Energia geotermalna
Już z nazwy jasno wynika, że reprezentuje ciepło wnętrza ziemi. Pod skorupą ziemską znajduje się warstwa magmy, która jest ognistym ciekłym stopionym krzemianem. Według danych badawczych potencjał energetyczny tego ciepła jest znacznie wyższy niż energia światowych zasobów gazu ziemnego, a także ropy naftowej. Magma - lawa wypływa na powierzchnię. Ponadto największą aktywność obserwuje się w tych warstwach ziemi, na których znajdują się granice płyt tektonicznych, a także w których skorupa ziemska charakteryzuje się cienkością. Energię geotermalną ziemi uzyskuje się w następujący sposób: dochodzi do kontaktu lawy i zasobów wodnych planety, w wyniku czego woda zaczyna się gwałtownie nagrzewać. Prowadzi to do erupcji gejzeru, powstania tzw. Gorących jezior i prądów podwodnych. To znaczy właśnie do tych naturalnych zjawisk, których właściwości są aktywnie wykorzystywane jako niewyczerpane źródło energii.
Sprawność elektrowni geotermalnej
W rzeczywistości nie można powiedzieć, że elektrownie geotermalne są bardzo wydajne, ponieważ ich sprawność wynosi tylko 7-10 procent. Jest to bardzo małe w porównaniu z obiektami, w których energia jest pozyskiwana ze spalania paliwa. Dlatego nie możesz po prostu wykopać dołka, włożyć do niego rury i odpocząć. System musi być bardzo wydajny i wykorzystywać wiele cykli, aby uzyskać wyższą wydajność, w przeciwnym razie otrzymana energia nie wystarczy nawet do obsługi pomp używanych do dostarczania płynu na powierzchnię.
Kluczem do sukcesu elektrowni geotermalnych, w porównaniu z energią wiatrową i słoneczną, jest ich spójność. Są w stanie pracować 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu z tą samą intensywnością, zużywając do pracy mniej energii niż produkują na wyjściu. Dodatkowym plusem jest możliwość pozyskania ciepła wykorzystywanego do ogrzewania domów i obiektów w najbliższej okolicy. A do tego wszystkiego nie musisz spalać drogiego paliwa.
Sztuczne źródła geotermalne
Energię zawartą w trzewiach ziemi należy mądrze wykorzystywać. Na przykład jest pomysł na stworzenie podziemnych kotłów. Aby to zrobić, musisz wywiercić dwie studnie o wystarczającej głębokości, które zostaną połączone na dole. Oznacza to, że okazuje się, że prawie w każdym zakątku lądu można pozyskać energię geotermalną na skalę przemysłową: przez jedną studnię wpompowywana będzie zimna woda, a przez drugą będzie wydobywać się gorąca woda lub para. Sztuczne źródła ciepła będą korzystne i racjonalne, jeśli powstające ciepło dostarczy więcej energii. Para może być skierowana do generatorów turbinowych, które będą wytwarzać energię elektryczną.
Oczywiście wybrane ciepło to tylko ułamek tego, co jest dostępne w całkowitych rezerwach. Należy jednak pamiętać, że głębokie ciepło będzie stale uzupełniane z powodu procesów rozpadu radioaktywnego, kompresji skał, rozwarstwienia jelit. Zdaniem ekspertów skorupa ziemska gromadzi ciepło, którego całkowita ilość jest 5000 razy większa niż wartość opałowa wszystkich kopalnych zasobów Ziemi jako całości. Okazuje się, że czas pracy takich sztucznie stworzonych stacji geotermalnych może być nieograniczony.
Globalna dystrybucja energii geotermalnej
Grubość skorupy ziemskiej, zależność temperatury jej warstw wewnętrznych od głębokości i odpowiednio dostępność energii geotermalnej w różnych regionach planety są bardzo zróżnicowane.
Ponad granicami płyt litosferycznych, w regionach górskich i na wybrzeżach oceanów, źródła energii geotermalnej są znacznie bardziej dostępne. W literaturze istnieje wiele map, diagramów i rycin ilustrujących tę nierówność.
Liczbowym wskaźnikiem dostępności energii geotermalnej może być gradient wzrostu temperatury środowiska w zależności od głębokości. Według tego wskaźnika regiony Ziemi można podzielić na kilka kategorii:
- Geotermalna, położona w pobliżu granic płyt kontynentalnych. Gradient temperatury powyżej 80 ° C / km. Przykładami są gmina Larderello położona we włoskiej prowincji Piza, gdzie powstaje pierwsza na świecie elektrownia geotermalna, obszary z gorącymi gejzerami na Islandii, Kamczatka, Dolina Gejzerów w amerykańskim Parku Narodowym Yellowstone.
- Półtermiczne z gradientem temperatury 40-80 ° C / km. Przykładem mogą być niektóre części Francji. Często, z gradientem temperatury mniejszym niż 40 ° C / km - większość powierzchni Ziemi.
Rozmieszczenie regionów o wysokim występowaniu wysokotemperaturowych warstw skorupy ziemskiej na powierzchni Ziemi w dużej mierze determinuje koncentrację w niektórych rejonach przedsiębiorstw przemysłowych wykorzystujących naturalne ciepło. A więc oprócz wspomnianej już Islandii i uprzemysłowionej Japonii, duży udział takich przedsiębiorstw znajduje się na Filipinach.
W Rosji, oprócz dalekowschodniego wybrzeża Sachalina i Wysp Kurylskich, obszary o większej aktywności geotermalnej można niemal w całości utożsamić z obszarami górskimi wzdłuż południowych granic kraju, na Kaukazie i Syberii Wschodniej.
