Geotermalna energija
Već iz imena je jasno da predstavlja toplinu unutrašnjosti zemlje. Ispod zemljine kore nalazi se sloj magme, koja je vatrena tekuća silikatna talina. Prema podacima istraživanja, energetski potencijal ove topline mnogo je veći od energije svjetskih rezervi prirodnog plina, kao i nafte. Magma - lava izlazi na površinu. Štoviše, najveća aktivnost uočava se u onim slojevima zemlje na kojima su smještene granice tektonskih ploča, kao i tamo gdje je zemaljska kora karakterizirana tankoćom. Geotermalna energija zemlje dobiva se na sljedeći način: lava i vodeni resursi planeta dolaze u kontakt, uslijed čega se voda počinje naglo zagrijavati. To dovodi do erupcije gejzira, stvaranja takozvanih vrućih jezera i podvodnih struja. Odnosno, upravo onim prirodnim pojavama, čija se svojstva aktivno koriste kao neiscrpni izvor energije.
Naftna energija
Trenutno se u svijetu široko koristi toplina zemljine unutrašnjosti, a to je uglavnom energija plitkih bunara - do 1 km. Kako bi se osigurala opskrba električnom energijom, toplinom ili toplom vodom, ugrađuju se izmjenjivači topline u rupi koji rade na tekućinama s niskim vrelištem (na primjer, freon).
U današnje vrijeme upotreba izmjenjivača topline u bušotinama najracionalniji je način proizvodnje topline. Izgleda ovako: rashladna tekućina cirkulira u zatvorenoj petlji. Zagrijani se uzdiže duž koncentrično spuštene cijevi, odajući toplinu, nakon čega se ohlađen pumpa u kućište uz pomoć pumpe.
Korištenje energije unutrašnjosti Zemlje temelji se na prirodnom fenomenu - kako se približava jezgri Zemlje, temperatura zemljine kore i plašta raste. Na razini 2-3 km od površine planeta doseže više od 100 ° C, prosječno povećavajući se za 20 ° C sa svakim sljedećim kilometrom. Na dubini od 100 km temperatura doseže 1300-1500 ºS.
Umjetni geotermalni izvori
Energija sadržana u utrobi zemlje mora se koristiti pametno. Na primjer, postoji ideja za stvaranje podzemnih kotlova. Da biste to učinili, morate izbušiti dvije bušotine dovoljne dubine, koje će biti povezane na dnu. Odnosno, ispada da je u gotovo svakom kutku kopna moguće industrijski dobiti geotermalnu energiju: hladnjak će se pumpati u rezervoar kroz jedan bunar, a vruća voda ili para izvlačit će se kroz drugi. Umjetni izvori topline bit će korisni i racionalni ako dobivena toplina daje više energije. Para se može usmjeriti na turbinske generatore koji će proizvoditi električnu energiju.
Naravno, odabrana toplina samo je djelić onoga što je dostupno u ukupnim rezervama. Ali treba imati na umu da će se duboka vrućina neprestano nadopunjavati zbog procesa radioaktivnog propadanja, kompresije stijena, raslojavanja crijeva. Prema stručnjacima, zemaljska kora akumulira toplinu čija je ukupna količina 5000 puta veća od kalorijske vrijednosti svih fosilnih resursa zemlje u cjelini. Ispada da vrijeme rada takvih umjetno stvorenih geotermalnih postaja može biti neograničeno.
Metode prikupljanja energetskih resursa Zemlje
Danas postoje tri glavne metode sakupljanja geotermalne energije: suha para, topla voda i binarni ciklus. Proces suhe pare izravno okreće turbinske pogone generatora energije. Vruća voda ulazi odozdo prema gore, a zatim se raspršuje u spremnik kako bi stvorila paru za pogon turbina.Ove dvije metode su najčešće, a proizvode stotine megavata električne energije u Sjedinjenim Državama, Islandu, Europi, Rusiji i drugim zemljama. No, mjesto je ograničeno, jer ove tvornice djeluju samo u tektonskim regijama gdje je lakše pristupiti grijanoj vodi.
Tehnologijom binarnog ciklusa topla (ne nužno vruća) voda ekstrahira se na površinu i kombinira s butanom ili pentanom koji imaju nisko vrelište. Ova se tekućina pumpa kroz izmjenjivač topline, gdje se ispari i pošalje kroz turbinu prije povratka u sustav. Tehnologija binarnog ciklusa osigurava desetke megavata električne energije u Sjedinjenim Državama: Kaliforniji, Nevadi i na Havajskim otocima.
Načelo dobivanja energije
Mane dobivanja geotermalne energije
Na korisnoj razini, geotermalne elektrane su skupe za izgradnju i rad. Pronalaženje odgovarajućeg mjesta zahtijeva skupe ankete, bez jamstva da ćete pogoditi produktivno žarište pod zemljom. Međutim, analitičari očekuju da će se taj kapacitet gotovo udvostručiti tijekom sljedećih šest godina.
Osim toga, područja s visokom temperaturom podzemnog izvora nalaze se u područjima s aktivnim geološkim vulkanima. Ta su se „žarišta“ stvorila na granicama tektonskih ploča na mjestima gdje je kora prilično tanka. Tihookeanska regija često se naziva vatrenim prstenom mnogih vulkana s mnogim žarištima, uključujući Aljasku, Kaliforniju i Oregon. Nevada ima stotine žarišnih točaka koje pokrivaju veći dio sjevernog dijela Sjedinjenih Država.
Postoje i druga seizmički aktivna područja. Potresi i kretanje magme omogućuju cirkulaciju vode. Voda se ponegdje izdiže na površinu i javljaju se prirodni vrući izvori i gejziri, poput Kamčatke. Voda u gejzirima Kamčatke doseže 95 ° C.
Jedan od problema s otvorenim sustavima gejzira je ispuštanje određenih onečišćivača zraka. Vodikov sulfid je otrovni plin s vrlo prepoznatljivim mirisom "trulog jaja" - mala količina arsena i minerala koji se oslobađaju parom. Sol također može predstavljati ekološki problem.
U priobalnim geotermalnim elektranama u cijevima se nakuplja značajna količina ometajuće soli. U zatvorenim sustavima nema emisije i sva tekućina iznesena na površinu se vraća.
Ekonomski potencijal energetskog resursa
Žarišta nisu jedina mjesta na kojima se može naći geotermalna energija. Postoji stalna opskrba uporabljivom toplinom za izravno grijanje bilo gdje od 4 metra do nekoliko kilometara ispod površine gotovo bilo gdje na zemlji. Čak i zemljište u vlastitom dvorištu ili lokalnoj školi ima ekonomski potencijal u obliku topline za pumpanje u vaš dom ili druge zgrade.
Uz to, postoji ogromna količina toplinske energije u suhim kamenim formacijama vrlo duboko ispod površine (4-10 km).
Korištenje nove tehnologije moglo bi proširiti geotermalne sustave, gdje ljudi mogu koristiti ovu toplinu za proizvodnju električne energije u mnogo većem mjerilu od uobičajenih tehnologija. Prvi demonstracijski projekti ovog principa proizvodnje električne energije prikazani su u Sjedinjenim Državama i Australiji još 2013. godine.
Ako se može ostvariti puni ekonomski potencijal geotermalnih resursa, to će predstavljati ogroman izvor električne energije za proizvodne pogone. Znanstvenici sugeriraju da konvencionalni geotermalni izvori imaju potencijal od 38.000 MW, što može generirati 380 milijuna MW električne energije godišnje.
