دکترای علوم فنی در. قسم میخورم استاد
آکادمی آکادمی علوم فنی روسیه، مسکو

AT دهه های اخیردر جهان جهت بیشتر در نظر گرفته می شود استفاده موثرانرژی گرمای عمیق زمین به منظور جایگزینی جزئی گاز طبیعی، نفت ، زغال سنگ. این امر نه تنها در مناطق با پارامترهای زمین گرمایی بالا، بلکه در هر منطقه امکان پذیر خواهد شد. جهانهنگام حفر چاه های تزریقی و تولیدی و ایجاد سیستم های گردش بین آنها.

علاقه رو به رشد در دهه های اخیر به منابع جایگزینانرژی ناشی از اتمام ذخایر سوخت هیدروکربنی و نیاز به حل تعدادی از مسائل زیست محیطی. عوامل عینی (ذخایر سوخت‌های فسیلی و اورانیوم و همچنین تغییرات محیطی ناشی از آتش‌سوزی سنتی و انرژی هسته‌ای) به ما این امکان را می‌دهد تا ادعا کنیم که گذار به روش‌ها و اشکال جدید تولید انرژی اجتناب‌ناپذیر است.

اقتصاد جهان در حال حاضر به سمت گذار به سمت یک ترکیب منطقی از منابع انرژی سنتی و جدید پیش می رود. گرمای زمین یکی از اولین مکان ها را در میان آنها به خود اختصاص می دهد.

منابع انرژی زمین گرمایی به دو دسته هیدروژئولوژیکی و پتروژئوترمال تقسیم می شوند. اولین آنها توسط حامل های گرما (شامل تنها 1٪ از کل منابع انرژی زمین گرمایی) - آب های زیرزمینی، بخار و بخار آب مخلوط می شوند. دوم انرژی زمین گرمایی موجود در سنگ های داغ است.

فن‌آوری فواره‌ای که در کشور ما و خارج از کشور برای استخراج بخار طبیعی و آب‌های زمین گرمایی استفاده می‌شود، ساده، اما ناکارآمد است. با دبی کم چاه های خودجریان، تولید گرمای آنها می تواند هزینه حفاری را فقط در عمق کمی از مخازن زمین گرمایی جبران کند. درجه حرارت بالادر مناطق ناهنجاری حرارتی عمر مفید چنین چاه هایی در بسیاری از کشورها حتی به 10 سال هم نمی رسد.

در عین حال، تجربه تأیید می کند که در حضور جمع کننده های کم عمق بخار طبیعی، ساخت GeoTPP بیشترین کار را انجام می دهد. گزینه سودآوراستفاده از انرژی زمین گرمایی بهره برداری از چنین ژئوTPP ها رقابت پذیری خود را در مقایسه با سایر نیروگاه ها نشان داده است. بنابراین استفاده از ذخایر آب های زمین گرمایی و هیدروترم های بخار در کشور ما در شبه جزیره کامچاتکا و جزایر زنجیره کوریل، در مناطق شمال قفقاز و همچنین احتمالاً در سایر مناطق، مصلحت و به موقع است. اما ذخایر بخار نادر است، ذخایر شناخته شده و پیش بینی شده آن اندک است. رسوبات بسیار رایج تر آب گرما و برق همیشه به اندازه کافی نزدیک مصرف کننده - شی تامین گرما - قرار ندارند. این امکان استفاده موثر در مقیاس های بزرگ را از بین می برد.

اغلب، مسائل مربوط به مبارزه با مقیاس بندی به یک مشکل پیچیده تبدیل می شود. استفاده از منابع زمین گرمایی، به عنوان یک قاعده، منابع معدنی به عنوان یک حامل گرما منجر به رشد بیش از حد مناطق گمانه با تشکیلات اکسید آهن، کربنات کلسیم و سیلیکات می شود. علاوه بر این، مشکلات فرسایش - خوردگی و پوسته پوسته شدن بر عملکرد تجهیزات تأثیر منفی می گذارد. مشکل، همچنین، تخلیه آب معدنی و فاضلاب حاوی ناخالصی های سمی است. بنابراین، ساده ترین فناوری فواره نمی تواند به عنوان پایه ای برای توسعه گسترده منابع زمین گرمایی باشد.

بر اساس برآوردهای اولیه در قلمرو فدراسیون روسیه، ذخایر پیش بینی شده آب های حرارتی با دمای 40-250 درجه سانتی گراد، شوری 35-200 گرم در لیتر و عمق تا 3000 متر 21-22 میلیون متر مکعب است. /day که معادل سوزاندن 30-40 میلیون تن .t است. در سال.

ذخایر پیش بینی شده مخلوط بخار و هوا با دمای 150-250 درجه سانتیگراد در شبه جزیره کامچاتکا و جزایر کوریل 500 هزار متر مکعب در روز است. و ذخایر آبهای حرارتی با دمای 40-100 درجه سانتیگراد - 150 هزار متر مکعب در روز.

ذخایر آبهای حرارتی با دبی حدود 8 میلیون مترمکعب در روز، با شوری تا 10 گرم در لیتر و دمای بالای 50 درجه سانتیگراد اولویت اصلی توسعه محسوب می شود.

خیلی ارزش بیشترزیرا انرژی آینده استخراج انرژی حرارتی است که عملاً منابع پتروژئوترمال تمام نشدنی است. این انرژی زمین گرمایی محصور در سنگ های داغ جامد، 99 درصد از کل منابع انرژی حرارتی زیرزمینی را تشکیل می دهد. در عمق 4-6 کیلومتری، توده هایی با دمای 300-400 درجه سانتیگراد را می توان فقط در نزدیکی اتاق های میانی برخی از آتشفشان ها یافت، اما سنگ های داغ با دمای 100-150 درجه سانتیگراد تقریباً در همه جا پراکنده شده اند. این اعماق و با دمای 180-200 درجه سانتیگراد در بخش نسبتاً قابل توجهی از قلمرو روسیه.

برای میلیاردها سال، فرآیندهای هسته ای، گرانشی و سایر فرآیندهای درون زمین ایجاد شده و همچنان ادامه دارد انرژی حرارتی. مقداری از آن به داخل ساطع می شود فضا، و گرما در روده ها جمع می شود، یعنی. محتویات گرمایی فازهای جامد، مایع و گاز مواد زمینی را انرژی زمین گرمایی می نامند.

تولید مداوم گرمای درون زمینی تلفات خارجی آن را جبران می کند، به عنوان منبع انباشت انرژی زمین گرمایی عمل می کند و بخش تجدید پذیر منابع آن را تعیین می کند. مجموع خروج گرما از داخل به سطح زمین سه برابر ظرفیت فعلی نیروگاه های برق در جهان است و 30 TW برآورد شده است.

با این حال، واضح است که تجدیدپذیری فقط برای محدود اهمیت دارد منابع طبیعیو پتانسیل کل انرژی زمین گرمایی عملاً پایان ناپذیر است، زیرا باید به صورت تعریف شود جمعگرمای موجود در زمین

تصادفی نیست که در دهه های اخیر، جهان جهت استفاده کارآمدتر از انرژی گرمای عمیق زمین به منظور جایگزینی جزئی گاز طبیعی، نفت و زغال سنگ را در نظر گرفته است. این امر نه تنها در مناطقی با پارامترهای زمین گرمایی بالا، بلکه در هر منطقه ای از کره زمین هنگام حفاری چاه های تزریقی و تولیدی و ایجاد سیستم های گردش بین آنها امکان پذیر می شود.

البته با رسانایی حرارتی کم سنگ ها برای کار موثرسیستم های گردشی، لازم است سطح تبادل حرارتی به اندازه کافی توسعه یافته در منطقه استخراج گرما وجود داشته باشد یا ایجاد شود. چنین سطحی اغلب در سازندهای متخلخل و مناطق مقاومت در برابر شکست طبیعی یافت می شود، که اغلب در اعماق فوق یافت می شوند، نفوذپذیری آن امکان سازماندهی فیلتراسیون اجباری مایع خنک کننده با استخراج کارآمد انرژی سنگ و همچنین ایجاد مصنوعی یک سطح تبادل گرما گسترده در توده های متخلخل کم نفوذ با شکست هیدرولیکی (شکل را ببینید).

در حال حاضر، شکست هیدرولیک در صنعت نفت و گاز به عنوان راهی برای افزایش نفوذپذیری مخزن به منظور افزایش بازیافت نفت در توسعه میادین نفتی استفاده می شود. فن آوری پیشرفتهبه شما امکان می دهد یک ترک باریک اما طولانی یا یک ترک کوتاه اما گسترده ایجاد کنید. نمونه‌هایی از شکستگی‌های هیدرولیکی با شکستگی‌هایی به طول 2-3 کیلومتر شناخته شده‌اند.

ایده داخلی استخراج منابع اصلی زمین گرمایی موجود در سنگ های جامد در اوایل سال 1914 توسط K.E بیان شد. اوبروچف

در سال 1963، اولین GCC در پاریس ایجاد شد تا گرما را از سنگ های سازنده متخلخل برای گرمایش و تهویه مطبوع در محوطه مجتمع Broadcasting Chaos استخراج کند. در سال 1985، 64 GCC در حال حاضر در فرانسه با ظرفیت حرارتی کل 450 مگاوات با صرفه جویی سالانه حدود 150000 تن نفت در فرانسه فعالیت می کردند. در همان سال، اولین شورای همکاری خلیج فارس در اتحاد جماهیر شوروی در دره خانکالا در نزدیکی شهر گروزنی ایجاد شد.

در سال 1977، طبق پروژه آزمایشگاه ملی لوس آلاموس ایالات متحده آمریکا، آزمایشات یک GCC آزمایشی با شکستگی هیدرولیکی یک توده تقریبا غیرقابل نفوذ در سایت فنتون هیل در ایالت نیومکزیکو آغاز شد. آب سرد تازه تزریق شده از طریق چاه (تزریق) در اثر تبادل حرارتی با توده سنگی (185 درجه سانتیگراد) در یک شکست عمودی به مساحت 8000 متر مربع که با شکستگی هیدرولیکی در عمق 2.7 کیلومتری ایجاد شده است، گرم شد. در چاه دیگری (تولید) نیز با عبور از این شکاف، آب فوق گرم به صورت جت بخار به سطح آب آمد. هنگام گردش در یک مدار بسته تحت فشار، دمای آب فوق گرم روی سطح به 160-180 درجه سانتیگراد و قدرت حرارتی سیستم - 4-5 مگاوات رسید. نشت مایع خنک کننده به توده اطراف حدود 1٪ از کل جریان است. غلظت مکانیکی و ناخالصی های شیمیایی(تا 0.2 گرم در لیتر) با شرایط آب آشامیدنی شیرین مطابقت داشت. شکستگی هیدرولیک نیازی به تعمیر نداشت و با فشار هیدرواستاتیک سیال باز نگه داشت. همرفت آزاد در حال توسعه در آن مشارکت موثر در تبادل حرارتی تقریباً کل سطح رخنمون توده سنگ داغ را تضمین می کند.

