo ng isang medyo malamig na pangunahing Earth ay itinuturing na praktikal na kinikilala sa pangkalahatan, na unti-unting uminit dahil sa mga proseso sa itaas, na sinamahan ng pagpapalabas ng isang malaking halaga ng thermal energy.
Ang isang tumpak na pagtatantya ng pangunahing accretionary heat at ang bahagi nito na nakaligtas hanggang sa kasalukuyan ay nauugnay sa mga makabuluhang paghihirap. Sa pamamagitan ng O.G. Sorokhtin at S.A. Ushakov, na mga tagasuporta ng medyo malamig na pangunahing Earth, ang halaga ng accretion energy na na-convert sa init ay - 20.13*10 38 erg (20.13*10 31 J). Ang enerhiya na ito sa kawalan ng pagkawala ng init ay magiging sapat para sa kumpletong pagsingaw bagay na panlupa, dahil maaaring tumaas ang temperatura sa 30 000 0 С. Ngunit ang proseso ng pag-iipon ay medyo mahaba, at ang enerhiya ng mga epekto ng planetesimal ay inilabas lamang sa malapit sa ibabaw na mga layer ng lumalagong Earth at mabilis na nawala sa thermal radiation, kaya ang paunang pag-init ng planeta ay hindi malaki. Ang magnitude ng thermal radiation na ito, na kaayon ng pagbuo (accretion) ng Earth, ay tinatantya ng mga ipinahiwatig na mga may-akda bilang 19.4*10 38 erg (19.4*10 31 J)
.
Sa modernong balanse ng enerhiya ng Earth, ang pag-iipon ng init ay malamang na hindi gaanong mahalaga.
Para sa Russia, ang enerhiya ng init ng Earth ay maaaring maging isang pare-pareho, maaasahang pinagmumulan ng pagbibigay ng mura at abot-kayang kuryente at init gamit ang mga bagong high, environment friendly na teknolohiya para sa pagkuha at supply nito sa consumer. Ito ay totoo lalo na sa sandaling ito
Limitadong mapagkukunan ng mga hilaw na materyales ng fossil energy
Ang pangangailangan para sa mga hilaw na materyales ng organikong enerhiya ay mahusay sa mga industriyalisado at umuunlad na mga bansa (USA, Japan, mga estado ng nagkakaisang Europa, China, India, atbp.). Kasabay nito, ang kanilang sariling mga mapagkukunan ng hydrocarbon sa mga bansang ito ay hindi sapat o nakalaan, at ang isang bansa, halimbawa, ang Estados Unidos, ay bumibili ng mga hilaw na materyales ng enerhiya sa ibang bansa o bumuo ng mga deposito sa ibang mga bansa.
Sa Russia, isa sa pinakamayamang bansa sa mga tuntunin ng mga mapagkukunan ng enerhiya, ang mga pang-ekonomiyang pangangailangan para sa enerhiya ay nasiyahan pa rin sa pamamagitan ng mga posibilidad ng paggamit ng mga likas na yaman. Gayunpaman, ang pagkuha ng fossil hydrocarbons mula sa ilalim ng lupa ay nangyayari sa napakabilis na bilis. Kung noong 1940s-1960s. Ang pangunahing mga rehiyon na gumagawa ng langis ay ang "Second Baku" sa Volga at Cis-Urals, pagkatapos, simula noong 1970s, at hanggang sa kasalukuyan, ang Western Siberia ay naging isang lugar. Ngunit kahit dito mayroong isang makabuluhang pagbaba sa produksyon ng mga fossil hydrocarbons. Ang panahon ng "tuyo" na Cenomanian gas ay lumilipas. Ang nakaraang yugto ng malawak na pag-unlad ng produksyon ng natural na gas ay natapos na. Ang pagkuha nito mula sa mga higanteng deposito tulad ng Medvezhye, Urengoyskoye at Yamburgskoye ay umabot sa 84, 65 at 50%, ayon sa pagkakabanggit. Ang proporsyon ng mga reserbang langis na paborable para sa pag-unlad ay bumababa din sa paglipas ng panahon.