Cechy źródeł
Źródła dostarczające energię geotermalną są prawie niemożliwe do wykorzystania w całości. Występują w ponad 60 krajach świata, a większość wulkanów lądowych znajduje się w Pacyfiku Wulkanicznego Pierścienia Ognia. Ale w praktyce okazuje się, że źródła geotermalne w różnych regionach świata mają zupełnie inne właściwości, a mianowicie średnią temperaturę, mineralizację, skład gazu, kwasowość i tak dalej.
Gejzery to źródła energii na Ziemi, których cechą charakterystyczną jest to, że regularnie wypluwają wrzącą wodę. Po erupcji basen staje się wolny od wody, na jego dnie widać kanał, który zagłębia się w ziemię. Gejzery są wykorzystywane jako źródła energii w regionach takich jak Kamczatka, Islandia, Nowa Zelandia i Ameryka Północna, a samotne gejzery znajdują się na kilku innych obszarach.
Perspektywy dla elektrowni geotermalnych
Po ponad stu latach od pierwszej demonstracji możliwości wykorzystania energii geotermalnej stacje pracujące na tym „paliwie” są obiecujące i dla niektórych regionów niezastąpione. Na przykład w Rosji prawie wszystkie stacje znajdują się na Kamczatce. W Stanach Zjednoczonych mówimy o Kalifornii, aw Niemczech o niektórych regionach alpejskich.
Kraje są liderami w produkcji energii ze źródeł geotermalnych.
Pięciu liderów pod względem ilości energii wytwarzanej przez GeoTPP to Stany Zjednoczone, Indonezja, Filipiny, Włochy i Nowa Zelandia. Łatwo zauważyć, że są to kraje o zupełnie innym poziomie rozwoju. Okazuje się, że energia geotermalna jest dostępna dla każdego i każdy jest nią zainteresowany. Wraz z postępem technologicznym, wzrostem wydajności zakładu i spadkiem dostaw nieodnawialnych źródeł energii, zapotrzebowanie na energię geotermalną będzie rosło.
Dla tych, którzy martwią się temperaturą planety, należy powiedzieć, że przy temperaturze w środku Ziemi wynoszącej co najmniej 6800 stopni Celsjusza ochładza się ona tylko o 300-500 stopni w ciągu miliarda lat. Myślę, że nie ma potrzeby się tym martwić.
Skąd pochodzi energia?
Niechłodzona magma znajduje się bardzo blisko powierzchni ziemi. Uwalniają się z niej gazy i opary, które unoszą się i przechodzą wzdłuż szczelin. Mieszając się z wodą gruntową, powodują ich ogrzewanie, same zamieniają się w gorącą wodę, w której rozpuszcza się wiele substancji.Taka woda jest wypuszczana na powierzchnię ziemi w postaci różnych źródeł geotermalnych: gorących, mineralnych, gejzerów i tak dalej. Według naukowców gorące trzewia ziemi to jaskinie lub komory połączone przejściami, szczelinami i kanałami. Są po prostu wypełnione wodą gruntową, a centra magmy znajdują się bardzo blisko nich. W ten sposób energia cieplna ziemi powstaje w sposób naturalny.
Ogrzewanie geotermalne w domu
Schemat ogrzewania geotermalnego
Najpierw musisz zrozumieć zasady pozyskiwania energii cieplnej. Opierają się na wzroście temperatury w miarę zagłębiania się w ziemię. Na pierwszy rzut oka wzrost stopnia nagrzania jest nieznaczny. Ale dzięki pojawieniu się nowych technologii ogrzewanie domu ciepłem ziemi stało się rzeczywistością.
Głównym warunkiem zorganizowania ogrzewania geotermalnego jest temperatura co najmniej 6 ° C. Jest to typowe dla środkowych i głębokich warstw gleby i zbiorników wodnych. Te ostatnie są silnie uzależnione od zewnętrznego wskaźnika temperatury, dlatego są niezwykle rzadko stosowane. Jak praktycznie można zorganizować ogrzewanie domu energią ziemi?
Aby to zrobić, konieczne jest wykonanie 3 obwodów wypełnionych płynami o różnych właściwościach technicznych:
- Zewnętrzny... Częściej krąży w nim środek przeciw zamarzaniu. Jego ogrzewanie do temperatury nie niższej niż 6 ° С następuje z powodu energii ziemi;
- Pompa ciepła... Bez niej ogrzewanie z energii ziemi jest niemożliwe. Nośnik ciepła z obwodu zewnętrznego za pomocą wymiennika ciepła przekazuje swoją energię czynnikowi chłodniczemu. Jego temperatura parowania jest niższa niż 6 ° C. Następnie wchodzi do sprężarki, gdzie po sprężeniu temperatura wzrasta do 70 ° C;
- Wewnętrzny kontur... Podobny schemat służy do przenoszenia ciepła ze sprężonego czynnika chłodniczego do wody w układzie pokonującym. W ten sposób ogrzewanie z wnętrzności ziemi odbywa się przy minimalnych kosztach.
Pomimo oczywistych zalet takie systemy są rzadkie. Wynika to z wysokich kosztów zakupu sprzętu i organizacji zewnętrznego obwodu do odbioru ciepła.
Najlepiej powierzyć obliczenia ogrzewania z ciepła ziemi profesjonalistom. Sprawność całego systemu będzie zależała od poprawności obliczeń.
Pole elektryczne Ziemi
W przyrodzie istnieje inne alternatywne źródło energii, które wyróżnia się odnawialnością, przyjaznością dla środowiska i łatwością użytkowania. To prawda, że do tej pory to źródło jest tylko badane i nie jest stosowane w praktyce. Zatem energia potencjalna Ziemi jest ukryta w jej polu elektrycznym. W ten sposób można uzyskać energię, badając podstawowe prawa elektrostatyki i charakterystykę pola elektrycznego Ziemi. W rzeczywistości nasza planeta z elektrycznego punktu widzenia jest sferycznym kondensatorem naładowanym do 300 000 woltów. Jego wewnętrzna kula ma ładunek ujemny, a zewnętrzna, jonosfera, jest dodatnia. Atmosfera ziemska jest izolatorem. Przez nią odbywa się stały przepływ prądów jonowych i konwekcyjnych, które osiągają siłę wielu tysięcy amperów. Jednak różnica potencjałów między płytami nie zmniejsza się w tym przypadku.
