Energia zemského tepla ako zdroja vykurovania. Použité zemné výmenníky tepla a schémy zásobovania teplom

Termín " geotermálnej energie“Pochádza z gréckeho slova pre zem (geo) a termálne (tepelné). V skutočnosti, geotermálna energia pochádza zo samotnej Zeme... Teplo zo zemského jadra, ktoré má v priemere 3 600 stupňov Celzia, vyžaruje smerom k povrchu planéty.

Vyhrievacie pramene a gejzíry v podzemí v hĺbke niekoľkých kilometrov je možné realizovať pomocou špeciálnych vrtov, ktorými horúca voda (alebo para z nej) vyteká na povrch, kde sa dá využiť priamo ako teplo alebo nepriamo na výrobu elektriny zapnutím rotácie turbíny.

Keďže voda pod zemským povrchom sa neustále dopĺňa a zemské jadro bude nekonečne dlho produkovať teplo súvisiace s ľudským životom, geotermálna energia bude v konečnom dôsledku čisté a obnoviteľné.

Spôsoby zhromažďovania energetických zdrojov Zeme

Dnes existujú tri hlavné spôsoby získavania geotermálnej energie: suchá para, horúca voda a binárny cyklus. Proces suchej pary priamo otáča turbínové pohony generátorov energie. Horúca voda vstupuje zdola nahor, potom sa strieka do nádrže, aby vytvorila paru na pohon turbín. Tieto dve metódy sú najbežnejšie, generujú stovky megawattov elektriny v Spojených štátoch, na Islande, v Európe, Rusku a ďalších krajinách. Ale umiestnenie je obmedzené, pretože tieto továrne fungujú iba v tektonických oblastiach, kde je ľahší prístup k ohriatej vode.

Pomocou technológie binárneho cyklu je teplá (nie nevyhnutne horúca) voda extrahovaná na povrch a kombinovaná s butánom alebo pentánom, ktoré nízka teplota vriaci. Táto kvapalina sa čerpá cez výmenník tepla, kde sa odparuje a posiela cez turbínu a potom sa recirkuluje späť do systému. Technológia binárneho cyklu poskytuje desiatky megawattov elektriny v Spojených štátoch amerických: v Kalifornii, Nevade a na Havajských ostrovoch.

Princíp získavania energie

Nevýhody získavania geotermálnej energie

Na úrovni služieb je výstavba a prevádzka geotermálnych elektrární nákladná. Nájdenie vhodného miesta si vyžaduje nákladné prieskumy studní bez záruky, že zasiahnu produktívne podzemné horúce miesto. Analytici však očakávajú, že sa táto kapacita v priebehu nasledujúcich šiestich rokov takmer zdvojnásobí.

Okrem toho sa oblasti s vysokou teplotou podzemného zdroja nachádzajú v oblastiach s aktívnymi geologickými sopkami. Tieto "horúce miesta" sa vytvorili na hraniciach tektonických platní v miestach, kde je kôra dosť tenká. Tichomorská oblasť je často označovaná ako ohnivý kruh pre mnohé sopky s mnohými hotspotmi vrátane Aljašky, Kalifornie a Oregonu. Nevada má stovky hotspotov pokrývajúcich väčšinu severu Spojených štátov.

Existujú aj ďalšie seizmicky aktívne oblasti. Zemetrasenia a pohyb magmy umožňujú cirkuláciu vody. Na niektorých miestach voda vystupuje na povrch a vznikajú prírodné horúce pramene a gejzíry, ako napríklad na Kamčatke. Voda v gejzíroch Kamčatky dosahuje 95 °C.

Jeden z problémov otvorený systém gejzírov je uvoľňovanie niektorých látok znečisťujúcich ovzdušie. Sírovodík je toxický plyn s veľmi rozpoznateľným zápachom „zhnitého vajca“ – s malým množstvom arzénu a minerálov uvoľnených s parou. Soľ môže tiež predstavovať environmentálny problém.

V geotermálnych elektrárňach umiestnených na mori sa v potrubiach hromadí značné množstvo interferujúcej soli. V uzavretých systémoch nevznikajú žiadne emisie a všetka kvapalina privedená na povrch sa vracia späť.

Ekonomický potenciál energetického zdroja

Horúce miesta nie sú jediné miesta, kde možno nájsť geotermálnu energiu. V hĺbke od 4 metrov až po niekoľko kilometrov pod povrchom prakticky kdekoľvek na zemi je stály prísun využiteľného tepla pre účely priameho vykurovania. Dokonca aj pozemky na vlastnú päsť zadný dvor alebo miestna škola má ekonomický potenciál vo forme tepla na dodávku do domu alebo inej budovy.

Okrem toho je v suchých skalných útvaroch veľmi hlboko pod povrchom (4-10 km) obrovské množstvo tepelnej energie.

Použitie Nová technológia by mohla rozšíriť geotermálne systémy, kde ľudia môžu využívať toto teplo na výrobu elektriny v oveľa väčšom rozsahu ako konvenčné technológie. Prvé demonštračné projekty tohto princípu výroby elektriny boli predvedené v Spojených štátoch a Austrálii už v roku 2013.

