Термальная энергия земли - OXFORDST.RU

Термальная энергия земли

Чистая и возобновляемая геотермальная энергетика

Термин “геотермальная энергия” происходит от греческого слова земля (гео) и тепловой (термальный). По сути, геотермальная энергия исходит из самой земли . Тепло от ядра земли, температура которого в среднем составляет 3600 градусов Цельсия, излучается в сторону поверхности планеты.

Обогрев источников и гейзеров под землей на глубине в несколько километров может осуществляться с помощью специальных скважин, через которые поступает горячая вода (или пар от неё) до поверхности, где она может использоваться непосредственно как тепло или косвенно для выработки электроэнергии путем включения вращающихся турбин.

Так как вода под поверхностью земли постоянно пополняется, а ядро Земли будет продолжать вырабатывать тепло относительно человеческой жизни бесконечно, геотермальная энергия,в конечном счете, чистая и возобновляемая.

Методы сбора энергетических ресурсов Земли

Сегодня есть три основных метода сбора геотермальной энергии: сухой пар, горячая вода и бинарный цикл. Процесс с сухим паром прямо вращает привода турбин генераторов электроэнергии. Горячая вода поступает снизу вверх, затем распыляется в бак, чтобы создать пар для привода турбин. Эти два метода являются наиболее распространенными, генерируя сотни мегаватт электроэнергии в США, Исландии, Европе, России и других странах. Но расположение ограничено, так как эти заводы работают только в тектонических регионах, где легче получить доступ к подогретой воде.

При технологии бинарного цикла извлекается на поверхность теплая (не обязательно горячая) вода и объединяют её с бутаном или пентаном, который имеет низкую температуру кипения. Эта жидкость перекачивается через теплообменник, где испаряется и направляется через турбину перед рециркуляцией обратно в систему. Технологии бинарного цикла дает десятки мегаватт электроэнергии в США: Калифорнии, Неваде и на Гавайских островах.

Принцип получения энергии

Недостатки получения геотермальной энергии

На уровне полезности, геотермальные электростанции являются дорогостоящими, чтобы построить и работать. Для поиска подходящего места требуется дорогостоящее обследование скважин без гарантии попадания в продуктивную подземную горячую точку. Тем не менее, аналитики ожидают увеличения этой мощности почти вдвое в течение следующих шести лет.

Кроме того районы с высокой температурой подземного источника находятся в районах с активными геологохимическими вулканами. Эти «горячие точки» образовались на границах тектонических плит в местах, где кора достаточно тонкая. Тихоокеанский регион, часто называют как кольцо огня для многих вулканов, где есть много горячих точек, в том числе на Аляске, Калифорнии и Орегоне. Невада имеет сотни горячих точек, охватывающих большую часть северной части США.

Есть и другие сейсмически активные районы. Землетрясения и движение магмы позволяют воде циркулировать. В некоторых местах вода поднимается к поверхности и природные горячие источники и гейзеры происходят, такие, как на Камчатке. Вода в гейзерах Камчатки достигает 95° C.

Одна из проблем открытой системы гейзеров является выделение некоторых загрязнителей воздуха. Сульфид водорода — токсичный газ с очень узнаваемым запахом «тухлого яйца» — небольшое количество мышьяка и минералов, выпущенных с паром. Соль также может представлять экологическую проблему.

На геотермальных электростанциях расположенных в море значительное количество мешающей соли накапливается в трубах. В замкнутых системах нет выбросов и возвращается вся жидкость доведенная до поверхности.

Экономический потенциал энергоресурса

Сейсмически активные точки не являются единственными местами, где можно найти геотермальную энергию. Существует постоянный запас полезного тепла для целей прямого нагрева на глубине везде от 4 метров до нескольких километров ниже поверхности практически в любом месте на земле. Даже земля на собственном заднем дворе или в местной школе имеет экономический потенциал в виде тепла, чтобы выдавать в дом или другие здания.

Кроме того существует огромное количество тепловой энергии в сухих скальных образованиях очень глубоко под поверхностью (4 – 10 км).

Использование новой технологии может расширить геотермальные системы, где люди смогут использовать это тепло для производства электроэнергии в гораздо большем масштабе, чем обычные технологии. Первые демонстрационные проекты этого принципа получения электричества показаны в Соединенных Штатах и Австралии еще в 2013 году.

Если полный экономический потенциал геотермальных ресурсов может быть реализован, то это будет представлять огромный источник электроэнергии для производственных мощностей. Ученые предполагают, что обычные геотермальные источники имеют потенциал 38 000 МВт, который может производить 380 млн МВт электроэнергии в год.