Sugeruje to, że w naturze istnieje generator, którego rolą jest ciągłe uzupełnianie wycieku ładunków z płytek kondensatora. Rolę takiego generatora pełni ziemskie pole magnetyczne, wirujące wraz z naszą planetą w przepływie wiatru słonecznego. Energię pola magnetycznego Ziemi można uzyskać po prostu podłączając odbiorcę energii do tego generatora. Aby to zrobić, musisz wykonać niezawodną instalację uziemiającą.
Jak to jest przydatne?
Ziemia jest symbolem świata materialnego. Ze wszystkich żywiołów najbliżej człowieka jest ziemia. Jest siłą odradzającą, centrum i wsparciem dla wszystkich żywych istot. Daje życie, żywi, konserwuje, opiekuje się ludźmi.
Energia Ziemi jest skierowana do odżywiania wszystkich części ciała na poziomie molekularnym. Pozwala przywrócić wewnętrzną równowagę, poczuć więź z rodziną i otrzymać od niej wsparcie.Daje człowiekowi podstawową jakość - zrównoważony rozwój.
Odgrywa ważną rolę w utrzymaniu zdrowia, w normalizacji materialnej, duchowej i seksualnej sfery życia. Za pomocą ziemskiej energii możesz rozwinąć takie cechy, jak reagowanie, miłosierdzie, życzliwość, harmonia, spokój.
Brak energii z ziemi prowadzi człowieka do stanu depresji i nerwowości. Znika radość życia, zanika stabilność i stabilność. Plany upadają, zaczynają się problemy w sferze seksualnej i finansach.
Energia ziemi jest szczególnie potrzebna kobietom. Daje możliwość odczuwania radości z czucia siebie w swoim ciele, z ruchów, z relacji seksualnych.
Uziemienie daje siłę energetyczną, pozwala działać w oparciu o wewnętrzne potrzeby. Ziemska energia pomaga kobiecie rozwiązywać problemy materialne, pozostać mądrą, troskliwą i kochającą matką i żoną.
Odnawialne źródła
Ponieważ populacja naszej planety stale rośnie, potrzebujemy coraz więcej energii, aby ją utrzymać. Energia zawarta w jelitach ziemi może być bardzo różna. Na przykład istnieją źródła odnawialne: energia wiatrowa, słoneczna i wodna. Są przyjazne dla środowiska, dlatego można z nich korzystać bez obawy o uszkodzenie środowiska.
Niskogatunkowa energia cieplna ziemi i pompy ciepła
Źródłami energii cieplnej Ziemi o niskim potencjale jest promieniowanie słoneczne i promieniowanie cieplne z rozgrzanych wnętrzności naszej planety. Obecnie wykorzystanie takiej energii jest jednym z najdynamiczniej rozwijających się obszarów energetyki opartej na odnawialnych źródłach energii.
Ciepło Ziemi można wykorzystać w różnego rodzaju budynkach i konstrukcjach do ogrzewania, dostarczania ciepłej wody, klimatyzacji (chłodzenia), a także do ogrzewania ścieżek w okresie zimowym, zapobiegania oblodzeniu, ogrzewania boisk na otwartych stadionach itp. wykorzystanie ciepła Ziemi w systemach zaopatrzenia w ciepło i klimatyzacji określa się jako GHP - „geotermalne pompy ciepła” (geotermalne pompy ciepła). Charakterystyka klimatyczna krajów Europy Środkowej i Północnej, które wraz ze Stanami Zjednoczonymi i Kanadą są głównymi regionami wykorzystania niskoenergetycznego ciepła Ziemi, determinuje to głównie do celów grzewczych; chłodzenie powietrza nawet latem jest stosunkowo rzadkie. Dlatego w przeciwieństwie do USA pompy ciepła w krajach europejskich działają głównie w trybie ogrzewania. W Stanach Zjednoczonych częściej stosuje się je w systemach ogrzewania powietrznego połączonych z wentylacją, co pozwala zarówno ogrzewać, jak i schładzać powietrze zewnętrzne. W krajach europejskich pompy ciepła są powszechnie stosowane w systemach podgrzewania ciepłej wody. Ponieważ ich sprawność rośnie wraz ze spadkiem różnicy temperatur między parownikiem a skraplaczem, systemy ogrzewania podłogowego są często wykorzystywane do ogrzewania budynków, w których krąży chłodziwo o stosunkowo niskiej temperaturze (35–40 ° C).
Energia wody
Ta metoda była używana od wielu stuleci. Dziś zbudowano ogromną liczbę tam, zbiorników, w których woda jest wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej. Istota tego mechanizmu jest prosta: pod wpływem przepływu rzeki odpowiednio obracają się koła turbin, energia wody zamieniana jest na energię elektryczną.
Obecnie istnieje wiele elektrowni wodnych, które przekształcają energię przepływu wody w energię elektryczną. Osobliwością tej metody jest to, że zasoby energii wodnej są odpowiednio odnawiane, takie konstrukcje mają niski koszt. Dlatego pomimo tego, że budowa elektrowni wodnych trwa już dość długo, a sam proces jest bardzo kosztowny, to jednak konstrukcje te znacznie przewyższają energochłonne branże.
Siła wulkanów: jak ciepło ziemi dostarcza ludziom energii
Wszyscy dobrze wiemy, że energia alternatywna jest bezpieczniejsza dla środowiska niż energia tradycyjna. Wiemy, że jego źródłami są Słońce, wiatr, pływy, biomasa. Jednak we współczesnym świecie informacji niewiele uwagi poświęca się innemu źródłu alternatywnej energii - wulkanom. Po części zyski na tym froncie nie są tak znaczące.
