Использование геотермальной энергии

Федеральное агенство по образованию  РФ

ГБОУ СПО СО «УПК»

Уральский политехнический  колледж

 

 

Специальность 140613     Техническая эксплуатация, обслуживание электрического и электромеханического оборудования                             Группа ЭП-483

 

Реферат

По дисциплине «Энергосбережение»

ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

 

 

Преподаватель Бородацкая В.В.

Выполнил Кузнецов А.Ю.

 

 

 

2012

Содержание

Введение 3

Геотермальная энергия - общие понятия 5

Геотермальные источники энергии 6

Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) 7

Основные  достоинства и недостатки геотермальной  энергии 9

Мировой потенциал  геотермальной энергии и перспективы  его использования 13

Список литературы 16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Еще 150 лет тому назад на нашей планете использовались исключительно  возобновляемые и экологически безопасные источники энергии: водные потоки рек  и морских приливов – для вращения водяных колес, ветер – для  приведения в действие мельниц и  парусов, дрова, торф, отходы сельского  хозяйства – для отопления. Однако с конца XIX века все более и  более растущие темпы бурного  промышленного развития вызвали  необходимость сверхинтенсивного  освоения и развития сначала топливной, а затем и атомной энергетики. Это привело к стремительному истощению углеродных ископаемых и  к все более возрастающей опасности  радиоактивного заражения и парникового  эффекта земной атмосферы. Поэтому  на пороге нынешнего века пришлось вновь обратиться к безопасным и  возобновляемым энергетическим источникам: ветровой, солнечной, геотермальной, приливной  энергии, энергии биомасс растительного  и животного мира и на их основе создавать и успешно эксплуатировать  новые нетрадиционные энергоустановки.

В то время, как достигнутые  успехи в создании ветровых, солнечных  и ряда других типов нетрадиционных энергоустановок широко освещаются в журнальных публикациях, геотермальным  энергоустановкам и, в частности, геотермальным  электростанциям не уделяется того внимания, которого они по праву  заслуживают. А между тем перспективы использования энергии тепла Земли поистине безграничны, поскольку под поверхностью нашей планеты, являющейся, образно говоря, гигантским естественным энергетическим котлом, сосредоточены огромнейшие резервы тепла и энергии, основными источниками которых являются происходящие в земной коре и мантии радиоактивные превращения, вызываемые распадом радиоактивных изотопов. Энергия этих источников столь велика, что она ежегодно на несколько сантиметров сдвигает литосферные пласты Земли, вызывает дрейф материков, землетрясения и извержения вулканов, из которых действующих, т. е. периодически извергавшихся за последние 500 лет, насчитывается 486. Кроме действующих, различают также потухшие или "уснувшие" вулканы, которые могут "проснуться" и начать извергаться в любой момент, как это, например, случилось в 79 году нашей эры с вулканом Везувий, который до этого пребывал в состоянии длительного покоя.

Таким образом, явные проявления колоссальной энергии тепла Земли  наблюдаются в виде землетрясений  и извержений вулканов, вызывающих огромные разрушения, в сотни и  даже тысячи раз превосходящие разрушения от взрыва атомной бомбы.

К сожалению, человечество еще  не научилось использовать энергию  вулканов в мирных целях. А вот  рассматриваемые далее скрытые, на первый взгляд незаметные, проявления энергии земных недр, уже давно  эффективно используются людьми для  получения тепловой, а в течение  последних почти 100 лет также и  электрической энергии.

Одним из таких скрытых  проявлений этой энергии является рост температуры земной коры и мантии по мере приближения к ядру Земли. Эта температура с глубиной повышается в среднем на 20°С на 1 км, достигая на уровне 2–3 км от поверхности Земли более 100, а на глубине 100 км даже 1300–1500ºС, что вызывает нагрев воды, циркулирующей на больших глубинах, до значительных температур. В вулканических регионах нашей планеты эта вода поднимается на поверхность по трещинам в земной коре, а в сейсмически спокойных регионах ее можно выводить на поверхность по пробуренным скважинам. Для этого достаточно закачивать в эти скважины вниз холодную воду, получая при этом по рядом пробуренным скважинам поднимающуюся вверх перегретую геотермальную воду и образовавшийся из нее пар.

Геотермальная энергия - общие понятия

Геотермальная энергия - это энергия тепла, которое выделяется из внутренних зон Земли на протяжении сотен миллионов лет. По данным геолого-геофизических исследований, температура в ядре Земли достигает 3 000-6 000 °С, постепенно снижаясь в направлении от центра планеты к ее поверхности. Извержение тысяч вулканов, движение блоков земной коры, землетрясения свидетельствуют о действии мощной внутренней энергии Земли. Ученые считают, что тепловое поле нашей планеты обусловлено радиоактивным распадом в ее недрах, а также гравитационной сепарацией вещества ядра.