Горячие сухие породы залегают на глубинах от 5 до 8 км везде под землей и на меньшей глубине в определенных местах. Доступ к этим ресурсам предполагает введение холодной воды, циркулирующей через горячие скальные породы и отвода нагретой воды. В настоящее время нет коммерческого применения этой технологии. Существующие технологии пока не позволяют восстанавливать тепловую энергию непосредственно из магмы, очень глубоко, но это самый мощный ресурс геотермальной энергии .

С комбинацией энергоресурсов и ее последовательности, геотермальная энергия может играть незаменимую роль как более чистая, более устойчивая энергетическая система.

Конструкции геотермальных электростанций

Геотермальная энергия – это чистое и устойчивое тепло от Земли. Большие ресурсы находятся в диапазоне в нескольких километрах под поверхностью земли, и еще глубже, до высокой температуры расплавленной породы, называемой магмой. Но как описано выше люди пока не добрались к магме.

Практически везде, в неглубоких местах ниже 3 метров от поверхности земля имеет практически постоянную температуру от 10° до 16°C. Геотермальные тепловые насосы могут использовать этот ресурс для отопления или охлаждения зданий.

Геотермальная теплонасосная система состоит из теплового насоса, воздушной системы доставки (воздуховодов), а теплообменник – это система труб находящихся в неглубоких местах возле здания. В зимнее время тепловой насос извлекает тепло из теплообменника и подает его в крытую систему подачи воздуха. Летом происходит обратный процесс, и тепловой насос переносит тепло от внутреннего воздуха в теплообменник. Тепло, удаляемое из воздуха в помещениях в течение лета также может быть использовано, чтобы обеспечить бесплатный источник горячей воды.

Некоторые геотермальные электростанции используют пар из резервуара для вращения турбины генератора, в то время как другие используют горячую воду для кипения рабочей жидкости, которая испаряется и затем вращает турбину. Горячая вода у поверхности Земли может быть использована непосредственно для тепла. Прямое использование включает отопление зданий, выращивание растений в теплицах, сушки культур, подогрева воды в рыбоводных хозяйствах, а также ряд промышленных процессов, таких как пастеризация молока.

Структура геотермальных электростанций

Традиционная геотермальная энергия – это зрелая технология, которая может обеспечить базовую мощность или круглогодичного теплоснабжения. Ресурс может быть использован только в благоприятных регионах. Соответствие спроса на тепловую энергию от доступных ресурсов может быть сложен, учитывая стоимость и сложность транспортировки тепла на большие расстояния.

В настоящее время наиболее распространенным способом использования энергии из геотермальных источников является метод естественной «гидротермальной конвекции» где воды просачиваются через земную кору, нагреваются, а затем поднимаются к поверхности. После этого нагретая вода используется для привода электрических генераторов.

Существуют три основные конструкции для геотермальных электростанций:

  • В простейшей конструкции сухой пар проходит непосредственно через турбины, а затем конденсатор, где пар конденсируется в воду.
  • Во втором подходе очень горячая вода превращается в пар, который затем может использоваться для привода турбины.
  • В третьем подходе, называемый бинарная система, горячая вода проходит через теплообменник, где нагревает вторую жидкость — например, изобутан — в замкнутом цикле. Изобутан кипит при низкой температуре, чем вода, поэтому он более легко превращается в пар для запуска турбины.

Три конструкции геотермальных электростанций

Технология применения определяется ресурсом. Если вода поступает из скважины как пар, она может использоваться непосредственно. Если горячая вода достаточно высокой температуры она должна пройти через теплообменник.

Первая скважина для производства энергии была пробурена до 1924 года. Более глубокие скважины были пробурены в 1950-х, но реальное развитие происходит в 1970-х и 1980-х годов.

Прямое использование геотермального тепла

Геотермальные источники также могут использоваться непосредственно для целей отопления. Горячая вода используется для обогрева зданий, выращивания растений в теплицах, сушки рыбы и сельскохозяйственных культур, улучшение добычи нефти, помощи в промышленных процессах как пастеризаторы молока и обогрев воды на рыбных фермах. В США Кламат-Фолс, штат Орегон и Бойсе, Айдахо геотермальная вода используется для обогрева домов и зданий более века. На восточном побережье, город Уорм-Спрингс, Вирджиния получает тепло непосредственно из родниковой воды, используя источники тепла на одном из местных курортов.

В Исландии практически каждое здание в стране нагревается горячей родниковой водой. В самом деле Исландия получает более 50 процентов первичной энергии из геотермальных источников. В Рейкьявике, например, (население 118 тыс. чел), горячая вода передается по конвейеру на 25 километров, и жители используют её для отопления и естественных нужд.

