Geoterminė energija ir jos panaudojimas, geoterminės energijos perspektyvos
Žemės viduje yra didžiulė šiluminė energija. Įvertinimai čia vis dar gana skirtingi, tačiau konservatyviausiais vertinimais, jei apsiribosime 3 km gyliu, tai 8 x 1017 kJ geoterminės energijos. Tuo pačiu metu jo realaus taikymo mastas mūsų šalyje ir visame pasaulyje yra nereikšmingas. Kas čia yra ir kokios yra geoterminės energijos naudojimo perspektyvos?
Geoterminė energija yra Žemės šilumos energija. Energija, išsiskirianti iš natūralios Žemės šilumos, vadinama geotermine energija. Kaip energijos šaltinis, Žemės šiluma, kartu su esamomis technologijomis, gali patenkinti žmonijos poreikius daug daug metų. Ir tai net neliečia šilumos, kuri sklinda per giliai, iki šiol nepasiekiamose vietose.
Milijonus metų ši šiluma išsiskiria iš mūsų planetos žarnyno, o šerdies aušinimo greitis neviršija 400 ° C per milijardą metų! Tuo pačiu metu Žemės šerdies temperatūra, remiantis įvairiais šaltiniais, šiuo metu yra ne žemesnė kaip 6650 ° C ir palaipsniui mažėja link jos paviršiaus. Iš Žemės nuolat skleidžiama 42 trilijonai vatų šilumos, iš kurios tik 2% yra plutoje.
Vidinė Žemės šiluminė energija karts nuo karto grėsmingai pasireiškia tūkstančių ugnikalnių išsiveržimais, žemės drebėjimais, žemės plutos judėjimais ir kitais, mažiau pastebimais, bet ne mažiau globaliais gamtos procesais.
Mokslinis požiūris į šio reiškinio priežastis yra toks, kad Žemės šilumos kilmė yra susijusi su nenutrūkstamu urano, torio ir kalio radioaktyvaus skilimo procesu planetos viduje, taip pat su gravitaciniu materijos atskyrimu. jos esme.
Žemės plutos granitinis sluoksnis, esantis 20 000 metrų gylyje, yra pagrindinė žemynų radioaktyvaus skilimo zona, o vandenynams viršutinė mantija yra aktyviausias sluoksnis. Mokslininkai mano, kad žemynuose, maždaug 10 000 metrų gylyje, plutos dugne temperatūra siekia apie 700 °C, o vandenynuose – tik 200 °C.
Du procentai geoterminės energijos žemės plutoje yra pastovi 840 milijardų vatų, ir tai yra technologiškai prieinama energija. Geriausios vietos šiai energijai išgauti yra šalia žemyninių plokščių pakraščių, kur pluta yra daug plonesnė, ir seisminio bei vulkaninio aktyvumo sritys, kur žemės šiluma pasireiškia labai arti paviršiaus.
Kur ir kokia forma atsiranda geoterminė energija?
Šiuo metu geoterminės energijos plėtra aktyviai užsiima: JAV, Islandija, Naujoji Zelandija, Filipinai, Italija, Salvadoras, Vengrija, Japonija, Rusija, Meksika, Kenija ir kitos šalys, kur šiluma iš planetos vidurių. pakyla į paviršių garų ir karšto vandens pavidalu, išeina, kai temperatūra siekia 300 ° C.
Ryškiais pavyzdžiais galima paminėti garsiuosius Islandijos ir Kamčiatkos geizerius, taip pat garsųjį Jeloustouno nacionalinį parką, esantį Amerikos Vajomingo, Montanos ir Aidaho valstijose, užimantį beveik 9000 kvadratinių kilometrų plotą.
Kalbant apie geoterminę energiją, labai svarbu atsiminti, kad ji dažniausiai yra žemo potencialo, tai yra, iš gręžinio išeinančio vandens ar garų temperatūra nėra aukšta. Ir tai daro didelę įtaką tokios energijos naudojimo efektyvumui.
Faktas yra tas, kad elektros energijos gamybai šiandien ekonomiškai tikslinga, kad aušinimo skysčio temperatūra būtų ne mažesnė kaip 150 ° C. Šiuo atveju jis siunčiamas tiesiai į turbiną.
Yra įrenginių, kuriuose naudojamas žemesnės temperatūros vanduo. Juose geoterminis vanduo šildo antrinį aušinimo skystį (pavyzdžiui, freoną), kurio virimo temperatūra žema. Susidaręs garas suka turbiną. Tačiau tokių įrenginių galingumas yra mažas (10–100 kW), todėl energijos sąnaudos bus didesnės nei elektrinėse, naudojančiose aukštos temperatūros vandenį.
GeoPP Naujojoje Zelandijoje
Geoterminės nuosėdos yra porėtos uolienos, užpildytos karštu vandeniu. Iš esmės tai natūralūs geoterminiai katilai.
Bet ką daryti, jei vanduo, išleistas žemės paviršiuje, nėra išmestas, o grąžinamas į katilą? Sukurti cirkuliacijos sistemą? Tokiu atveju bus panaudota ne tik terminio vandens šiluma, bet ir aplinkinės uolienos. Tokia sistema padidins bendrą jo skaičių 4-5 kartus. Aplinkos taršos sūriu vandeniu problema pašalinama, nes jis grįžta į požeminį horizontą.
Karšto vandens ar garų pavidalu šiluma tiekiama į paviršių, kur naudojama arba tiesiogiai pastatams ir namams šildyti, arba elektros energijai gaminti. Naudinga ir Žemės paviršiaus šiluma, kuri dažniausiai pasiekiama gręžiant gręžinius, kur gradientas kas 36 metrus didėja 1 °C.
Norėdami sugerti šią šilumą, jie naudoja šilumos siurbliai… Karštas vanduo ir garai naudojami elektrai gaminti ir tiesioginiam šildymui, o giliai susikaupusią šilumą, kai nėra vandens, šilumos siurbliai paverčia į naudingą formą. Magmos energija ir po ugnikalniais besikaupianti šiluma išgaunami panašiais būdais.
Apskritai, yra keletas standartinių elektros energijos gamybos būdų geoterminėse elektrinėse, bet vėlgi arba tiesiogiai, arba pagal šilumos siurblį panašią schemą.
Paprasčiausiu atveju garai tiesiog nukreipiami vamzdynu į elektros generatoriaus turbiną. Sudėtingoje schemoje garai iš anksto išvalomi, kad ištirpusios medžiagos nesunaikintų vamzdžių. Mišrioje schemoje vandenyje ištirpusios dujos pašalinamos po garų kondensacijos vandenyje.
Galiausiai yra dvejetainė schema, kai kitas skystis su žema virimo temperatūra (šilumokaičio schema) veikia kaip aušinimo skystis (šilumai paimti ir generatoriaus turbinai sukti).
Perspektyviausi yra vakuuminiai absorbciniai šilumos siurbliai su vandeniu ir ličio chloridu. Pirmieji padidina terminio vandens temperatūrą dėl elektros energijos suvartojimo vakuuminiame vandens siurblyje.
Į vakuuminį garintuvą patenka 60–90 °C temperatūros šulinio vanduo. Susidarę garai suspaudžiami turbokompresoriumi. Slėgis parenkamas priklausomai nuo reikiamos aušinimo skysčio temperatūros.
Jei vanduo patenka tiesiai į šildymo sistemą, tada jis yra 90 — 95 ° C, jei į šilumos tinklus, tada 120 — 140 ° C. Kondensatoriuje susikondensavęs garas atiduoda savo šilumą miesto šildyme cirkuliuojančiam vandeniui. tinklai, šildymo sistemos ir karštas vanduo.
Kokių dar yra galimybių padidinti geoterminės energijos naudojimą?
Viena iš krypčių yra susijusi su iš esmės išeikvotų naftos ir dujų telkinių naudojimu.
Kaip žinia, šios žaliavos gamyba senuose laukuose vykdoma vandens užliejimo būdu, tai yra, į šulinius pumpuojamas vanduo, kuris iš rezervuaro porų išstumia naftą ir dujas.
Vykstant išeikvojimui, akytieji rezervuarai užpildomi vandeniu, kuris įgauna aplinkinių uolienų temperatūrą ir taip telkiniai paverčiami geoterminiu katilu, iš kurio vienu metu galima išgauti naftą ir gauti vandens šildymui.
Žinoma, reikia išgręžti papildomus gręžinius ir sukurti cirkuliacinę sistemą, tačiau tai bus daug pigiau, nei sukurti naują geoterminį lauką.
Kitas variantas – iš sausų uolienų išgauti šilumą suformuojant dirbtines pralaidžias zonas. Metodo esmė yra sukurti poringumą naudojant sprogimus sausose uolienose.
