Teplo zeme. Jadrové teplo Zeme

V našej krajine bohatej na uhľovodíky je geotermálna energia exotickým zdrojom, ktorý vzhľadom na súčasný stav pravdepodobne nebude konkurovať rope a plynu. Napriek tomu sa táto alternatívna forma energie dá využiť takmer všade a je celkom efektívna.

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

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

V určitej hĺbke – od desiatok do stoviek metrov – sa teplota pôdy udržiava konštantná, rovná sa priemernej ročnej teplote vzduchu na povrchu Zeme. Presvedčiť sa o tom možno ľahko zostupom do dostatočne hlbokej jaskyne.

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

Od určitej hĺbky (svojej pre každý bod na mape) sa účinok Slnka a atmosféry oslabí natoľko, že sa do popredia dostávajú endogénne (vnútorné) faktory a vnútro zeme sa zvnútra zahrieva, takže teplota začína stúpať s hĺbkou.

Ohrievanie hlbokých vrstiev Zeme je spojené najmä s rozpadom rádioaktívnych prvkov tam nachádzajúcich sa, hoci aj iné zdroje tepla sa nazývajú napríklad fyzikálno-chemické, tektonické procesy v hlbokých vrstvách zemskej kôry a plášťa. Ale nech už je dôvod akýkoľvek, teplota hornín a s nimi spojených kvapalných a plynných látok rastie s hĺbkou. Baníci sa stretávajú s týmto javom - v hlbinných baniach je vždy horúco. V hĺbke 1 km sú tridsaťstupňové horúčavy normálne a hlbšie je teplota ešte vyššia.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ďalším príkladom je vrt navŕtaný v regióne severného Kaspického mora, kde bola zaznamenaná teplota 42 °C v hĺbke 500 m, 70 °C v 1,5 km, 80 °C v 2 km a 108 °C v 3 km.

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

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

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

V hĺbkach niekoľkých kilometrov je veľa tepla, ale ako ho zdvihnúť? Niekedy za nás tento problém vyrieši sama príroda pomocou prírodného nosiča tepla - ohriatych termálnych vôd, ktoré vychádzajú na povrch alebo ležia v hĺbke, ktorá je nám prístupná. V niektorých prípadoch sa voda v hĺbke zahrieva do stavu pary.

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

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

Zložitejšia je situácia pri výrobe tepla priamo zo suchých hornín - petrotermálnej energie, najmä preto, že pomerne vysoké teploty spravidla začínajú z hĺbky niekoľkých kilometrov.

Na území Ruska je potenciál petrotermálnej energie stokrát vyšší ako potenciál hydrotermálnej energie – 3500, respektíve 35 biliónov ton. ekvivalentné palivo... Je to celkom prirodzené - teplo z hlbín Zeme je všade a termálne vody sa nachádzajú lokálne. Z dôvodu zjavných technických ťažkostí pri výrobe tepla a elektriny sa však v súčasnosti väčšinou využívajú termálne vody.

Voda s teplotou 20-30°C až 100°C je vhodná na vykurovanie, teploty od 150°C a vyššie - a na výrobu elektriny v geotermálnych elektrárňach.

Vo všeobecnosti sú geotermálne zdroje na území Ruska v prepočte na tony ekvivalentného paliva alebo akejkoľvek inej jednotky merania energie asi 10-krát vyššie ako zásoby fosílnych palív.

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

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

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

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

Domestikácia geotermálnej energie v 20. storočí Islandu citeľne ekonomicky pomohla. Do polovice minulého storočia to bola veľmi chudobná krajina, v súčasnosti je na prvom mieste na svete z hľadiska inštalovaného výkonu a výroby geotermálnej energie na obyvateľa a je v prvej desiatke v absolútnej hodnote inštalovaného výkonu geotermálnej energie. elektrárne. Jeho populácia je však iba 300 tisíc ľudí, čo zjednodušuje prechod na ekologické zdroje energie: potreby sú vo všeobecnosti malé.

Vysoký podiel geotermálnej energie na celkovej bilancii výroby elektriny majú okrem Islandu aj Nový Zéland a ostrovné štáty juhovýchodnej Ázie (Filipíny a Indonézia), krajiny Strednej Ameriky a východnej Afriky, ktorých územie vyznačuje sa aj vysokou seizmickou a sopečnou aktivitou. Pre tieto krajiny predstavuje geotermálna energia vzhľadom na ich súčasnú úroveň rozvoja a potrieb významný príspevok k sociálno-ekonomickému rozvoju.

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

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

Niektoré ďalšie krajiny nasledovali príklad Talianska koncom 19. a začiatkom 20. storočia. Napríklad v roku 1892 boli termálne vody prvýkrát použité na lokálne vykurovanie v USA (Boise, Idaho), v roku 1919 v Japonsku a v roku 1928 na Islande.

V Spojených štátoch sa prvá hydrotermálna elektráreň objavila v Kalifornii na začiatku tridsiatych rokov minulého storočia, na Novom Zélande v roku 1958, v Mexiku v roku 1959, v Rusku (prvá binárna geotermálna elektráreň na svete) v roku 1965 ...

Starý princíp na novom zdroji

Výroba elektriny si vyžaduje vyššiu teplotu vodného zdroja ako na vykurovanie – viac ako 150°C. Princíp činnosti geotermálnej elektrárne (GeoPP) je podobný princípu činnosti klasickej tepelnej elektrárne (TPP). V skutočnosti je geotermálna elektráreň druh tepelnej elektrárne.

Na TPP spravidla pôsobí ako primárny zdroj energie uhlie, plyn alebo vykurovací olej a ako pracovná tekutina slúži vodná para. Palivo, horiace, ohrieva vodu do stavu pary, ktorá sa otáča parná turbína a vyrába elektrinu.

Rozdiel medzi GeoPP je v tom, že primárnym zdrojom energie je tu teplo zemského vnútra a pracovná tekutina vo forme pary je dodávaná na lopatky turbíny elektrického generátora v „hotovej“ forme priamo z výroby. dobre.

