Toplina zemlje. Energija zemljine toplote kao izvora grijanja. Korišteni zemni izmjenjivači topline i sheme opskrbe toplinom

23.09.2019

Pročitajte također

Čestitke za proteklu Novu godinu - pjesme, proza, SMS Čestitamo proteklu Novu godinu i Božić

Razglednice s prvim danom proljeća - lijepe i smiješne sa natpisima: Kratke SMS čestitke za prvi dan proljeća

Svojim voljenima možete čestitati prekrasnom razglednicom

Smiješna slika Sretan Majčin dan za djecu - čestitke mami od učenika vrtića

geotermalna energija - to je energija toplote koja se oslobađa iz unutrašnjih zona Zemlje tokom stotina miliona godina. Prema geološkim i geofizičkim istraživanjima, temperatura u Zemljinom jezgru dostiže 3.000-6.000 °C, postepeno opadajući u pravcu od centra planete do njene površine. Erupcija hiljada vulkana, pomeranje blokova zemljine kore, potresi svedoče o delovanju moćnog unutrašnja energija Zemlja. Naučnici veruju da je toplotno polje naše planete posledica radioaktivnog raspada u njenim dubinama, kao i gravitacionog odvajanja materije jezgra.
Glavni izvori zagrevanja creva planete su uranijum, torijum i radioaktivni kalijum. Procesi radioaktivnog raspada na kontinentima odvijaju se uglavnom u granitnom sloju zemljine kore na dubini od 20-30 km ili više, u okeanima - u gornjem plaštu. Pretpostavlja se da je na dnu zemljine kore na dubini od 10-15 km vjerovatna vrijednost temperature na kontinentima 600-800 ° C, au okeanima - 150-200 ° C.
Čovjek može koristiti geotermalnu energiju samo tamo gdje se ona manifestuje blizu površine Zemlje, tj. u područjima vulkanske i seizmičke aktivnosti. Sada geotermalnu energiju efikasno koriste zemlje kao što su SAD, Italija, Island, Meksiko, Japan, Novi Zeland, Rusija, Filipini, Mađarska, Salvador. Ovdje se unutrašnja toplina zemlje diže do same površine u obliku tople vode i pare s temperaturom do 300°C i često izbija kao toplina šikljajućih izvora (gejzira), na primjer, poznatih gejzira. Jelouston parka u SAD, gejziri Kamčatke, Island.
Geotermalni izvori energije podijeljena na suhu toplu paru, mokru toplu paru i toplu vodu. pa, što jeste važan izvor energije za električnu željeznicu u Italiji (kod grada Larderello), od 1904. godine hrani suvu vruću paru. Druga dva poznata mjesta u svijetu sa vrućom suhom parom su polje Matsukawa u Japanu i polje gejzira u blizini San Francisca, gdje se geotermalna energija također efikasno koristi već duže vrijeme. Većina vlažne vruće pare u svijetu nalazi se na Novom Zelandu (Wairakei), geotermalnim poljima nešto manjeg kapaciteta - u Meksiku, Japanu, El Salvadoru, Nikaragvi, Rusiji.
Dakle, mogu se razlikovati četiri glavne vrste geotermalnih energetskih resursa:
površinska toplina zemlje koju koriste toplotne pumpe;
energetski resursi pare, vruće i toplu vodu blizu površine zemlje, koji se danas koriste u proizvodnji električne energije;
toplota koncentrisana duboko ispod površine zemlje (možda u nedostatku vode);
energija magme i toplota koja se akumulira ispod vulkana.

Geotermalne rezerve toplote (~ 8 * 1030J) su 35 milijardi puta veće od godišnje globalne potrošnje energije. Samo 1% geotermalne energije zemljine kore (dubina od 10 km) može da obezbedi količinu energije koja je 500 puta veća od svih svetskih rezervi nafte i gasa. Međutim, danas se samo mali dio ovih resursa može iskoristiti, i to prvenstveno zbog ekonomski razlozi. Početak industrijskog razvoja geotermalnih resursa (energija tople duboke vode i pare) položen je 1916. godine, kada je u Italiji puštena u rad prva geotermalna elektrana snage 7,5 MW. U proteklom vremenu akumulirano je značajno iskustvo u oblasti praktičnog razvoja geotermalnih energetskih resursa. Ukupni instalirani kapacitet operativnih geotermalnih elektrana (GeoTPP) bio je: 1975. - 1.278 MW, 1990. godine - 7.300 MW. Sjedinjene Države, Filipini, Meksiko, Italija i Japan postigli su najveći napredak u ovom pitanju.
Tehnički i ekonomski parametri GeoTPP variraju u prilično širokom rasponu i zavise od geoloških karakteristika područja (dubina pojave, parametri radnog fluida, njegov sastav itd.). Za većinu puštenih u rad GeoTE, cijena električne energije je slična cijeni električne energije proizvedene u TE na ugalj i iznosi 1200...2000 američkih dolara/MW.
na Islandu 80% stambene zgrade zagrijana toplom vodom izvučena iz geotermalnih bunara ispod grada Reykjavika. U zapadnim Sjedinjenim Državama, oko 180 domova i farmi grije se geotermalnom toplom vodom. Prema procjenama stručnjaka, između 1993. i 2000. globalna proizvodnja električne energije iz geotermalne energije se više nego udvostručila. dionice geotermalna toplota ima toliko toga u SAD-u da bi, teoretski, moglo da obezbedi 30 puta više energije nego što država trenutno troši.
U budućnosti je moguće koristiti toplinu magme u onim područjima gdje se nalazi blizu površine Zemlje, kao i suhu toplinu zagrijanih kristalnih stijena. U potonjem slučaju, bunari se buše nekoliko kilometara, hladna voda se ispumpava, a topla se vraća nazad.

Za Rusiju, energija Zemljine toplote može postati stalan, pouzdan izvor obezbeđivanja jeftine i pristupačne električne i toplotne energije korišćenjem novih visokih, ekološki prihvatljivih tehnologija za njeno izdvajanje i snabdevanje potrošača. Ovo je posebno tačno u ovom trenutku

Ograničeni resursi fosilnih energetskih sirovina

Potražnja za organskim energetskim sirovinama velika je u industrijalizovanim zemljama i zemljama u razvoju (SAD, Japan, države ujedinjene Evrope, Kina, Indija itd.). Istovremeno, sopstveni resursi ugljovodonika u ovim zemljama su ili nedovoljni ili rezervisani, a država, na primer, Sjedinjene Američke Države, kupuje energetske sirovine u inostranstvu ili razvija nalazišta u drugim zemljama.

U Rusiji, jednoj od energetski najbogatijih zemalja, ekonomske potrebe za energijom i dalje se zadovoljavaju mogućnostima korišćenja prirodnih resursa. Međutim, vađenje fosilnih ugljovodonika iz podzemlja odvija se veoma brzo. Ako je 1940-1960-ih. Glavni regioni za proizvodnju nafte bili su "Drugi Baku" na Volgi i Cis-Uralu, zatim, počevši od 1970-ih, pa do danas, Zapadni Sibir je bio takvo područje. Ali čak i ovdje postoji značajan pad proizvodnje fosilnih ugljovodonika. Era "suvog" senomanskog gasa prolazi. Bivša faza ekstenzivnog razvoja proizvodnje prirodni gas došao kraj. Njegovo vađenje iz gigantskih ležišta kao što su Medvezhye, Urengoyskoye i Yamburgskoye iznosilo je 84, 65 i 50%, respektivno. Specifična gravitacija rezerve nafte koje su povoljne za razvoj takođe se vremenom smanjuju.

Zbog aktivne potrošnje ugljikovodičnih goriva, kopnene rezerve nafte i prirodnog plina značajno su smanjene. Sada su njihove glavne rezerve koncentrisane na kontinentalnom pojasu. I iako je sirovinska baza ulja i gasna industrija još uvijek dovoljno za proizvodnju nafte i plina u Rusiji u potrebne količine, u bliskoj budućnosti će se u sve većoj mjeri obezbjeđivati razvojem ležišta sa složenim rudarsko-geološkim uslovima. Istovremeno, troškovi proizvodnje ugljovodonika će rasti.

Većina neobnovljivih resursa izvučenih iz podzemlja koristi se kao gorivo za elektrane. Prije svega, to je udio koji u strukturi goriva iznosi 64%.

U Rusiji se 70% električne energije proizvodi u termoelektranama. Energetska preduzeća u zemlji godišnje sagore oko 500 miliona tona c.e. tona za potrebe proizvodnje električne i toplotne energije, dok se za proizvodnju toplotne energije troši 3-4 puta više ugljikovodičnih goriva nego za proizvodnju električne energije.

Količina topline dobivena sagorijevanjem ovih količina ugljikovodičnih sirovina je ekvivalentna korištenju stotina tona nuklearnog goriva - razlika je ogromna. Međutim, nuklearna energija zahtijeva osiguranje životne sredine (kako bi se spriječilo ponavljanje Černobila) i zaštitu od mogućih terorističkih napada, kao i sigurno i skupo rasklapanje zastarjelih i istrošenih nuklearnih jedinica. Dokazane nadoknadive rezerve uranijuma u svijetu iznose oko 3 miliona 400 hiljada tona, a za cijeli prethodni period (do 2007. godine) iskopano je oko 2 miliona tona.

