26.09.2019

Geotermálna energia a spôsoby, ako korisť. Tepelná pôda

Pre Rusko, teplo tepla Zeme môže byť trvalým, spoľahlivým zdrojom poskytovania lacnej a cenovo dostupnej elektrickej energie a tepla pri použití nových vysokých, environmentálne priaznivých technológií pre jeho ťažbu a dodávku spotrebiteľovi. V súčasnosti je to najmä relevantné

Obmedzené zdroje surovín fosílnych energie

Potreby pre ekologické energetické suroviny sú veľké v priemyselných a rozvojových krajinách (USA, Japonsko, štáty Spojených štátov, Číny, Indie atď.). V rovnakej dobe, vlastné uhľovodíkové zdroje v týchto krajinách sú buď nedostatočné alebo vyhradené, a krajina, napríklad USA nakupovať energetické suroviny v zahraničí alebo rozvíja vklady v iných krajinách.

V Rusku je jedna z najbohatších krajín v energetických zdrojoch krajín, ekonomické potreby pre energiu stále spokojná s možnosťami využívania prírodných fosílie. Extrakcia fosílnych uhľovodíkových surovín z čriev sa však vyskytuje vo veľmi rýchlom tempe. Ak v rokoch 1940-1960. Hlavnými oblasťami vyrábajúcimi ropy boli "druhé Baku" v regióne Volga a pre-Ural, potom od 70. rokov, a do súčasnosti je takýto región západnej Sibíri. Ale tu existuje významné zníženie výroby fosílnych uhľovodíkov. Je to do minulosti éry "suchého" génického plynu. Bývalý štádium rozsiahleho rozvoja výroby zemného plynu sa blížili k dokončeniu. Vyťahovanie z takýchto gigantov usadeniny, ako medvedí, urengoy a yamburg, 84, 65 a 50%. Znižuje sa aj podiel ropných rezerv priaznivých pre rozvoj.

Vzhľadom na aktívnu spotrebu uhľovodíkových paliva, rezerv ropy a zemného plynu na zemi výrazne poklesli. Teraz sú ich hlavné rezervy zamerané na kontinentálnu poličku. A hoci surovinová základňa oleja a plynárenský priemysel Je stále dostatočné na výrobu ropy a plynu v Rusku v potrebných objemoch, v blízkej budúcnosti sa zabezpečí, že bude čoraz viac spôsobený rozvojom vkladov s komplexnými ťažobnými a geologickými podmienkami. Náklady na výrobu uhľovodíkových surovín budú rásť.

Väčšina neobnoviteľných zdrojov ťažcov z čriev sa používa ako palivo energetické inštalácie. V prvom rade je to podiel, na ktorom je v štruktúre paliva 64%.

V Rusku sa TPP vyrába 70% elektrickej energie. Energetické podniky krajiny sa každoročne spaľujú asi 500 miliónov ton. t. S cieľom získať elektrinu a teplo, zatiaľ čo uhľovodíkové palivo je 3-4 krát viac vynaložené na výrobu elektriny.

Množstvo tepla získaného zo spaľovania menovaných objemov uhľovodíkových surovín je ekvivalentné používaniu stoviek ton jadrového paliva - rozdiel je obrovský. ale jadrová energia Vyžaduje si environmentálnu bezpečnosť (vylúčiť opakovanie Černobylu) a chrániť ho pred možnými teroristickými činmi, ako aj implementáciu bezpečného a nákladného záveru z využívania zastaraných a vynaložených jeho termínom výkonových jednotiek jadrových elektrární. Osvedčený spätne získateľné rezervy uránu na svete sú asi 3 milióny 400 tisíc ton. Za celé predchádzajúce obdobie (do roku 2007) vytvorila asi 2 milióny ton.

Rezervu ako budúcnosť svetovej energie

Vyšetrený vo svete vo svete vo svetovom záujme o alternatívnych obnoviteľných zdrojov energie (obnoviteľné zdroje energie) je spôsobená nielen vyčerpaním zásob uhľovodíkov, ale aj potrebu riešiť problémy životného prostredia. Objektívne faktory (rezervy fosílnych palív a uránu, ako aj zmeny okolitýSúvisiace s používaním tradičnej požiarnej a jadrovej energie) a trendy rozvoja energie naznačujú, že prechod na nové metódy a formy výroby energie je nevyhnutné. Už v prvej polovici XXI storočia. Dôjde k úplnému alebo takmer úplnému prechodu na netradičné zdroje energie.

Čím skôr sa prielom uskutočňuje v tomto smere, tým menej bolestivé bude pre celú spoločnosť a výhodnejšie pre krajinu, kde sa rozhodujúce kroky uskutočnia v určenom smere.

Svetová ekonomika už vstúpila na kurz pre prechod na racionálnu kombináciu tradičných a nových zdrojov energie. Spotreba energie vo svete do roku 2000 predstavovala viac ako 18 miliárd ton. t. a spotreba energie do roku 2025 sa môže zvýšiť na 30-38 miliardy ton. T., podľa prognóz, do roku 2050, je spotreba možná na úrovni 60 miliárd ton. t. Charakteristické trendy vo vývoji globálnej ekonomiky v sledovanom období sú systematické zníženie spotreby ekologického paliva a zodpovedajúce zvýšenie používania netradičných energetických zdrojov. Tepelná energia pôdy zaberá jeden z nich jeden z prvých miest.

Ministerstvo energetiky Ruskej federácie v súčasnosti prijala program pre rozvoj netradičnej energie, vrátane 30 hlavných projektov na použitie inštalácií tepelného čerpadla (TNU), ktorého princíp fungovania je založená na spotrebe Nízkonásobná tepelná energia Zeme.

Nízka potenciálna zemská tepelná energia a tepelné čerpadlá

Zdroje nízkej energie energie tepla zeme sú slnečné žiarenie a tepelné žiarenie predhrievaných podloží našej planéty. V súčasnosti je použitie takejto energie jedným z najdynamickejšie rozvíjajúcich sa pokynov na energiu na základe obnoviteľných zdrojov.

Teplo Zeme sa môže použiť v rôznych typoch budov a konštrukcií na vykurovanie, prívod teplej vody, klimatizáciu (chladenie), ako aj na vykurovacie dráhy v zimný čas rokov, prevencia námrazov, vykurovacích polí v otvorených štadiónoch atď. V anglicko-hovoriacom technickej literatúre systému, využívajúce teplo Zeme v systémoch tepla a klimatizačných systémov, sú označené ako GHP - "geotermálne tepelné čerpadlá" (geotermické Tepelné čerpadlá). Klimatické charakteristiky krajín strednej a severnej Európy, ktoré sú spolu so Spojenými štátmi a Kanadou hlavnými oblasťami používania nízkeho tepla zeme, určujú to najmä na vykurovacie účely; Vzduchové chladenie aj v letnom období sa vyžaduje relatívne zriedka. Na rozdiel od Spojených štátov, tepelné čerpadlá v európskych krajinách pracujú najmä pri vykurovaní. V USA sa často používajú v systémoch vykurovanie vzduchuV kombinácii s vetraním, ktoré vám umožní zahriať a ochladiť vonkajší vzduch. V európskych krajinách sa tepelné čerpadlá zvyčajne používajú vo vykurovaní vody. Vzhľadom k tomu, ich účinnosť sa zvyšuje so znížením rozdielu v teplotách výparníka a kondenzátora, často na vykurovanie budov, sa používajú systémy podlahového vykurovania, v ktorých je chladivo relatívne nízke teploty (35-40% c).

Typy systémov na využívanie nízkej presnej energie tepla zeme

Všeobecne možno rozlíšiť dva typy používania nízkonákladovej energie Zeme:

- Otvorené systémy: Pôdne vody sa používajú ako zdroj s nízkou tepelnou energiou, dodávaný priamo na tepelné čerpadlá;

- Uzavreté systémy: Výmenníky tepla sa nachádzajú v pôdnom poli; Pri cirkulácii chladiacej kvapaliny zníženou teplotou, teplota tepelnej energie z pôdy a prenesením do výparníka tepelného čerpadla (alebo pri použití chladiacej kvapaliny so zvýšeným vzhľadom na teplotu pôdy sa ochladzuje).

Nevýhody otvorených systémov je, že studne vyžadujú údržbu. Okrem toho, používanie takýchto systémov nie je možné vo všetkých lokalitách. Hlavné požiadavky na pôdu a podzemné vody sú nasledovné: \\ t

- dostatočná priepustnosť vody pôdy, ktorá vám umožní byť doplnený vodnými rezervami;

- dobré chemické zloženie podzemná voda (Napríklad nízke železo), ktoré umožňuje vyhnúť sa problémom spojeným s tvorbou usadenín na stenách potrubia a korózii.

