Toplina zemlje. Vjerovatni izvori unutrašnja toplota

Geotermija- nauka koja proučava termalno polje Zemlje. Prosječna površinska temperatura Zemlje ima opštu tendenciju pada. Prije tri milijarde godina prosječna temperatura na Zemljinoj površini bila je 71 o, sada je 17 o. Izvori toplote (termalni ) Zemljina polja su unutrašnja i eksternih procesa. Toplota Zemlje uzrokovana je sunčevim zračenjem i nastaje u utrobi planete. Vrijednosti priliva topline iz oba izvora su kvantitativno izuzetno različite i njihove uloge u životu planete su različite. solarno grijanje Zemlja čini 99,5% ukupne količine toplote koju prima njena površina, a udio unutrašnjeg grijanja čini 0,5%. Osim toga, priliv unutrašnja toplota vrlo neravnomjerno raspoređena na Zemlji i koncentrisana je uglavnom na mjestima manifestacije vulkanizma.

Vanjski izvor je sunčevo zračenje . Pola solarna energija apsorbira površina, vegetacija i pripovršinski sloj zemljine kore. Druga polovina se reflektuje u svetski prostor. Sunčevo zračenje održava temperaturu Zemljine površine u prosjeku na oko 0 0 S. solarna toplota prestaje i temperatura postaje konstantna (neutralni sloj). Ova dubina je minimalna u područjima sa morska klima i maksimum na Arktiku. Ispod ove granice nalazi se pojas konstantne temperature koji odgovara srednjoj godišnjoj temperaturi područja. Tako, na primjer, u Moskvi na području poljoprivrede. akademija. Timirjazeva, na dubini od 20 m, temperatura je uvijek ostala jednaka 4,2 °C od 1882. U Parizu, na dubini od 28 m, termometar je konstantno pokazivao 11,83 °C više od 100 godina. konstantna temperatura je najdublja gdje je višegodišnja (vječni mraz. Ispod pojasa konstantne temperature nalazi se geotermalna zona, koju karakterizira toplina koju proizvodi sama Zemlja.

Unutrašnji izvori su utroba Zemlje. Zemlja zrači više toplote u svemir nego što prima od Sunca. Unutrašnji izvori uključuju preostalu toplotu iz vremena kada je planeta otopljena, toplotu termonuklearnih reakcija koje se dešavaju u utrobi Zemlje, toplotu gravitacionog kompresije Zemlje pod dejstvom gravitacije, toplotu hemijskih reakcija i procesa kristalizacije. itd. (na primjer, trenje plime i oseke). Toplota iz crijeva dolazi uglavnom iz pokretnih zona. Povećanje temperature sa dubinom povezano je sa postojanjem unutrašnjih izvora toplote - raspadom radioaktivnih izotopa - U, Th, K, gravitacionom diferencijacijom materije, plimnim trenjem, egzotermnim redoksom hemijske reakcije, metamorfizam i fazni prijelazi. Brzina povećanja temperature sa dubinom određena je brojnim faktorima - toplotnom provodljivošću, propusnošću stijene, blizina vulkanskih žarišta itd.

Ispod pojasa konstantnih temperatura dolazi do porasta temperature, u prosjeku 1 o na 33 m ( geotermalna faza) ili 3 o svakih 100 m ( geotermalni gradijent). Ove vrijednosti su pokazatelji toplotnog polja Zemlje. Jasno je da su ove vrijednosti prosječne i da variraju u vrijednosti u raznim poljima ili područja na zemlji. Geotermalni korak je različit u različitim tačkama na Zemlji. Na primjer, u Moskvi - 38,4 m, u Lenjingradu 19,6, u Arhangelsku - 10. Dakle, prilikom bušenja duboke bušotine na poluostrvu Kola na dubini od 12 km, pretpostavljena je temperatura od 150 °, u stvarnosti se ispostavilo da biti oko 220 stepeni. Prilikom bušenja bušotina u sjevernom Kaspijskom moru na dubini od 3000 m, pretpostavljeno je da je temperatura 150 stepeni, ali se ispostavilo da je 108 stepeni.

