Βιογραφίες Χαρακτηριστικά Ανάλυση

Καθαρή και ανανεώσιμη γεωθερμική ενέργεια. Θερμότητα της Γης

Οι κύριες πηγές θερμικής ενέργειας της Γης είναι [, ]:

  • θερμότητα της βαρυτικής διαφοροποίησης.
  • ραδιογενής θερμότητα;
  • θερμότητα παλιρροϊκής τριβής.
  • συσσώρευση θερμότητας?
  • θερμότητα τριβής που απελευθερώνεται λόγω της διαφορικής περιστροφής του εσωτερικού πυρήνα σε σχέση με τον εξωτερικό, εξωτερικός πυρήναςσε σχέση με τον μανδύα και τα μεμονωμένα στρώματα εντός του εξωτερικού πυρήνα.

Μέχρι σήμερα, μόνο οι τέσσερις πρώτες πηγές έχουν ποσοτικοποιηθεί. Στη χώρα μας, τα κύρια εύσημα για αυτό είναι Ο.Γ. Ο ΣορόχτινΚαι ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ. Ο Ουσάκοφ. Τα παρακάτω στοιχεία βασίζονται κυρίως στους υπολογισμούς αυτών των επιστημόνων.

Θερμότητα της βαρυτικής διαφοροποίησης της Γης


Ένα από τα πιο σημαντικά πρότυπα στην ανάπτυξη της Γης είναι ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΤΗΤΑ-διάκρισητην ουσία του, που συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Λόγω αυτής της διαφοροποίησης προέκυψε ο σχηματισμός πυρήνες και φλοιός της γης , αλλαγή στη σύνθεση του δημοτικού μανδύας, ενώ η διαίρεση είναι αρχικά ομοιογενής ουσίασε φατρίες διάφορες πυκνότητεςσυνοδεύεται από αποβολή θερμική ενέργεια, και η μέγιστη απελευθέρωση θερμότητας συμβαίνει όταν η γήινη ύλη χωρίζεται σε πυκνός και βαρύς πυρήναςκαι υπολειμματικά αναπτήραςπυριτικό κέλυφος - μανδύα της γης. Επί του παρόντος, το μεγαλύτερο μέρος αυτής της θερμότητας απελευθερώνεται στα όρια μανδύας - πυρήνας.

Ενέργεια βαρυτικής διαφοροποίησης της Γηςσε όλη την περίοδο της ύπαρξής του, ξεχώρισε - 1,46*10 38 erg (1,46*10 31 J). Αυτή η ενέργειαως επί το πλείστον πρώτα μπαίνει σε κινητική ενέργειασυναγωγικά ρεύματα της ύλης του μανδύα και στη συνέχεια μέσα ζεστός; το άλλο μέρος του δαπανάται για επιπλέον συμπίεση τα σπλάχνα της γης , που προκύπτουν λόγω της συγκέντρωσης πυκνών φάσεων στο κεντρικό τμήμα της Γης. Από 1,46*10 38 εργη ενέργεια της βαρυτικής διαφοροποίησης της Γης πήγε στην πρόσθετη συμπίεσή της 0,23*10 38 εργ (0,23*10 31 J), και απελευθερώθηκε με τη μορφή θερμότητας 1,23*10 38 εργ (1,23*10 31 J). Το μέγεθος αυτού του θερμικού συστατικού υπερβαίνει σημαντικά τη συνολική απελευθέρωση όλων των άλλων τύπων ενέργειας στη Γη. Κατανομή χρόνου συνολική αξίακαι ο ρυθμός απελευθέρωσης της θερμικής συνιστώσας της βαρυτικής ενέργειας φαίνεται στο Σχ. 3.6 .

Ρύζι. 3.6.

Τελευταία τεχνολογίαπαραγωγή θερμότητας κατά τη βαρυτική διαφοροποίηση της Γης - 3*10 20 erg/s (3*10 13 W), που είναι από το μέγεθος του σύγχρονου ροή θερμότητας, περνώντας από την επιφάνεια του πλανήτη σε ( 4,2-4,3)*10 20 erg/s ((4.2-4.3)*10 13 W), είναι ~ 70% .

Ραδιογόνος θερμότητα


Προκαλείται από τη ραδιενεργή διάσπαση του ασταθούς ισότοπα. Το πιο ενεργοβόρο και μακρόβιο ( με χρόνο ημιζωής, ανάλογη με την ηλικία της Γης) είναι ισότοπα 238U, 235 U, 232 ThΚαι 40 χιλ. Ο κύριος όγκος τους συγκεντρώνεται σε ηπειρωτικό φλοιό. Τρέχον επίπεδο παραγωγής ραδιογενής θερμότητα:

  • από Αμερικανό γεωφυσικό V. Vaquier - 1,14*10 20 erg/s (1,14*10 13 W) ,
  • από Ρώσους γεωφυσικούς Ο.Γ. Ο ΣορόχτινΚαι ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ. Ο Ουσάκοφ - 1,26*10 20 erg/s(1,26*10 13 W) .

Αυτό είναι ~ 27-30% της τρέχουσας ροής θερμότητας.

Από τη συνολική θερμότητα της ραδιενεργής διάσπασης μέσα 1,26*10 20 erg/s (1,26*10 13 W) στον φλοιό της γης ξεχωρίζει - 0,91*10 20 erg/sκαι στον μανδύα - 0,35*10 20 erg/s. Ως εκ τούτου, το μερίδιο της ραδιογενούς θερμότητας του μανδύα δεν υπερβαίνει το 10% των συνολικών σύγχρονων απωλειών θερμότητας της Γης και δεν μπορεί να είναι η κύρια πηγή ενέργειας για ενεργές τεκτονομαγματικές διεργασίες, το βάθος των οποίων μπορεί να φτάσει τα 2900 km. και η ραδιογενής θερμότητα που απελευθερώνεται στον φλοιό χάνεται σχετικά γρήγορα η επιφάνεια της γηςκαι πρακτικά δεν συμμετέχει στη θέρμανση του βαθέως εσωτερικού του πλανήτη.

Σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές, η ποσότητα της ραδιογενούς θερμότητας που απελευθερώνεται στον μανδύα πρέπει να ήταν μεγαλύτερη. Οι εκτιμήσεις του την εποχή του σχηματισμού της Γης ( 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν) δίνω - 6,95*10 20 erg/s. Από τότε, παρατηρείται μια σταθερή μείωση του ρυθμού απελευθέρωσης ραδιογενούς ενέργειας (Εικ. 3.7 ).


Καθ' όλη τη διάρκεια του χρόνου στη Γη, έχει κυκλοφορήσει ~4,27*10 37 εργ(4,27*10 30 J) η θερμική ενέργεια της ραδιενεργής διάσπασης, η οποία είναι σχεδόν τρεις φορές χαμηλότερη από τη συνολική θερμότητα της βαρυτικής διαφοροποίησης.

Θερμότητα παλιρροιακής τριβής


Ξεχωρίζει κατά τη βαρυτική αλληλεπίδραση της Γης κυρίως με τη Σελήνη, ως το πλησιέστερο μεγάλο κοσμικό σώμα. Λόγω της αμοιβαίας βαρυτικής έλξης, εμφανίζονται παλιρροϊκές παραμορφώσεις στο σώμα τους - πρήξιμοή καμπούρες. Οι παλιρροϊκές καμπούρες των πλανητών, με την πρόσθετη έλξη τους, επηρεάζουν την κίνησή τους. Έτσι, η έλξη και των δύο παλιρροϊκών εξογκωμάτων της Γης δημιουργεί ένα ζεύγος δυνάμεων που δρουν τόσο στην ίδια τη Γη όσο και στη Σελήνη. Ωστόσο, η επιρροή της κοντινής διόγκωσης, που βλέπει τη Σελήνη, είναι κάπως ισχυρότερη από αυτή της μακρινής. Λόγω του γεγονότος ότι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της σύγχρονης Γης ( 7,27*10 -5 s -1) υπερβαίνει την τροχιακή ταχύτητα της Σελήνης ( 2,66*10 -6 s -1), και η ουσία των πλανητών δεν είναι ιδανικά ελαστική, τότε οι παλιρροϊκές καμπύλες της Γης φαίνεται να παρασύρονται από την περιστροφή της προς τα εμπρός και να προωθούν αισθητά την κίνηση της Σελήνης. Αυτό οδηγεί σε μέγιστες παλίρροιεςΤα εδάφη φτάνουν πάντα στην επιφάνειά του λίγο αργότερα από τη στιγμή κορύφωσηΣελήνη και μια επιπλέον ροπή δύναμης δρα στη Γη και τη Σελήνη (Εικ. 3.8 ) .

Απόλυτες αξίεςΟι δυνάμεις της παλιρροιακής αλληλεπίδρασης στο σύστημα Γης-Σελήνης είναι τώρα σχετικά μικρές και οι παλιρροϊκές παραμορφώσεις της λιθόσφαιρας που προκαλούνται από αυτές μπορούν να φτάσουν μόνο μερικές δεκάδες εκατοστά, αλλά οδηγούν σε σταδιακή επιβράδυνση της περιστροφής της Γης και, αντίθετα, σε μια επιτάχυνση της τροχιακής κίνησης της Σελήνης και στην απόστασή της από τη Γη. Κινητική ενέργειαΗ κίνηση των παλιρροϊκών εξογκωμάτων της γης μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια λόγω της εσωτερικής τριβής της ουσίας στα παλιρροϊκά εξογκώματα.

Επί του παρόντος, ο ρυθμός απελευθέρωσης παλιρροϊκής ενέργειας είναι G. MacDonaldανέρχεται σε ~0,25*10 20 erg/s (0,25*10 13 W), ενώ το κύριο μέρος του (περίπου τα 2/3) είναι κατά τεκμήριο διαλύεται(διασκορπίζεται) στην υδρόσφαιρα. Κατά συνέπεια, το κλάσμα της παλιρροιακής ενέργειας που προκαλείται από την αλληλεπίδραση της Γης με τη Σελήνη και διαχέεται σε στερεή γη(κυρίως στην ασθενόσφαιρα), δεν υπερβαίνει 2 % συνολική θερμική ενέργεια που παράγεται στα βάθη της· και το μερίδιο της ηλιακής παλίρροιας δεν υπερβαίνει 20 % από τις επιπτώσεις της σεληνιακής παλίρροιας. Επομένως, οι συμπαγείς παλίρροιες δεν παίζουν πλέον ουσιαστικά κανένα ρόλο στην τροφοδοσία τεκτονικών διεργασιών με ενέργεια, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να λειτουργήσουν ως «πυροδοτήσεις», για παράδειγμα σεισμοί.

Η ποσότητα της παλιρροιακής ενέργειας σχετίζεται άμεσα με την απόσταση μεταξύ τους διαστημικά αντικείμενα. Και αν η απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου δεν υποθέτει σημαντικές αλλαγές σε γεωλογική χρονική κλίμακα, τότε στο σύστημα Γης-Σελήνης αυτή η παράμετρος είναι μια μεταβλητή τιμή. Ανεξάρτητα από τις ιδέες σχετικά με αυτό, σχεδόν όλοι οι ερευνητές παραδέχονται ότι στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης της Γης, η απόσταση από τη Σελήνη ήταν σημαντικά μικρότερη από σήμερα, αλλά στη διαδικασία της πλανητικής ανάπτυξης, σύμφωνα με τους περισσότερους επιστήμονες, αυξάνεται σταδιακά και Yu.N. Αβσιούκουαυτή η απόσταση βιώνει μακροπρόθεσμες αλλαγές με τη μορφή κύκλων «πηγαινοέρχονται» της Σελήνης. Από αυτό προκύπτει ότι σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές ο ρόλος της παλιρροιακής θερμότητας στη συνολική θερμική ισορροπία της Γης ήταν πιο σημαντικός. Γενικά, σε όλη την περίοδο της ανάπτυξης της Γης, έχει εξελιχθεί ~3,3*10 37 εργ (3,3*10 30 J) παλιρροιακή θερμική ενέργεια (αυτό υπόκειται στη διαδοχική απομάκρυνση της Σελήνης από τη Γη). Η αλλαγή στον ρυθμό απελευθέρωσης αυτής της θερμότητας με την πάροδο του χρόνου φαίνεται στο Σχ. 3.10 .