Ak sa podarí naplno využiť ekonomický potenciál geotermálnych zdrojov, bude to predstavovať obrovský zdroj elektriny pre výrobné zariadenia. Vedci predpokladajú, že konvenčné geotermálne zdroje majú potenciál 38 000 MW, čo môže generovať 380 miliónov MW elektriny ročne.

Horúce suché horniny sa vyskytujú všade pod zemou v hĺbkach 5 až 8 km a na určitých miestach v menších hĺbkach. Prístup k týmto zdrojom naznačuje úvod studená voda cirkuluje cez horúce kamene a odvádza zohriatu vodu. V súčasnosti neexistuje žiadna komerčná aplikácia pre túto technológiu. Existujúce technológie zatiaľ neumožňujú obnovu termálna energia priamo z magmy, veľmi hlboko, ale je to najsilnejší zdroj geotermálnej energie.

Vďaka kombinácii energetických zdrojov a ich konzistentnosti môže geotermálna energia zohrávať nezastupiteľnú úlohu ako čistejší a udržateľnejší energetický systém.

Štruktúry geotermálnych elektrární

Geotermálna energia je čisté a udržateľné teplo zo Zeme. Veľké zdroje sú v dosahu niekoľkých kilometrov pod zemským povrchom a ešte hlbšie, až vysoká teplota roztavená hornina nazývaná magma. Ale ako je opísané vyššie, ľudia ešte nedosiahli magmu.

Tri návrhy geotermálnych elektrární

Aplikačná technológia je určená zdrojom. Ak voda pochádza zo studne ako para, môže sa použiť priamo. Ak je horúca voda dostatočne horúca, musí prejsť cez výmenník tepla.

Prvý vrt na výrobu elektriny bol vyvŕtaný pred rokom 1924. Hlbšie vrty boli vyvŕtané v 50. rokoch 20. storočia, no skutočný rozvoj nastáva v 70. a 80. rokoch 20. storočia.

Priame využitie geotermálneho tepla

Geotermálne zdroje je možné využiť aj priamo na vykurovacie účely. Horúca voda sa používa na vykurovanie budov, pestovanie rastlín v skleníkoch, sušenie rýb a plodín, zlepšenie regenerácie ropy, pomoc pri priemyselných procesoch ako pasterizátory mlieka a ohrev vody na rybích farmách. V USA, Klamath Falls, Oregon a Boise, Idaho, sa geotermálna voda používa na vykurovanie domov a budov už viac ako storočie. Na východnom pobreží, Warm Springs, Virginia čerpá teplo priamo z pramenitej vody pomocou miestnych zdrojov tepla.

Na Islande je takmer každá budova v krajine vykurovaná horúcou pramenitou vodou. V skutočnosti Island získava viac ako 50 percent svojej primárnej energie z geotermálnych zdrojov. Napríklad v Reykjavíku (118-tisíc obyvateľov) sa teplá voda prepravuje na viac ako 25 kilometrov a obyvatelia ju využívajú na vykurovanie a prírodné potreby.

Nový Zéland získava ďalších 10 % svojej elektriny. je nedostatočne rozvinutá, napriek prítomnosti termálnych vôd.

Hlavnými zdrojmi tepelnej energie Zeme sú [,]:

• gravitačné teplo diferenciácie;
• rádiogénne teplo;
• teplo slapového trenia;
• akrečné teplo;
• trecie teplo uvoľnené v dôsledku rozdielnej rotácie vnútorného jadra voči vonkajšiemu, vonkajšieho jadra voči plášťu a jednotlivých vrstiev vo vnútri vonkajšieho jadra.

Do dnešného dňa boli kvantitatívne vyhodnotené len prvé štyri zdroje. U nás v tom patrí hlavná zásluha O.G. Sorokhtin a S.A. Ušakov... Nižšie uvedené údaje vychádzajú najmä z výpočtov týchto vedcov.

Teplo gravitačnej diferenciácie Zeme

Jedným z najdôležitejších zákonov vývoja Zeme je diferenciácia jeho podstatu, ktorá trvá dodnes. V dôsledku tejto diferenciácie dochádza k vzniku jadro a kôra, zmena v zložení primár plášť, pričom oddelenie pôvodne homogénnej látky na frakcie rôznych hustôt je sprevádzané uvoľňovaním termálna energia, a maximálne uvoľnenie tepla nastáva, keď sa zemská hmota rozdelí na husté a ťažké jadro a zvyškové ľahší silikátové puzdro - zemský plášť... V súčasnosti sa väčšina tohto tepla uvoľňuje na hraniciach plášť - jadro.

Energia gravitačnej diferenciácie Zeme po celú dobu svojej existencie vynikal - 1,46 * 10 38 erg (1,46 * 10 31 J). Táto energia väčšinou ide najskôr do Kinetická energia konvekčné toky plášťovej hmoty a potom v teplo; druhá časť sa minie na dodatočné stláčanie zemského vnútra vznikajúce v dôsledku koncentrácie hustých fáz v centrálnej časti Zeme. Od 1,46 * 10 38 erg energia gravitačnej diferenciácie Zeme na jej dodatočné stlačenie išla 0,23 * 10 38 erg (0,23 * 10 31 J), a uvoľnilo sa vo forme tepla 1,23 * 10 38 erg (1,23 * 10 31 J). Hodnota tejto tepelnej zložky výrazne prevyšuje celkové uvoľnenie všetkých ostatných druhov energie na Zemi. Časové rozloženie celkovej hodnoty a rýchlosti uvoľňovania tepelnej zložky gravitačnej energie je znázornené na obr. 3.6 .

Ryža. 3.6.

Súčasná úroveň tvorby tepla počas gravitačnej diferenciácie Zeme je 3 * 10 20 erg / s (3 * 10 13 W), že hodnota moderného tepelného toku prechádzajúceho povrchom planéty v ( 4,2-4,3) * 10 20 erg / s ((4,2-4,3) * 10 13W), je ~ 70% .

Rádiogénne teplo

Spôsobené rádioaktívnym rozpadom nestabilného izotopy... Energeticky najnáročnejšie a s dlhou životnosťou ( polovičný životúmerné veku Zeme) sú izotopy 238 U, 235 U, 232 Th a 40 tis... Ich hlavný objem je sústredený v kontinentálnej kôry... Najmodernejšia generácia rádiogénne teplo:

• v americkej geofyzike V. Wakye - 1,14 * 10 20 erg / s (1,14 * 10 13 W) ,
• pre ruských geofyzikov O.G. Sorokhtin a S.A. Ušakov - 1,26 * 10 20 erg/s(1,26 * 10 13 W) .

Z hodnoty moderného tepelného toku je to ~ 27-30%.

Z celkovej hodnoty tepla rádioaktívneho rozpadu v 1,26 * 10 20 erg/s (1,26 * 10 13 W) v zemskej kôre vyniká - 0,91 * 10 20 erg/s a v plášti - 0,35 * 10 20 erg/s... Z toho vyplýva, že podiel rádiogénneho tepla plášťa nepresahuje 10 % z celkových moderných tepelných strát Zeme a nemôže byť hlavným zdrojom energie pre aktívne tektonicko-magmatické procesy, ktorých hĺbka vzniku môže dosiahnuť 2900 km; a rádiogénne teplo uvoľnené v kôre sa pomerne rýchlo stratí zemského povrchu a prakticky sa nezúčastňuje na zahrievaní hlbokých útrob planéty.

V minulých geologických epochách malo byť množstvo rádiogénneho tepla uvoľneného v plášti vyššie. Jej odhady v čase vzniku Zeme ( pred 4,6 miliardami rokov) dať - 6,95 * 10 20 erg/s... Od tej doby dochádza k neustálemu znižovaniu rýchlosti uvoľňovania rádiogénnej energie (obr. 3.7 ).

Po celý čas na Zemi, ~ 4,27 * 10 37 erg(4,27 * 10 30 J) tepelná energia rádioaktívneho rozpadu, ktorá je takmer trikrát nižšia ako celkové gravitačné teplo diferenciácie.

Teplo slapového trenia

Vyniká pri gravitačnej interakcii Zeme predovšetkým s Mesiacom ako najbližšie veľké kozmické teleso. Vplyvom vzájomnej gravitačnej príťažlivosti vznikajú v ich telách slapové deformácie - opuch alebo hrby... Slapové hrbole planét so svojou dodatočnou príťažlivosťou ovplyvňujú ich pohyb. Príťažlivosť oboch slapových hrbolov Zeme teda vytvára dvojicu síl pôsobiacich ako na Zem samotnú, tak aj na Mesiac. Vplyv blízkeho, k Mesiacu otočeného opuchu je však o niečo silnejší ako vzdialený. Vzhľadom na skutočnosť, že uhlová rýchlosť rotácie modernej Zeme ( 7,27 * 10-5 s-1) presahuje obežnú rýchlosť Mesiaca ( 2,66 * 10-6 s-1), a hmota planét nie je ideálne elastická, potom sa zdá, že prílivové hrbole Zeme sú unášané jej doprednou rotáciou a citeľne predstihujú pohyb Mesiaca. To vedie k tomu, že maximálny príliv Zeme sa na jej povrchu vyskytuje vždy o niečo neskôr ako v danom okamihu vyvrcholenie Mesiac a ďalší moment síl pôsobí na Zem a Mesiac (obr. 3.8 ) .

Absolútne hodnoty síl slapovej interakcie v systéme Zem-Mesiac sú dnes relatívne malé a nimi spôsobené slapové deformácie litosféry môžu dosahovať len niekoľko desiatok centimetrov, ale vedú k postupnému spomaľovaniu zemského plynu. rotáciu a, naopak, k zrýchleniu obežného pohybu Mesiaca a jeho vzdialenosti od Zeme. Kinetická energia pohybu zemských slapových hrbolov sa premieňa na tepelnú energiu v dôsledku vnútorného trenia hmoty v slapových hrboch.