Dahil sa aktibong pagkonsumo ng mga hydrocarbon fuel, ang mga onshore na reserba ng langis at natural na gas ay makabuluhang nabawasan. Ngayon ang kanilang mga pangunahing reserba ay puro sa continental shelf. At kahit na ang hilaw na materyal na base ng industriya ng langis at gas ay sapat pa rin para sa pagkuha ng langis at gas sa Russia sa kinakailangang dami, sa malapit na hinaharap ay ipagkakaloob ito sa isang pagtaas ng lawak sa pamamagitan ng pag-unlad ng mga patlang na may kumplikadong pagmimina at heolohikal na kondisyon. Kasabay nito, tataas ang halaga ng produksyon ng hydrocarbon.
Karamihan sa mga hindi nababagong mapagkukunan na nakuha mula sa ilalim ng lupa ay ginagamit bilang panggatong para sa mga planta ng kuryente. Una sa lahat, ito ang bahagi kung saan sa istraktura ng gasolina ay 64%.
Sa Russia, 70% ng kuryente ay nabuo sa mga thermal power plant. Ang mga negosyo ng enerhiya ng bansa taun-taon ay nagsusunog ng humigit-kumulang 500 milyong tonelada ng c.e. tonelada para sa layunin ng pagbuo ng kuryente at init, habang ang produksyon ng init ay kumonsumo ng 3-4 na beses na mas maraming hydrocarbon fuel kaysa sa pagbuo ng kuryente.
Ang dami ng init na nakuha mula sa pagkasunog ng mga volume na ito ng mga hilaw na materyales ng hydrocarbon ay katumbas ng paggamit ng daan-daang tonelada ng nuclear fuel - ang pagkakaiba ay malaki. Gayunpaman, ang nuclear power ay nangangailangan ng pagtiyak sa kaligtasan sa kapaligiran (upang maiwasan ang pag-ulit ng Chernobyl) at pagprotekta nito mula sa posibleng pag-atake ng mga terorista, pati na rin ang ligtas at magastos na pag-decommissioning ng mga lipas na at ginastos na nuclear power units. Ang napatunayang nare-recover na mga reserba ng uranium sa mundo ay humigit-kumulang 3 milyon 400 libong tonelada. Para sa buong nakaraang panahon (hanggang 2007), humigit-kumulang 2 milyong tonelada ang minahan.
RES bilang kinabukasan ng pandaigdigang enerhiya
Ang tumaas na interes sa mundo sa nakalipas na mga dekada sa alternatibong renewable energy sources (RES) ay sanhi hindi lamang ng pagkaubos ng mga reserbang hydrocarbon fuel, kundi pati na rin ng pangangailangang lutasin ang mga problema sa kapaligiran. Ang mga layunin na kadahilanan (fossil fuel at uranium reserves, pati na rin ang mga pagbabago sa kapaligiran na nauugnay sa paggamit ng tradisyonal na apoy at nuclear energy) at mga uso sa pagbuo ng enerhiya ay nagmumungkahi na ang paglipat sa mga bagong pamamaraan at anyo ng produksyon ng enerhiya ay hindi maiiwasan. Nasa unang kalahati ng siglo XXI. magkakaroon ng kumpleto o halos kumpletong paglipat sa hindi tradisyonal na mga mapagkukunan ng enerhiya.
Kung mas maaga ang isang tagumpay sa direksyon na ito, mas hindi masakit para sa buong lipunan at mas kapaki-pakinabang para sa bansa, kung saan ang mga mapagpasyang hakbang ay gagawin sa direksyong ito.
Ang ekonomiya ng mundo ay nagtakda na ng kurso para sa paglipat sa isang makatwirang kumbinasyon ng tradisyonal at bagong mga mapagkukunan ng enerhiya. Ang pagkonsumo ng enerhiya sa mundo noong 2000 ay umabot sa higit sa 18 bilyong tonelada ng katumbas ng gasolina. tonelada, at pagkonsumo ng enerhiya sa 2025 ay maaaring tumaas sa 30–38 bilyong tonelada ng katumbas ng gasolina. tonelada, ayon sa forecast data, sa pamamagitan ng 2050 consumption sa antas ng 60 bilyong tonelada ng katumbas ng gasolina ay posible. Ang isang katangiang kalakaran sa pag-unlad ng ekonomiya ng daigdig sa panahong sinusuri ay isang sistematikong pagbaba sa pagkonsumo ng mga fossil fuel at isang kaukulang pagtaas sa paggamit ng mga di-tradisyonal na mapagkukunan ng enerhiya. Ang thermal energy ng Earth ay sumasakop sa isa sa mga unang lugar sa kanila.