Περισσότερο από το ήμισυ της συνολικής παλιρροιακής ενέργειας απελευθερώθηκε καταρχαία (σκατά)) - Πριν από 4,6-4,0 δισεκατομμύρια χρόνια, και εκείνη την εποχή μόνο λόγω αυτής της ενέργειας η Γη μπορούσε επιπλέον να θερμανθεί κατά ~500 0 C. Ξεκινώντας από την ύστερη Αρχαία, οι σεληνιακές παλίρροιες είχαν αμελητέα μόνο επίδραση στην ανάπτυξη ενεργοβόρα ενδογενείς διεργασίες .

Συσσώρευση θερμότητας


Αυτή είναι η θερμότητα που διατηρεί η Γη από τον σχηματισμό της. Σε εξέλιξη επικάθηση, που διήρκεσε για αρκετές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, χάρη στη σύγκρουση πλανητάριαΗ Γη γνώρισε σημαντική θέρμανση. Ωστόσο, δεν υπάρχει συναίνεση για το μέγεθος αυτής της θέρμανσης. Επί του παρόντος, οι ερευνητές τείνουν να πιστεύουν ότι κατά τη διαδικασία προσαύξησης η Γη υπέστη, αν όχι πλήρη, σημαντική μερική τήξη, η οποία οδήγησε στην αρχική διαφοροποίηση της Πρωτο-Γης σε έναν βαρύ σιδερένιο πυρήνα και έναν ελαφρύ πυριτικό μανδύα και ο ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ "ωκεανός μάγμα"στην επιφάνειά του ή σε μικρά βάθη. Αν και πριν από τη δεκαετία του 1990, το μοντέλο μιας σχετικά ψυχρής πρωτογενούς Γης, η οποία σταδιακά θερμαινόταν λόγω των παραπάνω διεργασιών, συνοδευόμενη από την απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας θερμικής ενέργειας, θεωρούνταν σχεδόν παγκοσμίως αποδεκτό.

Μια ακριβής εκτίμηση της πρωτογενούς θερμότητας προσαύξησης και του κλάσματός της που διατηρείται μέχρι σήμερα συνδέεται με σημαντικές δυσκολίες. Με Ο.Γ. Ο ΣορόχτινΚαι ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ. Ο Ουσάκοφ, οι οποίοι είναι υποστηρικτές της σχετικά ψυχρής πρωτογενούς Γης, η ποσότητα της ενέργειας συσσώρευσης που μετατρέπεται σε θερμότητα είναι - 20,13*10 38 εργ (20,13*10 31 J). Αυτή η ενέργεια, ελλείψει απώλειας θερμότητας, θα ήταν αρκετή για πλήρης εξάτμισηγήινη ύλη, γιατί η θερμοκρασία μπορεί να αυξηθεί σε 30 000 0 С. Αλλά η διαδικασία προσαύξησης ήταν σχετικά μακρά και η ενέργεια των πλανητικών προσκρούσεων απελευθερώθηκε μόνο στα στρώματα κοντά στην επιφάνεια της αναπτυσσόμενης Γης και χάθηκε γρήγορα με τη θερμική ακτινοβολία, επομένως η αρχική θέρμανση του πλανήτη δεν ήταν μεγάλη. Το μέγεθος αυτού θερμική ακτινοβολία, πηγαίνοντας παράλληλα με τον σχηματισμό (προσαύξηση) της Γης, εκτιμούν οι συγγραφείς αυτοί σε 19,4*10 38 εργ (19,4*10 31 J) .

Στο σύγχρονο ενεργειακό ισοζύγιο της Γης, η συσσώρευση θερμότητας πιθανότατα παίζει δευτερεύοντα ρόλο.

Αυτή η ενέργεια ανήκει σε εναλλακτικές πηγές. Στις μέρες μας όλο και περισσότερο αναφέρουν τις δυνατότητες απόκτησης των πόρων που μας δίνει ο πλανήτης. Μπορούμε να πούμε ότι ζούμε σε μια εποχή μόδας για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Πολλές τεχνικές λύσεις, σχέδια και θεωρίες δημιουργούνται σε αυτόν τον τομέα.

Βρίσκεται βαθιά στα βάθη της γης και έχει τις ιδιότητες της ανανέωσης, είναι δηλαδή ατελείωτο. Οι κλασικοί πόροι, σύμφωνα με τους επιστήμονες, αρχίζουν να εξαντλούνται, το πετρέλαιο, ο άνθρακας και το φυσικό αέριο θα στεγνώσουν.

Γεωθερμικός σταθμός Nesjavellir, Ισλανδία

Ως εκ τούτου, μπορούμε σταδιακά να προετοιμαστούμε να υιοθετήσουμε νέες εναλλακτικές μεθόδους παραγωγής ενέργειας. Κάτω από τον φλοιό της γης υπάρχει ένας ισχυρός πυρήνας. Η θερμοκρασία του κυμαίνεται από 3000 έως 6000 βαθμούς. Η κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών καταδεικνύει την τεράστια δύναμή της. Εκδηλώνεται με τη μορφή ηφαιστειακής έκρηξης μάγματος. Συμβαίνει στα βάθη ραδιενεργή διάσπαση, προκαλώντας μερικές φορές τέτοιες φυσικές καταστροφές.

Τυπικά, το μάγμα θερμαίνει την επιφάνεια χωρίς να την υπερβαίνει. Αυτό δημιουργεί θερμοπίδακες ή θερμές πισίνες νερού. Έτσι, είναι δυνατή η χρήση φυσικών διεργασιών σε για τους σωστούς σκοπούςγια την ανθρωπότητα.