V súčasnosti je rýchlosť uvoľňovania energie prílivu a odlivu G. Macdonald je ~ 0,25 * 10 20 erg / s (0,25 * 10 13 W), pričom jeho hlavná časť (asi 2/3) je pravdepodobne rozptýli sa(rozptýli sa) v hydrosfére. V dôsledku toho podiel slapovej energie spôsobený interakciou Zeme s Mesiacom a rozptýlený v pevnej Zemi (predovšetkým v astenosfére) nepresahuje 2 % celková tepelná energia vytvorená v jeho útrobách; a podiel slnečných prílivov nepresahuje 20 % z účinkov lunárneho prílivu a odlivu. Pevné prílivy a odlivy preto teraz nehrajú prakticky žiadnu úlohu pri zásobovaní tektonických procesov energiou, ale v niektorých prípadoch môžu pôsobiť ako „spúšťače“, napríklad zemetrasenia.

Množstvo prílivovej energie priamo súvisí so vzdialenosťou medzi vesmírnymi objektmi. A ak sa nepredpokladajú žiadne významné zmeny v geologickej časovej škále pre vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom, potom v systéme Zem-Mesiac je tento parameter premenlivou veličinou. Bez ohľadu na predstavy o, takmer všetci výskumníci pripúšťajú, že na skoré štádia vývoja Zeme bola vzdialenosť k Mesiacu podstatne menšia ako tá moderná, v procese planetárneho vývoja sa podľa väčšiny vedcov postupne zväčšuje a podľa Yu.N. Avsyuk táto vzdialenosť podlieha dlhodobým zmenám vo forme cyklov "príchod - odchod" mesiaca... Preto sa predpokladá, že v minulých geologických epochách bola úloha prílivového tepla v celkovej tepelnej bilancii Zeme významnejšia. Vo všeobecnosti po celú dobu vývoja Zeme ~ 3,3 * 10 37 erg (3,3 * 10 30 J) energia prílivového tepla (táto podlieha postupnému odstraňovaniu Mesiaca zo Zeme). Časová zmena rýchlosti uvoľňovania tohto tepla je znázornená na obr. 3.10 .

Viac ako polovica celkového množstva prílivovej energie sa uvoľnila v katarchee (hovno)) - pred 4,6 až 4,0 miliardami rokov a v tomto čase sa len vďaka tejto energii mohla Zem dodatočne zahriať o ~ 500 0 С. Od neskorého archeánu mali mesačné prílivy na vývoj len zanedbateľný vplyv energeticky náročné endogénne procesy .

Akrečné teplo

Toto je teplo, ktoré Zem ukladá od okamihu svojho vzniku. Prebieha narastanie, ktorá vďaka zrážke trvala niekoľko desiatok miliónov rokov planetezimály Zem zaznamenala výrazné oteplenie. Zároveň neexistuje konsenzus o veľkosti tohto zahrievania. V súčasnosti sa výskumníci prikláňajú k názoru, že v procese narastania Zem zažila, ak nie úplné, tak výrazné čiastočné roztavenie, čo viedlo k počiatočnej diferenciácii Proto-Zeme na ťažké železné jadro a ľahký silikátový plášť, a do formácie "magma oceán" na jeho povrchu alebo v malej hĺbke. Aj keď ešte pred 90. rokmi sa za prakticky všeobecne uznávaný považoval model relatívne studenej primárnej Zeme, ktorá sa v dôsledku vyššie uvedených procesov postupne otepľovala, sprevádzaná uvoľňovaním značného množstva tepelnej energie.

Presné vyhodnotenie primárneho akrečného tepla a jeho frakcie dodnes zachované je spojené so značnými ťažkosťami. Autor: O.G. Sorokhtin a S.A. Ušakov, ktorí sú zástancami relatívne studenej primárnej Zeme, hodnota akrečnej energie premenenej na teplo je - 20,13 * 10 38 erg (20,13 * 10 31 J)... Táto energia by pri absencii tepelných strát stačila na úplné odparenie pozemská hmota, tk. teplota by mohla stúpnuť na 30 000 0 С... Ale akréčný proces bol relatívne dlhý a energia planetesimálnych dopadov sa uvoľnila len v blízkych povrchových vrstvách rastúcej Zeme a rýchlo sa stratila tepelným žiarením, takže primárne zahrievanie planéty nebolo veľké. Veľkosť tohto tepelného žiarenia, ktoré ide paralelne so vznikom (akréciou) Zeme, odhadujú títo autori ako 19,4 * 10 38 erg (19,4 * 10 31 J) .

Akrečné teplo s najväčšou pravdepodobnosťou zohráva v modernej energetickej bilancii Zeme zanedbateľnú úlohu.

2. Tepelný režim Zeme

Zem je chladné vesmírne teleso. Povrchová teplota závisí hlavne od vonkajšieho tepla. 95% tepla vrchnej vrstvy Zeme je externé (slnečná) teplá a iba 5% teplá interné , ktorý pochádza z útrob Zeme a zahŕňa viacero zdrojov energie. Vo vnútri Zeme sa teplota zvyšuje s hĺbkou od 1300 °C (v hornom plášti) po 3700 °C (v strede jadra).

