Energie geotermală
Deja din nume este clar că reprezintă căldura interiorului pământului. Sub scoarța terestră este un strat de magmă, care este un topit de silicat lichid de foc. Potrivit datelor cercetărilor, potențialul energetic al acestei călduri este mult mai mare decât energia rezervelor mondiale de gaze naturale, precum și a petrolului. Magma - lava iese la suprafață. Mai mult, cea mai mare activitate se observă în acele straturi ale pământului pe care se află limitele plăcilor tectonice, precum și în cazul în care scoarța terestră se caracterizează prin subțire. Energia geotermală a pământului este obținută în felul următor: lava și resursele de apă ale planetei intră în contact, drept urmare apa începe să se încălzească brusc. Acest lucru duce la erupția unui gheizer, la formarea așa-numitelor lacuri fierbinți și a curenților subacvatici. Adică tocmai pentru acele fenomene naturale, ale căror proprietăți sunt utilizate în mod activ ca sursă de energie inepuizabilă.
Energie petrotermică
În prezent, căldura din interiorul pământului este utilizată pe scară largă în lume și aceasta este în principal energia puțurilor de mică adâncime - până la 1 km. Pentru a furniza energie electrică, căldură sau apă caldă, sunt instalate schimbătoare de căldură din puțuri care funcționează pe lichide cu un punct de fierbere scăzut (de exemplu, freon).
Acum, utilizarea unui schimbător de căldură de foraj este cel mai rațional mod de a produce căldură. Arată așa: lichidul de răcire circulă într-o buclă închisă. Cel încălzit se ridică de-a lungul unei țevi coborâte concentric, emanând căldura acestuia, după care, răcit, este pompat în carcasă cu ajutorul unei pompe.
Utilizarea energiei din interiorul pământului se bazează pe un fenomen natural - pe măsură ce se apropie de miezul Pământului, temperatura scoarței și a mantalei pământului crește. La un nivel de 2-3 km de la suprafața planetei, acesta atinge mai mult de 100 ° С, crescând în medie cu 20 ° С la fiecare kilometru ulterior. La o adâncime de 100 km, temperatura ajunge la 1300–1500 ºС.
Izvoare geotermale artificiale
Energia conținută în măruntaiele pământului trebuie folosită cu înțelepciune. De exemplu, există o idee pentru a crea cazane subterane. Pentru a face acest lucru, trebuie să găuriți două puțuri cu adâncime suficientă, care vor fi conectate în partea de jos. Adică, se dovedește că în aproape orice colț al terenului este posibilă obținerea energiei geotermale în mod industrial: apa rece va fi pompată în rezervor printr-un puț, iar apa fierbinte sau aburul va fi extras prin cel de-al doilea. Sursele artificiale de căldură vor fi benefice și raționale dacă căldura generată va furniza mai multă energie. Aburul poate fi direcționat către generatoarele de turbine, care vor genera electricitate.
Desigur, căldura selectată este doar o fracțiune din ceea ce este disponibil în rezervele totale. Dar trebuie amintit că căldura profundă va fi complet alimentată în mod constant din cauza proceselor de degradare radioactivă, comprimarea rocilor, stratificarea intestinelor. Potrivit experților, scoarța terestră acumulează căldură, a cărei cantitate totală este de 5000 de ori mai mare decât puterea calorică a tuturor resurselor fosile ale pământului în ansamblu. Se pare că timpul de funcționare al unor astfel de stații geotermale create artificial poate fi nelimitat.
Metode de colectare a resurselor energetice ale Pământului
Astăzi există trei metode principale de recoltare a energiei geotermale: abur uscat, apă fierbinte și ciclu binar. Procesul de abur uscat rotește direct acționările turbinei generatoarelor de energie. Apa fierbinte intră de jos în sus, apoi se pulverizează în rezervor pentru a crea abur pentru a acționa turbinele.Aceste două metode sunt cele mai comune, generând sute de megawați de electricitate în Statele Unite, Islanda, Europa, Rusia și alte țări. Locația este însă limitată, deoarece aceste fabrici funcționează numai în regiuni tectonice în care este mai ușor de accesat apa încălzită.
Cu tehnologia ciclului binar, apa caldă (nu neapărat fierbinte) este extrasă la suprafață și combinată cu butan sau pentan, care are un punct de fierbere scăzut. Acest lichid este pompat printr-un schimbător de căldură unde este vaporizat și trimis printr-o turbină înainte de a fi recirculat înapoi în sistem. Tehnologia ciclului binar furnizează zeci de megawați de energie electrică în Statele Unite: California, Nevada și Insulele Hawaii.
Principiul obținerii energiei
Dezavantaje ale obținerii de energie geotermală
La nivel de utilitate, centralele geotermale sunt scumpe de construit și de operat. Găsirea unei locații adecvate necesită sondaje costisitoare, fără nicio garanție de a atinge un punct fierbinte subteran productiv. Cu toate acestea, analiștii se așteaptă ca această capacitate să se dubleze aproape în următorii șase ani.
În plus, zonele cu o sursă subterană de temperatură ridicată sunt situate în zone cu vulcani geologici activi. Aceste „puncte fierbinți” s-au format la limitele plăcilor tectonice în locuri în care scoarța este destul de subțire. Regiunea Pacificului este adesea denumită inelul de foc pentru mulți vulcani cu multe puncte fierbinți, inclusiv Alaska, California și Oregon. Nevada are sute de puncte fierbinți care acoperă majoritatea nordului Statelor Unite.
Există și alte regiuni active seismic. Cutremurele și mișcarea magmatică permit apei să circule. În unele locuri, apa se ridică la suprafață și apar izvoare termale naturale și gheizere, cum ar fi în Kamchatka. Apa din gheizerele din Kamchatka atinge 95 ° C.
Una dintre problemele cu sistemele de gheizer deschis este eliberarea anumitor poluanți atmosferici. Sulfura de hidrogen este un gaz toxic cu un miros foarte recunoscut de „ou putred” - o cantitate mică de arsenic și minerale eliberate cu abur. Sarea poate pune, de asemenea, o problemă de mediu.
În centralele geotermale situate în larg, o cantitate semnificativă de sare care interferează se acumulează în conducte. În sistemele închise, nu există emisii și tot lichidul adus la suprafață este returnat.
Potențialul economic al resursei energetice
Punctele fierbinți nu sunt singurele locuri în care poate fi găsită energia geotermală. Există o sursă constantă de căldură utilizabilă pentru încălzire directă, de la 4 metri până la câțiva kilometri sub suprafața practic oricărui pământ. Chiar și terenurile din propria curte sau școala locală au potențialul economic, sub formă de căldură, de a fi pompat în casa sau alte clădiri.
În plus, există o cantitate imensă de energie termică în formațiunile de roci uscate foarte adânci sub suprafață (4-10 km).
Utilizarea noilor tehnologii ar putea extinde sistemele geotermale, unde oamenii pot folosi această căldură pentru a genera electricitate la o scară mult mai mare decât tehnologiile convenționale. Primele proiecte demonstrative ale acestui principiu de generare a energiei electrice au fost prezentate în Statele Unite și Australia în 2013.
Dacă se poate realiza întregul potențial economic al resurselor geotermale, atunci acesta va reprezenta o sursă uriașă de energie electrică pentru instalațiile de producție. Oamenii de știință sugerează că sursele geotermale convenționale au un potențial de 38.000 MW, care poate genera 380 milioane MW de electricitate pe an.