Τύποι πηγών γεωθερμικής ενέργειας

Συνήθως χωρίζεται σε δύο τύπους: την υδροθερμική και την πετροθερμική ενέργεια. Ο πρώτος σχηματίζεται λόγω θερμών πηγών και ο δεύτερος τύπος είναι η διαφορά στις θερμοκρασίες στην επιφάνεια και στο βάθος της γης. Εξηγώντας με δικά σας λόγια, μια υδροθερμική πηγή αποτελείται από ατμό και ζεστό νερό, ενώ μια πετροθερμική πηγή είναι κρυμμένη βαθιά κάτω από το έδαφος.

Χάρτης των δυνατοτήτων ανάπτυξης της γεωθερμικής ενέργειας στον κόσμο

Για την πετροθερμική ενέργεια, είναι απαραίτητο να τρυπήσετε δύο φρεάτια, να γεμίσετε το ένα με νερό, μετά το οποίο θα συμβεί μια διαδικασία ατμού, η οποία θα βγει στην επιφάνεια. Υπάρχουν τρεις κατηγορίες γεωθερμικών περιοχών:

  • Γεωθερμία - βρίσκεται κοντά ηπειρωτικές πλάκες. Κλίση θερμοκρασίας άνω των 80C/km. Για παράδειγμα, η ιταλική κοινότητα του Larderello. Εκεί υπάρχει ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας
  • Ημιθερμικό – θερμοκρασία 40 – 80 C/km. Πρόκειται για φυσικούς υδροφορείς που αποτελούνται από κατακερματισμένα πετρώματα. Σε ορισμένα μέρη στη Γαλλία, τα κτίρια θερμαίνονται με αυτόν τον τρόπο.
  • Κανονική – κλίση μικρότερη από 40 C/km. Η αντιπροσώπευση τέτοιων περιοχών είναι πιο συνηθισμένη

Αποτελούν εξαιρετική πηγή κατανάλωσης. Βρίσκονται στο βράχο σε ορισμένο βάθος. Ας δούμε αναλυτικότερα την ταξινόμηση:

  • Επιθερμικό - θερμοκρασία από 50 έως 90 C
  • Μεσοθερμικό – 100 – 120 s
  • Υποθερμικό – περισσότερο από 200 s

Αυτοί οι τύποι αποτελούνται από διαφορετικά χημική σύνθεση. Ανάλογα με αυτό, το νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορους σκοπούς. Για παράδειγμα, στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, παροχή θερμότητας (διαδρομές θερμότητας), βάση πρώτων υλών.

Βίντεο: Γεωθερμική Ενέργεια

Διαδικασία θέρμανσης

Η θερμοκρασία του νερού είναι 50 -60 μοίρες, η οποία είναι η βέλτιστη για τη θέρμανση και την παροχή ζεστού νερού κατοικημένων περιοχών. Η ανάγκη για συστήματα θέρμανσης εξαρτάται από γεωγραφική τοποθεσίαΚαι κλιματικές συνθήκες. Και οι άνθρωποι χρειάζονται συνεχώς παροχή ζεστού νερού. Για τη διαδικασία αυτή κατασκευάζονται GTS (γεωθερμικοί θερμικοί σταθμοί).

Αν για την κλασική παραγωγή θερμικής ενέργειας χρησιμοποιείται λεβητοστάσιο που καταναλώνει στερεό ή αέριο καύσιμο, τότε στην παραγωγή αυτή χρησιμοποιείται πηγή θερμοπίδακα. Η τεχνική διαδικασία είναι πολύ απλή, οι ίδιες επικοινωνίες, θερμικές διαδρομές και εξοπλισμός. Αρκεί να τρυπήσετε ένα πηγάδι, να το καθαρίσετε από αέρια, στη συνέχεια να το στείλετε με αντλίες στο λεβητοστάσιο, όπου θα διατηρηθεί το πρόγραμμα θερμοκρασίας και στη συνέχεια θα εισέλθει στο κεντρικό δίκτυο θέρμανσης.

Η κύρια διαφορά είναι ότι δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε λέβητα καυσίμου. Αυτό μειώνει σημαντικά το κόστος της θερμικής ενέργειας. Το χειμώνα, οι συνδρομητές λαμβάνουν θέρμανση και ζεστό νερό και το καλοκαίρι μόνο παροχή ζεστού νερού.

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Οι θερμές πηγές και οι θερμοπίδακες χρησιμεύουν ως τα κύρια συστατικά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται διάφορα σχήματα και κατασκευάζονται ειδικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής. Συσκευή GTS:

  • Δεξαμενή ΖΝΧ
  • Αντλία
  • Διαχωριστής αερίου
  • Διαχωριστής ατμού
  • Στρόβιλος παραγωγής
  • Πυκνωτής
  • Αντλία ώθησης
  • Δεξαμενή-ψύκτης


Όπως μπορούμε να δούμε, το κύριο στοιχείο του κυκλώματος είναι ο μετατροπέας ατμού. Αυτό σας επιτρέπει να αποκτήσετε καθαρό ατμό, καθώς περιέχει οξέα που καταστρέφουν τον εξοπλισμό του στροβίλου. Είναι δυνατή η χρήση ενός μικτού σχήματος στον τεχνολογικό κύκλο, δηλαδή, το νερό και ο ατμός εμπλέκονται στη διαδικασία. Το υγρό περνάει όλο το στάδιο του καθαρισμού από τα αέρια, όπως και ο ατμός.

Δυαδικό κύκλωμα πηγής

Το συστατικό εργασίας είναι ένα υγρό με χαμηλό σημείο βρασμού. Το ιαματικό νερό συμμετέχει επίσης στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και χρησιμεύει ως δευτερεύουσα πρώτη ύλη.