Новая Зеландия, получает 10% своей электроэнергии дополнительно. Геотермальная энергетика в России находится в недостаточном развитии, несмотря на наличие термальных вод.

Читайте также  Фрезерные изделия по дереву

Как Земля может служить источником неисчерпаемой энергии

Все городские жители привыкли к тому, что электричество и тепло в их дома поступают как-то сами собой. Плати за них каждый месяц и дома будет светло, тепло и вкусно пахнуть с кухни. Но задумывались ли вы когда-нибудь откуда вся эта энергия берется? В крупных городах, как правило, это гидроэлектростанции, теплоэлектростанции и атомные электростанции. Сегодня поговорим про немного специфический, но очень интересный способ добычи тепла и света непосредственно из темных недр нашей планеты. Сжигать ничего не придется.

Геотермальная электростанция во всей красе.

Прежде, чем говорить о производстве энергии, давайте представим себе отдаленное от крупных городов место. Не деревню, в которой живет 10 жителей в 15 покосившихся домах, а просто небольшой городок. Желательно, чтобы он находился рядом с вулканом. Если представили, то теперь надо понять, как доставить туда электричество и отопление.

Можно построить тепловую электростанцию и круглые сутки жечь природные ископаемые, которые стоят больших денег, портят окружающую среду и требуют как минимум хорошую дорогу для их доставки, а то и железнодорожную ветку.

Не пропускайте статьи о самых интересных технология. Подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там есть даже то, чего нет на сайте.

Вторым вариантом будет дорогущая атомная станция, которая несет в себе вполне понятные риски и требует работы специалистов узкого профиля. Это тоже не самый хороший вариант для небольших городов. Но что тогда выбрать и как обеспечить людей бытовыми благами?

Что такое ГеоТЭС

Перед тем, как рассказать о самих электростанциях, стоит сказать, что такое вообще геотермальная энергия.

Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли.

Для получения тепла из недр Земли требуется бурение скважин. При этом, чем глубже скважина, тем больше энергии можно получить. Геотермический градиент в скважине возрастает в среднем на 1 °C каждые 36 метров. Тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды, а использовать его можно как для производства электричества, так и для отопления. Благодаря тому, что термальные регионы есть по всему миру, пользоваться таким способом получения энергии могут многие страны.

Наиболее удачными местами для размещения подобных электростанций являются стыки тектонических плит. Именно в этих зонах кора тоньше и тепло получить проще. Напомню, считается, что температура в центре Земли не ниже 6800 градусов. Чем ближе к центру, тем выше температура. Все логично.

Примерно по такой схеме работает геотермальная электростанция.

В простейшем примере ГеоТЭС работает путем получения водяного пара, который крутит турбину, вырабатывающую электричество, но из-за особенностей каждого конкретного варианта они делятся на несколько типов.

Типы ГеоТЭС

Самый простой тип ГеоТЭС использует при работе так называемую прямую схему. При ней пар поднимается по трубам и сразу раскручивает турбину. При непрямой схеме перед тем, как попасть в трубы, пар очищается от газов, которые вызывают ускоренное разрушение металла. Если удаление газов производится после конденсации воды, схема считается смешанной. Но есть еще и бинарная схема, являющаяся самой технологичной.

Примером таких станций является геотермальная электростанция Ландау в Германии. Она использует термальную воду для доставки тепла из недр Земли, но дальше в дело включается другая жидкость с низкой температурой кипения. Она и раскручивает турбины. Как правило, для этого используется изопентан. Такой способ позволяет разместить электростанции в тех местах, где нет доступа к таким источникам тепла, которые способны непосредственно выдать пар для работы турбины. Для их работы достаточно воды с температурой не более 70 градусов.

Первая геотермальная электростанция

Все мы привыкли к тому, что много лет назад энергия добывалась из природных ископаемых. Так оно и было, вот только еще до этого одними их первых электростанций были именно геотермальные. В целом это очень логично, так как техника работала на паровой тяге, и использовать именно пар было более правильным решением. Да и собственно единственным для того времени, не считая сжигания дерева и угля.

Еще в 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора природного пара, которая очень пригодилась в двадцатом веке, когда спрос на геотермальные электростанции стал очень высоким.

Первая реально работающая станция была построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году. Правда, она была больше прототипом, так как могла питать только 4 лампочки, но она работала. Спустя шесть лет в 1910 году в этом же городе была построена реально работающая станция, которая могла добывать энергию, достаточную для промышленного использования.

Даже в таких живописных местах могут быть ГеоТЭС.