Vruće suhe stijene javljaju se na dubinama od 5 do 8 km posvuda pod zemljom i na manjim dubinama na određenim mjestima.Pristup tim resursima uključuje uvođenje hladne vode koja kruži vrućim stijenama i uklanjanje zagrijane vode. Trenutno nema komercijalne aplikacije za ovu tehnologiju. Postojeće tehnologije još ne dopuštaju povrat toplinske energije izravno iz magme, vrlo duboko, ali ovo je najsnažniji izvor geotermalne energije.
Kombinacijom energetskih resursa i njihove dosljednosti, geotermalna energija može igrati nezamjenjivu ulogu kao čišći i održiviji energetski sustav.
Značajke izvora
Izvore koji pružaju geotermalnu energiju gotovo je nemoguće u potpunosti iskoristiti. Postoje u više od 60 zemalja svijeta, s većinom kopnenih vulkana u Tihom pacifičkom vulkanskom prstenu. No, u praksi se ispostavlja da su geotermalni izvori u različitim regijama svijeta potpuno različiti po svojim svojstvima, naime, prosječna temperatura, mineralizacija, sastav plina, kiselost itd.
Gejziri su izvori energije na Zemlji čija je posebnost to što u redovitim razmacima izbacuju kipuću vodu. Nakon što je došlo do erupcije, bazen postaje bez vode, na njegovom dnu možete vidjeti kanal koji ide duboko u zemlju. Gejziri se koriste kao izvori energije u regijama poput Kamčatke, Islanda, Novog Zelanda i Sjeverne Amerike, a osamljeni gejziri nalaze se u nekoliko drugih područja.
Industrija i stambene i komunalne usluge
U studenom 2014. u Keniji je započela s radom najveća geotermalna elektrana na svijetu u to vrijeme. Drugi po veličini nalazi se na Islandu - ovo je Hellisheid, koji uzima toplinu iz izvora u blizini vulkana Hengiedl.
Ostale zemlje koje koriste geotermalnu energiju u industrijskim razmjerima: SAD, Filipini, Rusija, Japan, Kostarika, Turska, Novi Zeland itd.
Postoje četiri glavne sheme za proizvodnju energije u GeoTPP-u:
- ravno, kada se para usmjerava cijevima na turbine spojene na generatore energije;
- neizravno, slično prethodnom u svemu, osim što se prije ulaska u cijevi para čisti od plinova;
- binarno - kao radna toplina ne koristi se voda ili para, već druga tekućina s niskim vrelištem;
- mješovito - slično pravoj liniji, ali nakon kondenzacije nerastvoreni plinovi uklanjaju se iz vode.
2009. godine tim istraživača koji je tražio korisne geotermalne izvore dosegao je rastaljenu magmu duboku samo 2,1 km. Takav pad u magmu vrlo je rijedak, ovo je tek drugi poznati slučaj (prethodni se dogodio na Havajima 2007. godine).
Iako cijev povezana s magmom nikada nije bila povezana s obližnjom geotermalnom elektranom Krafla, znanstvenici su dobili vrlo obećavajuće rezultate. Do sada su sve operativne stanice toplinu uzimale neizravno, iz zemaljskih stijena ili iz podzemnih voda.
Odakle energija?
Neohlađena magma nalazi se vrlo blizu zemljine površine. Iz njega se oslobađaju plinovi i pare koji se uzdižu i prolaze duž pukotina. Miješajući se s podzemnom vodom, oni uzrokuju njihovo zagrijavanje, a sami se pretvaraju u vruću vodu, u kojoj su otopljene mnoge tvari. Takva se voda ispušta na površinu zemlje u obliku različitih geotermalnih izvora: vrućih izvora, mineralnih izvora, gejzira i tako dalje. Prema znanstvenicima, vruća utroba zemlje su špilje ili odaje povezane prolazima, pukotinama i kanalima. Oni su samo ispunjeni podzemnom vodom, a centri magme nalaze se vrlo blizu njih. Na taj se način toplinska energija zemlje stvara na prirodan način.
Hidrotermalna energija
Voda koja cirkulira na velikim dubinama zagrijava se do značajnih vrijednosti. U seizmički aktivnim predjelima izdiže se na površinu uz pukotine u zemljinoj kori, au mirnim predjelima može se ukloniti bušotinama.
Načelo rada je isto: zagrijana voda podiže se po bunaru, odaje toplinu i vraća se niz drugu cijev. Ciklus je praktički beskrajan i obnavlja se sve dok toplina ostaje u unutrašnjosti zemlje.
U nekim seizmički aktivnim regijama vruće vode leže toliko blizu površine da iz prve ruke možete vidjeti kako geotermalna energija djeluje. Fotografija blizine vulkana Krafla (Island) prikazuje gejzire koji propuštaju paru za tamošnju elektranu koja radi.
Električno polje Zemlje
U prirodi postoji još jedan alternativni izvor energije koji se odlikuje obnovljivošću, ekološkom prihvatljivošću i lakoćom uporabe. Istina, do sada se ovaj izvor samo proučava i ne primjenjuje u praksi. Dakle, potencijalna energija Zemlje skriva se u njenom električnom polju. Na taj se način energija može dobiti proučavanjem osnovnih zakona elektrostatike i karakteristika Zemljinog električnog polja. Zapravo je naš planet s električne točke gledišta sferni kondenzator napunjen do 300 000 volti. Njegova unutarnja sfera ima negativni naboj, a vanjska, ionosfera, je pozitivna. Zemljina atmosfera je izolator. Kroz njega postoji stalni protok ionskih i konvektivnih struja, koje dosežu silu od više tisuća ampera. Međutim, razlika potencijala između ploča u ovom slučaju ne smanjuje se.
To sugerira da u prirodi postoji generator čija je uloga stalno nadopunjavati curenje naboja s ploča kondenzatora. Ulogu takvog generatora ima Zemljino magnetsko polje koje se okreće s našim planetom u protoku sunčevog vjetra. Energija Zemljinog magnetskog polja može se dobiti samo spajanjem potrošača energije na ovaj generator. Da biste to učinili, morate izvršiti pouzdanu instalaciju uzemljenja.
Toplina Zemlje
(Za kraj. Za početak, vidi Znanost i život, br. 9, 2013)
Kolektor za sakupljanje termalne borne vode u Larderellu (Italija), prva polovina 19. stoljeća.
Motor i pretvarač korišteni u Larderellu 1904. u prvom eksperimentu za proizvodnju geotermalne električne energije.
Shematski dijagram rada termoelektrane.
Načelo rada GeoPP-a na suhoj pari. Geotermalna para iz proizvodne bušotine provodi se izravno kroz parnu turbinu. Najjednostavnija od postojećih shema rada GeoPP-a
Načelo rada GeoPP-a s neizravnim krugom. Vruća podzemna voda iz proizvodne bušotine pumpa se u isparivač, a rezultirajuća para dovodi se u turbinu.
Načelo rada binarnog GeoPP-a. Vruća termalna voda komunicira s drugom tekućinom koja djeluje kao radna tekućina i ima niže vrelište.
Shema petrotermalnog sustava. Sustav se temelji na korištenju gradijenta temperature između površine zemlje i njenog podzemlja, gdje je temperatura viša.