Rocile uscate fierbinți apar la adâncimi de 5 până la 8 km peste tot sub pământ și la adâncimi mai mici în anumite locuri.Accesul la aceste resurse presupune introducerea apei reci care circulă prin rocile fierbinți și îndepărtarea apei încălzite. În prezent, nu există nicio aplicație comercială pentru această tehnologie. Tehnologiile existente nu permit încă recuperarea energiei termice direct din magmă, foarte profund, dar aceasta este cea mai puternică resursă de energie geotermală.
Prin combinarea resurselor energetice și a consistenței sale, energia geotermală poate juca un rol de neînlocuit ca sistem energetic mai curat și mai durabil.
Caracteristicile surselor
Sursele care furnizează energie geotermală sunt aproape imposibil de utilizat în totalitate. Acestea există în mai mult de 60 de țări ale lumii, majoritatea vulcanilor terestre din inelul de foc vulcanic din Pacific. Dar, în practică, se dovedește că sursele geotermale din diferite regiuni ale lumii sunt complet diferite prin proprietățile lor, și anume, temperatura medie, mineralizarea, compoziția gazelor, aciditatea și așa mai departe.
Gheizerele sunt surse de energie pe Pământ, a căror particularitate este că aruncă apă clocotită la intervale regulate. După ce a avut loc erupția, piscina devine liberă de apă, în partea de jos a acesteia puteți vedea un canal care merge adânc în pământ. Gheizerele sunt folosite ca surse de energie în regiuni precum Kamchatka, Islanda, Noua Zeelandă și America de Nord, iar gheizerele solitare se găsesc în alte câteva zone.
Industrie și locuințe și servicii comunale
În noiembrie 2014, cea mai mare centrală geotermală din lume la momentul respectiv a început să funcționeze în Kenya. Al doilea ca mărime este situat în Islanda - acesta este Hellisheidi, care preia căldură din surse din apropierea vulcanului Hengiedl.
Alte țări care utilizează energia geotermală la scară industrială: SUA, Filipine, Rusia, Japonia, Costa Rica, Turcia, Noua Zeelandă etc.
Există patru scheme principale pentru generarea de energie la GeoTPP:
- drept, când aburul este direcționat prin conducte către turbine conectate la generatoare de energie;
- indirect, similar cu cel precedent în toate, cu excepția faptului că înainte de a intra în conducte, aburul este curățat de gaze;
- binar - nu se folosește apă sau abur ca căldură de lucru, ci un alt lichid cu un punct de fierbere scăzut;
- amestecat - similar cu linia dreaptă, dar după condensare, gazele nedizolvate sunt îndepărtate din apă.
În 2009, o echipă de cercetători care căutau resurse geotermale exploatabile au ajuns la magma topită la doar 2,1 km (1,2 mile) sub suprafață. O astfel de cădere în magmă este foarte rară, acesta este doar al doilea caz cunoscut (cel anterior a avut loc în Hawaii în 2007).
Deși conducta conectată la magmă nu a fost niciodată conectată la centrala geotermală Krafla din apropiere, oamenii de știință au primit rezultate foarte promițătoare. Până acum, toate stațiile de operare preluau căldura în mod indirect, din roci de pământ sau din apele subterane.
De unde vine energia?
Magma răcită este situată foarte aproape de suprafața pământului. Din el sunt eliberate gaze și vapori, care se ridică și trec de-a lungul fisurilor. Amestecându-se cu apele subterane, acestea provoacă încălzirea lor, ele însele se transformă în apă fierbinte, în care se dizolvă multe substanțe. O astfel de apă este eliberată pe suprafața pământului sub formă de diferite izvoare geotermale: izvoare termale, izvoare minerale, gheizere și așa mai departe. Potrivit oamenilor de știință, intestinele fierbinți ale pământului sunt peșteri sau camere conectate prin pasaje, fisuri și canale. Sunt doar umplute cu apă subterană, iar centrele de magmă sunt situate foarte aproape de ele. Așa se formează în mod natural energia termică a pământului.
Energia hidrotermală
Apa care circulă la adâncimi mari este încălzită la valori semnificative. În regiunile active seismic, se ridică la suprafață de-a lungul fisurilor din scoarța terestră, în regiunile calme, poate fi îndepărtat folosind puțuri.
Principiul de funcționare este același: apa încălzită se ridică în puț, degajă căldură și revine pe a doua conductă. Ciclul este practic fără sfârșit și este reînnoit atâta timp cât căldura rămâne în interiorul pământului.
În unele regiuni active din punct de vedere seismic, apele fierbinți se află atât de aproape de suprafață încât poți vedea direct cum funcționează energia geotermală. O fotografie a vecinătății vulcanului Krafla (Islanda) prezintă gheizerele care transmit abur pentru centrala geotermală care funcționează acolo.
Câmpul electric al Pământului
Există o altă sursă de energie alternativă în natură, care se distinge prin regenerabilitate, respectarea mediului și ușurința utilizării. Este adevărat, până în prezent această sursă este doar studiată și nu aplicată în practică. Deci, energia potențială a Pământului este ascunsă în câmpul său electric. Energia poate fi obținută în acest mod prin studierea legilor de bază ale electrostaticii și a caracteristicilor câmpului electric al Pământului. De fapt, planeta noastră din punct de vedere electric este un condensator sferic încărcat până la 300.000 de volți. Sfera sa interioară are o sarcină negativă, iar cea exterioară, ionosfera, este pozitivă. Atmosfera Pământului este un izolator. Prin el există un flux constant de curenți ionici și convectivi, care ating o forță de multe mii de amperi. Cu toate acestea, diferența de potențial între plăci nu scade în acest caz.
Acest lucru sugerează că există un generator în natură, al cărui rol este să alimenteze în mod constant scurgerile de sarcini de pe plăcile condensatorului. Rolul unui astfel de generator este jucat de câmpul magnetic al Pământului, care se rotește cu planeta noastră în fluxul vântului solar. Energia câmpului magnetic al Pământului poate fi obținută doar prin conectarea unui consumator de energie la acest generator. Pentru a face acest lucru, trebuie să efectuați o instalare de împământare fiabilă.
Căldura Pământului
(Pentru final. Pentru început, vezi Știință și viață, nr. 9, 2013)
Colector pentru colectarea apei termice cu bor în Larderello (Italia), prima jumătate a secolului al XIX-lea.
Motorul și invertorul utilizate la Larderello în 1904 în primul experiment pentru a produce electricitate geotermală.
Diagrama schematică a funcționării unei centrale termice.
Principiul de funcționare al GeoPP pe abur uscat. Aburul geotermal dintr-un puț de producție este trecut direct printr-o turbină cu abur. Cea mai simplă dintre schemele existente de operare GeoPP.
Principiul de funcționare al unui GeoPP cu un circuit indirect. Apa subterană caldă dintr-un puț de producție este pompată într-un evaporator, iar aburul rezultat este furnizat unei turbine.
Principiul de funcționare al unui GeoPP binar. Apa termală fierbinte interacționează cu un alt lichid care acționează ca un fluid de lucru și are un punct de fierbere mai mic.
Schema sistemului petrotermic. Sistemul se bazează pe utilizarea unui gradient de temperatură între suprafața pământului și subsolul său, unde temperatura este mai mare.
Diagrama schematică a unui frigider și a unei pompe de căldură: 1 - condensator; 2 - accelerație (regulator de presiune); 3 - evaporator; 4 - compresor.
Mutnovskaya GeoPP în Kamchatka. La sfârșitul anului 2011, capacitatea instalată a stației era de 50 MW, dar este planificată creșterea acesteia la 80 MW. Fotografie de Tatiana Korobkova (Laboratorul de cercetare al RES al Facultății Geografice a Universității de Stat din Moscova Lomonosov.)