Uzavreté systémy na využívanie nízkonákladovej energie tepla zeme

Uzavreté systémy sú horizontálne a vertikálne (obr. 1).

Obr. 1. Schéma zariadenia geotermálneho tepelného čerpadla C: A - Horizontálne

a b - vertikálne výmenníky tepla.

Horizontálny výmenník tepla pôdy

V krajinách západnej a strednej Európy sú horizontálne výmenníky tepla pôdy zvyčajne oddelené rúrky, ktoré sú relatívne tesné a vzájomne prepojené medzi sebou a paralelne (obr. 2).

Obr. 2. Horizontálne výmenníky tepla v pôde C: A - po sebe idúce a

b - Paralelná zlúčenina.

Uloženie oblasti miesta, kde sa vyrába vykurovacia jednotka, vyvinuli sa zlepšené typy výmenníkov tepla, napríklad výmenníky tepla vo forme šporizonally alebo vertikálne. Takáto forma výmenníkov tepla je distribuovaná v Spojených štátoch.

2. Termálne režim Zeme

Zem je studené kozmické telo. Teplota povrchu závisí najmä od tepla prichádzajúce zvonku. 95% tepla hornej vrstvy Zeme je vonkajší (slnečné) teplo a len 5% - teplo domáci ktorý pochádza z čriev zeme a zahŕňa niekoľko zdrojov energie. V črevách zeme sa teplota zvyšuje s hĺbkou 1300 ° C (v hornom pláští) až 3700 ° C (v strede jadra).

Vonkajšie teplo. Teplo prichádza na povrchu zeme hlavne zo Slnka. Každý štvorcový centimeter povrchu prijíma asi 2 kalórie tepla na jednu minútu. Táto hodnota sa volá solárna konštanta a určuje celkové množstvo tepla vstupujúceho do Zeme zo Slnka. Za rok je to hodnota 2,26 · 1011 kalórií. Hĺbka prieniku solárneho tepla v podloží zeme závisí najmä od množstva tepla, ktorý spadá na jednotku plochy povrchu a od tepelnej vodivosti skál. Maximálna hĺbka, na ktorej je vonkajšie teplo prenikavé 200 m v oceánoch, na pozemku - asi 40 m.

Vnútorné teplo. S hĺbkou sa pozorovalo zvýšenie teploty, ktorá sa vyskytuje veľmi nerovnomerne na rôznych územiach. Zvýšenie teploty v adiabatickom zákone a závisí od kompresie látky pod tlakom, keď je výmena tepla s životným prostredím nemožná.

Hlavné zdroje tepla vo vnútri Zeme:

Teplo uvoľnené počas rádioaktívneho rozpadu prvkov.

Zvyškové teplo, zachované od tvorby Zeme.

Gravitačné teplo uvoľnené počas lisovania Zeme a distribúcie látky podľa hustoty.

Teplo sa vo vzorke v dôsledku chemických reakcií vyskytujú v hĺbkach zemskej kôry.

Teplo, ktoré sa uvoľňuje počas prílivového trenia Zeme.

Tri teplotné zóny rozlišujú:

I - zóna variabilných teplôt . Zmena teploty je určená podnebou oblasti. Denné výkyvy sú prakticky vyblednuté v hĺbke asi 1,5 m a ročné v hĺbkach 20 ... 30 m. IA - zóna mrazenia.

II - plocha trvalej teploty V hĺbkach 15 ... 40 m v závislosti od regiónu.

III - teplotná rastová zóna .

Teplotný režim skál v hlbinách zemskej kôry je vyrobený na vyjadrenie geotermálneho gradientu a geotermálny krok.

Veľkosť teploty sa zvyšuje pre každých 100 m hĺbky geotermálny gradient. V Afrike na poli Weersrand, je 1,5 ° C, v Japonsku (ECHIGO) - 2,9 ° C, v Južnej Austrálii - 10,9 ° C, v Kazachstane (Samarinda) - 6,3 ° C, na polostrove Kola - 0,65 ° C.

Obr. 3. Teplotné zóny v zemskej kôre: I - Zóna variabilných teplôt, IA - Zóna mrazu; II - Zóna konštantných teplôt; III - Zvýšenie teploty.

Hĺbka, pri ktorej teplota stúpa o 1 stupeň, zavolal geotermálny krok.Číselné hodnoty geotermálnej fázy sú nekonzistentné nielen na rôznych zemepisných šírkach, ale aj v rôznych hĺbkach toho istého bodu oblasti. Veľkosť geotermálnej fázy sa líši od 1,5 do 250 m. V Arkhangelsku sa rovná 10 m, v Moskve - 38,4 m av Pyatigorsk - 1,5 m. Teoreticky, priemerná hodnota tohto kroku je 33 m.

V dobre vŕtanom v Moskve do hĺbky 1630 m bola teplota v zabíjaní 41 ° C a v bani, ktorá bola prechádzaná v donbass do hĺbky 1545 m, teplota sa ukázala ako 56,3 ° C. Najvyššia teplota je upevnená v USA v hĺbke 7136 m, kde sa rovná 224 ° C. Zvýšenie teploty s hĺbkou by sa malo zvážiť pri navrhovaní hlbokých downTit štruktúr podľa výpočtov, v hĺbke 400 km, aby teplota mala dosiahnuť 1400 ... 1700 ° C. Najvyššie teploty (približne 5000 ° C) sa získavajú na pôdu.

D.t.n. Na. Ratal, profesor,
akademik Ruská akadémia Technologické vedy, Moskva

V posledných desaťročiach svet považuje smer efektívnejšieho využívania energie hlbokého tepla zeme, aby sa čiastočne nahradil zemný plyn, olej, uhlie. To bude možné nielen v oblastiach s vysokými geotermálnymi parametrami, ale aj v akýchkoľvek oblastiach sveta pri vŕtaní vstrekovania a prevádzkových studní a vytvorenie obehových systémov medzi nimi.

Skúmaný záujem na svete na svete na svete alternatívne zdroje Energia je spôsobená vyčerpaním rezerv uhľovodíkových paliva a potreba vyriešiť množstvo environmentálnych problémov. Objektívne faktory (rezervy fosílnych palív a uránu, ako aj zmena média spôsobeného tradičným požiarmi a jadrovou energiou) naznačujú, že prechod na nové metódy a formy energie je nevyhnutné.

Globálna ekonomika v súčasnosti zdvihla prechod na racionálnu kombináciu tradičných a nových zdrojov energie. Teplo pozemku zaberá medzi nimi jeden z prvých miest.

Geotermálne zdroje energie sú rozdelené do hydrogeologických a petrogeermálnych. Prvá z nich sú znázornené chladiavami (predstavujú len 1% spoločné zdroje Geotermálna energia) - Podzemné vody, parné a parné zmesi. Druhou je geotermálna energia obsiahnutá v horúcich skalách.

Technológia fontány (self-spoliehanie) ťažby prírodných parných a geotermálnych vôd sa používa v našej krajine iv zahraničí, ale neúčinné. S malým debetným jamkami, ich tepelné výrobky môžu získať náklady na vŕtanie len s malou hĺbkou geotermálnych zberateľov vysoké teploty V oblastiach termalomalia. Servisná životnosť takýchto jamiek v mnohých krajinách nedosiahne 10 rokov.

Zároveň skúsenosti potvrdzujú, že v prítomnosti plytkých zberateľov prírodnej pary je stavba geotes najvýhodnejším využívaním geotermálnej energie. Prevádzka takýchto geotes ukázala svoju konkurencieschopnosť v porovnaní s inými druhmi elektrární. Preto použitie rezerv geotermálnych vôd a výparov v našej krajine na polostrove Kamchatka a ostrovy Kuril RUD, v regiónoch severného Kaukazu, a je tiež možné v iných oblastiach, je vhodné a včas . Ale párové polia - rarita, jej známa a rezervy V blízkosti. Oveľa bežnejších polí tepelných elektrární nie sú vždy umiestnené v blízkosti spotrebiteľa - dodávka tepla. Tým sa eliminuje možnosť rozsiahleho efektívneho používania.

Často, ťažký problém vyrastie problém boja proti fyziologickým roztokom. Použitie geotermálnu, spravidla mineralizovaných zdrojov, pretože chladivo vedie k vrdenej zóne oxidu železitého, uhličitanu vápenatého a kremičitanu. Okrem toho, problémy s eróziou korózie a dizajnu soli sú negatívne ovplyvnené zariadením. Problém sa tiež stáva resetovaním mineralizovaných a obsahujúcich toxické nečistoty odpadových vôd. Preto najjednoduchšia technológia fontány nemôže slúžiť ako základ pre široký rozvoj geotermálnych zdrojov.

