Geotermalna energija i njezino korištenje, perspektive geotermalne energije

Unutar Zemlje postoji ogromna toplinska energija. Procjene su ovdje još prilično različite, ali prema najkonzervativnijim procjenama, ako se ograničimo na dubinu od 3 km, tada 8 x 1017 kJ geotermalne energije. Pritom su razmjeri njegove stvarne primjene kod nas i u svijetu neznatni. O čemu je tu riječ i kakvi su izgledi za korištenje geotermalne energije?

Geotermalna energija je energija topline Zemlje. Energija koja se oslobađa prirodnom toplinom Zemlje naziva se geotermalna energija. Kao izvor energije, toplina Zemlje, u kombinaciji s postojećim tehnologijama, može zadovoljiti potrebe čovječanstva mnogo, mnogo godina. A to se čak i ne tiče topline koja seže preduboko, u područja do sada nedostižna.

Milijunima godina ta se toplina oslobađa iz utrobe našeg planeta, a brzina hlađenja jezgre ne prelazi 400 ° C po milijardu godina! Istodobno, temperatura Zemljine jezgre, prema različitim izvorima, trenutno nije niža od 6650 ° C i postupno se smanjuje prema njezinoj površini. Iz Zemlje neprestano zrači 42 trilijuna vata topline, od čega je samo 2% u kori.

Unutarnja toplinska energija Zemlje s vremena na vrijeme prijeteće se očituje u obliku erupcija tisuća vulkana, potresa, pomicanja zemljine kore i drugih, manje primjetnih, ali ništa manje globalnih prirodnih procesa.

Znanstveno stajalište o uzrocima ovog fenomena je da je podrijetlo Zemljine topline povezano s kontinuiranim procesom radioaktivnog raspada urana, torija i kalija u unutrašnjosti planeta, kao i s gravitacijskim odvajanjem materije. u svojoj srži.

Granitni sloj Zemljine kore, na dubini od 20.000 metara, glavna je zona radioaktivnog raspada kontinenata, a za oceane je gornji plašt najaktivniji sloj. Znanstvenici smatraju da je na kontinentima, na dubini od oko 10.000 metara, temperatura na dnu kore oko 700 °C, dok u oceanima temperatura doseže samo 200 °C.

Dva posto geotermalne energije u zemljinoj kori iznosi konstantnih 840 milijardi vata i to je tehnološki dostupna energija. Najbolja mjesta za izvlačenje ove energije su područja blizu rubova kontinentalnih ploča, gdje je kora mnogo tanja, i područja seizmičke i vulkanske aktivnosti—gdje se Zemljina toplina očituje vrlo blizu površine.

Gdje i u kojem obliku se pojavljuje geotermalna energija?

Trenutno se razvojem geotermalne energije aktivno bave: SAD, Island, Novi Zeland, Filipini, Italija, Salvador, Mađarska, Japan, Rusija, Meksiko, Kenija i druge zemlje, gdje toplina iz utrobe planeta diže se na površinu u obliku pare i vruće vode, izlazi van, na temperaturama koje dosežu 300 ° C.

Kao živopisni primjeri mogu se navesti poznati gejziri Islanda i Kamčatke, kao i poznati Nacionalni park Yellowstone, koji se nalazi u američkim državama Wyoming, Montana i Idaho, na površini od gotovo 9000 četvornih kilometara.

Kada govorimo o geotermalnoj energiji, vrlo je važno imati na umu da je ona uglavnom niskog potencijala, odnosno da temperatura vode ili pare koja izlazi iz bušotine nije visoka. A to značajno utječe na učinkovitost korištenja takve energije.

Činjenica je da je za proizvodnju električne energije danas ekonomski isplativo da temperatura rashladnog sredstva bude najmanje 150 ° C. U ovom slučaju, šalje se izravno u turbinu.

Postoje instalacije koje koriste vodu niže temperature. U njima geotermalna voda zagrijava sekundarnu rashladnu tekućinu (na primjer, freon), koja ima nisku točku vrelišta. Stvorena para pokreće turbinu. Ali kapacitet takvih instalacija je mali (10 — 100 kW) i stoga će trošak energije biti veći nego u elektranama koje koriste vodu visoke temperature.

GeoPP na Novom Zelandu

Geotermalne naslage su porozne stijene ispunjene toplom vodom. Oni su u biti prirodni geotermalni kotlovi.

Ali što ako se voda potrošena na površini zemlje ne baca, već vraća u kotao? Stvaranje cirkulacijskog sustava? U ovom slučaju neće se koristiti samo toplina termalne vode, već i okolnih stijena. Takav sustav će povećati svoj ukupni broj za 4-5 puta. Otklanja se pitanje zagađenja okoliša slanom vodom, jer se ona vraća u podzemni horizont.

U obliku tople vode ili pare, toplina se isporučuje na površinu, gdje se koristi ili izravno za grijanje zgrada i kuća ili za proizvodnju električne energije. Korisna je i površinska toplina Zemlje, koja se obično postiže bušenjem bušotina, gdje se gradijent povećava za 1 °C svakih 36 metara.

Da bi apsorbirali ovu toplinu, koriste se toplinske pumpe… Vruća voda i para koriste se za proizvodnju električne energije i za izravno grijanje, a toplina koncentrirana duboko u nedostatku vode pretvara se u koristan oblik dizalicama topline. Energija magme i toplina koja se nakuplja ispod vulkana izvlače se na slične načine.

Općenito, postoji niz standardnih metoda za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama, ali opet izravno ili u shemi poput toplinske pumpe.

U najjednostavnijem slučaju, para se jednostavno usmjerava kroz cjevovod do turbine električnog generatora. U složenoj shemi, para se prethodno pročišćava tako da otopljene tvari ne uništavaju cijevi. U mješovitoj shemi, plinovi otopljeni u vodi uklanjaju se nakon kondenzacije pare u vodi.

Konačno, postoji binarna shema u kojoj druga tekućina s niskim vrelištem (shema izmjenjivača topline) djeluje kao rashladno sredstvo (za preuzimanje topline i pokretanje turbine generatora).

Najperspektivnije su vakuumske apsorpcijske dizalice topline s vodom i litijevim kloridom. Prvi povećavaju temperaturu termalne vode zbog potrošnje električne energije u vakuumskoj pumpi za vodu.

Bunarska voda s temperaturom od 60-90 ° C ulazi u vakuumski isparivač. Stvorena para komprimira se pomoću turbopunjača. Tlak se odabire ovisno o potrebnoj temperaturi rashladnog sredstva.

Ako voda ide izravno u sustav grijanja, tada je 90 — 95 ° C, ako u mreže grijanja, onda 120 — 140 ° C. U kondenzatoru, kondenzirana para daje svoju toplinu vodi koja cirkulira u gradskom grijanju. mreže, sustavi grijanja i tople vode .

Koje druge mogućnosti postoje za povećanje korištenja geotermalne energije?

Jedan od pravaca vezan je za iskorištavanje uvelike iscrpljenih nalazišta nafte i plina.

Kao što znate, proizvodnja ove sirovine na starim nalazištima odvija se metodom navodnjavanja, odnosno pumpanjem vode u bušotine, koja istiskuje naftu i plin iz pora ležišta.

Kako iscrpljivanje napreduje, porozna ležišta se pune vodom koja poprima temperaturu okolnih stijena, te se naslage pretvaraju u geotermalni kotao iz kojeg je moguće istovremeno crpiti naftu i dobivati ​​vodu za grijanje.

Naravno, potrebno je izbušiti dodatne bušotine i stvoriti cirkulacijski sustav, ali to će biti puno jeftinije od razvoja novog geotermalnog polja.

Druga mogućnost je izvlačenje topline iz suhih stijena formiranjem umjetnih propusnih zona. Bit metode je stvaranje poroznosti pomoću eksplozija u suhim stijenama.

Ekstrakcija topline iz takvih sustava provodi se na sljedeći način: dvije bušotine se buše na određenoj udaljenosti jedna od druge. Voda se pumpa u jednu, koja, krećući se u drugu kroz formirane pore i pukotine, uklanja toplinu iz stijena, zagrijava se i zatim diže na površinu.

Takvi eksperimentalni sustavi već rade u Sjedinjenim Državama i Engleskoj. U Los Alamosu (SAD), dvije bušotine — jedna dubine 2.700 m, a druga — 2.300 m, povezane su hidrauličkim lomljenjem i ispunjene cirkulirajućom vodom zagrijanom na temperaturu od 185 ° C. U Engleskoj, u Rosemenius kamenolomu, voda se zagrijava na 80 °C.

Geotermalna elektrana

Toplina planeta kao izvor energije

U blizini talijanskog grada Larederello vozi električna željeznica koju pokreće suha para iz bunara. Sustav je u funkciji od 1904. godine.

Gejzirska polja u Japanu i San Franciscu druga su dva poznata mjesta na svijetu koja također koriste suhu vruću paru za proizvodnju električne energije. Što se tiče vlažne pare, njena opsežnija polja nalaze se na Novom Zelandu, a manja područja - u Japanu, Rusiji, El Salvadoru, Meksiku, Nikaragvi.

Ako geotermalnu toplinu promatramo kao energetski resurs, onda su njezine rezerve desetke milijardi puta veće od godišnje potrošnje energije čovječanstva u cijelom svijetu.

Samo 1% toplinske energije Zemljine kore, uzete s dubine od 10 000 metara, bilo bi dovoljno da stotine puta pokrije rezerve fosilnih goriva, poput nafte i plina, koje čovječanstvo neprekidno proizvodi, što dovodi do nepovratnog iscrpljivanja podzemlja i onečišćenja okoliša.

To je zbog ekonomskih razloga. Ali geotermalne elektrane imaju vrlo umjerene emisije ugljičnog dioksida, oko 122 kg po megavat satu proizvedene električne energije, što je znatno manje od emisija iz proizvodnje električne energije na fosilna goriva.

Industrijski GeoPE i izgledi za geotermalnu energiju

Prva industrijska geoPE snage 7,5 MW izgrađena je 1916. godine u Italiji. Od tada je skupljeno neprocjenjivo iskustvo.

Godine 1975. ukupna instalirana snaga GeoPP-a u svijetu iznosila je 1278 MW, a 1990. već 7300 MW. Najveći obujam razvoja geotermalne energije je u Sjedinjenim Državama, Meksiku, Japanu, Filipinima i Italiji.

Prva geoPE na području SSSR-a izgrađena je na Kamčatki 1966. godine, kapaciteta je 12 MW.

Od 2003. godine u Rusiji radi geografska elektrana Mutnovskaya, čija je snaga sada 50 MW — to je trenutačno najjača geoelektrana u Rusiji.

Najveća GeoPP na svijetu je Olkaria IV u Keniji, kapaciteta 140 MW.

U budućnosti je vrlo vjerojatno da će se toplinska energija magme koristiti u onim regijama planeta gdje nije previše duboko ispod površine Zemlje, kao i toplinska energija zagrijanih kristalnih stijena, kada hladna voda pumpaju u izbušenu rupu na dubini od nekoliko kilometara i vruću vodu vraćaju na površinu ili paru, nakon čega se griju ili proizvode električnu energiju.

Postavlja se pitanje zašto je trenutno tako malo realiziranih projekata korištenja geotermalne energije? Prije svega, jer se nalaze na povoljnim mjestima, gdje se voda ili izlijeva na površinu zemlje, ili se nalazi vrlo plitko. U takvim slučajevima nije potrebno bušiti duboke bušotine, koje su najskuplji dio razvoja geotermalne energije.

Korištenje termalnih voda za opskrbu toplinom puno je veće nego za proizvodnju električne energije, ali je još uvijek malo i nema značajniju ulogu u energetskom sektoru.

Termoenergetika čini tek prve korake, a dosadašnja istraživanja, eksperimentalno-industrijski radovi trebali bi dati odgovor o razmjerima njezinog daljnjeg razvoja.