Vonkajšie teplo... Teplo prichádza na povrch Zeme hlavne zo Slnka. Každý štvorcový centimeter povrchu dostane asi 2 kalórie tepla za jednu minútu. Toto množstvo sa nazýva slnečná konštanta a určuje celkové množstvo tepla dodaného na Zem zo Slnka. Za rok to predstavuje 2,26 · 10 21 kalórií. Hĺbka prieniku slnečného tepla do útrob Zeme závisí najmä od množstva tepla, ktoré dopadá na jednotku plochy, a od tepelnej vodivosti hornín. Maximálna hĺbka, do ktorej preniká vonkajšie teplo, je v oceánoch 200 m, na súši asi 40 m.

Vnútorné teplo... S hĺbkou dochádza k zvýšeniu teploty, ktorá sa na rôznych územiach vyskytuje veľmi nerovnomerne. Nárast teploty sa riadi adiabatickým zákonom a závisí od stlačenia látky pod tlakom, keď výmena tepla s okolím nie je možná.

Hlavné zdroje tepla vo vnútri Zeme:

Teplo uvoľnené pri rádioaktívnom rozpade prvkov.

Zvyškové teplo, zachované z čias vzniku Zeme.

Gravitačné teplo uvoľnené pri stláčaní Zeme a rozloženie hmoty z hľadiska hustoty.

Teplo vznikajúce chemickými reakciami prebiehajúcimi v hlbinách zemskej kôry.

Teplo uvoľnené slapovým trením Zeme.

Existujú 3 teplotné zóny:

ja - zóna s premenlivou teplotou ... Zmena teploty je určená miestnou klímou. Denné výkyvy sa prakticky zmierňujú v hĺbke asi 1,5 m a ročné výkyvy v hĺbkach 20 ... 30 m Iа - mraziaca zóna.

II - zóna konštantnej teploty nachádza sa v hĺbkach 15 ... 40 m, v závislosti od regiónu.

III - zóna zvýšenia teploty .

Teplotný režim hornín v útrobách zemskej kôry sa zvyčajne vyjadruje geotermálnym gradientom a geotermálnym krokom.

Veľkosť nárastu teploty na každých 100 m hĺbky sa nazýva geotermálny gradient... V Afrike, na poli Witwatersrand, je 1,5 ° С, v Japonsku (Echigo) - 2,9 ° С, v južnej Austrálii - 10,9 ° С, v Kazachstane (Samarinda) - 6,3 ° С, na polostrove Kola - 0,65 ° C .

Ryža. 3. Pásma teplôt v zemskej kôre: I - pásmo premenlivých teplôt, Iа - pásmo mrazu; II - zóna konštantných teplôt; III - zóna nárastu teploty.

Hĺbka, v ktorej teplota stúpne o 1 stupeň, sa nazýva geotermálny krok.Číselné hodnoty geotermálneho kroku nie sú konštantné nielen v rôznych zemepisných šírkach, ale ani v rôznych hĺbkach toho istého bodu v regióne. Veľkosť geotermálneho kroku sa pohybuje od 1,5 do 250 m. V Archangeľsku je to 10 m, v Moskve - 38,4 ma v Pjatigorsku - 1,5 m. Teoreticky priemerná hodnota tohto kroku je 33 m.

V studni navŕtanej v Moskve do hĺbky 1630 m bola teplota dna 41 °C a v bani vyvŕtanej v Donbase do hĺbky 1545 m bola teplota 56,3 °C. Najvyššia teplota bola zaznamenaná v USA vo vrte s hĺbkou 7136 m, kde je rovných 224 °C. Nárast teploty s hĺbkou by sa mal brať do úvahy pri navrhovaní hlbokých štruktúr.Podľa výpočtov v hĺbke 400 km by teplota mala dosiahnuť 1400 ... 1700 ° C. Najvyššie teploty (asi 5000 °C) boli dosiahnuté pre zemské jadro.

O spontánnych prejavoch gigantickej energie číhajúcej v hlbinách ľudia vedeli už dlho glóbus... V pamäti ľudstva sa uchovávajú legendy o katastrofických sopečných erupciách, ktoré si vyžiadali milióny ľudských životov, na nepoznanie zmenili vzhľad mnohých miest na Zemi. Sila erupcie aj relatívne malej sopky je kolosálna, je mnohonásobne vyššia ako sila najväčšieho elektrárne vytvorené ľudskou rukou. Je pravda, že nie je potrebné hovoriť o priamom využití energie sopečných erupcií: zatiaľ ľudia nemajú možnosť obmedziť tento rebelský živel a erupcie sú, našťastie, pomerne zriedkavé. Ale to sú prejavy energie číhajúcej v útrobách zeme, keď len nepatrný zlomok tejto nevyčerpateľnej energie nájde výstup cez ohnivé prieduchy vulkánov.