Экспериментальные генераторы строились во многих местах, но именно Италия до 1958 года удерживала лидерство и была единственным в мире производителем геотермальной энергии в промышленных масштабах.

Уступить лидерство пришлось после того, как в Новой Зеландии запустили в эксплуатацию электростанцию Вайракей. Она была первой геотермальной электростанцией непрямого типа. Через несколько лет подобные объекты открылись и в других странах, включая США с ее источниками в Калифорнии.

Первая геоТЭС непрямого типа была построена в СССР в 1967 году. В это время такой способ получения энергии начал активно развиваться по всему миру. Особенно в таких местах, как Аляска, Филиппины и Индонезия, которые до сих пор являются одними из лидеров по добываемой таким способом энергии.

КПД геотермальной электростанции

На самом деле, нельзя сказать, что геоТЭС очень эффективны, так как их КПД составляет всего 7-10 процентов. Это очень мало в сравнении с объектами, на которых энергия извлекается из сгорающего топлива. Именно поэтому нельзя просто выкопать яму, засунуть в нее трубу и пойти отдыхать. Система должна быть высокоэффективной и использовать несколько циклов для большей производительности, иначе полученной энергии не хватит даже на работу насосов, используемых для доставки жидкости на поверхность.

Ключевым фактором успеха геотермальных электростанций, в сравнении с ветряными и солнечными, является их постоянство. Они способны работать 24/7 с одинаковой интенсивностью, затрачивая на работу меньше энергии, чем производится на выходе. Дополнительным плюсом является возможность получения тепла, используемого для отопления домов и объектов в ближайшей зоне. И для всего этого не надо сжигать дорогое топливо.

Перспективы геоТЭС

Спустя более чем сто лет с момента первой демонстрации возможностей использования геотермальной энергии, станции, работающие на этом “топливе”, являются перспективными и незаменимыми для некоторых регионов. В России, например, почти все станции находятся на Камчатке. В США речь идет о Калифорнии, а в Германии о некоторых Альпийских районах.

Страны лидеры по производству энергии из геотермальных источников.

Пятерка лидеров по объему производимой ГеоТЭС энергии включает в себя США, Индонезию, Филиппины, Италию и Новую Зеландию. Несложно заметить, что это страны с совершенно разным уровнем развития. Получается, что геотермальная энергии доступна всем и все в ней заинтересованы. По мере развития технологий, увеличения КПД станций и уменьшения запасов невозобновляемых источников энергии, геотермальная энергия будет становиться все более востребованной.

Для тех, кто переживает за температуру планеты, стоит сказать, что при температуре центра Земли минимум 6800 градусов Цельсия, остывает он всего на 300-500 градусов за миллиард лет. Думаю, что не стоит беспокоиться по этому поводу.

Геотермальная энергия и способы её добычи

Данная энергия относится к альтернативным источникам. В наши дни всё чаще упоминают о возможностях получения ресурсов, которые дарит нам планета. Можно сказать, что мы живем в эпоху моды на возобновляемую энергетику. Создается множество технических решений, планов, теорий в данной области.

Он находится глубоко в земляных недрах и имеет свойства возобновления, другими словами он бесконечный. Классические ресурсы, по данным учёных начинают заканчиваться, иссякнет нефть, уголь, газ.

Несьявеллир ГеоТЭС, Исландия

Поэтому можно постепенно готовиться принимать на вооружение новые альтернативные методы добычи энергии. Под земной корой находится мощное ядро. Его температура составляет от 3000 до 6000 градусов. Перемещение литосферных плит демонстрирует его огромнейшую силу. Она проявляется в виде вулканического выплескивания магмы. В недрах происходит радиоактивный распад, побуждающий иногда к таким природным катаклизмам.

Обычно магма нагревает поверхность не выходя за её пределы. Так получаются гейзеры или теплые бассейны воды. Таким образом, можно использовать физические процессы в нужных целях для человечества.

Виды источников геотермальной энергии

Её принято разделять на два вида: гидротермальную и петротермальную энергию. Первый образуется за счет теплых источников, а второй тип – это разница температур на поверхности и в глубине земли. Объясняя своими словами, гидротермальный источник состоит из пара и горячей воды, а петротермальный спрятан глубоко под грунтом.