Главными источниками разогрева  недр планеты есть уран, торий и  радиоактивный калий. Процессы радиоактивного распада на континентах происходят в основном в гранитном слое земной коры на глубине 20-30 и более км, в океанах - в верхней мантии. Предполагают, что в подошве земной коры на глубине 10-15 км вероятное значение температур на континентах составляет 600-800 ° С, а в океанах - 150-200 ° С.

Человек может использовать геотермальную  энергию только там, где она проявляет  себя близко к поверхности Земли, т.е. в районах вулканической и  сейсмической активности. Сейчас геотермальную энергию эффективно используют такие страны, как США, Италия, Исландия, Мексика, Япония, Новая Зеландия, Россия, Филиппины, Венгрия, Сальвадор. Здесь внутреннее земное тепло поднимается к самой поверхности в виде горячей воды и пара с температурой до 300 °С и часто вырывается наружу как тепло фонтанирующих источников (гейзеры), например, знаменитые гейзеры Йеллоустонского парка в США, гейзеры Камчатки, Исландии.

Геотермальные источники энергии

Источники геотермальной энергии  подразделяют на сухой горячий пар, влажный горячий пар и горячую воду. Скважину, которая является важным источником энергии для электрической железной дороге в Италии (близ г. Лардерелло), с 1904 г. питает сухой горячий пар. Два другие известные в мире места с горячей сухим паром - поле Мацукава в Японии и поле гейзеров возле Сан-Франциско, где также давно и эффективно используют геотермальную энергию. Больше всего в мире влажного горячего пара находится в Новой Зеландии (Вайракей), геотермальные поля чуть меньшей мощности - в Мексике, Японии, Сальвадоре, Никарагуа, России.

Таким образом, можно выделить четыре основных типа ресурсов геотермальной  энергии:

• поверхностное тепло земли, используемое тепловыми насосами; 
• энергетические ресурсы пара, горячей и теплой воды у поверхности земли, которые сейчас используются в производстве электрической энергии;

• теплота, сосредоточенная глубоко  под поверхностью земли (возможно, при отсутствии воды);

• энергия магмы и теплота, которая  накапливается под вулканами.

Запасы геотермальной теплоты (~ 8 * 1030Дж) в 35 млрд раз превышают годовое мировое потребление энергии. Лишь 1% геотермальной энергии земной коры (глубина 10 км) может дать количество энергии, в 500 раз превышающее все мировые запасы нефти и газа. Однако сегодня может быть использована лишь незначительная часть этих ресурсов, и это обусловлено, прежде всего, экономическими причинами. Начало промышленному освоению геотермальных ресурсов (энергии горячих глубинных вод и пара) было положено в 1916 году, когда в Италии ввели в эксплуатацию первую геотермальную электростанцию мощностью 7,5 МВт. За прошедшее время, накоплен немалый опыт в области практического освоения геотермальных энергоресурсов. Общая установленная мощность действующих геотермальных электростанций (ГеоТЭС) равнялась: 1975 г. - 1 278 МВт, в 1990 году - 7 300 МВт. Наибольшего прогресса в этом вопросе достигли США, Филиппины, Мексика, Италия, Япония.

Технико-экономические параметры  ГеоТЭС изменяются в довольно широких пределах и зависят от геологических характеристик местности (глубины залегания, параметров рабочего тела, его состав и т.д.). Для большинства введенных в эксплуатацию ГеоТЭС себестоимость электроэнергии является подобной себестоимости электроэнергии, получаемой на угольных ТЭС, и составляет 1200 ... 2000 долл. США / кВт.

В Исландии 80% жилых домов обогревается с помощью горячей воды, добытой  из геотермальных скважин под  городом Рейкьявик. На западе США  за счет геотермальных горячих вод  обогревают около 180 домов и ферм. По мнению специалистов, между 1993 и 2000 гг. глобальные выработки электричества с помощью геотермальной энергии выросло более чем вдвое. Запасов геотермального тепла в США существует так много, что оно может, теоретически, давать в 30 раз больше энергии, чем ее сейчас потребляет государство.

В перспективе возможно использование  тепла магмы в тех районах, где она расположена близко к  поверхности Земли, а также сухого тепла разогретых кристаллических  пород. В последнем случае скважины бурят на несколько километров, закачивают вниз холодную воду, а обратно получают горячую.