Shematski dijagram hladnjaka i dizalice topline: 1 - kondenzator; 2 - leptir (regulator pritiska); 3 - isparivač; 4 - kompresor.
Mutnovskaya GeoPP na Kamčatki. Krajem 2011. instalirana snaga stanice bila je 50 MW, ali planira se povećati na 80 MW. Foto Tatiana Korobkova (Istraživački laboratorij OIE Geografskog fakulteta Moskovskog državnog sveučilišta Lomonosov.)
‹
›
Korištenje geotermalne energije ima vrlo dugu povijest. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u provinciji Toskana, koja se danas zove Larderello, gdje su se već početkom 19. stoljeća koristile lokalne vruće termalne vode, koje su se prirodno izlijevale ili vadile iz plitkih bunara. energetske svrhe.
Podzemna voda bogata borom ovdje je korištena za dobivanje borne kiseline. U početku se ta kiselina dobivala isparavanjem u željeznim kotlovima, a obično gorivo za ogrjev iz obližnjih šuma uzimalo se kao gorivo, no 1827. Francesco Larderel stvorio je sustav koji je radio na vrućini samih voda. Istodobno, energija prirodne vodene pare počela se koristiti za rad bušaćih postrojenja, a početkom 20. stoljeća - za grijanje lokalnih kuća i staklenika. Na istom mjestu, u Larderellu, 1904. godine termalna vodena para postala je izvor energije za proizvodnju električne energije.
Neke druge zemlje slijedile su primjer Italije krajem 19. i početkom 20. stoljeća. Primjerice, 1892. godine termalne vode prvi su se put koristile za lokalno grijanje u Sjedinjenim Državama (Boise, Idaho), 1919. u Japanu i 1928. na Islandu.
U Sjedinjenim Državama prva hidrotermalna elektrana pojavila se u Kaliforniji početkom 1930-ih, na Novom Zelandu 1958., u Meksiku 1959., u Rusiji (prva binarna geotermalna elektrana na svijetu) 1965. godine ...
Stari princip na novom izvoru
Za proizvodnju električne energije potrebna je viša temperatura izvora vode nego za grijanje - više od 150 ° C. Načelo rada geotermalne elektrane (GeoPP) slično je principu rada konvencionalne termoelektrane (TE). Zapravo je geotermalna elektrana svojevrsna termoelektrana.
U TE, ugljen, plin ili mazut u pravilu djeluju kao primarni izvor energije, a vodena para služi kao radni fluid. Gorivo, sagorijevajući, zagrijava vodu do stanja pare koja okreće parnu turbinu i ona stvara električnu energiju.
Razlika između GeoPP-a je u tome što je ovdje primarni izvor energije toplina zemljine unutrašnjosti, a radni fluid u obliku pare dovodi se u lopatice turbina električnog generatora u "gotovom" obliku izravno iz proizvodnje dobro.
Tri su glavne sheme rada GeoPP-a: izravna, koristeći suhu (geotermalnu) paru; neizravno, na osnovi hidrotermalne vode i miješano ili binarno.
Upotreba određene sheme ovisi o agregacijskom stanju i temperaturi nosača energije.
Najjednostavnija i stoga prva svladana shema je ravna crta u kojoj para koja dolazi iz bunara prolazi izravno kroz turbinu. Prvi svjetski GeoPP u Larderellu također je djelovao na suhoj pari 1904. godine.
GeoPP-ovi s neizravnom shemom rada najčešći su u naše vrijeme. Koriste vruću podzemnu vodu koja se pod visokim tlakom pumpa u isparivač, gdje se dio ispari, a rezultirajuća para okreće turbinu. U nekim su slučajevima potrebni dodatni uređaji i krugovi za pročišćavanje geotermalne vode i pare od agresivnih spojeva.
Potrošena para ulazi u injekcijsku bušotinu ili se koristi za grijanje prostora - u ovom je slučaju princip isti kao tijekom rada SPTE.
Kod binarnih GeoPP-ova vruća termalna voda komunicira s drugom tekućinom koja djeluje kao radna tekućina s nižim vrelištem. Obje tekućine prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radnu tekućinu čija para rotira turbinu.
Ovaj je sustav zatvoren, što rješava problem emisija u atmosferu. Uz to, radne tekućine s relativno niskim vrelištem omogućuju korištenje ne baš vrućih termalnih voda kao primarnog izvora energije.
U sve tri sheme iskorištava se hidrotermalni izvor, ali petrotermalna energija također se može koristiti za proizvodnju električne energije (za razlike između hidrotermalne i petrotermalne energije vidi Science and Life, br. 9, 2013).
Shematski je dijagram u ovom slučaju također prilično jednostavan. Potrebno je izbušiti dvije međusobno povezane bušotine - injekcijsku i proizvodnu. Voda se pumpa u injekcijski bunar. U dubini se zagrijava, a zatim se zagrijana voda ili para nastale kao rezultat jakog zagrijavanja dovode kroz proizvodnu bušotinu na površinu. Dalje, sve ovisi o tome kako se petrotermalna energija koristi - za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Moguć je zatvoreni ciklus ubrizgavanjem otpadne pare i vode natrag u injekcijski bunar ili drugim načinom odlaganja.
Nedostatak takvog sustava je očit: da bi se dobila dovoljno visoka temperatura radne tekućine, bušotine se moraju bušiti do velike dubine.A to su ozbiljni troškovi i rizik od značajnih gubitaka topline kada se tekućina kreće prema gore. Stoga su petrotermalni sustavi još uvijek manje rašireni od hidrotermalnih, iako je potencijal petrotermalne energije za redove veličine veći.
Trenutno je Australija lider u stvaranju takozvanih petrotermalnih cirkulacijskih sustava (PCS). Osim toga, ovaj se smjer geotermalne energije aktivno razvija u SAD-u, Švicarskoj, Velikoj Britaniji i Japanu.
Dar lorda Kelvina
Izum toplinske pumpe fizičara Williama Thompsona (zvani Lord Kelvin) 1852. godine pružio je čovječanstvu stvarnu priliku da koristi toplinu niskog potencijala gornjih slojeva tla. Sustav dizalice topline ili, kako ga je Thompson nazvao, multiplikator topline, temelji se na fizičkom procesu prijenosa topline iz okoliša u rashladno sredstvo. Zapravo koristi isti princip kao u petrotermalnim sustavima. Razlika je u izvoru topline, u vezi s čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj se mjeri toplinska pumpa može smatrati geotermalnim sustavom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od desetaka - stotina metara, stijene i tekućine sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor topline, premda se uzima, kao u geotermalnim sustavima, sa zemlje.
Rad toplinske pumpe temelji se na kašnjenju zagrijavanja i hlađenja tla u usporedbi s atmosferom, uslijed čega se između površinskih i dubljih slojeva stvara temperaturni gradijent koji zadržava toplinu i zimi, slično kao što se događa u vodenim tijelima. Glavna svrha dizalica topline je grijanje prostora. Zapravo je to "obrnuti hladnjak". I dizalica topline i hladnjak međusobno djeluju s tri komponente: unutarnjim okolišem (u prvom slučaju - grijanom sobom, u drugom - hladnom komorom hladnjaka), vanjskim okolišem - izvorom energije i rashladnim sredstvom (rashladnom tekućinom) , također je nosač topline koji osigurava prijenos topline ili hladnoću.
Tvar s niskim vrelištem djeluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućuje da uzima toplinu iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.