Читайте также  Транспортировка ПЭТ бутылок

Карта потенциала развития геотермальной энергетики в мире

Для петротермальной энергии необходимо пробурить две скважины, одну наполнить водой, после чего произойдет процесс парения, который выйдет на поверхность. Существует три класса геотермальных районов:

  • Геотермальный – расположен вблизи континентальных плит. Градиент температуры более 80С/км. В качестве примера, итальянская коммуна Лардерелло. Там размещена электростанция
  • Полутермальный – температура 40 – 80 С/км. Это естественные водоносные пласты, состоящие из раздробленных пород. В некоторых местах Франции обогреваются таким способом здания
  • Нормальный – градиент менее 40 С/км. Представительство таких районов наиболее распространено

Они являются отличным источником для потребления. Они находятся в горной породе, на определенной глубине. Более подробно рассмотрим классификацию:

  • Эпитермальные – температура от 50 до 90 с
  • Мезотермальные – 100 – 120 с
  • Гипотермальные – более 200 с

Данные виды состоят из разного химического состава. В зависимости от него, можно использовать воды для различных целей. Например, в производстве электроэнергии, теплообеспечении (тепловые трассы), сырьевой базе.

Видео: Геотермальная энергия

Процесс теплоснабжения

Температура воды 50 -60 градусов, является оптимальной для отопления и горячего снабжения жилого массива. Нужда в отопительных системах зависит от географического расположения и климатических условий. А в потребностях ГВС люди нуждаются постоянно. Для этого процесса сооружаются ГТС (геотермальные тепловые станции).

Если для классического производства тепловой энергии используется котельная, потребляющая твёрдое или газовое топливо, то при данном производстве используется гейзерный источник. Технический процесс очень простой, те же коммуникации, тепловые трассы и оборудование. Достаточно пробурить скважину, очистить её от газов, далее насосами направить в котельную, где будет поддерживаться температурный график, а после она попадёт в теплотрассу.

Главное отличие в том, что нет необходимости использовать топливный котлоагрегат. Это существенно снижает себестоимость тепловой энергии. Зимой абоненты получают тепло и горячее водоснабжение, а летом только ГВС.

Производство электроэнергии

Горячие источники, гейзеры служат основным компонентами в производстве электричества. Для этого применяется несколько схем, сооружаются специальные электростанции. Устройство ГТС:

  • Бак ГВС
  • Насос
  • Газоотделитель
  • Паросепаратор
  • Генерирующая турбина
  • Конденсатор
  • Повысительный насос
  • Бак – охладитель


Как видим основным элементом схемы, является паровой преобразователь. Это позволяет получать очищенный пар, так как в нем содержатся кислоты, разрушающие оборудование турбин. Существует возможность применение смешанной схемы в технологическом цикле, то есть вода и пар участвуют в процессе. Жидкость проходит всю стадию очистки от газов, так же как и пар.

Схема с бинарным источником

Рабочим компонентом является жидкость с низкой температурой кипения. Термальная вода также участвует в производстве электроэнергии и служит второстепенным сырьем.

С её помощью образуется пар низкокипящего источника. ГТС с таким циклом работы могут быть полностью автоматизированы и не требовать наличия обслуживающего персонала. Более мощные станции используют двухконтурную схему. Такой вид электростанций позволяет выходить на мощность 10 МВт. Двухконтурная структура:

  • Паровой генератор
  • Турбина
  • Конденсатор
  • Эжектор
  • Питательный насос
  • Экономайзер
  • Испаритель

Практическое применение

Огромные запасы источников во много раз превосходят ежегодное потребление энергии. Но лишь малая доля используется человечеством. Строительство станций датировано 1916 годом. В Италии была создана первая ГеоТЭС мощностью 7,5 МВт. Отрасль активно развивается в таких странах как: США, Исландия, Япония, Филиппины, Италия.

Ведутся активные изучение потенциальных мест и более удобные методы добывания. Из года в год растёт производственная мощность. Если брать в расчёт экономический показатель, то себестоимость такой отрасли равна угольным ТЭС. Исландия практически полностью покрывает коммунально-жилой фонд ГТ-источником. 80 % домов для отопления используют горячую воду из скважин. Эксперты из США утверждают, что при должном развитии ГеоТЭС могут произвести в 30 раз больше ежегодного потребления. Если говорить о потенциале, то 39 стран мира смогут полностью себя обеспечить электроэнергией, если на 100 процентов используют недра земли.

Находится на глубине 4 км:

Япония расположена в уникальной географической местности, связанной с движением магмы. Постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Обладая такими природными процессами, правительство внедряет различные разработки. Создано 21 объект с общей производительностью 540 Мвт. Проводятся эксперименты по извлечению тепла из вулканов.