OIE kao budućnost globalne energije

Odgajan u poslednjih decenija U svijetu je interesovanje za alternativne obnovljive izvore energije (OIE) uzrokovano ne samo iscrpljivanjem rezervi ugljikovodičnih goriva, već i potrebom rješavanja ekoloških problema. Objektivni faktori (zalihe fosilnog goriva i uranijuma, kao i promjene u okruženje povezana s upotrebom tradicionalne vatre i Nuklearna energija) i trendovi razvoja energetike govore da je prelazak na nove metode i oblike proizvodnje energije neizbježan. Već u prvoj polovini XXI veka. kompletan ili skoro puna tranzicija na netradicionalne izvore energije.

Što prije bude napravljen iskorak u tom pravcu, to će biti manje bolno za cijelo društvo, a korisnije za državu, gdje će se u tom pravcu činiti odlučni koraci.

Svjetska ekonomija je već postavila kurs za prelazak na racionalnu kombinaciju tradicionalnih i novih izvora energije. Potrošnja energije u svijetu do 2000. godine iznosila je više od 18 milijardi tona ekvivalenta goriva. tona, a potrošnja energije do 2025. može porasti na 30–38 milijardi tona ekvivalenta goriva. tona, prema prognoznim podacima, do 2050. godine moguća je potrošnja na nivou od 60 milijardi tona ekvivalenta goriva. t. Karakterističan trend razvoja svjetske privrede u posmatranom periodu je sistematsko smanjenje potrošnje fosilnih goriva i odgovarajuće povećanje korištenja netradicionalnih energetskih resursa. Toplotna energija Zemlje zauzima jedno od prvih mjesta među njima.

Trenutno je Ministarstvo energetike Ruske Federacije usvojilo program za razvoj netradicionalne energije, uključujući 30 velikih projekata za korišćenje jedinica toplotne pumpe (HPU), čiji se princip rada zasniva na potrošnji energije. niskopotencijalna toplotna energija Zemlje.

Niskopotencijalna energija Zemljinih toplotnih i toplotnih pumpi

Izvori niskopotencijalne energije Zemljine toplote su sunčevo zračenje i toplotno zračenje zagrejanih creva naše planete. Trenutno je korištenje takve energije jedno od oblasti energetike koja se najdinamičnije razvija na bazi obnovljivih izvora energije.

Toplota zemlje se može koristiti u razne vrste zgrade i objekti za grijanje, snabdijevanje toplom vodom, klimatizaciju (hlađenje), kao i za grijanje puteva u zimsko vrijeme godine, sprečavanje zaleđivanja, zagrevanje terena na otvorenim stadionima itd. U tehničkoj literaturi na engleskom jeziku sistemi koji koriste Zemljinu toplotu u sistemima za grejanje i klimatizaciju nazivaju se GHP - "geotermalne toplotne pumpe" (geotermalne toplotne pumpe ). Klimatske karakteristike zemalja srednje i sjeverne Evrope, koje su, zajedno sa Sjedinjenim Državama i Kanadom, glavna područja za korištenje niskogradne topline Zemlje, to određuju uglavnom za potrebe grijanja; vazdušno hlađenje čak i u ljetni period relativno retko potreban. Stoga, za razliku od SAD, toplotne pumpe u evropskim zemljama rade uglavnom u režimu grejanja. U SAD se češće koriste u sistemima zračnog grijanja u kombinaciji sa ventilacijom, što omogućava i grijanje i hlađenje vanjskog zraka. U evropskim zemljama toplotne pumpe se obično koriste u sistemima za grejanje vode. Budući da se njihova efikasnost povećava kako se smanjuje temperaturna razlika između isparivača i kondenzatora, sistemi se često koriste za grijanje zgrada. podno grijanje, u kojem cirkuliše rashladno sredstvo relativno niske temperature (35–40 o C).

Vrste sistema za korišćenje niskopotencijalne energije Zemljine toplote

U opštem slučaju, mogu se razlikovati dva tipa sistema za korišćenje niskopotencijalne energije Zemljine toplote:

- otvoreni sistemi: kao izvor toplotne energije niskog kvaliteta koristi se podzemna voda koja se dovodi direktno u toplotne pumpe;

- zatvoreni sistemi: izmjenjivači topline se nalaze u masivu tla; kada kroz njih cirkuliše rashladno sredstvo sa temperaturom nižom od tla, toplotna energija se „skida“ sa tla i prenosi na isparivač toplotne pumpe (ili kada se koristi rashladno sredstvo sa višom temperaturom u odnosu na tlo, ono se hladi ).

Nedostaci otvorenih sistema su što je potrebno održavanje bunara. Osim toga, upotreba ovakvih sistema nije moguća u svim oblastima. Glavni zahtjevi za tlo i podzemne vode su sljedeći:

- dovoljna vodopropusnost tla, koja omogućava popunjavanje rezervi vode;

- dobro hemijski sastav podzemne vode(npr. nizak sadržaj gvožđa) kako bi se izbjegao kamenac u cijevima i problemi sa korozijom.

Zatvoreni sistemi za korišćenje niskopotencijalne energije Zemljine toplote

Zatvoreni sistemi su horizontalni i vertikalni (slika 1).

Rice. 1. Šema instalacije geotermalne toplotne pumpe sa: a - horizontalnim

i b - vertikalni izmjenjivači topline tla.

Horizontalni izmjenjivač topline tla

U zemljama zapadne i Centralna Evropa horizontalno zemljani izmjenjivači topline obično su to odvojene cijevi položene relativno čvrsto i međusobno povezane serijski ili paralelno (slika 2).

Rice. 2. Horizontalni izmjenjivači topline tla sa: a - sekvencijalnim i

b - paralelna veza.

Da bi se uštedjelo područje mjesta gdje se toplina uklanja, razvijeni su poboljšani tipovi izmjenjivača topline, na primjer, izmjenjivači topline u obliku spirale (slika 3), smješteni vodoravno ili okomito. Ovaj oblik izmjenjivača topline je uobičajen u SAD-u.

Doktor tehničkih nauka NA. Kunem se profesore,
akademik Ruska akademija Tehnološke nauke, Moskva

U posljednjih nekoliko decenija, svijet razmišlja o smjeru više efektivna upotreba energije duboke topline Zemlje sa ciljem djelimične zamjene prirodnog plina, nafte, uglja. To će postati moguće ne samo u područjima s visokim geotermalnim parametrima, već iu svim područjima. globus prilikom bušenja injekcionih i proizvodnih bušotina i stvaranja cirkulacionih sistema između njih.

Rastuće interesovanje poslednjih decenija za alternativni izvori energija je uzrokovana iscrpljivanjem rezervi ugljikovodičnih goriva i potrebom rješavanja niza ekoloških problema. Objektivni faktori (zalihe fosilnih goriva i uranijuma, kao i promjene u okolišu uzrokovane tradicionalnim požarom i nuklearnom energijom) nam omogućavaju da tvrdimo da je prelazak na nove metode i oblike proizvodnje energije neizbježan.

Svjetska ekonomija trenutno ide ka prelasku na racionalnu kombinaciju tradicionalnih i novih izvora energije. Toplina Zemlje zauzima jedno od prvih mjesta među njima.

Geotermalni energetski resursi se dijele na hidrogeološke i petrogeotermalne. Prvi od njih predstavljaju nosioci toplote (koji čine samo 1% ukupnih geotermalnih energetskih resursa) - podzemne vode, para i mešavine pare i vode. Potonji su geotermalna energija sadržana u žaruljima stijene Oh.

Tehnologija fontane (samoizlivanje) koja se koristi u našoj zemlji i inostranstvu za vađenje prirodne pare i geotermalnih voda je jednostavna, ali neefikasna. Uz mali protok samotečećih bunara, njihova proizvodnja toplote može nadoknaditi troškove bušenja samo na maloj dubini geotermalnih rezervoara sa visoke temperature u područjima termičkih anomalija. Vijek trajanja takvih bunara u mnogim zemljama ne doseže ni 10 godina.

Istovremeno, iskustvo potvrđuje da je u prisustvu plitkih kolektora prirodne pare izgradnja GeoTE naj profitabilna opcija korištenje geotermalne energije. Rad ovakvih GeoTE je pokazao njihovu konkurentnost u odnosu na druge tipove elektrana. Zbog toga je korišćenje rezervi geotermalnih voda i parnih hidrotermi u našoj zemlji na poluostrvu Kamčatka i na ostrvima Kurilskog lanca, u regionima Severnog Kavkaza, a moguće i u drugim oblastima, svrsishodno i pravovremeno. Ali nalazišta pare su rijetkost, njene poznate i predviđene rezerve su male. Mnogo češći depoziti toplotne i električne vode nisu uvek locirani dovoljno blizu potrošača – objekta za snabdevanje toplotom. To isključuje mogućnost njihove efikasne upotrebe u velikim razmjerima.