Sa kasalukuyan, ang Ministri ng Enerhiya ng Russian Federation ay nagpatibay ng isang programa para sa pagbuo ng di-tradisyonal na enerhiya, kabilang ang 30 malalaking proyekto para sa paggamit ng mga heat pump unit (HPU), ang prinsipyo ng pagpapatakbo nito ay batay sa pagkonsumo ng mababang potensyal na thermal energy ng Earth.
Mababang potensyal na enerhiya ng init at heat pump ng Earth
Ang mga mapagkukunan ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth ay solar radiation at thermal radiation ng pinainit na bituka ng ating planeta. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng naturang enerhiya ay isa sa mga pinaka-dynamic na pagbuo ng mga lugar ng enerhiya batay sa nababagong mga mapagkukunan ng enerhiya.
Ang init ng Earth ay maaaring gamitin sa iba't ibang uri ng mga gusali at istruktura para sa pagpainit, supply ng mainit na tubig, air conditioning (paglamig), pati na rin para sa mga heating track sa panahon ng taglamig, pagpigil sa pag-icing, pag-init ng mga patlang sa mga bukas na istadyum, atbp. Sa English-language na teknikal na literatura ng system na gumagamit ng init ng Earth sa mga sistema ng pagpainit at air conditioning ay tinutukoy bilang GHP - "geothermal heat pump" (geothermal heat pumps). Ang mga klimatiko na katangian ng mga bansa ng Gitnang at Hilagang Europa, na, kasama ang Estados Unidos at Canada, ay ang mga pangunahing lugar para sa paggamit ng mababang-grade init ng Earth, tinutukoy ito pangunahin para sa mga layunin ng pagpainit; Ang paglamig ng hangin, kahit na sa tag-araw, ay medyo bihirang kinakailangan. Samakatuwid, hindi katulad sa USA, ang mga heat pump sa mga bansang European ay pangunahing gumagana sa heating mode. Sa US, mas madalas silang ginagamit sa mga sistema ng pagpainit ng hangin na sinamahan ng bentilasyon, na nagpapahintulot sa parehong pagpainit at paglamig ng hangin sa labas. Sa mga bansang Europa, ang mga heat pump ay karaniwang ginagamit sa mga sistema ng pagpainit ng tubig. Dahil tumataas ang kanilang kahusayan habang bumababa ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng evaporator at condenser, kadalasang ginagamit ang mga floor heating system para sa mga gusali ng pagpainit, kung saan umiikot ang isang coolant na medyo mababa ang temperatura (35–40 ° C).
Mga uri ng mga sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth
Sa pangkalahatang kaso, ang dalawang uri ng mga sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth ay maaaring makilala:
- mga bukas na sistema: bilang isang mapagkukunan ng mababang potensyal na thermal energy, ginagamit ang tubig sa lupa, na direktang ibinibigay sa mga heat pump;
- mga saradong sistema: ang mga heat exchanger ay matatagpuan sa massif ng lupa; kapag ang isang coolant na may temperatura na mas mababa kaysa sa lupa ay umiikot sa kanila, ang thermal energy ay "tinatanggal" mula sa lupa at inilipat sa heat pump evaporator (o kapag ang isang coolant na may mas mataas na temperatura na may kaugnayan sa lupa ay ginamit, ito ay pinalamig. ).
Ang mga disadvantages ng mga bukas na sistema ay ang mga balon ay nangangailangan ng pagpapanatili. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga naturang sistema ay hindi posible sa lahat ng mga lugar. Ang mga pangunahing kinakailangan para sa lupa at tubig sa lupa ay ang mga sumusunod:
- sapat na pagkamatagusin ng tubig ng lupa, na nagpapahintulot sa muling pagdadagdag ng mga reserbang tubig;
– magandang kimika ng tubig sa lupa (hal. mababang nilalaman ng bakal) upang maiwasan ang sukat ng tubo at mga problema sa kaagnasan.
Mga saradong sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init ng Earth
Ang mga saradong sistema ay pahalang at patayo (Larawan 1).
kanin. 1. Scheme ng pag-install ng geothermal heat pump na may: a - pahalang
at b - vertical ground heat exchangers.
Pahalang na pagpapalitan ng init sa lupa
Sa mga bansa sa Kanluran at Gitnang Europa, ang mga pahalang na palitan ng init sa lupa ay karaniwang magkahiwalay na mga tubo na inilatag nang medyo mahigpit at konektado sa isa't isa sa serye o kahanay (Larawan 2).
kanin. 2. Pahalang na mga palitan ng init sa lupa na may: a - sunud-sunod at
b - parallel na koneksyon.