U hladnjaku tekuće rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator tlaka), gdje zbog naglog smanjenja tlaka tekućina isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva vanjsku apsorpciju topline. Kao rezultat, toplina se uzima iz unutarnjih stijenki isparivača, što osigurava učinak hlađenja u komori hladnjaka. Dalje, iz isparivača rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u agregatno tekuće stanje. Ovo je obrnuti postupak koji dovodi do oslobađanja uklonjene topline u vanjsko okruženje. U pravilu se baca u sobu, a stražnja strana hladnjaka je relativno topla.
Dizalica topline djeluje približno na isti način, s tom razlikom što se toplina uzima iz vanjskog okruženja i kroz isparivač ulazi u unutarnje okruženje - sustav grijanja prostorije.
U pravoj dizalici topline voda se zagrijava, prolazi duž vanjskog kruga, položi u zemlju ili u rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.
U isparivaču se toplina prenosi u unutarnji krug ispunjen rashladnim sredstvom s niskim vrelištem, koji, prolazeći kroz isparivač, iz tekućeg prelazi u plinovito stanje oduzimajući toplinu.
Dalje, plinovito rashladno sredstvo ulazi u kompresor, gdje se komprimira na visoki tlak i temperaturu, te ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između vrućeg plina i rashladne tekućine iz sustava grijanja.
Za rad kompresora potrebna je električna energija, međutim, omjer transformacije (omjer potrošene i generirane energije) u modernim sustavima je dovoljno visok da osigura njihovu učinkovitost.
Trenutno se toplinske pumpe široko koriste za grijanje prostora, uglavnom u ekonomski razvijenim zemljama.
Eko-ispravna energija
Geotermalna energija smatra se ekološkom, što je općenito točno. Prije svega, koristi obnovljivi i praktički neiscrpni resurs. Geotermalna energija ne zahtijeva velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, i ne zagađuje atmosferu, za razliku od energije ugljikovodika. U prosjeku GeoPP zauzima 400 m2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Primjerice, ista brojka za termoelektranu iznosi 3600 m2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i malu potrošnju vode - 20 litara svježe vode na 1 kW, dok TE i NE zahtijevaju oko 1000 litara. Imajte na umu da su ovo ekološki pokazatelji "prosječnog" GeoPP-a.
Ali i dalje postoje negativne nuspojave. Među njima se najčešće razlikuju buka, toplinsko onečišćenje atmosfere i kemijsko onečišćenje - voda i tlo, kao i stvaranje čvrstog otpada.
Glavni izvor kemijskog onečišćenja okoliša je stvarna termalna voda (s visokom temperaturom i mineralizacijom), koja često sadrži velike količine otrovnih spojeva, u vezi s čime postoji problem zbrinjavanja otpadnih voda i opasnih tvari.
Negativni učinci geotermalne energije mogu se pratiti u nekoliko faza, počevši od bušenja bušotina. Ovdje se javljaju iste opasnosti kao i kod bušenja bilo koje bušotine: uništavanje tla i vegetacijskog pokrova, onečišćenje tla i podzemnih voda.
U fazi rada GeoPP-a i dalje postoje problemi onečišćenja okoliša. Termalne tekućine - voda i para - obično sadrže ugljični dioksid (CO2), sumporov sulfid (H2S), amonijak (NH3), metan (CH4), kuhinjsku sol (NaCl), bor (B), arsen (As), živu (Hg ). Kada se puste u okoliš, postaju izvori zagađenja. Uz to, agresivno kemijsko okruženje može prouzročiti korozivno oštećenje struktura Geotermalne elektrane.
Istodobno, emisije onečišćujućih tvari na GeoPP-ima u prosjeku su niže nego na TE-ima. Primjerice, emisije ugljičnog dioksida za svaki kilovat-sat proizvedene električne energije iznose do 380 g na TE, 1042 g - na TE na ugljen, 906 g - na lož ulje i 453 g - na TE.
Postavlja se pitanje: što učiniti s otpadnom vodom? Uz slanu slanost, može se ispustiti u površinske vode nakon hlađenja. Drugi je način ubrizgavanje natrag u vodonosni sloj kroz injekcijsku bušotinu, koja je danas poželjna i pretežno se koristi.
Vađenje termalne vode iz vodonosnika (kao i ispumpavanje obične vode) može prouzročiti slijeganje i pomicanje tla, druge deformacije geoloških slojeva i mikro-potresi. Vjerojatnost takvih pojava u pravilu je mala, iako su zabilježeni pojedinačni slučajevi (na primjer, u GeoPP-u u Staufenu im Breisgau u Njemačkoj).
Treba naglasiti da se većina GeoPP-a nalazi u relativno rijetko naseljenim područjima i u zemljama Trećeg svijeta, gdje su ekološki zahtjevi manje strogi nego u razvijenim zemljama. Uz to, trenutno su broj GeoPP-a i njihovi kapaciteti relativno mali. Opsežnijim razvojem geotermalne energije rizici za okoliš mogu se povećati i umnožiti.
Kolika je energija Zemlje?
Investicijski troškovi za izgradnju geotermalnih sustava variraju u vrlo širokom rasponu - od 200 do 5000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije su mogućnosti usporedive s troškovima izgradnje termoelektrane. Oni prije svega ovise o uvjetima pojave termalnih voda, njihovom sastavu i dizajnu sustava. Bušenjem do velikih dubina, stvaranjem zatvorenog sustava s dvije bušotine, potreba za pročišćavanjem vode može višestruko povećati troškove.
Primjerice, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sustava (PCS) procjenjuju se na 1,6-4 tisuće dolara po 1 kW instalirane snage, što premašuje troškove izgradnje nuklearne elektrane i usporedivo je s troškovima izgradnje vjetra i solarne elektrane.
Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatni nosač energije. Za usporedbu, u strukturi troškova tekuće TE ili NE, gorivo čini 50-80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama energije. Otuda još jedna prednost geotermalnog sustava: operativni su troškovi stabilniji i predvidljiviji, jer ne ovise o vanjskoj konjunkturi cijena energije. Općenito, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2-10 centi (60 kopejki - 3 rubalja) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.
Druga najveća (nakon nosača energije) (i vrlo značajna) stavka izdataka su, u pravilu, plaće osoblja u pogonu, koje se mogu radikalno razlikovati među zemljama i regijama.
U prosjeku su troškovi 1 kWh geotermalne energije usporedivi s troškovima za TE (u ruskim uvjetima - oko 1 rublje / 1 kWh) i deset puta veći od troškova proizvodnje električne energije u hidroelektranama (5-10 kopejki / 1 kWh).
Dio razloga visokih troškova leži u činjenici da, za razliku od termo i hidrauličkih elektrana, GeoTPP ima relativno mali kapacitet. Uz to, potrebno je usporediti sustave smještene u istoj regiji i u sličnim uvjetima. Primjerice, na Kamčatki, prema riječima stručnjaka, 1 kWh geotermalne električne energije košta 2-3 puta jeftinije od električne energije proizvedene u lokalnim termoelektranama.
Pokazatelji ekonomske učinkovitosti geotermalnog sustava ovise, na primjer, o tome je li potrebno zbrinjavati otpadne vode i na koji se način to radi, je li moguća kombinirana uporaba resursa. Dakle, kemijski elementi i spojevi ekstrahirani iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: tamo je bila primarna kemijska proizvodnja, a upotreba geotermalne energije u početku je bila pomoćna.
Geotermalna energija prema naprijed
Geotermalna energija razvija se nešto drugačije od vjetra i sunca. Trenutno to u mnogo većoj mjeri ovisi o prirodi samog resursa koji se naglo razlikuje po regijama, a najveće koncentracije vezane su uz uska područja geotermalnih anomalija, povezanih, u pravilu, s područjima razvoja tektonskih rasjeda i vulkanizam (vidi "Znanost i život" br. 9, 2013).
Uz to, geotermalna energija tehnološki je manje kapacitivna u usporedbi s vjetrom, a još više sa sunčevom energijom: sustavi geotermalnih postaja prilično su jednostavni.
U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije, geotermalna komponenta čini manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njezin udio doseže 25-30%. Zbog povezanosti s geološkim uvjetima, značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentriran je u zemljama trećeg svijeta, gdje se razlikuju tri klastera najvećeg razvoja industrije - otoci Jugoistočne Azije, Srednje Amerike i Istočne Afrike. Prve dvije regije uvrštene su u pacifički "Zemljin vatrogasni pojas", treća je vezana uz istočnoafričku pukotinu. Najvjerojatnije će se geotermalna energija i dalje razvijati u tim pojasevima. Udaljenija perspektiva je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplinu slojeva zemlje koji leže na dubini od nekoliko kilometara. Ovo je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva velike troškove, pa se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.
Općenito, s obzirom na sveprisutnu raspodjelu geotermalnih resursa i prihvatljivu razinu zaštite okoliša, postoji razlog za vjerovanje da geotermalna energija ima dobre izglede za razvoj. Pogotovo s rastućom prijetnjom nestašice tradicionalnih izvora energije i porastom cijena za njih.
Od Kamčatke do Kavkaza
U Rusiji razvoj geotermalne energije ima prilično dugu povijest i na brojnim smo pozicijama među svjetskim liderima, iako je udio geotermalne energije u ukupnoj energetskoj bilanci ogromne zemlje još uvijek zanemariv.
Dvije regije - Kamčatka i Sjeverni Kavkaz - postale su pioniri i centri za razvoj geotermalne energije u Rusiji, i ako se u prvom slučaju govori prvenstveno o elektroenergetici, onda u drugom - o korištenju toplinske energije termalne vode.
Na Sjevernom Kavkazu - u Krasnodarskom kraju, Čečeniji, Dagestanu - toplina termalne vode u energetske svrhe koristila se i prije Velikog domovinskog rata. Osamdesetih i devedesetih godina prošlog stoljeća razvoj geotermalne energije u regiji je iz očitih razloga zastao i još nije izašao iz stanja stagnacije. Unatoč tome, opskrba geotermalnom vodom na Sjevernom Kavkazu pruža toplinu za oko 500 tisuća ljudi, a, primjerice, grad Labinsk u Krasnodarskom kraju s populacijom od 60 tisuća ljudi u potpunosti se zagrijava geotermalnim vodama.
Na Kamčatki je povijest geotermalne energije povezana prvenstveno s izgradnjom geotermalnih elektrana. Prva od njih, koja još uvijek radi na postajama Pauzhetskaya i Paratunskaya, izgrađene su davne 1965.-1967., Dok je Paratunskaya GeoPP snage 600 kW postala prva stanica na svijetu s binarnim ciklusom. Bio je to razvoj sovjetskih znanstvenika S. S. Kutateladzea i A. M. Rosenfelda s Instituta za termofiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti, koji su 1965. dobili autorsku potvrdu za vađenje električne energije iz vode temperature 70 ° C. Ova tehnologija kasnije je postala prototip za više od 400 binarnih GeoPP-ova u svijetu.
Kapacitet GeoPP-a Pauzhetskaya, puštenog u rad 1966. godine, u početku je bio 5 MW, a potom povećan na 12 MW. Trenutno se na stanici gradi binarni blok, koji će povećati svoj kapacitet za još 2,5 MW.
Razvoj geotermalne energije u SSSR-u i Rusiji bio je ometan dostupnošću tradicionalnih izvora energije - nafte, plina, ugljena, ali nikada nije zaustavljen. Trenutno najveća geotermalna energetska postrojenja su Geoelektrana Verkhne-Mutnovskaya sa ukupnim kapacitetom od 12 MW, puštena u rad 1999. godine, i Mutnovskaya GeoPP s kapacitetom od 50 MW (2002).
Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya GeoPP jedinstveni su objekti ne samo za Rusiju, već i na globalnoj razini. Stanice se nalaze u podnožju vulkana Mutnovsky, na nadmorskoj visini od 800 metara i rade u ekstremnim klimatskim uvjetima, gdje je zima 9-10 mjeseci u godini. Oprema Mutnovsky GeoPP-a, trenutno jednog od najmodernijih na svijetu, u potpunosti je stvorena u domaćim poduzećima iz elektroenergetike.
Trenutno je udio postrojenja Mutnovskie u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Srednja Kamčatka 40%. U narednim godinama planira se povećanje kapaciteta.
Odvojeno, treba reći o ruskom petrotermalnom razvoju. Još nemamo velike DSP-ove, ali postoje napredne tehnologije za bušenje na velikim dubinama (oko 10 km), koje također nemaju analoge u svijetu. Njihov daljnji razvoj omogućit će drastično smanjenje troškova stvaranja petrotermalnih sustava. Programeri ovih tehnologija i projekata su N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geološki institut, RAS), A. S. Nekrasov (Institut za ekonomsko predviđanje, RAS) i stručnjaci iz Kaluga Turbine Works. Projekt petrotermalnog cirkulacijskog sustava u Rusiji trenutno je u eksperimentalnoj fazi.
U Rusiji postoje izgledi za geotermalnu energiju, premda relativno udaljeni: u ovom trenutku potencijal je prilično velik i pozicije tradicionalne energije su jake. Istodobno, u brojnim udaljenim regijama zemlje upotreba geotermalne energije ekonomski je isplativa i potražnja je i sada. To su teritoriji s visokim geoenergetskim potencijalom (Čukotka, Kamčatka, Kurile - ruski dio pacifičkog "Zemljinog vatrogasnog pojasa", planine Južnog Sibira i Kavkaza), a istodobno udaljeni i odsječeni od centralizirane opskrbe energijom.
Vjerojatno će se u sljedećim desetljećima geotermalna energija u našoj zemlji razvijati upravo u takvim regijama.
Obnovljivi izvori
Kako stanovništvo našeg planeta neprestano raste, trebamo sve više i više energije za podršku stanovništvu. Energija sadržana u utrobi zemlje može biti vrlo različita. Primjerice, postoje obnovljivi izvori: energija vjetra, sunca i vode. Ekološki su prihvatljivi i zato ih možete koristiti bez straha da ćete naštetiti okolišu.
Energija vode
Ova se metoda koristi već stoljećima. Danas je izgrađen ogroman broj brana, rezervoara u kojima se voda koristi za proizvodnju električne energije. Suština ovog mehanizma je jednostavna: pod utjecajem toka rijeke kotači turbina rotiraju, odnosno energija vode pretvara se u električnu.
Danas postoji velik broj hidroelektrana koje energiju protoka vode pretvaraju u električnu. Posebnost ove metode je da se hidroenergetski resursi obnavljaju, odnosno takve strukture imaju malu cijenu. Zbog toga, unatoč činjenici da izgradnja hidroelektrana traje već dosta dugo, a sam postupak je vrlo skup, unatoč tome, ove strukture značajno nadmašuju energetski intenzivne industrije.
Energija sunca: moderna i buduća
Solarna energija dobiva se pomoću solarnih panela, ali moderne tehnologije dopuštaju korištenje novih metoda za to. Najveća svjetska solarna elektrana sustav je izgrađen u kalifornijskoj pustinji. U potpunosti napaja 2.000 kuća. Dizajn djeluje na sljedeći način: sunčeve se zrake reflektiraju od zrcala koja se vodom šalju u središnji kotao. Vri i pretvara se u paru koja pokreće turbinu. Ona je pak spojena na električni generator. Vjetar se također može koristiti kao energija koju nam daje Zemlja. Vjetar puše u jedra, okreće mlinove. A sada se može koristiti za stvaranje uređaja koji će generirati električnu energiju. Zakretanjem lopatica vjetrenjače pokreće osovinu turbine koja je zauzvrat spojena na električni generator.
Prijave
Iskorištavanje geotermalne energije datira iz 19. stoljeća. Prvo je bilo iskustvo Talijana koji žive u provinciji Toskana, koji su za grijanje koristili toplu vodu iz izvora. Uz njezinu pomoć radile su nove bušaće bušotine.
Toskanska je voda bogata borom, a kada se ispari i pretvori u bornu kiselinu, kotlovi su radili na toplini vlastitih voda. Početkom 20. stoljeća (1904.) Toskani su prošli dalje i pokrenuli termoelektranu. Primjer Talijana postao je važno iskustvo za SAD, Japan, Island.
Poljoprivreda i hortikultura
Geotermalna energija koristi se u poljoprivredi, zdravstvu i kućanstvima u 80 zemalja svijeta.
Prvo što je termalna voda bila i koristi se za grijanje staklenika i staklenika, što omogućuje berbu povrća, voća i cvijeća čak i zimi. Topla voda također je dobro došla za zalijevanje.
Uzgoj usjeva na hidroponi smatra se perspektivnim smjerom za poljoprivredne proizvođače.Neka ribogojilišta koriste grijanu vodu u umjetnim rezervoarima za uzgoj mlađi i ribe.
Savjetujemo vam da pročitate: Postupak zbrinjavanja laboratorijskih kemijskih reagensa
Te su tehnologije uobičajene u Izraelu, Keniji, Grčkoj, Meksiku.
Industrija i stambene i komunalne usluge
Prije više od jednog stoljeća vruća termalna para već je bila osnova za proizvodnju električne energije. Od tada služi industriji i komunalnim uslugama.
Na Islandu se 80% stanova grije termalnom vodom.
Razvijene su tri sheme proizvodnje električne energije:
- Ravna linija pomoću vodene pare. Najjednostavnije: koristi se tamo gdje postoji izravan pristup geotermalnim parama.
- Indirektno, ne koristi se para, već voda. Dovodi se u isparivač, tehničkom metodom pretvara u paru i šalje u turbinski generator.
Voda zahtijeva dodatno pročišćavanje, jer sadrži agresivne spojeve koji mogu uništiti radne mehanizme. Otpad, ali još ne ohlađena para pogodan je za potrebe grijanja.
- Mješoviti (binarni). Voda zamjenjuje gorivo, koje zagrijava drugu tekućinu s većim prijenosom topline. Pogoni turbinu.
Binarni sustav zapošljava turbinu koja se aktivira energijom zagrijane vode.
Hidrotermalnu energiju koriste SAD, Rusija, Japan, Novi Zeland, Turska i druge zemlje.
Geotermalni sustavi grijanja za kuću
Nosač topline zagrijan na +50 - 600C pogodan je za grijanje kućišta, geotermalna energija udovoljava ovom zahtjevu. Gradovi s populacijom od nekoliko desetaka tisuća ljudi mogu se zagrijati toplinom unutrašnjosti zemlje. Kao primjer: grijanje grada Labinska, Krasnodarskog teritorija, radi na prirodno zemaljsko gorivo.
Dijagram geotermalnog sustava za grijanje kuće
Ne treba trošiti vrijeme i energiju na grijanje vode i izgradnju kotlovnice. Rashladna tekućina uzima se izravno iz izvora gejzira. Ista voda pogodna je i za opskrbu toplom vodom. U prvom i drugom slučaju podvrgava se potrebnom prethodnom tehničkom i kemijskom čišćenju.
Dobivena energija košta dva do tri puta jeftinije. Pojavile su se instalacije za privatne kuće. Oni su skuplji od tradicionalnih kotlova na gorivo, ali u procesu rada opravdavaju troškove.
Prednosti i nedostaci korištenja geotermalne energije za grijanje kuće.
Unutarnja energija Zemlje
Pojavio se kao rezultat nekoliko procesa, od kojih su glavni prirast i radioaktivnost. Prema znanstvenicima, formiranje Zemlje i njene mase odvijalo se tijekom nekoliko milijuna godina, a to se dogodilo zbog stvaranja planetezimala. Zalijepili su se, odnosno, masa Zemlje je postajala sve više i više. Nakon što je naš planet počeo imati modernu masu, ali i dalje bio bez atmosfere, na njega su nesmetano padala meteorska i asteroidna tijela. Taj se proces precizno naziva priraštaj i doveo je do oslobađanja značajne gravitacijske energije. I što su veća tijela padala na planet, veća je količina oslobođene energije sadržane u utrobi Zemlje.
Ova gravitacijska diferencijacija dovela je do činjenice da su se tvari počele raslojavati: teške se tvari jednostavno utopile, a lagane i hlapljive isplivale. Diferencijacija je također utjecala na dodatno oslobađanje gravitacijske energije.
Gotovo sva osnovna fizikalna svojstva Zemljine materije ovise o temperaturi. Ovisno o temperaturi, mijenja se tlak pri kojem tvar prelazi iz čvrstog u rastopljeno stanje. Kad se temperatura promijeni, mijenja se viskoznost, električna vodljivost i magnetska svojstva stijena koje čine Zemlju. Da bismo zamislili što se događa unutar Zemlje, moramo definitivno znati njezino toplinsko stanje. Još nemamo priliku izravno mjeriti temperature na bilo kojoj dubini Zemlje. Naša su mjerenja dostupna samo prvih nekoliko kilometara zemljine kore.Ali unutarnju temperaturu Zemlje možemo odrediti neizravno, na temelju podataka o Zemljinu protoku topline.
Nemogućnost izravne provjere je, naravno, vrlo velika poteškoća u mnogim znanostima o zemlji. Unatoč tome, uspješan razvoj opažanja i teorija postupno približava naše znanje istini.
Suvremena znanost o toplinskom stanju i povijesti Zemlje - geotermika Je li mlada znanost. Prva studija o geotermiji pojavila se tek sredinom prošlog stoljeća. William Thomson (Lord Kelvin), tada još vrlo mladi znanstvenik, fizičar, posvetio je svoju disertaciju određivanju starosti Zemlje na temelju proučavanja raspodjele i kretanja topline unutar planeta. Kelvin je vjerovao da bi se unutarnja temperatura Zemlje s vremenom trebala smanjivati zbog stvaranja i očvršćavanja planeta od rastaljene tvari.
Definiranjem toplinski gradijent - brzina porasta temperature s dubinom - u rudnicima i bušotinama na različitim dubinama, Kelvin je došao do zaključka da je iz tih podataka moguće pretpostaviti koliko dugo bi se Zemlja trebala hladiti i, prema tome, odrediti starost Zemlje . Prema Kelvinovoj procjeni, temperatura na najbližim dubinama ispod površine povećava se za 20-40 ° C na svakih tisuću metara dubine. Pokazalo se da se Zemlja za samo nekoliko desetaka milijuna godina ohladila do današnjeg stanja. Ali to se ni na koji način ne slaže s drugim podacima, na primjer s podacima o trajanju mnogih poznatih geoloških epoha. Rasprava o ovom pitanju nastavila se pola stoljeća i dovela Kelvina u opoziciju takvim istaknutim evolucionistima kao što su Charles Darwin i Thomas Huxley.
Kelvin svoje zaključke temeljio na ideji da je Zemlja izvorno bila u rastaljenom stanju i da se postupno hladila. Ova hipoteza dominira desetljećima. Međutim, na prijelazu iz 20. u stvorena su otkrića koja su iz temelja promijenila razumijevanje prirode dubokog toplotnog toka Zemlje i njezine termalne povijesti. Otkrivena je radioaktivnost, započela su proučavanja procesa oslobađanja topline tijekom radioaktivnog raspada nekih izotopa, izvučeni su zaključci da stijene koje čine zemljinu koru sadrže značajnu količinu radioaktivnih izotopa.
Izravna mjerenja toplotnog toka Zemlje započela su relativno nedavno: prvo na kontinentima - 1939. u dubokim bušotinama u Južnoj Africi, na dnu oceana kasnije - od 1954. u Atlantiku. Kod nas je prvi put izmjeren protok topline u dubokim bušotinama u Sočiju i Matsesti. Posljednjih godina akumulacija eksperimentalno dobivenih podataka o toplinskim tokovima odvija se prilično brzo.
Zašto se to radi? I jesu li i dalje potrebne nove i nove dimenzije? Da, jako potrebno. Usporedba mjerenja dubokog toplinskog toka provedena na različitim točkama planeta pokazuje da je gubitak energije kroz različite dijelove površine planeta različit. To govori o heterogenosti kore i plašta, omogućuje prosudbu prirode mnogih procesa koji se događaju na različitim dubinama nedostupnim našim očima pod zemljinom površinom i pruža ključ za proučavanje mehanizma razvoja planeta i njegove unutarnje energije .
Koliko topline gubi Zemlja zbog protoka topline iz crijeva? Ispada da je u prosjeku ta vrijednost mala - oko 0,06 vata po kvadratnom metru površine, odnosno oko 30 bilijuna vata na cijelom planetu. Zemlja prima energiju od Sunca oko 4 tisuće puta više. I, naravno, solarna toplina ima glavnu ulogu u utvrđivanju temperature na zemljinoj površini.
Toplina koju planet oslobađa preko površine veličine nogometnog igrališta približno je jednaka toplini koju mogu generirati žarulje od tristo vata. Takav se protok energije čini beznačajan, ali dolazi sa cijele površine Zemlje i to neprestano! Snaga cjelokupnog toplinskog toka koji dolazi iz crijeva planeta otprilike je 30 puta veća od snage svih modernih elektrana na svijetu.
Mjerenje dubine toplotni tok Zemlje postupak je težak i dugotrajan. Kroz tvrdu zemljinu koru toplina se provodi na površinu vodljivo, odnosno širenjem toplinskih vibracija. Stoga je količina prolazeće topline jednaka proizvodu gradijent temperature (brzina porasta temperature s dubinom) na toplinsku vodljivost. Da bi se odredio toplinski tok, nužno je znati ove dvije veličine. Gradijent temperature mjeri se osjetljivim uređajima - senzorima (termistorima) u rudnicima ili posebno izbušenim bušotinama, na dubini od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara. Toplinska vodljivost stijena određuje se ispitivanjem uzoraka u laboratorijima.
Mjerenje toplina teče na dnu oceana povezane sa znatnim poteškoćama: posao se mora raditi pod vodom na znatnim dubinama. Međutim, ima i svojih prednosti: nema potrebe bušiti bušotine na dnu oceana, jer su sedimenti obično prilično mekani, a duga cilindrična sonda koja se koristi za mjerenje temperature lako tone nekoliko metara u mekane sedimente.
Oni koji se bave geotermijom stvarno trebaju karta protoka topline za cijelu površinu planeta. Točke na kojima su mjerenja toplinskog toka već provedena izuzetno su neravnomjerno raspoređene po površini Zemlje. Na morima i oceanima mjerenja su izvršena dvostruko više nego na kopnu. Sjeverna Amerika, Europa i Australija, oceani u srednjim geografskim širinama proučeni su prilično u potpunosti. A u ostalim dijelovima zemljine površine mjerenja su još uvijek malo ili uopće nisu. Unatoč tome, trenutni opseg podataka o toplinskom toku Zemlje već omogućuje izgradnju generaliziranih, ali prilično pouzdanih karata.
Otpuštanje topline iz utrobe Zemlje na površinu je neravnomjerno. U nekim područjima Zemlja daje više topline od globalnog prosjeka, u drugima je izlaz topline mnogo manji. "Hladne mrlje" javljaju se u Istočnoj Europi (Istočnoeuropska platforma), Kanadi (Kanadski štit), Sjevernoj Africi, Australiji, Južnoj Americi, dubokomorskim bazenima Tihog, Indijskog i Atlantskog oceana. "Topla" i "vruća" mjesta - područja povećanog protoka topline - javljaju se u regijama Kalifornije, Alpskoj Europi, Islandu, Crvenom moru, Istočnom Tihom oceanu i podvodnim grebenima srednjeg raspona Atlantskog i Indijskog oceana.
Atomska energija
Korištenje energije zemlje može se dogoditi na različite načine. Primjerice, izgradnjom nuklearnih elektrana, kada se toplinska energija oslobađa uslijed raspada najmanjih čestica materije atoma. Glavno gorivo je uran koji se nalazi u zemljinoj kori. Mnogi vjeruju da je upravo ovaj način dobivanja energije najperspektivniji, ali njegova primjena opterećena je nizom problema. Prvo, uran emitira zračenje koje ubija sve žive organizme. Osim toga, ako ova tvar uđe u tlo ili atmosferu, tada će nastati prava katastrofa koju je stvorio čovjek. Još uvijek doživljavamo tužne posljedice nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil. Opasnost leži u činjenici da radioaktivni otpad može ugroziti sva živa bića vrlo, vrlo dugo, čitava tisućljeća.
Prva geotermalna elektrana
Svi smo navikli na činjenicu da se prije mnogo godina energija crpila iz prirodnih resursa. Tako je i bilo, ali i prije toga, jedna od prvih elektrana bila je geotermalna. Općenito, ovo je vrlo logično, jer je tehnika radila na vuči pare, a korištenjem pare bila je ispravnija odluka. I zapravo jedini za to vrijeme, ne računajući gorenje drva i ugljena.
Davne 1817. godine grof François de Larderel razvio je tehnologiju za prikupljanje prirodne pare, koja je dobro došla u dvadesetom stoljeću, kada je potražnja za geotermalnim elektranama postala vrlo velika.
Prva zapravo radna stanica sagrađena je u talijanskom gradu Larderello 1904. godine. Istina, to je više bio prototip, jer je mogao napajati samo 4 žarulje, ali je uspio. Šest godina kasnije, 1910., u istom je gradu izgrađena stvarno radna stanica koja je mogla proizvoditi energiju dovoljnu za industrijsku upotrebu.
Čak i na tako slikovitim mjestima mogu postojati geotermalne elektrane.
Eksperimentalni generatori izgrađeni su na mnogim mjestima, ali Italija je bila ta koja je vodila do 1958. godine i bila jedini industrijski proizvođač geotermalne energije na svijetu.
Vodstvo se moralo predati nakon puštanja u pogon elektrane Wairakei na Novom Zelandu. Bila je to prva neizravna geotermalna elektrana. Nekoliko godina kasnije, slični su se objekti otvorili i u drugim zemljama, uključujući Sjedinjene Države s izvorima u Kaliforniji.
Prva geotermalna elektrana neizravnog tipa izgrađena je u SSSR-u 1967. godine. U to se vrijeme ova metoda dobivanja energije počela aktivno razvijati u cijelom svijetu. Pogotovo na mjestima poput Aljaske, Filipina i Indonezije, koja su još uvijek među vodećima u proizvodnji energije na ovaj način.
Novo vrijeme - nove ideje
Naravno, ljudi se tu ne zaustavljaju i svake se godine sve više pokušava pronaći nove načine za dobivanje energije. Ako se energija topline zemlje dobije jednostavno, tada neke metode nisu tako jednostavne. Primjerice, kao izvor energije sasvim je moguće koristiti biološki plin koji se dobiva iz trulećeg otpada. Može se koristiti za grijanje kuća i grijanje vode.
Sve se češće grade elektrane s plimom i osekom, kada se brane i turbine postavljaju preko usta akumulacija, koje pokreću oseke, odnosno protok, dobiva se električna energija.
Gori smeće, dobivamo energiju
Druga metoda koja se već koristi u Japanu je stvaranje spalionica. Danas se grade u Engleskoj, Italiji, Danskoj, Njemačkoj, Francuskoj, Nizozemskoj i Sjedinjenim Državama, ali samo su se u Japanu ta poduzeća počela koristiti ne samo za namjeravanu namjenu, već i za proizvodnju električne energije. Lokalne tvornice sagorijevaju 2/3 sveg otpada, dok su tvornice opremljene parnim turbinama. U skladu s tim, opskrbljuju okolno područje toplinom i električnom energijom. Istodobno, u smislu troškova mnogo je isplativije graditi takvo poduzeće nego graditi CHP.
Izgled primjene Zemljine topline tamo gdje su vulkani koncentrirani izgleda primamljiviji. U ovom slučaju nije potrebno previše duboko bušiti Zemlju, jer će već na dubini od 300-500 metara temperatura biti najmanje dvostruko vrelište vode.
Postoji i takav način proizvodnje električne energije kao što je energija vodika. Vodik - najjednostavniji i najlakši kemijski element - može se smatrati idealnim gorivom, jer se nalazi tamo gdje ima vode. Ako sagorite vodik, možete dobiti vodu koja se raspada na kisik i vodik. Sam vodikov plamen je bezopasan, odnosno neće biti štete za okoliš. Posebnost ovog elementa je što ima visoku toplinsku vrijednost.
Što je u budućnosti?
Naravno, energija Zemljinog magnetskog polja ili ona koja se dobiva u nuklearnim elektranama ne može u potpunosti zadovoljiti sve potrebe čovječanstva koje rastu svake godine. Međutim, stručnjaci kažu da nema razloga za zabrinutost jer su resursi goriva na planeti još uvijek dovoljni. Štoviše, koristi se sve više novih izvora, ekološki prihvatljivih i obnovljivih.
Problem zagađenja okoliša ostaje i dalje katastrofalno raste. Količina štetnih emisija se smanjuje, odnosno zrak koji udišemo je štetan, voda ima opasne nečistoće i tlo se postupno troši. Zbog toga je toliko važno pravovremeno se baviti proučavanjem takvog fenomena kao što je energija u utrobi Zemlje, kako bi se tražili načini za smanjenje potražnje za fosilnim gorivima i aktivnije korištenje nekonvencionalnih izvora energije.
Ograničeni resursi fosilnih energetskih sirovina
Potražnja za organskim energetskim sirovinama velika je u industrijski razvijenim zemljama i zemljama u razvoju (SAD, Japan, države ujedinjene Europe, Kina, Indija itd.). Istodobno, vlastiti resursi ugljikovodika u tim zemljama su ili nedovoljni ili rezervirani, a država, na primjer, Sjedinjene Države, kupuje energetske sirovine u inozemstvu ili razvija ležišta u drugim zemljama.
U Rusiji, jednoj od najbogatijih zemalja u pogledu energetskih resursa, ekonomske potrebe za energijom i dalje su zadovoljene mogućnostima korištenja prirodnih resursa. Međutim, vađenje fosilnih ugljikovodika iz podzemlja odvija se vrlo brzim tempom. Ako je 1940-ih-1960-ih. Glavne regije za proizvodnju nafte bile su "Drugi Baku" u Volgi i Uralu, a zatim, počevši od 1970-ih, pa sve do danas, takvo je područje Zapadni Sibir. Ali i ovdje dolazi do značajnog smanjenja proizvodnje fosilnih ugljikovodika. Era "suhog" kenomskog plina prolazi. Prethodna faza opsežnog razvoja proizvodnje prirodnog plina završila je. Vađenje iz takvih divovskih naslaga kao što su Medvezhye, Urengoyskoye i Yamburgskoye iznosilo je 84, 65, odnosno 50%. Udio naftnih rezervi povoljnih za razvoj također se smanjuje s vremenom.
Zbog aktivne potrošnje ugljikovodičnih goriva, kopnene rezerve nafte i prirodnog plina znatno su se smanjile. Sada su njihove glavne rezerve koncentrirane na kontinentalnom pojasu. I premda je resursna baza naftne i plinske industrije još uvijek dovoljna za proizvodnju nafte i plina u Rusiji u potrebnim količinama, u bliskoj će budućnosti biti osigurana u sve većoj mjeri razvojem polja s teškim rudarstvom i geološki uvjeti. Troškovi proizvodnje ugljikovodičnih sirovina i dalje će rasti.
Većina neobnovljivih resursa izvađenih iz podzemlja koristi se kao gorivo za elektrane. Prije svega, to je prirodni plin čiji udio u strukturi goriva iznosi 64%.
U Rusiji se 70% električne energije proizvodi u termoelektranama. Energetska poduzeća u zemlji godišnje sagore oko 500 milijuna tona ekvivalenta goriva. t. kako bi se proizvela električna energija i toplina, dok se za proizvodnju topline ugljikovodično gorivo troši 3-4 puta više nego za proizvodnju električne energije.
Količina topline dobivena izgaranjem ovih količina ugljikovodičnih sirovina jednaka je potrošnji stotina tona nuklearnog goriva - razlika je ogromna. Međutim, nuklearna energija zahtijeva zaštitu okoliša (kako bi se isključilo ponavljanje Černobila) i njenu zaštitu od mogućih terorističkih napada, kao i provedbu sigurne i skupe razgradnje zastarjelih i zastarjelih elektrana. Dokazane obnovljive rezerve urana u svijetu iznose oko 3 milijuna 400 tisuća tona, a za cijelo prethodno razdoblje (do 2007. godine) minirano je oko 2 milijuna tona.
