Природа геотермальної енергії

Природа геотермальної енергії

Ще 150 років тому на планеті використовувалися виключно поновлювані і еколого-безпечні джерела: водні потоки рік і морських припливів – для обертання  водяних коліс, вітер – доведення  на дію млинів і вітрил, дрова, торф, відходи сільського господарства – опалювання. Проте з кінця ХІХ століття дедалі більш ростучі темпи бурхливого промислового розвитку викликали необхідність надінтенсивного освоєння та розвитку спочатку паливної, та був і атомної енергетики. Це спричинило стрімкому виснаження вуглецевих копалин і до дедалі більше зростаючій небезпеки радіоактивного зараження і парникового ефекту земної атмосфери. Тому на згадуваній порозі нинішнього століття довелося знову звернутися до безпечним і поновлюваним енергетичним джерелам: вітрової, сонячної, геотермальної, припливної енергії, енергіїбиомасс рослинного й тваринного світу і основі створювати й успішно експлуатувати нові нетрадиційні енергоустановки.

Тоді, як досягнуті  успіхи у створенні вітрових, сонячних та інших типів нетрадиційних  енергоустановок широко висвітлюються  журнальних публікаціях,геотермальнименергоустановкам і зокрема,геотермальним електростанціям не приділяється того уваги, яку вони з права заслуговують. Проте перспективи використання тепла Землі воістину безмежні, бо під поверхнею нашої планети, що є, умовно кажучи, гігантським природним енергетичним казаном, зосереджені величезні резерви тепла і, основними джерелами яких є які у земної корі і мантії радіоактивні перетворення, викликані розпадом радіоактивних ізотопів. Енергія самих джерел настільки високою, що вона щороку кілька сантиметрів зрушуєлитосферние пласти Землі, викликає дрейф материків, землетруси та виверження вулканів, у тому числі діючих, т. е. періодичноизвергавшихся протягом останніх 500 років, налічується 486. Крім діючих, розрізняють також згаслі чи "заснулі" вулкани, що потенційно можуть "прокинутися" і почав викидатися будь-якої миті, як і, наприклад, свого роду 79 року нашої ери з вулканом Везувій, який доти перебувала у стані тривалого спокою.

Мал.1

Отже, явні прояви колосальної  енергії тепла Землі спостерігаються  як землетрусів і вивержень вулканів, викликають величезні руйнації, на сотні і тисяч раз переважали руйнації від вибуху створення атомної  бомби.

Зовсім інша ситуація простежується у випадку, коли людина чи іншого вулкан не викидає лаву і  попіл, а перебувають у спокійному стані, як і наочно демонструють наведені на мал.1 фотографіїМутновского вулкана, розташованого Півдні Камчатки (Російської Федерації). Цими фотографіях показано: панорама всередині вулкана (а), на околиці вулкана (б), в кратері вулкана (р).

На жаль, людство  ще навчилося використати енергію  вулканів з метою. І це аналізовані далі приховані, здавалося б непомітні, прояви енергії земних надр, віддавна ефективно використовуються людьми щоб одержати теплової, а протягом останніх майже сто років, також і електричної енергії.

Однією з таких  прихованих проявів цієї енергії  є зростання температури земної кори і мантії з наближенням до ядру Землі. Ця температура з глибиною зростає у середньому становив 20°  С на 1 км, досягаючи лише на рівні 2–3 кілометрів від Землі понад сто, але в глибині 100 км навіть1300–1500С, що викликає нагрівання води, циркулюючої великих глибинах, до значних температур. У вулканічних регіонах нашої планети ця вода піднімається на поверхню по тріщинам в земної корі, а сейсмічно спокійних регіонах яку можна виводити на поверхню попробуренним свердловин. І тому досить закачувати у ці свердловини вниз холодну воду, одержуючи у своїй по поручпробуренним свердловин котра піднімається вгоруперегретуюгеотермальную води і який зі неї пар. [1–8]. 

Основні переваги й недоліки геотермальної  енергії

Сучасна затребуваність геотермальної енергії як однієї з видів поновлюваної енергії  обумовлена: виснаженням запасів  органічного палива й залежністю більшості країн з його імпорту (переважно імпорту нафти і є), ні з істотним негативним впливом паливної і НДІ ядерної енергетики на середовище проживання чоловіки й на дику природу. І все-таки, застосовуючигеотермальную енергію, рухається у повною мірою враховувати її переваги й недоліки.