Upang mai-save ang lugar ng site kung saan tinanggal ang init, ang mga pinahusay na uri ng mga heat exchanger ay binuo, halimbawa, mga heat exchanger sa anyo ng isang spiral (Larawan 3), na matatagpuan nang pahalang o patayo. Ang ganitong uri ng mga heat exchanger ay karaniwan sa USA.
Sa pag-unlad at pagbuo ng lipunan, ang sangkatauhan ay nagsimulang maghanap ng higit pa at mas moderno at sa parehong oras matipid na mga paraan upang makakuha ng enerhiya. Para dito, ang iba't ibang mga istasyon ay itinatayo ngayon, ngunit sa parehong oras, ang enerhiya na nakapaloob sa mga bituka ng lupa ay malawakang ginagamit. Ano siya? Subukan nating malaman ito.
enerhiyang geothermal
Mula na sa pangalan ay malinaw na ito ay kumakatawan sa init ng loob ng daigdig. Sa ilalim ng crust ng lupa ay isang layer ng magma, na isang maapoy na likidong silicate na natutunaw. Ayon sa data ng pananaliksik, ang potensyal ng enerhiya ng init na ito ay mas mataas kaysa sa enerhiya ng mga reserbang natural na gas sa mundo, pati na rin ang langis. Dumarating ang magma sa ibabaw - lava. Bukod dito, ang pinakadakilang aktibidad ay sinusunod sa mga layer ng lupa kung saan matatagpuan ang mga hangganan ng mga tectonic plate, pati na rin kung saan ang crust ng lupa ay nailalarawan sa pamamagitan ng manipis. Ang geothermal energy ng lupa ay nakuha tulad ng sumusunod: ang lava at ang mga mapagkukunan ng tubig ng planeta ay nakikipag-ugnay, bilang isang resulta kung saan ang tubig ay nagsisimulang uminit nang husto. Ito ay humahantong sa pagsabog ng geyser, ang pagbuo ng tinatawag na mainit na lawa at undercurrents. Iyon ay, tiyak na ang mga phenomena ng kalikasan, ang mga katangian na kung saan ay aktibong ginagamit bilang mga enerhiya.
Mga artipisyal na mapagkukunan ng geothermal
Ang enerhiya na nakapaloob sa bituka ng lupa ay dapat gamitin nang matalino. Halimbawa, may ideya na lumikha ng mga underground boiler. Upang gawin ito, kailangan mong mag-drill ng dalawang balon na may sapat na lalim, na konektado sa ibaba. Iyon ay, lumalabas na ang geothermal energy ay maaaring makuha sa industriya sa halos anumang sulok ng lupain: ang malamig na tubig ay ibobomba sa reservoir sa pamamagitan ng isang balon, at ang mainit na tubig o singaw ay makukuha sa pangalawa. Ang mga artipisyal na pinagmumulan ng init ay magiging kapaki-pakinabang at makatuwiran kung ang magreresultang init ay magbibigay ng mas maraming enerhiya. Ang singaw ay maaaring ipadala sa mga turbine generator na bubuo ng kuryente.
Siyempre, ang nakuhang init ay bahagi lamang ng kung ano ang magagamit sa kabuuang reserba. Ngunit dapat tandaan na ang malalim na init ay patuloy na mapupunan dahil sa mga proseso ng compression ng mga bato, stratification ng mga bituka. Ayon sa mga eksperto, ang crust ng lupa ay nag-iipon ng init, ang kabuuang halaga nito ay 5,000 beses na mas malaki kaysa sa calorific value ng lahat ng fossil interior ng mundo sa kabuuan. Lumalabas na ang oras ng pagpapatakbo ng mga naturang artipisyal na nilikhang geothermal na istasyon ay maaaring walang limitasyon.
Mga Tampok ng Pinagmulan
Ang mga mapagkukunan na ginagawang posible upang makakuha ng geothermal na enerhiya ay halos imposibleng ganap na magamit. Umiiral sila sa higit sa 60 mga bansa sa mundo, na may pinakamalaking bilang ng mga terrestrial na bulkan sa teritoryo ng Pacific volcanic ring of fire. Ngunit sa pagsasagawa, lumalabas na ang mga mapagkukunan ng geothermal sa iba't ibang mga rehiyon ng mundo ay ganap na naiiba sa kanilang mga katangian, ibig sabihin, average na temperatura, kaasinan, komposisyon ng gas, kaasiman, at iba pa.
Ang mga geyser ay pinagmumulan ng enerhiya sa Earth, ang mga kakaiba nito ay ang pagbuga nila ng kumukulong tubig sa ilang mga pagitan. Pagkatapos ng pagsabog, ang pool ay nawalan ng tubig, sa ilalim nito ay makikita mo ang isang channel na malalim sa lupa. Ang mga geyser ay ginagamit bilang mga mapagkukunan ng enerhiya sa mga rehiyon tulad ng Kamchatka, Iceland, New Zealand at North America, at ang mga solong geyser ay matatagpuan sa ilang iba pang mga lugar.
Saan nanggagaling ang enerhiya?
Ang hindi malamig na magma ay matatagpuan malapit sa ibabaw ng lupa. Ang mga gas at singaw ay inilabas mula dito, na tumataas at dumadaan sa mga bitak. Ang paghahalo sa tubig sa lupa, nagiging sanhi sila ng pag-init, sila mismo ay nagiging mainit na tubig, kung saan maraming mga sangkap ang natutunaw. Ang nasabing tubig ay inilalabas sa ibabaw ng lupa sa anyo ng iba't ibang geothermal sources: hot spring, mineral spring, geysers, at iba pa. Ayon sa mga siyentista, ang mainit na bituka ng daigdig ay mga kuweba o mga silid na pinagdugtong ng mga sipi, bitak at daluyan. Ang mga ito ay napuno lamang ng tubig sa lupa, at napakalapit sa kanila ay mga silid ng magma. Sa natural na paraan na ito, nabuo ang thermal energy ng earth.
Ang electric field ng Earth
May isa pang alternatibong pinagkukunan ng enerhiya sa kalikasan, na nababago, nakakapagbigay ng kapaligiran, at madaling gamitin. Totoo, sa ngayon ang mapagkukunang ito ay pinag-aralan lamang at hindi inilapat sa pagsasanay. Kaya, ang potensyal na enerhiya ng Earth ay nasa electric field nito. Posibleng makakuha ng enerhiya sa ganitong paraan batay sa pag-aaral ng mga pangunahing batas ng electrostatics at mga tampok ng electric field ng Earth. Sa katunayan, ang ating planeta mula sa isang de-koryenteng punto ng view ay isang spherical capacitor na sisingilin hanggang sa 300,000 volts. Ang panloob na globo nito ay may negatibong singil, at ang panlabas - ang ionosphere - ay positibo. ay isang insulator. Sa pamamagitan nito mayroong patuloy na daloy ng ionic at convective na mga alon, na umaabot sa lakas ng maraming libu-libong amperes. Gayunpaman, ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga plato ay hindi bumababa sa kasong ito.
Ito ay nagpapahiwatig na sa likas na katangian mayroong isang generator, ang papel na kung saan ay upang patuloy na lagyang muli ang pagtagas ng mga singil mula sa mga capacitor plate. Ang papel ng naturang generator ay ginagampanan ng magnetic field ng Earth, na umiikot kasama ng ating planeta sa daloy ng solar wind. Ang enerhiya ng magnetic field ng Earth ay maaaring makuha sa pamamagitan lamang ng pagkonekta ng isang consumer ng enerhiya sa generator na ito. Upang gawin ito, kailangan mong mag-install ng isang maaasahang lupa.
Nababagong pinagkukunan
Habang ang populasyon ng ating planeta ay patuloy na lumalaki, kailangan natin ng higit at higit na enerhiya upang maibigay ang populasyon. Ang enerhiya na nakapaloob sa bituka ng lupa ay maaaring ibang-iba. Halimbawa, may mga renewable source: hangin, solar at tubig na enerhiya. Ang mga ito ay palakaibigan sa kapaligiran, at samakatuwid ay maaari mong gamitin ang mga ito nang walang takot na makapinsala sa kapaligiran.
enerhiya ng tubig
Ang pamamaraang ito ay ginamit sa loob ng maraming siglo. Ngayon, isang malaking bilang ng mga dam at reservoir ang naitayo, kung saan ang tubig ay ginagamit upang makabuo ng elektrikal na enerhiya. Ang kakanyahan ng mekanismong ito ay simple: sa ilalim ng impluwensya ng daloy ng ilog, ang mga gulong ng mga turbine ay umiikot, ayon sa pagkakabanggit, ang enerhiya ng tubig ay na-convert sa elektrikal na enerhiya.