Šilumos ištraukimas iš tokių sistemų atliekamas taip: tam tikru atstumu vienas nuo kito išgręžiami du šuliniai. Į vieną pumpuojamas vanduo, kuris, per susidariusias poras ir plyšius judėdamas į antrą, pašalina šilumą iš uolienų, įkaista ir tada iškyla į paviršių.
Tokios eksperimentinės sistemos jau veikia JAV ir Anglijoje. Los Alamose (JAV) du šuliniai – vienas 2700 m gylio, o kitas – 2300 m, yra sujungti hidrauliniu ardymu ir užpildyti cirkuliuojančiu vandeniu, pašildytu iki 185 °C. Anglijoje, Rosemenius karjere, vanduo pašildomas iki 80 °C.
Geoterminė elektrinė
Planetos šiluma kaip energijos šaltinis
Netoli Italijos Larederello miesto driekiasi elektrinis geležinkelis, varomas sausais garais iš šulinio. Sistema veikia nuo 1904 m.
Geizerių laukai Japonijoje ir San Franciske yra dar dvi garsios pasaulio vietos, kuriose elektros energijai gaminti taip pat naudojami sausi karšti garai. Kalbant apie drėgną garą, didesni jo laukai yra Naujojoje Zelandijoje, o mažesni – Japonijoje, Rusijoje, Salvadore, Meksikoje, Nikaragvoje.
Jei geoterminę šilumą laikytume energijos šaltiniu, tai jos atsargos dešimtis milijardų kartų viršija metinį žmonijos energijos suvartojimą visame pasaulyje.
Vos 1% žemės plutos šiluminės energijos, paimtos iš 10 000 metrų gylio, pakaktų šimtus kartų perdengti žmonijos nuolat gaminamo iškastinio kuro, pvz., naftos ir dujų, atsargas, o tai negrįžtamai išeikvotų. žemės gelmių ir aplinkos taršos.
Taip yra dėl ekonominių priežasčių. Tačiau geoterminės elektrinės išmeta labai nedidelę anglies dvideginio emisiją – apie 122 kg vienai megavatvalandei pagamintos elektros energijos, o tai yra žymiai mažiau nei išmetama iš iškastinio kuro energijos gamybos.
Pramonės GeoPE ir geoterminės energijos perspektyvos
Pirmasis pramoninis geoPE, kurio galia 7,5 MW, buvo pastatytas 1916 m. Italijoje. Nuo tada sukaupta neįkainojama patirtis.
1975 metais bendra GeoPP instaliuota galia pasaulyje buvo 1278 MW, o 1990 metais – jau 7300 MW. Didžiausios geoterminės energijos plėtros apimtys yra JAV, Meksikoje, Japonijoje, Filipinuose ir Italijoje.
Pirmasis geoPE SSRS teritorijoje buvo pastatytas 1966 m. Kamčiatkoje, jo galia yra 12 MW.
Nuo 2003 metų Rusijoje veikia Mutnovskos geografinė elektrinė, kurios galia dabar siekia 50 MW – šiuo metu tai yra galingiausia geoelektrinė Rusijoje.
Didžiausias GeoPP pasaulyje yra Olkaria IV Kenijoje, kurio galia siekia 140 MW.
Ateityje labai tikėtina, kad magmos šiluminė energija bus panaudota tuose planetos regionuose, kur ji nėra per giliai žemiau Žemės paviršiaus, taip pat įkaitintų kristalinių uolienų šiluminė energija, kai šaltas vanduo pumpuojamas į kelių kilometrų gylyje išgręžtą skylę ir karštas vanduo grąžinamas į paviršių arba garus, po kurių jie įkaista arba gamina elektrą.
Kyla klausimas – kodėl šiuo metu tiek mažai įgyvendintų projektų naudojant geoterminę energiją? Visų pirma dėl to, kad jie išsidėstę palankiose vietose, kur vanduo arba liejasi ant žemės paviršiaus, arba yra labai sekliai. Tokiais atvejais nebūtina gręžti giluminių gręžinių, kurie yra brangiausia geoterminės energijos plėtros dalis.
Šiluminio vandens naudojimas šilumai tiekti yra daug didesnis nei elektros energijos gamybai, tačiau jie vis dar yra nedideli ir nevaidina reikšmingo vaidmens energetikos sektoriuje.
GTerminė energetika žengia tik pirmuosius žingsnius ir dabartiniai tyrimai, eksperimentinis-pramoninis darbas turėtų duoti atsakymą į tolesnės jos plėtros mastą.