استخراج انرژی حرارتی زیرزمینی از سنگ‌های نفوذ ناپذیر داغ، بر اساس روش‌های حفاری شیب‌دار و شکستگی هیدرولیکی که از دیرباز در صنعت نفت و گاز به کار گرفته شده است، هیچ گونه فعالیت لرزه‌ای و یا اثرات مضر دیگری بر روی زمین ایجاد نکرده است. محیط.

در سال 1983، دانشمندان بریتانیایی با ایجاد یک GCC آزمایشی با شکست هیدرولیکی گرانیت ها در کارنول، تجربه آمریکا را تکرار کردند. کار مشابهی در آلمان، سوئد انجام شد. بیش از 224 پروژه تکمیل شده در ایالات متحده آمریکا گرمایش زمین گرمایی. با این حال، فرض بر این است که منابع زمین گرمایی می توانند بخش عمده ای از نیازهای انرژی حرارتی غیرالکتریکی آینده ایالات متحده را تامین کنند. در ژاپن، ظرفیت GeoTPP در سال 2000 به حدود 50 گیگاوات رسید.

در حال حاضر تحقیق و اکتشاف منابع زمین گرمایی در 65 کشور جهان انجام می شود. در دنیا بر اساس انرژی زمین گرمایی، ایستگاه هایی با ظرفیت کل حدود 10 گیگاوات ایجاد شده است. سازمان ملل متحد فعالانه از توسعه انرژی زمین گرمایی حمایت می کند.

تجربه انباشته شده در بسیاری از کشورهای جهان در استفاده از خنک کننده های زمین گرمایی نشان می دهد که در شرایط مساعدآنها 2-5 برابر سودآورتر از نیروگاه های حرارتی و هسته ای هستند. محاسبات نشان می دهد که یک چاه زمین گرمایی می تواند جایگزین 158 هزار تن زغال سنگ در سال شود.

بنابراین، گرمای زمین، شاید، تنها منبع اصلی انرژی تجدیدپذیر است که توسعه منطقی آن نویدبخش کاهش هزینه انرژی در مقایسه با انرژی سوخت مدرن است. با پتانسیل انرژی به همان اندازه پایان ناپذیر، متأسفانه تأسیسات خورشیدی و حرارتی گرانتر از سوخت موجود خواهند بود.

علیرغم تاریخچه بسیار طولانی توسعه گرمای زمین، امروزه فناوری زمین گرمایی هنوز به آن نرسیده است توسعه بالا. توسعه انرژی حرارتی زمین در ساخت چاه های عمیق که کانالی برای آوردن مایع خنک کننده به سطح هستند، با مشکلات زیادی روبرو است. به دلیل دمای بالا در ته چاله (200-250 درجه سانتیگراد)، ابزارهای سنگبری سنتی برای کار در چنین شرایطی نامناسب هستند. نیازمندی های ویژهبه انتخاب حفاری و لوله های پوششی, ملات سیمان، تکنولوژی حفاری، بست و تکمیل چاه. تجهیزات اندازه گیری داخلی، اتصالات عملیاتی سریال و تجهیزات به گونه ای تولید می شوند که اجازه می دهد درجه حرارت بالاتر از 150-200 درجه سانتیگراد نباشد. حفاری چاه های عمیق مکانیکی سنتی گاهی اوقات سال ها طول می کشد و هزینه های مالی قابل توجهی را می طلبد. در دارایی های اصلی تولید، بهای تمام شده چاه ها از 70 تا 90 درصد است. این مشکل را می توان و باید تنها با ایجاد یک فناوری پیشرفته برای توسعه بخش اصلی منابع زمین گرمایی، یعنی. استخراج انرژی از سنگ های داغ

گروه ما از دانشمندان و متخصصان روسی بیش از یک سال است که با مشکل استخراج و استفاده از انرژی حرارتی عمیق غیرقابل تجدید و تجدید ناپذیر سنگ های داغ زمین در قلمرو فدراسیون روسیه سروکار دارند. هدف از کار ایجاد بر اساس داخلی، فناوری پیشرفته وسایل فنیبرای نفوذ عمیقبه اعماق پوسته زمین. در حال حاضر، انواع مختلفی از ابزارهای حفاری (BS) توسعه یافته است که در عمل جهانی مشابهی ندارند.

عملیات اولین نسخه BS به فناوری فعلی حفاری چاه مرسوم مرتبط است. سرعت حفاری سنگ سخت ( چگالی متوسط 2500-3300 کیلوگرم بر متر مکعب) تا 30 متر در ساعت، قطر چاه 200-500 میلی متر. نوع دوم BS حفاری چاه ها را در حالت مستقل و خودکار انجام می دهد. پرتاب از یک سکوی ویژه پرتاب و پذیرش انجام می شود که حرکت آن از طریق آن کنترل می شود. هزار متر BS در سنگ های سخت در عرض چند ساعت می تواند عبور کند. قطر چاه از 500 تا 1000 میلی متر. گزینه های BS قابل استفاده مجددبازده اقتصادی و ارزش بالقوه بسیار بالایی دارند. معرفی BS به تولید، مرحله جدیدی را در ساخت چاه ها باز می کند و دسترسی به آن را فراهم می کند منابع پایان ناپذیرانرژی حرارتی زمین

برای تامین گرما، عمق چاه های مورد نیاز در سراسر کشور بین 3 تا 4.5 هزار متر است و از 5 تا 6 هزار متر تجاوز نمی کند. از 150 درجه سانتیگراد فراتر نروید. برای تأسیسات صنعتی، دما، به عنوان یک قاعده، از 180-200 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند.

هدف از ایجاد GCC ارائه گرمای ثابت، مقرون به صرفه و ارزان به مناطق دورافتاده، صعب العبور و توسعه نیافته فدراسیون روسیه است. مدت زمان عملکرد GCS 25-30 سال یا بیشتر است. دوره بازپرداخت ایستگاه ها (با در نظر گرفتن آخرین فناوری های حفاری) 3-4 سال است.

ایجاد ظرفیت های مناسب در سال های آینده در فدراسیون روسیه برای استفاده از انرژی زمین گرمایی برای نیازهای غیر الکتریکی، جایگزینی حدود 600 میلیون تن معادل سوخت را ممکن می سازد. پس انداز می تواند تا 2 تریلیون روبل باشد.

تا سال 2030، ایجاد ظرفیت های انرژی برای جایگزینی انرژی آتش تا 30٪ امکان پذیر می شود و تا سال 2040 تقریباً به طور کامل مواد خام آلی به عنوان سوخت از تراز انرژی فدراسیون روسیه حذف می شود.

ادبیات

1. گونچاروف اس.ا. ترمودینامیک. مسکو: MGTUim. N.E. باومن، 2002. 440 ص.

2. Dyadkin Yu.D. و غیره فیزیک حرارتی زمین گرمایی. سن پترزبورگ: ناوکا، 1993. 255 ص.

3. پایه منابع معدنیمجتمع سوخت و انرژی روسیه وضعیت و پیش آگهی / V.K. Branchhugov, E.A. گاوریلوف، V.S. لیتویننکو و دیگران. V.Z. گاریپووا، E.A. کوزلوفسکی. M. 2004. 548 ص.

4. Novikov G. P. و همکاران حفاری چاه برای آبهای حرارتی. م.: ندرا، 1986. 229 ص.

گرمای زمین. منابع احتمالی گرمای داخلی

ژئوترمی- علمی که میدان حرارتی زمین را مطالعه می کند. میانگین دمای سطح زمین تمایل کلی به کاهش دارد. سه میلیارد سال پیش دمای میانگینروی سطح زمین 71 درجه بود، اکنون - 17 درجه. منابع گرما (حرارتی ) میدان های زمین فرآیندهای داخلی و خارجی هستند. گرمای زمین ناشی از تشعشعات خورشیدی است و از روده های سیاره منشا می گیرد. مقادیر هجوم گرما از هر دو منبع از نظر کمی بسیار متفاوت است و نقش آنها در زندگی سیاره متفاوت است. گرمایش خورشیدی زمین 99.5 درصد کل گرمای دریافتی از سطح آن است و گرمایش داخلی 0.5 درصد است. علاوه بر این، هجوم حرارت داخلیبسیار نابرابر روی زمین توزیع شده و عمدتاً در مکان های تجلی آتشفشان متمرکز است.

منبع خارجی اشعه خورشید است . نیم انرژی خورشیدیتوسط سطح، پوشش گیاهی و لایه نزدیک به سطح پوسته زمین جذب می شود. نیمه دیگر در فضای جهان منعکس می شود. تابش خورشیدیدمای سطح زمین را به طور متوسط ​​حدود 0 0 C حفظ می کند. گرمای خورشیدیمتوقف می شود و دما ثابت می شود (لایه خنثی). این عمق در مناطق با آب و هوای دریایی حداقل و در منطقه زیر قطبی حداکثر است. در زیر این مرز کمربندی با دمای ثابت مطابق با میانگین دمای سالانه منطقه وجود دارد. بنابراین، به عنوان مثال، در مسکو در قلمرو کشاورزی. آکادمی تیمیریازف، در عمق 20 متری، دما همواره از سال 1882 برابر با 2/4 درجه سانتیگراد بوده است. درجه حرارت ثابت عمیق ترین است که در آن دائمی (یخبندان ابدی. زیر کمربند دمای ثابت، منطقه زمین گرمایی است که با گرمای تولید شده توسط خود زمین مشخص می شود.