Ale gdybyśmy nauczyli się wykorzystywać moc wulkanów w co najmniej 50 procentach, nie potrzebowalibyśmy ani gazu, ani ropy, aby uzyskać światło i ciepło. Faktem jest, że wulkany mogą dostarczyć ludziom taką ilość energii, która tysiąckrotnie przewyższa energię ze światowych rezerw gazu i ropy.
Skąd pochodzi energia wulkanów?
W pewnym stopniu naszą planetę można porównać do jajka: najpierw jest „twarda skorupa” zwana litosferą, następnie „lepkie białko” - płaszcz i gęste (przypuszczalnie) „żółtko” - rdzeń.
Grubość „twardej skorupy” na lądzie i w oceanie jest różna: w pierwszym przypadku dochodzi do 50-70 km, w drugim może wynosić 5-20 km. Cała litosfera jest podzielona na bloki, które razem przypominają mozaikę pociętą uskokami i pęknięciami - naukowcy nazywają takie bloki płytami litosferycznymi.
Zdjęcie: geographyofrussia.com/ Wewnętrzna struktura Ziemi
Jeśli chodzi o płaszcz, jest bardzo gorący, jego temperatura waha się od kilkuset do kilku tysięcy stopni: im bliżej jądra, tym wyższa temperatura, a zatem im bliżej litosfery, tym niższa. Różnica temperatur jest przyczyną mieszania się substancji w płaszczu: zimniejsze masy opadają, a gorące wznoszą się. Chociaż płaszcz jest podgrzewany do wysokich temperatur, nie jest płynny, ale, jak powiedzieliśmy powyżej, lepki z powodu silnego ciśnienia wewnątrz Ziemi.
Bloki naszej „twardej skorupy” leżą na płaszczu, lekko zapadając się w nim pod ciężarem ich ciężaru. Kiedy podgrzana masa płaszcza unosi się na powierzchnię, zaczyna przesuwać się pod litosferycznymi płytami „mozaikowymi”, zmuszając je do mimowolnego podążania za nią.
Jeśli w tym samym czasie część jednej płyty jest dociskana od góry przez inny blok litosferyczny, wówczas ta część stopniowo zapada się coraz głębiej w płaszcz i topi się, w wyniku czego ciecz magma
- stopione skały z parą wodną i gazem.
Ponieważ magma jest lżejsza niż otaczające ją skały, zaczyna powoli unosić się w górę i gromadzić się w komorach magmy wzdłuż linii kolizji płyt. Jego temperatura w tej chwili wynosi około 900-1200 ° C.
Zdjęcie: shilchik.livejournal.com/ Kiedy magma osiąga powierzchnię, ochładza się, traci gazy i staje się lawą
Zachowanie rozgrzanej do czerwoności magmy w takich ogniskach można do pewnego stopnia porównać z ciastem drożdżowym: magma zwiększa swoją objętość, zajmuje całą wolną przestrzeń i unosi się z głębin wzdłuż pęknięć, próbując się uwolnić (jeśli magma jest bogata w aluminium i krzem , może zestalać się bezpośrednio w skorupie i tworzyć głębokie skały magmowe). Gdy ciasto unosi pokrywkę garnka i wypływa przez krawędź, magma faluje, a następnie przebija się przez skorupę ziemską w najsłabszych miejscach i wydostaje się na powierzchnię. Tak właśnie zachodzą erupcje.
Kiedy skała topi się głęboko pod ziemią, w wyniku reakcji chemicznych i radioaktywnego rozpadu pierwiastków następuje uwolnienie ciepła, które podobnie jak magma unosi się do ziemi i gaśnie. Gęstość strumienia ciepła zmniejsza się, gdy zbliża się do powierzchni.
Ciepło z wnętrzności ziemi jest interesujące dla wielu badaczy, ponieważ może być wykorzystywane do dostarczania ludziom energii na olbrzymią ilość czasu. Ten rodzaj energii w nauce nazywany jest geotermalną.
Jak człowiek próbuje okiełznać energię wulkanów
Strumień ciepła, który dociera do powierzchni w większości obszarów planety, jest niewielki: jego moc wynosi około 0,06 wata na metr kwadratowy, czyli około 355 Wh / m2 rocznie. Naukowcy przypisują to specjalnej budowie geologicznej i być może niskiej przewodności cieplnej skał na dużej części Ziemi. Ale jeśli te strumienie ciepła przechodzą przez pęknięcia i uskoki, a także istniejące wulkany w strefach zwiększonej aktywności wulkanicznej i sejsmicznej planety, z reguły są setki razy silniejsze niż zwykłe, ponieważ są mniej grube. " muszla ”napotyka na ich drodze, w związku z czym natrysk termiczny nie jest tak silny. Zarówno same erupcje, jak i gorące wody podziemne niosą na powierzchnię strumienie ciepła, czasami ma to miejsce w postaci pary (wody leżą na głębokościach, do których możemy się dostać, gdzie są podgrzewane przez magmę, zwykle do stanu pary).
Takie aktywne obszary przyciągają uwagę geologów na całym świecie i to właśnie tutaj, w pobliżu wulkanów, budowane są specjalne stacje geotermalne, które oswajają podziemne ciepło i wytwarzają z niego energię elektryczną i energię do ogrzewania domów.
Zdjęcie: elementy.ru/ Zasada działania elektrowni geotermalnej na suchą parę
Jak powiedzieliśmy wcześniej, im bliżej jądra planety, tym wyższa temperatura, co oznacza, że moc przepływu ciepła wzrasta. Na przykład w komorze magmowej, która znajduje się na głębokości nieco ponad 5 kilometrów pod wulkanem Avachinsky na Kamczatce, zgromadziło się około 7 x 10 (do 14 potęgi) kcal / km3 ciepła, które dostarczyłoby energię dla setki tysięcy domów.