Podľa predbežných odhadov na území Ruská federácia Prediktívne rezervy termálnych vôd s teplotou 40-250 ° C, mineralizácia 35-200 g / l a hĺbku až 3000 m sú 21-22 miliónov m3 / deň, čo je ekvivalentné spaľovaniu 30-40 Milión ton ton v roku.

Prognózované rezervy zmesi parnej vzduchu s teplotou 150-250 OS polostrova Kamčatka a Kurilských ostrovov je 500 tisíc m3 / deň. a rezervy termálnych vôd s teplotou 40-100 ° C - 150 tisíc m3 / deň.

Primárne vody s prietokom približne 8 miliónov m3 / deň sa považujú za primárne pre rozvoj, s mineralizáciou až 10 g / l a teplota nad 50 ° C.

Oveľa väčší význam pre energiu budúcnosti má ťažbu tepelnej energie, prakticky nevyčerpateľných, petrogeotermálnych zdrojov. Táto geotermálna energia uzatvorená v pevných horúcich skalách je 99% z celkových zdrojov podzemnej tepelnej energie. V hĺbke 4-6 km sa nachádzajú polia s teplotou 300-400 ° C v blízkosti medziľahlých ohniskách niektorých sopiek, ale horúce skaly s teplotou 100-150 os sa šíria v týchto hĺbkach takmer všade a s teplotou 180-200 os na pomerne významnej časti. Územie Ruska.

Počet miliárd rokov, jadrové, gravitačné a iné procesy vo vnútri Zeme vznikli a vytvorili tepelnú energiu. Niektoré z jeho podielu sa vyžarovali do vonkajšieho priestoru a teplo sa nahromadí v hĺbke, t.j. Teplom obsahujúce pevné, kvapalné a plynné fázy zemskej látky a nazýva sa geotermálna energia.

Nepretržitá generácia vnútorného tepla kompenzuje jej vonkajšie straty, slúži ako zdroj akumulácie geotermálnej energie a určuje obnoviteľnú časť svojich zdrojov. Celkové odstránenie tepla útokov na zem Zeme je trikrát vyšší ako moderná sila energie vo svete a odhaduje sa na 30 televízorov.

Je však zrejmé, že obnoviteľnosť je len pre obmedzené prírodné zdrojeA celkový potenciál geotermálnej energie je prakticky nevyčerpateľný, pretože by sa mal určiť ako celkové množstvo tepla, ktoré má pôda.

Nie náhodou, v posledných desaťročiach, svet považuje smer efektívnejšieho využívania energie hlbokého tepla zeme, aby sa čiastočne nahradil zemný plyn, olej, uhlie. To bude možné nielen v oblastiach s vysokými geotermálnymi parametrami, ale aj v akýchkoľvek oblastiach sveta pri vŕtaní vstrekovania a prevádzkových studní a vytvorenie obehových systémov medzi nimi.

Samozrejme, pri nízkej tepelnej vodivosti plemien na efektívnu prevádzku cirkulačných systémov je potrebné mať alebo vytvoriť pomerne vyvinutý povrch výmeny tepla v zóne výberu tepla. S takým povrchom, poréznymi vrstvami a zónmi prirodzenej rezistencie na trhliny, ktorých priepustnosť umožňuje organizovať nútenú filtráciu chladiacej kvapaliny s účinnou extrakciou energie skál, ako aj umelej tvorby rozsiahlej výmeny tepla Povrch v nízkodimenzionálnych poréznych poliach pomocou hydraulickej vzorky (pozri obrázok).

V súčasnosti sa aplikuje hydraulický prieskum olejový a plynárenský priemysel Ako spôsob, ako zvýšiť priepustnosť nádrže na zvýšenie oživenia ropy vo vývoji ropných polí. Moderná technológia Umožňuje vytvoriť úzku, ale dlhé trhliny alebo krátke, ale široké. Známe príklady hydraulických zlomenín s dĺžkou až 2-3 km.

Domáca myšlienka získavania hlavných geotermálnych zdrojov uzavretých v pevných skalách bola vyjadrená v roku 1914. K.E. Tsiolkovsky, a v roku 1920, systém geotermálnej cirkulácie (GCC) v horúcom žulovom poli bol opísaný v.a. Hoophevy

V roku 1963 sa v Paríži vytvorili prvá extrakcia GCC tepla plemien poréznych vrstiev na vykurovanie a klimatizáciu v priestoroch komplexu Chaos Chaos. V roku 1985 vo Francúzsku 64 GC pracoval v celkovej tepelnej kapacite 450 MW v ročnom hospodárstve približne 150 tisíc ton ropy. V tom istom roku bol prvý taký GCC vytvorený v ZSSR v údolí Khankalskaya v blízkosti Grozného.

V roku 1977, podľa projektu, Los Alamos Národné laboratórium Spojených štátov začali testovať experimentálne GSS s hydraulickým štiepením prakticky nepriepustného poľa na mieste sušiča vlasov v New Mexico City. Studená sladková voda sa zahrieva cez studňu (injekciu) studenej sladkej vode na úkor výmeny tepla s radom hornín (185 ° C) vo vertikálnej oblasti trhlín 8000 m2 vytvorených hydraulickým v hĺbke 2,7 km . Na inom dobre (prevádzkovom), tiež prekračovaní tejto trhliny, prehriatej vody išla na povrch vo forme prúdu pary. Pri cirkulácii v uzavretom obryse pod tlakom, teplota prehriatej vody na povrchu dosiahla 160-180 os a tepelný výkon systému je 4-5 MW. Únik chladiacej kvapaliny do okolitého poľa bol približne 1% celkového prietoku. Koncentrácia mechanických a chemických nečistôt (až 0,2 g / l) zodpovedala k tomu, že riadi čerstvou pitnou vodou. Hydraulická trhlina nevyžadovala montáž a udržiavanú v prevádzkovom stave hydrostatického tlaku tekutiny. Voľný konvekcia, ktorý sa v ňom vyvíja, poskytol účinnú účasť na prenose tepla takmer celého povrchu expozície horúceho skalného masívu.

Extrakcia podzemnej tepelnej energie horúcich nečistôt, na základe spôsobov nakloneného vŕtania, dlho cvičeného v ropnom a plynárenskom priemysle, nespôsobil seizmickú aktivitu, ani žiadne iné škodlivé účinky na životné prostredie.

V roku 1983, britskí vedci opakovali americký zážitok, vytvorili experimentálne HCS s hydraulickými žľazami v Karnuelle. Podobné práce sa uskutočnili v Nemecku, Švédsku. V Spojených štátoch sa uskutočnilo viac ako 224 geotermálnych projektov dodávok tepla. Predpokladá sa, že geotermálne zdroje môžu poskytnúť hlavnú časť potenciálnych potrieb Spojených štátov v tepelnej energii pre neelektrické potreby. V Japonsku dosiahla geotes moc v roku 2000 približne 50 GW.

V súčasnosti sa uskutočňuje výskum a prieskum geotermálnych zdrojov v 65 krajinách. Vo svete na základe geotermálnej energie vytvoril stanice s celkovou kapacitou približne 10 GW. Aktívna podpora vo vývoji geotermálnej energie poskytuje OSN.

Skúsenosti s použitím geotermálnych chladiacich prostriedkov sa nahromadili v mnohých krajinách priaznivé podmienky Ukazujú sa, že sú 2-5 krát výhodnejšie pre tepelné a jadrové elektrárne. Výpočty ukazujú, že v priebehu roka môže jedna geotermálna studňa poskytnúť substitúciu 158 tisíc ton uhlia.

Teda teda zeme je, možno, jediným veľkým, výplňovým zdrojom energie, ktorého racionálny rozvoj sľubuje zníženie energie v porovnaní s modernou energiou paliva. S takýmto nevyčerpateľným energetickým potenciálom, solárnymi a termonukleárnymi inštaláciami budú bohužiaľ drahšie ako existujúce palivo.