منابع داخلی روده های زمین هستند. زمین بیشتر از آنچه از خورشید گرما دریافت می کند به فضا تابش می کند. منابع داخلی شامل گرمای باقیمانده از زمانی که سیاره ذوب شد، گرمای واکنش های گرما هسته ای که در روده های زمین رخ می دهد، گرمای فشرده سازی گرانشی زمین تحت اثر گرانش، گرمای واکنش های شیمیایی و فرآیندهای تبلور است. و غیره (مثلاً اصطکاک جزر و مدی). گرمای روده ها عمدتاً از مناطق متحرک می آید. افزایش دما با عمق با وجود همراه است منابع داخلیگرما - فروپاشی ایزوتوپ های رادیواکتیو - U، Th، K، تمایز گرانشی ماده، اصطکاک جزر و مدی، ردوکس گرمازا واکنش های شیمیایی، دگرگونی و انتقال فاز. نرخ افزایش دما با عمق توسط تعدادی از عوامل تعیین می شود - هدایت حرارتی، نفوذپذیری سنگ، نزدیکی به اتاق های آتشفشانی و غیره.

در زیر کمربند دمای ثابت افزایش دما وجود دارد، به طور متوسط ​​1 درجه در هر 33 متر ( مرحله زمین گرمایی) یا 3 o در هر 100 متر ( گرادیان زمین گرمایی). این مقادیر نشانگر میدان حرارتی زمین هستند. واضح است که این مقادیر در نواحی یا مناطق مختلف زمین متوسط ​​و از نظر قدر متفاوت هستند. گام زمین گرمایی در نقاط مختلف زمین متفاوت است. به عنوان مثال، در مسکو - 38.4 متر، در لنینگراد 19.6، در آرخانگلسک - 10. بنابراین، هنگام حفاری چاه عمیق در شبه جزیره کولا در عمق 12 کیلومتری، دمای 150 درجه در نظر گرفته شد، در واقع معلوم شد که حدود 220 درجه باشد هنگام حفر چاه در شمال خزر در عمق 3000 متری، دما 150 درجه در نظر گرفته شد، اما معلوم شد که 108 درجه است.

لازم به ذکر است که ویژگی های اقلیمی منطقه و میانگین دمای سالانه تأثیری در تغییر مقدار پله زمین گرمایی ندارد، دلایل آن به شرح زیر است:

1) در هدایت حرارتی مختلف سنگ هایی که یک منطقه خاص را تشکیل می دهند. تحت اندازه گیری هدایت حرارتی، مقدار گرما در کالری منتقل شده در 1 ثانیه درک می شود. از طریق یک مقطع 1 سانتی متر مربع با گرادیان دمایی 1 درجه سانتیگراد.

2) در رادیواکتیویته سنگ ها، هرچه رسانایی گرمایی و رادیواکتیویته بیشتر باشد، گام زمین گرمایی کمتر است.

3) در شرایط مختلف وقوع سنگ ها و سن وقوع آنها. مشاهدات نشان داده است که دما در لایه های جمع آوری شده در چین ها سریعتر افزایش می یابد، آنها اغلب دارای نقض (ترک) هستند که از طریق آن دسترسی به گرما از اعماق تسهیل می شود.

4) ماهیت آب های زیرزمینی: آب های زیرزمینی گرم از سنگ های گرم جریان می یابد، سرد، سرد.

5) دوری از اقیانوس: در نزدیکی اقیانوس به دلیل سرد شدن سنگ ها توسط توده آب، پله زمین گرمایی بزرگتر و در محل تماس کوچکتر است.

دانستن ارزش ویژه گام زمین گرمایی از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

1. این در هنگام طراحی معادن مهم است. در برخی موارد، لازم است اقداماتی برای کاهش مصنوعی دما در کارهای عمیق انجام شود (دمای - 50 درجه سانتیگراد حد مجاز برای فرد در هوای خشک و 40 درجه سانتیگراد در هوای مرطوب است). در برخی دیگر، کار در اعماق زیاد امکان پذیر خواهد بود.

2. ارزیابی شرایط دمایی در حین حفر تونل در مناطق کوهستانی از اهمیت بالایی برخوردار است.

3. مطالعه شرایط زمین گرمایی داخل زمین امکان استفاده از بخار و چشمه های آب گرمی را که در سطح زمین پدید می آیند، میسر می سازد. گرمای زیرزمینیبه عنوان مثال، در ایتالیا، ایسلند استفاده می شود. در روسیه، یک نیروگاه صنعتی آزمایشی بر روی حرارت طبیعی در کامچاتکا ساخته شد.

با استفاده از داده‌های مربوط به اندازه گام زمین گرمایی، می‌توانیم فرضیاتی در مورد آن داشته باشیم شرایط دماییمناطق عمیق زمین اگر مقدار متوسط ​​گام زمین گرمایی را 33 متر در نظر بگیریم و فرض کنیم که افزایش دما با عمق به طور یکنواخت اتفاق می افتد، آنگاه در عمق 100 کیلومتری دمای 3000 درجه سانتیگراد وجود خواهد داشت. این دما از نقاط ذوب همه بیشتر است. مواد شناخته شده در زمین، بنابراین، در این عمق باید توده های مذاب وجود داشته باشد. اما به دلیل فشار عظیم 31000 اتمسفر. توده های فوق گرم ویژگی های مایعات را ندارند، اما دارای ویژگی های جسم جامد هستند.

با عمق، پله زمین گرمایی ظاهراً باید به طور قابل توجهی افزایش یابد. اگر فرض کنیم که پله با عمق تغییر نمی کند، دمای مرکز زمین باید حدود 200000 درجه باشد و طبق محاسبات نمی تواند از 5000 - 10000 درجه بیشتر شود.

اصطلاح "انرژی زمین گرمایی" از کلمات یونانی زمین (geo) و حرارتی (حرارتی) گرفته شده است. در حقیقت، انرژی زمین گرمایی از خود زمین می آید. گرمای هسته زمین که میانگین دمای آن 3600 درجه سانتیگراد است به سمت سطح سیاره ساطع می شود.

گرمایش چشمه ها و آبفشان ها در زیر زمین در اعماق چند کیلومتری می تواند با استفاده از چاه های مخصوصی انجام شود که از طریق آن آب گرم (یا بخار از آن) به سطح جریان می یابد، جایی که می توان از آن به طور مستقیم به عنوان گرما یا غیرمستقیم برای تولید برق با روشن کردن چرخش استفاده کرد. توربین ها

از آنجایی که آب زیر سطح زمین دائماً پر می شود و هسته زمین به طور نامحدود به تولید گرمای نسبت به زندگی انسان ادامه می دهد، انرژی زمین گرمایی در نهایت تمیز و تجدید پذیر

روش های جمع آوری منابع انرژی زمین

امروزه سه روش اصلی برای برداشت انرژی زمین گرمایی وجود دارد: بخار خشک، آب داغ و چرخه دوتایی. فرآیند بخار خشک مستقیماً درایوهای توربین ژنراتورهای برق را هدایت می کند. آب گرم از پایین به بالا وارد می شود، سپس به مخزن اسپری می شود تا بخار ایجاد کند تا توربین ها را به حرکت درآورد. این دو روش رایج ترین هستند و صدها مگاوات برق در ایالات متحده، ایسلند، اروپا، روسیه و سایر کشورها تولید می کنند. اما مکان محدود است، زیرا این نیروگاه‌ها فقط در مناطق تکتونیکی کار می‌کنند که دسترسی به آب گرم راحت‌تر است.

با فناوری چرخه دودویی، آب گرم (نه لزوماً گرم) به سطح استخراج می شود و با بوتان یا پنتان که نقطه جوش پایینی دارد ترکیب می شود. این مایع از طریق یک مبدل حرارتی پمپ می شود، جایی که تبخیر می شود و قبل از اینکه دوباره به سیستم بازگردانده شود، از طریق یک توربین فرستاده می شود. فناوری چرخه دودویی ده ها مگاوات برق را در ایالات متحده فراهم می کند: کالیفرنیا، نوادا و جزایر هاوایی.

اصل به دست آوردن انرژی

معایب به دست آوردن انرژی زمین گرمایی

در سطح آب و برق، ساخت و راه اندازی نیروگاه های زمین گرمایی هزینه بر است. برای جستجو مکان مناسببررسی چاه های پرهزینه بدون هیچ تضمینی برای برخورد به یک نقطه مهم زیرزمینی مولد مورد نیاز است. با این حال، تحلیلگران انتظار دارند که این ظرفیت طی شش سال آینده تقریباً دو برابر شود.

علاوه بر این، مناطقی با دمای بالای منبع زیرزمینی در مناطقی با آتشفشان های فعال زمین شناسی و شیمیایی قرار دارند. این "نقاط داغ" در مرزهای صفحات تکتونیکی در مکان هایی که پوسته کاملاً نازک است تشکیل شده است. اقیانوس آرام اغلب به عنوان حلقه آتش برای بسیاری از آتشفشان ها که در آن نقاط داغ وجود دارد، از جمله آتشفشان های آلاسکا، کالیفرنیا و اورگان نامیده می شود. نوادا دارای صدها نقطه مهم است که بیشتر شمال ایالات متحده را پوشش می دهد.

مناطق لرزه‌ای فعال دیگری نیز وجود دارد. زمین لرزه و حرکت ماگما به آب اجازه گردش می دهد. در برخی نقاط آب به سطح می آید و چشمه های آب گرم طبیعی و آبفشان ها رخ می دهد، مانند کامچاتکا. آب در آبفشان های کامچاتکا به 95 درجه سانتی گراد می رسد.

یکی از مشکلات سیستم های آبفشان باز انتشار برخی از آلاینده های هوا است. سولفید هیدروژن یک گاز سمی با بوی بسیار قابل تشخیص است. تخم مرغ فاسد» - مقدار کمی آرسنیک و مواد معدنی آزاد شده با بخار. نمک همچنین می تواند یک مشکل زیست محیطی ایجاد کند.

در نیروگاه های زمین گرمایی دریایی، مقدار قابل توجهی نمک مزاحم در لوله ها انباشته می شود. در سیستم های بسته، هیچ گونه گازهای گلخانه ای وجود ندارد و تمام مایعات وارد شده به سطح بازگردانده می شود.

پتانسیل اقتصادی منبع انرژی

نقاط فعال لرزه ای تنها مکان هایی نیستند که می توان انرژی زمین گرمایی را در آنها یافت. یک منبع ثابت گرمای قابل استفاده برای اهداف گرمایش مستقیم در اعماق هر نقطه از 4 متر تا چندین کیلومتر زیر سطح تقریباً در هر نقطه از زمین وجود دارد. حتی زمین در حیاط خلوت خود یا در یک مدرسه محلی، پتانسیل اقتصادی تامین گرمای خانه یا ساختمان های دیگر را دارد.