Dlatego przy budowie elektrowni geotermalnych inżynierowie starają się wiercić studnie jak najgłębiej, co pozwala na dotarcie do wyższych temperatur i uzyskanie mocniejszych przepływów ciepła w postaci suchej i mokrej pary lub gorącej wody, które następnie w „wykończonym” Wchodzą do parowników lub turbin, a następnie do generatorów.
Podczas wiercenia temperatura rośnie z każdym kilometrem średnio o 20-30 ° C, aw zależności od budowy geologicznej w różnych rejonach Ziemi tempo wzrostu temperatury może być różne.
Co ciekawe, ciepła woda o temperaturze od 20-30 do 100 ° C nadaje się do ogrzewania pomieszczeń, a od 150 ° C do wytwarzania energii elektrycznej.
W tej chwili najgłębsze studnie geotermalne, jakie człowiek był w stanie wywiercić, mają tylko 2-4 km długości. Dzięki nim i elektrowniom geotermalnym np. W Rosji i Stanach Zjednoczonych w 2010 roku udało się uzyskać moc zainstalowaną energii elektrycznej odpowiednio nieco ponad 80 MW i 3086 MW. Co ciekawe, konwencjonalna elektrownia jądrowa produkuje średnio 1000-2000 MW rocznie.
Obecnie rozważane są projekty, które umożliwią wycinanie otworów na głębokość do 5 km bezpośrednio w wulkanach i wydobywanie energii z magmy (pamiętajmy, że temperatura na takiej głębokości w komorach magmowych może sięgać 900-1200 ° C). Eksperymenty pokazują, że obecnie istnieją produkty budowlane, które z powodzeniem można stosować w komorach magmowych, w szczególności stopy żaroodporne Inconel 718 i 310 (można je stosować do 980 ° C).
Zdjęcie: gazeta.ru/ Wiercenie studni geotermalnej na Islandii
W 2000 r. W Islandii uruchomiono Islandzki Projekt Głębokiego Wiercenia. Dziewięć lat później, podczas wiercenia pierwszego otworu, specjalistom udało się dotrzeć do komory magmowej na głębokości 2 kilometrów i wytworzyć najgorętszy przepływ geotermalny o temperaturze 450 ° C.
W 2020 roku Islandia zaczęła wiercić drugi odwiert na głębokości 5 kilometrów za pomocą platformy wiertniczej Tor (nazwanej na cześć skandynawskiego boga piorunów i burzy). Prace na półwyspie Reykjanes trwały i zakończyły się rok później. Dzięki tej instalacji Islandczycy byli w stanie penetrować 4659 metrów w dół do głębokich warstw wody stykających się z magmą i uzyskać przepływ 427 ° C.
Na takiej głębokości woda znajduje się w stanie nadkrytycznym (czyli nie zachowuje się jak ciecz czy gaz), może magazynować ogromną ilość ciepła i wytwarzać kilkakrotnie więcej energii niż para sucha i mokra czy gorąca woda podziemna .
Zdaniem niektórych naukowców studnia ta jest w stanie dostarczyć do 50 MW mocy, czyli 10 razy więcej niż konwencjonalna studnia geotermalna, i dostarczyć energię o 50 tys. Więcej domów.
Projekty geotermalne w Rosji i USA
Islandia nie jest jedynym krajem na świecie, który wykorzystuje energię wulkaniczną. Źródła geotermalne powstają we Włoszech, Japonii, Meksyku, Rosji, USA, na Hawajach, w krajach afrykańskich, czyli tam, gdzie występuje aktywność wulkaniczna i sejsmiczna.
W Rosji istnieje 5 elektrowni geotermalnych, zlokalizowanych głównie na Kamczatce. Najpotężniejszym z nich jest Mutnovskaya. W 2020 roku jego moc zainstalowana wynosiła 50 MW.
To jednak tylko niewielki ułamek, Rosja praktycznie nie wykorzystuje swojego potencjału w tej dziedzinie. Według badań naukowców nasz kraj dysponuje 10 razy większymi zasobami geotermalnymi niż ropy i gazu. Tylko kosztem jednej geotermalnej formy energii Rosja mogła w pełni zaspokoić swój „apetyt energetyczny”. Jednak ze względów ekonomicznych i technicznych nie można tego zrobić. Dziś udział energii geotermalnej w całym sektorze energetycznym kraju pozostaje znikomy.
W Stanach Zjednoczonych jest znacznie lepiej. Rozwija się tam energia geotermalna. Na przykład, 116 kilometrów od San Francisco, na granicy hrabstw Lake California i Sonoma, tylko jedna grupa elektrowni geotermalnych (łącznie 22) jest w stanie odebrać moc zainstalowaną do 1520 MW rocznie.
Amerykańskie firmy są światowymi liderami w branży energii geotermalnej, mimo że sektor ten dopiero niedawno zaczął się pojawiać w Stanach Zjednoczonych. Według Departamentu Handlu USA, eksport energii geotermalnej z tego kraju jest większy niż import (ta sama sytuacja jest z technologiami dla tego typu energii).
Problemy z wydobywaniem energii z wnętrzności Ziemi
Energia geotermalna należy do źródeł przyjaznych dla środowiska, a specjalne elektrownie do jej produkcji nie wymagają dużych powierzchni (średnio jedna stacja zajmuje 400 metrów kwadratowych na 1 GW wytworzonej energii).
Jednak nadal ma pewne przyjazne dla środowiska wady. W szczególności powstawanie odpadów stałych, pewne zanieczyszczenia chemiczne wód i gleby, a także zanieczyszczenie termiczne atmosfery.