‹
›
Utilizarea energiei geotermale are o istorie foarte lungă. Unul dintre primele exemple cunoscute este Italia, un loc din provincia Toscana, numit acum Larderello, unde încă de la începutul secolului al XIX-lea, apele termale locale fierbinți, revărsate în mod natural sau extrase din puțuri de mică adâncime, erau folosite pentru scopuri energetice.
Aici s-a folosit apă subterană bogată în bor pentru obținerea acidului boric. Inițial, acest acid a fost obținut prin evaporare în cazanele de fier, iar lemnele de foc obișnuite din pădurile din apropiere au fost luate drept combustibil, dar în 1827 Francesco Larderel a creat un sistem care lucra la căldura apelor. În același timp, energia vaporilor de apă naturale a început să fie utilizată pentru funcționarea instalațiilor de foraj, iar la începutul secolului al XX-lea - pentru încălzirea caselor și a serelor locale. În același loc, la Larderello, în 1904, vaporii termici de apă au devenit o sursă de energie pentru generarea de electricitate.
Alte țări au urmat exemplul Italiei la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. De exemplu, în 1892, apele termale au fost utilizate pentru prima dată pentru încălzirea locală în Statele Unite (Boise, Idaho), în 1919 în Japonia și în 1928 în Islanda.
În Statele Unite, prima centrală hidrotermală a apărut în California la începutul anilor 1930, în Noua Zeelandă în 1958, în Mexic în 1959, în Rusia (prima centrală geotermală binară din lume) în 1965 ...
Vechiul principiu privind o nouă sursă
Generarea de energie electrică necesită o temperatură mai mare a sursei de hidro decât pentru încălzire - mai mare de 150 ° C. Principiul de funcționare al unei centrale termice geotermale (GeoPP) este similar cu principiul de funcționare al unei centrale termice convenționale (TPP). De fapt, o centrală geotermală este un fel de centrală termică.
La TPP, de regulă, cărbunele, gazul sau păcura acționează ca sursă primară de energie, iar vaporii de apă servesc drept fluid de lucru. Combustibilul, arzând, încălzește apa până la starea de abur, care rotește turbina cu abur și generează electricitate.
Diferența dintre GeoPP este că sursa primară de energie aici este căldura din interiorul pământului și fluidul de lucru sub formă de abur este furnizat palelor turbinei unui generator electric într-o formă „gata preparată” direct din producție. bine.
Există trei scheme principale de funcționare GeoPP: direct, folosind abur uscat (geotermic); indirect, bazat pe apă hidrotermală și mixt sau binar.
Utilizarea unei anumite scheme depinde de starea de agregare și de temperatura purtătorului de energie.
Cea mai simplă și, prin urmare, prima dintre schemele stăpânite este linia dreaptă, în care aburul care vine din fântână este trecut direct prin turbină. Primul GeoPP din lume din Larderello a funcționat și pe abur uscat în 1904.
GeoPP-urile cu o schemă indirectă de muncă sunt cele mai frecvente în timpul nostru. Folosesc apă fierbinte subterană, care este pompată într-un evaporator sub presiune ridicată, unde o parte din aceasta este evaporată, iar aburul rezultat rotește o turbină. În unele cazuri, sunt necesare dispozitive și circuite suplimentare pentru purificarea apei geotermale și a aburului de compuși agresivi.
Aburul uzat intră bine în injecție sau este utilizat pentru încălzirea spațiului - în acest caz, principiul este același ca și în funcționarea unui cogenerator.
La GeoPP binare, apa termală fierbinte interacționează cu un alt lichid care acționează ca un fluid de lucru cu un punct de fierbere mai scăzut. Ambele fluide sunt trecute printr-un schimbător de căldură, unde apa termală evaporă fluidul de lucru, al cărui vapori rotesc turbina.
Acest sistem este închis, ceea ce rezolvă problema emisiilor în atmosferă. În plus, fluidele de lucru cu un punct de fierbere relativ scăzut fac posibilă utilizarea apelor termale nu foarte fierbinți ca sursă primară de energie.
În toate cele trei scheme, se utilizează o sursă hidrotermală, dar energia petrotermală poate fi utilizată și pentru a genera electricitate (pentru diferențele dintre energia hidrotermală și cea petrotermică, vezi Știința și viața, nr. 9, 2013).
Diagrama schematică în acest caz este, de asemenea, destul de simplă. Este necesar să găuriți două puțuri interconectate - injecție și producție. Apa este pompată în puțul de injecție. La adâncime, se încălzește, apoi apa încălzită sau aburul format ca urmare a încălzirii puternice este alimentat prin puțul de producție la suprafață. Mai mult, totul depinde de modul în care este utilizată energia petrotermică - pentru încălzire sau pentru generarea de energie electrică. Un ciclu închis este posibil cu injecția de abur și apă uzată înapoi în puțul de injecție sau într-un alt mod de eliminare.
Dezavantajul unui astfel de sistem este evident: pentru a obține o temperatură suficient de ridicată a fluidului de lucru, este necesar să găuriți puțurile la o adâncime mare.Și acestea sunt costuri serioase și riscul unei pierderi semnificative de căldură atunci când fluidul se deplasează în sus. Prin urmare, sistemele petrotermale sunt încă mai puțin răspândite decât cele hidrotermale, deși potențialul energiei petrotermale este cu ordinele de mărime mai mare.
În prezent, liderul în crearea așa-numitelor sisteme de circulație petrotermică (PCS) este Australia. În plus, această direcție a energiei geotermale se dezvoltă activ în SUA, Elveția, Marea Britanie și Japonia.
Darul lui Lord Kelvin
Invenția în 1852 a unei pompe de căldură de către fizicianul William Thompson (alias Lord Kelvin) a oferit omenirii o oportunitate reală de a folosi căldura cu potențial redus a straturilor superioare ale solului. Sistemul de pompă de căldură sau, așa cum l-a numit Thompson, multiplicatorul de căldură, se bazează pe procesul fizic de transfer al căldurii din mediu în agentul frigorific. De fapt, folosește același principiu ca și în sistemele petrotermale. Diferența este în sursa de căldură, în legătură cu care poate apărea o întrebare terminologică: în ce măsură o pompă de căldură poate fi considerată un sistem geotermal? Faptul este că în straturile superioare, până la adâncimi de zeci - sute de metri, rocile și fluidele conținute în ele sunt încălzite nu de căldura profundă a pământului, ci de soare. Astfel, soarele este în acest caz principala sursă de căldură, deși este preluat, ca în sistemele geotermale, de pe pământ.
Lucrarea unei pompe de căldură se bazează pe o întârziere a încălzirii și răcirii solului în comparație cu atmosfera, ca urmare a căreia se formează un gradient de temperatură între suprafață și straturile mai profunde, care rețin căldura chiar și iarna, similar cu ce se întâmplă în corpurile de apă. Scopul principal al pompelor de căldură este încălzirea spațiului. De fapt, este un „frigider invers”. Atât pompa de căldură, cât și frigiderul interacționează cu trei componente: mediul intern (în primul caz - camera încălzită, în al doilea - camera frigorifică a frigiderului), mediul extern - sursa de energie și agentul frigorific (agent de răcire) , este, de asemenea, purtătorul de căldură care asigură transferul de căldură sau frig.
O substanță cu un punct de fierbere scăzut acționează ca agent frigorific, ceea ce îi permite să preia căldură dintr-o sursă care are chiar și o temperatură relativ scăzută.