علاوه بر این، مقدار زیادی انرژی حرارتی در سازندهای سنگی خشک بسیار عمیق زیر سطح (4 تا 10 کیلومتر) وجود دارد.

استفاده از فناوری جدید می تواند سیستم های زمین گرمایی را گسترش دهد که در آن مردم می توانند از آن گرما برای تولید برق در مقیاسی بسیار بزرگتر از فناوری معمولی استفاده کنند. اولین پروژه های نمایشی این اصل تولید برق در ایالات متحده و استرالیا در اوایل سال 2013 نشان داده شده است.

اگر پتانسیل کامل اقتصادی منابع زمین گرمایی قابل تحقق باشد، منبع عظیمی از برق برای ظرفیت تولید خواهد بود. دانشمندان پیشنهاد می کنند که منابع زمین گرمایی معمولی دارای پتانسیل 38000 مگاوات هستند که می توانند 380 میلیون مگاوات برق در سال تولید کنند.

سنگ های خشک داغ در اعماق 5 تا 8 کیلومتری در همه جای زیر زمین و در اعماق کمتر در نقاط خاص رخ می دهند. دسترسی به این منابع شامل ورود آب سردی است که از طریق سنگ های داغ در گردش است و آب گرم شده را حذف می کند. در حال حاضر هیچ کاربرد تجاری از این فناوری وجود ندارد. فن آوری های موجود هنوز اجازه بازیابی انرژی حرارتی را مستقیماً از ماگما، بسیار عمیق نمی دهند، اما این قوی ترین منبع انرژی زمین گرمایی است..

با ترکیب منابع انرژی و قوام آن، انرژی زمین گرمایی می تواند نقشی ضروری به عنوان یک سیستم انرژی پاک تر و پایدارتر ایفا کند.

ساخت نیروگاه های زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی گرمای پاک و پایدار از زمین است. منابع بزرگتر از چند کیلومتری زیر سطح زمین، و حتی عمیق تر، تا سنگ های مذاب با دمای بالا به نام ماگما را در بر می گیرد. اما همانطور که در بالا توضیح داده شد، مردم هنوز به ماگما نرسیده اند.

سه طرح نیروگاه زمین گرمایی

تکنولوژی کاربرد توسط منبع تعیین می شود. اگر آب از چاه به عنوان بخار باشد، می توان از آن به طور مستقیم استفاده کرد. اگر آب گرم به اندازه کافی زیاد باشد، باید از مبدل حرارتی عبور کند.

اولین چاه برای تولید برق قبل از سال 1924 حفر شد. چاه های عمیق تری در دهه 1950 حفر شدند، اما توسعه واقعی در دهه های 1970 و 1980 صورت گرفت.

استفاده مستقیم از گرمای زمین گرمایی

از منابع زمین گرمایی نیز می توان به طور مستقیم برای مقاصد گرمایشی استفاده کرد. آب گرم برای گرم کردن ساختمان ها، رشد گیاهان در گلخانه ها، خشک کردن ماهی و محصولات زراعی، بهبود تولید روغن، کمک به فرآیندهای صنعتی مانند پاستوریزه های شیر و گرم کردن آب در مزارع پرورش ماهی استفاده می شود. در ایالات متحده، آبشار Klamath، Oregon و Boise، آیداهو بیش از یک قرن است که از آب زمین گرمایی برای گرم کردن خانه‌ها و ساختمان‌ها استفاده کرده‌اند. در ساحل شرقی، شهر گرم اسپرینگز، ویرجینیا، گرما را مستقیماً از آب چشمه با استفاده از منابع گرما در یکی از استراحتگاه‌های محلی دریافت می‌کند.

در ایسلند، تقریباً هر ساختمان در این کشور با آب چشمه گرم گرم می شود. در واقع، ایسلند بیش از 50 درصد انرژی اولیه خود را از منابع زمین گرمایی دریافت می کند. به عنوان مثال، در ریکیاویک (تعداد 118000 نفر)، آب گرم به طول 25 کیلومتر در طول یک نوار نقاله منتقل می شود و ساکنان از آن برای گرمایش و نیازهای طبیعی استفاده می کنند.

نیوزلند 10 درصد از برق اضافی خود را دریافت می کند. علیرغم وجود آبهای حرارتی توسعه نیافته است.

در کشور ما، سرشار از هیدروکربن، انرژی زمین گرمایی نوعی منبع عجیب و غریب است که در شرایط کنونی، بعید است با نفت و گاز رقابت کند. با این وجود، این شکل جایگزین انرژی تقریباً در همه جا و کاملاً کارآمد قابل استفاده است.

انرژی زمین گرمایی گرمای داخل زمین است. در اعماق تولید می شود و به سطح زمین می آید اشکال مختلفو با شدت های مختلف

دمای لایه های بالایی خاک عمدتاً به عوامل خارجی (اگزوژن) - نور خورشید و دمای هوا بستگی دارد. در تابستان و در روز خاک تا اعماق معینی گرم می شود و در زمستان و شب به دنبال تغییر دمای هوا و با کمی تأخیر سرد می شود و با افزایش عمق می رود. تأثیر نوسانات روزانه دمای هوا در اعماق چند تا چند ده سانتی متری به پایان می رسد. نوسانات فصلی لایه های عمیق تری از خاک را می گیرد - تا ده ها متر.

در عمق معینی - از ده ها تا صدها متر - دمای خاک برابر با میانگین دمای هوای سالانه در سطح زمین ثابت نگه داشته می شود. با پایین رفتن در یک غار نسبتاً عمیق می توان این موضوع را تأیید کرد.

هنگامی که میانگین دمای هوای سالانه در یک منطقه معین زیر صفر باشد، این خود را به صورت منجمد دائمی (به طور دقیق تر، دائمی یخبندان) نشان می دهد. در سیبری شرقی، ضخامت، یعنی ضخامت، خاک های یخ زده در تمام طول سال در مکان هایی به 200-300 متر می رسد.

از عمق معینی (به ازای هر نقطه روی نقشه مختص به خود)، عمل خورشید و جو به قدری ضعیف می شود که عوامل درون زا (داخلی) در درجه اول قرار می گیرند و فضای داخلی زمین از داخل گرم می شود، به طوری که دما شروع به افزایش می کند. با عمق بالا برود

گرم شدن لایه‌های عمیق زمین عمدتاً با پوسیدگی عناصر رادیواکتیو واقع در آنجا مرتبط است، اگرچه سایر منابع گرما نیز نامیده می‌شوند، به عنوان مثال، فرآیندهای فیزیکوشیمیایی، تکتونیکی در لایه‌های عمیق پوسته و گوشته زمین. اما علت هر چه باشد، دمای سنگ ها و مواد مایع و گازی مرتبط با آن با عمق افزایش می یابد. معدنچیان با این پدیده روبرو هستند - همیشه در معادن عمیق گرم است. در عمق 1 کیلومتری، گرمای سی درجه طبیعی است و در عمق بیشتر دما حتی بالاتر است.

جریان گرمای داخل زمین که به سطح زمین می رسد کم است - به طور متوسط ​​​​قدرت آن 0.03-0.05 W / m 2 یا تقریباً 350 Wh / m 2 در سال است. در پس زمینه جریان دمااز خورشید و هوای گرم شده توسط آن، این یک مقدار نامحسوس است: خورشید به همه می دهد متر مربعسطح زمین سالانه حدود 4000 کیلووات ساعت است، یعنی 10000 برابر (البته این میزان به طور متوسط ​​با گستردگی زیاد بین عرض های جغرافیایی قطبی و استوایی و بسته به سایر عوامل اقلیمی و آب و هوایی است).

ناچیز بودن جریان گرما از اعماق به سطح در بیشتر نقاط سیاره با هدایت حرارتی کم سنگ ها و ویژگی ها مرتبط است. ساختار زمین شناسی. اما استثنائاتی وجود دارد - مکان هایی که جریان گرما زیاد است. اینها اول از همه، مناطقی از گسل های زمین ساختی، افزایش فعالیت لرزه ای و آتشفشانی هستند، جایی که انرژی داخل زمین راهی پیدا می کند. چنین مناطقی با ناهنجاری های حرارتی لیتوسفر مشخص می شوند، در اینجا جریان گرمایی که به سطح زمین می رسد می تواند چندین برابر و حتی مرتبه های بزرگی قوی تر از "معمول" باشد. مقدار زیادی گرما در این مناطق توسط فوران های آتشفشانی و چشمه های آب گرم به سطح می رسد.

این مناطق مساعدترین مناطق برای توسعه هستند. انرژی زمین گرمایی. در قلمرو روسیه، اول از همه، کامچاتکا، جزایر کوریل و قفقاز هستند.

در عین حال، توسعه انرژی زمین گرمایی تقریباً در همه جا امکان پذیر است، زیرا افزایش دما با عمق یک پدیده همه جا حاضر است و وظیفه "استخراج" گرما از روده است، همانطور که مواد خام معدنی از آنجا استخراج می شود.

به طور متوسط، دما با عمق 2.5-3 درجه سانتیگراد به ازای هر 100 متر افزایش می یابد. نسبت اختلاف دما بین دو نقطه واقع در اعماق مختلف به اختلاف عمق بین آنها، گرادیان زمین گرمایی نامیده می شود.

متقابل، مرحله زمین گرمایی یا فاصله عمقی است که در آن دما 1 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.

هر چه شیب بیشتر و بر این اساس، پله کمتر باشد، گرمای اعماق زمین به سطح نزدیک‌تر می‌شود و این ناحیه برای توسعه انرژی زمین گرمایی امیدوارکننده‌تر است.

AT مناطق مختلفبسته به ساختار زمین شناسی و سایر شرایط منطقه ای و محلی، میزان افزایش دما با عمق می تواند به طور چشمگیری متفاوت باشد. در مقیاس زمین، نوسانات در مقادیر شیب و پله های زمین گرمایی به 25 برابر می رسد. به عنوان مثال، در ایالت اورگان (ایالات متحده آمریکا) شیب 150 درجه سانتیگراد در هر 1 کیلومتر است و در آفریقای جنوبی 6 درجه سانتیگراد در هر کیلومتر است.