Głównym źródłem zanieczyszczenia chemicznego są gorące wody podwodne, które dość często zawierają duże ilości toksycznych związków, co z kolei stwarza problem z odprowadzaniem ścieków.
Lub na przykład wiercenie studni. Podczas tego procesu pojawia się takie samo niebezpieczeństwo, jak przy wierceniu konwencjonalnej studni: zniszczona zostaje gleba i pokrywa roślinna.
Zdjęcie: wikipedia.org/ Pióro gazu z wulkanu Augustine w 2006 roku, znajdującego się na wyspie o tej samej nazwie w pobliżu Alaski
Również para wykorzystywana w pracy elektrowni geotermalnych może zawierać amoniak, dwutlenek węgla i inne substancje, a uwolniona do atmosfery może stać się źródłem jej zanieczyszczenia.
To prawda, że emisje te są znacznie niższe niż w elektrowniach cieplnych. Jeśli porównamy z emisjami dwutlenku węgla, to na kWh wytworzonej energii elektrycznej wynoszą one 380 g na stacji geotermalnej w porównaniu z 1042 g dla węgla i 453 g dla gazu.
Problem ze ściekami otrzymał już proste rozwiązanie. Przy niskim zasoleniu po schłodzeniu woda jest pompowana z powrotem do warstwy wodonośnej przez studnię iniekcyjną bez szkody dla przyrody, która jest obecnie używana.
Energia geotermalna w przyszłości w Rosji
Wulkany to ogromne źródło energii pod naszymi nosami, które wystarcza każdemu zaciekawionemu.Aby opanować ciepło wnętrza Ziemi, musimy nauczyć się bezproblemowo wiercić głębokie studnie i przenosić podziemne ciepło na powierzchnię. Trudno będzie to zrobić bez inwestycji, wzajemnej pomocy państw i wprowadzania innowacyjnych pomysłów.
Natura daje nam ogromne rezerwy podziemnego ciepła - alternatywnego źródła energii, które można wykorzystać z korzyścią dla człowieka, a nie ze szkodą dla planety, a my niestety ignorujemy ten dar z dwóch prostych powodów: chciwości i niechęci odpowiedzialność za to, co robimy ze środowiskiem.
Znalazłeś błąd? Wybierz fragment tekstu i naciśnij Ctrl + Enter.
+3
0
Energia słońca: nowoczesna i przyszłościowa
Energię słoneczną pozyskuje się za pomocą paneli słonecznych, ale nowoczesne technologie pozwalają na zastosowanie w tym celu nowych metod. Największa na świecie elektrownia słoneczna to system zbudowany na pustyni w Kalifornii. W pełni zasila 2000 domów. Projekt działa w następujący sposób: promienie słoneczne odbijają się od luster, które są wysyłane do centralnego kotła z wodą. Wrze się i zamienia w parę, która napędza turbinę. Ona z kolei jest podłączona do generatora elektrycznego. Wiatr może być również używany jako energia, którą daje nam Ziemia. Wiatr wieje w żagle, kręci młynami. A teraz można go wykorzystać do tworzenia urządzeń, które będą generować energię elektryczną. Obracając łopatkami wiatraka, napędza wał turbiny, który z kolei jest połączony z generatorem elektrycznym.
Aplikacje
Eksploatacja energii geotermalnej sięga XIX wieku. Pierwszym było doświadczenie Włochów mieszkających w prowincji Toskanii, którzy używali do ogrzewania ciepłej wody ze źródeł. Z jej pomocą działały nowe wiertnice.
Woda w Toskanii jest bogata w bor, a po odparowaniu w kwas borowy kotły pracowały na ciepło własnych wód. Na początku XX wieku (1904) Toskańczycy poszli dalej i uruchomili elektrownię parową. Przykład Włochów stał się ważnym doświadczeniem dla USA, Japonii, Islandii.
Rolnictwo i ogrodnictwo
Energia geotermalna jest wykorzystywana w rolnictwie, służbie zdrowia i gospodarstwach domowych w 80 krajach na całym świecie.
Pierwszą rzeczą, do której woda termalna była i jest wykorzystywana, jest ogrzewanie szklarni i szklarni, co umożliwia zbiór warzyw, owoców i kwiatów nawet zimą. Ciepła woda przydała się również do podlewania.
Uprawa roślin w hydroponice jest uważana za obiecujący kierunek dla producentów rolnych. Niektóre hodowle ryb wykorzystują podgrzewaną wodę w sztucznych zbiornikach do hodowli narybku i ryb.
Radzimy przeczytać: Jaki jest najlepszy sposób na pozbycie się choinki?
Technologie te są powszechne w Izraelu, Kenii, Grecji, Meksyku.
Przemysł i mieszkalnictwo oraz usługi komunalne
Już ponad sto lat temu gorąca para termiczna była podstawą wytwarzania energii elektrycznej. Od tego czasu służył przemysłowi i przedsiębiorstwom użyteczności publicznej.
Na Islandii 80% mieszkań ogrzewanych jest wodą termalną.
Opracowano trzy schematy produkcji energii elektrycznej:
- Prosta linia za pomocą pary wodnej. Najprostszy: jest stosowany tam, gdzie jest bezpośredni dostęp do oparów geotermalnych.
- Pośrednio, nie używa pary, ale wodę. Jest podawany do parownika, zamieniany metodą techniczną na parę i przesyłany do turbogeneratora.
Woda wymaga dodatkowego oczyszczenia, ponieważ zawiera agresywne związki, które mogą zniszczyć mechanizmy pracy. Odpadowa, ale jeszcze nie schłodzona para nadaje się do ogrzewania.
- Mieszane (binarne). Woda zastępuje paliwo, które ogrzewa inny płyn o wyższym przepływie ciepła. Napędza turbinę.