Με τη βοήθειά του, σχηματίζεται ατμός από πηγή χαμηλού βρασμού. Το GTS με τέτοιο κύκλο λειτουργίας μπορεί να είναι πλήρως αυτοματοποιημένο και δεν απαιτεί προσωπικό συντήρησης. Οι πιο ισχυροί σταθμοί χρησιμοποιούν κύκλωμα διπλού κυκλώματος. Αυτός ο τύπος σταθμού παραγωγής ενέργειας επιτρέπει την επίτευξη ισχύος 10 MW. Δομή διπλού κυκλώματος:

  • Γεννήτρια ατμού
  • Τουρμπίνα
  • Πυκνωτής
  • Σύστημα εκτίναξης
  • Αντλία τροφοδοσίας
  • Economizer
  • Αποστακτήρας

Πρακτική χρήση

Τα τεράστια αποθέματα των πηγών είναι πολλαπλάσια από την ετήσια κατανάλωση ενέργειας. Αλλά μόνο ένα μικρό κλάσμα χρησιμοποιείται από την ανθρωπότητα. Η κατασκευή των σταθμών χρονολογείται από το 1916. Η πρώτη μονάδα γεωθερμίας ισχύος 7,5 MW δημιουργήθηκε στην Ιταλία. Η βιομηχανία αναπτύσσεται ενεργά σε χώρες όπως οι ΗΠΑ, η Ισλανδία, η Ιαπωνία, οι Φιλιππίνες και η Ιταλία.

Η ενεργή εξερεύνηση πιθανών τοποθεσιών και οι πιο βολικές μέθοδοι εξόρυξης βρίσκονται σε εξέλιξη. Η παραγωγική ικανότητα αυξάνεται από χρόνο σε χρόνο. Αν λάβουμε υπόψη οικονομικός δείκτης, τότε το κόστος μιας τέτοιας βιομηχανίας είναι ίσο με θερμοηλεκτρικούς σταθμούς άνθρακα. Η Ισλανδία καλύπτει σχεδόν πλήρως το στεγαστικό της απόθεμα με πηγή GT. Το 80% των σπιτιών χρησιμοποιούν ζεστό νερό από πηγάδια για θέρμανση. Ειδικοί από τις ΗΠΑ υποστηρίζουν ότι με σωστή ανάπτυξη, οι γεωθερμικοί σταθμοί μπορούν να παράγουν 30 φορές περισσότερη ετήσια κατανάλωση. Αν μιλάμε για δυνατότητες, 39 χώρες του κόσμου θα είναι σε θέση να εφοδιαστούν πλήρως με ηλεκτρική ενέργεια εάν χρησιμοποιούν το 100 τοις εκατό του υπεδάφους της γης.

Ο όρος «γεωθερμική ενέργεια» προέρχεται από Ελληνική λέξηγη (γεω) και θερμική (θερμική). Στην πραγματικότητα, η γεωθερμική ενέργεια προέρχεται από την ίδια τη γη. Η θερμότητα από τον πυρήνα της γης, που είναι κατά μέσο όρο 3.600 βαθμοί Κελσίου, ακτινοβολεί προς την επιφάνεια του πλανήτη.

Η θέρμανση πηγών και θερμοπίδακες υπόγεια σε βάθος αρκετών χιλιομέτρων μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση ειδικών φρεατίων μέσω των οποίων ρέει ζεστό νερό (ή ατμός από αυτό) στην επιφάνεια, όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα ως θερμότητα ή έμμεσα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενεργοποιώντας περιστρεφόμενους στρόβιλους.

Δεδομένου ότι το νερό κάτω από την επιφάνεια της γης αναπληρώνεται συνεχώς, ο πυρήνας της γης θα συνεχίσει να παράγει θερμότητα σχετικά ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ζωηάπειρα, η γεωθερμική ενέργεια τελικά καθαρό και ανανεώσιμο.

Μέθοδοι συλλογής των ενεργειακών πόρων της Γης

Σήμερα υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι συλλογής γεωθερμικής ενέργειας: ξηρός ατμός, ζεστό νερό και ο δυαδικός κύκλος. Η διαδικασία ξηρού ατμού οδηγεί απευθείας τους στροβιλοκινητήρες των γεννητριών ηλεκτρικής ενέργειας. Το ζεστό νερό ρέει από κάτω προς τα πάνω και στη συνέχεια ψεκάζεται στη δεξαμενή για να δημιουργήσει ατμό για να κινήσει τους στρόβιλους. Αυτές οι δύο μέθοδοι είναι οι πιο συνηθισμένες, παράγοντας εκατοντάδες μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ, την Ισλανδία, την Ευρώπη, τη Ρωσία και άλλες χώρες. Ωστόσο, η τοποθεσία είναι περιορισμένη, καθώς αυτές οι μονάδες λειτουργούν μόνο σε τεκτονικές περιοχές όπου η πρόσβαση σε θερμαινόμενο νερό είναι ευκολότερη.

Με την τεχνολογία δυαδικού κύκλου, ζεστό (όχι απαραίτητα καυτό) νερό εξάγεται στην επιφάνεια και συνδυάζεται με βουτάνιο ή πεντάνιο, το οποίο έχει χαμηλή θερμοκρασίαβρασμός. Αυτό το υγρό αντλείται μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας όπου εξατμίζεται και αποστέλλεται μέσω ενός στροβίλου πριν επανακυκλοφορήσει πίσω στο σύστημα. Οι τεχνολογίες δυαδικού κύκλου παρέχουν δεκάδες μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες: Καλιφόρνια, Νεβάδα και Χαβάη.

Η αρχή της παραγωγής ενέργειας

Μειονεκτήματα της Γεωθερμικής Ενέργειας

Σε επίπεδο κοινής ωφέλειας, οι γεωθερμικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής είναι δαπανηροί στην κατασκευή και τη λειτουργία τους. Η εύρεση μιας κατάλληλης τοποθεσίας απαιτεί ακριβές έρευνες πηγαδιών χωρίς καμία εγγύηση ότι θα βρεθείτε σε ένα παραγωγικό υπόγειο hot spot. Ωστόσο, οι αναλυτές αναμένουν ότι αυτή η ικανότητα θα διπλασιαστεί σχεδόν τα επόμενα έξι χρόνια.