Ngayon, mayroong isang malaking bilang ng mga hydroelectric power plant na nagko-convert ng enerhiya ng daloy ng tubig sa kuryente. Ang kakaiba ng pamamaraang ito ay na ito ay nababagong, ayon sa pagkakabanggit, ang mga naturang disenyo ay may mababang gastos. Iyon ang dahilan kung bakit, sa kabila ng katotohanan na ang pagtatayo ng mga hydroelectric power plant ay tumatagal ng medyo mahabang panahon, at ang proseso mismo ay napakamahal, gayunpaman, ang mga pasilidad na ito ay makabuluhang lumalampas sa mga industriyang masinsinang kuryente.
Enerhiya ng solar: moderno at maaasahan
Ang enerhiya ng solar ay nakuha gamit ang mga solar panel, ngunit pinapayagan ng mga modernong teknolohiya ang paggamit ng mga bagong pamamaraan para dito. Ang pinakamalaking sistema sa mundo ay itinayo sa disyerto ng California. Ito ay ganap na nagbibigay ng enerhiya para sa 2,000 mga tahanan. Ang disenyo ay gumagana tulad ng sumusunod: ang mga sinag ng araw ay makikita mula sa mga salamin, na ipinadala sa gitnang boiler na may tubig. Ito ay kumukulo at nagiging singaw, na nagpapaikot sa turbine. Ito naman ay konektado sa isang electric generator. Ang hangin ay maaari ding gamitin bilang enerhiya na ibinibigay sa atin ng Earth. Hinihipan ng hangin ang mga layag, pinaikot ang mga windmill. At ngayon sa tulong nito maaari kang lumikha ng mga aparato na bubuo ng elektrikal na enerhiya. Sa pamamagitan ng pag-ikot ng mga blades ng windmill, pinatatakbo nito ang turbine shaft, na, naman, ay konektado sa isang electric generator.
Panloob na enerhiya ng Earth
Ito ay lumitaw bilang isang resulta ng ilang mga proseso, ang pangunahing kung saan ay accretion at radioactivity. Ayon sa mga siyentipiko, ang pagbuo ng Earth at ang masa nito ay naganap sa loob ng ilang milyong taon, at nangyari ito dahil sa pagbuo ng mga planetasimal. Nagdikit sila, ayon sa pagkakabanggit, ang masa ng Earth ay naging mas at higit pa. Matapos ang ating planeta ay nagsimulang magkaroon ng modernong masa, ngunit wala pa ring kapaligiran, ang mga meteoric at asteroid na katawan ay nahulog dito nang walang hadlang. Ang prosesong ito ay tinatawag lamang na accretion, at ito ay humantong sa ang katunayan na ang makabuluhang gravitational energy ay pinakawalan. At ang mas malalaking katawan ay tumama sa planeta, mas malaki ang dami ng enerhiya na nakapaloob sa mga bituka ng Earth ay inilabas.
Ang pagkakaiba-iba ng gravitational na ito ay humantong sa katotohanan na ang mga sangkap ay nagsimulang maghiwalay: ang mga mabibigat na sangkap ay lumubog lamang, habang ang mga magaan at pabagu-bagong sangkap ay lumulutang pataas. Naapektuhan din ng differentiation ang karagdagang paglabas ng gravitational energy.
Atomic Energy
Ang paggamit ng enerhiya ng lupa ay maaaring mangyari sa iba't ibang paraan. Halimbawa, sa tulong ng pagtatayo ng mga nuclear power plant, kapag ang thermal energy ay inilabas dahil sa pagkabulok ng pinakamaliit na particle ng atomic matter. Ang pangunahing gasolina ay uranium, na nakapaloob sa crust ng lupa. Maraming naniniwala na ang pamamaraang ito ng pagkuha ng enerhiya ay ang pinaka-promising, ngunit ang paggamit nito ay nauugnay sa isang bilang ng mga problema. Una, ang uranium ay naglalabas ng radiation na pumapatay sa lahat ng nabubuhay na organismo. Bilang karagdagan, kung ang sangkap na ito ay pumasok sa lupa o kapaligiran, kung gayon ang isang tunay na sakuna na gawa ng tao ay magaganap. Nararanasan natin ang malungkot na bunga ng aksidente sa Chernobyl nuclear power plant hanggang ngayon. Ang panganib ay nakasalalay sa katotohanan na ang radioactive na basura ay maaaring magbanta sa lahat ng nabubuhay na bagay sa napakatagal na panahon, sa loob ng millennia.
Bagong panahon - bagong ideya
Siyempre, ang mga tao ay hindi titigil doon, at bawat taon parami nang parami ang mga pagtatangka na ginagawa upang makahanap ng mga bagong paraan upang makakuha ng enerhiya. Kung ang enerhiya ng init ng lupa ay nakuha nang simple, kung gayon ang ilang mga pamamaraan ay hindi gaanong simple. Halimbawa, bilang isang mapagkukunan ng enerhiya, posible na gumamit ng biological gas, na nakuha sa panahon ng pagkabulok ng basura. Maaari itong magamit para sa pagpainit ng mga bahay at pag-init ng tubig.
Ang pagtaas, ang mga ito ay itinatayo kapag ang mga dam at turbine ay naka-install sa mga bibig ng mga reservoir, na hinihimok ng mga ebbs at daloy, ayon sa pagkakabanggit, ang kuryente ay nakuha.
Pagsusunog ng basura, nakakakuha tayo ng enerhiya
Ang isa pang paraan na ginagamit na sa Japan ay ang paglikha ng mga incinerator. Ngayon sila ay itinayo sa England, Italy, Denmark, Germany, France, Netherlands at USA, ngunit sa Japan lamang ang mga negosyong ito ay nagsimulang gamitin hindi lamang para sa kanilang nilalayon na layunin, kundi pati na rin para sa pagbuo ng kuryente. Sa mga lokal na pabrika, 2/3 ng lahat ng basura ay sinusunog, habang ang mga pabrika ay nilagyan ng mga steam turbine. Alinsunod dito, nagbibigay sila ng init at kuryente sa mga kalapit na lugar. Kasabay nito, sa mga tuntunin ng mga gastos, ang pagtatayo ng naturang negosyo ay mas kumikita kaysa sa pagtatayo ng thermal power plant.
Ang higit na nakatutukso ay ang posibilidad na gamitin ang init ng Earth kung saan ang mga bulkan ay puro. Sa kasong ito, hindi kinakailangan na mag-drill ng Earth nang masyadong malalim, dahil nasa lalim na ng 300-500 metro ang temperatura ay hindi bababa sa dalawang beses na mas mataas kaysa sa kumukulong punto ng tubig.
Mayroon ding isang paraan upang makabuo ng kuryente, dahil ang Hydrogen - ang pinakasimple at pinakamagaan na elemento ng kemikal - ay maaaring ituring na isang perpektong gasolina, dahil dito mayroong tubig. Kung magsunog ka ng hydrogen, maaari kang makakuha ng tubig, na nabubulok sa oxygen at hydrogen. Ang apoy ng hydrogen mismo ay hindi nakakapinsala, iyon ay, walang pinsala sa kapaligiran. Ang kakaiba ng elementong ito ay mayroon itong mataas na calorific value.
Ano ang hinaharap?
Siyempre, ang enerhiya ng magnetic field ng Earth o ang nakuha sa mga nuclear power plant ay hindi maaaring ganap na matugunan ang lahat ng mga pangangailangan ng sangkatauhan, na lumalaki bawat taon. Gayunpaman, sinasabi ng mga eksperto na walang dahilan upang mag-alala, dahil ang mga mapagkukunan ng gasolina ng planeta ay sapat pa rin. Higit pa rito, parami nang parami ang mga bagong pinagkukunan na ginagamit, pangkalikasan at nababagong.
Ang problema ng polusyon sa kapaligiran ay nananatili, at ito ay mabilis na lumalaki. Ang dami ng mga mapaminsalang emisyon ay lumalayo sa sukat, ayon sa pagkakabanggit, ang hangin na ating nilalanghap ay nakakapinsala, ang tubig ay may mga mapanganib na dumi, at ang lupa ay unti-unting nauubos. Iyon ang dahilan kung bakit napakahalaga na napapanahong pag-aralan ang isang kababalaghan tulad ng enerhiya sa bituka ng Earth upang maghanap ng mga paraan upang mabawasan ang pangangailangan para sa mga fossil fuel at gumawa ng mas aktibong paggamit ng mga hindi tradisyonal na mapagkukunan ng enerhiya.