سوال این است که درجه حرارت در اعماق زیاد - 5، 10 کیلومتر یا بیشتر چقدر است؟ اگر این روند ادامه یابد، دمای هوا در عمق 10 کیلومتری باید به طور متوسط ​​بین 250 تا 300 درجه سانتیگراد باشد. این کم و بیش با مشاهدات مستقیم در چاه های فوق عمیق تأیید می شود، اگرچه تصویر بسیار پیچیده تر از افزایش خطی دما است.

به عنوان مثال، در چاه فوق عمیق کولا حفر شده در سپر کریستالی بالتیک، دما با سرعت 10 درجه سانتیگراد در 1 کیلومتر به عمق 3 کیلومتر تغییر می کند و سپس شیب زمین گرمایی 2 تا 2.5 برابر بیشتر می شود. در عمق 7 کیلومتری، دمای 120 درجه سانتیگراد قبلاً ثبت شده است، در 10 کیلومتر - 180 درجه سانتیگراد و در 12 کیلومتر - 220 درجه سانتیگراد.

نمونه دیگر چاهی در خزر شمالی است که در عمق 500 متری دمای 42 درجه سانتیگراد، در 1.5 کیلومتر - 70 درجه سانتیگراد، در 2 کیلومتر - 80 درجه سانتیگراد، در 3 کیلومتر - 108 درجه سانتیگراد ثبت شده است.

فرض بر این است که گرادیان زمین گرمایی با شروع از عمق 20-30 کیلومتری کاهش می یابد: در عمق 100 کیلومتری، دمای تخمین زده شده در حدود 1300-1500 درجه سانتی گراد، در عمق 400 کیلومتر - 1600 درجه سانتی گراد، در زمین است. هسته (عمق بیش از 6000 کیلومتر) - 4000-5000 درجه سانتیگراد.

در اعماق 10 تا 12 کیلومتری، دما از طریق چاه های حفر شده اندازه گیری می شود. در جایی که آنها وجود ندارند، با علائم غیرمستقیم به همان روشی که در اعماق بیشتر تعیین می شود. چنین علائم غیرمستقیمی ممکن است ماهیت عبور امواج لرزه ای یا دمای فوران گدازه باشد.

با این حال، برای اهداف انرژی زمین گرمایی، داده‌های مربوط به دما در اعماق بیش از 10 کیلومتر هنوز مورد توجه عملی نیستند.

در اعماق چند کیلومتری گرمای زیادی وجود دارد، اما چگونه می توان آن را افزایش داد؟ گاهی اوقات خود طبیعت با کمک یک خنک کننده طبیعی این مشکل را برای ما حل می کند - آب های حرارتی گرم شده که به سطح می آیند یا در اعماق قابل دسترس ما قرار می گیرند. در برخی موارد، آب در اعماق تا حالت بخار گرم می شود.

تعریف دقیقی از مفهوم "آبهای گرما" وجود ندارد. به عنوان یک قاعده، آنها به معنای آب زیرزمینی گرم در حالت مایع یا به صورت بخار هستند، از جمله آنهایی که با دمای بالاتر از 20 درجه سانتیگراد به سطح زمین می آیند، یعنی به طور معمول، بالاتر از دمای هوا.

گرمای آب های زیرزمینی، بخار، مخلوط های بخار و آب انرژی هیدروترمال است. بر این اساس انرژی بر اساس استفاده از آن را هیدروترمال می نامند.

وضعیت با تولید گرما به طور مستقیم از سنگ های خشک - انرژی پتروترمال پیچیده تر است، به ویژه از آنجایی که دمای به اندازه کافی بالا، به عنوان یک قاعده، از اعماق چندین کیلومتری شروع می شود.

در قلمرو روسیه، پتانسیل انرژی پتروترمال صد برابر بیشتر از انرژی هیدروترمال است - به ترتیب 3500 و 35 تریلیون تن. سوخت مرجع. این کاملا طبیعی است - گرمای اعماق زمین در همه جا وجود دارد و آب های حرارتی به صورت محلی یافت می شوند. با این حال، به دلیل مشکلات فنی آشکار، در حال حاضر بیشتر آب های حرارتی برای تولید گرما و برق استفاده می شود.

دمای آب از 20 تا 30 تا 100 درجه سانتیگراد برای گرمایش، دمای 150 درجه سانتیگراد و بالاتر - و برای تولید برق در نیروگاههای زمین گرمایی مناسب است.

به طور کلی، منابع زمین گرمایی در خاک روسیه، از نظر تن سوخت مرجع یا هر واحد اندازه گیری انرژی دیگر، تقریباً 10 برابر بیشتر از ذخایر سوخت فسیلی است.

از نظر تئوری، تنها انرژی زمین گرمایی می تواند نیازهای انرژی کشور را به طور کامل تامین کند. عملا روشن است این لحظهدر بیشتر قلمرو آن، این امر به دلایل فنی و اقتصادی امکان پذیر نیست.

در جهان، استفاده از انرژی زمین گرمایی اغلب با ایسلند مرتبط است - کشوری که در انتهای شمالی خط الراس آتلانتیک میانی، در یک منطقه زمین ساختی و آتشفشانی بسیار فعال قرار دارد. احتمالا همه فوران قدرتمند آتشفشان Eyyafyatlayokudl را به یاد دارند ( ایجافجالاجوکول) در سال 2010.

به لطف این ویژگی زمین شناسی است که ایسلند دارای ذخایر عظیمی از انرژی زمین گرمایی است، از جمله چشمه های آب گرمی که به سطح زمین می آیند و حتی به شکل آبفشان فوران می کنند.

در ایسلند، بیش از 60 درصد از کل انرژی مصرف شده در حال حاضر از زمین گرفته می شود. با احتساب منابع زمین گرمایی، 90 درصد گرمایش و 30 درصد تولید برق تامین می شود. ما اضافه می کنیم که بقیه برق در کشور توسط نیروگاه های برق آبی تولید می شود، یعنی همچنین با استفاده از یک منبع انرژی تجدید پذیر، که به لطف آن ایسلند به نوعی استاندارد زیست محیطی جهانی به نظر می رسد.

"رام کردن" انرژی زمین گرمایی در قرن بیستم کمک قابل توجهی به ایسلند کرد. تا اواسط قرن گذشته، کشوری بسیار فقیر بود، اکنون از نظر رتبه اول در جهان است. ظرفیت نصب شدهو تولید سرانه انرژی زمین گرمایی و از نظر قدر مطلق ظرفیت نصب شده نیروگاه های زمین گرمایی در ده کشور برتر قرار دارد. با این حال، جمعیت آن تنها 300 هزار نفر است، که کار تغییر به منابع انرژی سازگار با محیط زیست را ساده می کند: نیاز به آن به طور کلی کم است.

فراتر از ایسلند نسبت بالاانرژی زمین گرمایی در تراز کلی تولید برق در نیوزیلند و کشورهای جزیره ای جنوب شرقی آسیا (فیلیپین و اندونزی)، کشورهای آمریکای مرکزی و شرق آفریقا، که قلمرو آنها نیز با فعالیت لرزه ای و آتشفشانی بالا مشخص می شود، ارائه می شود. برای این کشورها، در سطح فعلی توسعه و نیازهایشان، انرژی زمین گرمایی سهم قابل توجهی در توسعه اقتصادی-اجتماعی دارد.

استفاده از انرژی زمین گرمایی سابقه بسیار طولانی دارد. یکی از اولین نمونه های شناخته شده ایتالیا، مکانی در استان توسکانی است که اکنون لاردرلو نامیده می شود. اوایل XIXقرن‌ها، آب‌های حرارتی گرم محلی، که به‌طور طبیعی جریان داشتند یا از چاه‌های کم عمق استخراج می‌شدند، برای اهداف انرژی استفاده می‌شدند.

آب منابع زیرزمینی، غنی از بور، در اینجا برای به دست آوردن استفاده شد اسید بوریک. در ابتدا این اسید از طریق تبخیر در دیگ های آهنی به دست می آمد و هیزم معمولی به عنوان سوخت از جنگل های مجاور گرفته می شد، اما در سال 1827 فرانچسکو لاردرل سیستمی را ایجاد کرد که بر روی گرمای خود آب کار می کرد. در همان زمان، انرژی بخار آب طبیعی برای بهره برداری از دکل های حفاری و در آغاز قرن بیستم برای گرم کردن خانه ها و گلخانه های محلی استفاده شد. در همان مکان، در لاردرلو، در سال 1904، بخار آب حرارتی به منبع انرژی برای تولید برق تبدیل شد.

نمونه ایتالیا در پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم توسط برخی کشورهای دیگر دنبال شد. به عنوان مثال، در سال 1892، آب های حرارتی برای اولین بار برای گرمایش محلی در ایالات متحده (بویز، آیداهو)، در سال 1919 - در ژاپن، در سال 1928 - در ایسلند استفاده شد.

در ایالات متحده، اولین نیروگاه هیدروترمال در کالیفرنیا در اوایل دهه 1930، در نیوزیلند - در سال 1958، در مکزیک - در سال 1959، در روسیه (اولین GeoPP باینری جهان) - در سال 1965 ظاهر شد.

یک اصل قدیمی در منبع جدید

تولید برق به دمای منبع آب بالاتری نسبت به گرمایش نیاز دارد، بیش از 150 درجه سانتیگراد. اصل عملکرد یک نیروگاه زمین گرمایی (GeoES) مشابه اصل عملکرد یک نیروگاه حرارتی معمولی (TPP) است. در واقع نیروگاه زمین گرمایی نوعی نیروگاه حرارتی است.

در نیروگاه های حرارتی، به عنوان یک قاعده، زغال سنگ، گاز یا نفت کوره به عنوان منبع اصلی انرژی عمل می کنند و بخار آب به عنوان سیال کار عمل می کند. سوخت، سوزاندن، آب را به حالت بخار گرم می کند، که توربین بخار را می چرخاند و برق تولید می کند.

تفاوت GeoES در این است منبع اصلیانرژی در اینجا گرمای داخلی زمین است و سیال عامل به شکل بخار مستقیماً از چاه تولیدی به شکل "آماده" وارد پره های توربین ژنراتور الکتریکی می شود.

سه طرح اصلی عملیات GeoPP وجود دارد: مستقیم، با استفاده از بخار خشک (زمین گرمایی). غیر مستقیم، بر اساس آب گرمابی، و مخلوط، یا دوتایی.

استفاده از یک یا دیگر طرح بستگی به وضعیت تجمع و دمای حامل انرژی دارد.