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

Aplikácia tejto alebo tej schémy závisí od stavu agregácie a teploty nosiča energie.

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

GeoPP s nepriamou schémou práce sú v našej dobe najbežnejšie. Využívajú horúcu podzemnú vodu, ktorá sa pod vysokým tlakom prečerpáva do výparníka, kde sa časť z nej odparí a vzniknutá para roztáča turbínu. V niektorých prípadoch sú potrebné ďalšie zariadenia a okruhy na čistenie geotermálnej vody a pary od agresívnych zlúčenín.

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

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

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

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

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

Nevýhoda takéhoto systému je zrejmá: získať dostatočne vysokú teplotu pracovná kvapalina musíte vŕtať studne do veľkej hĺbky. A to sú vážne náklady a riziko výrazných tepelných strát, keď sa kvapalina pohybuje nahor. Preto sú petrotermálne systémy stále menej rozšírené ako hydrotermálne, aj keď potenciál petrotermálnej energie je rádovo vyšší.

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

Dar lorda Kelvina

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

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

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

V chladničke vstupuje kvapalné chladivo do výparníka cez škrtiacu klapku (regulátor tlaku), kde sa v dôsledku prudkého poklesu tlaku kvapalina odparí. Odparovanie je endotermický proces, ktorý vyžaduje vonkajšiu absorpciu tepla. V dôsledku toho sa teplo odoberá z vnútorných stien výparníka, čo poskytuje chladiaci efekt v komore chladničky. Ďalej z výparníka je chladivo nasávané do kompresora, kde sa vracia do kvapalného stavu agregácie. Ide o reverzný proces vedúci k uvoľneniu odobratého tepla do vonkajšieho prostredia. Spravidla sa hodí do miestnosti a v zadnej časti chladničky je pomerne teplo.

Tepelné čerpadlo funguje približne rovnako, len s tým rozdielom, že teplo sa odoberá z vonkajšieho prostredia a cez výparník sa dostáva do vnútorného prostredia – vykurovacieho systému miestnosti.

V skutočnom tepelnom čerpadle sa voda ohrieva, prechádza vonkajším okruhom, je uložená v zemi alebo v nádrži a potom vstupuje do výparníka.

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

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

Kompresor potrebuje na svoju prevádzku elektrickú energiu, avšak transformačný pomer (pomer spotrebovanej a vyrobenej energie) v moderných systémoch je dostatočne vysoký na to, aby zabezpečil ich účinnosť.

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

Ekologicky správna energia

Geotermálna energia sa považuje za ekologickú, čo je vo všeobecnosti pravda. V prvom rade využíva obnoviteľný a prakticky nevyčerpateľný zdroj. Geotermálna energia si na rozdiel od veľkých vodných elektrární či veterných elektrární nevyžaduje veľké plochy a na rozdiel od uhľovodíkovej energie neznečisťuje atmosféru. GeoPP v priemere zaberá 400 m 2 v prepočte na 1 GW vyrobenej elektriny. Rovnaký ukazovateľ napríklad pre uhoľnú elektráreň je 3600 m 2 . K ekologickým výhodám GeoPP patrí aj nízka spotreba vody – 20 litrov čerstvej vody na 1 kW, kým TPP a JE vyžadujú okolo 1000 litrov. Všimnite si, že ide o environmentálne ukazovatele „priemerného“ GeoPP.

Ale stále existujú negatívne vedľajšie účinky. Medzi nimi sa najčastejšie rozlišuje hluk, tepelné znečistenie atmosféry a chemické znečistenie – vody a pôdy, ako aj tvorba tuhého odpadu.

Hlavným zdrojom chemického znečistenia životného prostredia je samotná termálna voda (s vysoká teplota a mineralizácia), ktoré často obsahujú veľké množstvo toxických zlúčenín, v súvislosti s ktorými vzniká problém likvidácie odpadových vôd a nebezpečných látok.

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

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

Zároveň sú emisie znečisťujúcich látok na GeoPP v priemere nižšie ako na TPP. Napríklad emisie oxidu uhličitého na každú kilowatthodinu vyrobenej elektriny dosahujú až 380 g pri GeoPP, 1 042 g na uhoľných TPP, 906 g na vykurovací olej a 453 g na plynových TPP.

Vynára sa otázka: čo robiť s odpadovou vodou? Pri nízkej salinite sa môže po ochladení vypúšťať do povrchových vôd. Ďalším spôsobom je jeho čerpanie späť do vodonosnej vrstvy cez injektážnu studňu, ktorá je dnes preferovaná a prevažne používaná.

Odčerpávanie termálnej vody z vodonosných vrstiev (ako aj odčerpávanie obyčajnej vody) môže spôsobiť poklesy a pohyb pôdy, iné deformácie geologických vrstiev a mikrozemetrasenia. Pravdepodobnosť takýchto javov je spravidla malá, hoci boli zaznamenané jednotlivé prípady (napríklad na GeoPP v Staufen im Breisgau v Nemecku).

Je potrebné zdôrazniť, že väčšina GeoPP sa nachádza v relatívne riedko osídlených oblastiach a v krajinách tretieho sveta, kde sú environmentálne požiadavky menej prísne ako vo vyspelých krajinách. Okrem toho je v súčasnosti počet GeoPP a ich kapacity relatívne malé. S rozsiahlejším rozvojom geotermálnej energie sa môžu environmentálne riziká zvýšiť a znásobiť.

Aká je energia Zeme?

Investičné náklady na výstavbu geotermálnych systémov sa pohybujú vo veľmi širokom rozmedzí - od 200 do 5 000 USD na 1 kW inštalovaného výkonu, teda najviac lacné možnosti porovnateľné s nákladmi na výstavbu tepelnej elektrárne. Závisia predovšetkým od podmienok výskytu termálnych vôd, ich zloženia a konštrukcie systému. Vŕtanie do veľkých hĺbok, vytvorenie uzavretého systému s dvoma studňami, potreba čistenia vody môže znásobiť náklady.

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

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

Druhou najväčšou (po energii) (a veľmi významnou) položkou výdavkov je spravidla mzda personál závodu, ktorý sa môže výrazne líšiť v závislosti od krajiny a regiónu.

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

Časť dôvodov vysokých nákladov spočíva v tom, že na rozdiel od tepelných a vodných elektrární má GeoTPP relatívne malú kapacitu. Okrem toho je potrebné porovnávať systémy nachádzajúce sa v rovnakom regióne a v podobných podmienkach. Napríklad na Kamčatke stojí podľa odborníkov 1 kWh geotermálnej elektriny 2-3 krát menej ako elektrina vyrobená v miestnych tepelných elektrárňach.

Ukazovatele ekonomickej efektívnosti geotermálneho systému závisia napríklad od toho, či je potrebné likvidovať odpadové vody a akými spôsobmi sa to robí, či je možné kombinované využitie zdroja. Chemické prvky a zlúčeniny extrahované z termálnej vody tak môžu poskytnúť dodatočný príjem. Pripomeňme si príklad Larderella: primárna tam bola chemická výroba a využitie geotermálnej energie bolo spočiatku pomocné.

Geotermálna energia vpred

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

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

V všeobecná štruktúra Geotermálna zložka predstavuje menej ako 1 % svetovej produkcie elektriny, no v niektorých regiónoch a krajinách jej podiel dosahuje 25 – 30 %. Značná časť kapacít geotermálnej energie je v dôsledku väzby na geologické podmienky sústredená v krajinách tretieho sveta, kde sa nachádzajú tri zoskupenia najväčšieho rozvoja priemyslu - ostrovy juhovýchodnej Ázie, Stredná Amerika a východnej Afriky. Prvé dva regióny sú zahrnuté v tichomorskom „ohnivom páse Zeme“, tretí je viazaný na východoafrický rift. S najväčšou pravdepodobnosťou sa v týchto pásoch bude naďalej rozvíjať geotermálna energia. Vzdialenejšou perspektívou je rozvoj petrotermálnej energie, využívajúcej teplo vrstiev zeme, ležiacich v hĺbke niekoľkých kilometrov. Ide o takmer všadeprítomný zdroj, no jeho ťažba si vyžaduje vysoké náklady, preto sa petrotermálna energia rozvíja predovšetkým v ekonomicky a technologicky najvýkonnejších krajinách.

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

Od Kamčatky po Kaukaz

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

Dva regióny - Kamčatka a Severný Kaukaz - sa stali priekopníkmi a centrami rozvoja geotermálnej energie v Rusku, a ak v prvom prípade hovoríme predovšetkým o elektroenergetike, potom v druhom o využití tepelnej energie. termálnej vody.

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

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

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

Rozvoj geotermálnej energie v ZSSR a Rusku bol brzdený dostupnosťou tradičných zdrojov energie – ropy, plynu, uhlia, no nikdy sa nezastavil. Najväčšími geotermálnymi zariadeniami v súčasnosti sú GeoPP Verkhne-Mutnovskaya s celkovou kapacitou 12 MW energetických blokov, uvedené do prevádzky v roku 1999, a Mutnovskaya GeoPP s kapacitou 50 MW (2002).

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

V súčasnosti je podiel závodov Mutnovskie na celkovej štruktúre spotreby energie centrálneho energetického uzla Kamčatky 40 %. V najbližších rokoch sa plánuje zvýšenie kapacity.

Samostatne by sa malo povedať o ruskom petrotermálnom vývoji. Veľké DSP zatiaľ nemáme, no existujú pokročilé technológie na vŕtanie do veľkých hĺbok (asi 10 km), ktoré tiež nemajú vo svete obdobu. Ich ďalší rozvoj umožní drasticky znížiť náklady na vytváranie petrotermálnych systémov. Vývojármi týchto technológií a projektov sú N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geologický ústav, RAS), A. S. Nekrasov (Inštitút ekonomického prognózovania, RAS) a špecialisti z Kalugských turbínových závodov. Projekt petrolejového cirkulačného systému v Rusku je v súčasnosti v experimentálnej fáze.

V Rusku existujú perspektívy geotermálnej energie, aj keď relatívne vzdialené: v súčasnosti je potenciál dosť veľký a pozície tradičnej energie sú silné. Zároveň je v mnohých odľahlých regiónoch krajiny využitie geotermálnej energie ekonomicky rentabilné a v súčasnosti je žiadané. Ide o územia s vysokým geoenergetickým potenciálom (Čukotka, Kamčatka, Kuriles – ruská časť pacifického „ohnivého pásu Zeme“, pohoria južnej Sibíri a Kaukazu) a zároveň vzdialené a odrezané od centralizovaného zásobovania energiou.

Pravdepodobne sa v najbližších desaťročiach geotermálna energia u nás rozvinie práve v takýchto regiónoch.

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

Obmedzené zdroje fosílnych energetických surovín

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

V Rusku, jednej z energeticky najbohatších krajín, sú ekonomické potreby energie stále uspokojované možnosťami využívania prírodných zdrojov. Ťažba fosílnych uhľovodíkov z podložia však postupuje veľmi rýchlym tempom. Ak v rokoch 1940-1960. hlavnými regiónmi produkujúcimi ropu boli „Druhé Baku“ v regiónoch Volga a Ural, potom od 70. rokov 20. storočia až do súčasnosti je takou oblasťou Západná Sibír. No aj tu dochádza k výraznému poklesu produkcie fosílnych uhľovodíkov. Éra „suchého“ cenomanského plynu sa končí. Doterajšia etapa extenzívneho rozvoja ťažby zemného plynu sa skončila. Jeho ťažba z takých obrovských polí ako Medvezhye, Urengoyskoye a Yamburgskoye predstavovala 84, 65 a 50%. Postupom času klesá aj podiel zásob ropy priaznivých pre rozvoj.

V dôsledku aktívnej spotreby uhľovodíkových palív sa zásoby ropy a zemného plynu na pevnine výrazne znížili. Teraz sú ich hlavné zásoby sústredené na kontinentálnom šelfe. A hoci je surovinová základňa ropného a plynárenského priemyslu stále dostatočná na ťažbu ropy a plynu v Rusku v požadovaných objemoch, v blízkej budúcnosti bude v čoraz väčšej miere zabezpečovaná rozvojom polí s ťažkou ťažbou. a geologické podmienky. Náklady na výrobu uhľovodíkových surovín budú naďalej rásť.

Väčšina neobnoviteľných zdrojov vyťažených z podložia sa využíva ako palivo pre elektrárne. Predovšetkým je to, ktorého podiel v štruktúre paliva je 64 %.

V Rusku sa 70 % elektriny vyrába v tepelných elektrárňach. Energetické podniky v krajine spália približne 500 miliónov ton ekvivalentu paliva ročne. na výrobu elektriny a tepla, pričom na výrobu tepla sa uhľovodíkové palivo spotrebuje 3-4 krát viac ako na výrobu elektriny.

Množstvo tepla získaného spaľovaním týchto objemov uhľovodíkových surovín sa rovná použitiu stoviek ton jadrového paliva – rozdiel je obrovský. Jadrová energetika si však vyžaduje environmentálnu bezpečnosť (aby sa vylúčila recidíva Černobyľu) a jej ochranu pred možnými teroristickými útokmi, ako aj realizáciu bezpečného a nákladného vyraďovania zastaraných a zastaraných energetických blokov JE. Preukázané vyťažiteľné zásoby uránu vo svete sú asi 3 milióny 400 tisíc ton.Za celé predchádzajúce obdobie (do roku 2007) sa vyťažili asi 2 milióny ton.

OZE ako budúcnosť svetovej energetiky

Záujem o alternatívne obnoviteľné zdroje energie (OZE), ktorý v posledných desaťročiach vo svete vzrástol, je spôsobený nielen vyčerpávaním zásob uhľovodíkových palív, ale aj potrebou riešiť problémy životného prostredia. Objektívne faktory (zásoby fosílnych palív a uránu, ako aj zmeny životného prostredia spojené s využívaním tradičnej požiarnej a jadrovej energie) a trendy vo vývoji energetiky nám umožňujú tvrdiť, že prechod na nové metódy a formy výroby energie je nevyhnutný. . Už v prvej polovici XXI. dôjde k úplnému alebo takmer úplnému prechodu na nekonvenčné zdroje energie.

Čím skôr sa v tomto smere podarí prelomiť, tým to bude menej bolestné pre celú spoločnosť a o to prospešnejšie pre krajinu, kde sa budú v tomto smere podnikať rozhodujúce kroky.

Svetová ekonomika už prešla smerom k prechodu na racionálnu kombináciu tradičných a nových zdrojov energie. Do roku 2000 predstavovala spotreba energie vo svete viac ako 18 miliárd ton ekvivalentu paliva. t. a spotreba energie do roku 2025 sa môže zvýšiť na 30 – 38 miliárd tce. t., podľa predpovedí je do roku 2050 možná spotreba 60 miliárd tce. m) Charakteristickou tendenciou vo vývoji svetovej ekonomiky v sledovanom období je systematické znižovanie spotreby fosílnych palív a tomu zodpovedajúce zvyšovanie využívania netradičných energetických zdrojov. Tepelná energia Zeme medzi nimi zaujíma jedno z prvých miest.

V súčasnosti Ministerstvo energetiky Ruskej federácie prijalo program rozvoja netradičnej energetiky zahŕňajúci 30 veľkých projektov využitia jednotiek tepelných čerpadiel (HPU), ktorých princíp je založený na spotrebe nízkych -kvalitná tepelná energia Zeme.

Nízkokvalitné zemné tepelné čerpadlá a tepelné čerpadlá

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

Teplo Zeme je možné využiť v rôznych typoch budov a stavieb na vykurovanie, zásobovanie teplou vodou, klimatizáciu (chladenie), ako aj na vykurovanie ciest v zimnom období, zamedzenie námrazy, vyhrievanie ihrísk na otvorených štadiónoch a pod. využitie tepla Zeme v systémoch zásobovania teplom a vzduchotechniky sú označené ako GHP - "geotermálne tepelné čerpadlá" (geotermálne tepelné čerpadlá). Klimatické charakteristiky krajín strednej a severnej Európy, ktoré sú spolu s USA a Kanadou hlavnými regiónmi využívania nízkopotenciálneho tepla Zeme, to predurčujú najmä na vykurovacie účely; chladenie vzduchom aj v letné obdobie sa vyžaduje pomerne zriedkavo. Tepelné čerpadlá v európskych krajinách preto na rozdiel od USA pracujú prevažne vo vykurovacom režime. V Spojených štátoch sa častejšie používajú v systémoch ohrev vzduchu, v kombinácii s ventiláciou, ktorá umožňuje ohrievanie aj chladenie vonkajšieho vzduchu. V európskych krajinách sa tepelné čerpadlá bežne používajú v teplovodných vykurovacích systémoch. Keďže ich účinnosť stúpa so znižovaním teplotného rozdielu medzi výparníkom a kondenzátorom, systémy sa často používajú na vykurovanie budov. podlahové kúrenie, v ktorom chladivo cirkuluje pri relatívne nízkej teplote (35–40 o C).

Typy systémov na využitie nízkopotenciálnej energie zemského tepla

Vo všeobecnosti možno rozlíšiť dva typy systémov na využitie nízkopotenciálnej energie zemského tepla:

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

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

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

- dostatočná vodná priepustnosť pôdy umožňujúca doplnenie zásob vody;

- dobré chemické zloženie podzemnej vody (napr. nízky obsah železa), aby sa predišlo problémom spojeným s tvorbou usadenín na stenách potrubia a koróziou.

Uzavreté systémy na využitie nízkopotenciálnej energie zemského tepla

Uzavreté systémy sú horizontálne a vertikálne (obrázok 1).

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

a b - vertikálne zemné výmenníky tepla.

Horizontálny zemný výmenník tepla

V krajinách západnej a strednej Európy sú horizontálne zemné výmenníky zvyčajne samostatné potrubia, uložené pomerne tesne a zapojené sériovo alebo paralelne (obr. 2).

Ryža. 2. Vodorovné zemné výmenníky tepla s: a - sériovými a

b - paralelné pripojenie.

Aby sa ušetrila plocha priestoru, kde sa teplo odvádza, boli vyvinuté vylepšené typy výmenníkov tepla, napríklad výmenníky tepla v tvare špirály (obr. 3), umiestnené horizontálne alebo vertikálne. Táto forma výmenníka tepla je bežná v Spojených štátoch.

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. Nachádzajú sa v skale 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.

Prebieha aktívny prieskum potenciálnych lokalít a 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 teplú vodu zo studní. Odborníci zo Spojených štátov tvrdia, že pri správnom vývoji môžu 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.

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

Geotermálnej energie

Už z názvu je jasné, že predstavuje teplo zemského vnútra. Pod zemskou kôrou sa nachádza vrstva magmy, čo je ohnivá tekutá kremičitanová tavenina. Podľa výskumných údajov je energetický potenciál tohto tepla oveľa vyšší ako energia svetových zásob zemného plynu, ako aj ropy. Magma – láva vychádza na povrch. Okrem toho je najväčšia aktivita pozorovaná v tých vrstvách zeme, na ktorých sa nachádzajú hranice tektonických platní, ako aj tam, kde sa zemská kôra vyznačuje tenkou. Geotermálna energia zeme sa získava takto: láva a vodné zdroje planéty sa dotýkajú, v dôsledku čoho sa voda začne prudko zohrievať. To vedie k erupcii gejzíru, vzniku takzvaných horúcich jazier a podvodných prúdov. Teda práve k tým prírodným javom, ktorých vlastnosti sa aktívne využívajú ako energie.

Umelé geotermálne pramene

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

Samozrejme, vybrané teplo je len zlomok toho, čo je k dispozícii v celkových zásobách. Malo by sa však pamätať na to, že hlboké teplo sa bude neustále dopĺňať v dôsledku procesov stláčania hornín, stratifikácie čriev. Ako hovoria odborníci, zemská kôra akumuluje teplo, ktorého celkové množstvo je 5000-krát väčšie ako výhrevnosť všetkých fosílnych zdrojov zeme ako celku. Ukazuje sa, že prevádzková doba takýchto umelo vytvorených geotermálnych staníc môže byť neobmedzená.

Vlastnosti zdrojov

Zdroje, ktoré poskytujú geotermálnu energiu, je takmer nemožné plne využiť. Existujú vo viac ako 60 krajinách sveta, pričom väčšina pozemných sopiek sa nachádza v tichomorskom sopečnom ohnivom kruhu. Ale v praxi sa ukazuje, že geotermálne zdroje v rôznych regiónoch svet je úplne iný svojimi vlastnosťami, a to priemernou teplotou, slanosťou, zložením plynu, kyslosťou a pod.

Gejzíry sú zdrojmi energie na Zemi, ktorých zvláštnosťou je, že v pravidelných intervaloch chrlia vriacu vodu. Po erupcii sa bazén zbaví vody, na jeho dne je vidieť kanál, ktorý zasahuje hlboko do zeme. Gejzíry sa využívajú ako zdroje energie v regiónoch ako Kamčatka, Island, Nový Zéland a Severná Amerika a osamelé gejzíry sa nachádzajú aj v niektorých iných oblastiach.

Odkiaľ pochádza energia?

Neochladená magma sa nachádza veľmi blízko zemského povrchu. Uvoľňujú sa z nej plyny a pary, ktoré stúpajú a prechádzajú pozdĺž trhlín. Miešaním s podzemnými vodami spôsobujú ich zahrievanie, samy sa menia na horúcu vodu, v ktorej je rozpustených veľa látok. Takáto voda sa vypúšťa na povrch zeme vo forme rôznych geotermálnych prameňov: horúcich prameňov, minerálnych prameňov, gejzírov atď. Podľa vedcov sú horúce útroby zeme jaskyne alebo komory spojené chodbami, trhlinami a kanálmi. Sú len naplnené podzemnou vodou a magmatické centrá sa nachádzajú veľmi blízko nich. Týmto spôsobom sa prirodzeným spôsobom vytvára tepelná energia zeme.

Elektrické pole zeme

V prírode existuje ďalší alternatívny zdroj energie, ktorý sa vyznačuje obnoviteľnosťou, ekologická čistota, jednoduchosť použitia. Je pravda, že doteraz sa tento zdroj iba skúma a v praxi sa neuplatňuje. Potenciálna energia Zeme je teda ukrytá v jej elektrickom poli. Energiu možno týmto spôsobom získať štúdiom základných zákonov elektrostatiky a charakteristík elektrického poľa Zeme. V skutočnosti je naša planéta z elektrického hľadiska guľový kondenzátor nabitý až na 300 000 voltov. Jeho vnútorná sféra má záporný náboj a vonkajšia, ionosféra, je kladný. je izolant. Cez ňu neustále prúdi iónové a konvekčné prúdy, ktoré dosahujú silu mnohých tisíc ampérov. Potenciálny rozdiel medzi doskami sa však v tomto prípade neznižuje.

To naznačuje, že v prírode existuje generátor, ktorého úlohou je neustále dopĺňať únik nábojov z dosiek kondenzátora. Úlohu takéhoto generátora zohráva magnetické pole Zeme, ktoré rotuje s našou planétou v prúdení slnečného vetra. Energiu zemského magnetického poľa je možné získať len pripojením spotrebiča energie k tomuto generátoru. Aby ste to dosiahli, musíte vykonať spoľahlivú inštaláciu uzemnenia.

Obnoviteľné zdroje

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

Energia vody

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

Dnes existuje veľké množstvo vodných elektrární, ktoré premieňajú energiu prúdu vody na elektrickú energiu. Zvláštnosťou tejto metódy je, že obnovené, respektíve takéto štruktúry majú nízke náklady. Preto aj napriek tomu, že výstavba vodných elektrární prebieha už pomerne dlho a samotný proces je veľmi nákladný, tieto stavby výrazne predbiehajú energeticky náročné odvetvia.

Energia slnka: moderná a perspektívna

Slnečná energia sa získava pomocou solárne panely moderná technika však umožňuje využiť na to nové metódy. Najväčší na svete je systém vybudovaný v kalifornskej púšti. Plne napája 2000 domov. Dizajn funguje nasledovne: slnečné lúče sa odrážajú od zrkadiel, ktoré sú posielané do centrálneho kotla s vodou. Vrie a mení sa na paru, ktorá poháňa turbínu. Tá je zase napojená na elektrický generátor. Vietor sa dá využiť aj ako energia, ktorú nám dáva Zem. Vietor fúka do plachiet, otáča mlyny. A teraz sa dá použiť na vytváranie zariadení, ktoré budú generovať elektrickú energiu. Otáčaním lopatiek veternej turbíny poháňa hriadeľ turbíny, ktorý je zase spojený s elektrickým generátorom.

Vnútorná energia Zeme

Objavil sa v dôsledku niekoľkých procesov, z ktorých hlavné sú narastanie a rádioaktivita. Podľa vedcov vznik Zeme a jej hmoty prebiehal niekoľko miliónov rokov a stalo sa tak vďaka vzniku planetezimál. Držali sa spolu, respektíve hmota Zeme bola čoraz väčšia. Potom, čo naša planéta začala mať modernú hmotnosť, no stále bez atmosféry, na ňu bez prekážok dopadali telesá meteorov a asteroidov. Tento proces sa presne nazýva akrécia a viedol k uvoľneniu významnej gravitačnej energie. A čím väčšie telesá dopadli na planétu, tým väčšie bolo množstvo uvoľnenej energie obsiahnutej v útrobách Zeme.

Táto gravitačná diferenciácia viedla k tomu, že látky sa začali stratifikovať: ťažké látky sa jednoducho utopili a ľahké a prchavé sa vznášali. Diferenciácia ovplyvnila aj dodatočné uvoľnenie gravitačnej energie.

Atómová energia

Využívanie energie Zeme môže prebiehať rôznymi spôsobmi. Napríklad výstavbou jadrových elektrární, keď sa tepelná energia uvoľňuje v dôsledku rozpadu najmenších častíc hmoty atómov. Hlavným palivom je urán, ktorý je obsiahnutý v zemskej kôre. Mnohí veria, že tento konkrétny spôsob získavania energie je najsľubnejší, ale jeho aplikácia je plná mnohých problémov. Po prvé, urán vyžaruje žiarenie, ktoré zabíja všetky živé organizmy. Navyše, ak sa táto látka dostane do pôdy alebo atmosféry, dôjde k skutočnej katastrofe spôsobenej človekom. Stále prežívame smutné následky havárie v jadrovej elektrárni v Černobyle. Nebezpečenstvo spočíva v tom, že rádioaktívny odpad môže veľmi, veľmi ohroziť všetko živé dlho, celé tisícročia.

Nový čas – nové nápady

Ľudia sa samozrejme nezastavia a každým rokom pribúdajú pokusy nájsť nové spôsoby získavania energie. Ak sa energia zemského tepla získa celkom jednoducho, potom niektoré metódy nie sú také jednoduché. Napríklad ako zdroj energie je celkom možné použiť biologický plyn, ktorý sa získava z hnijúceho odpadu. Môže byť použitý na vykurovanie domov a ohrev vody.

Čoraz častejšie sa stavajú, keď sú priehrady a turbíny inštalované cez ústie nádrží, ktoré sú poháňané odlivom a prietokom, pričom sa získava elektrina.

Spálením odpadu získavame energiu

Ďalšou metódou, ktorá sa už používa v Japonsku, je vytváranie spaľovní. Dnes sú postavené v Anglicku, Taliansku, Dánsku, Nemecku, Francúzsku, Holandsku a Spojených štátoch, ale iba v Japonsku sa tieto podniky začali používať nielen na zamýšľaný účel, ale aj na výrobu elektriny. Miestne továrne spaľujú 2/3 všetkého odpadu, pričom továrne sú vybavené parnými turbínami. Podľa toho dodávajú teplo a elektrinu do okolia. Zároveň je z hľadiska nákladov oveľa výnosnejšie postaviť takýto podnik ako postaviť kogeneráciu.

Vyhliadka na využitie zemského tepla tam, kde sú sústredené sopky, vyzerá lákavejšie. V tomto prípade nebudete musieť vŕtať Zem príliš hlboko, pretože už v hĺbke 300 - 500 metrov bude teplota najmenej dvojnásobkom bodu varu vody.

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

Čo je v budúcnosti?

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

Problém znečistenia životného prostredia pretrváva a katastrofálne narastá. Množstvo škodlivých emisií klesá, respektíve vzduch, ktorý dýchame, je škodlivý, voda obsahuje nebezpečné nečistoty a pôda sa postupne vyčerpáva. Preto je také dôležité venovať sa včasnému štúdiu takého fenoménu, akým je energia v útrobách Zeme, s cieľom hľadať spôsoby, ako znížiť dopyt po fosílnych palivách a aktívnejšie využívať nekonvenčné zdroje energie.

Doktor technických vied ON. Hanba, profesor,
Akademik Ruskej akadémie technologických vied v Moskve

Svet v posledných desaťročiach zvažuje smerovanie efektívnejšieho využívania energie hlbinného tepla Zeme s cieľom čiastočne nahradiť zemný plyn, ropu, uhlie. To bude možné nielen v oblastiach s vysokými geotermálnymi parametrami, ale aj v akýchkoľvek regiónoch sveta pri vŕtaní injektážnych a ťažobných vrtov a vytváraní cirkulačných systémov medzi nimi.

Záujem o alternatívne zdroje energie, ktorý sa v posledných desaťročiach vo svete zvýšil, je spôsobený vyčerpávaním zásob uhľovodíkových palív a potrebou riešiť množstvo environmentálnych problémov. Objektívne faktory (zásoby fosílnych palív a uránu, ako aj zmeny životného prostredia spôsobené tradičnými požiarmi a jadrovou energiou) umožňujú tvrdiť, že prechod na nové spôsoby a formy výroby energie je nevyhnutný.

Svetová ekonomika teraz nabrala kurz smerom k prechodu k racionálnej kombinácii tradičných a nových zdrojov energie. Teplo Zeme medzi nimi zaujíma jedno z prvých miest.

Zdroje geotermálnej energie sa delia na hydrogeologické a petrogeotermálne. Prvým z nich sú nosiče tepla (tvoria iba 1%. spoločné zdroje geotermálna energia) - podzemná voda, para a zmesi pary a vody. Posledne menované sú geotermálna energia obsiahnutá v horúcich horninách.

Fontánová technológia (samovypúšťanie) používaná u nás i v zahraničí na ťažbu prírodnej pary a geotermálnych vôd je jednoduchá, no neúčinná. Pri nízkom prietoku samoprietokových vrtov sa ich produkciou tepla môžu vrátiť náklady na vŕtanie len v malej hĺbke geotermálnych nádrží s vysokými teplotami v oblastiach tepelných anomálií. Životnosť takýchto studní v mnohých krajinách nedosahuje ani 10 rokov.

Skúsenosti zároveň potvrdzujú, že v prítomnosti plytkých zásobární prírodnej pary je výstavba geotermálnej elektrárne najziskovejším variantom využitia geotermálnej energie. Prevádzka takýchto geotermálnych elektrární preukázala ich konkurencieschopnosť v porovnaní s inými typmi elektrární. Preto je účelné a včasné využitie zásob geotermálnych vôd a parných hydroterm u nás na polostrove Kamčatka a na ostrovoch hrebeňa Kuril, v regiónoch Severného Kaukazu, prípadne aj v iných regiónoch. Ložiská pary sú však zriedkavé, jej známe a pravdepodobné zásoby sú malé. Oveľa rozšírenejšie ložiská tepelnej a silovej vody sa nie vždy nachádzajú dostatočne blízko odberateľa – objektu zásobovania teplom. To vylučuje možnosť ich efektívneho využívania vo veľkom meradle.

Pomerne často sa problémy s škálovaním vyvinú do komplexného problému. Využitím geotermálnych, spravidla mineralizovaných prameňov ako nosičov tepla dochádza k zarastaniu zón vrtov oxidom železa, uhličitanom vápenatým a silikátovými formáciami. Okrem toho problémy s eróziou-koróziou a usadeninami vodného kameňa negatívne ovplyvňujú prevádzku zariadenia. Problémom je aj vypúšťanie mineralizovaných odpadových vôd obsahujúcich toxické nečistoty. Preto najjednoduchšia technológia fontán nemôže slúžiť ako základ pre široký rozvoj geotermálnych zdrojov.

Podľa predbežných odhadov na území Ruskej federácie sú predpokladané zásoby termálnych vôd s teplotou 40-250°C, slanosťou 35-200 g/l a hĺbkou do 3000 m 21-22 miliónov m3/. deň, čo sa rovná spáleniu 30-40 miliónov ton .T. v roku.

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

Za prvoradý význam pre rozvoj sa považujú zásoby termálnej vody s prietokom cca 8 mil. m3/deň, so slanosťou do 10 g/l a teplotou nad 50 °C.

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

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

Nepretržitá výroba vnútorného tepla kompenzuje jeho vonkajšie straty, slúži ako zdroj akumulácie geotermálnej energie a určuje obnoviteľnú časť jeho zdrojov. Celkový odvod tepla z podložia na zemský povrch je trikrát vyšší ako súčasná kapacita elektrární vo svete a odhaduje sa na 30 TW.

Je však jasné, že obnoviteľnosť má význam len pre obmedzené prírodné zdroje a celkový potenciál geotermálnej energie je prakticky nevyčerpateľný, keďže by sa mal definovať ako celkové množstvo tepla, ktorým Zem disponuje.

Nie náhodou sa vo svete v posledných desaťročiach uvažuje o smerovaní efektívnejšieho využívania energie hlbinného tepla Zeme s cieľom čiastočne nahradiť zemný plyn, ropu, uhlie. To bude možné nielen v oblastiach s vysokými geotermálnymi parametrami, ale aj v akýchkoľvek regiónoch sveta pri vŕtaní injektážnych a ťažobných vrtov a vytváraní cirkulačných systémov medzi nimi.

Samozrejme, pri nízkej tepelnej vodivosti hornín je pre efektívne fungovanie obehových systémov potrebné mať alebo vytvoriť dostatočne vyvinutú teplovýmennú plochu v zóne odberu tepla. Takýto povrch majú porézne útvary a zóny prirodzenej lomovej húževnatosti, ktoré sa často nachádzajú vo vyššie uvedených hĺbkach, ktorých priepustnosť umožňuje organizovať nútenú filtráciu chladiva s účinnou extrakciou horninovej energie, ako aj umelo vytvárať rozsiahlu teplovýmennú plochu v málo priepustných poréznych masívoch hydraulickým štiepením (pozri obrázok).

V súčasnosti sa hydraulické štiepenie používa v ropnom a plynárenskom priemysle ako spôsob zvýšenia priepustnosti nádrží na zlepšenie regenerácie ropy počas vývoja. ropné polia. Moderná technológia umožňuje vytvoriť úzku, ale dlhú trhlinu alebo krátku, ale širokú trhlinu. Známe sú príklady hydraulického štiepenia s puklinami dlhými až 2-3 km.

Domácu myšlienku ťažby hlavných geotermálnych zdrojov uzavretých v pevných horninách predložil už v roku 1914 K.E. Tsiolkovsky a v roku 1920 systém geotermálnej cirkulácie (GCC) v horúcom žulovom masíve opísal V.A. Obručev.

V roku 1963 bol v Paríži vytvorený prvý GCC na získavanie tepla z poréznych útvarov na vykurovanie a klimatizáciu v priestoroch komplexu Brodkastin Chaos. V roku 1985 už vo Francúzsku fungovalo 64 GVC s celkovým tepelným výkonom 450 MW s ročnou úsporou asi 150 tisíc ton ropy. V tom istom roku vznikol prvý takýto GCC v ZSSR v údolí Khankala pri Groznom.

V roku 1977 sa v rámci projektu Národného laboratória v Los Alamos v USA začalo testovanie experimentálneho GVC s hydraulickým štiepením takmer nepriepustnej hmoty v lokalite Fenton Hill v Novom Mexiku. Studená sladká voda vstrekovaná cez studňu (injektáž) bola ohrievaná v dôsledku výmeny tepla s horninovým masívom (185°C) vo vertikálnom pukline s plochou 8000 m2, vytvorenom hydraulickým štiepením v hĺbke 2,7 km. V inom vrte (výrobe), tiež križujúcom túto puklinu, sa prehriata voda dostávala na povrch vo forme prúdu pary. Pri cirkulácii v uzavretej slučke pod tlakom dosiahla teplota prehriatej vody na povrchu 160-180 ° C a tepelný výkon systému - 4-5 MW. Únik chladiva do okolitého masívu predstavoval asi 1 % z celkového prietoku. Koncentrácia mechanických a chemických nečistôt (do 0,2 g / l) zodpovedala podmienkam čerstvej pitnej vody. Hydraulický zlom si nevyžadoval upevnenie a bol udržiavaný otvorený hydrostatickým tlakom tekutiny. V ňom vznikajúca voľná konvekcia zabezpečovala efektívnu účasť na tepelnej výmene takmer celého povrchu odkryvu rozžeraveného horninového masívu.

Ťažba podzemnej tepelnej energie horúcich nepriepustných hornín, založená na metódach smerového vŕtania a hydraulického štiepenia, vyvinutá a dlhodobo praktizovaná v ropnom a plynárenskom priemysle, nespôsobila seizmickú aktivitu ani iné škodlivé účinky na životné prostredie.

V roku 1983 britskí vedci zopakovali americkú skúsenosť vytvorením experimentálneho hydraulického štiepenia GVC v Carnwell. Podobné práce sa vykonali v Nemecku a Švédsku. V Spojených štátoch amerických bolo realizovaných viac ako 224 projektov geotermálneho vykurovania. Zároveň sa predpokladá, že geotermálne zdroje môžu zabezpečiť väčšinu budúcich potrieb USA v oblasti tepelnej energie pre neelektrické potreby. V Japonsku dosiahla kapacita geotermálnej elektrárne v roku 2000 približne 50 GW.

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

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

Teplo Zeme je teda azda jediným veľkým obnoviteľným zdrojom energie, ktorého racionálny rozvoj sľubuje zníženie nákladov na energiu v porovnaní s modernou energiou palív. S rovnako nevyčerpateľným energetickým potenciálom budú solárne a termonukleárne zariadenia, žiaľ, drahšie ako existujúce palivové.

Napriek veľmi dlhej histórii vývoja zemského tepla dnes geotermálna technológia ešte nedosiahla svoje vysoký rozvoj... Rozvoj tepelnej energie Zeme naráža na veľké ťažkosti pri výstavbe hlbokých vrtov, ktoré sú kanálom na privádzanie chladiva na povrch. Vzhľadom na vysokú teplotu na dne (200-250 ° C) nie sú tradičné nástroje na rezanie hornín príliš vhodné na prácu v takýchto podmienkach, na výber vrtných rúr a plášťa sa kladú špeciálne požiadavky, cementové malty, technológia vŕtania, pažba a dokončenie studní. Domáce meracie zariadenia, sériové servisné armatúry a zariadenia sú vyrábané v prevedení, ktoré umožňuje teploty nepresahujúce 150-200°C. Tradičné hĺbkové mechanické vŕtanie studní niekedy trvá roky a vyžaduje značné finančné náklady. V hlavných výrobných aktívach sa náklady na studne pohybujú od 70 do 90%. Tento problém je možné a potrebné riešiť len vytvorením progresívnej technológie rozvoja hlavnej časti geotermálnych zdrojov, t.j. získavanie energie z horúcich hornín.

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

Prevádzka prvého variantu BS je prepojená s existujúcou konvenčnou technológiou vŕtania studní. Rýchlosť vŕtania tvrdých hornín (priemerná hustota 2500-3300 kg / m3) je až 30 m / h, priemer vrtu je 200-500 mm. Druhá verzia BS vykonáva vŕtanie studní v autonómnom a automatickom režime. Štart sa vykonáva zo špeciálnej štartovacej a akceptačnej platformy, z ktorej je riadený jeho pohyb. Tisíc metrov BS v tvrdých horninách zvládne prejsť za pár hodín. Priemer vrtu od 500 do 1000 mm. Opätovne použiteľné možnosti BS sú nákladovo efektívne a majú obrovskú potenciálnu hodnotu. Zavedením BS do výroby sa otvorí nová etapa vo výstavbe vrtov a sprístupní sa nevyčerpateľné zdroje tepelnej energie zo Zeme.

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

Účelom GCC je poskytovať trvalé, cenovo dostupné a lacné teplo vzdialeným, ťažko dostupným a nerozvinutým regiónom Ruskej federácie. Doba prevádzky GCS je 25-30 rokov a viac. Doba návratnosti staníc (berúc do úvahy najnovšie technológie vŕtanie) - 3-4 roky.

Vytvorenie zodpovedajúcich kapacít na využitie geotermálnej energie pre neelektrické potreby v Ruskej federácii v najbližších rokoch umožní nahradiť približne 600 miliónov ton palivového ekvivalentu. Úspory môžu dosiahnuť až 2 bilióny RUB.

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

Literatúra

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

2. Dyadkin Yu.D. a iná geotermálna termálna fyzika. Petrohrad: Nauka, 1993,255 s.

3. Základňa nerastných surovín palivového a energetického komplexu Ruska. Stav a prognóza / V.K.Branchugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko a kol., Ed. V.Z. Garipová, E.A. Kozlovský. M. 2004,548 s.

4. Novikov GP a kol.Vŕtanie studní pre termálne vody. Moskva: Nedra, 1986.229 s.