În frigider, agentul frigorific lichid intră în evaporator printr-o clapetă de accelerație (regulator de presiune), unde, datorită unei scăderi accentuate a presiunii, lichidul se evaporă. Evaporarea este un proces endoterm care necesită absorbție externă a căldurii. Ca urmare, căldura este preluată de pe pereții interiori ai evaporatorului, ceea ce oferă un efect de răcire în camera frigiderului. Mai mult, din evaporator, agentul frigorific este aspirat în compresor, unde revine la starea lichidă de agregare. Acesta este un proces invers care duce la eliberarea căldurii îndepărtate în mediul extern. De regulă, este aruncat în cameră, iar partea din spate a frigiderului este relativ caldă.
O pompă de căldură funcționează în același mod, cu diferența că căldura este preluată din mediul extern și prin evaporator intră în mediul intern - sistemul de încălzire a camerei.
Într-o pompă de căldură reală, apa este încălzită, trecând de-a lungul unui circuit extern, așezată în pământ sau într-un rezervor și apoi intră în evaporator.
În evaporator, căldura este transferată într-un circuit intern umplut cu un agent frigorific cu punct de fierbere scăzut, care, trecând prin evaporator, se schimbă dintr-un lichid în stare gazoasă, îndepărtând căldura.
Mai mult, agentul frigorific gazos intră în compresor, unde este comprimat la presiune și temperatură ridicată și intră în condensator, unde are loc schimbul de căldură între gazul fierbinte și agentul de răcire din sistemul de încălzire.
Compresorul necesită electricitate pentru a funcționa, cu toate acestea, raportul de transformare (raportul de energie consumată și generată) în sistemele moderne este suficient de mare pentru a asigura eficiența acestora.
În prezent, pompele de căldură sunt utilizate pe scară largă pentru încălzirea spațiului, în principal în țările dezvoltate economic.
Energie eco-corectă
Energia geotermală este considerată ecologică, ceea ce este în general adevărat. În primul rând, folosește o resursă regenerabilă și practic inepuizabilă. Energia geotermală nu necesită suprafețe mari, spre deosebire de centralele hidroelectrice mari sau de parcurile eoliene și nu poluează atmosfera, spre deosebire de energia hidrocarburilor. În medie, un GeoPP ocupă 400 m2 în termeni de 1 GW de energie electrică generată. Aceeași cifră pentru o centrală electrică pe cărbune, de exemplu, este de 3600 m2. Avantajele ecologice ale GeoPP-urilor includ, de asemenea, un consum redus de apă - 20 de litri de apă proaspătă la 1 kW, în timp ce TPP-urile și NPP-urile necesită aproximativ 1000 de litri. Rețineți că aceștia sunt indicatori de mediu ai GeoPP „mediu”.
Dar există încă efecte secundare negative. Dintre acestea, se disting cel mai adesea zgomotul, poluarea termică a atmosferei și poluarea chimică - apa și solul, precum și formarea deșeurilor solide.
Sursa principală de poluare chimică a mediului este apa termală propriu-zisă (cu temperatură ridicată și mineralizare), care conține adesea cantități mari de compuși toxici, în legătură cu care există o problemă de eliminare a apelor uzate și a substanțelor periculoase.
Efectele negative ale energiei geotermale pot fi urmărite în mai multe etape, începând cu forarea puțurilor. Aici apar aceleași pericole ca la forarea oricărei fântâni: distrugerea solului și a acoperișului de vegetație, contaminarea solului și a apelor subterane.
În etapa de funcționare a GeoPP, problemele de poluare a mediului persistă. Fluidele termice - apă și abur - conțin de obicei dioxid de carbon (CO2), sulfură de sulf (H2S), amoniac (NH3), metan (CH4), sare de masă (NaCl), bor (B), arsenic (As), mercur (Hg ). Când sunt eliberate în mediu, ele devin surse de poluare a acestuia. În plus, un mediu chimic agresiv poate provoca daune corozive structurilor centralei geotermale.
În același timp, emisiile de poluanți la GeoPP sunt în medie mai mici decât la TPP. De exemplu, emisiile de dioxid de carbon pentru fiecare kilowatt-oră de electricitate generată sunt de până la 380 g la GeoPP-uri, 1.042 g - la TPP-urile pe cărbune, 906 g - la păcură și 453 g - la TPP-urile pe gaz.
Se pune întrebarea: ce să facem cu apa uzată? Cu salinitate scăzută, poate fi descărcat în apele de suprafață după răcire. O altă modalitate este de a o injecta înapoi în acvifer printr-un puț de injectare, care este preferat și utilizat în mod predominant astăzi.
Extracția apei termale din acvifere (precum și pomparea apei obișnuite) poate provoca scufundări și mișcări ale solului, alte deformări ale straturilor geologice și micro-cutremure. Probabilitatea unor astfel de fenomene, de regulă, este mică, deși au fost înregistrate cazuri individuale (de exemplu, la GeoPP din Staufen im Breisgau în Germania).
Trebuie subliniat faptul că majoritatea GeoPP-urilor sunt situate în zone relativ puțin populate și în țările lumii a treia, unde cerințele de mediu sunt mai puțin stricte decât în țările dezvoltate. În plus, în acest moment numărul GeoPP-urilor și capacitățile acestora sunt relativ mici. Cu o dezvoltare mai extinsă a energiei geotermale, riscurile de mediu se pot crește și se pot multiplica.
Cât costă energia Pământului?
Costurile de investiții pentru construcția sistemelor geotermale variază într-o gamă foarte largă - de la 200 USD la 5.000 USD pe 1 kW de capacitate instalată, adică cele mai ieftine opțiuni sunt comparabile cu costul construirii unei centrale termice. Acestea depind, în primul rând, de condițiile de apariție a apelor termale, de compoziția lor și de proiectarea sistemului. Forarea la adâncimi mari, crearea unui sistem închis cu două puțuri, necesitatea purificării apei poate multiplica costul.
De exemplu, investițiile în crearea unui sistem de circulație petrotermică (PCS) sunt estimate la 1,6-4 mii de dolari pe 1 kW de putere instalată, care depășește costul construirii unei centrale nucleare și este comparabil cu costul construirii eoliene și centrale solare.
Avantajul economic evident al GeoTPP este un transportator gratuit de energie. Pentru comparație, în structura costurilor unui TPP sau NPP în funcțiune, combustibilul reprezintă 50-80% sau chiar mai mult, în funcție de prețurile curente la energie. De aici rezultă un alt avantaj al sistemului geotermal: costurile de funcționare sunt mai stabile și previzibile, deoarece nu depind de conjunctura externă a prețurilor la energie. În general, costurile de funcționare ale GeoTPP sunt estimate la 2-10 cenți (60 copeici - 3 ruble) pe 1 kWh de capacitate produsă.
Al doilea cel mai mare (după transportator de energie) (și foarte semnificativ) element de cheltuieli este, de regulă, salariile personalului din uzină, care pot diferi radical între țări și regiuni.
În medie, costul energiei geotermale de 1 kWh este comparabil cu cel al TPP-urilor (în condiții rusești - aproximativ 1 rublă / 1 kWh) și de zece ori mai mare decât costul generării de energie electrică la centralele hidroelectrice (5-10 copeici / 1 kWh).
O parte din motivul costului ridicat constă în faptul că, spre deosebire de centralele termice și hidraulice, GeoTPP are o capacitate relativ mică. În plus, este necesar să se compare sistemele situate în aceeași regiune și în condiții similare. De exemplu, în Kamchatka, potrivit experților, 1 kWh de electricitate geotermală costă de 2-3 ori mai ieftin decât electricitatea produsă la centralele termice locale.