Επιπλέον, περιοχές με υψηλή θερμοκρασίαΟι υπόγειες πηγές βρίσκονται σε περιοχές με ενεργά γεωλογικά και χημικά ηφαίστεια. Αυτά τα «καυτά σημεία» σχηματίστηκαν στα σύνορα τεκτονικές πλάκεςσε μέρη που ο φλοιός είναι αρκετά λεπτός. Η περιοχή του Ειρηνικού, που συχνά αναφέρεται ως ο δακτύλιος της φωτιάς για πολλά ηφαίστεια, έχει πολλά καυτά σημεία, όπως στην Αλάσκα, την Καλιφόρνια και το Όρεγκον. Η Νεβάδα έχει εκατοντάδες hot spots που καλύπτουν μεγάλο μέρος των βόρειων Ηνωμένων Πολιτειών.

Υπάρχουν και άλλα σεισμικά ενεργών περιοχών. Οι σεισμοί και η κίνηση του μάγματος επιτρέπουν στο νερό να κυκλοφορεί. Σε ορισμένα μέρη, το νερό ανεβαίνει στην επιφάνεια και εμφανίζονται φυσικές θερμές πηγές και θερμοπίδακες, όπως στην Καμτσάτκα. Το νερό στους θερμοπίδακες της Καμτσάτκα φτάνει τους 95°C.

Ένα από τα προβλήματα με ένα ανοιχτό σύστημα θερμοπίδακας είναι η απελευθέρωση ορισμένων ατμοσφαιρικών ρύπων. Το υδρόθειο είναι ένα τοξικό αέριο με μια πολύ αναγνωρίσιμη μυρωδιά "σάπιου αυγού" - μικρές ποσότητες αρσενικού και μετάλλων που απελευθερώνονται με τον ατμό. Το αλάτι μπορεί επίσης να δημιουργήσει περιβαλλοντικό πρόβλημα.

Σε υπεράκτιους γεωθερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, σημαντικές ποσότητες παρεμβαλλόμενου άλατος συσσωρεύονται στους σωλήνες. Στα κλειστά συστήματα δεν υπάρχουν εκπομπές και όλα τα υγρά που έρχονται στην επιφάνεια επιστρέφουν.

Οικονομικές δυνατότητες του ενεργειακού πόρου

Σεισμικά ενεργά σημείαδεν είναι τα μόνα μέρη όπου μπορεί να βρεθεί γεωθερμική ενέργεια. Υπάρχει μια συνεχής παροχή χρήσιμης θερμότητας για σκοπούς άμεσης θέρμανσης σε βάθη οπουδήποτε από 4 μέτρα έως αρκετά χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια σχεδόν οπουδήποτε στη γη. Ακόμη και το έδαφος στη δική σας αυλή ή στο τοπικό σχολείο έχει οικονομικές δυνατότητες με τη μορφή θερμότητας να απελευθερωθεί στο σπίτι σας ή σε άλλα κτίρια.

Επιπλέον, υπάρχει τεράστια ποσότητα θερμικής ενέργειας σε ξηρούς βραχώδεις σχηματισμούς πολύ βαθιά κάτω από την επιφάνεια (4 – 10 km).

Η χρήση της νέας τεχνολογίας θα μπορούσε να επεκτείνει τα γεωθερμικά συστήματα, όπου οι άνθρωποι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτή τη θερμότητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα από τις συμβατικές τεχνολογίες. Τα πρώτα έργα επίδειξης αυτής της αρχής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρουσιάστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Αυστραλία το 2013.

Εάν το πλήρες οικονομικό δυναμικό των γεωθερμικών πόρων μπορεί να αξιοποιηθεί, θα αντιπροσωπεύει μια τεράστια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για παραγωγική ικανότητα. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι οι συμβατικές γεωθερμικές πηγές έχουν δυναμικό 38.000 MW, το οποίο μπορεί να παράγει 380 εκατομμύρια MW ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως.

Θερμοί ξηροί βράχοι εμφανίζονται σε βάθη 5 έως 8 km παντού υπόγεια και σε μικρότερα βάθη σε ορισμένα σημεία. Η πρόσβαση σε αυτούς τους πόρους απαιτεί την εισαγωγή κρύο νερό, που κυκλοφορεί μέσα από καυτούς βράχους και αποβάλλει θερμαινόμενο νερό. Επί του παρόντος δεν υπάρχουν εμπορικές εφαρμογές για αυτήν την τεχνολογία. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες δεν επιτρέπουν ακόμη την ανάκτηση της θερμικής ενέργειας απευθείας από το μάγμα, πολύ βαθιά, αλλά αυτή είναι η πιο ισχυρή πηγή γεωθερμικής ενέργειας.

Με τον συνδυασμό των ενεργειακών πόρων και τη συνέπειά της, η γεωθερμική ενέργεια μπορεί να διαδραματίσει απαραίτητο ρόλο ως ένα καθαρότερο, πιο βιώσιμο ενεργειακό σύστημα.

Κατασκευές γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής

Γεωθερμική ενέργειαείναι καθαρή και σταθερή θερμότητα από τη Γη. Μεγάλοι πόροι βρίσκονται σε μια περιοχή αρκετών χιλιομέτρων κάτω από την επιφάνεια της γης, και ακόμη βαθύτερα, σε λιωμένο βράχο υψηλής θερμοκρασίας που ονομάζεται μάγμα. Αλλά όπως περιγράφηκε παραπάνω, οι άνθρωποι δεν έχουν φτάσει ακόμη στο μάγμα.

Τρία σχέδια γεωθερμικών σταθμών

Η τεχνολογία εφαρμογής καθορίζεται από τον πόρο. Εάν το νερό προέρχεται από το πηγάδι ως ατμός, μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας. Εάν το ζεστό νερό είναι σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία πρέπει να περάσει από έναν εναλλάκτη θερμότητας.

Το πρώτο πηγάδι για την παραγωγή ενέργειας έγινε πριν από το 1924. Στη δεκαετία του 1950 ανοίχτηκαν βαθύτερα πηγάδια, αλλά η πραγματική ανάπτυξη σημειώθηκε στις δεκαετίες του 1970 και του 1980.