Malá európska krajina Island („krajina ľadu“ v doslovný preklad) je úplne sebestačný v paradajkách, jablkách a dokonca aj banánoch! Množstvo islandských skleníkov získava energiu z teplo zeme Na Islande prakticky neexistujú žiadne iné miestne zdroje energie. Ale táto krajina je veľmi bohatá horúce pramene a známe gejzíry - fontány s horúcou vodou, s presnosťou chronometra vyrážajúceho zo zeme. A hoci vo využívaní tepla podzemných zdrojov majú prednosť Neislanďania (dokonca aj starí Rimania nosili vodu z podzemia do známych kúpeľov – termálnych kúpeľov Caracalla), obyvatelia tejto malej severskej krajiny prevádzkovať podzemnú kotolňu veľmi intenzívne... Hlavné mesto Reykjavík, v ktorom žije polovica obyvateľov krajiny, je vykurované iba podzemnými zdrojmi. Reykjavík je ideálnym východiskovým bodom pre objavovanie Islandu: odtiaľto sa môžete vydať na najzaujímavejšie a najrozmanitejšie výlety do ktoréhokoľvek kúta tejto jedinečnej krajiny: gejzíry, sopky, vodopády, ryolitové hory, fjordy... Všade v Reykjavíku zažijete ČISTO ENERGIA - tepelná energia gejzírov vyvierajúca zo zeme, energia čistoty a priestoru ideálne zeleného mesta, energia reykjavíckej zábavy a vzrušujúceho nočného života po celý rok.

Ale nielen na vykurovanie ľudia čerpajú energiu z hlbín zeme. Elektrárne využívajúce horúce podzemné pramene fungujú už dlho. Prvá takáto elektráreň, stále s veľmi nízkym výkonom, bola postavená v roku 1904 v malom talianskom meste Larderello, pomenovanom po francúzskom inžinierovi Larderellim, ktorý už v roku 1827 vypracoval projekt využitia početných horúcich prameňov v tejto oblasti. Postupne sa kapacita elektrárne zvyšovala, do prevádzky sa uvádzali ďalšie a ďalšie bloky, využívali sa nové zdroje teplej vody a dnes už výkon stanice dosiahol impozantnú hodnotu – 360-tisíc kilowattov. Na Novom Zélande je takáto elektráreň v regióne Wairakei s kapacitou 160-tisíc kilowattov. 120 km od San Francisca v Spojených štátoch amerických vyrába elektrinu geotermálna stanica s kapacitou 500-tisíc kilowattov.

Geotermálnej energie

O spontánnych prejavoch gigantickej energie číhajúcej v útrobách zemegule ľudia vedeli už dlho. V pamäti ľudstva sa uchovávajú legendy o katastrofických sopečných erupciách, ktoré si vyžiadali milióny ľudských životov, na nepoznanie zmenili vzhľad mnohých miest na Zemi. Sila erupcie aj relatívne malej sopky je kolosálna, je mnohonásobne vyššia ako sila najväčších elektrární vytvorených ľudskou rukou. Je pravda, že nie je potrebné hovoriť o priamom využití energie sopečných erupcií - zatiaľ ľudia nemajú možnosť obmedziť tento rebelský živel a erupcie sú, našťastie, pomerne zriedkavé. Ale to sú prejavy energie číhajúcej v útrobách zeme, keď len nepatrný zlomok tejto nevyčerpateľnej energie nájde výstup cez ohnivé prieduchy vulkánov.

Gejzír je horúci prameň, ktorý chrlí svoju vodu v pravidelných alebo nepravidelných výškach ako fontána. Názov pochádza z islandského slova „pours“. Vzhľad gejzírov si vyžaduje určité priaznivé prostredie, ktoré sa vytvára len na niekoľkých miestach na zemi, čo predurčuje ich pomerne vzácnu prítomnosť. Takmer 50% gejzírov sa nachádza v Yellowstonskom národnom parku (USA). Činnosť gejzíru sa môže zastaviť v dôsledku zmien v črevách, zemetrasení a iných faktorov. Pôsobenie gejzíru je spôsobené kontaktom vody s magmou, po ktorom sa voda rýchlo zohreje a pôsobením geotermálnej energie je prudko vyvrhnutá nahor. Po erupcii sa voda v gejzíre postupne ochladzuje, opäť presakuje do magmy a opäť tryská. Frekvencia erupcií rôznych gejzírov sa pohybuje od niekoľkých minút až po niekoľko hodín. Potreba veľkej energie na prevádzku gejzíru - hlavný dôvod ich vzácnosť. Sopečné oblasti môžu mať horúce pramene, bahenné sopky, fumaroly, ale je len veľmi málo miest, kde sa nachádzajú gejzíry. Faktom je, že aj keď sa na mieste činnosti sopky vytvoril gejzír, následné erupcie zničia povrch zeme a zmenia jej stav, čo povedie k zmiznutiu gejzíru.

Energia zeme ( geotermálnej energie) je založený na využívaní prirodzeného tepla Zeme. Útroby Zeme sú plné obrovského, prakticky nevyčerpateľného zdroja energie. Ročné vyžarovanie vnútorného tepla na našej planéte je 2,8 * 1014 miliárd kWh. Neustále je kompenzovaný rádioaktívnym rozpadom niektorých izotopov v zemskej kôre.