Геотермальные электростанции (ГеоТЭС)

Еще более впечатляет появившаяся  несколько лет тому назад новая, разработанная австралийской компанией  Geodynamics Ltd., поистине революционная технология строительства ГеоТЭС – так называемая технология Hot-Dry-Rock, существенно повышающая эффективность преобразования энергии геотермальных вод в электроэнергию. Суть этой технологии заключается в следующем.

До самого последнего времени  в термоэнергетике незыблемым считался главный принцип работы всех геотермальных станций, заключающийся в использовании естественного выхода пара из подземных резервуаров и источников. Австралийцы отступили от этого принципа и решили сами создать подходящий "гейзер". Для создания такого гейзера австралийские геофизики отыскали в пустыне на юго-востоке Австралии точку, где тектоника и изолированность скальных пород создают аномалию, которая круглогодично поддерживает в округе очень высокую температуру. По оценкам австралийских геологов, залегающие на глубине 4,5 км гранитные породы разогреваются до 270°С, и поэтому, если на такую глубину через скважину закачать под большим давлением воду, то она, повсеместно проникая в трещины горячего гранита, будет их расширять, одновременно нагреваясь, а затем по другой пробуренной скважине будет подниматься на поверхность. После этого нагретую воду можно будет без особого труда собирать в теплообменнике, а полученную от нее энергию использовать для испарения другой жидкости с более низкой температурой кипения, пар которой, в свою очередь, и приведет в действие паровые турбины. Вода, отдавшая геотермальное тепло, вновь будет направлена через скважину на глубину, и цикл таким образом повторится. Принципиальная схема получения электроэнергии по технологии, предложенной австралийской компанией Geodynamics Ltd., приведена на рис.2.

Рис. 2

Безусловно, реализовать  эту технологию можно не в любом  месте, а только там, где залегающий на глубине гранит нагревается до температуры не менее 250–270°С. При  применении такой технологии ключевую роль играет температура, понижение  которой на 50°С по оценкам ученых вдвое повысит стоимость электроэнергии.

Для подтверждения прогнозов  специалисты компании Geodynamics Ltd. уже пробурили две скважины глубиной по 4,5 км каждая и получили доказательство того, что на этой глубине температура достигает искомых 270–300°С. В настоящее время проводятся работы по оценке общих запасов геотермальной энергии в этой аномальной точке юга Австралии. По предварительным расчетам в этой аномальной точке можно получать электроэнергию мощностью более 1 ГВт, причем стоимость этой энергии будет вдвое дешевле стоимости ветровой энергии и в 8 – 10 раз дешевле солнечной.

Основные  достоинства и недостатки геотермальной  энергии

Современная востребованность геотермальной энергии как одного из видов возобновляемой энергии обусловлена: истощением запасов органического топлива и зависимостью большинства развитых стран от его импорта (в основном импорта нефти и газа), а также с существенным отрицательным влиянием топливной и ядерной энергетики на среду обитания человека и на дикую природу. Все же, применяя геотермальную энергию, следует в полной мере учитывать ее достоинства и недостатки.

Главным достоинством геотермальной  энергии является возможность ее использования в виде геотермальной  воды или смеси воды и пара (в  зависимости от их температуры) для  нужд горячего водо- и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех трех целей, ее практическая неиссякаемость, полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Тем  самым использование геотермальной  энергии (наряду с использованием других экологически чистых возобновляемых источников энергии) может внести существенный вклад в решение следующих  неотложных проблем:

- Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения в тех зонах нашей планеты, где централизованное энергоснабжение отсутствует или обходится слишком дорого (например, в России на Камчатке, в районах Крайнего Севера и т.п.).

- Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения из-за дефицита электроэнергии в энергосистемах, предотвращение ущерба от аварийных и ограничительных отключений и т.п.

- Снижение вредных выбросов от энергоустановок в отдельных регионах со сложной экологической обстановкой.

При этом в вулканических  регионах планеты высокотемпературное  тепло, нагревающее геотермальную  воду до значений температур, превышающих 140–150°С, экономически наиболее выгодно использовать для выработки электроэнергии. Подземные геотермальные воды со значениями температур, не превышающими 100°С, как правило, экономически выгодно использовать для нужд теплоснабжения, горячего водоснабжения и для других целей в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице 1.

Таблица 1.

Значение температуры  геотермальной воды, °С	Область применения геотермальной  воды
Более 140	Выработка электроэнергии
Менее 100	Системы отопления зданий и сооружений
Около 60	Системы горячего водоснабжения
Менее 60	Системы геотермального теплоснабжения теплиц, геотермальные холодильные  установки и т.п.