Indicatorii eficienței economice a unui sistem geotermal depind, de exemplu, de dacă este necesară eliminarea apei reziduale și în ce moduri se face, dacă este posibilă utilizarea combinată a resursei. Astfel, elementele chimice și compușii extrasați din apa termală pot furniza venituri suplimentare. Să ne amintim de exemplul lui Larderello: producția chimică a fost primară acolo, iar utilizarea energiei geotermale a fost inițial auxiliară.
Energia geotermală înainte
Energia geotermală se dezvoltă oarecum diferit de cea eoliană și solară. În prezent, depinde într-o măsură mult mai mare de natura resursei în sine, care diferă brusc în funcție de regiune, iar cele mai mari concentrații sunt legate de zone înguste de anomalii geotermale, asociate, de regulă, cu zonele de dezvoltare a defectelor tectonice. și vulcanism (vezi „Știință și viață” nr. 9, 2013).
În plus, energia geotermală este mai puțin capabilă din punct de vedere tehnologic în comparație cu vântul și cu atât mai mult cu energia solară: sistemele stațiilor geotermale sunt destul de simple.
În structura generală a producției mondiale de energie electrică, componenta geotermală reprezintă mai puțin de 1%, dar în unele regiuni și țări cota sa ajunge la 25-30%. Datorită legăturii cu condițiile geologice, o parte semnificativă a capacității de energie geotermală este concentrată în țările lumii a treia, unde se disting trei grupuri de cea mai mare dezvoltare a industriei - insulele din Asia de Sud-Est, America Centrală și Africa de Est. Primele două regiuni sunt incluse în „centura de foc a Pământului” din Pacific, a treia este legată de Riftul din Africa de Est. Cel mai probabil, energia geotermală va continua să se dezvolte în aceste centuri. O perspectivă mai îndepărtată este dezvoltarea energiei petrotermale, folosind căldura straturilor pământului situate la o adâncime de câțiva kilometri. Aceasta este o resursă aproape omniprezentă, dar extracția sa necesită costuri ridicate; prin urmare, energia petrotermală se dezvoltă în primul rând în cele mai puternice țări din punct de vedere economic și tehnologic.
În general, având în vedere distribuția omniprezentă a resurselor geotermale și un nivel acceptabil de siguranță a mediului, există motive să credem că energia geotermală are perspective bune de dezvoltare. Mai ales cu amenințarea crescândă a deficitului de resurse energetice tradiționale și creșterea prețurilor pentru acestea.
De la Kamchatka la Caucaz
În Rusia, dezvoltarea energiei geotermale are o istorie destul de lungă și, într-o serie de poziții, suntem printre liderii mondiali, deși ponderea energiei geotermale în bilanțul energetic total al unei țări uriașe este încă neglijabilă.
Două regiuni - Kamchatka și Caucazul de Nord - au devenit pionieri și centre pentru dezvoltarea energiei geotermale în Rusia și, dacă în primul caz vorbim în primul rând despre industria energiei electrice, atunci în al doilea - despre utilizarea energiei termice de apă termală.
În Caucazul de Nord - în Teritoriul Krasnodar, Cecenia, Dagestan - căldura apelor termale în scopuri energetice a fost utilizată chiar înainte de Marele Război Patriotic. În anii 1980 și 1990, dezvoltarea energiei geotermale în regiune din motive evidente s-a oprit și nu a ieșit încă dintr-o stare de stagnare. Cu toate acestea, alimentarea cu apă geotermală în Caucazul de Nord asigură căldură aproximativ 500 de mii de oameni și, de exemplu, orașul Labinsk din teritoriul Krasnodar cu o populație de 60 de mii de oameni este complet încălzit de apele geotermale.
În Kamchatka, istoria energiei geotermale este asociată în primul rând cu construcția centralelor geotermale. Primele dintre ele, care încă funcționează stațiile Pauzhetskaya și Paratunskaya, au fost construite în perioada 1965-1967, în timp ce Paratunskaya GeoPP cu o putere de 600 kW a devenit prima stație din lume cu un ciclu binar. A fost dezvoltarea oamenilor de știință sovietici S.S. Kutateladze și A.M. Rosenfeld de la Institutul de termofizică al filialei siberiene din Academia Rusă de Științe, care în 1965 au primit un certificat de autor pentru extragerea energiei electrice din apă cu o temperatură de 70 ° C. Această tehnologie a devenit ulterior un prototip pentru mai mult de 400 de GeoPP binare din lume.
Capacitatea GeoPP Pauzhetskaya, comandată în 1966, a fost inițial de 5 MW și ulterior a crescut la 12 MW. În prezent, un bloc binar este în construcție la stație, care își va crește capacitatea cu încă 2,5 MW.
Dezvoltarea energiei geotermale în URSS și Rusia a fost îngreunată de disponibilitatea surselor tradiționale de energie - petrol, gaze, cărbune, dar nu s-a oprit niciodată. Cele mai mari instalații de energie geotermală din acest moment sunt Verkhne-Mutnovskaya GeoPP cu o capacitate totală de 12 MW unități de putere, puse în funcțiune în 1999, și Mutnovskaya GeoPP cu o capacitate de 50 MW (2002).
GeoPP-urile Mutnovskaya și Verkhne-Mutnovskaya sunt obiecte unice nu numai pentru Rusia, ci și la scară globală. Stațiile sunt situate la poalele vulcanului Mutnovsky, la o altitudine de 800 de metri deasupra nivelului mării și funcționează în condiții climatice extreme, unde este iarnă 9-10 luni pe an. Echipamentul GeoPP-urilor Mutnovsky, în prezent unul dintre cele mai moderne din lume, este complet creat la întreprinderile autohtone de inginerie electrică.
În prezent, ponderea centralelor Mutnovskie în structura totală a consumului de energie din centrul energetic central Kamchatka este de 40%. O creștere a capacității este planificată în următorii ani.
Separat, ar trebui spus despre evoluțiile petrotermale rusești. Nu avem încă DSP-uri mari, dar există tehnologii avansate pentru găurirea la adâncimi mari (aproximativ 10 km), care, de asemenea, nu au analogi în lume. Dezvoltarea lor ulterioară va face posibilă reducerea drastică a costurilor de creare a sistemelor petrotermale. Dezvoltatorii acestor tehnologii și proiecte sunt N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Institutul Geologic, RAS), A. S. Nekrasov (Institutul de Prognoză Economică, RAS) și specialiști de la Kaluga Turbine Works. Proiectul pentru un sistem de circulație petrotermică în Rusia se află în prezent într-un stadiu experimental.
Există perspective pentru energia geotermală în Rusia, deși relativ îndepărtată: în prezent, potențialul este destul de mare și pozițiile energiei tradiționale sunt puternice. În același timp, într-o serie de regiuni îndepărtate ale țării, utilizarea energiei geotermale este rentabilă din punct de vedere economic și este solicitată chiar și acum. Acestea sunt teritorii cu potențial geoenergetic ridicat (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - partea rusă a Pacificului „centura de foc a Pământului”, munții din Siberia de Sud și Caucaz) și, în același timp, îndepărtate și întrerupte de alimentarea cu energie centralizată.
Probabil, în următoarele decenii, energia geotermală din țara noastră se va dezvolta tocmai în astfel de regiuni.
Surse regenerabile
Pe măsură ce populația planetei noastre crește constant, avem nevoie de tot mai multă energie pentru a sprijini populația. Energia conținută în intestinele pământului poate fi foarte diferită. De exemplu, există surse regenerabile: energia eoliană, solară și apă. Sunt ecologice și, prin urmare, le puteți folosi fără teama de a provoca daune mediului.