Άμεση χρήση γεωθερμικής θερμότητας

Γεωθερμικές πηγέςμπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί απευθείας για σκοπούς θέρμανσης. Το ζεστό νερό χρησιμοποιείται για τη θέρμανση κτιρίων, την καλλιέργεια φυτών σε θερμοκήπια, την αποξήρανση των ψαριών και τις καλλιέργειες, τη βελτίωση της παραγωγής λαδιού, τη βοήθεια βιομηχανικές διαδικασίεςόπως παστεριωτές γάλακτος και θέρμανση νερού σε ιχθυοτροφεία. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι καταρράκτες Klamath, Oregon και Boise, Idaho, χρησιμοποιούν γεωθερμικό νερό για τη θέρμανση κατοικιών και κτιρίων για πάνω από έναν αιώνα. Στην ανατολική ακτή, το Warm Springs της Βιρτζίνια παίρνει τη θερμότητά του απευθείας από το νερό πηγής χρησιμοποιώντας πηγές θερμότητας σε ένα από τα τοπικά θέρετρα.

Στην Ισλανδία, σχεδόν κάθε κτίριο στη χώρα θερμαίνεται από ζεστό νερό πηγής. Στην πραγματικότητα, η Ισλανδία λαμβάνει περισσότερο από το 50 τοις εκατό της πρωτογενούς ενέργειας της από γεωθερμικές πηγές. Στο Ρέικιαβικ, για παράδειγμα (πληθυσμός 118 χιλιάδες), το ζεστό νερό μεταφέρεται με μεταφορέα πάνω από 25 χιλιόμετρα και οι κάτοικοι το χρησιμοποιούν για θέρμανση και φυσικές ανάγκες.

Η Νέα Ζηλανδία λαμβάνει επιπλέον 10% της ηλεκτρικής της ενέργειας. είναι υπανάπτυκτη, παρά την παρουσία ιαματικα νερα.

Η ζεστασιά της γης. Πιθανές πηγές εσωτερική ζεστασιά

Γεωθερμία- μια επιστήμη που μελετά το θερμικό πεδίο της Γης. Η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης έχει μια γενική τάση μείωσης. Πριν από τρία δισεκατομμύρια χρόνια μέση θερμοκρασίαστην επιφάνεια της Γης ήταν 71 o, τώρα – 17 o. Πηγές θερμότητας (θερμ ) Τα πεδία της Γης είναι εσωτερικές και εξωτερικές διεργασίες. Η θερμότητα της Γης προκαλείται από την ηλιακή ακτινοβολία και προέρχεται από τα έγκατα του πλανήτη. Τα μεγέθη της εισροής θερμότητας και από τις δύο πηγές είναι ποσοτικά εξαιρετικά άνισα και οι ρόλοι τους στη ζωή του πλανήτη είναι διαφορετικοί. Η ηλιακή θέρμανση της Γης αντιπροσωπεύει το 99,5% της συνολικής ποσότητας θερμότητας που λαμβάνει η επιφάνειά της και η εσωτερική θέρμανση αντιστοιχεί στο 0,5%. Επιπλέον, η εισροή εσωτερικής θερμότητας είναι πολύ άνισα κατανεμημένη στη Γη και συγκεντρώνεται κυρίως σε μέρη όπου εμφανίζεται ηφαιστεισμός.

Εξωτερική πηγή- αυτή είναι η ηλιακή ακτινοβολία . Ήμισυ ηλιακή ενέργειααπορροφάται από την επιφάνεια, τη βλάστηση και το υποεπιφανειακό στρώμα του φλοιού της γης. Το άλλο μισό αντανακλάται στον παγκόσμιο χώρο. Η ηλιακή ακτινοβολία διατηρεί τη θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης κατά μέσο όρο περίπου 0 0 C. Ο ήλιος θερμαίνει το εγγύς επιφανειακό στρώμα της Γης σε βάθος 8 - 30 m κατά μέσο όρο, με μέσο βάθος 25 m, επιρροή ηλιακή θερμότητασταματά και η θερμοκρασία γίνεται σταθερή (ουδέτερη στρώση). Αυτό το βάθος είναι ελάχιστο σε περιοχές με θαλάσσιο κλίμα και μέγιστο στην Υποπολική περιοχή. Κάτω από αυτό το όριο υπάρχει μια ζώνη σταθερής θερμοκρασίας που αντιστοιχεί στη μέση ετήσια θερμοκρασία της περιοχής. Για παράδειγμα, στη Μόσχα, σε γεωργικό έδαφος. Ακαδημία που πήρε το όνομά του Timiryazev, σε βάθος 20 m, η θερμοκρασία από το 1882 παραμένει σταθερά ίση με 4,2 o C. Στο Παρίσι, σε βάθος 28 m, το θερμόμετρο έχει δείξει σταθερά 11,83 o C για περισσότερα από 100 χρόνια σταθερή θερμοκρασία είναι η βαθύτερη όπου είναι πολυετής (μόνιμος παγετός. Κάτω από τη ζώνη σταθερής θερμοκρασίας βρίσκεται η γεωθερμική ζώνη, η οποία χαρακτηρίζεται από θερμότητα που παράγεται από την ίδια τη Γη.

Εσωτερικές πηγές είναι τα έγκατα της Γης. Η Γη εκπέμπει περισσότερη θερμότητα στο διάστημα από ό,τι λαμβάνει από τον Ήλιο. Οι εσωτερικές πηγές περιλαμβάνουν την υπολειπόμενη θερμότητα από την εποχή που ο πλανήτης λιώθηκε, τη θερμότητα των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στα έγκατα της Γης, τη θερμότητα της βαρυτικής συμπίεσης της Γης υπό την επίδραση της βαρύτητας, τη θερμότητα των χημικών αντιδράσεων και τις διαδικασίες κρυστάλλωσης κ.λπ. (για παράδειγμα, παλιρροϊκή τριβή). Η θερμότητα από το εσωτερικό προέρχεται κυρίως από κινούμενες ζώνες. Η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος σχετίζεται με την ύπαρξη εσωτερικών πηγών θερμότητας - αποσύνθεσης ραδιομετάδοση– U, Th, K, βαρυτική διαφοροποίηση της ύλης, παλιρροϊκή τριβή, εξώθερμη οξειδοαναγωγή χημικές αντιδράσεις, μεταμόρφωση και μεταβάσεις φάσης. Ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος καθορίζεται από διάφορους παράγοντες - θερμική αγωγιμότητα, διαπερατότητα βράχους, γειτνίαση με ηφαιστειακά κέντρα κ.λπ.