Основною перевагою  Сендеги геотермальної енергії  є можливість використання їх у вигляді  геотермальної води чи суміші води та пара (залежно від своїх температури) потреб гарячого водо- і теплопостачання, розробки електроенергії або одночасно всім трьох цілей, її практична невичерпність, повна незалежність та умовами довкілля, часу діб, і року. Тим самим було використання геотермальної енергії (поруч із використанням інших екологічно чистих відновлювальних джерел енергії) може зробити значний внесок у рішення наступних невідкладних проблем:

· Забезпечення стійкого тепло- і електропостачання населення тих зонах нашої планети, де централізоване енергопостачання відсутня чи коштує дорого (наприклад, у Росії на Камчатці, околицях Крайньої Півночі тощо.).

· Забезпечення гарантованого  мінімуму енергопостачання населення  зонах нестійкого централізованого енергопостачання через дефіцит  електроенергії у енергосистемах, запобігання  шкоди від аварійних і обмежувальних відключень тощо.

· Зниження шкідливих  викидів від енергоустановок окремими регіонах зі складною екологічною обстановкою.

Причому у вулканічних  регіонах планетивисокотемпературное тепло,нагревающеегеотермальную воду до значень температур, перевищують140–150°С, економічно найвигідніше використовуватиме  виробітку електроенергії. Підземні геотермальні води зі значеннями температур, не перевищують100°С, зазвичай, економічно вигідно використовуватиме потреб теплопостачання, гарячого водопостачання та інших цілей у відповідність до рекомендаціями, які у табл.1.

Таблиця 1

Зазначимо те що, що це рекомендації з розвитком й  постійного вдосконалювання геотермальних  технологій переглядаються убік спрямування  виробництва електроенергії геотермальних  вод з дедалі більше низькими температурами. Так, розроблені нині комбіновані схеми  використання геотермальних джерел використовувати для електроенергії теплоносії з початковими температурами70–80°С, але значно нижчою які рекомендуються в табл.1 температур (>150°С і від). Зокрема, в Санкт-Петербурзькому політехнічному інституті створеногидропаровие турбіни, використання є наГеоТЭС дозволяє збільшувати корисну потужністьдвухконтурних систем (другий контур – водний пар) буде в діапазоні температур20–200°С загалом на 22 %.

Значно підвищується ефективність застосування термальних вод за її комплексному використанні. Причому у різних технологічними процесами можна досягнути найповнішої реалізації теплового потенціалу води, зокрема і залишкового, і навіть отримати які у термальної воді цінні компоненти (йод, бром, літій, цезій, кухонна сіль,глауберова сіль, борна кислота і ще) їхнього промислового використання.

Основна хиба геотермальної енергії –  необхідність зворотної закачування  відпрацьовану воду в підземний водоносний обрій. Іншою вадою цієї енергії залежить від високої мінералізації термальних вод більшості родовищ і про наявність у воді токсичних сполук і металів, що у вона найчастіше виключає можливості скидання цих вод в розташовані лежить на поверхні природні водні системи. Відзначені вище недоліки геотермальної енергії призводять до того, що з практичного використання теплоти геотермальних вод необхідні значні капітальні видатки буріння свердловин, зворотний закачування відпрацьованою геотермальної води, і навіть створеннякоррозийно-стойкого теплотехнічного устаткування.

Проте у із запровадженням нових, менш витратних, технологій буріння  свердловин, застосуванням ефективних способів очищення води від токсичних  сполук і металів капітальні видатки  відбір тепла від геотермальних вод безупинно знижуються. До того ж варто враховувати, щогеотермальная енергетика останнім часом істотно просунулася свого розвитку. Так, останні розробки показали можливість виробітку електроенергії за нормальної температури пароводяної суміші нижче80С, що дозволяє значно ширшим застосовуватиГеоТЭС розробки електроенергії. У зв'язку з ці очікується, що у країнах із значнимгеотермальним потенціалом й дослідити першу черга у США потужністьГеоТЭС до самого найближчим часом подвоїться. [3, 6, 7].