Energia apei
Această metodă a fost folosită de mai multe secole. Astăzi, au fost construite un număr imens de baraje, rezervoare, în care apa este utilizată pentru a genera electricitate. Esența acestui mecanism este simplă: sub influența fluxului râului, roțile turbinelor se rotesc, respectiv energia apei este transformată în energie electrică.
Astăzi există un număr mare de centrale hidroelectrice care convertesc energia fluxului de apă în electricitate. Particularitatea acestei metode este că resursele hidroenergetice sunt reînnoite, respectiv, astfel de structuri au un cost redus. De aceea, în ciuda faptului că construcția centralelor hidroelectrice se desfășoară de destul de mult timp, iar procesul în sine este foarte costisitor, cu toate acestea, aceste structuri depășesc semnificativ industriile cu consum intens de energie.
Energia soarelui: modernă și rezistentă la viitor
Energia solară este obținută folosind panouri solare, dar tehnologiile moderne permit utilizarea de noi metode în acest sens. Cea mai mare centrală solară din lume este un sistem construit în deșertul din California. El alimentează pe deplin 2.000 de case. Proiectarea funcționează după cum urmează: razele soarelui sunt reflectate din oglinzi, care sunt trimise la cazanul central cu apă. Fierbe și se transformă în abur care acționează turbina. La rândul ei, ea este conectată la un generator electric. Vântul poate fi folosit și ca energie pe care ne-o dă Pământul. Vântul suflă pânzele, întoarce morile. Și acum poate fi folosit pentru a crea dispozitive care vor genera energie electrică. Prin rotirea lamelor morii de vânt, acesta acționează arborele turbinei, care, la rândul său, este conectat la un generator electric.
Aplicații
Exploatarea energiei geotermale datează din secolul al XIX-lea. Prima a fost experiența italienilor care locuiau în provincia Toscana, care foloseau apa caldă din surse pentru încălzire. Cu ajutorul ei, au funcționat noi platforme de foraj.
Apa toscană este bogată în bor și, atunci când se evaporă, se transformă în acid boric, cazanele funcționează la căldura propriilor ape. La începutul secolului al XX-lea (1904), toscanii au mers mai departe și au lansat o centrală cu abur. Exemplul italienilor a devenit o experiență importantă pentru SUA, Japonia, Islanda.
Agricultură și horticultură
Energia geotermală este utilizată în agricultură, asistență medicală și gospodării în 80 de țări din întreaga lume.
Primul lucru pentru care a fost și se folosește apa termală este încălzirea serelor și a serelor, ceea ce face posibilă recoltarea legumelor, fructelor și florilor chiar și iarna. De asemenea, apa caldă a fost utilă pentru udare.
Cultivarea culturilor în hidroponie este considerată o direcție promițătoare pentru producătorii agricoli.Unele ferme piscicole folosesc apă încălzită în rezervoare artificiale pentru creșterea puilor și a peștilor.
Vă sfătuim să citiți: Procedura de eliminare a reactivilor chimici de laborator
Aceste tehnologii sunt comune în Israel, Kenya, Grecia, Mexic.
Industrie și locuințe și servicii comunale
Cu mai bine de un secol în urmă, aburul termic fierbinte era deja baza pentru generarea de electricitate. De atunci, a servit industria și utilitățile.
În Islanda, 80% din locuințe sunt încălzite cu apă termală.
Au fost dezvoltate trei scheme de producere a energiei electrice:
- Linie dreaptă folosind vapori de apă. Cel mai simplu: este utilizat acolo unde există acces direct la vaporii geotermali.
- Indirect, nu folosește abur, ci apă. Este alimentat la evaporator, transformat în abur printr-o metodă tehnică și trimis la generatorul de turbină.
Apa necesită o purificare suplimentară, deoarece conține compuși agresivi care pot distruge mecanismele de lucru. Deșeurile, dar aburul care nu este încă răcit, sunt potrivite pentru necesitățile de încălzire.
- Mixt (binar). Apa înlocuiește combustibilul, care încălzește un alt fluid cu un transfer de căldură mai mare. Conduce turbina.
Sistemul binar folosește o turbină, care este activată de energia apei încălzite.
Energia hidrotermală este utilizată de SUA, Rusia, Japonia, Noua Zeelandă, Turcia și alte țări.
Sisteme de încălzire geotermală pentru casă
Un purtător de căldură încălzit la +50 - 600C este potrivit pentru încălzirea carcasei, energia geotermală îndeplinește această cerință. Orașele cu o populație de câteva zeci de mii de oameni pot fi încălzite de căldura din interiorul pământului. De exemplu: încălzirea orașului Labinsk, teritoriul Krasnodar, funcționează cu combustibil natural terestru.
Diagrama unui sistem geotermal pentru încălzirea unei case
Nu este nevoie să pierdeți timp și energie pentru încălzirea apei și construirea unei camere de încălzire. Lichidul de răcire este luat direct de la sursa de gheizer. Aceeași apă este potrivită și pentru alimentarea cu apă caldă. În primul și al doilea caz, este supus curățării tehnice și chimice preliminare necesare.
Energia rezultată costă de două până la trei ori mai ieftin. Au apărut instalații pentru case private. Sunt mai scumpe decât cazanele cu combustibil tradițional, dar în procesul de funcționare justifică costurile.
Avantajele și dezavantajele utilizării energiei geotermale pentru încălzirea unei case.
Energia interioară a Pământului
A apărut ca urmare a mai multor procese, dintre care principalele sunt acreția și radioactivitatea. Potrivit oamenilor de știință, formarea Pământului și a masei sale a avut loc pe parcursul a câteva milioane de ani, iar acest lucru s-a întâmplat datorită formării planetesimalelor. S-au lipit, respectiv, masa Pământului a devenit din ce în ce mai mult. După ce planeta noastră a început să aibă masă modernă, dar era încă lipsită de atmosferă, corpurile meteorice și de asteroizi au căzut pe ea fără piedici. Acest proces se numește precis acreție și a condus la eliberarea de energie gravitațională semnificativă. Și cu cât corpurile au căzut mai mari pe planetă, cu atât este mai mare cantitatea de energie eliberată, conținută în intestinele Pământului.
Această diferențiere gravitațională a condus la faptul că substanțele au început să se stratifice: substanțele grele pur și simplu s-au înecat, iar cele ușoare și volatile pluteau în sus. Diferențierea a afectat și eliberarea suplimentară de energie gravitațională.
Aproape toate proprietățile fizice de bază ale materiei Pământului depind de temperatură. În funcție de temperatură, presiunea se schimbă la care substanța trece de la o stare solidă la cea topită. Când temperatura se schimbă, vâscozitatea, conductivitatea electrică și proprietățile magnetice ale rocilor care alcătuiesc Pământul se schimbă. Pentru a ne imagina ce se întâmplă în interiorul Pământului, trebuie să îi cunoaștem cu siguranță starea termică. Nu avem încă posibilitatea de a măsura direct temperaturile la orice adâncime a Pământului. Doar primii câțiva kilometri din scoarța terestră sunt disponibili pentru măsurători.Dar putem determina indirect temperatura internă a Pământului, pe baza datelor privind fluxul de căldură al Pământului.
Imposibilitatea verificării directe este, desigur, o foarte mare dificultate în multe științe ale pământului. Cu toate acestea, dezvoltarea cu succes a observațiilor și a teoriilor ne aduce treptat cunoștințele mai aproape de adevăr.
Știința modernă despre starea termică și istoria Pământului - geotermie Este o știință tânără. Primul studiu privind geotermica a apărut abia la mijlocul secolului trecut. William Thomson (Lord Kelvin), atunci încă un tânăr om de știință, fizician, și-a dedicat disertația determinării vârstei Pământului pe baza studiului distribuției și mișcării căldurii în interiorul planetei. Kelvin credea că temperatura internă a Pământului ar trebui să scadă în timp datorită formării și solidificării planetei din materia topită.