Treba napomenuti da klimatske karakteristike teren i prosječna godišnja temperatura ne utiču na promjenu vrijednosti geotermalnog koraka, a razlozi su u sljedećem:

1) u različitoj toplotnoj provodljivosti stena koje čine određeno područje. Pod merom toplotne provodljivosti podrazumeva se količina toplote u kalorijama preneta u 1 sekundi. Kroz presek od 1 cm 2 sa temperaturnim gradijentom od 1 o C;

2) u radioaktivnosti stena nego veća toplotna provodljivost i radioaktivnosti, što je niži geotermalni korak;

3) u raznim uslovima pojava stijena i starost poremećaja njihovog nastanka; zapažanja su pokazala da temperatura raste brže u slojevima sakupljenim u naborima, često imaju kršenja (pukotine), kroz koje je olakšan pristup toplini iz dubine;

4) priroda podzemnih voda: tople podzemne vode teku toplo kamenje, hladne hladne;

5) udaljenost od okeana: u blizini okeana zbog hlađenja stijena masom vode, geotermalni korak je veći, a na kontaktu manji.

Poznavanje specifične vrijednosti geotermalnog koraka je od velike praktične važnosti.

1. Ovo je važno pri projektovanju mina. U nekim slučajevima biće potrebno preduzeti mere za veštačko snižavanje temperature u dubokim radovima (temperatura - 50°C je granica za osobu na suvom vazduhu i 40°C na vlažnom vazduhu); u drugima će biti moguće raditi na velikim dubinama.

2. Velika važnost ima procjenu temperaturnih uslova tokom tuneliranja u planinskim područjima.

3. Proučavanje geotermalnih uslova unutrašnjosti Zemlje omogućava korištenje pare i toplih izvora koji izviru na površini Zemlje. podzemna toplota koristi se, na primjer, u Italiji, Islandu; u Rusiji je izgrađena eksperimentalna industrijska elektrana na prirodnoj toploti na Kamčatki.

Koristeći podatke o veličini geotermalne stepenice, možemo napraviti neke pretpostavke o temperaturni uslovi duboke zone zemlje. Ako uzmemo prosječnu vrijednost geotermalnog koraka kao 33 m i pretpostavimo da se povećanje temperature sa dubinom odvija ravnomjerno, tada će na dubini od 100 km biti temperatura od 3000 °C. Ova temperatura prelazi tačke topljenja svih tvari poznate na Zemlji, stoga bi na ovoj dubini trebale biti rastopljene mase. Ali zbog ogromnog pritiska od 31.000 atm. Pregrijane mase nemaju karakteristike tečnosti, ali su obdarene karakteristikama čvrstog tijela.

Sa dubinom, geotermalni korak se očigledno mora značajno povećati. Ako pretpostavimo da se korak ne mijenja sa dubinom, tada bi temperatura u centru Zemlje trebala biti oko 200.000 stepeni, a prema proračunima ne može preći 5.000 - 10.000 stepeni.

Za Rusiju, energija Zemljine toplote može postati stalan, pouzdan izvor obezbeđivanja jeftine i pristupačne električne energije i toplote koristeći nove visoke, ekološki prihvatljive čiste tehnologije za njegovo vađenje i isporuku potrošaču. 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. glavne regije za proizvodnju nafte bile su „Drugi Baku“ na Volgi i Cis-Uralu, zatim, počevši od 1970-ih, pa do danas, takvo područje je Zapadni Sibir. 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 mada sirovinska baza ulje i gasna industrija i dalje dovoljna za vađenje nafte i gasa u Rusiji u potrebnim količinama, u bliskoj budućnosti će se u sve većoj meri obezbediti kroz razvoj ležišta sa složenim rudarskim i geološkim uslovima. Istovremeno, troškovi proizvodnje ugljovodonika će rasti.

Većina neobnovljivih resursa izvađenih iz podzemlja koristi se kao gorivo 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

Pojačani interes u svijetu posljednjih decenija za alternativne obnovljive izvore energije (OIE) uzrokovan je ne samo iscrpljivanjem rezervi ugljikovodičnih goriva, već i potrebom rješavanja pitanja životne sredine. 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 korištenje instalacija toplinske pumpe (HPU), čiji se princip rada zasniva na potrošnji niskopotencijalne toplinske energije Zemlje.