ساده ترین و در نتیجه اولین طرح تسلط یافته مستقیم است که در آن بخار خروجی از چاه مستقیماً از طریق توربین عبور می کند. اولین GeoPP جهان در لاردرلو در سال 1904 نیز با بخار خشک کار می کرد.

GeoPP ها با طرح عملیات غیر مستقیم رایج ترین در زمان ما هستند. آنها از آب گرم زیرزمینی استفاده می کنند که تحت فشار بالا به یک اواپراتور پمپ می شود، جایی که بخشی از آن تبخیر می شود و بخار حاصل یک توربین را می چرخاند. در برخی موارد، دستگاه ها و مدارهای اضافی برای تصفیه آب و بخار زمین گرمایی از ترکیبات تهاجمی مورد نیاز است.

بخار اگزوز وارد چاه تزریق می شود یا برای گرمایش فضا استفاده می شود - در این مورد، اصل همان است که در حین کار یک CHP می باشد.

در GeoPPهای باینری، آب حرارتی داغ با مایع دیگری که به عنوان یک سیال در حال کار با نقطه جوش پایین‌تر عمل می‌کند، تعامل دارد. هر دو مایع از یک مبدل حرارتی عبور می کنند، جایی که آب حرارتی مایع کار را تبخیر می کند، بخارهای آن توربین را می چرخاند.

این سیستم بسته است که مشکل انتشار گازهای گلخانه ای به جو را حل می کند. علاوه بر این، سیالات کاری با نقطه جوش نسبتاً پایین، استفاده از آب های حرارتی نه چندان گرم را به عنوان منبع اولیه انرژی ممکن می سازد.

هر سه طرح از منبع گرمابی استفاده می کنند، اما انرژی پتروترمال نیز می تواند برای تولید برق استفاده شود.

نمودار مدار در این مورد نیز بسیار ساده است. حفاری دو چاه به هم پیوسته - تزریقی و تولیدی ضروری است. آب به داخل چاه تزریق پمپ می شود. در عمق، گرم می شود، سپس آب گرم شده یا بخار در نتیجه حرارت قوی ایجاد می شود. خوب تولیدبه سطح تحویل داده می شود. علاوه بر این، همه چیز بستگی به نحوه استفاده از انرژی پتروترمال دارد - برای گرمایش یا تولید برق. در دسترس حلقه بستهبا پمپاژ بخار خروجی و آب به داخل چاه تزریق یا روش دیگری برای دفع.

مضرات چنین سیستمی آشکار است: برای به دست آوردن دمای کافی بالای سیال کار، لازم است چاه ها تا عمق زیادی حفر شوند. و این یک هزینه جدی و خطر از دست دادن گرمای قابل توجه در هنگام بالا رفتن سیال است. بنابراین، سیستم‌های پتروترمال هنوز کمتر از سیستم‌های گرمابی متداول هستند، اگرچه پتانسیل انرژی پتروترمال مرتباً بالاتر است.

در حال حاضر، پیشرو در ایجاد سیستم‌های به اصطلاح گردشگر پتروترمال (PCS) استرالیا است. علاوه بر این، این جهت از انرژی زمین گرمایی به طور فعال در ایالات متحده آمریکا، سوئیس، بریتانیای کبیر و ژاپن در حال توسعه است.

هدیه ای از لرد کلوین

اختراع پمپ حرارتی در سال 1852 توسط فیزیکدان ویلیام تامپسون (با نام مستعار لرد کلوین) به بشر کمک کرد. فرصت واقعیاستفاده از گرمای کم در لایه های بالایی خاک. سیستم پمپ حرارتی یا به قول تامپسون ضریب حرارتی بر اساس فرآیند فیزیکی انتقال گرما از محیط به مبرد است. در واقع از همان اصل در سیستم های پتروترمال استفاده می کند. تفاوت در منبع گرما است که در رابطه با آن ممکن است یک سوال اصطلاحی مطرح شود: تا چه حد می توان یک پمپ حرارتی را یک سیستم زمین گرمایی در نظر گرفت؟ نکته این است که در لایه های بالایی، تا اعماق ده ها تا صدها متر، سنگ ها و سیالات موجود در آنها نه با گرمای عمیق زمین، بلکه توسط خورشید گرم می شوند. بنابراین، خورشید است این مورد- منبع اصلی گرما، اگرچه مانند سیستم های زمین گرمایی، از زمین گرفته می شود.

عملکرد یک پمپ حرارتی بر اساس تأخیر در گرمایش و سرد شدن خاک در مقایسه با جو است که در نتیجه یک گرادیان دمایی بین لایه‌های سطحی و عمیق‌تر ایجاد می‌شود که حتی در زمستان گرما را حفظ می‌کند. آنچه در مخازن اتفاق می افتد هدف اصلی پمپ های حرارتی گرمایش فضا است. در واقع، این یک "یخچال معکوس" است. هر دو پمپ حرارتی و یخچال با سه جزء تعامل دارند: محیط داخلی (در مورد اول - یک اتاق گرم، در مورد دوم - یک اتاق یخچال خنک شده)، محیط خارجی - یک منبع انرژی و یک مبرد (مبرد)، که همچنین یک خنک کننده است که انتقال گرما یا سرما را فراهم می کند.

ماده ای با نقطه جوش کم به عنوان مبرد عمل می کند که به آن اجازه می دهد از منبعی که حتی دمای نسبتاً پایینی دارد گرما بگیرد.

در یخچال، مبرد مایع از طریق دریچه گاز (تنظیم کننده فشار) وارد اواپراتور می شود، جایی که به دلیل کاهش شدید فشار، مایع تبخیر می شود. تبخیر یک فرآیند گرماگیر است که نیاز به جذب گرما از خارج دارد. در نتیجه، گرما از دیواره‌های داخلی اواپراتور گرفته می‌شود که یک اثر خنک‌کننده در محفظه یخچال ایجاد می‌کند. از اواپراتور، مبرد به داخل کمپرسور مکیده می شود و در آنجا به مایع باز می گردد. حالت تجمع. این روند معکوس است که منجر به آزاد شدن گرمای استخراج شده در طول می شود محیط خارجی. به عنوان یک قاعده، آن را به اتاق پرتاب می کنند، و دیوار پشتییخچال نسبتا گرم است

پمپ حرارتی نیز تقریباً به همین صورت عمل می کند، با این تفاوت که گرما از محیط خارجی گرفته شده و از طریق اواپراتور – سیستم گرمایش اتاق – وارد محیط داخلی می شود.

در یک پمپ حرارتی واقعی، آب گرم می شود، از مدار خارجی که در زمین یا مخزن گذاشته شده است عبور می کند، سپس وارد اواپراتور می شود.

در اواپراتور گرما به مدار داخلی پر از مبرد با نقطه جوش کم منتقل می شود که با عبور از اواپراتور از حالت مایع به گاز تبدیل می شود و گرما می گیرد.

علاوه بر این، مبرد گازی وارد کمپرسور می شود، جایی که به فشار و دمای بالا فشرده می شود، و وارد کندانسور می شود، جایی که تبادل حرارت بین گاز داغ و حامل گرما از سیستم گرمایشی انجام می شود.

کمپرسور برای کار کردن به برق نیاز دارد، اما نسبت تبدیل (نسبت انرژی مصرف شده و تولید شده) در سیستم های مدرنآنقدر بالاست که موثر باشد

در حال حاضر، پمپ های حرارتی به طور گسترده ای برای گرمایش فضا، عمدتا در کشورهای توسعه یافته اقتصادی استفاده می شود.

انرژی سازگار با محیط زیست

انرژی زمین گرمایی دوستدار محیط زیست در نظر گرفته می شود که به طور کلی درست است. اول از همه، از یک منبع تجدید پذیر و عملا پایان ناپذیر استفاده می کند. انرژی زمین گرمایی بر خلاف نیروگاه های برق آبی یا مزارع بادی بزرگ به مناطق وسیعی نیاز ندارد و برخلاف انرژی هیدروکربنی اتمسفر را آلوده نمی کند. به طور متوسط، GeoPP 400 متر مربع بر حسب 1 گیگاوات برق تولیدی را اشغال می کند. به عنوان مثال، همین رقم برای یک نیروگاه حرارتی با سوخت زغال سنگ 3600 متر مربع است. از مزایای زیست محیطی GeoPP نیز می توان به مصرف کم آب - 20 لیتر اشاره کرد آب شیرینبه ازای هر 1 کیلووات، در حالی که نیروگاه های حرارتی و نیروگاه های هسته ای حدود 1000 لیتر نیاز دارند. توجه داشته باشید که اینها شاخص های زیست محیطی GeoPP "متوسط" هستند.

اما هنوز هم عوارض جانبی منفی وجود دارد. در میان آنها، آلودگی صوتی، حرارتی اتمسفر و آلودگی شیمیایی آب و خاک، و همچنین تشکیل زباله های جامد اغلب متمایز می شود.

منبع اصلی آلودگی شیمیایی محیط زیست خود آب حرارتی (با دمای بالا و معدنی) است که اغلب حاوی مقادیر زیادترکیبات سمی که در ارتباط با آنها مشکل دفع فاضلاب و مواد خطرناک وجود دارد.

اثرات منفی انرژی زمین گرمایی را می توان در چند مرحله ردیابی کرد که با حفاری چاه شروع می شود. در اینجا، همان خطراتی که هنگام حفر چاه وجود دارد، به وجود می آید: تخریب خاک و پوشش گیاهی، آلودگی خاک و آب های زیرزمینی.

در مرحله بهره برداری از GeoPP، مشکلات آلودگی محیط زیست همچنان ادامه دارد. سیالات حرارتی - آب و بخار - معمولاً حاوی دی اکسید کربن (CO 2)، سولفور سولفور (H 2 S)، آمونیاک (NH 3)، متان (CH 4) هستند. نمک سفره(NaCl)، بور (B)، آرسنیک (As)، جیوه (Hg). وقتی در محیط رها می شوند به منابع آلودگی تبدیل می شوند. علاوه بر این، یک محیط شیمیایی تهاجمی می تواند باعث آسیب خوردگی به ساختارهای GeoTPP شود.

در عین حال، انتشار آلاینده ها در GeoPP ها به طور متوسط ​​کمتر از TPP ها است. به عنوان مثال، انتشار گازهای گلخانه ای دی اکسید کربنبه ازای هر کیلووات ساعت برق تولیدی، آنها به 380 گرم در GeoPP، 1042 گرم در نیروگاه های حرارتی زغال سنگ، 906 گرم در نفت کوره و 453 گرم در نیروگاه های حرارتی گازی می رسد.

این سوال پیش می آید: با فاضلاب چه باید کرد؟ با کانی سازی کم، پس از سرد شدن، می توان آن را به داخل ریخت آب های سطحی. راه دیگر این است که آن را از طریق یک چاه تزریقی به داخل آبخوان برگردانیم که در حال حاضر روش ارجح و غالب است.

استخراج آب حرارتی از سفره‌های زیرزمینی (و همچنین پمپاژ آب معمولی) می‌تواند باعث فرونشست و حرکت زمین، سایر تغییر شکل‌های لایه‌های زمین‌شناسی و ریززلزله‌ها شود. احتمال چنین پدیده هایی معمولا کم است، اگرچه موارد فردی ثبت شده است (به عنوان مثال، در GeoPP در Staufen im Breisgau در آلمان).

لازم به تأکید است که بیشتر GeoPP ها در مناطق نسبتاً کم جمعیت و در کشورهای جهان سوم قرار دارند که الزامات زیست محیطی کمتر از کشورهای توسعه یافته است. علاوه بر این، در حال حاضر تعداد GeoPP ها و ظرفیت های آنها نسبتا کم است. با توسعه بیشتر انرژی زمین گرمایی، خطرات زیست محیطی می توانند افزایش یافته و چند برابر شوند.

انرژی زمین چقدر است؟

هزینه های سرمایه گذاری برای ساخت سیستم های زمین گرمایی در طیف بسیار گسترده ای متفاوت است - از 200 تا 5000 دلار به ازای هر 1 کیلو وات ظرفیت نصب شده، یعنی بیشترین گزینه های ارزانقابل مقایسه با هزینه ساخت نیروگاه حرارتی. آنها اول از همه به شرایط وقوع آبهای حرارتی، ترکیب آنها و طراحی سیستم بستگی دارند. حفاری عمیق، ایجاد سیستم بستهبا دو چاه، نیاز به تصفیه آب می تواند هزینه را چند برابر کند.

به عنوان مثال، سرمایه گذاری در ایجاد یک سیستم گردش نفت گرمایی (PTS) در حدود 1.6-4 هزار دلار به ازای هر 1 کیلووات ظرفیت نصب شده تخمین زده می شود که بیش از هزینه های ساخت و ساز است. نیروگاه هسته ایو قابل مقایسه با هزینه ساخت نیروگاه های بادی و خورشیدی است.

مزیت اقتصادی آشکار GeoTPP یک حامل انرژی رایگان است. برای مقایسه، در ساختار هزینه یک نیروگاه حرارتی عملیاتی یا نیروگاه هسته ای، سوخت 50 تا 80 درصد یا حتی بیشتر را به خود اختصاص می دهد، بسته به قیمت فعلی انرژی. از این رو یک مزیت دیگر سیستم زمین گرمایی: هزینه های عملیاتی پایدارتر و قابل پیش بینی تر هستند، زیرا به قیمت انرژی خارجی بستگی ندارند. به طور کلی، هزینه های عملیاتی GeoTPP بین 2 تا 10 سنت (60 کوپک تا 3 روبل) به ازای هر 1 کیلووات ساعت ظرفیت تولید شده برآورد می شود.

دومین مورد بزرگ (و بسیار مهم) هزینه بعد از حامل انرژی، به طور معمول، حقوق کارکنان ایستگاه است که می تواند به طور چشمگیری بسته به کشور و منطقه متفاوت باشد.

به طور متوسط، هزینه 1 کیلووات ساعت انرژی زمین گرمایی با هزینه نیروگاه های حرارتی (در شرایط روسیه - حدود 1 روبل / 1 کیلووات ساعت) و ده برابر بیشتر از هزینه تولید برق در نیروگاه های برق آبی (5-10 کوپک) است. / 1 کیلووات ساعت).

بخشی از دلیل هزینه بالا این است که بر خلاف نیروگاه های حرارتی و هیدرولیک، GeoTPP ظرفیت نسبتا کمی دارد. علاوه بر این، مقایسه سیستم های واقع در همان منطقه و در شرایط مشابه ضروری است. بنابراین، به عنوان مثال، در کامچاتکا، به گفته کارشناسان، 1 کیلووات ساعت برق زمین گرمایی 2-3 برابر ارزان تر از برق تولید شده در نیروگاه های حرارتی محلی است.

شاخص های بهره وری اقتصادی سیستم زمین گرمایی به عنوان مثال به این بستگی دارد که آیا دفع فاضلاب ضروری است و به چه روش هایی این کار انجام می شود، آیا استفاده ترکیبی از منبع امکان پذیر است یا خیر. بنابراین، عناصر شیمیایی و ترکیبات استخراج شده از آب حرارتی می تواند درآمد اضافی ایجاد کند. مثال لاردرلو را به یاد بیاورید: تولید شیمیایی در آنجا اولیه بود و استفاده از انرژی زمین گرمایی در ابتدا ماهیت کمکی داشت.

فوروارد انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی تا حدودی متفاوت از باد و خورشید در حال توسعه است. در حال حاضر، این تا حد زیادی به ماهیت خود منبع بستگی دارد، که به شدت بر اساس منطقه متفاوت است، و بالاترین غلظت ها به مناطق باریک ناهنجاری های زمین گرمایی گره خورده است، که معمولاً با مناطقی از گسل های زمین ساختی و آتشفشانی مرتبط است.

علاوه بر این، انرژی زمین گرمایی در مقایسه با باد و حتی بیشتر با انرژی خورشیدی از نظر فناوری ظرفیت کمتری دارد: سیستم های ایستگاه های زمین گرمایی بسیار ساده هستند.

در ساختار کلی تولید برق جهان، مولفه زمین گرمایی کمتر از 1٪ را تشکیل می دهد، اما در برخی مناطق و کشورها سهم آن به 25-30٪ می رسد. به دلیل ارتباط با شرایط زمین شناسی، بخش قابل توجهی از ظرفیت انرژی زمین گرمایی در کشورهای جهان سوم متمرکز شده است، جایی که سه خوشه از بالاترین توسعه صنعت وجود دارد - جزایر جنوب شرقی آسیا، آمریکای مرکزی و آفریقای شرقی. دو منطقه اول بخشی از "کمربند آتش زمین" اقیانوس آرام هستند، سومین منطقه به شکاف شرق آفریقا گره خورده است. با بیشترین احتمال، انرژی زمین گرمایی در این کمربندها به توسعه خود ادامه خواهد داد. چشم انداز دورتر توسعه انرژی پتروترمال با استفاده از گرمای لایه های زمین است که در عمق چندین کیلومتری قرار دارد. این یک منبع تقریباً در همه جا است، اما استخراج آن مستلزم هزینه های بالایی است، بنابراین انرژی پتروترمال عمدتاً در قدرتمندترین کشورها از نظر اقتصادی و فناوری در حال توسعه است.

به طور کلی، با توجه به فراگیر بودن منابع زمین گرمایی و سطح قابل قبولی از ایمنی محیطی، دلایلی وجود دارد که باور کنیم انرژی زمین گرمایی چشم‌انداز توسعه خوبی دارد. به ویژه با تهدید فزاینده کمبود حامل های انرژی سنتی و افزایش قیمت برای آنها.

از کامچاتکا تا قفقاز

در روسیه، توسعه انرژی زمین گرمایی سابقه نسبتا طولانی دارد و در تعدادی از موقعیت ها ما در بین رهبران جهان هستیم، اگرچه سهم انرژی زمین گرمایی در تراز کلی انرژی یک کشور بزرگ هنوز ناچیز است.

پیشگامان و مراکز توسعه انرژی زمین گرمایی در روسیه دو منطقه بودند - کامچاتکا و قفقاز شمالی، و اگر در مورد اول ما در درجه اول در مورد صنعت برق صحبت می کنیم، در مورد دوم - در مورد استفاده از انرژی حرارتی آب حرارتی

در قفقاز شمالی، در قلمرو کراسنودار، چچن، داغستان - گرمای آبهای حرارتی برای مقاصد انرژی حتی قبل از بزرگ استفاده می شد جنگ میهنی. در دهه 1980-1990، توسعه انرژی زمین گرمایی در منطقه، به دلایل واضح، متوقف شد و هنوز از وضعیت رکود خارج نشده است. با این وجود، تامین آب زمین گرمایی در قفقاز شمالی برای حدود 500 هزار نفر گرما را تامین می کند و به عنوان مثال، شهر لابینسک در قلمرو کراسنودار با جمعیت 60 هزار نفر به طور کامل توسط آب های زمین گرمایی گرم می شود.

در کامچاتکا، تاریخچه انرژی زمین گرمایی در درجه اول با ساخت GeoPP مرتبط است. اولین آنها که هنوز ایستگاه های Pauzhetskaya و Paratunskaya را کار می کنند، در سال های 1965-1967 ساخته شدند، در حالی که Paratunskaya GeoPP با ظرفیت 600 کیلووات اولین ایستگاه در جهان با چرخه دودویی شد. این پیشرفت دانشمندان شوروی S. S. Kutateladze و A. M. Rosenfeld از موسسه فیزیک حرارتی شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه بود که در سال 1965 گواهی حق چاپ را برای استخراج برق از آب با دمای 70 درجه سانتیگراد دریافت کردند. این فناوری متعاقباً به نمونه اولیه بیش از 400 GeoPP باینری در جهان تبدیل شد.

ظرفیت Pauzhetskaya GeoPP که در سال 1966 راه اندازی شد، در ابتدا 5 مگاوات بود و متعاقباً به 12 مگاوات افزایش یافت. در حال حاضر، این ایستگاه در حال ساخت یک بلوک باینری است که ظرفیت آن را 2.5 مگاوات دیگر افزایش می دهد.

توسعه انرژی زمین گرمایی در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه با در دسترس بودن منابع انرژی سنتی - نفت، گاز، زغال سنگ مانع شد، اما هرگز متوقف نشد. بزرگترین تأسیسات برق زمین گرمایی در حال حاضر، ژئوPP Verkhne-Mutnovskaya با ظرفیت کل 12 مگاوات نیروگاه، که در سال 1999 راه اندازی شد، و Mutnovskaya GeoPP با ظرفیت 50 مگاوات (2002) هستند.