>геотермальний  джерело енергія потенціал

ПрикладГеоТЭС

Ще більше вражає яка з'явилася кілька років тому нова, розроблена австралійської компанієюGeodynamics Ltd., воістину революційна технологія будівництваГеоТЭС – так звана технологіяHot-Dry-Rock, істотно що підвищує ефективність перетворення геотермальних вод в електроенергію. Суть цій технології ось у чому.

До останнього часутермоенергетике  непорушним вважався головний принцип  всіх геотермальних станцій, що полягає  використання природного виходу пара з підземних резервуарів і вибір джерел. Австралійці відійшли від цього принципу і вирішили самі створити підходящий "гейзер". До сформування такого гейзера австралійські геофізики відшукали у пустелі на південному сході Австралії точку, де тектоніка і ізольованість скельних порід створюють аномалію, яка цілий рік підтримує в окрузі дуже дорогу температуру. За оцінками австралійських геологів, які залягають на глибині 4,5 км гранітні породи розігріваються до270°С, і тому, якби таку глибину через свердловину закачати під великим тиском воду, вона, повсюдно проникаючи в тріщини гарячого граніту, методично їх розширювати, одночасно нагріваючись, та був з іншоїпробуренной свердловині підніматиметься на поверхню. Після цього нагріту воду можна буде потрапити без особливих зусиль збирати втеплообменнике, а отримані від неї енергію використовуватиме випаровування інший рідини з дешевше температурою кипіння, пар якої, своєю чергою, й призведе на дію парові турбіни. Вода, віддалагеотермальное тепло, знову буде спрямовано через свердловину на глибину, та циклу в такий спосіб повториться. Принципова схему одержання електроенергії за технологією, запропонованої австралійської компанієюGeodynamics Ltd., приведено на мал.2.

>Рис. 2

Безумовно, реалізувати  цю технологію годі й будь-де, а там, де що залягає на глибині граніт нагрівається до температури щонайменше250–270°С. При застосуванні такий технології ключову роль грає температура, зниження чим 50 °С за оцінками науковців вдвічі підвищить вартість електроенергії.

На підтвердження  прогнозів фахівці компаніїGeodynamics Ltd. вже пробурили дві свердловини  глибиною по 4,5 км кожна й одержали доказ те, що в цій глибині температура  сягає шуканих270–300°С. Нині триває робота за оцінкою загальних запасів  геотермальної енергії у цій  аномальною точці півдня Австралії. За попередніми розрахунками у цій аномальною точці можна одержувати електроенергію потужністю більше однієї ГВт, причому, вартість цієї енергії буде вдвічі дешевшим вартості вітрової енергії й у 8 – 10 разів дешевші сонячної. [5]. 

Світовий потенціал геотермальної енергії і її використання

Група експерт з  Всесвітньої асоціації з питань геотермальної енергії, яка здійснила  оцінку запасів низько- і високотемпературної геотермальної енергії кожному за континенту, отримала такі дані про потенціалу різних типів геотермальних джерел нашої планети (табл. 2).

Таблиця 2

Як очевидно з табл. 2, потенціал геотермальних джерел енергії просто таки колосальний. Проте використовується він дуже мала: встановлена наГеоТЭС в усьому світі початку 90-х років становила лише близько 5000, але в початок 2000-х років – близько 6000 МВт, істотно поступаючись за цим показником більшості електростанцій, працівників інших поновлювані джерела енергії. Та й вироблення електроенергії наГеоТЭС у період часу була незначною. Однак на цей часгеотермальная електроенергетика розвивається прискорено, над останню чергу черезгалопирующего збільшення вартості нафти і є. Цьому розвитку багато в чому сприяють вжиті на багатьох країн світу урядові програми, підтримують цей напрям розвитку геотермальної енергетики.

Зазначимо, що геотермальні ресурси розвідані в 80 країнах і в 58 їх активно використовуються. Найбільшим виробником геотермальної електроенергії є США, дегеотермальная електроенергетика, як із альтернативних джерел енергії, має особливу урядову підтримку. У 2005 року наГеоТЭС було випущено близько 16 млрд. кВт·год електроенергії у таких основних промислових зонах, як зона Великих гейзерів, розташована у 100 км північніше Сан-Франциско (1360 МВт встановленої потужності), північна частина Солоного моря у центральній Каліфорнії (570 МВт встановленої потужності), Невада (235 МВт встановленої потужності) та інших. Геотермальна електроенергетика бурхливо розвивається також у кількох інших країнах, зокрема: