Геотермална енергија и њено коришћење, изгледи за геотермалну енергију
Унутар Земље постоји огромна топлотна енергија. Процене су овде и даље прилично различите, али према најконзервативнијим проценама, ако се ограничимо на дубину од 3 км, онда 8 к 1017 кЈ геотермалне енергије. Истовремено, размере његове стварне примене код нас и широм света су незнатне. Шта је овде проблем и какви су изгледи за коришћење геотермалне енергије?
Геотермална енергија је енергија Земљине топлоте. Енергија која се ослобађа из природне топлоте Земље назива се геотермална енергија. Као извор енергије, топлота Земље, у комбинацији са постојећим технологијама, може задовољити потребе човечанства много, много година. А то се чак ни не дотиче топлине која се протеже превише дубоко, у областима до сада недостижним.
Милиони година ова топлота се ослобађа из црева наше планете, а брзина хлађења језгра не прелази 400 ° Ц на милијарду година! Истовремено, температура Земљиног језгра, према различитим изворима, тренутно није нижа од 6650 ° Ц и постепено опада према њеној површини. 42 трилиона вати топлоте се стално емитује из Земље, од чега је само 2% у кори.
Унутрашња топлотна енергија Земље с времена на време се претеће манифестује у виду ерупција хиљада вулкана, земљотреса, кретања земљине коре и других, мање приметних, али ништа мање глобалних, природних процеса.
Научно становиште о узроцима овог феномена је да је порекло топлоте Земље повезано са континуираним процесом радиоактивног распада уранијума, торијума и калијума у унутрашњости планете, као и са гравитационим одвајањем материје. у својој сржи.
Гранитни слој Земљине коре, на дубини од 20.000 метара, главна је зона радиоактивног распада континената, а за океане је горњи омотач најактивнији слој. Научници верују да је на континентима, на дубини од око 10.000 метара, температура на дну коре око 700°Ц, док у океанима температура достиже само 200°Ц.
Два одсто геотермалне енергије у земљиној кори је константних 840 милијарди вати, и то је технолошки доступна енергија. Најбоља места за извлачење ове енергије су области близу ивица континенталних плоча, где је кора много тања, и области сеизмичке и вулканске активности - где се земљина топлота манифестује веома близу површине.
Где и у ком облику се јавља геотермална енергија?
Тренутно се развојем геотермалне енергије активно баве: САД, Исланд, Нови Зеланд, Филипини, Италија, Салвадор, Мађарска, Јапан, Русија, Мексико, Кенија и друге земље, где топлота из недра планете излази на површину у облику паре и топле воде, гасећи се, на температурама које достижу 300 ° Ц.
Као живописни примери могу се навести познати гејзири Исланда и Камчатке, као и чувени Национални парк Јелоустон, који се налази у америчким државама Вајоминг, Монтана и Ајдахо, који покрива површину од скоро 9.000 квадратних километара.
Када говоримо о геотермалној енергији, веома је важно запамтити да је она углавном ниског потенцијала, односно да температура воде или паре која излази из бунара није висока. А то значајно утиче на ефикасност коришћења такве енергије.
Чињеница је да је за производњу електричне енергије данас економски сврсисходно да температура расхладне течности буде најмање 150 ° Ц. У овом случају се шаље директно у турбину.
Постоје инсталације које користе воду на нижој температури. У њима геотермална вода загрева секундарну расхладну течност (на пример, фреон), која има ниску тачку кључања. Генерисана пара окреће турбину. Али капацитет таквих инсталација је мали (10—100 кВ) и стога ће трошкови енергије бити већи него у електранама које користе воду високе температуре.
ГеоПП на Новом Зеланду
Геотермалне наслаге су порозне стене испуњене топлом водом. Они су у суштини природни геотермални котлови.
Али шта ако се вода потрошена на површини земље не баци, већ се врати у котао? Стварање система циркулације? У овом случају ће се користити не само топлота термалне воде, већ и околне стене. Такав систем ће повећати свој укупан број за 4-5 пута. Отклања се питање загађења животне средине сланом водом, јер се она враћа у подземни хоризонт.
У облику топле воде или паре, топлота се испоручује на површину, где се користи или директно за грејање зграда и кућа, или за производњу електричне енергије. Корисна је и површинска топлота Земље, до које се обично долази бушењем бунара, где се градијент повећава за 1 °Ц на сваких 36 метара.
Да апсорбују ову топлоту, користе топлотне пумпе… Топла вода и пара се користе за производњу електричне енергије и за директно грејање, а топлота концентрисана дубоко у недостатку воде се топлотним пумпама претвара у користан облик. Енергија магме и топлота која се акумулира испод вулкана извлачи се на сличан начин.
Уопштено говорећи, постоји низ стандардних метода за производњу електричне енергије у геотермалним електранама, али опет или директно или у шеми налик топлотној пумпи.
У најједноставнијем случају, пара се једноставно усмерава кроз цевовод до турбине електричног генератора. У сложеној шеми, пара је претходно пречишћена тако да растворене супстанце не уништавају цеви. У мешовитој шеми, гасови растворени у води се елиминишу након кондензације паре у води.
Коначно, постоји бинарна шема где друга течност са ниском тачком кључања (шема измењивача топлоте) делује као расхладно средство (да узима топлоту и окреће турбину генератора).
Најперспективније су вакуум апсорпционе топлотне пумпе са водом и литијум хлоридом. Први повећавају температуру термалне воде због потрошње електричне енергије у вакуум пумпи за воду.
Бунарска вода са температуром од 60-90 ° Ц улази у вакуумски испаривач. Генерисана пара се компресује турбо пуњачем. Притисак се бира у зависности од потребне температуре расхладне течности.
Ако вода иде директно у систем грејања, онда је 90 — 95 ° Ц, ако у мреже за грејање, онда 120 — 140 ° Ц. У кондензатору, кондензована пара даје своју топлоту води која циркулише у градском грејању. мреже, системи грејања и топле воде.
Које друге опције постоје за повећање употребе геотермалне енергије?
Један од праваца је везан за коришћење у великој мери осиромашених налазишта нафте и гаса.
Као што знате, производња ове сировине на старим пољима врши се методом плављења, односно, вода се упумпава у бунаре, чиме се истискују нафта и гас из пора резервоара.
Како исцрпљивање напредује, порозни резервоари се пуне водом, која добија температуру околних стена и тако се наслаге претварају у геотермални котао, из којег је могуће истовремено вадити нафту и добијати воду за грејање.
Наравно, морају се избушити додатне бушотине и направити циркулациони систем, али то ће бити много јефтиније од развоја новог геотермалног поља.
Друга опција је извлачење топлоте из сувих стена формирањем вештачких пропусних зона. Суштина методе је стварање порозности коришћењем експлозија у сувим стенама.
Екстракција топлоте из таквих система се врши на следећи начин: два бунара се буше на одређеној удаљености један од другог. У једну се упумпава вода, која, крећући се у другу кроз формиране поре и пукотине, уклања топлоту са стена, загрева се и затим излази на површину.
Такви експериментални системи већ раде у Сједињеним Државама и Енглеској. У Лос Аламосу (САД) два бунара — један са дубином од 2.700 м, а други — 2.300 м, повезани су хидрауличким ломљењем и напуњени циркулишућом водом загрејаном на температуру од 185 ° Ц. У Енглеској, у Росеменијусу каменолом, вода се загрева на 80 °Ц.
Геотермална електрана
Топлота планете као енергетски ресурс
У близини италијанског града Ларедерело води електрична железница коју покреће сува пара из бунара. Систем је у функцији од 1904. године.
Поља гејзира у Јапану и Сан Франциску су још два позната места у свету која такође користе суву врућу пару за производњу електричне енергије. Што се тиче влажне паре, њена обимнија поља су на Новом Зеланду, а мања по површини - у Јапану, Русији, Салвадору, Мексику, Никарагви.
Ако геотермалну топлоту посматрамо као енергетски ресурс, онда су њене резерве десетине милијарди пута веће од годишње потрошње енергије човечанства широм света.
Само 1% топлотне енергије Земљине коре, узете са дубине од 10.000 метара, било би довољно да се стотине пута преклапа са резервама фосилних горива, као што су нафта и гас, које човечанство непрекидно производи, што би довело до неповратног исцрпљивања подземља и загађења животне средине.
То је због економских разлога. Али геотермалне електране имају веома умерену емисију угљен-диоксида, око 122 кг по мегават сату произведене електричне енергије, што је знатно мање од емисије из производње енергије из фосилних горива.
Индустријски ГеоПЕ и перспективе геотермалне енергије
Први индустријски геоПЕ са капацитетом од 7,5 МВ изграђен је 1916. године у Италији. Од тада је нагомилано непроцењиво искуство.
Од 1975. године укупни инсталисани капацитет ГеоПП-а у свету износио је 1278 МВ, а 1990. године већ 7300 МВ. Највећи обим развоја геотермалне енергије је у Сједињеним Државама, Мексику, Јапану, Филипинима и Италији.
Први геоПЕ на територији СССР-а изграђен је на Камчатки 1966. године, његов капацитет је 12 МВ.
Од 2003. године у Русији ради Мутновска географска електрана, чија је снага сада 50 МВ — то је тренутно најмоћнија геоелектрана у Русији.
Највећи ГеоПП на свету је Олкариа ИВ у Кенији, са капацитетом од 140 МВ.
У будућности је велика вероватноћа да ће се топлотна енергија магме користити у оним деловима планете где она није превише дубоко испод површине Земље, као и топлотна енергија загрејаних кристалних стена, када хладна вода се упумпава у избушену рупу на дубини од неколико километара и топла вода се враћа на површину или пару, након чега се греју или генеришу електричну енергију.
Поставља се питање – зашто тренутно има тако мало завршених пројеката који користе геотермалну енергију? Пре свега, зато што се налазе на повољним местима, где се вода или излива на површину земље, или се налази веома плитко. У таквим случајевима није потребно бушење дубоких бунара, које су најскупљи део развоја геотермалне енергије.
Коришћење термалних вода за снабдевање топлотом је много веће него за производњу електричне енергије, али су оне и даље мале и немају значајну улогу у енергетском сектору.
ГТоплотна енергија чини само прве кораке и актуелна истраживања, експериментално-индустријски рад треба да дају одговор на размере њеног даљег развоја.