Često u težak problem preraste pitanja borbe protiv slanosti. Korištenje geotermalnih, u pravilu, mineraliziranih izvora kao nosača topline dovodi do zarastanja zona bušotina sa formacijama željeznog oksida, kalcijum karbonata i silikata. Osim toga, problemi erozije-korozije i skaliranja negativno utječu na rad opreme. Problem je, također, ispuštanje mineraliziranih i otpadnih voda koje sadrže toksične nečistoće. Stoga najjednostavnija tehnologija fontana ne može poslužiti kao osnova za široki razvoj geotermalnih resursa.

Prema preliminarnim procjenama na teritoriji Ruska Federacija predviđene rezerve termalnih voda temperature 40-250 °C, saliniteta 35-200 g/l i dubine do 3000 m su 21-22 miliona m3/dan, što je ekvivalentno sagorevanju 30-40 miliona tona ekvivalentnog goriva. u godini.

Predviđene rezerve mešavine pare i vazduha sa temperaturom od 150-250 °C na poluostrvu Kamčatka i Kurilskim ostrvima iznose 500 hiljada m3/dan. i rezerve termalne vode sa temperaturom od 40-100°C - 150 hiljada m3 / dan.

Zalihe termalnih voda sa protokom od oko 8 miliona m3/dan, sa salinitetom do 10 g/l i temperaturom iznad 50 °C smatraju se glavnim prioritetom za razvoj.

Od mnogo većeg značaja za energetiku budućnosti je vađenje toplotne energije, praktično neiscrpnih petrogeotermalnih resursa. Ova geotermalna energija, zatvorena u čvrste vruće stijene, čini 99% ukupnih resursa podzemne toplinske energije. Na dubini do 4-6 km, masivi s temperaturom od 300-400 °C mogu se naći samo u blizini međuodora nekih vulkana, ali su vruće stijene s temperaturom od 100-150 °C rasprostranjene gotovo posvuda na ove dubine, i sa temperaturom od 180-200 °C na prilično značajnom dijelu teritorije Rusije.

Milijardama godina, nuklearni, gravitacijski i drugi procesi unutar Zemlje stvarali su se i nastavljaju generirati toplotnu energiju. Deo toga se zrači u svemir, a toplota se akumulira u dubinama, tj. toplotni sadržaj čvrste, tečne i gasovite faze zemaljske materije naziva se geotermalna energija.

Kontinuirano stvaranje unutarzemaljske topline kompenzira njene vanjske gubitke, služi kao izvor akumulacije geotermalne energije i određuje obnovljivi dio njenih resursa. Ukupno odvođenje toplote iz unutrašnjosti na površinu zemlje je tri puta veće od trenutnog kapaciteta elektrana u svijetu i procjenjuje se na 30 TW.

Međutim, jasno je da je obnovljivost važna samo za ograničene prirodni resursi, a ukupni potencijal geotermalne energije je praktično neiscrpan, jer ga treba definirati kao ukupnu količinu topline koja je dostupna Zemlji.

Nije slučajno što se posljednjih decenija u svijetu razmišlja o pravcu efikasnijeg korištenja energije duboke topline Zemlje kako bi se djelimično zamijenili prirodni plin, nafta i ugalj. To će postati moguće ne samo u područjima s visokim geotermalnim parametrima, već iu bilo kojem dijelu svijeta kada se buše injekcione i proizvodne bušotine i stvaraju cirkulacijski sistemi između njih.

Naravno, uz nisku toplotnu provodljivost stijena za efikasan rad cirkulacijskim sistemima potrebno je imati ili stvoriti dovoljno razvijenu površinu za izmjenu toplote u zoni odvođenja toplote. Takva površina se često nalazi u poroznim formacijama i zonama prirodnog otpora loma, koje se često nalaze na gore navedenim dubinama, čija propusnost omogućava organiziranje prisilne filtracije rashladne tekućine uz efikasno izvlačenje energije stijena, kao i umjetno stvaranje ekstenzivne površine za izmjenu topline u niskopropusnim poroznim masivima hidrauličkim lomljenjem (vidi sliku).

Trenutno se hidrauličko frakturiranje koristi u industriji nafte i plina kao način povećanja propusnosti ležišta kako bi se poboljšao oporavak nafte u razvoju naftnih polja. Moderna tehnologija omogućava vam da napravite usku, ali dugu pukotinu ili kratku, ali široku. Poznati su primjeri hidrauličnih lomova sa lomovima dužine do 2-3 km.

Domaću ideju o vađenju glavnih geotermalnih resursa sadržanih u čvrstim stijenama izrazio je još 1914. godine K.E. Obruchev.

Godine 1963. u Parizu je stvoren prvi GCC za izvlačenje toplote iz poroznih stijena za grijanje i klimatizaciju u prostorijama kompleksa Broadcasting Chaos. Godine 1985. u Francuskoj su već radila 64 GCC-a sa ukupnim toplotnim kapacitetom od 450 MW, uz godišnju uštedu od približno 150.000 tona nafte. Iste godine stvoren je prvi takav GCC u SSSR-u u dolini Khankala u blizini grada Groznog.

1977. godine, u okviru projekta Los Alamos National Laboratory of USA, počela su ispitivanja eksperimentalnog GCC-a sa hidrauličkim lomljenjem gotovo nepropusnog masiva na lokaciji Fenton Hill u državi Novi Meksiko. Hladna slatka voda ubrizgana kroz bušotinu (injektiranje) zagrijavana je zbog izmjene topline sa stijenskom masom (185 OC) u vertikalnoj pukotini površine 8000 m2, nastaloj hidrauličkim lomljenjem na dubini od 2,7 km. U drugoj bušotini (proizvodnoj), takođe prelazeći ovu pukotinu, pregrijana voda je izašla na površinu u obliku parnog mlaza. Kada cirkuliše u zatvorenom krugu pod pritiskom, temperatura pregrijana voda na površini dostigao 160-180 OS, i toplotna snaga sistemi - 4-5 MW. Propuštanje rashladne tečnosti u okolni masiv iznosilo je oko 1% ukupnog protoka. Koncentracija mehaničkih i hemijskih nečistoća (do 0,2 g/l) odgovarala je uslovima slatke vode pije vodu. Hidraulični lom nije zahtijevao fiksiranje i držan je otvoren hidrostatskim pritiskom fluida. Slobodna konvekcija koja se razvijala u njemu je osigurala efektivno učešće u razmjeni toplote gotovo cijele površine izdanaka vruće stijenske mase.

Ekstrakcija podzemne toplotne energije iz vrućih nepropusnih stijena, zasnovana na metodama kosog bušenja i hidrauličkog frakturiranja koje su dugo ovladane i praktikovane u industriji nafte i plina, nije izazvalo seizmičku aktivnost, niti bilo koju drugu štetnih efekata na životnu sredinu.

Britanski naučnici su 1983. ponovili američko iskustvo stvarajući eksperimentalni GCC sa hidrauličkim lomljenjem granita u Carnwellu. Sličan posao je obavljen u Njemačkoj, Švedskoj. Više od 224 projekta završeno u SAD geotermalno grijanje. Pretpostavlja se, međutim, da geotermalni resursi mogu obezbijediti najveći dio budućih potreba SAD-a za neelektričnom toplinskom energijom. U Japanu je kapacitet GeoTPP 2000. godine dostigao približno 50 GW.

Trenutno se istraživanja i istraživanja geotermalnih resursa sprovode u 65 zemalja. U svijetu su na bazi geotermalne energije stvorene stanice ukupnog kapaciteta oko 10 GW. Ujedinjeni narodi aktivno podržavaju razvoj geotermalne energije.

Iskustvo akumulirano u mnogim zemljama svijeta u korištenju geotermalnih rashladnih tekućina pokazuje da u povoljnim uslovima ispostavilo se da su 2-5 puta isplativije od termo i nuklearnih elektrana. Proračuni pokazuju da jedna geotermalna bušotina može zamijeniti 158 hiljada tona uglja godišnje.

Dakle, toplina Zemlje je, možda, jedini veliki obnovljivi izvor energije, čiji racionalni razvoj obećava smanjenje cijene energije u odnosu na modernu energiju goriva. Uz jednako neiscrpan energetski potencijal, solarne i termonuklearne instalacije, nažalost, bit će skuplje od postojećih goriva.

Uprkos veoma dugoj istoriji razvoja Zemljine toplote, geotermalna tehnologija danas još nije dostigla svoj visoki razvoj. Razvoj toplotne energije Zemlje doživljava velike poteškoće u izgradnji dubokih bunara, koji su kanal za izvođenje rashladnog sredstva na površinu. Zbog visoke temperature na dnu rupe (200-250 °C), tradicionalni alati za rezanje kamena nisu pogodni za rad u takvim uslovima; posebne zahtjeve do izbora bušaćih i obložnih cijevi, cementne suspenzije, tehnologije bušenja, oblaganja i završetka bušotina. Domaća mjerna oprema, serijski operativni pribor i oprema proizvode se u izvedbi koja dozvoljava temperature ne veće od 150-200°C. Tradicionalno duboko mehaničko bušenje bunara ponekad se odlaže godinama i zahtijeva značajne finansijske troškove. U glavnim proizvodnim sredstvima trošak bunara je od 70 do 90%. Ovaj problem se može i treba riješiti samo stvaranjem progresivne tehnologije za razvoj glavnog dijela geotermalnih resursa, tj. vađenje energije iz vrućih stijena.

Naša grupa ruskih naučnika i specijalista se više od godinu dana bavi problemom vađenja i korišćenja neiscrpne, obnovljive duboke toplotne energije vrelih stena Zemlje na teritoriji Ruske Federacije. Svrha rada je stvaranje na bazi domaćih, visoke tehnologije tehnička sredstva za duboko prodiranje u utrobu zemljine kore. Trenutno je razvijeno nekoliko varijanti alata za bušenje (BS) koji nemaju analoga u svjetskoj praksi.

Rad prve verzije BS vezan je za sadašnju tradicionalna tehnologija bušenje bunara. Brzina bušenja tvrdog kamena ( prosječna gustina 2500-3300 kg/m3) do 30 m/h, prečnik bunara 200-500 mm. Druga varijanta BS-a izvodi bušenje bušotina u autonomnom i automatskom režimu. Lansiranje se vrši sa posebne platforme za lansiranje i prihvatanje, sa koje se kontroliše njegovo kretanje. Hiljadu metara BS u tvrdim stenama moći će da prođe za nekoliko sati. Prečnik bunara od 500 do 1000 mm. BS opcije višekratnu upotrebu imaju veliku ekonomsku efikasnost i ogromnu potencijalnu vrijednost. Otvara se uvođenje BS-a u proizvodnju nova faza u izgradnji bunara i omogućavaju pristup neiscrpnim izvorima toplotne energije Zemlje.

Za potrebe snabdijevanja toplotom potrebna je dubina bunara u cijeloj zemlji u rasponu od 3-4,5 hiljada metara i ne prelazi 5-6 hiljada metara. Temperatura nosača toplote za stambeno-komunalno snabdijevanje toplinom ne prelazi ne prelazi 150 °C. Za industrijske objekte temperatura u pravilu ne prelazi 180-200 °C.

Svrha stvaranja GCC-a je osigurati stalnu, pristupačnu, jeftinu toplinu u udaljenim, teško dostupnim i nerazvijenim regijama Ruske Federacije. Trajanje rada GCS-a je 25-30 godina ili više. Period povrata stanica (uzimajući u obzir najnovije tehnologije bušenje) - 3-4 godine.

Stvaranje u Ruskoj Federaciji u narednim godinama odgovarajućih kapaciteta za korištenje geotermalne energije za neelektrične potrebe omogućit će zamjenu oko 600 miliona tona ekvivalentnog goriva. Uštede mogu biti do 2 triliona rubalja.

Do 2030. godine postaje moguće stvoriti energetske kapacitete za zamjenu energije požara do 30%, a do 2040. godine gotovo potpuno eliminirati organske sirovine kao gorivo iz energetskog bilansa Ruske Federacije.

Književnost

1. Goncharov S.A. Termodinamika. Moskva: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 str.

2. Dyadkin Yu.D. itd. Geotermalna termalna fizika. Sankt Peterburg: Nauka, 1993. 255 str.

3. Baza mineralnih sirovina gorivnog i energetskog kompleksa Rusije. Status i prognoza / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinjenko i dr. Ed. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 str.

4. Novikov G. P. i dr. Bušenje bunara za termalne vode. M.: Nedra, 1986. 229 str.

U našoj zemlji, bogatoj ugljovodonicima, geotermalna energija je vrsta egzotičnog resursa koji, u sadašnjem stanju, teško da može konkurisati naftom i gasom. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svuda i prilično efikasno.

Geotermalna energija je toplota unutrašnjosti Zemlje. Proizvodi se u dubinama i dolazi na površinu Zemlje različite forme i sa različitim intenzitetom.

Temperatura gornjih slojeva tlo uglavnom ovisi o vanjskim (egzogenim) faktorima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Ljeti i tokom dana tlo se zagrijava do određene dubine, a zimi i noću se hladi prateći promjenu temperature zraka i sa određenim zakašnjenjem, povećavajući se sa dubinom. Utjecaj dnevnih kolebanja temperature zraka završava se na dubinama od nekoliko do nekoliko desetina centimetara. Sezonske fluktuacije zahvaćaju dublje slojeve tla - do desetina metara.

Na određenoj dubini - od desetina do stotina metara - temperatura tla se održava konstantnom, jednakom prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka blizu površine Zemlje. To je lako provjeriti spuštanjem u prilično duboku pećinu.

Kada je srednja godišnja temperatura vazduha u datom području ispod nule, to se manifestuje kao permafrost (tačnije, permafrost). AT Istočni Sibir Debljina, odnosno debljina, cjelogodišnjih smrznutih tla mjestimično dostiže 200–300 m.

Sa određene dubine (svoje za svaku tačku na karti) djelovanje Sunca i atmosfere toliko slabi da endogeni (unutrašnji) faktori dolaze na prvo mjesto i Zemljina unutrašnjost se zagrijava iznutra, tako da temperatura počinje porasti sa dubinom.

Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje povezano je uglavnom s raspadom radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se nazivaju i drugi izvori topline, na primjer, fizičko-hemijski, tektonski procesi u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. Ali bez obzira na uzrok, temperatura stijena i povezanih tekućih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari se suočavaju s ovim fenomenom - u dubokim rudnicima je uvijek vruće. Na dubini od 1 km, temperatura od trideset stepeni je normalna, a dublje temperatura je još viša.

Toplotni tok zemljine unutrašnjosti, koji dopire do površine Zemlje, je mali - u prosjeku, njegova snaga je 0,03–0,05 W / m 2, odnosno otprilike 350 W h / m 2 godišnje. Na pozadini toplotni tok od Sunca i zraka koji se njime zagrijava, to je neprimjetna količina: Sunce daje svima kvadratnom metru Zemljina površina je oko 4.000 kWh godišnje, odnosno 10.000 puta više (naravno, to je u prosjeku, sa ogromnim širenjem između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o drugim klimatskim i vremenskim faktorima).

Neznačajnost toplotnog toka iz dubine na površinu u većem dijelu planete povezana je s niskom toplotnom provodljivošću stijena i karakteristika geološka struktura. Ali postoje izuzeci - mjesta gdje je protok topline visok. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, pojačane seizmičke aktivnosti i vulkanizma, gdje energija unutrašnjosti zemlje nalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju termalne anomalije litosfere, ovdje toplinski tok koji dopire do površine Zemlje može biti višestruko, pa čak i za redove veličine, jači od "uobičajenog". U ovim zonama ogromna količina topline izbacuje se na površinu vulkanskim erupcijama i toplim izvorima vode.

Upravo su ova područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na teritoriji Rusije to su, prije svega, Kamčatka, Kurilska ostrva i Kavkaz.

Istovremeno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo posvuda, jer je povećanje temperature sa dubinom sveprisutna pojava, a zadatak je „izvlačenje“ topline iz crijeva, kao što se odatle crpe mineralne sirovine.

U prosjeku, temperatura raste sa dubinom za 2,5–3°C na svakih 100 m. Odnos temperaturne razlike između dvije tačke koje leže na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.

Recipročan je geotermalni korak, ili interval dubine na kojem temperatura raste za 1°C.

Što je veći gradijent i, shodno tome, niži korak, toplina Zemljinih dubina se više približava površini i ovo područje je perspektivnije za razvoj geotermalne energije.

AT različitim oblastima, u zavisnosti od geološke strukture i drugih regionalnih i lokalnih uslova, brzina porasta temperature sa dubinom može dramatično varirati. Na skali Zemlje, fluktuacije u vrijednostima geotermalnih gradijenata i stepenica dostižu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150°C na 1 km, au Južnoj Africi 6°C na 1 km.

Pitanje je koja je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperature na dubini od 10 km bi u prosjeku trebale biti oko 250-300°C. To je manje-više potvrđeno direktnim zapažanjima u ultradubokim bušotinama, iako je slika mnogo složenija od linearnog povećanja temperature.

Na primjer, u superdubokoj bušotini Kola izbušenoj u Baltičkom kristalnom štitu, temperatura se mijenja brzinom od 10°C/1 km do dubine od 3 km, a zatim geotermalni gradijent postaje 2-2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120°C, na 10 km - 180°C, a na 12 km - 220°C.

Drugi primjer je bunar postavljen u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je na dubini od 500 m zabilježena temperatura od 42°C, na 1,5 km - 70°C, na 2 km - 80°C, na 3 km - 108°C.

Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počevši od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km procijenjene temperature su oko 1300-1500°C, na dubini od 400 km - 1600°C, u Zemljinoj jezgro (dubine preko 6000 km) - 4000–5000° C.

Na dubinama do 10–12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; tamo gdje ih nema, određuje se posrednim znakovima na isti način kao i na većim dubinama. Takvi indirektni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja eruptira.

Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.

Na dubinama od nekoliko kilometara ima mnogo topline, ali kako je podići? Ponekad nam sama priroda rješava ovaj problem uz pomoć prirodno rashladno sredstvo- zagrijane termalne vode koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.

Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". U pravilu se podrazumijevaju vruće podzemne vode u tekućem stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje dolaze na površinu Zemlje s temperaturom iznad 20°C, odnosno u pravilu višom od temperature zraka.

Toplina podzemne vode, pare, mješavine pare i vode je hidrotermalna energija. Shodno tome, energija zasnovana na njenoj upotrebi naziva se hidrotermalna.

Situacija je složenija s proizvodnjom topline direktno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer dovoljno visoke temperature po pravilu počinju s dubine od nekoliko kilometara.

Na teritoriji Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od hidrotermalne energije - 3.500 odnosno 35 triliona tona. referentno gorivo. To je sasvim prirodno - toplina Zemljinih dubina je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očiglednih tehničkih poteškoća, većina termalnih voda se trenutno koristi za proizvodnju toplinske i električne energije.

Temperature vode od 20-30 do 100°C pogodne su za grijanje, temperature od 150°C i više - i za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.

Generalno, geotermalni resursi na teritoriji Rusije, u smislu tona standardnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije, su oko 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.

Teoretski, jedino bi geotermalnom energijom bilo moguće u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi, trenutno, na većem dijelu njene teritorije, to nije izvodljivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.

U svijetu se korištenje geotermalne energije najčešće povezuje s Islandom – državom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u izuzetno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerovatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) 2010.

Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući tople izvore koji dolaze na površinu Zemlje i čak šikljaju u obliku gejzira.

Na Islandu se više od 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući i geotermalne izvore, obezbjeđeno je 90% grijanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajmo da ostatak električne energije u zemlji proizvode hidroelektrane, odnosno također koristeći obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao svojevrsni globalni ekološki standard.

„Ukroćenje“ geotermalne energije u 20. veku je značajno ekonomski pomoglo Islandu. Do sredine prošlog veka bila je veoma siromašna zemlja, sada je na prvom mestu u svetu po instalirani kapacitet i proizvodnje geotermalne energije po glavi stanovnika i nalazi se u prvih deset po pitanju apsolutna vrijednost instalirani kapacitet geotermalnih elektrana. Međutim, njegova populacija je samo 300 hiljada ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potreba za tim je općenito mala.

Pored Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnom bilansu proizvodnje električne energije obezbjeđuju i Novi Zeland i ostrvske države jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemlje Centralne Amerike i Istočne Afrike, čiji je teritorij takođe karakterističan. visokom seizmičkom i vulkanskom aktivnošću. Za ove zemlje, na njihovom trenutnom nivou razvoja i potreba, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.

Upotreba geotermalne energije ima veoma dugu istoriju. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u provinciji Toskana, koje se danas zove Larderello, gdje početkom XIX stoljeća, lokalne tople termalne vode, koje su tekle prirodno ili izvađene iz plitkih bunara, korištene su u energetske svrhe.

Voda iz podzemnih izvora, bogata borom, korištena je ovdje za dobijanje borne kiseline. U početku se ova kiselina dobivala isparavanjem u željeznim kotlovima, a obična drva za ogrjev uzimana su kao gorivo iz obližnjih šuma, ali je 1827. godine Francesco Larderel stvorio sistem koji je radio na toplini same vode. Istovremeno je energija prirodne vodene pare počela da se koristi za rad bušaćih uređaja, a početkom 20. veka i za grejanje lokalnih kuća i plastenika. Na istom mjestu, u Larderellu, 1904. godine termalna vodena para postala je izvor energije za proizvodnju električne energije.

Primjer Italije krajem 19. i početkom 20. stoljeća slijedile su i neke druge zemlje. Na primjer, 1892. godine termalna voda je prvi put korištena za lokalno grijanje u Sjedinjenim Državama (Boise, Idaho), 1919. - u Japanu, 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 (prvi binarni GeoPP) - 1965. godine.

Stari princip na novom izvoru

Proizvodnja električne energije zahtijeva višu temperaturu izvora vode od grijanja, preko 150°C. Princip rada geotermalne elektrane (GeoES) sličan je principu rada konvencionalne termoelektrane (TE). Zapravo, geotermalna elektrana je vrsta termoelektrane.

U termoelektranama u pravilu kao primarni izvor energije djeluju ugalj, plin ili lož ulje, a vodena para kao radni fluid. Gorivo, kada sagorijeva, zagrijava vodu do stanja pare, koja rotira parnu turbinu, a ona proizvodi električnu energiju.

Razlika između GeoES-a je u tome primarni izvor energija je ovdje toplina unutrašnjosti zemlje i radni fluid u obliku pare ulazi u lopatice turbine elektrogeneratora u "spremnom" obliku direktno iz proizvodne bušotine.

Postoje tri glavne sheme rada GeoPP-a: direktna, korištenjem suhe (geotermalne) pare; indirektni, bazirani na hidrotermalnoj vodi, i mješoviti, ili binarni.

Upotreba jedne ili druge sheme ovisi o stanju agregacije i temperaturi energetskog nosača.

Najjednostavnija i stoga prva od savladanih shema je direktna, u kojoj se para koja dolazi iz bunara prolazi direktno kroz turbinu. Prvi GeoPP na svijetu u Larderellu 1904. također je radio na suhoj pari.

GeoPP s indirektnom shemom rada najčešći su u naše vrijeme. Koriste toplu podzemnu vodu koja se pod visokim pritiskom upumpava u isparivač, gdje se dio isparava, a nastala para okreće turbinu. U nekim slučajevima potrebni su dodatni uređaji i krugovi za pročišćavanje geotermalne vode i pare od agresivnih spojeva.

Izduvna para ulazi u injektorsku bušotinu ili se koristi za grijanje prostora - u ovom slučaju princip je isti kao kod rada CHP-a.

Na binarnim GeoPP-ovima, vruća termalna voda stupa u interakciju s drugom tekućinom koja djeluje kao radni fluid s nižom tačkom ključanja. Obje tečnosti prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radnu tečnost, čije pare rotiraju turbinu.

Princip rada binarnog GeoPP-a. Vruća termalna voda stupa u interakciju s drugom tekućinom koja djeluje kao radni fluid i ima nižu tačku ključanja. Obje tečnosti prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radnu tečnost, čije pare, zauzvrat, rotiraju turbinu.

Ovaj sistem je zatvoren, čime se rješava problem emisija u atmosferu. Osim toga, radni fluidi s relativno niskom tačkom ključanja omogućavaju korištenje ne baš vruće termalne vode kao primarnog izvora energije.

U svemu tri šeme eksploatiše se hidrotermalni izvor, ali se petrotermalna energija može koristiti i za proizvodnju električne energije.

Dijagram strujnog kola u ovom slučaju je također prilično jednostavan. Potrebno je izbušiti dvije međusobno povezane bušotine – injekcionu i proizvodnu. Voda se pumpa u injekcioni bunar. Na dubini se zagrijava, a zatim se zagrijana voda ili para nastala kao rezultat jakog zagrijavanja dovodi na površinu kroz proizvodni bunar. Nadalje, sve ovisi o tome kako se petrotermalna energija koristi - za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Zatvoreni ciklus je moguć uz pumpanje ispušne pare i vode nazad u injekcionu bušotinu ili na drugi način odlaganja.

Šema petrotermalnog sistema. Sistem se zasniva na korišćenju temperaturnog gradijenta između površine zemlje i njene unutrašnjosti, gde je temperatura viša. Voda sa površine se upumpava u injekcionu bušotinu i zagrijava na dubini, a zatim se zagrijana voda ili para nastala kao rezultat zagrijavanja dovodi na površinu kroz proizvodni bunar.

Nedostatak takvog sistema je očigledan: da bi se postigla dovoljno visoka temperatura radnog fluida, potrebno je bušiti bunare do velike dubine. A to je ozbiljan trošak i rizik od značajnog gubitka topline kada se tekućina pomakne prema gore. Stoga su petrotermalni sistemi još uvijek rjeđi od hidrotermalnih, iako je potencijal petrotermalne energije za redove veličine veći.

Trenutno, lider u stvaranju takozvanih petrotermalnih cirkulacionih sistema (PCS) je Australija. Osim toga, ovaj smjer geotermalne energije se aktivno razvija u SAD-u, Švicarskoj, Velikoj Britaniji i Japanu.

Poklon od Lorda Kelvina

Pronalazak toplotne pumpe 1852. godine od strane fizičara Williama Thompsona (poznatog kao Lord Kelvin) pružio je čovječanstvu pravu priliku da koristi nisku toplinu gornjih slojeva tla. Sistem toplotne pumpe, ili toplotni multiplikator kako ga je nazvao Thompson, zasniva se na fizičkom procesu prenošenja toplote iz okoline na rashladno sredstvo. U stvari, koristi isti princip kao u petrotermalnim sistemima. Razlika je u izvoru topline, u vezi s čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj mjeri se toplotna pumpa može smatrati geotermalnim sistemom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od desetine ili stotine metara, stijene i tekućine sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor toplote, iako se uzima, kao iu geotermalnim sistemima, iz zemlje.

Rad toplotne pumpe zasniva se na kašnjenju u zagrevanju i hlađenju tla u odnosu na atmosferu, usled čega se formira temperaturni gradijent između površinskih i dubljih slojeva, koji zadržavaju toplotu čak i zimi, slično šta se dešava u rezervoarima. Osnovna namjena toplotnih pumpi je grijanje prostora. U stvari, to je “frižider u obrnutom smjeru”. I toplotna pumpa i frižider su u interakciji sa tri komponente: unutrašnjim okruženjem (u prvom slučaju - zagrejana prostorija, u drugom - hlađenom rashladnom komorom), spoljašnjim okruženjem - izvorom energije i rashladnim sredstvom (rashladnim fluidom), koji je takođe rashladna tečnost koja obezbeđuje prenos toplote ili hladnoće.

Supstanca sa niskom tačkom ključanja deluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućava da uzima toplotu iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.

U frižideru, tečno rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator pritiska), gde usled naglog pada pritiska tečnost isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva da se toplina apsorbira izvana. Kao rezultat, toplina od unutrašnji zidovi Uklanja se isparivač, čime se postiže efekat hlađenja u rashladnoj komori. Dalje od isparivača, rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u tečno agregacijsko stanje. To je obrnut proces, koji dovodi do oslobađanja preuzete topline u vanjsko okruženje. U pravilu se baca u prostoriju, a stražnji zid frižidera je relativno topao.

Toplotna pumpa radi na gotovo isti način, s tom razlikom što se toplina uzima iz vanjskog okruženja i ulazi kroz isparivač u unutrašnje okruženje- sistem grijanja prostorija.

U pravoj toplotnoj pumpi voda se zagrijava, prolazeći kroz vanjski krug položen u zemlju ili rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.

U isparivaču se toplota prenosi na unutrašnji krug ispunjen rashladnim sredstvom niske tačke ključanja, koje, prolazeći kroz isparivač, prelazi iz tečno stanje u gasovito stanje, upijajući toplotu.

Nadalje, rashladno sredstvo u plinu ulazi u kompresor, gdje se kompresuje do visokog tlaka i temperature, te ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između vrućeg plina i nosača topline iz sistema grijanja.

Kompresoru je potrebna električna energija za rad, međutim, omjer transformacije (omjer potrošene i proizvedene energije) u savremeni sistemi dovoljno visok da bude efikasan.

Trenutno se toplotne pumpe široko koriste za grijanje prostora, uglavnom u ekonomski razvijenim zemljama.

Eko-ispravna energija

Geotermalna energija se smatra ekološki prihvatljivom, što je općenito istina. Prije svega, koristi obnovljiv i praktično neiscrpan resurs. Geotermalna energija nije potrebna velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, i ne zagađuje atmosferu, za razliku od ugljikovodične energije. GeoPP u prosjeku zauzima 400 m 2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Ista brojka za termoelektranu na ugalj, na primjer, iznosi 3600 m 2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i nisku potrošnju vode - 20 litara svježa voda po 1 kW, dok termoelektrane i nuklearne elektrane zahtijevaju oko 1000 litara. Imajte na umu da su ovo ekološki indikatori "prosječnog" GeoPP-a.

Ali i dalje postoje negativne nuspojave. Među njima se najčešće izdvajaju buka, toplotno zagađenje atmosfere i hemijsko zagađenje vode i tla, kao i stvaranje čvrstog otpada.

Glavni izvor hemijskog zagađenja životne sredine je sama termalna voda (sa visokom temperaturom i mineralizacijom), koja često sadrži velike količine toksičnih jedinjenja, pa se javlja problem odlaganja otpadnih voda i opasnih materija.

Negativni efekti geotermalne energije mogu se pratiti u nekoliko faza, počevši od bušenja bušotina. Ovdje nastaju iste opasnosti kao i kod bušenja bilo kojeg bunara: uništavanje tla i vegetacije, zagađenje tla i podzemnih voda.

U fazi rada GeoPP-a i dalje postoje problemi zagađenja životne sredine. Termalni fluidi - voda i para - obično sadrže ugljični dioksid (CO 2), sumpor sulfid (H 2 S), amonijak (NH 3), metan (CH 4), kuhinjsku so (NaCl), bor (B), arsen (As ), živa (Hg). Kada se ispuste u životnu sredinu, postaju izvori zagađenja. Osim toga, agresivno kemijsko okruženje može uzrokovati korozijsko oštećenje GeoTPP struktura.

Istovremeno, emisije zagađujućih materija na GeoPP su u prosjeku niže nego na TE. Na primjer, emisije ugljen-dioksid za svaki proizvedeni kilovat-sat električne energije iznose 380 g u GeoPP, 1042 g - u termoelektranama na ugalj, 906 g - u lož-ulju i 453 g - u termoelektranama na plin.

Postavlja se pitanje: šta učiniti sa otpadnim vodama? Sa niskim salinitetom, nakon hlađenja, može se ispuštati u površinske vode. Drugi način je da se pumpa nazad u vodonosnik kroz injekcionu bušotinu, što je trenutno poželjna i preovlađujuća praksa.

Ekstrakcija termalne vode iz akvifera (kao i ispumpavanje obične vode) može uzrokovati slijeganje i pomjeranje tla, druge deformacije geoloških slojeva i mikro-potrese. Vjerovatnoća takvih pojava je obično mala, iako su zabilježeni pojedinačni slučajevi (na primjer, na GeoPP-u u Staufen im Breisgau u Njemačkoj).

Treba naglasiti da se većina GeoPP-ova nalazi u relativno slabo naseljenim područjima iu zemljama trećeg svijeta, gdje su ekološki zahtjevi manje strogi nego u razvijenim zemljama. Osim toga, u ovom trenutku broj GeoPP-ova i njihovi kapaciteti su relativno mali. Sa većim razvojem geotermalne energije, ekološki rizici se mogu povećati i umnožiti.

Kolika je energija Zemlje?

Investicioni troškovi izgradnje geotermalnih sistema variraju u veoma širokom rasponu - od 200 do 5000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije opcije su uporedive sa troškovima izgradnje termoelektrane. One zavise, prije svega, od uslova nastanka termalnih voda, njihovog sastava i dizajna sistema. Bušenje na velike dubine, stvaranje zatvorenog sistema sa dva bunara, potreba za tretmanom vode može višestruko povećati troškove.

Na primjer, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sistema (PTS) procjenjuju se na 1,6–4 hiljade dolara po 1 kW instaliranog kapaciteta, što premašuje troškove izgradnje nuklearne elektrane i uporedivo je sa troškovima izgradnje vjetroelektrane i solarne elektrane.

Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatan nosilac energije. Poređenja radi, u strukturi troškova tekuće termoelektrane ili nuklearne elektrane gorivo čini 50-80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama energije. Otuda još jedna prednost geotermalni sistem: operativni troškovi su stabilniji i predvidljiviji, jer ne zavise od eksternih cijena energije. Općenito, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2-10 centi (60 kopejki-3 rublje) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.

Druga najveća (i veoma značajna) stavka rashoda nakon energenta je, po pravilu, plata osoblja stanice, koja može drastično da varira u zavisnosti od zemlje i regiona.

U prosjeku, cijena 1 kWh geotermalne energije uporediva je s onim za termoelektrane (u ruskim uvjetima - oko 1 rublja / 1 kWh) i deset puta veća od cijene proizvodnje električne energije u hidroelektranama (5-10 kopejki). / 1 kWh).

Dio razloga za visoku cijenu je taj što, za razliku od termo i hidrauličnih elektrana, GeoTPP ima relativno mali kapacitet. Pored toga, potrebno je uporediti sisteme koji se nalaze u istom regionu iu sličnim uslovima. Tako, na primjer, na Kamčatki, prema stručnjacima, 1 kWh geotermalne električne energije košta 2-3 puta jeftinije od struje proizvedene u lokalnim termoelektranama.

Pokazatelji ekonomske efikasnosti geotermalnog sistema zavise, na primjer, od toga da li je potrebno odlagati otpadne vode i na koji način se to radi, da li je moguće kombinirano korištenje resursa. dakle, hemijski elementi a jedinjenja ekstrahovana iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: tamo je primarna bila kemijska proizvodnja, a korištenje geotermalne energije u početku je bilo pomoćne prirode.

Geotermalna energija Forwards

Geotermalna energija se razvija nešto drugačije od vjetra i sunca. Trenutno to uvelike ovisi o prirodi samog resursa, koji se oštro razlikuje po regijama, a najveće koncentracije vezane su za uske zone geotermalnih anomalija, obično povezane s područjima tektonskih rasjeda i vulkanizma.

Osim toga, geotermalna energija je tehnološki manje kapaciteta u odnosu na vjetar, a još više u odnosu na solarnu energiju: sistemi geotermalnih stanica su prilično jednostavni.