Плюсы и минусы ГЭ

Как говорилось ранее, ГЭ используется в различных сферах. Существуют определенные достоинства и недостатки. Поговорим о достоинствах:

  • Бесконечность ресурсов
  • Независимость от погоды, климата и времени
  • Многогранность применения
  • Экологически безопасна
  • Низкая себестоимость
  • Обеспечивает энергонезависимость государству
  • Компактность оборудования станций

Первый фактор самый основной, побуждает изучать такую отрасль, поскольку альтернатива нефти достаточно актуальна. Отрицательные изменения на нефтяном рынке усугубляют глобальный экономический кризис. При работе установок не загрязняется внешняя среда, в отличие от других. Да и сам по себе цикл не требует зависимости от ресурсов и его транспортировки к ГТС. Комплекс сам себя обеспечивает и не зависит от других. Это огромный плюс для стран с низким уровнем полезных ископаемых. Безусловно, бывают негативные моменты, ознакомимся с ними:

  • Дороговизна разработок и строительство станций
  • Химический состав требует утилизации. Её нужно сливать обратно в недра или океан
  • Выбросы сероводорода

Выбросы вредных газов очень незначительны и не сопоставимы с другими производствами. Оборудование позволяет эффективно удалять его. Отходы сбрасываются в землю, где оборудованы колодцы специальными цементными каркасами. Такая методика позволяет исключить возможность загрязнения грунтовых вод. Дорогие разработки имеют тенденцию к уменьшению, так как прогрессирует их усовершенствование. Все недостатки тщательно изучаются, ведется работа по их устранению.

Дальнейший потенциал

Наработанный базис знаний и практики становится фундаментом для будущих достижений. Пока рано говорить о полном замещении традиционных запасов, поскольку не до конца изучены термальные зоны и методы добычи энергоресурсов. Для более быстрого развития требуется больше внимания, финансовых инвестиций.

Пока общество знакомится с возможностями, медленно двигается вперед. По экспертным оценкам лишь 1 % мировой электроэнергии добывается данным фондом. Возможно, будут разработаны комплексные программы развития отрасли на глобальном уровне, проработаны механизмы и средства достижения целей. Энергия недр способна решить экологическую проблему, ведь с каждым годом вредных выбросов в атмосферу становится больше, загрязняются океаны, оказывается тоньше озоновый слой. Для быстрого и динамичного развития отрасли нужно убрать основные препятствия, тогда она во многих странах станет стратегическим плацдармом, способным диктовать условия на рынке и поднимет уровень конкурентоспособности.

Горячие природные источники – альтернатива традиционным способам получения энергии

В последнее время не возобновляемые источники электрической энергии всё больше теряют свои позиции. Традиционный метод получения энергии от сжигания угля перестаёт быть самым эффективным, так как напрямую ведёт к экологическим нарушениям среды обитания человека.

На первый план выходят возобновляемые источники энергии, к которым относятся геотермальные источники, позволяющие получать электрическую или тепловую энергию из недр Земли.

Носители энергии земных недр

О том, что температура увеличивается с глубиной, известно ещё из школьного курса географии. Внутри планеты законсервировано огромное количество тепла, используя которое человечество сможет избежать экологической катастрофы. Уже созданы технологии, при помощи которых можно просто использовать тепловую энергию, а можно получать из неё электричество. Для этого нужно лишь построить геотермальную электростанцию.

Носителями энергии земных недр являются петротермальные и гидротермальные источники. Первые несут в себе тепло горных пород, а вторые представляют собой горячие подземные воды, извергающиеся на поверхность под высоким давлением. Несмотря на то что горячие горные породы более распространены, забирать у них тепло сложно. Для этого нужно применять технологии с закачиванием воды на большую глубину. А вот горячие водные источники самостоятельно несут из недр тепловую энергию.

Геотермическая энергетика: преимущества и недостатки

К преимуществам способа получения геотермальной энергии относятся:

  • отсутствие зависимости от внешних условий – температуры воздуха, времени суток, сезонных изменений;
  • неизменность эффективности геотермальной электростанции, связанная с постоянством температуры носителя;
  • высокий коэффициент полезного действия геотермальной электростанции.

Однако имеются и недостатки:

  • увеличение расходов на эксплуатацию электростанции за счёт закачки термальных вод обратно в грунт (являются ядовитыми, что исключает поверхностные сбросы отработанной воды);
  • небольшое количество пригодных к использованию термальных источников.

Несмотря на минусы, количество полученной геотермальной энергии ежегодно возрастает, а в таких странах, как Исландия и Филиппины, составляет долю от общего количества, равную 30%.

Использование тепла, накопленного в земных глубинах

Диапазон применения геотермальной энергии зависит от температуры источника: при низких и средних температурах носителя полученное тепло используется для работы систем отопления, а при высоких – для получения электрической энергии.