Niskopotencijalna energija Zemljinih toplotnih i toplotnih pumpi

Izvori niskopotencijalne toplotne energije Zemlje su sunčevo zračenje i toplotno zračenje zagrijana crijeva 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; hlađenje zraka, čak i ljeti, je relativno rijetko potrebno. 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 podnog grijanja se često koriste za grijanje zgrada, u kojima cirkuliše rashladno sredstvo relativno niske temperature (35-40 °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 rashladna tečnost cirkuliše kroz njih sa sniženom temperaturom u odnosu na tlo, toplotna energija se "odabira" iz tla i prenosi na isparivač Toplinska pumpa(ili kada koristite rashladnu tečnost sa povišenom temperaturom u odnosu na tlo - njeno hlađenje).

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.

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 vjeruju da je termalno polje naše planete posljedica radioaktivnog raspada u njenim dubinama, kao i gravitacijskog 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 dijeli se na suhu toplu paru, mokru toplu paru i vruća voda. pa, što jeste važan izvor energija za električnu željeznica u Italiji (blizu 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. Tokom proteklog vremena akumulirano je značajno iskustvo u oblasti praktičnog razvoja geotermalnih energetskih resursa. Generale instalirani kapacitet Radne geotermalne elektrane (GeoTPP) bile su: 1975. - 1.278 MW, 1990. godine - 7.300 MW. Sjedinjene Države, Filipini, Meksiko, Italija i Japan postigli su najveći napredak u ovom pitanju.
Tehničko-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.

Termin "geotermalna energija" dolazi od grčkih riječi zemlja (geo) i termalna (termalna). Zapravo, geotermalna energija dolazi iz same zemlje. Toplota iz jezgra Zemlje, čija je prosječna temperatura 3600 stepeni Celzijusa, zrači se prema površini planete.

Zagrijavanje izvora i gejzira pod zemljom na dubinama od nekoliko kilometara može se vršiti pomoću posebnih bunara kroz koje topla voda (ili para iz nje) teče na površinu, gdje se može koristiti direktno kao toplina ili indirektno za proizvodnju električne energije uključivanjem rotirajućih turbine.

Budući da se voda ispod zemljine površine stalno obnavlja, a jezgro Zemlje će nastaviti stvarati toplinu u odnosu na ljudski život neograničeno, geotermalna energija će na kraju čista i obnovljiva.

Metode prikupljanja energetskih resursa Zemlje

Danas postoje tri glavne metode za prikupljanje geotermalne energije: suha para, topla voda i binarni ciklus. Proces suve pare direktno pokreće turbinske pogone generatora energije. Topla voda ulazi odozdo prema gore, a zatim se raspršuje u rezervoar kako bi se stvorila para za pogon turbina. Ove dvije metode su najčešće, proizvode stotine megavata električne energije u SAD-u, Islandu, Evropi, Rusiji i drugim zemljama. Ali lokacija je ograničena, jer ova postrojenja rade samo u tektonskim regijama gdje je lakše doći do zagrijane vode.

Sa tehnologijom binarnog ciklusa, topla (ne nužno topla) voda se izvlači na površinu i kombinuje sa butanom ili pentanom, koji ima nisku tačku ključanja. Ova tečnost se pumpa kroz izmjenjivač topline, gdje isparava i šalje se kroz turbinu prije nego što se vrati natrag u sistem. Tehnologija binarnog ciklusa obezbeđuje desetine megavata električne energije u SAD: Kaliforniji, Nevadi i Havajskim ostrvima.

Princip dobijanja energije

Nedostaci dobijanja geotermalne energije

Na nivou komunalnih usluga, geotermalne elektrane su skupe za izgradnju i rad. Za pretragu pogodno mjesto potrebna su skupa istraživanja bunara bez garancije da će doći do produktivnog podzemnog žarišta. Međutim, analitičari očekuju da će se ovaj kapacitet skoro udvostručiti u narednih šest godina.

Osim toga, područja s visokom temperaturom podzemnog izvora nalaze se u područjima s aktivnim geološkim i hemijskim vulkanima. Ove "vruće tačke" nastale su na granicama tektonskih ploča na mjestima gdje je kora prilično tanka. Pacifik se često naziva vatrenim prstenom za mnoge vulkane gdje ima mnogo žarišta, uključujući one na Aljasci, Kaliforniji i Oregonu. Nevada ima stotine žarišnih tačaka koje pokrivaju veći dio sjevera SAD-a.