U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije geotermalna komponenta zauzima manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njen udio dostiže 25-30%. Zbog povezanosti sa geološkim uslovima, značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentrisan je u zemljama trećeg svijeta, gdje postoje tri najrazvijenija klastera industrije - ostrva Jugoistočne Azije, Centralne Amerike i Istočne Afrike. Prve dvije regije dio su pacifičkog "Vatrenog pojasa Zemlje", a treća je vezana za istočnoafrički rascjep. Sa najvećom vjerovatnoćom, geotermalna energija će se nastaviti razvijati u ovim pojasevima. Daleka perspektiva je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplinu zemljinih slojeva koji leže na dubini od nekoliko kilometara. To je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva visoki troškovi Stoga se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.

Općenito, s obzirom na sveprisutnost geotermalnih resursa i prihvatljiv nivo ekološke sigurnosti, postoji razlog za vjerovanje da geotermalna energija ima dobre izglede za razvoj. Pogotovo sa sve većom prijetnjom nestašice tradicionalnih energenata i porastom cijena za njih.

Od Kamčatke do Kavkaza

U Rusiji razvoj geotermalne energije ima prilično dugu istoriju, a po nizu pozicija smo među svjetskim liderima, iako je udio geotermalne energije u ukupnom energetskom bilansu jedne ogromne zemlje još uvijek zanemarljiv.

Pioniri i centri za razvoj geotermalne energije u Rusiji bili su dva regiona - Kamčatka i Severni Kavkaz, i ako je u prvom slučaju reč pre svega o elektroenergetici, onda u drugom - o korišćenju toplotne energije termalnu vodu.

Na Sjevernom Kavkazu - u Krasnodarskoj teritoriji, Čečeniji, Dagestanu - toplina termalnih voda korištena je u energetske svrhe još prije Velikog domovinskog rata. Tokom 1980-1990-ih, razvoj geotermalne energije u regionu je, iz očiglednih razloga, zastao i još se nije oporavio od stanja stagnacije. Ipak, geotermalna voda na Sjevernom Kavkazu osigurava toplinu za oko 500 hiljada ljudi, a, na primjer, grad Labinsk na Krasnodarskom teritoriju sa populacijom od 60 hiljada ljudi u potpunosti se zagrijava geotermalnim vodama.

Na Kamčatki se istorija geotermalne energije prvenstveno povezuje sa izgradnjom GeoPP. Prve od njih, koje još uvijek rade stanice Pauzhetskaya i Paratunskaya, izgrađene su još 1965–1967. godine, dok je Paratunska GeoPP kapaciteta 600 kW postala prva stanica na svijetu sa binarnim ciklusom. Bio je to razvoj sovjetskih naučnika S. S. Kutateladzea i A. M. Rosenfelda sa Instituta za termičku fiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka, koji su 1965. godine dobili potvrdu o autorskim pravima za vađenje električne energije iz vode s temperaturom od 70 ° C. Ova tehnologija je kasnije postala prototip za više od 400 binarnih GeoPP-ova u svijetu.

Kapacitet Paužetske GeoPP, puštene u rad 1966. godine, u početku je bio 5 MW, a zatim je povećan na 12 MW. Trenutno je stanica u izgradnji binarnog bloka, koji će povećati njen kapacitet za još 2,5 MW.

Razvoj geotermalne energije u SSSR-u i Rusiji bio je sputan dostupnošću tradicionalnih izvora energije - nafte, gasa, uglja, ali nikada nije prestao. Najveći geotermalni energetski objekti u ovom trenutku su Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ukupne snage 12 MW elektrane, puštene u rad 1999. godine, i Mutnovskaya GeoPP snage 50 MW (2002).

Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya GeoPP jedinstveni su objekti ne samo za Rusiju, već i na globalnom nivou. Stanice se nalaze u podnožju vulkana Mutnovsky, na nadmorskoj visini od 800 metara i rade u ekstremnim klimatskim uslovima, gde je zima 9-10 meseci godišnje. Oprema Mutnovsky GeoPP, trenutno jedne od najmodernijih u svijetu, u potpunosti je kreirana u domaćim elektroenergetskim preduzećima.

Trenutno, udio stanica Mutnovsky u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Centralne Kamčatke iznosi 40%. U narednim godinama planirano je povećanje kapaciteta.

Odvojeno, treba reći o ruskom petrotermalnom razvoju. Još nemamo veliki PDS, međutim, postoje napredne tehnologije za bušenje na velike dubine (oko 10 km), koje takođe nemaju analoga u svijetu. Njihov dalji razvoj će omogućiti drastično smanjenje troškova stvaranja petrotermalnih sistema. Programeri ovih tehnologija i projekata su N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geološki institut Ruske akademije nauka), A. S. Nekrasov (Institut za ekonomsko predviđanje Ruske akademije nauka) i stručnjaci iz Kaluške turbinske fabrike. Trenutno je projekat petrotermalnog cirkulacionog sistema u Rusiji u pilot fazi.

Izgledi za geotermalnu energiju u Rusiji postoje, iako su relativno udaljeni: u ovom trenutku potencijal je prilično velik, a pozicija tradicionalne energije je jaka. Istovremeno, u brojnim udaljenim regijama zemlje korištenje geotermalne energije je ekonomski isplativo i traženo je i sada. To su teritorije sa visokim geoenergetskim potencijalom (Čukotka, Kamčatka, Kurili - ruski deo pacifičkog "vatrenog pojasa Zemlje", planine Južnog Sibira i Kavkaza) i istovremeno udaljene i odsečene. iz centralizovanog snabdevanja energijom.

Vjerovatno će se u narednim decenijama geotermalna energija u našoj zemlji razvijati upravo u takvim regijama.

Kiril Degtjarev,
Istraživač, Moskovski državni univerzitet M. V. Lomonosov
"Nauka i život" br. 9, br. 10 2013

Geotermalna energija je toplota unutrašnjosti Zemlje. Nastaje u dubinama i dolazi na površinu Zemlje u različitim oblicima i različitim intenzitetom.

Temperatura gornjih slojeva tla ovisi uglavnom o vanjskim (egzogenim) faktorima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Ljeti i tokom dana tlo se zagrijava do određene dubine, a zimi i noću se hladi prateći promjenu temperature zraka i sa određenim zakašnjenjem, povećavajući se sa dubinom. Utjecaj dnevnih kolebanja temperature zraka završava se na dubinama od nekoliko do nekoliko desetina centimetara. Sezonske fluktuacije zahvaćaju dublje slojeve tla - do desetina metara.

Kada je srednja godišnja temperatura vazduha u datom području ispod nule, to se manifestuje kao permafrost (tačnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutog tla tokom cijele godine dostiže mjestimično 200-300 m.

Toplotni tok zemljine unutrašnjosti, koji dopire do površine Zemlje, je mali - u prosjeku, njegova snaga je 0,03–0,05 W / m 2, odnosno otprilike 350 W h / m 2 godišnje. Na pozadini toplotnog toka sa Sunca i zraka koji se njime zagrijava, ovo je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, ovo je u prosjeku, sa ogromnim rasponom između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o drugim klimatskim i vremenskim faktorima).

Neznačajnost toplotnog toka iz dubine na površinu u većem dijelu planete povezana je sa niskom toplotnom provodljivošću stijena i osobenostima geološke strukture. Ali postoje izuzeci - mjesta gdje je protok topline visok. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, pojačane seizmičke aktivnosti i vulkanizma, gdje energija unutrašnjosti zemlje nalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju termalne anomalije litosfere, ovdje toplinski tok koji dopire do površine Zemlje može biti višestruko, pa čak i za redove veličine, jači od "uobičajenog". U ovim zonama ogromna količina topline izbacuje se na površinu vulkanskim erupcijama i toplim izvorima vode.

Upravo su ova područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na teritoriji Rusije to su, prije svega, Kamčatka, Kurilska ostrva i Kavkaz.

Recipročan je geotermalni korak, ili interval dubine na kojem temperatura raste za 1°C.

Što je veći gradijent i, shodno tome, niži korak, toplina Zemljinih dubina se više približava površini i ovo područje je perspektivnije za razvoj geotermalne energije.

U različitim područjima, u zavisnosti od geološke strukture i drugih regionalnih i lokalnih uslova, brzina porasta temperature sa dubinom može dramatično varirati. Na skali Zemlje, fluktuacije u vrijednostima geotermalnih gradijenata i stepenica dostižu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150°C na 1 km, au Južnoj Africi 6°C na 1 km.

Drugi primjer je bunar postavljen u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je na dubini od 500 m zabilježena temperatura od 42°C, na 1,5 km - 70°C, na 2 km - 80°C, na 3 km - 108°C.

Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.

Na dubinama od nekoliko kilometara ima mnogo topline, ali kako je podići? Ponekad nam sama priroda rješava ovaj problem uz pomoć prirodnog rashladnog sredstva - zagrijane termalne vode koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.

Toplina podzemne vode, pare, mješavine pare i vode je hidrotermalna energija. Shodno tome, energija zasnovana na njenoj upotrebi naziva se hidrotermalna.

Situacija je složenija s proizvodnjom topline direktno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer dovoljno visoke temperature po pravilu počinju s dubine od nekoliko kilometara.

Na teritoriji Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od hidrotermalne energije - 3.500 i 35 triliona tona standardnog goriva, respektivno. To je sasvim prirodno - toplina Zemljinih dubina je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očiglednih tehničkih poteškoća, većina termalnih voda se trenutno koristi za proizvodnju toplinske i električne energije.

Temperature vode od 20-30 do 100°C pogodne su za grijanje, temperature od 150°C i više - i za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.

Generalno, geotermalni resursi na teritoriji Rusije, u smislu tona standardnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije, su oko 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.

Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući tople izvore koji dolaze na površinu Zemlje i čak šikljaju u obliku gejzira.

„Ukroćenje“ geotermalne energije u 20. veku je značajno ekonomski pomoglo Islandu. Do sredine prošlog veka bila je veoma siromašna država, sada je na prvom mestu u svetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po glavi stanovnika, a u prvih deset je po apsolutnom instaliranom kapacitetu geotermalne energije. biljke. Međutim, njegova populacija je samo 300 hiljada ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potreba za tim je općenito mala.

Upotreba geotermalne energije ima veoma dugu istoriju. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u provinciji Toskana, koje se danas zove Larderello, gdje su se još početkom 19. stoljeća za energiju koristile lokalne tople termalne vode, koje su tekle prirodno ili izvađene iz plitkih bunara. svrhe.

U Sjedinjenim Državama, prva hidrotermalna elektrana pojavila se u Kaliforniji početkom 1930-ih, na Novom Zelandu - 1958., u Meksiku - 1959., u Rusiji (prvi binarni GeoPP) - 1965. godine.

Stari princip na novom izvoru

U termoelektranama u pravilu kao primarni izvor energije djeluju ugalj, plin ili lož ulje, a vodena para kao radni fluid. Gorivo, sagorijevanje, zagrijava vodu do stanja pare, koja rotira parna turbina i proizvodi električnu energiju.

Razlika između GeoPP-a je u tome što je primarni izvor energije ovdje toplina unutrašnjosti zemlje i radni fluid u obliku pare ulazi u lopatice turbine elektrogeneratora u "spremnom" obliku direktno iz proizvodne bušotine.

Postoje tri glavne sheme rada GeoPP-a: direktna, korištenjem suhe (geotermalne) pare; indirektni, bazirani na hidrotermalnoj vodi, i mješoviti, ili binarni.

Upotreba jedne ili druge sheme ovisi o stanju agregacije i temperaturi energetskog nosača.

Izduvna para ulazi u injektorsku bušotinu ili se koristi za grijanje prostora - u ovom slučaju princip je isti kao kod rada CHP-a.

Sve tri sheme koriste hidrotermalni izvor, ali petrotermalna energija se također može koristiti za proizvodnju električne energije.

Poklon od Lorda Kelvina

Pronalazak toplotne pumpe 1852. godine od strane fizičara Williama Thompsona (poznatog kao Lord Kelvin) omogućio je čovječanstvu prava prilika korištenje niske razine topline gornjih slojeva tla. Sistem toplotne pumpe, ili toplotni multiplikator kako ga je nazvao Thompson, zasniva se na fizičkom procesu prenošenja toplote iz okoline na rashladno sredstvo. U stvari, koristi isti princip kao u petrotermalnim sistemima. Razlika je u izvoru topline, u vezi s čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj mjeri se toplotna pumpa može smatrati geotermalnim sistemom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od desetine ili stotine metara, stijene i tekućine sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor toplote, iako se uzima, kao iu geotermalnim sistemima, iz zemlje.

Supstanca sa niskom tačkom ključanja deluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućava da uzima toplotu iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.

U frižideru, tečno rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator pritiska), gde usled naglog pada pritiska tečnost isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva da se toplina apsorbira izvana. Kao rezultat, toplina se uzima iz unutrašnjih zidova isparivača, što osigurava rashladni efekat u komori hladnjaka. Dalje od isparivača, rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u tečno agregacijsko stanje. To je obrnut proces, koji dovodi do oslobađanja preuzete topline u vanjsko okruženje. U pravilu se baca u prostoriju, a stražnji zid frižidera je relativno topao.

Toplotna pumpa radi na skoro isti način, s tom razlikom što se toplota uzima iz spoljašnje sredine i ulazi u unutrašnju sredinu kroz isparivač – sistem grejanja prostorije.

U pravoj toplotnoj pumpi voda se zagrijava, prolazeći kroz vanjski krug položen u zemlju ili rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.

U isparivaču se toplina prenosi na unutrašnji krug ispunjen rashladnim sredstvom s niskom tačkom ključanja, koje, prolazeći kroz isparivač, prelazi iz tekućeg u plinovito stanje, uzimajući toplinu.

Za rad kompresora je potrebna električna energija, međutim, omjer transformacije (omjer potrošene i proizvedene energije) u modernim sistemima je dovoljno visok da osigura njihovu efikasnost.

Trenutno se toplotne pumpe široko koriste za grijanje prostora, uglavnom u ekonomski razvijenim zemljama.

Eko-ispravna energija

Geotermalna energija se smatra ekološki prihvatljivom, što je općenito istina. Prije svega, koristi obnovljiv i praktično neiscrpan resurs. Geotermalna energija ne zahtijeva velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, i ne zagađuje atmosferu, za razliku od ugljikovodične energije. GeoPP u prosjeku zauzima 400 m 2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Ista brojka za termoelektranu na ugalj, na primjer, iznosi 3600 m 2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i nisku potrošnju vode - 20 litara svježe vode na 1 kW, dok termoelektrane i nuklearne elektrane zahtijevaju oko 1000 litara. Imajte na umu da su ovo ekološki indikatori "prosječnog" GeoPP-a.

Ali i dalje postoje negativne nuspojave. Među njima se najčešće izdvajaju buka, toplotno zagađenje atmosfere i hemijsko zagađenje vode i tla, kao i stvaranje čvrstog otpada.

Istovremeno, emisije zagađujućih materija na GeoPP su u prosjeku niže nego na TE. Na primjer, emisije ugljičnog dioksida po kilovat-satu proizvedene električne energije iznose do 380 g u GeoPP, 1042 g u termoelektranama na ugalj, 906 g u lož-ulju i 453 g u termoelektranama na plin.

Kolika je energija Zemlje?

Investicioni troškovi izgradnje geotermalnih sistema variraju u veoma širokom rasponu - od 200 do 5000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije opcije su uporedive sa troškovima izgradnje termoelektrane. One zavise, prije svega, od uslova nastanka termalnih voda, njihovog sastava i dizajna sistema. Duboko bušenje, stvaranje zatvoreni sistem sa dva bunara, potreba za prečišćavanjem vode može višestruko umnožiti troškove.

Na primjer, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sistema (PTS) procjenjuju se na 1,6-4 hiljade dolara po 1 kW instalirane snage, što premašuje troškove izgradnje. nuklearna elektrana i uporedivi sa troškovima izgradnje vjetroelektrana i solarnih elektrana.

Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatan nosilac energije. Poređenja radi, u strukturi troškova tekuće termoelektrane ili nuklearne elektrane gorivo čini 50-80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama energije. Otuda još jedna prednost geotermalnog sistema: operativni troškovi su stabilniji i predvidljiviji, jer ne zavise od eksterne konjunkture cena energije. Općenito, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2-10 centi (60 kopejki-3 rublje) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.

Druga najveća (i veoma značajna) stavka rashoda nakon energenta je, po pravilu, plata osoblja stanice, koja može drastično da varira u zavisnosti od zemlje i regiona.

Pokazatelji ekonomske efikasnosti geotermalnog sistema zavise, na primjer, od toga da li je potrebno odlagati otpadne vode i na koji način se to radi, da li je moguće kombinirano korištenje resursa. Dakle, hemijski elementi i jedinjenja ekstrahovani iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: tamo je primarna bila kemijska proizvodnja, a korištenje geotermalne energije u početku je bilo pomoćne prirode.

Geotermalna energija Forwards

Osim toga, geotermalna energija je tehnološki manje kapaciteta u odnosu na vjetar, a još više u odnosu na solarnu energiju: sistemi geotermalnih stanica su prilično jednostavni.

U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije geotermalna komponenta zauzima manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njen udio dostiže 25-30%. Zbog povezanosti sa geološkim uslovima, značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentrisan je u zemljama trećeg svijeta, gdje postoje tri najrazvijenija klastera industrije - ostrva Jugoistočne Azije, Centralne Amerike i Istočne Afrike. Prve dvije regije dio su pacifičkog "Vatrenog pojasa Zemlje", a treća je vezana za istočnoafrički rascjep. Sa najvećom vjerovatnoćom, geotermalna energija će se nastaviti razvijati u ovim pojasevima. Daleka perspektiva je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplinu zemljinih slojeva koji leže na dubini od nekoliko kilometara. Ovo je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva visoke troškove, pa se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.

Od Kamčatke do Kavkaza

Trenutno, udio stanica Mutnovsky u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Centralne Kamčatke iznosi 40%. U narednim godinama planirano je povećanje kapaciteta.

Vjerovatno će se u narednim decenijama geotermalna energija u našoj zemlji razvijati upravo u takvim regijama.