Napriek veľmi dlhej histórii vývoja tepla zeme dnes, geotermálna technológia ešte nedosiahla svoje vysoký rozvoj. Vývoj tepelnej energie Zeme zažíva veľké ťažkosti pri konštrukcii hlbokých studní, ktoré sú kanál pre vysadenie chladiacej kvapaliny na povrch. V dôsledku vysokej teploty na zberu (200-250 ° C) sú tradičné nástroje na skálové operačné nástroje nevhodné na prácu v takých podmienkach, špeciálne požiadavky na výber vŕtačky a puzdra, cementové riešenia, Vŕtacie technológie, upevňovacie a dokončovacie studne. Domáce meracie zariadenia, sériové operačné armatúry a zariadenia sa vyrábajú pri vykonávaní, ktoré umožňuje teplotu nie je vyššia ako 150-200 ° C. Tradičné hlboké mechanické vŕtanie studní je niekedy oneskorené celé roky a vyžaduje si významné finančné náklady. V hlavných výrobných zariadeniach sa náklady na studne pohybuje od 70 do 90%. Tento problém je možné vyriešiť len vytvorením progresívnej technológie na rozvoj hlavnej časti geotermálnych zdrojov, t.j. Extrakcia energie horúceho plemena.

Problém extrakcie a použitia nevyčerpateľnej, dopĺňanej hlbokej tepelnej energie horúcich hornín Zeme na území Ruskej federácie, našej skupiny ruských vedcov a špecialistov sa zaoberá nie jeden rok. Účelom práce je vytvoriť na základe domácich, vysokých technických technológií na hlboké prenikanie v črevách zemskej kôry. V súčasnosti bolo vyvinutých niekoľko možností na vŕtanie škrupín (BS), ktoré nie sú analógy vo svete praxe.

Práca prvého BS variantov je spojená so súčasnou tradičnou technológiou vŕtania. Rýchlosť vŕtania pevných kameňov (priemerná hustota je 2500-3300 kg / m3) až 30 m / h, priemer tekutiny je 200-500 mm. Druhá verzia BS cvičí vŕtanie studní v autonómnom a automatickom režime. Beh sa vykonáva so špeciálnou štartovacou akceptačnou platformou, s ktorou je riadený pohybom. Jeden tisíc metrov bs v pevných skalách bude môcť prejsť do niekoľkých hodín. Priemerný priemer od 500 do 1000 mm. Možnosti BS Opätovné použitie Použitie majú veľkú ekonomickú efektívnosť a obrovskú potenciálnu hodnotu. Zavedenie BS vo výrobe vám umožní otvoriť novú etapu výstavby studní a zabezpečiť prístup k nevyčerpateľným zdrojom tepelnej energie Zeme.

Pre potreby tepla dodávky, potrebná hĺbka dobre v celej krajine leží v rámci 3-4,5 tis. M a nepresahuje 5-6 tisíc m. Teplota chladiacej kvapaliny na bývanie a komunálne dodávky tepla neprekračuje rámec limitov 150 OS. Pre priemyselné zariadenia, teplota spravidla nepresahuje 180-200 OS.

Cieľom vytvorenia GSR je poskytnúť trvalé, cenovo dostupné, lacné teplo diaľkových, ťažkopobchodných a nešťastných oblastí Ruskej federácie. Trvanie prevádzky GSS je 25-30 rokov a viac. Doba návratnosti staníc (vrátane najnovšie technológie Vŕtanie) - 3-4 roky.

Vytvorenie v Ruskej federácii V nadchádzajúcich rokoch zodpovedajúcej kapacity na používanie geotermálnej energie pre neelektrické potreby sa nahradí o približne 600 miliónov ton. Úspory môžu byť až 2 bilióny rubľov.

Až do roku 2030 je možné vytvoriť energetické zariadenia na výmenu požiarnej energie na 30% a do roku 2040 takmer úplne eliminovať organické suroviny ako palivo z energetickej bilancie Ruskej federácie.

Literatúra

1. Goncharov S.A. Termodynamika. M.: Malluim. Reklama BAUMAN, 2002. 440 p.

2. Dyadkin Yu.D. a ďalšie. Geotermálna tepelná fyzika. C-PB: Nauka, 1993. 255 p.

3. Minerálny zdroj základne palivového a energetického komplexu Ruska. Stav a prognóza / V. K. CIGHTUGUGUGOV, E.A. Gavrilov, vs Litvinenko et al. Ed. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 p.

4. Novikov G. P. A I. Drilovanie studní pre termálne vody. M.: Subrazz, 1986. 229 p.

V našej krajine bohaté na uhľovodíky, geotermálna energia je špeciálny exotický zdroj, ktorý v dnešnom stave je nepravdepodobné, že by konkuroval ropu a plyn. Tento alternatívny typ energie sa však môže použiť takmer všade a celkom efektívne.

Geotermálna energia je teplo pozemského podložia. Vyrába sa v hlbinách a vstupuje do povrchu Zeme v rôznych formách a s rôznou intenzitou.

Teplota horné vrstvy Pôda závisí najmä od vonkajších (exogénnych) faktorov - solárne osvetlenie a teplota vzduchu. V lete a deň sa pôda zahreje na určité hĺbky av zime a v noci sa ochladí po zmene teploty vzduchu a s určitým oneskorením s hĺbkou. Účinok denných výkyvov teploty vzduchu končí v hĺbkach z jednotiek na niekoľko desiatok centimetrov. Sezónne oscilácie zachytávajú hlbšie pôdne vrstvy - až do desiatok metrov.

V niektorých hĺbke - od desiatok až po stovky meračov - teplota pôdy sa udržiava konštantná, ktorá sa rovná priemernej ročnej teplote vzduchu na povrchu Zeme. Je ľahké sa uistiť, že zostupne do pomerne hlbokej jaskyne.

Keď je priemerná ročná teplota vzduchu v tejto oblasti pod nulou, sa prejavuje ako večný (presnejší, dlhodobý) permafrost. Vo východnej Sibíri, silu, to znamená, že hrúbka, celoročná smútková pôda dosahuje 200-300 m miest.

S určitou hĺbkou (pre každý bod na mape), účinok slnka a atmosféry oslabuje toľko, že endogénne (vnútorné) faktory vychádzajú na prvom mieste a suchozemské podložie sa vyskytuje zvnútra, takže teplota s hĺbkou začína rásť, pestovať.

Vyhrievanie hlbokých vrstiev zeminy sa tam viažu hlavne s rozpakom rádioaktívnych prvkov, hoci sa nazývajú iné zdroje tepla, ako napríklad fyzikálno-chemické, tektonické procesy v hlbokých vrstvách zemskej kôry a plášťa. Ale čo spôsobilo, teplota skál a súvisiace kvapaliny a plynné látky s hĺbkou rastie. Baníci sa stretávajú s týmto fenoménom - v hlbokých baniach sú vždy horúce. V hĺbke 1 km je tridsaťstupňové teplo normálneho fenoménu a hlbšia teplota je ešte vyššia.

Tepelný prúd pozemského podložia, ktorý dosahuje povrch zeme, je malý - v priemere jeho výkon je 0,03-00,05 w / m2 alebo asi 350 W · b / m2 ročne. Na pozadí tepelného toku zo slnka a vzduchu vyhrievané, je to nepostrehnuteľná hodnota: slnko dáva každému meter štvorcový Povrch Zeme je asi 4000 kWh ročne, to znamená, že 10.000-krát viac (Samozrejme, je to v priemere, s obrovským rozptýlením medzi polárnymi a rovníkovými zeňmi a v závislosti od iných klimatických a poveternostných faktorov).

Bezvýznamnosť tepelného toku z čriev na povrch na väčšine planéty je spojená s nízkou tepelnou vodivosťou hornín a zvláštnosťou geologickej štruktúry. Existujú však výnimky - miesta, kde je tepelný tok veľký. To je v prvom rade zóny tektonických porúch, zvýšená seizmická aktivita a sopka, kde energia hĺbky Zeme nájde výstup. Pre takéto zóny sú tepelné abnormality litosféry charakteristické, tu môže byť tepelný tok, ktorý dosahuje povrch Zeme, môže byť občas a dokonca aj pre objednávky silnejšie "obyčajné". Obrovské množstvo tepla na povrch v týchto zónach uvádza erupciu sopiek a teplých zdrojov vody.

Takéto oblasti sú najpriaznivejšie pre rozvoj geotermálnej energie. V Rusku je, predovšetkým Kamčatka, Kurilské ostrovy a Kaukazs.

Zároveň je rozvoj geotermálnej energie je možný takmer všade, pretože vzostup teploty s hĺbkou - fenomén je všadeprítomný, a úlohou je "ťažba" tepla z čriev, rovnako ako z minerálnych surovín tam.

V priemere teplota s hĺbkou rastie 2,5-3 ° C pre každých 100 m. Pomer teplotného rozdielu medzi dvoma bodmi ležiacimi v rôznych hĺbkach, na detekčný rozdiel medzi nimi sa nazýva geotermálny gradient.

Inverzná hodnota je geotermálna fáza alebo hĺbkový interval, na ktorom sa teplota stúpa o 1 ° C.

Čím vyšší je gradient a podľa toho, pod javiskom, tým bližšie sa teplo z hĺbky zeme dostane na povrch a tým viac sľubnejšou tejto oblasti pre rozvoj geotermálnej energie.

V rôznych oblastiach, v závislosti od geologickej štruktúry a iných regionálnych a miestnych podmienok, sa miera rastu teploty s hĺbkou sa môže náhle líšiť. Na stupnici pozemku, oscilácie veličín geotermálnych gradientov a krokov dosahujú 25-krát. Napríklad v Oregon (USA) je gradient 150 ° C na 1 km, av Južnej Afrike je vzdialená 1 km.

Otázkou je, čo je teplota vo veľkých hĺbkach - 5, 10 km a viac? Keď je tendencia uložená, teplota v hĺbke 10 km by mala byť v priemere približne 250-300 ° C. To je viac alebo menej potvrdené priamymi pozorovaniami v ultra hlbokých studniach, hoci obraz je významne zložitejší na zvyšovanie lineárnej teploty.

Napríklad v Kola Ultra-Hlboké dobre vŕtané v Baltic Crystal Shell, teplota do hĺbky 3 km zmeny rýchlosťou 10 ° C / 1 km a potom sa gradient geotermálnym stane 2-2.5-krát viac. V hĺbke 7 km bola zaznamenaná teplota 120 ° C, 10 km - 180 ° C a 12 km - 220 ° C.

Ďalším príkladom je dobre položený v severnom Caspiani, kde v hĺbke 500 m je zaregistrovaná teplota 42 ° C, 1,5 km - 70 ° C, 2 km - 80 ° C, 3 km - 108 ° C.

Predpokladá sa, že gradient geotermálnej klesá z hĺbky 20-30 km: v hĺbke 100 km, odhadované teploty asi 1300-1500 ° C, v hĺbke 400 km - 1600 ° C, v jadre Zeme (Hĺbka viac ako 6000 km) - 4000-5000 ° C.

V hĺbkach do 10-12 km sa teplota meria cez vrty; Tam, kde nie sú, určujú sa nepriamymi značkami, ako aj vo väčších hĺbkach. Takéto nepriame znamenia môžu byť povahou prechodu seizmických vĺn alebo teploty orbu lávy.

Avšak, na účely geotermálnej energie, údaje o teplotách v hĺbkach viac ako 10 km ešte neboli praktické záujmy.

V hĺbkach niekoľkých kilometrov veľa tepla, ale ako ju zvýšiť? Niekedy samotná príroda rieši tento problém s pomocou prirodzeného chladiaceho tepelného tepelného vôd s výhľadom na povrch alebo spúšťanie hĺbky prístupné pre nás. V niektorých prípadoch voda v hĺbke zahrievania do stavu pary.

Neexistuje prísna definícia konceptu "termálnych vôd". Pod nimi predstavuje horúcu podzemnú vodu v kvapalnom stave alebo vo forme pary, vrátane povrchu Zeme s teplotou nad 20 ° C, ktorá je spravidla vyššia ako teplota vzduchu.

Teplo podzemnej vody, pary, parenie zmesí je hydrotermálna energia. Energia založená na jej používaní sa teda nazýva hydrotermálne.

Je ťažšie riešiť výrobu tepla priamo suchú skalnú energiu, najmä preto, že dostatočne vysoké teploty, ako pravidlo začať s hĺbkami niekoľkých kilometrov.

Na území Ruska je potenciál výlevy energie stokrát vyšší ako hladina hydrotermálneho, - resp. 3500 a 35 biliónov ton podmienečné palivo. Je to celkom prirodzené - teplo hĺbky Zeme je všade a termálne vody sa nachádzajú lokálne. Avšak, vzhľadom na zjavné technické ťažkosti na získanie tepla a elektriny, je v súčasnosti používaná väčšina termálnych vôd.

Teplota vody 20-30 až 100 ° C je vhodná na vykurovanie, teplotu od 150 ° C A vyššia - a na generovanie elektriny na geotermálnych elektrárňach.

Všeobecne platí, že geotermálne zdroje v Rusku z hľadiska konvenčného paliva alebo akúkoľvek inú jednotku merania energie približne 10-krát vyššia ako ekologické palivové rezervy.

Teoreticky by mohla byť plne uspokojujúca energetickú potrebu krajiny. Takmer v súčasnosti je to z väčšej časti svojho územia neuskutočniteľné pre technické a hospodárske úvahy.

Na svete je používanie geotermálnej energie najčastejšie spojené s Islandom - krajinou nachádzajúcou sa na severnom konci stredného atlantického rozsahu, v mimoriadne aktívnej tektonickej a sopečnej zóne. Pravdepodobne si každý si pamätá silnú erupciu sopečnej eyyafyatlayokud ( Eyjafjallajökull.) V roku 2010 rok.

Je to vďaka takýmto geologickým špecifikám, Island má obrovské rezervy geotermálnej energie, vrátane horúcich prameňov, ktoré sa objavujú na povrchu zeme a dokonca fonifikuje vo forme gejzírov.

Na Islande je v súčasnosti viac ako 60% všetkých spotrebovaných energie prevzatý zo zeme. V dôsledku geotermálnych zdrojov je zabezpečených 90% vykurovania a 30% výroby elektriny. Pridávame, že zvyšok elektriny v krajine je vyrobený na vodnej elektrárni, to znamená, že aj pomocou obnoviteľného zdroja energie, takže Island vyzerá ako určitá svetová norma životného prostredia.

"Skrotenie" geotermálnej energie v 20. storočí bol výrazne pomohol Island ekonomicky. Až do polovice minulého storočia bola veľmi chudobná krajina, teraz sa hodnotí prvý na svete na inštalovanom kapacite a výrobe geotermálnej energie na obyvateľa a je v prvej desiatim v absolútnej hodnote inštalovanej kapacity geotermálnej energie rastliny. Jeho obyvateľstvo je však len 300 tisíc ľudí, čo zjednodušuje úlohu prechodu na zdroje energie šetrných k životnému prostrediu: potreba pre to je všeobecne malá.

Okrem Islandu sa vysoký podiel geotermálnej energie vo všeobecnej rovnováhe výroby elektriny poskytuje na Novom Zélande a ostrovných štátoch juhovýchodnej Ázie (Filipíny a Indonézia), Stredná Amerika a východná Afrika, ktorej územie je tiež charakterizované vysokými seizmická a sopečná činnosť. Pre tieto krajiny s ich súčasnou úrovňou rozvoja a potrieb geotermálnej energie Významne prispieva k sociálno-ekonomickému rozvoju.

Použitie geotermálnej energie má veľmi dlhú históriu. Jeden z prvých slávne príklady - Taliansko, miesto v provincii Toskánsko, teraz nazývané Larderllo, kde inde skoré XIX. Do energetických cieľov sa používali miestne horúce tepelné vody, ktoré sa prirodzene vyliali alebo ťažili z plytkých studní.

Na prípravu kyseliny boritej sa tu použila voda z podzemných zdrojov bohatých na bór. Spočiatku sa táto kyselina získala metódou odparovania v železných kotloch a ako palivo vzal obyčajný palivové drevo z najbližších lesov, ale v roku 1827, Francesco Larderel (Francesco Larderel) vytvoril systém pracoval na teplom samotných vodách. Zároveň sa začala energia prírodnej vodnej pary, ktorá sa začala používať na prevádzku vrtných súprav a na začiatku 20. storočia - a na vykurovanie miestnych domov a skleníkov. Na tom istom mieste, v Larderllo, v roku 1904 sa tepelná vodná para stali zdrojom energie na prijímanie elektriny.

V príklade Talianska na konci XIX storočia nasledovali niektoré ďalšie krajiny. Napríklad, v roku 1892, termálne vody boli najprv použité pre miestne vykurovanie v Spojených štátoch (BOISE, IDAHO), v roku 1919 v Japonsku, v roku 1928 na Islande.

V USA sa prvá elektráreň pôsobiaca na hydrotermálnej energii objavila v Kalifornii na začiatku 30. rokov, na Novom Zélande - v roku 1958 v Mexiku - v roku 1959 v Rusku (prvé binárne Geoes binary) - v roku 1965.

Starý princíp na novom zdroji

Výroba elektriny vyžaduje vyššiu teplotu hydrogenistového operátora ako na vykurovanie, viac ako 150 ° C. Princíp fungovania geotermálnej elektrárne (Geoes) je podobný princípu prevádzky konvenčnej tepelnej elektrárne (TPP). V skutočnosti je geotermálna elektráreň typ TPP.

TPP v úlohe primárneho zdroja energie je spravidla uhlie, plyn alebo vykurovací olej a pracovná kvapalina slúži vodnej pary. Palivo, horiace, ohrieva vodu do dvojice, ktorý sa otáča parná turbínaa vytvára elektrinu.

Rozdiel medzi Geoesom je, že primárnym zdrojom energie tu je teplo pozemského bowrs a pracovná tekutina vo forme páru vstupuje do lopatky elektrického generátora turbíny v "hotovom" forme priamo z bažieb.

Existujú tri hlavné systémy prác Geoes: rovno, s použitím suchej (geotermálnej) pary; Nepriamy, založený na hydrotermálnej vode a zmiešanej alebo binárne.

Použitie jednej alebo inej schémy závisí od agregovaného stavu a teploty nosiča energie.

Najjednoduchšie, a preto prvá z rozvinutých schém je rovno, v ktorej sa para pochádzajú z jamky preskočí priamo cez turbínu. Na suchom páre pracoval a prvé geoes na svete v Larderllo v roku 1904.

Geoes s nepriamym pracovným systémom v našom čase najbežnejšie. Používajú horúcu podzemnú vodu, ktorá sa vstrekuje pri vysokom tlaku do výparníka, kde sa časť z neho odparí a výsledná para otáča turbínu. V niektorých prípadoch sú potrebné ďalšie zariadenia a kontúry na čistenie geotermálnej vody a pary z agresívnych zlúčenín.

Strážovaný pár vstúpi do výbojky, buď sa používa na vykurovanie priestorov - v tomto prípade je zásada rovnaká ako prevádzka CHP.

Na binárnych geoes, horúca termálna voda interaguje s inou kvapalinou, ktorá vykonáva funkciu pracovnej tekutiny s nižšou teplotou varu. Obidve tekutiny sa prenášajú cez výmenník tepla, kde tepelná voda odparuje pracovnú tekutinu, ktorých páry otáčajú turbínu.

Tento systém je uzavretý, čo rieši problémy emisií do atmosféry. Okrem toho, pracovné tekutiny s relatívne nízkou teplotou varu vám umožňujú používať ako primárny zdroj energie a nie veľmi horúcimi termálnymi vodami.

Vo všetkých troch schémach sa prevádzkuje hydrotermálny zdroj, ale petrotebraná energia sa môže použiť na výrobu elektriny.

Schematický diagram v tomto prípade je tiež pomerne jednoduchý. Je potrebné vyvŕtať dve studne spojené medzi ich studne - vstrekovanie a funkčné. Vodné čerpadlo do výtoku. V hĺbke sa zahrieva, potom sa na povrchu dodáva teplo vody alebo jamky generované parou vytvorené v dôsledku silného ohrevu. Ďalej, to všetko závisí od toho, ako sa využíva pedurová energia - na vykurovanie alebo na výrobu elektriny. Uzavretý cyklus je možný s sťahovaním stráveného pary a vody späť do výbojky alebo inej metódy recyklácie.

Nedostatok takéhoto systému je zrejmý: vytvoriť dostatočne vysokú teplotu pracovná tekutina Je potrebné vŕtať studne na väčšej hĺbke. A toto sú závažné náklady a riziko významných tepelných strát, keď sa tekutina pohybuje hore. Preto sú petrolémové systémy menej bežné v porovnaní s hydrotermálnym, hoci potenciál tetrotermickej energie na objednávky vyššie.

V súčasnosti je vodca v tvorbe tzv. Petrotemermálnych obehových systémov (PCS) Austrália. Okrem toho tento smer geotermálnej energie sa aktívne rozvíja v Spojených štátoch, Švajčiarsku, Veľkej Británii, Japonsku.

Darček Lord Kelvin

Vynález v roku 1852 tepelným čerpadlom fyzikálnym Williamom Thompsonom (HE - Lord Kelvin) poskytol ľudstvo skutočnú možnosť použitia nízkeho tepla horných vrstiev pôdy. Systém tepelného čerpadla, alebo ako Tompson nazval ho, multiplikátor tepla je založený na fyzickom procese prenosu tepla z prostredia do chladiva. V skutočnosti používa rovnaký princíp ako v petrolothermálnych systémoch. Rozdiel je v zdroji tepla, v súvislosti s ktorým môže existovať terminologická otázka: koľko môže byť tepelné čerpadlo považovať za presne geotermálny systém? Faktom je, že v horných vrstvách, do hlbín v desiatkach stoviek metrov, plemená a tekutiny obsiahnuté v nich sú ohrievané nie hlbokým teplom zeme, ale slnko. Takto je to slnko v tomto prípade - primárny zdroj tepla, hoci je uzavretý, ako v geotermálnych systémoch, zo Zeme.

Prevádzka tepelného čerpadla je založená na oneskorení zahrievania a ochladzovania pôdy v porovnaní s atmosférou, v dôsledku čoho je teplotný gradient vytvorený medzi povrchovými a hlbšími vrstvami, ktoré si zachovávajú teplo aj v zime, rovnako ako Stáva sa to v nádržiach. Hlavným účelom tepelných čerpadiel je vykurovanie priestorov. V podstate je to chladnička naopak. " A tepelné čerpadlo a chladnička interagujú s tromi zložkami: vnútorné médium (v prvom prípade - vyhrievaná miestnosť, v druhej - chladená chladiareň komory), vonkajšieho prostredia - zdroj energie a chladiva (chladivo) , je chladivo, ktoré poskytuje prenos tepla alebo nosičom tepla.

V úlohe chladiva sa nachádza látka s nízkym bodom varu, ktorý umožňuje vybrať teplo zo zdroja, ktorý má dokonca relatívne nízku teplotu.

V chladničke, kvapalné chladivo cez tlmivku (regulátor tlaku) vstupuje do výparníka, kde v dôsledku prudkého poklesu tlaku sa kvapalina odparí. Odparovanie je endotermický proces, ktorý vyžaduje absorpciu tepla zvonku. Výsledkom je, že teplo z vnútorných stien výparníka je uzavreté, čo poskytuje chladiaci účinok v chladničnej komore. Ďalej je chladivo odsúdené od výparníka do kompresora, kde sa vracia do stavu tekutého agregátu. Toto je reverzný proces vedúci k emisiám ošetreného tepla do vonkajšieho prostredia. Spravidla sa hodí do miestnosti a zadná stena chladničky je relatívne teplá.

Tepelné čerpadlo pracuje takmer rovnakým spôsobom, s tým rozdielom, že teplo je zatvorené z vonkajšieho prostredia a cez výparník vstupuje do vnútorného média - systém vykurovania miestnosti.

V skutočnom tepelnom čerpadle sa voda zahrieva prechádzaním pozdĺž vonkajšieho obrysu uvedeného v zemi alebo vodu, ďalej vstupuje do výparníka.

Na výparníku sa teplo prenesie do vnútorného obvodu naplneného chladiva s nízkou teplotou varu, ktorý prechádza výparníkom, pohybuje sa z kvapalného stavu do plynného, \u200b\u200bpričom teplo.

Ďalej, plynné chladivo vstupuje do kompresora, kde je komprimovaný vysoký tlak a teploty a vstupuje do kondenzátora, kde výmena tepla medzi horúcim plynom a nosičom tepla z vykurovacieho systému.

Elektrická energia sa vyžaduje pre kompresor, transformačný koeficient (pomer spotrebovanej a generovanej energie) v moderných systémoch je dostatočne vysoký na to, aby sa zabezpečila ich účinnosť.

V súčasnosti sa tepelné čerpadlá veľmi široko používajú na vykurovanie priestorov, najmä v ekonomicky rozvinutých krajinách.

Ekocorgetická energia

Geotermálna energia sa považuje za šetrnú k životnému prostrediu, ktorá je všeobecne spravodlivá. Po prvé, používa obnoviteľný a prakticky nevyčerpateľný zdroj. Geotermálna energia nevyžaduje veľké plochy, na rozdiel od veľkých vodných elektrární alebo veterných elektrární a nepravidelnú atmosféru, na rozdiel od uhľovodíkovej energie. V priemere Geoes zaberá 400 m 2, pokiaľ ide o 1 GW elektrickej energie. Rovnaký ukazovateľ pre uhlie TPP, napríklad, je 3600 m 2. Environmentálne prínosy geo dodávok zahŕňa aj nízku spotrebu vody - 20 litrov sladkej vody na 1 kW, zatiaľ čo pre TPP a JE vyžadujú približne 1000 litrov. Upozorňujeme, že ide o environmentálne ukazovatele "Priemerné" Geoes.

Ale negatívne vedľajšie účinky sú stále k dispozícii. Medzi nimi, najčastejšie sa vyznačuje hlukom, tepelným znečistením atmosféry a chemickej vody a pôdy, ako aj tvorba pevného odpadu.

Hlavným zdrojom chemického znečistenia média je vlastne tepelná voda (s vysokou teplotou a mineralizáciou), často obsahujúcou veľké množstvá toxických zlúčenín, a preto existuje problém zneškodňovania odpadových vôd a nebezpečných látok.

Negatívne účinky geotermálnej energie sa môžu vysledovať v niekoľkých stupňoch, počnúc vŕtacími jamkami. Tu existujú rovnaké nebezpečenstvo ako pri vŕtaní akejkoľvek dobre: \u200b\u200bzničenie pôdneho a zeleninového krytu, znečistenia pôdy a podzemné vody.

V štádiu prevádzky sa uložia geoes a problémy so znečistením životného prostredia. Tepelné tekutiny - voda a para - zvyčajne obsahujú oxid uhličitý (CO 2), sírovitý sírovitý (H2 s), amoniak (NH3), metán (CH4), varná soľ (NaCl), bor (B), arzén (ako ), ortuť (Hg). Keď emisie do vonkajšieho prostredia sa stávajú zdrojmi jeho znečistenia. Okrem toho môže agresívne chemické prostredie spôsobiť zničenie korózie geotesových štruktúr.

Zároveň sú emisie znečisťujúcich látok na geoes v priemere nižšie ako na TPP. Napríklad emisie oxidu uhličitého pre každú kilowatthodinu generovanej elektriny sú až 380 g na geoes, 1042 g - na uhlie TPPS, 906 g - na palivovom oleji a 453 g TPPS.

Vzniká otázka: Čo robiť s strávenou vodou? Pri nízkej mineralizácii môže byť po ochladení spadne do povrchovej vody. Ďalším spôsobom je čerpať späť do aquifer cez injekciu, ktorá je vhodná a väčšinou aplikovaná v súčasnosti.

Ťažba tepelnej vody z vrstiev (ako aj opätovného použitia obyčajnej vody) môže spôsobiť predplatené a pohyb pôdy, iné deformácie geologických vrstiev, mikrodellex. Pravdepodobnosť takýchto javov je zvyčajne malá, hoci jednotlivé prípady sú pevné (napríklad na Geopes v Paufen-Im-Bryceau v Nemecku).

Treba zdôrazniť, že väčšina z Geoes sa nachádza na pomerne neúspešných územiach av krajinách tretieho sveta, kde sú environmentálne požiadavky menej tvrdé ako vo vyspelých krajinách. Okrem toho, v okamihu, keď je počet geoes a ich kapacita relatívne malý. S väčším rozvojom geotermálnej energie sa môžu zvýšiť a množiť sa environmentálne riziká.

Koľko je energia Zeme?

Investičné náklady na výstavbu geotermálnych systémov sa líšia vo veľmi širokom rozsahu - od 200 do 5 000 USD za 1 kW inštalovanej kapacity, to znamená, že najlacnejšie možnosti sú porovnateľné s nákladmi na výstavbu TPP. Spoľahli sa, predovšetkým o podmienkach umiestnenia termálnych vôd, ich zloženia, systémových vzorov. Vŕtanie pre väčšiu hĺbku, vytvorenie uzavretého systému s dvoma jamkami, potreba čistenia vody môže opakovane zvýšiť náklady.

Napríklad investície do vytvorenia petrolného obehového systému (PCS) sa odhadujú na 1,6-4 tisíc dolárov za 1 kW inštalovanej kapacity, ktorá prevyšuje náklady na výstavbu jadrovej elektrárne a porovnateľná s nákladmi na stavbu vetra a solárny elektrárne.

Zjavnou ekonomickou výhodou geotes je voľná energia. Na porovnanie, v štruktúre nákladovej štruktúry pracovného TPP alebo jadrovej elektrárne na účtoch paliva pre 50-80% alebo viac, v závislosti od súčasných cien energií. Ďalej výhoda geotermálneho systému: náklady počas prevádzky sú stabilnejšie a predvídateľné, pretože nezávisia od vonkajšieho zohľadnenia cien energií. Všeobecne platí, že prevádzkové náklady geotes sa odhadujú na 2-10 centov (60 KOP.-3 rubľov) na 1 kWh vyrobeného výkonu.

Druhá najväčšia energia (a veľmi významná) náklady na výdavky sú spravidla mzda Personál stanice, ktorý sa môže radikálne líšiť podľa krajín a regiónov.

V priemere sú náklady na 1 kWh geotermálnej energie porovnateľné s takým pre TPPS (v ruské podmienky - približne 1 trieť. / 1 \u200b\u200bkWh) a desaťkrát vyšší ako náklady na výrobu elektriny na vodnej elektrárni (5-10 kopecks / 1 kWh).

Čiastočne dôvodom na vysoké náklady je, že na rozdiel od tepelných a hydraulických elektrární majú geotes relatívne malý výkon. Okrem toho je potrebné porovnať systémy, ktoré sú v jednom regióne a za podobných podmienok. Tak napríklad, v Kamchatke, podľa odborníkov, 1 kWh geotermálnej elektrickej energie 2-3 krát lacnejšie ako elektrina vyrobená na miestnych TPP.

Ukazovatele ekonomickej efektívnosti geotermálneho systému závisia napríklad, či je potrebné likvidovať strávenú vodu a ktoré metódy sa uskutočnia, či je možné kombinované použitie zdroja. Tak, chemické prvky a zlúčeniny extrahované z termálnej vody môžu poskytnúť dodatočný príjem. Pripomeňme si príklad Larderllo: Primárna bola presne chemická výroba a používanie geotermálnej energie pôvodne bola pomocná.

Dopredu geotermálnej energie

Geotermálna energia sa rozvíja trochu inak ako vietor a slnečno. V súčasnosti je to podstatne závislé od povahy samotného zdroja, ktorá je ostro odlišná od regiónov, a najväčšie koncentrácie sú viazané na úzke zóny geotermálnych anomálií spojených, spravidla s oblasťami vývoja tektonických porúch a sopka .

Okrem toho je geotermálna energia menej technologicky hromadná ako veterný mlyn a najmä so slnečnou energiou: geotermálne stanice systémy sú pomerne jednoduché.

V spoločná štruktúra Globálna výroba elektriny na geotermálnej zložke predstavuje menej ako 1%, ale v niektorých regiónoch a krajinách sa jej podiel dosahuje 25-30%. V dôsledku väzby na geologické podmienky je významná časť geotermálnej energetickej kapacity sústredená v krajinách tretieho sveta, kde sú pridelené tri zhluky najväčšieho rozvoja priemyslu - ostrov juhovýchodnej Ázie, Stredná Amerika a Východná Afrika. Prvé dva regióny sú zahrnuté v Pacific "Fire Belt Zeme", tretia je viazaná na East African Rift. S najväčšou pravdepodobnosťou geotermálnej energie a bude ďalej rozvíjať v týchto pásoch. Viac vzdialenejšou perspektívou je rozvoj petrolothermálnej energie, ktorá využíva teplo pevných vrstiev ležiacich v hĺbke niekoľkých kilometrov. Je to takmer bežne spoločné zdroje, ale jeho ťažba si vyžaduje vysoké náklady, takže petrolná energia vyvíja predovšetkým v ekonomicky a technologicky silných krajinách.

Všeobecne platí, že berúc do úvahy rozšírené šírenie geotermálnych zdrojov a prijateľnú úroveň environmentálnej bezpečnosti, existuje dôvod predpokladať, že geotermálna energia má dobré vyhliadky na rozvoj. Zvlášť pri zvyšovaní hrozby tradičných energetických deficitov a zvýšenia cien pre nich.

Z Kamčatky do Kaukazu

V Rusku má rozvoj geotermálnej energie pomerne dlhú históriu a pre rad pozícií sme medzi svetových lídrov, hoci vo všeobecnej energetickej bilancii obrovskej krajiny je podiel geotermálnej energie stále nevýznamne malý.

Priekopníci a centrá pre rozvoj geotermálnej energie v Rusku boli dva regióny - Kamchatka a Severný KaukazA ak sa v prvom prípade hovoríme predovšetkým o elektrickom energetickom priemysle, potom v druhom - o používaní tepelnej vody tepelnej energie.