Postoje i drugi seizmički aktivna područja. Zemljotresi i kretanje magme omogućavaju kruženje vode. Na nekim mjestima voda izlazi na površinu i javljaju se prirodni topli izvori i gejziri, kao na primjer na Kamčatki. Voda u gejzirima Kamčatke dostiže 95°C.

Jedan od problema otvoreni sistem gejziri je oslobađanje nekih zagađivača zraka. Vodonik sulfid je otrovan plin vrlo prepoznatljivog mirisa" pokvareno jaje“ – ne veliki broj arsena i minerala koji se oslobađaju parom. Sol takođe može predstavljati ekološki problem.

Na geotermalne elektrane koji se nalaze u moru, u cijevima se nakuplja značajna količina interferirajuće soli. U zatvorenim sistemima nema emisija i sva tečnost iznesena na površinu se vraća.

Ekonomski potencijal energetskog resursa

Seizmički aktivna mjesta nisu jedina mjesta gdje se može pronaći geotermalna energija. Postoji stalna opskrba upotrebljivom toplinom za potrebe direktnog grijanja na dubinama od 4 metra do nekoliko kilometara ispod površine praktično bilo gdje na zemlji. Čak i zemljište u vlastitom dvorištu ili u lokalnoj školi ima ekonomski potencijal za grijanje kuće ili drugih zgrada.

Osim toga, postoji ogromna količina toplinske energije u suhim stijenama vrlo duboko ispod površine (4 - 10 km).

Upotreba nova tehnologija može proširiti geotermalni sistemi gdje ljudi mogu koristiti tu toplinu za proizvodnju električne energije u mnogo većem obimu od konvencionalne tehnologije. Prvi demonstracijski projekti ovog principa proizvodnje električne energije prikazani su u Sjedinjenim Državama i Australiji već 2013. godine.

Ukoliko se ostvari puni ekonomski potencijal geotermalnih resursa, to će predstavljati ogroman izvor električne energije za proizvodne kapacitete. Naučnici sugerišu da konvencionalni geotermalni izvori imaju potencijal od 38.000 MW, što može proizvesti 380 miliona MW električne energije godišnje.

Vruće suhe stijene se javljaju na dubinama od 5 do 8 km svuda pod zemljom i na manjim dubinama na pojedinim mjestima. Pristup ovim resursima uključuje uvođenje hladne vode koja cirkuliše kroz vruće stijene i uklanjanje zagrijane vode. Trenutno ne postoji komercijalna primjena ove tehnologije. Postojeće tehnologije ipak ne dozvoljavaju povrat toplotne energije direktno iz magme, veoma duboke, ali ovo je najmoćniji izvor geotermalne energije.

Kombinacijom energetskih resursa i njegove konzistentnosti, geotermalna energija može igrati nezamjenjivu ulogu kao čistiji, održiviji energetski sistem.

Izgradnja geotermalnih elektrana

Geotermalna energija je čista i održiva toplota sa Zemlje. Veliki resursi su u rasponu od nekoliko kilometara ispod površine zemlje, pa čak i dublje, do visoke temperature rastopljene stijene zvane magma. Ali kao što je gore opisano, ljudi još nisu stigli do magme.

Tri projekta geotermalnih elektrana

Tehnologija primjene određena je resursom. Ako voda dolazi iz bunara kao para, može se koristiti direktno. Ako je topla voda dovoljno visoka, ona mora proći kroz izmjenjivač topline.

Prva bušotina za proizvodnju električne energije izbušena je prije 1924. godine. Dublje bušotine su izbušene 1950-ih, ali pravi razvoj događa se 1970-ih i 1980-ih.

Direktno korištenje geotermalne topline

Geotermalni izvori se također mogu koristiti direktno za potrebe grijanja. Topla voda se koristi za grijanje zgrada, uzgoj biljaka u staklenicima, sušenje ribe i usjeva, poboljšanje proizvodnje ulja, pomoć industrijskim procesima kao što su pasterizatori mlijeka i zagrijavanje vode u ribnjacima. U SAD-u, Klamath Falls, Oregon i Boise, Idaho koriste geotermalnu vodu za grijanje domova i zgrada više od jednog stoljeća. Na istočnoj obali, gradu Warm Springs, Virginia dobiva toplinu direktno iz izvorske vode koristeći izvore topline u jednom od lokalnih ljetovališta.

Na Islandu se gotovo svaka zgrada u zemlji grije toplom izvorskom vodom. Zapravo, Island više od 50 posto svoje primarne energije dobiva iz geotermalnih izvora. U Reykjaviku, na primjer (118.000 stanovnika), topla voda se prenosi 25 kilometara pokretnom trakom, a stanovnici je koriste za grijanje i prirodne potrebe.

Novi Zeland dodatno dobija 10% električne energije. je nerazvijena, uprkos prisustvu termalnih voda.

S razvojem i formiranjem društva, čovječanstvo je počelo tražiti sve modernije i istovremeno ekonomične načine primanje energije. Za to se danas grade razne stanice, ali istovremeno se naširoko koristi energija sadržana u utrobi zemlje. Kakva je ona? Pokušajmo to shvatiti.

geotermalna energija

Već iz naziva je jasno da predstavlja toplinu zemljine unutrašnjosti. Ispod zemljine kore nalazi se sloj magme, koji je vatreno-tečna silikatna talina. Prema podacima istraživanja, energetski potencijal ove toplote je mnogo veći od energije svetskih rezervi prirodnog gasa, kao i nafte. Magma izlazi na površinu - lava. Štaviše, najveća aktivnost se uočava u onim slojevima zemlje na kojima se nalaze granice tektonskih ploča, kao i tamo gdje se zemljina kora odlikuje tankošću. Geotermalna energija Zemlje dobija se na sledeći način: lava i vodni resursi Planete se sudaraju, uzrokujući dramatično zagrijavanje vode. To dovodi do erupcije gejzira, formiranja takozvanih vrućih jezera i podvodnih struja. Odnosno, upravo one prirodne pojave, čija se svojstva aktivno koriste kao energije.

Vještački geotermalni izvori

Energija sadržana u utrobi zemlje mora se koristiti mudro. Na primjer, postoji ideja za stvaranje podzemnih kotlova. Da biste to učinili, potrebno je izbušiti dvije bušotine dovoljne dubine, koje će biti povezane na dnu. Odnosno, ispostavilo se da u gotovo svakom kutku zemlje možete dobiti geotermalnu energiju. industrijskim putem: kroz jednu bušotinu će se ubrizgavati hladnom vodom u rezervoar, a kroz drugi - izvlači se topla voda ili para. Umjetni izvori topline bit će korisni i racionalni ako će rezultirajuća toplina pružiti više energije. Para se može poslati u turbinske generatore koji će proizvoditi električnu energiju.

Naravno, izvučena toplota je samo delić onoga što je dostupno u ukupnim rezervama. Ali treba imati na umu da će se duboka toplina stalno obnavljati zbog procesa kompresije stijena, stratifikacije crijeva. Prema mišljenju stručnjaka, zemljina kora akumulira toplinu, ukupnošto je 5000 puta više kalorijska vrijednost svi fosilni resursi Zemlje u cjelini. Ispostavilo se da vrijeme rada tako umjetno stvorenih geotermalnih stanica može biti neograničeno.

Izvorne karakteristike

Izvore koji omogućavaju dobijanje geotermalne energije gotovo je nemoguće u potpunosti iskoristiti. Postoje u više od 60 zemalja svijeta, s najvećim brojem kopnenih vulkana na teritoriji pacifičkog vulkanskog vatrenog prstena. Ali u praksi se ispostavlja da geotermalni izvori u različite regije svjetovi su potpuno različiti po svojim svojstvima, tj prosječna temperatura, mineralizacija, sastav gasa, kiselost i tako dalje.

Gejziri su izvori energije na Zemlji, čija je posebnost da u određenim intervalima izbacuju kipuću vodu. Nakon erupcije, bazen se oslobađa vode, na njegovom dnu se vidi kanal koji ide duboko u zemlju. Gejziri se koriste kao izvori energije u regijama kao što su Kamčatka, Island, Novi Zeland i Sjeverna Amerika, a pojedinačni gejziri se nalaze u nekoliko drugih područja.

Odakle dolazi energija?

Neohlađena magma nalazi se vrlo blizu zemljine površine. Iz njega se oslobađaju plinovi i pare, koji se dižu i prolaze kroz pukotine. Miješajući se s podzemnom vodom, uzrokuju njihovo zagrijavanje, sami se pretvaraju u toplu vodu u kojoj su otopljene mnoge tvari. Takva voda se ispušta na površinu zemlje u obliku raznih geotermalnih izvora: toplih izvora, mineralnih izvora, gejzira itd. Prema naučnicima, vruće utrobe zemlje su pećine ili komore povezane prolazima, pukotinama i kanalima. Oni su samo ispunjeni podzemnom vodom, a vrlo blizu njih su magmatske komore. Ovako se prirodno formira toplotnu energiju zemlja.

Zemljino električno polje

Postoji još jedan u prirodi alternativni izvor energije, koja je obnovljiva, ekološki prihvatljiva, jednostavna za korištenje. Istina, do sada je ovaj izvor samo proučavan i nije primjenjivan u praksi. dakle, potencijalna energija Zemlja leži u njoj električno polje. Na ovaj način možete dobiti energiju na osnovu proučavanja osnovnih zakona elektrostatike i karakteristika električno polje Zemlja. U stvari, naša planeta sa električne tačke gledišta je sferni kondenzator napunjen do 300.000 volti. Njegova unutrašnja sfera ima negativan naboj, a vanjska - jonosfera - je pozitivna. je izolator. Kroz njega postoji konstantan protok jonskih i konvektivnih struja, koje dostižu jačinu od više hiljada ampera. Međutim, razlika potencijala između ploča u ovom slučaju se ne smanjuje.

To sugerira da u prirodi postoji generator čija je uloga stalno nadopunjavati curenje naboja iz ploča kondenzatora. Magnetno polje Zemlje djeluje kao takav generator, rotirajući zajedno sa našom planetom u toku solarni vetar. Energija Zemljinog magnetnog polja može se dobiti samo spajanjem potrošača energije na ovaj generator. Da biste to učinili, morate instalirati pouzdano uzemljenje.

Obnovljivi izvori

Kako populacija naše planete stalno raste, potrebno nam je sve više energije da opskrbimo stanovništvo. Energija sadržana u utrobi zemlje može biti vrlo različita. Na primjer, postoje obnovljivi izvori: energija vjetra, sunca i vode. Oni su ekološki prihvatljivi i stoga ih možete koristiti bez straha da ćete oštetiti okoliš.

energija vode

Ova metoda se koristi vekovima. Danas je izgrađen ogroman broj brana i rezervoara u kojima se voda koristi za proizvodnju električne energije. Suština ovog mehanizma je jednostavna: pod utjecajem toka rijeke, kotači turbina se okreću, odnosno energija vode se pretvara u električnu energiju.

Danas postoji veliki broj hidroelektrana koje pretvaraju energiju protoka vode u električnu energiju. Posebnost ove metode je da je obnovljiva, odnosno takvi dizajni imaju nisku cijenu. Zbog toga, uprkos činjenici da izgradnja hidroelektrana traje dosta dugo, a sam proces je veoma skup, ipak ovi objekti značajno nadmašuju elektrointenzivne industrije.

Solarna energija: moderna i perspektivna

Sunčeva energija se dobija korišćenjem solarni paneli, ali moderne tehnologije dozvoljavaju upotrebu novih metoda za to. Najveći sistem na svijetu izgrađen je u kalifornijskoj pustinji. U potpunosti obezbjeđuje energiju za 2.000 domova. Dizajn radi na sljedeći način: ogledala se odražavaju sunčeve zrake, koji se šalju u centralni kotao za vodu. Kipi i pretvara se u paru, koja okreće turbinu. On je, pak, spojen na električni generator. Vjetar se također može koristiti kao energija koju nam daje Zemlja. Vjetar duva jedra, vrti vjetrenjače. A sada uz njegovu pomoć možete kreirati uređaje koji će generirati električna energija. Rotirajući lopatice vjetrenjače, pokreće osovinu turbine, koja je zauzvrat povezana s električnim generatorom.

Unutrašnja energija Zemlje

Pojavio se kao rezultat nekoliko procesa, od kojih su glavni akrecija i radioaktivnost. Prema naučnicima, formiranje Zemlje i njene mase odvijalo se tokom nekoliko miliona godina, a to se dogodilo zbog formiranja planetezimala. Zalijepili su se, odnosno masa Zemlje je postajala sve veća. Nakon što je naša planeta počela imati moderna masa, ali još uvijek bez atmosfere, meteorska i asteroidna tijela su na njega slobodno padala. Ovaj proces se zove samo akrecija, a doveo je do toga da se oslobodila značajna gravitaciona energija. I što su veća tijela udarila u planetu, oslobađala se veća količina energije sadržana u utrobi Zemlje.

Ova gravitacijska diferencijacija dovela je do činjenice da su se tvari počele odvajati: teške tvari su jednostavno potonule, dok su lagane i hlapljive tvari isplivale. Diferencijacija je uticala i na dodatno oslobađanje gravitacione energije.

Atomska energija

Upotreba zemaljske energije može se odvijati na različite načine. Na primjer, gradnjom nuklearne elektrane kada se toplinska energija oslobađa zbog raspadanja najmanjih čestica materije atoma. Glavno gorivo je uranijum koji se nalazi u zemljine kore. Mnogi smatraju da je ovaj način dobivanja energije najperspektivniji, ali njegovo korištenje je povezano s nizom problema. Prvo, uranijum emituje zračenje koje ubija sve žive organizme. Osim toga, ako ova tvar uđe u tlo ili atmosferu, tada će postojati pravi tehnološka katastrofa. Tužne posljedice nesreće nuklearna elektrana u Černobilu doživljavamo do danas. Opasnost leži u činjenici da radioaktivni otpad može prijetiti svim živim bićima jako, jako dugo, milenijumima.

Novo vrijeme - nove ideje

Naravno, ljudi se tu ne zaustavljaju i svake godine se sve više pokušava pronaći novi način za dobijanje energije. Ako se energija zemljine topline dobije sasvim jednostavno, onda neke metode nisu tako jednostavne. Na primjer, kao izvor energije sasvim je moguće koristiti biološki plin, koji se dobija tokom raspadanja otpada. Može se koristiti za grijanje kuća i grijanje vode.

Sve češće se grade kada se na ušćima akumulacija postavljaju brane i turbine, koje pokreću oseke, odnosno oseke, odnosno dobija se električna energija.

Spaljivanjem smeća dobijamo energiju

Druga metoda koja se već koristi u Japanu je stvaranje spalionica. Danas se grade u Engleskoj, Italiji, Danskoj, Njemačkoj, Francuskoj, Holandiji i SAD-u, ali su se tek u Japanu ova preduzeća počela koristiti ne samo za svoju namjenu, već i za proizvodnju električne energije. Na lokalne fabrike 2/3 ukupnog smeća je spaljeno, a fabrike su opremljene parne turbine. U skladu s tim, opskrbljuju se toplinom i električnom energijom obližnjim područjima. Istovremeno, u pogledu troškova, izgradnja ovakvog preduzeća je mnogo isplativija od izgradnje termoelektrane.

Još primamljivija je mogućnost korištenja Zemljine topline tamo gdje su koncentrisani vulkani. U tom slučaju neće biti potrebno bušiti Zemlju preduboko, jer će već na dubini od 300-500 metara temperatura biti najmanje dvostruko viša od tačke ključanja vode.

Postoji i takav način proizvodnje električne energije kao što je vodik - najjednostavniji i najlakši hemijski element- može se smatrati idealnim gorivom, jer je tamo gde ima vode. Ako sagorite vodonik, možete dobiti vodu koja se razlaže na kiseonik i vodonik. Sam plamen vodonika je bezopasan, odnosno neće biti štete po okolinu. Posebnost ovog elementa je da ima visoku kalorijsku vrijednost.

Šta je u budućnosti?

Naravno energija magnetsko polje Zemlja ili ona koja se dobije u nuklearnim elektranama ne može u potpunosti zadovoljiti sve potrebe čovječanstva koje su svake godine sve veće. Međutim, stručnjaci kažu da nema razloga za brigu, budući da su energetski resursi planete i dalje dovoljni. Štaviše, koristi se sve više novih izvora, ekološki prihvatljivih i obnovljivih.

Problem zagađenja životne sredine ostaje i raste katastrofalno brzo. Količina štetne emisije izlazi van razmjera, odnosno, zrak koji udišemo je štetan, voda ima opasne nečistoće, a tlo se postepeno iscrpljuje. Zato je toliko važno na vrijeme proučiti takav fenomen kao što je energija u utrobi Zemlje kako bi se pronašli načini za smanjenje potrebe za fosilnim gorivima i aktivnije korištenje netradicionalnih izvora energije.