Mutnovskaya و Verkhne-Mutnovskaya GeoPP اشیایی منحصر به فرد نه تنها برای روسیه، بلکه در مقیاس جهانی هستند. این ایستگاه ها در پای آتشفشان موتنوفسکی و در ارتفاع 800 متری از سطح دریا قرار دارند و در شرایط آب و هوایی شدید که 9-10 ماه در سال زمستان است، کار می کنند. تجهیزات Mutnovsky GeoPPs، که در حال حاضر یکی از مدرن ترین در جهان است، به طور کامل در شرکت های داخلی مهندسی قدرت ایجاد شده است.

در حال حاضر، سهم ایستگاه های موتنوفسکی در ساختار کلی مصرف انرژی مرکز انرژی کامچاتکای مرکزی 40٪ است. افزایش ظرفیت در سال های آینده برنامه ریزی شده است.

به طور جداگانه، باید در مورد تحولات نفتی روسیه گفت. ما هنوز PCS های بزرگ نداریم، اما وجود دارد فناوری پیشرفتهحفاری تا عمق زیاد (حدود 10 کیلومتر) که مشابه آن نیز در دنیا وجود ندارد. توسعه بیشتر آنها کاهش شدید هزینه های ایجاد سیستم های پتروترمال را ممکن می سازد. توسعه دهندگان این فناوری ها و پروژه ها N. A. Gnatus، M. D. Khutorskoy (موسسه زمین شناسی آکادمی علوم روسیه)، A. S. Nekrasov (موسسه پیش بینی اقتصادی آکادمی علوم روسیه) و متخصصان کارخانه توربین کالوگا هستند. در حال حاضر، پروژه سیستم گردش نفت در روسیه در مرحله آزمایشی است.

چشم اندازهایی برای انرژی زمین گرمایی در روسیه وجود دارد، اگرچه آنها نسبتاً دور هستند: در حال حاضر، پتانسیل بسیار زیاد است و موقعیت انرژی سنتی قوی است. در عین حال، در تعدادی از مناطق دورافتاده کشور، استفاده از انرژی زمین گرمایی از نظر اقتصادی سودآور بوده و حتی در حال حاضر نیز مورد تقاضا است. این مناطق با پتانسیل ژئوانرژی بالا هستند (چوکوتکا، کامچاتکا، کوریل - قسمت روسیاقیانوس آرام "کمربند آتش زمین"، کوه های سیبری جنوبی و قفقاز) و در عین حال دور و قطع از منبع انرژی متمرکز.

این احتمال وجود دارد که در دهه های آینده، انرژی زمین گرمایی در کشور ما دقیقاً در چنین مناطقی توسعه یابد.

این انرژی متعلق به منابع جایگزین است. امروزه بیشتر و بیشتر به احتمالات به دست آوردن منابعی که سیاره به ما می دهد اشاره می کنند. می توان گفت که ما در عصر مد برای انرژی های تجدید پذیر زندگی می کنیم. انبوهی ایجاد می شود راه حل های فنی، طرح ها، نظریه ها در این زمینه.

در اعماق زمین است و خاصیت نو شدن دارد و به عبارت دیگر بی پایان است. منابع کلاسیک، به گفته دانشمندان، شروع به تمام شدن می کنند، نفت، زغال سنگ، گاز تمام می شود.

نیروگاه زمین گرمایی Nesjavellir، ایسلند

بنابراین، می توان به تدریج برای اتخاذ روش های جایگزین جدید تولید انرژی آماده شد. زیر پوسته زمینیک هسته قدرتمند وجود دارد. دمای آن بین 3000 تا 6000 درجه است. حرکت صفحات لیتوسفر قدرت فوق العاده آن را نشان می دهد. خود را به شکل ریزش آتشفشانی ماگما نشان می دهد. در اعماق، واپاشی رادیواکتیو رخ می دهد که گاهی اوقات باعث چنین بلایای طبیعی می شود.

معمولا ماگما سطح را بدون فراتر رفتن از آن گرم می کند. اینگونه است که آبفشان ها یا حوضچه های آب گرم به دست می آیند. به این ترتیب می توان از فرآیندهای فیزیکی برای اهداف درست برای بشریت استفاده کرد.

انواع منابع انرژی زمین گرمایی

معمولاً به دو نوع انرژی گرمابی و پتروترمال تقسیم می شود. اولی در اثر منابع گرم تشکیل می شود و نوع دوم اختلاف دما در سطح و اعماق زمین است. به عبارت خودتان، یک چشمه گرمابی از بخار و آب گرم تشکیل شده است، در حالی که یک چشمه پتروترمال در اعماق زمین پنهان شده است.

نقشه پتانسیل توسعه انرژی زمین گرمایی در جهان

برای انرژی پتروترمال، لازم است دو حلقه چاه حفاری شود، یکی از آنها با آب پر شود، پس از آن یک روند افزایشی رخ می دهد که به سطح می آید. سه دسته از مناطق زمین گرمایی وجود دارد:

• زمین گرمایی - واقع در نزدیکی صفحات قاره ای. گرادیان دما بیش از 80 درجه سانتیگراد در کیلومتر به عنوان مثال، کمون ایتالیایی لاردرلو. نیروگاه وجود دارد
• نیمه حرارتی - درجه حرارت 40 - 80 C / km. اینها سفره های طبیعی هستند که از سنگ های خرد شده تشکیل شده اند. در برخی از نقاط فرانسه، ساختمان ها به این روش گرم می شوند.
• عادی - گرادیان کمتر از 40 درجه سانتیگراد در کیلومتر. نمایندگی چنین مناطقی رایج ترین است

آنها یک منبع عالی برای مصرف هستند. آنها داخل هستند سنگ، در یک عمق معین. بیایید نگاهی دقیق تر به طبقه بندی بیندازیم:

• اپی ترمال - دما از 50 تا 90 ثانیه
• مزوترمال - 100 - 120 ثانیه
• هیپوترمال - بیش از 200 ثانیه

این گونه ها تشکیل شده اند ترکیب شیمیایی. بسته به آن می توان از آب برای مصارف مختلفی استفاده کرد. به عنوان مثال، در تولید برق، تامین حرارت (مسیرهای حرارتی)، پایه مواد اولیه.

ویدئو: انرژی زمین گرمایی

فرآیند تامین حرارت

دمای آب 50 -60 درجه است که برای گرمایش و تامین گرمای یک منطقه مسکونی بهینه است. نیاز به سیستم های گرمایشی بستگی به موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی دارد. و مردم به طور مداوم نیاز به تامین آب گرم دارند. برای این فرآیند، GTS (ایستگاه های حرارتی زمین گرمایی) ساخته می شود.

اگر برای تولید کلاسیک انرژی حرارتی از دیگ بخار استفاده شود که جامد یا سوخت گاز، سپس در این تولید از منبع آبفشان استفاده می شود. فرآیند فنیبسیار ساده، همان ارتباطات، خطوط حرارتی و تجهیزات. کافی است یک چاه حفر کنید، آن را از گازها تمیز کنید، سپس آن را به اتاق دیگ بخار پمپ کنید، جایی که نگهداری می شود. نمودار دما، و سپس وارد گرمایش اصلی می شود.

تفاوت اصلی این است که نیازی به استفاده از دیگ سوخت نیست. این به طور قابل توجهی هزینه انرژی حرارتی را کاهش می دهد. در زمستان، مشترکین گرما و آب گرم و در تابستان فقط آب گرم دریافت می کنند.

تولید برق

چشمه های آب گرم، آبفشان ها اجزای اصلی در تولید برق هستند. برای این کار از چندین طرح استفاده می شود، نیروگاه های ویژه در حال ساخت هستند. دستگاه GTS:

• مخزن DHW
• پمپ
• جداکننده گاز
• جداکننده بخار
• توربین تولید کننده
• خازن
• پمپ تقویتی
• مخزن - کولر

همانطور که می بینید، عنصر اصلی مدار یک مبدل بخار است. این امر به دست آوردن بخار تصفیه شده را ممکن می کند، زیرا حاوی اسیدهایی است که تجهیزات توربین را از بین می برد. می توان از یک طرح ترکیبی در چرخه فناوری استفاده کرد، یعنی آب و بخار در فرآیند دخالت دارند. مایع تمام مرحله تصفیه از گازها و همچنین بخار را طی می کند.

مدار با منبع باینری

جزء کار مایعی با نقطه جوش کم است. آب حرارتی نیز در تولید برق نقش دارد و به عنوان ماده اولیه ثانویه عمل می کند.

با کمک آن، بخار منبع کم جوش تشکیل می شود. GTS با چنین چرخه ای می تواند کاملاً خودکار باشد و نیازی به حضور پرسنل تعمیر و نگهداری ندارد. ایستگاه های قدرتمندتر از طرح دو مداری استفاده می کنند. این نوع نیروگاه امکان دستیابی به ظرفیت 10 مگاوات را فراهم می کند. ساختار مدار دوگانه:

• ژنراتور بخار
• توربین
• خازن
• اجکتور
• پمپ تغذیه
• اکونومایزر
• اواپراتور

استفاده عملی

ذخایر عظیم منابع چندین برابر بیشتر از مصرف سالانه انرژی است. اما تنها بخش کوچکی توسط بشر استفاده می شود. ساخت ایستگاه ها به سال 1916 برمی گردد. در ایتالیا، اولین GeoTPP با ظرفیت 7.5 مگاوات ایجاد شد. این صنعت به طور فعال در کشورهایی مانند ایالات متحده آمریکا، ایسلند، ژاپن، فیلیپین، ایتالیا در حال توسعه است.

اکتشاف فعال سایت های بالقوه و روش های راحت تر استخراج در حال انجام است. ظرفیت تولید سال به سال در حال افزایش است. اگر شاخص اقتصادی را در نظر بگیریم، هزینه چنین صنعتی برابر با نیروگاه های حرارتی زغال سنگ است. ایسلند تقریباً به طور کامل سهام عمومی و مسکن را با منبع GT پوشش می دهد. 80 درصد از خانه ها استفاده می کنند آب گرماز چاه ها کارشناسان ایالات متحده ادعا می کنند که با توسعه مناسب، GeoTPP ها می توانند 30 برابر بیشتر از مصرف سالانه تولید کنند. اگر در مورد پتانسیل صحبت کنیم، 39 کشور جهان در صورت استفاده 100 درصدی از روده های زمین، می توانند به طور کامل برق خود را تامین کنند.