System binarny wykorzystuje turbinę, która jest aktywowana energią podgrzanej wody.
Energia hydrotermalna jest wykorzystywana w USA, Rosji, Japonii, Nowej Zelandii, Turcji i innych krajach.
Systemy ogrzewania geotermalnego do domu
Nośnik ciepła podgrzany do +50 - 600C nadaje się do ogrzewania mieszkania, energia geotermalna spełnia to wymaganie. Miasta o populacji kilkudziesięciu tysięcy ludzi mogą być ogrzewane ciepłem wnętrza ziemi. Na przykład: ogrzewanie miasta Labinsk na terytorium Krasnodar odbywa się na naturalnym paliwie naziemnym.
Schemat instalacji geotermalnej do ogrzewania domu
Nie trzeba tracić czasu i energii na ogrzewanie wody i budowę kotłowni. Chłodziwo jest pobierane bezpośrednio ze źródła gejzeru. Ta sama woda nadaje się również do dostarczania ciepłej wody. W pierwszym i drugim przypadku poddawany jest niezbędnemu wstępnemu czyszczeniu technicznemu i chemicznemu.
Uzyskana energia kosztuje dwa do trzech razy taniej. Pojawiły się instalacje do domów prywatnych. Są droższe niż tradycyjne kotły na paliwo, ale w trakcie eksploatacji uzasadniają koszty.
Zalety i wady wykorzystania energii geotermalnej do ogrzewania domu.
Wewnętrzna energia Ziemi
Pojawił się w wyniku kilku procesów, z których główne to akrecja i radioaktywność. Według naukowców formowanie się Ziemi i jej masy następowało przez kilka milionów lat, a stało się to z powodu formowania się planetozymali. Sklejali się odpowiednio, masa Ziemi stawała się coraz większa. Po tym, jak nasza planeta zaczęła mieć nowoczesną masę, ale nadal była pozbawiona atmosfery, ciała meteorytów i asteroid spadały na nią bez przeszkód. Ten proces jest dokładnie nazywany akrecją i doprowadził do uwolnienia znacznej energii grawitacyjnej. A im większe ciała spadły na planetę, tym większa ilość uwolnionej energii zawartej w trzewiach Ziemi.
To grawitacyjne zróżnicowanie doprowadziło do tego, że substancje zaczęły się rozwarstwiać: ciężkie substancje po prostu topiły się, a lekkie i lotne unosiły się. Zróżnicowanie wpłynęło również na dodatkowe uwolnienie energii grawitacyjnej.
Energia atomowa
Wykorzystanie energii ziemi może odbywać się na różne sposoby. Na przykład poprzez budowę elektrowni jądrowych, kiedy energia cieplna jest uwalniana w wyniku rozpadu najmniejszych cząstek materii atomów. Głównym paliwem jest uran zawarty w skorupie ziemskiej. Wielu uważa, że ta konkretna metoda pozyskiwania energii jest najbardziej obiecująca, ale jej zastosowanie jest obarczone wieloma problemami. Po pierwsze, uran emituje promieniowanie, które zabija wszystkie żywe organizmy. Ponadto, jeśli ta substancja dostanie się do gleby lub atmosfery, nastąpi prawdziwa katastrofa spowodowana przez człowieka. Wciąż przeżywamy smutne konsekwencje wypadku w elektrowni atomowej w Czarnobylu. Niebezpieczeństwo polega na tym, że odpady radioaktywne mogą zagrażać wszystkim żywym istotom przez bardzo, bardzo długi czas, całe tysiąclecia.
Energia chemiczna
Przez
Energia chemiczna jest przechowywana w wiązaniach między atomami.
Energia chemiczna jest formą energia potencjalna, która jest przechowywana w wiązaniach między atomami w wyniku sił przyciągania między nimi.
Podczas reakcji chemicznej jeden lub więcej związków zwanych odczynnikami jest przekształcanych w inne związki zwane produktami. Przemiany te są spowodowane zerwaniem lub utworzeniem wiązań chemicznych, które powodują zmiany energii chemicznej.
Energia jest uwalniana, gdy wiązania ulegają zerwaniu podczas reakcji chemicznych. To jest znane jako reakcja egzotermiczna... Na przykład samochody wykorzystują energię chemiczną benzyny do generowania energii cieplnej, która jest używana do napędzania samochodu. Podobnie żywność magazynuje energię chemiczną, której używamy do funkcjonowania organizmów żywych.
Kiedy wykonuje się połączenia, potrzebna jest energia; to reakcja endotermiczna... Fotosynteza to reakcja endotermiczna, której energia pochodzi ze słońca.
Nowy czas - nowe pomysły
Oczywiście ludzie na tym nie poprzestają i każdego roku podejmuje się coraz więcej prób znalezienia nowych sposobów pozyskiwania energii. Jeśli energia ciepła ziemi jest uzyskiwana po prostu, to niektóre metody nie są takie proste. Na przykład jako źródło energii całkiem możliwe jest użycie gazu biologicznego, który jest uzyskiwany z gnijących odpadów. Może służyć do ogrzewania domów i podgrzewania wody.
Coraz częściej buduje się elektrownie pływowe, w których w poprzek ujść zbiorników instaluje się tamy i turbiny, które napędzane są odpowiednio odpływami i odpływami, uzyskuje się energię elektryczną.
Kosmiczne stacje słoneczne.
Ziemia co godzinę otrzymuje tak dużo energii słonecznej, niż Ziemianie zużywają ją przez cały rok. Jednym ze sposobów wykorzystania tej energii jest budowa gigantycznych farm słonecznych, które będą gromadzić część nieprzerwanego promieniowania słonecznego o wysokiej intensywności.
Ogromne lustra odbijają promienie słoneczne na mniejsze kolektory. Energia ta zostanie następnie przekazana na Ziemię za pomocą mikrofal lub wiązek laserowych.