Читайте также  Приемка стекла и бутылок

Пока нет возможности использовать гидротермальные источники для получения электрической энергии для промышленных нужд. Большой популярностью пользуются тепловые насосы, которые устанавливаются в коттеджах и обеспечивают в них автономное теплоснабжение. Это перспективное направление в альтернативной электроэнергетике, позволяющее эффективно использовать возобновляемые источники без ущерба окружающей среде.

Мировой и российский опыт использования энергии термальных источников


Жители районов, где распространены термальные воды, используют их тепло не только для теплоснабжения жилых домов. Там горячая природная вода служит носителем тепла для обогрева теплиц, в которых в круглогодичном режиме выращиваются овощи.

В тех странах, где активно используют тепло земных недр в своей хозяйственной деятельности, стоимость электрической энергии самая низкая. А в Исландии за счёт геотермальной энергетики экономятся запасы каменного угля, имеющиеся в стране в большом дефиците.

На территории России регионами, активно использующими источники геотермальной энергии, является Камчатка, Курильские острова, Северный Кавказ, Западная Сибирь. Там с помощью природной горячей воды отапливают дома, теплицы, фермы для домашних животных, осуществляют полив сельскохозяйственных культур. Многие источники используют в качестве лечебных баз для санаториев и пансионатов.

ТОП-5 известных курортов с термальными водами

Гидротермальные источники, богатые полезными минеральными веществами, пользуются популярностью во всём мире. Самыми известными являются:

  1. Голубая лагуна (Исландия).Является своеобразным символом Исландии, лидирует по посещению туристами – до 300 тысяч человек в год. Отличается повышенной температурой, которая в некоторых местах достигает 100 0 С. Термальное озеро образовалось на месте электростанции, работавшей до 1999 года.
  2. Кусацу-Онсен (Япония).Лечебные свойства горячего источника были изучены ещё в позапрошлом веке. Вода, поступающая из-под земли, лечит насморк, отравление, расстройства пищеварительной системы, снижает давление, нормализует сон и успокаивает нервную систему. Японцы говорят, что купание в горячих источниках способствует долголетию.
  3. Ареналь (Коста-Рика).Ареналь – это район действующего вулкана в центральной части Коста-Рики. Вода в источнике отличается тем, что не имеет неприятного запаха, содержит небольшое количество сульфатов и представляет собой дождевую воду, впитавшуюся в землю и нагретую там.
  4. Горячие источники Тюмени (Россия).На территории Тюменской области расположено множество геотермальных источников. Многие из них оборудованы бассейнами с фонтанами. Вода имеет лечебные свойства, отличается рыжеватым оттенком.
  5. Озеро Хевиз (Венгрия).Самый большой по площади геотермальный источник – 4,7 га. На берегу расположен круглогодичный курорт, куда приезжают поправить здоровье отдыхающие со всех уголков планеты. Здесь лечат заболевания опорно-двигательного аппарата, сердца и сосудов, гинекологические заболевания. Озеро имеет особенность обновляться каждые 28 часов, что способствует поддержанию постоянной температуры воды.

Онлайн помощник домашнего мастера

Что такое геотермальная энергия? Обзор основных источников и ее практичное применение

Развитие человеческой цивилизации неразрывно связано с непрерывно возрастающим потреблением энергии. Если на ранних ступенях цивилизации энергия расходовалась только на обогрев жилья и приготовление пищи, то сегодня потребителями энергии являются не только коммунальное хозяйство, но и все отрасли непрерывно развивающегося промышленного и сельскохозяйственного производства.

Примерно до середины 20 века для выработки энергии использовались почти исключительно такие природные энергоносители, как каменный уголь, нефть и природный газ. Позже, по мере истощения их запасов при непрерывном росте потребления энергии, все большее внимание сначала наука, а затем и практика стали обращать на так называемые альтернативные источники энергии.

К ним относится, помимо более известных ветрогенераторов и солнечных батарей, также различные системы использования высокой температуры недр нашей планеты Земли. Этот вид энергии и промышленные технологии ее использования называют геотермальной энергией и геотермальной энергетикой соответственно.

Краткое содержимое статьи:

Что такое геотермальная энергия

Использование геотермальной энергии неразрывно связано с изучением физических процессов в недрах Земли. По мере приближения к центру Земли, к ее раскаленному ядру, температура слоев земной коры растет независимо от климата и погоды на поверхности – приблизительно на 2.5-3 °C на 100 м глубины.

Температура в глубинах Земли, по оценкам ученых, составляет порядка 6000 градусов, причем под слоем расплавленной магмы, в которой плавают материковые плиты, находится твердое ядро. Для практического использования в современной геотермальной энергетике имеет значение температура ближайших к поверхности слоев земной коры и находящихся в ней подземных водных резервуаров.

Иногда промышленное использование горячей подземной воды и пара определяют как гидротермальную энергетику, относя к строго геотермальной, или петротермальной, только использование тепла твердых подземных пород.

Очевидно, петротермальное тепло, в отличие от гидротермального, доступно повсеместно, однако его промышленная реализация технологически гораздо сложнее, поэтому в настоящее время используются прежде всего природные источники горячей воды и пара.

Глобальное распределение геотермальной энергетики

Толщина земной коры, зависимость температуры ее внутренних слоев от глубины и, соответственно, доступность геотермальной энергии в различных регионах планеты сильно различаются.

Над границами литосферных плит, в горных районах и на побережьях океанов источники геотермальной энергии гораздо доступнее. В литературе имеется множество карт, схем и рисунков, иллюстрирующих эту неравномерность.

Численным показателем доступности геотермальной энергии может служить градиент роста температуры среды в зависимости от глубины. По этому показателю регионы Земли можно разделить на несколько категорий:

  1. Геотермальные, расположенные вблизи границ континентальных плит. Градиент температуры свыше 80°C/км. Примерами могут служить расположенная в итальянской провинции Пиза коммуна Лардерелло, где функционирует построенная первой в мире геотермальная электростанция, районы с горячими гейзерами в Исландии, на Камчатке, долина гейзеров в Йеллоустонском национальном парке Америки.
  2. Полутермальные с градиентом температуры 40-80°C/км. Примером могут служить некоторые районы Франции. Обычные, с градиентом температуры менее 40°C/км – большая часть поверхности Земли.

Распределение по поверхности Земли районов с высоким залеганием высокотемпературных слоев коры во многом определяет и концентрацию в определенных регионах использующих природное тепло энергетических промышленных предприятий. Так, помимо уже упоминавшейся Исландии и промышленно развитой Японии, большая доля таких предприятий имеется на Филиппинах.

В России, кроме дальневосточного побережья Сахалина и Курильских островов, районы с более высокой геотермальной активностью можно практически полностью идентифицировать с горными районами вдоль южных границ страны, на Кавказе и в Восточной Сибири.

Как получить геотермальную энергию и где она используется

Наиболее естественный вариант применения геотермальной энергии- это использование ее для отопления. Принцип действия и оборудование такой тепловой станции остаются практически неизменными, отличие состоит в отсутствии или уменьшенной мощности котла для нагрева воды и необходимости химической очистки термальной воды, часто содержащей активные примеси, перед ее направлением в трубы отопления. Так, в нашей стране в Краснодарском крае имеется целый поселок (Мостовской), отапливаемый исключительно геотермальными источниками.

При достаточно высокой температуре термальной воды она может быть использована для выработки электроэнергии по принципу тепловых электростанций. В простейшем случае на турбину подается непосредственно образуемый в термальном источнике пар. При слишком низкой для интенсивного образования вращающего турбину пара температуре термальной воды она дополнительно нагревается.

При недостаточной для интенсивного испарения температуре термальной воды может быть также применен так называемый бинарный принцип: горячая термальная вода используется для нагрева и испарения другой жидкости с низкой температурой кипения, например фреона, который и образует вращающий турбину рабочий пар. Этот принцип воплощен в России в экспериментальной установке, входящей в состав геотермального комплекса на Камчатке.

Тепловой насос

Термальное тепло может быть применено также для обогрева отдельных домохозяйств типа загородного дома. Для этого используется принцип теплового насоса. Хладагент в виде жидкости, находящийся под высоким давлением, попадает в испаритель, где давление резко падает, и испаряется, забирая через стенки тепло у окружающей среды (воды или земли).

Компрессор сжимает поступающий в него в парообразном состоянии хладагент, температура которого при сжатии повышается, и передает его в конденсатор, где хладагент переходит в жидкую фазу, отдавая тепло жидкости контура отопления.

Для объяснения работы теплового насоса его часто сравнивают с «холодильником наоборот»: паразитный нагрев окружающего воздуха, сопровождающий работу холодильника, становится основной целью работы для теплового насоса.

Объяснение принципа действия теплового насоса, методика его расчета и самостоятельной сборки с использованием покупных и самодельных деталей, схемы и фотографии отдельных частей и системы водяного насоса в целом достаточно распространены в русскоязычных изданиях, посвященных самостоятельному обустройству жилища.

Заключение

Геотермальная энергетика, предоставляющая человечеству практически неисчерпаемый запас экологически чистой энергии, несомненно, будет все шире применяться в будущем наряду с другими видами альтернативной энергетики, приходя на смену использованию истощающихся запасов угля, нефти и природного газа.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: