Geotermisk energi og dens bruk, utsikter for geotermisk energi

Det er enorm termisk energi inne i jorden. Estimater her er fortsatt ganske forskjellige, men ifølge de mest konservative estimatene, hvis vi begrenser oss til en dybde på 3 km, så 8 x 1017 kJ geotermisk energi. Samtidig er omfanget av dens virkelige anvendelse i vårt land og rundt om i verden ubetydelig. Hva er problemet her og hva er utsiktene for bruk av geotermisk energi?

Geotermisk energi er energien til jordvarmen. Energi frigjort fra jordens naturlige varme kalles geotermisk energi. Som energikilde kan jordens varme, kombinert med eksisterende teknologi, dekke menneskehetens behov i mange, mange år. Og det berører ikke engang varmen som stikker for dypt, i områder som hittil ikke har vært tilgjengelige.

I millioner av år frigjøres denne varmen fra innvollene på planeten vår, og kjernens kjølehastighet overstiger ikke 400 ° C per milliard år! Samtidig er temperaturen på jordens kjerne, ifølge forskjellige kilder, for tiden ikke lavere enn 6650 ° C og avtar gradvis mot overflaten. 42 billioner watt varme utstråles konstant fra jorden, bare 2% av dette er i jordskorpen.

Jordens indre termiske energi manifesterer seg fra tid til annen truende i form av utbrudd av tusenvis av vulkaner, jordskjelv, bevegelser av jordskorpen og andre, mindre merkbare, men ikke mindre globale, naturlige prosesser.

Det vitenskapelige synspunktet om årsakene til dette fenomenet er at opprinnelsen til jordens varme er relatert til den kontinuerlige prosessen med radioaktivt forfall av uran, thorium og kalium i planetens indre, samt til gravitasjonsseparasjonen av materie. i sin kjerne.

Granittlaget i jordskorpen, på en dybde på 20 000 meter, er hovedsonen for radioaktivt forfall på kontinentene, og for havene er den øvre mantelen det mest aktive laget. Forskere tror at på kontinentene, på en dybde på omtrent 10 000 meter, er temperaturen i bunnen av jordskorpen omtrent 700 ° C, mens temperaturen i havene bare når 200 ° C.

To prosent av den geotermiske energien i jordskorpen er konstante 840 milliarder watt, og dette er teknologisk tilgjengelig energi. De beste stedene å utvinne denne energien er områder nær kantene av kontinentalplater, hvor jordskorpen er mye tynnere, og områder med seismisk og vulkansk aktivitet - der jordvarmen manifesteres veldig nær overflaten.

Hvor og i hvilken form oppstår geotermisk energi?

For tiden er utviklingen av geotermisk energi aktivt engasjert i: USA, Island, New Zealand, Filippinene, Italia, El Salvador, Ungarn, Japan, Russland, Mexico, Kenya og andre land, hvor varmen fra innvollene på planeten stiger til overflaten i form av damp og varmt vann, går ut, ved temperaturer som når 300 ° C.

De berømte geysirene på Island og Kamchatka, samt den berømte Yellowstone nasjonalpark, som ligger i de amerikanske delstatene Wyoming, Montana og Idaho, som dekker et område på nesten 9000 kvadratkilometer, kan nevnes som levende eksempler.

Når man snakker om geotermisk energi, er det veldig viktig å huske at det stort sett er av lavt potensial, det vil si at temperaturen på vannet eller dampen som forlater brønnen ikke er høy. Og dette påvirker i betydelig grad effektiviteten av å bruke slik energi.

Faktum er at for produksjon av elektrisitet i dag er det økonomisk hensiktsmessig at temperaturen på kjølevæsken er minst 150 ° C. I dette tilfellet sendes den direkte til turbinen.

Det finnes installasjoner som bruker vann ved lavere temperatur. I dem varmer geotermisk vann den sekundære kjølevæsken (for eksempel Freon), som har et lavt kokepunkt. Den genererte dampen snur turbinen. Men kapasiteten til slike installasjoner er liten (10 — 100 kW), og derfor vil kostnadene for energi være høyere enn i kraftverk som bruker høytemperaturvann.

GeoPP i New Zealand

Geotermiske avsetninger er porøse bergarter fylt med varmt vann. De er i hovedsak naturlige geotermiske kjeler.

Men hva om vannet som brukes på jordoverflaten ikke kastes, men returneres til kjelen? Skape et sirkulasjonssystem? I dette tilfellet vil ikke bare varmen fra det termiske vannet, men også de omkringliggende bergartene bli brukt. Et slikt system vil øke det totale antallet med 4-5 ganger. Spørsmålet om miljøforurensning med saltvann fjernes når det går tilbake til den underjordiske horisonten.

I form av varmt vann eller damp leveres varmen til overflaten, hvor den brukes enten direkte til å varme opp bygninger og hus, eller til å generere strøm. Også nyttig er overflatevarmen til jorden, som vanligvis nås ved å bore brønner, hvor gradienten øker med 1 °C hver 36. meter.

For å absorbere denne varmen bruker de varmepumper… Varmtvann og damp brukes til å generere elektrisitet og til direkte oppvarming, og varmen som er konsentrert dypt i fravær av vann, omdannes til en nyttig form av varmepumper. Energien til magma og varmen som samler seg under vulkaner blir hentet ut på lignende måter.

Generelt finnes det en rekke standardmetoder for å generere strøm i geotermiske kraftverk, men igjen enten direkte eller i et varmepumpelignende opplegg.

I det enkleste tilfellet ledes dampen ganske enkelt gjennom en rørledning til turbinen til en elektrisk generator. I et komplekst opplegg blir dampen forhåndsrenset slik at oppløste stoffer ikke ødelegger rørene. I en blandet ordning elimineres gasser oppløst i vann etter kondensering av damp i vann.

Til slutt er det et binært skjema der en annen væske med lavt kokepunkt (varmevekslerskjema) fungerer som et kjølemiddel (for å ta varme og for å snu generatorturbinen).

De mest lovende er vakuumabsorpsjonsvarmepumper med vann og litiumklorid. Førstnevnte øker temperaturen på det termiske vannet på grunn av forbruket av elektrisitet i vakuumvannpumpen.

Brønnvann med en temperatur på 60 - 90 ° C kommer inn i vakuumfordamperen. Den genererte dampen komprimeres av en turbolader. Trykket velges avhengig av nødvendig kjølevæsketemperatur.

Hvis vannet går direkte til varmesystemet, er det 90 — 95 ° C, hvis til varmenettverkene, så 120 — 140 ° C. I kondensatoren gir den kondenserte dampen sin varme til vannet som sirkulerer i byvarmen. nett, varmeanlegg og varmtvann .

Hvilke andre muligheter finnes for å øke bruken av geotermisk energi?

En av retningene er knyttet til bruk av stort sett utarmede olje- og gassforekomster.

Som du vet, utføres produksjonen av dette råmaterialet i gamle felt ved metoden for vannoversvømmelse, det vil si at vann pumpes inn i brønnene, som fortrenger olje og gass fra porene i reservoaret.

Etter hvert som uttømmingen skrider frem, fylles de porøse reservoarene med vann, som får temperaturen til de omkringliggende bergartene, og dermed omdannes forekomstene til en geotermisk kjele, hvorfra det samtidig er mulig å utvinne olje og få vann til oppvarming.

Det må selvsagt bores ytterligere brønner og opprettes et sirkulasjonssystem, men dette vil være mye billigere enn å bygge ut et nytt geotermisk felt.

Et annet alternativ er å hente ut varme fra tørre bergarter ved å danne kunstige permeable soner. Essensen i metoden er å skape porøsitet ved bruk av eksplosjoner i tørre bergarter.

Utvinning av varme fra slike systemer utføres som følger: to brønner bores i en viss avstand fra hverandre. Vann pumpes inn i en, som beveger seg til den andre gjennom de dannede porene og sprekkene, fjerner varme fra bergartene, varmes opp og stiger deretter til overflaten.

Slike eksperimentelle systemer er allerede i drift i USA og England. I Los Alamos (USA) er to brønner - en med en dybde på 2700 m, og den andre - 2300 m, forbundet med hydraulisk frakturering og fylt med sirkulerende vann oppvarmet til en temperatur på 185 ° C. I England, i Rosemenius steinbrudd varmes vannet opp til 80 °C.

Geotermisk kraftverk

Varmen på planeten som energiressurs

I nærheten av den italienske byen Larederello går en elektrisk jernbane drevet av tørr damp fra en brønn. Systemet har vært i drift siden 1904.

Geyserfelt i Japan og San Francisco er to andre kjente steder i verden som også bruker tørr varm damp til å generere elektrisitet. Når det gjelder fuktig damp, er de mer omfattende feltene i New Zealand, og mindre i areal - i Japan, Russland, El Salvador, Mexico, Nicaragua.

Hvis vi betrakter geotermisk varme som en energiressurs, er reservene titalls milliarder ganger høyere enn menneskehetens årlige energiforbruk over hele verden.

Bare 1 % av den termiske energien til jordskorpen, tatt fra en dybde på 10 000 meter, ville være nok til å overlappe hundrevis av ganger reservene av fossilt brensel, som olje og gass, som kontinuerlig produseres av menneskeheten, noe som fører til irreversibel uttømming av undergrunnen og av miljøforurensning.

Dette er på grunn av økonomiske årsaker. Men geotermiske kraftverk har svært moderate utslipp av karbondioksid, om lag 122 kg per generert megawattime elektrisitet, som er betydelig mindre enn utslipp fra kraftproduksjon med fossilt brensel.

Industriell GeoPE og geotermiske energiprospekter

Den første industrielle geoPE med en kapasitet på 7,5 MW ble bygget i 1916 i Italia. Siden den gang har uvurderlig erfaring blitt samlet.

Fra 1975 var den totale installerte kapasiteten til GeoPP i verden 1278 MW, og i 1990 var den allerede 7300 MW. De største volumene av geotermisk energiutvikling er i USA, Mexico, Japan, Filippinene og Italia.

Den første geoPE på Sovjetunionens territorium ble bygget i Kamchatka i 1966, dens kapasitet er 12 MW.

Siden 2003 har Mutnovskaya geografiske kraftverk vært i drift i Russland, hvis kraft nå er 50 MW - det er det kraftigste geoelektriske kraftverket i Russland for øyeblikket.

Den største GeoPP i verden er Olkaria IV i Kenya, med en kapasitet på 140 MW.

I fremtiden er det svært sannsynlig at den termiske energien til magma vil bli brukt i de områdene av planeten der den ikke er for dypt under jordoverflaten, så vel som den termiske energien til oppvarmede krystallinske bergarter når kaldt vann pumpes inn i et boret hull på flere kilometers dyp og det varme vannet føres tilbake til overflaten eller damp, hvoretter de får oppvarming eller genererer strøm.

Spørsmålet melder seg – hvorfor er det i dag så få fullførte prosjekter som bruker geotermisk energi? Først av alt fordi de er plassert på gunstige steder, hvor vannet enten renner på jordoverflaten, eller ligger veldig grunt. I slike tilfeller er det ikke nødvendig å bore dype brønner, som er den dyreste delen av geotermisk energiutbygging.

Bruken av termisk vann til varmeforsyning er mye større enn for produksjon av elektrisitet, men de er fortsatt små og spiller ingen vesentlig rolle i energisektoren.

GTermal energi tar bare de første skritt og nåværende forskning, eksperimentelt-industrielt arbeid bør gi et svar på omfanget av dens videre utvikling.