Prin definire gradient termic - rata creșterii temperaturii cu adâncimea - în mine și foraje la diferite adâncimi, Kelvin a ajuns la concluzia că din aceste date este posibil să presupunem cât timp Pământul ar trebui să se răcească și, prin urmare, să se determine vârsta Pământului . Conform estimării lui Kelvin, temperatura la cele mai apropiate adâncimi sub suprafață crește cu 20-40 ° C pentru fiecare mie de metri de adâncime. S-a dovedit că Pământul s-a răcit până la starea actuală în doar câteva zeci de milioane de ani. Dar acest lucru nu este în niciun fel de acord cu alte date, de exemplu, cu date despre durata multor epoci geologice cunoscute. Dezbaterea pe această temă a continuat timp de o jumătate de secol și l-a pus pe Kelvin în opoziție cu evoluționiști proeminenți precum Charles Darwin și Thomas Huxley.
Kelvin și-a bazat concluziile pe ideea că Pământul era inițial într-o stare topită și se răcea treptat. Această ipoteză a dominat de zeci de ani. Cu toate acestea, la începutul secolului al XX-lea, s-au făcut descoperiri care au schimbat fundamental înțelegerea naturii fluxului profund de căldură al Pământului și a istoriei sale termice. S-a descoperit radioactivitatea, au început studiile proceselor de eliberare a căldurii în timpul decăderii radioactive a unor izotopi, s-au tras concluziile că rocile care alcătuiesc scoarța terestră conțin o cantitate semnificativă de izotopi radioactivi.
Măsurătorile directe ale fluxului de căldură al Pământului au început relativ recent: mai întâi pe continente - în 1939 în puțurile adânci din Africa de Sud, la fundul oceanelor mai târziu - din 1954, în Atlantic. În țara noastră, pentru prima dată, debitul de căldură a fost măsurat în puțuri adânci din Sochi și Matsesta. În ultimii ani, acumularea de date obținute experimental despre fluxurile de căldură se desfășoară destul de repede.
De ce se face asta? Și mai sunt necesare dimensiuni noi și noi? Da, foarte nevoie. Compararea măsurătorilor fluxului de căldură profundă efectuată în diferite puncte ale planetei arată că pierderea de energie prin diferite părți ale suprafeței planetei este diferită. Acest lucru vorbește despre eterogenitatea crustei și a mantalei, face posibilă judecarea naturii multor procese care au loc la diferite adâncimi inaccesibile ochilor noștri de sub suprafața pământului și oferă o cheie pentru studierea mecanismului dezvoltării planetei și a energiei sale interne. .
Câtă căldură pierde Pământul din cauza fluxului de căldură din intestine? Se pare că, în medie, această valoare este mică - aproximativ 0,06 wați pe metru pătrat de suprafață, sau aproximativ 30 de miliarde de wați pe întreaga planetă. Pământul primește energie de la Soare de aproximativ 4 mii de ori mai mult. Și, desigur, căldura solară joacă un rol major în stabilirea temperaturii pe suprafața pământului.
Căldura eliberată de o planetă pe o suprafață de mărimea unui teren de fotbal este aproximativ egală cu căldura care poate fi generată de trei becuri de sute de wați. Un astfel de flux de energie pare nesemnificativ, dar provine de pe întreaga suprafață a Pământului și în mod constant! Puterea întregului flux de căldură care vine din intestinele planetei este de aproximativ 30 de ori mai mare decât puterea tuturor centralelor electrice moderne din lume.
Măsurarea adâncimii fluxul de căldură al Pământului procesul este dificil și consumă mult timp. Prin scoarța terestră dură, căldura este condusă la suprafață în mod conductiv, adică prin propagarea vibrațiilor termice. Prin urmare, cantitatea de căldură care trece este egală cu produsul gradient de temperatură (rata de creștere a temperaturii cu adâncimea) la conductivitatea termică. Pentru a determina fluxul de căldură, este imperativ să cunoaștem aceste două cantități. Gradientul de temperatură este măsurat cu dispozitive sensibile - senzori (termistori) în mine sau puțuri special forate, la o adâncime de câteva zeci până la câteva sute de metri. Conductivitatea termică a rocilor este determinată prin examinarea probelor în laboratoare.
Măsurare căldura curge în fundul oceanelor asociat cu dificultăți considerabile: trebuie lucrat sub apă la adâncimi considerabile. Cu toate acestea, are și avantajele sale: nu este nevoie să găuriți puțuri la fundul oceanelor, deoarece sedimentele sunt de obicei destul de moi și sonda cilindrică lungă utilizată pentru măsurarea temperaturii se scufundă cu ușurință câțiva metri în sedimente moi.
Cei care sunt angajați în geotermă au într-adevăr nevoie harta fluxului de căldură pentru întreaga suprafață a planetei. Punctele în care s-au efectuat deja măsurătorile fluxului de căldură sunt extrem de neuniform distribuite pe suprafața Pământului. Pe mări și oceane, măsurătorile au fost făcute de două ori mai mult decât pe uscat. America de Nord, Europa și Australia, oceanele din latitudinile medii au fost studiate destul de complet. Și în alte părți ale suprafeței pământului, măsurătorile sunt încă puține sau deloc. Cu toate acestea, volumul actual de date privind fluxul de căldură al Pământului face posibilă deja construirea unor hărți generalizate, dar destul de fiabile.
Eliberarea de căldură din intestinele Pământului la suprafață este inegală. În unele zone, Pământul degajă mai multă căldură decât media globală, în altele, puterea de căldură este mult mai mică. „Punctele reci” apar în Europa de Est (Platforma Europei de Est), Canada (Scutul Canadian), Africa de Nord, Australia, America de Sud, bazinele de apă adâncă ale oceanelor Pacific, Indian și Atlantic. Punctele „calde” și „fierbinți” - zone cu flux crescut de căldură - apar în regiunile California, Europa Alpină, Islanda, Marea Roșie, Răsăritul Pacificului de Est și crestele subacvatice din gama medie a Oceanelor Atlantic și Indian.
Energie Atomică
Utilizarea energiei pământului se poate întâmpla în moduri diferite. De exemplu, odată cu construirea centralelor nucleare, când energia termică este eliberată din cauza dezintegrării celor mai mici particule de materie ale atomilor. Principalul combustibil este uraniul, care este conținut în scoarța terestră. Mulți cred că această metodă specială de obținere a energiei este cea mai promițătoare, dar aplicarea sa este plină de o serie de probleme. În primul rând, uraniul emite radiații care ucid toate organismele vii. În plus, dacă această substanță intră în sol sau atmosferă, atunci va apărea un adevărat dezastru provocat de om. Încă trăim consecințele triste ale accidentului de la centrala nucleară de la Cernobâl. Pericolul constă în faptul că deșeurile radioactive pot amenința toate viețuitoarele pentru o perioadă foarte, foarte lungă, de milenii întregi.
Prima centrală geotermală
Cu toții suntem obișnuiți cu faptul că acum mulți ani energia a fost extrasă din resursele naturale. Și așa a fost, dar chiar înainte de aceasta, una dintre primele centrale electrice a fost geotermala. În general, acest lucru este foarte logic, deoarece tehnica a funcționat la tracțiunea cu abur, iar utilizarea aburului a fost decizia mai corectă. Și, de fapt, singurul pentru acea vreme, fără a lua în calcul arderea lemnului și a cărbunelui.