Jednym z powodów, dla których ten projekt jest na etapie pomysłu, jest jego ogromny koszt. Niemniej jednak może się to urzeczywistnić jeszcze nie tak dawno ze względu na rozwój technologii żelowych i spadek kosztów transportu ładunków w kosmos.
Płonąc śmieci, otrzymujemy energię
Inną metodą, która jest już stosowana w Japonii, jest tworzenie spalarni. Dziś budowane są w Anglii, Włoszech, Danii, Niemczech, Francji, Holandii i Stanach Zjednoczonych, ale dopiero w Japonii przedsiębiorstwa te zaczęły być wykorzystywane nie tylko zgodnie z ich przeznaczeniem, ale także do wytwarzania energii elektrycznej. Lokalne fabryki spalają 2/3 wszystkich odpadów, a fabryki wyposażone są w turbiny parowe. W związku z tym dostarczają ciepło i energię elektryczną do otaczających obszarów. Jednocześnie pod względem kosztów o wiele bardziej opłaca się zbudować takie przedsiębiorstwo niż zbudować elektrociepłownię.
Perspektywa wykorzystania ciepła Ziemi w miejscu koncentracji wulkanów wydaje się bardziej kusząca. W tym przypadku nie jest konieczne zbyt głębokie wiercenie Ziemi, ponieważ już na głębokości 300-500 metrów temperatura będzie co najmniej dwukrotnie wyższa niż temperatura wrzenia wody.
Istnieje również taka metoda wytwarzania energii elektrycznej jak energia wodorowa. Wodór - najprostszy i najlżejszy pierwiastek chemiczny - można uznać za idealne paliwo, ponieważ występuje tam, gdzie jest woda. Jeśli spalasz wodór, możesz dostać wodę, która rozkłada się na tlen i wodór. Sam płomień wodorowy jest nieszkodliwy, to znaczy nie będzie szkodził środowisku. Osobliwością tego pierwiastka jest to, że ma on wysoką wartość opałową.
Kraje wykorzystujące ciepło planety
Niekwestionowanym liderem w wykorzystaniu geozasobów są Stany Zjednoczone - w 2012 roku produkcja energii w tym kraju osiągnęła 16,792 mln megawatogodzin. W tym samym roku łączna moc wszystkich elektrowni geotermalnych w Stanach Zjednoczonych osiągnęła 3386 MW.
Elektrownie geotermalne w Stanach Zjednoczonych znajdują się w stanach Kalifornia, Nevada, Utah, Hawaje, Oregon, Idaho, Nowy Meksyk, Alaska i Wyoming. Największa grupa fabryk nosi nazwę „Gejzery” i znajduje się w pobliżu San Francisco.
Oprócz Stanów Zjednoczonych w pierwszej dziesiątce liderów (od 2013 r.) Znajdują się Filipiny, Indonezja, Włochy, Nowa Zelandia, Meksyk, Islandia, Japonia, Kenia i Turcja. Jednocześnie na Islandii źródła energii geotermalnej zapewniają 30% całkowitego zapotrzebowania kraju, na Filipinach - 27%, a w Stanach Zjednoczonych - poniżej 1%.
Co będzie w przyszłości?
Oczywiście energia ziemskiego pola magnetycznego czy energia pozyskiwana w elektrowniach jądrowych nie są w stanie w pełni zaspokoić wszystkich potrzeb ludzkości, które rosną z każdym rokiem.Jednak eksperci twierdzą, że nie ma powodów do zmartwień, ponieważ zasoby paliwowe planety są nadal wystarczające. Ponadto wykorzystuje się coraz więcej nowych, przyjaznych dla środowiska i odnawialnych źródeł.
Problem zanieczyszczenia środowiska pozostaje i narasta katastrofalnie. Ilość szkodliwych emisji przekracza odpowiednio skalę, powietrze, którym oddychamy, jest szkodliwe, woda zawiera niebezpieczne zanieczyszczenia, a gleba jest stopniowo wyczerpywana. Dlatego tak ważne jest terminowe badanie takiego zjawiska jak energia w trzewiach Ziemi w celu poszukiwania sposobów na zmniejszenie zapotrzebowania na paliwa kopalne i aktywniejsze wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii.
Jak pozyskać energię geotermalną i gdzie jest ona wykorzystywana
Najbardziej naturalnym sposobem wykorzystania energii geotermalnej jest wykorzystanie jej do ogrzewania. Zasada działania i wyposażenia takiej ciepłowni pozostaje praktycznie niezmieniona, różnica polega na braku lub zmniejszonej mocy kotła do podgrzewania wody oraz konieczności chemicznego oczyszczania wody termalnej, często zawierającej aktywne zanieczyszczenia, zanim zostanie skierowana do rury grzewcze. Tak więc w naszym kraju na terytorium Krasnodaru znajduje się cała wieś (Mostovskoy), ogrzewana wyłącznie przez źródła geotermalne.
Przy dostatecznie wysokiej temperaturze wody termalnej można ją wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej na zasadzie elektrociepłowni. W najprostszym przypadku do turbiny doprowadzana jest para wodna wytwarzana bezpośrednio ze źródła ciepła. Jeżeli temperatura wody termalnej jest zbyt niska dla intensywnego tworzenia się pary wirującej turbinę, jest ona dodatkowo podgrzewana.
Jeżeli temperatura wody termalnej jest niewystarczająca do intensywnego odparowania, można również zastosować tzw. Zasadę binarną: gorąca woda termalna służy do podgrzewania i odparowywania innej cieczy o niskiej temperaturze wrzenia, np. Freonu, który tworzy parę roboczą, która obraca turbinę. Zasada ta jest urzeczywistniona w Rosji w eksperymentalnej instalacji, która jest częścią kompleksu geotermalnego na Kamczatce.