Na severnom Kaukaze - v Krasnodarovom území, Čečensko, Dagestan - teplo tepelných vôd na energetické účely bolo použité pred veľkou vlasteneckou vojnou. V osemdesiatych a deväťdesiatych rokoch minulého storočia bol rozvoj geotermálnej energie v regióne pre zrejmý dôvod, a kým nevyšlo stav stagnácie. Dodávka geotermálnej vody v severnom Kaukaze však poskytuje teplo asi 500 tisíc ľudí, a napríklad mesto Labinsk v Krasnodarovom území s počtom obyvateľov 60 tisíc ľudí je úplne vyhrievané kvôli geotermálnym vodám.

V Kamchatke je história geotermálnej energie primárne spojená s výstavbou geoes. Prvá z nich, stále pracujúca stanice Pujet a Parantunsk, boli postavené v rokoch 1965-1967, zatiaľ čo paranthan geo ECPP s kapacitou 600 kW sa stal prvou stanicou na svete s binárnym cyklom. Bol to rozvoj sovietskych vedcov S. S. Kutateladze a A. M. Rosenfeld z Ústavu tepelnej fyziky Sibírskej pobočky Ruskej akadémie vied, ktoré dostali osvedčenie autora z elektriny z vody z 70 ° C v roku 1965. Táto technológia sa následne stala prototypom pre viac ako 400 binárnych geoes na svete.

Právomoc Pozheti GEO ESP, ktorá bola poverená v roku 1966, bola pôvodne 5 MW a následne sa zvýšila na 12 MW. V súčasnosti je stanica výstavba binárneho bloku, ktorý zvýši svoju schopnosť ďalších 2,5 MW.

Vývoj geotermálnej energie v ZSSR a Rusku bol brzdený dostupnosťou tradičných energetických zdrojov - ropy, plynu, uhlia, ale nikdy sa nezastavil. Najväčšie objekty geotermálnej energie - Horné Mutnovskaya Geas s celkovou silou výkonových jednotiek 12 MW, poverených v roku 1999 a Mutnovskaya Geo-Mw Mutovskaya Geoce (2002).

MUTNOVSKAYA A VERKHNE-MUTNOVSKAYA GEOES - Jedinečné objekty nielen pre Rusko, ale aj na globálnom meradle. Stanice sa nachádzajú na úpätí sopky MUTNOVSKY, v nadmorskej výške 800 metrov nad morom a pracujú v extrémnych klimatických podmienkach, kde 9-10 mesiacov v roku zima. Zariadenie Mutnov Geoes, v súčasnosti jeden z najmodernejších na svete je plne vytvorený na domácich podnikoch energetického inžinierstva.

V súčasnosti je podiel mutnov staníc v celkovej štruktúre spotreby energie centrálneho Kamčatka uzla 40%. V nadchádzajúcich rokoch sa plánuje zvýšiť výkon.

Samostatne by sa malo povedať o ruskom náročnom vývoji. Zatiaľ nie sú žiadne veľké ks, ale existujú pokročilé vŕtacie technológie pre väčšiu hĺbku (asi 10 km), ktoré nemajú ani analógy na svete. Ich ďalší rozvoj výrazne zníži náklady na vytváranie petrotevermálnych systémov. Vývojári údajov Technológie a projekty - N. A. A. GNATUS, M. D. KHUTORSKAYA (Geologický ústav Ruskej akadémie vied), A. S. Nekrasov (Inštitút národnej ekonomickej prognózy Ruskej akadémie vied) a špecialistov Kaluga Turbine Plant. Teraz je projekt petrolného obehového systému v Rusku v experimentálnej fáze.

Vyhliadky geotermálnej energie v Rusku sú, aj keď relatívne odnímateľné: v súčasnosti je potenciál pomerne vysoký a pozície tradičnej energie. Zároveň je v mnohých vzdialených oblastiach krajiny, využívanie geotermálnej energie je ekonomicky ziskové a dopytu. Je to územie s vysokým geoenergetickým potenciálom (Chukotka, Kamchatka, Kurily - ruská časť Pacifického "ohnivého remeňa Zeme", hory južnej Sibíri a Kaukazu) a zároveň vzdialenými a odrezanými z centralizovaného dodávky energie.

V nadchádzajúcich desaťročiach sa geotermálna energia v našej krajine vyvíja v takých regiónoch v našej krajine.

Geotermálna energia je teplo pozemského podložia. Vyrába sa v hlbinách a vstupuje do povrchu Zeme v rôznych formách a s rôznou intenzitou.

Teplota horných vrstiev pôdy závisí najmä od vonkajších (exogénnych) faktorov - solárne osvetlenie a teplota vzduchu. V lete a deň sa pôda zahreje na určité hĺbky av zime a v noci sa ochladí po zmene teploty vzduchu a s určitým oneskorením s hĺbkou. Účinok denných výkyvov teploty vzduchu končí v hĺbkach z jednotiek na niekoľko desiatok centimetrov. Sezónne oscilácie zachytávajú hlbšie pôdne vrstvy - až do desiatok metrov.

Tepelný prúd pozemského podložia, ktorý dosahuje povrch zeme, je malý - v priemere jeho výkon je 0,03-00,05 w / m2 alebo asi 350 W · b / m2 ročne. Na pozadí tepelného toku zo slnka a vyhrievaného vzduchu vyhrievané, je to nepostrehnuteľná hodnota: slnko dáva každý meter štvorcový z zemského povrchu asi 4000 kWh každý rok, to znamená 10 000-krát viac (samozrejme, je to na priemer, s obrovským rozptylom medzi polárnymi a rovníkovými zeňmi a v závislosti od iných klimatických a poveternostných faktorov).

Takéto oblasti sú najpriaznivejšie pre rozvoj geotermálnej energie. V Rusku je, predovšetkým Kamčatka, Kurilské ostrovy a Kaukazs.

Inverzná hodnota je geotermálna fáza alebo hĺbkový interval, na ktorom sa teplota stúpa o 1 ° C.

Čím vyšší je gradient a podľa toho, pod javiskom, tým bližšie sa teplo z hĺbky zeme dostane na povrch a tým viac sľubnejšou tejto oblasti pre rozvoj geotermálnej energie.

Ďalším príkladom je dobre položený v severnom Caspiani, kde v hĺbke 500 m je zaregistrovaná teplota 42 ° C, 1,5 km - 70 ° C, 2 km - 80 ° C, 3 km - 108 ° C.

Avšak, na účely geotermálnej energie, údaje o teplotách v hĺbkach viac ako 10 km ešte neboli praktické záujmy.

Teplo podzemnej vody, pary, parenie zmesí je hydrotermálna energia. Energia založená na jej používaní sa teda nazýva hydrotermálne.

Je ťažšie riešiť výrobu tepla priamo suchú skalnú energiu, najmä preto, že dostatočne vysoké teploty, ako pravidlo začať s hĺbkami niekoľkých kilometrov.

V Rusku je potenciál výlevy energie stokrát vyšší ako hladina hydrotermálneho, resp. 3500 a 35 biliónov ton bežného paliva. Je to celkom prirodzené - teplo hĺbky Zeme je všade a termálne vody sa nachádzajú lokálne. Avšak, vzhľadom na zjavné technické ťažkosti na získanie tepla a elektriny, je v súčasnosti používaná väčšina termálnych vôd.

Teplota vody 20-30 až 100 ° C je vhodná na vykurovanie, teplotu od 150 ° C A vyššia - a na generovanie elektriny na geotermálnych elektrárňach.

Všeobecne platí, že geotermálne zdroje v Rusku z hľadiska konvenčného paliva alebo akúkoľvek inú jednotku merania energie približne 10-krát vyššia ako ekologické palivové rezervy.

Teoreticky by mohla byť plne uspokojujúca energetickú potrebu krajiny. Takmer v súčasnosti je to z väčšej časti svojho územia neuskutočniteľné pre technické a hospodárske úvahy.

Okrem Islandu sa vysoký podiel geotermálnej energie vo všeobecnej rovnováhe výroby elektriny poskytuje na Novom Zélande a ostrovných štátoch juhovýchodnej Ázie (Filipíny a Indonézia), Stredná Amerika a východná Afrika, ktorej územie je tiež charakterizované vysokými seizmická a sopečná činnosť. Pre tieto krajiny, s ich súčasnou úrovňou rozvoja a potrieb, geotermálna energia významne prispieva k sociálno-ekonomickému rozvoju.

Použitie geotermálnej energie má veľmi dlhú históriu. Jedným z prvých známych príkladov je Taliansko, miesto v provincii Toskánsko, teraz nazýva Larderllo, kde inde na začiatku XIX storočia miestne horúce termálne vody, prirodzene sa nalial alebo ťažil z nekrátky, boli použité v energetických účely .