În 1817, contele François de Larderel a dezvoltat o tehnologie de colectare a aburului natural, care a fost utilă în secolul al XX-lea, când cererea de centrale geotermale a devenit foarte mare.
Prima stație de lucru de fapt a fost construită în orașul italian Larderello în 1904. Adevărat, era mai mult un prototip, deoarece putea alimenta doar 4 becuri, dar a funcționat. Șase ani mai târziu, în 1910, a fost construită o stație de lucru cu adevărat în același oraș, care putea produce energie suficientă pentru uz industrial.
Chiar și în astfel de locuri pitorești pot exista centrale geotermale.
Generatoare experimentale au fost construite în multe locuri, dar Italia a fost cea care a deținut conducerea până în 1958 și a fost singurul producător industrial de energie geotermală din lume.
Conducerea a trebuit să fie predată după ce centrala electrică de la Wairakei a fost comandată în Noua Zeelandă. A fost prima centrală geotermală indirectă. Câțiva ani mai târziu, facilități similare s-au deschis în alte țări, inclusiv în Statele Unite cu sursele sale din California.
Prima centrală geotermală de tip indirect a fost construită în URSS în 1967. În acest moment, această metodă de obținere a energiei a început să se dezvolte activ în întreaga lume. Mai ales în locuri precum Alaska, Filipine și Indonezia, care sunt încă printre liderii în energia produsă în acest fel.
Timp nou - idei noi
Desigur, oamenii nu se opresc aici și în fiecare an se fac tot mai multe încercări de a găsi noi modalități de a obține energie. Dacă energia căldurii pământului este obținută destul de simplu, atunci unele metode nu sunt atât de simple. De exemplu, ca sursă de energie, este foarte posibil să se utilizeze gaz biologic, care se obține din deșeurile putrezite. Poate fi folosit pentru încălzirea caselor și încălzirea apei.
Din ce în ce mai mult, se construiesc centrale electrice cu maree, atunci când barajele și turbinele sunt instalate peste gurile rezervoarelor, care sunt acționate de fluxul și fluxul respectiv, se obține electricitate.
Arderea gunoiului, obținem energie
O altă metodă, care este deja utilizată în Japonia, este crearea de incineratoare. Astăzi sunt construite în Anglia, Italia, Danemarca, Germania, Franța, Țările de Jos și Statele Unite, dar numai în Japonia aceste întreprinderi au început să fie utilizate nu numai pentru scopul propus, ci și pentru generarea de energie electrică. Fabricile locale ard 2/3 din toate deșeurile, în timp ce fabricile sunt echipate cu turbine cu abur. În consecință, furnizează căldură și electricitate în zona înconjurătoare. În același timp, în ceea ce privește costurile, este mult mai profitabil să construiești o astfel de întreprindere decât să construiești o cogenerare.
Perspectiva utilizării căldurii Pământului acolo unde vulcanii sunt concentrați pare mai tentantă. În acest caz, nu este necesar să forăm Pământul prea adânc, deoarece deja la o adâncime de 300-500 de metri temperatura va fi de cel puțin două ori punctul de fierbere al apei.
Există, de asemenea, o astfel de metodă de generare a energiei electrice ca energia hidrogenului. Hidrogenul - cel mai simplu și mai ușor element chimic - poate fi considerat un combustibil ideal, deoarece se găsește acolo unde există apă. Dacă ardeți hidrogen, puteți obține apă, care se descompune în oxigen și hidrogen. Flacăra de hidrogen în sine este inofensivă, adică nu va exista niciun rău mediului. Particularitatea acestui element este că are o putere calorică ridicată.
Ce este în viitor?
Desigur, energia câmpului magnetic al Pământului sau cea care se obține la centralele nucleare nu poate satisface pe deplin toate nevoile omenirii, care cresc în fiecare an. Cu toate acestea, experții spun că nu există motive de îngrijorare, deoarece resursele de combustibil ale planetei sunt încă suficiente. Mai mult, sunt utilizate din ce în ce mai multe surse noi, ecologice și regenerabile.
Problema poluării mediului rămâne și crește catastrofal. Cantitatea de emisii dăunătoare scade, respectiv, aerul pe care îl respirăm este dăunător, apa are impurități periculoase și solul se epuizează treptat. De aceea este atât de important să ne angajăm în timp util în studiul unui astfel de fenomen precum energia din intestinele Pământului, pentru a căuta modalități de a reduce cererea de combustibil fosil și de a folosi mai activ surse neconvenționale de energie.
Resurse limitate de materii prime cu energie fosilă
Cererea de materii prime de energie organică este mare în țările dezvoltate industrial și în țările în curs de dezvoltare (SUA, Japonia, statele Europei unite, China, India etc.). În același timp, propriile resurse de hidrocarburi din aceste țări sunt fie insuficiente, fie rezervate, iar o țară, de exemplu, Statele Unite, cumpără materii prime energetice în străinătate sau dezvoltă depozite în alte țări.
În Rusia, una dintre cele mai bogate țări în ceea ce privește resursele energetice, nevoile economice de energie sunt încă satisfăcute de posibilitățile de utilizare a resurselor naturale. Cu toate acestea, extracția hidrocarburilor fosile din subsol se desfășoară într-un ritm foarte rapid. Dacă în anii 1940-1960. Principalele regiuni producătoare de petrol au fost „Al doilea Baku” în regiunile Volga și Ural, apoi, începând din anii 1970 și până în prezent, o astfel de zonă este Siberia de Vest. Dar și aici există o scădere semnificativă a producției de hidrocarburi fosile. Era gazului cenomanian „uscat” trece. Etapa anterioară a dezvoltării extinse a producției de gaze naturale sa încheiat. Extracția sa din depozite uriașe precum Medvezhye, Urengoyskoye și Yamburgskoye s-a ridicat la 84, 65 și, respectiv, 50%. Ponderea rezervelor de petrol favorabile dezvoltării scade, de asemenea, în timp.
Datorită consumului activ de combustibili cu hidrocarburi, rezervele de petrol și gaze naturale de pe uscat au scăzut semnificativ. Acum rezervele lor principale sunt concentrate pe platoul continental. Și, deși baza de resurse a industriei de petrol și gaze este încă suficientă pentru producția de petrol și gaze în Rusia în volumele necesare, în viitorul apropiat va fi asigurată într-o măsură din ce în ce mai mare prin dezvoltarea câmpurilor cu minerit dificil și condițiile geologice. Costul producerii materiilor prime cu hidrocarburi va continua să crească.
Majoritatea resurselor neregenerabile extrase din subsol sunt utilizate ca combustibil pentru centralele electrice. În primul rând, este gazul natural, a cărui pondere în structura combustibilului este de 64%.
În Rusia, 70% din electricitate este generată la centralele termice. Întreprinderile energetice din țară ard anual aproximativ 500 de milioane de tone de combustibil. t. pentru a genera electricitate și căldură, în timp ce pentru producerea căldurii, combustibilul cu hidrocarburi este consumat de 3-4 ori mai mult decât pentru producerea de energie electrică.
Cantitatea de căldură obținută din arderea acestor volume de materii prime de hidrocarburi este echivalentă cu utilizarea a sute de tone de combustibil nuclear - diferența este enormă. Cu toate acestea, energia nucleară necesită siguranță ecologică (pentru a exclude reapariția Cernobilului) și protecția acesteia împotriva posibilelor atacuri teroriste, precum și implementarea dezafectării sigure și costisitoare a unităților de energie NPP învechite și depășite. Rezervele de uraniu recuperabile dovedite în lume sunt de aproximativ 3 milioane 400 mii tone. Pentru întreaga perioadă anterioară (până în 2007), au fost exploatate aproximativ 2 milioane tone.