Zdroje geotermálnej energie môžu byť dvojakého druhu. Prvým typom sú podzemné bazény prírodných nosičov tepla – horúcovodné (hydrotermálne pramene), alebo parné (parné termálne pramene), prípadne zmes pary a vody. V podstate ide o „podzemné kotly“ priamo pripravené na použitie, odkiaľ sa pomocou klasických vrtov dá vyrábať voda alebo para. Druhým typom je teplo horúcich skál. Čerpaním vody do takýchto horizontov môžete získať aj paru alebo prehriatu vodu na ďalšie využitie na energetické účely.

Ale v oboch prípadoch použitia hlavná nevýhoda je možno vo veľmi slabej koncentrácii geotermálnej energie. Avšak na miestach, kde sa tvoria zvláštne geotermálne anomálie, kde sa horúce pramene alebo horniny približujú relatívne blízko k povrchu a kde pri ponorení do hĺbky teplota stúpne o 30-40 °C na každých 100 m, môže koncentrácia geotermálnej energie vytvárať podmienky pre jeho ekonomické využitie. V závislosti od teploty vody, pary alebo zmesi pary a vody sa geotermálne zdroje delia na nízko a strednoteplotné (s teplotami do 130 - 150 °C) a vysokoteplotné (nad 150 °C). Povaha ich použitia do značnej miery závisí od teploty.

Dá sa tvrdiť, že geotermálna energia má štyri prospešné vlastnosti.

Po prvé, jeho zásoby sú prakticky nevyčerpateľné. Podľa odhadov z konca 70. rokov sú do hĺbky 10 km 3,5 tisíckrát vyššie ako zásoby tradičných druhov nerastných palív.

Po druhé, geotermálna energia je pomerne rozšírená. Jeho koncentrácia je spojená najmä s pásmi aktívnej seizmickej a sopečnej činnosti, ktoré zaberajú 1/10 rozlohy Zeme. V rámci týchto pásov možno identifikovať niektoré z najsľubnejších „geotermálnych regiónov“, ktorých príkladmi sú Kalifornia v USA, Nový Zéland, Japonsko, Island, Kamčatka, Severný Kaukaz v Rusku. Iba v bývalého ZSSR začiatkom 90. rokov bolo otvorených asi 50 podzemných nádrží na teplú vodu a paru.

Po tretie, využívanie geotermálnej energie si nevyžaduje vysoké náklady, pretože v tomto prípade prichádza o zdrojoch energie „pripravených na použitie“, ktoré vytvorila samotná príroda.

Napokon, po štvrté, geotermálna energia je z ekologického hľadiska úplne neškodná a neznečisťuje životné prostredie.

Človek oddávna využíva energiu vnútorného tepla Zeme (spomeňme si, že aspoň slávne Rímske kúpele), no komerčné využitie začalo až v 20. rokoch 20. storočia výstavbou prvých geoelektrární v Taliansku a potom aj v iných krajinách. . Začiatkom 80. rokov vo svete fungovalo asi 20 takýchto staníc s celkovým výkonom 1,5 milióna kW. Najväčšou z nich je stanica Geysers v USA (500 tis. kW).

Geotermálna energia sa využíva na výrobu elektriny, vykurovanie domov, skleníkov atď. Ako nosič tepla sa používa suchá para, prehriata voda alebo nejaký druh chladiacej kvapaliny s nízkym bodom varu (amoniak, freón atď.).

Táto energia patrí alternatívne zdroje... V dnešnej dobe čoraz viac ľudí hovorí o možnostiach získavania zdrojov, ktoré nám planéta dáva. Dá sa povedať, že žijeme v ére módy obnoviteľnej energie. V tejto oblasti vzniká množstvo technických riešení, plánov, teórií.

Nachádza sa hlboko v útrobách zeme a má vlastnosti obnovy, inými slovami, je nekonečný. Klasické zdroje podľa vedcov začínajú dochádzať, ropa, uhlie a plyn vysychajú.

Geotermálna elektráreň Nesiavellir, Island

Preto sa môžete postupne pripraviť na prijatie nového alternatívne metódy výroba energie. Pod zemskou kôrou sa nachádza mocné jadro. Jeho teplota sa pohybuje od 3000 do 6000 stupňov. Pohyb litosférických dosiek demonštruje jeho obrovskú silu. Prejavuje sa vo forme sopečného výronu magmy. V hĺbkach dochádza k rádioaktívnemu rozpadu, ktorý niekedy vedie k takýmto prírodným katastrofám.

Zvyčajne magma ohrieva povrch bez toho, aby ho opustila. Takto sa vyrábajú gejzíry alebo teplé bazény s vodou. Je teda možné využívať fyzikálne procesy na nevyhnutné účely pre ľudstvo.

Druhy zdrojov geotermálnej energie

Zvyčajne sa delí na dva typy: hydrotermálnu a petrotermálnu energiu. Prvý sa tvorí v dôsledku teplých zdrojov a druhým typom je teplotný rozdiel na povrchu a v hlbinách zeme. Vysvetlite si vlastnými slovami, hydrotermálny zdroj je tvorený parou a horúcou vodou, zatiaľ čo ten petrotermálny je ukrytý hlboko pod zemou.

Mapa potenciálu rozvoja geotermálnej energie vo svete

Pre petrotermálnu energiu je potrebné vyvŕtať dve studne, jednu naplniť vodou, po ktorej prebehne proces stúpania, ktorý vypláva na povrch. Existujú tri triedy geotermálnych oblastí:

• Geotermálna - nachádza sa v blízkosti kontinentálnych dosiek. Teplotný gradient nad 80C/km. Ako príklad možno uviesť taliansku obec Larderello. Je tam elektráreň
• Polotepelná - teplota 40 - 80 C / km. Sú to prírodné vodonosné vrstvy tvorené rozbitými horninami. Na niektorých miestach vo Francúzsku sú budovy vykurované týmto spôsobom.
• Normálne - stúpanie menej ako 40 C / km. Zastúpenie takýchto oblastí je najčastejšie

Sú výborným zdrojom na konzumáciu. Oni sú v skala, v určitej hĺbke. Pozrime sa bližšie na klasifikáciu:

• Epitermálna - teplota od 50 do 90 s
• Mezotermálne - 100 - 120 s
• Hypotermálna - viac ako 200 s

Tieto typy pozostávajú z rôznych chemické zloženie... V závislosti od toho môžete vodu použiť na rôzne účely. Napríklad pri výrobe elektriny, zásobovaní teplom (vykurovacie trasy), surovinovej základni.

Video: Geotermálna energia

Proces dodávky tepla

Teplota vody je 50 - 60 stupňov, čo je optimálne na vykurovanie a zásobovanie teplou obytnou oblasťou. Potreba vykurovacie systémy závisí od geografickej polohy a klimatických podmienok. A ľudia neustále potrebujú zásobovanie teplou vodou. Pre tento proces sa budujú GTS (geotermálne tepelné elektrárne).

Ak sa na klasickú výrobu tepelnej energie využíva kotolňa na tuhé alebo plynné palivo, tak sa pri tejto výrobe používa gejzírový zdroj. Technický proces je veľmi jednoduchý, rovnaké komunikácie, vykurovacie trasy a vybavenie. Stačí vyvŕtať studňu, vyčistiť ju od plynov, potom ju prečerpať do kotolne, kde sa bude udržiavať teplotný harmonogram, a potom vstúpi do vykurovacieho potrubia.

Hlavným rozdielom je, že nie je potrebné používať palivový kotol. To výrazne znižuje náklady na tepelnú energiu. V zime odberatelia dostávajú teplo a teplú vodu av lete iba teplú vodu.

Vytváranie energie

Horúce pramene a gejzíry sú hlavnými komponentmi pri výrobe elektriny. Na tento účel sa používa niekoľko schém, budujú sa špeciálne elektrárne. Zariadenie GTS:

• zásobník TÚV
• Pumpa
• Odlučovač plynu
• Odlučovač pary
• Generujúca turbína
• Kondenzátor
• Prečerpávač
• Nádrž - chladič

Ako vidíte, hlavným prvkom okruhu je parný konvertor. To umožňuje získať vyčistenú paru, pretože obsahuje kyseliny, ktoré ničia zariadenie turbíny. V technologickom cykle existuje možnosť použitia zmiešanej schémy, to znamená, že do procesu je zapojená voda a para. Kvapalina prechádza celým stupňom čistenia od plynov, ako aj pary.

Obvod binárneho zdroja

Pracovná zložka je kvapalina s nízkym bodom varu. Termálna voda sa podieľa aj na výrobe elektriny a slúži ako druhotná surovina.

S jeho pomocou sa tvorí para z nízkovriaceho zdroja. GTS s takýmto cyklom práce môže byť plne automatizovaná a nevyžaduje personál údržby. Výkonnejšie stanice využívajú dvojokruhovú schému. Tento typ elektrárne umožňuje dosiahnuť výkon 10 MW. Dvojokruhová konštrukcia:

• Parný generátor
• Turbína
• Kondenzátor
• Vyhadzovač
• Napájacie čerpadlo
• Ekonomizér
• Výparník

Praktické využitie

Obrovské zásoby zdrojov sú mnohonásobne väčšie ako ročná spotreba energie. Ale len malý zlomok používa ľudstvo. Výstavba staníc sa datuje do roku 1916. V Taliansku vznikla prvá geotermálna elektráreň s výkonom 7,5 MW. Priemysel sa aktívne rozvíja v krajinách ako: USA, Island, Japonsko, Filipíny, Taliansko.

Potenciálne lokality sa aktívne skúmajú a prebiehajú pohodlnejšie metódy ťažby. Výrobná kapacita z roka na rok rastie. Ak vezmeme do úvahy ekonomický ukazovateľ, potom sa náklady na takýto priemysel rovnajú uhoľným tepelným elektrárňam. Island takmer úplne pokrýva inžinierske siete a bytový fond zdroja GT. 80% domov využíva na vykurovanie horúca voda zo studní. Odborníci zo Spojených štátov tvrdia, že pri správnom vývoji dokážu geotermálne elektrárne vyprodukovať 30-krát vyššiu ročnú spotrebu. Ak hovoríme o potenciáli, tak 39 krajín sveta sa bude vedieť plne zabezpečiť elektrinou, ak budú využívať útroby zeme na 100 percent.