Κάτω από τη ζώνη των σταθερών θερμοκρασιών υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας, κατά μέσο όρο 1 o ανά 33 m ( γεωθερμικό στάδιο) ή 3 o κάθε 100 m ( γεωθερμική κλίση). Αυτές οι τιμές είναι δείκτες του θερμικού πεδίου της Γης. Είναι σαφές ότι αυτές οι τιμές είναι μέσες και ποικίλλουν σε μέγεθος σε διαφορετικές περιοχές ή ζώνες της Γης. Γεωθερμικό στάδιο μέσα διάφορα σημείαΗ γη είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, στη Μόσχα - 38,4 μ., στο Λένινγκραντ 19,6, στο Αρχάγγελσκ - 10. Έτσι, όταν γεώτρησε ένα βαθύ πηγάδι στη χερσόνησο Κόλα σε βάθος 12 χιλιομέτρων, η θερμοκρασία υποτέθηκε ότι ήταν 150 ο, στην πραγματικότητα αποδείχθηκε να είναι περίπου 220 μοίρες. Κατά τη γεώτρηση πηγαδιών στη βόρεια περιοχή της Κασπίας σε βάθος 3000 m, η θερμοκρασία θεωρήθηκε ότι ήταν 150 o βαθμούς, αλλά αποδείχθηκε ότι ήταν 108 o.

πρέπει να σημειωθεί ότι κλιματικά χαρακτηριστικάέδαφος και μέση ετήσια θερμοκρασίαδεν επηρεάζουν τη μεταβολή της τιμής του γεωθερμικού σταδίου, οι λόγοι έγκεινται στους εξής:

1) στη διαφορετική θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων που αποτελούν μια συγκεκριμένη περιοχή. Το μέτρο της θερμικής αγωγιμότητας είναι η ποσότητα θερμότητας σε θερμίδες που μεταφέρεται σε 1 δευτερόλεπτο. Μέσω διατομής 1 cm 2 με κλίση θερμοκρασίας 1 o C.

2) στη ραδιενέργεια των πετρωμάτων, όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα και η ραδιενέργεια, τόσο χαμηλότερο είναι το γεωθερμικό στάδιο.

3) σε διαφορετικές συνθήκεςεμφάνιση πετρωμάτων και ηλικία διαταραχής της εμφάνισής τους. Οι παρατηρήσεις έχουν δείξει ότι η θερμοκρασία αυξάνεται ταχύτερα σε στρώματα που συλλέγονται σε πτυχώσεις, συχνά περιέχουν ανωμαλίες (ρωγμές), μέσω των οποίων διευκολύνεται η πρόσβαση στη θερμότητα από τα βάθη.

4) η φύση των υπόγειων υδάτων: οι ροές των ζεστών υπόγειων υδάτων ζεσταίνουν τους βράχους, οι ψυχρές ροές τους ψύχουν.

5) απόσταση από τον ωκεανό: κοντά στον ωκεανό λόγω της ψύξης των πετρωμάτων από τη μάζα του νερού, το γεωθερμικό βήμα είναι μεγαλύτερο και στην επαφή είναι μικρότερο.

Η γνώση συγκεκριμένη τιμήΤο γεωθερμικό στάδιο έχει μεγάλη πρακτική σημασία.

1. Αυτό είναι σημαντικό κατά το σχεδιασμό ορυχείων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, θα χρειαστεί να ληφθούν μέτρα για τη τεχνητή μείωση της θερμοκρασίας σε βαθιές εργασίες (θερμοκρασία - 50 o C είναι το όριο για τον άνθρωπο σε ξηρό αέρα και 40 o C σε υγρό αέρα). Σε άλλα, θα είναι δυνατή η εκτέλεση εργασιών σε μεγάλα βάθη.

2. Μεγάλης σημασίαςέχει εκτίμηση των συνθηκών θερμοκρασίας κατά τη διάνοιξη σήραγγας σε ορεινές περιοχές.

3. Η μελέτη των γεωθερμικών συνθηκών του εσωτερικού της Γης καθιστά δυνατή τη χρήση ατμού και θερμών πηγών που αναδύονται στην επιφάνεια της Γης. Η υπόγεια θερμότητα χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, στην Ιταλία, την Ισλανδία. Στη Ρωσία, ένας πειραματικός βιομηχανικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής κατασκευάστηκε με φυσική θερμότητα στην Καμτσάτκα.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα για το μέγεθος του γεωθερμικού βήματος, μπορούμε να κάνουμε κάποιες υποθέσεις για τις συνθήκες θερμοκρασίας των βαθιών ζωνών της Γης. Αν πάρουμε τη μέση τιμή του γεωθερμικού βήματος ως 33 m και υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία αυξάνεται ομοιόμορφα με το βάθος, τότε σε βάθος 100 km θα υπάρχει θερμοκρασία 3000 o C. Αυτή η θερμοκρασία υπερβαίνει τα σημεία τήξης όλων των γνωστών ουσιών στη Γη, επομένως σε αυτό το βάθος θα πρέπει να υπάρχουν λιωμένες μάζες. Όμως λόγω της τεράστιας πίεσης των 31.000 atm. Οι υπέρθερμες μάζες δεν έχουν τα χαρακτηριστικά των υγρών, αλλά είναι προικισμένες με τα χαρακτηριστικά ενός στερεού.

Με το βάθος, το γεωθερμικό στάδιο προφανώς θα πρέπει να αυξηθεί σημαντικά. Αν υποθέσουμε ότι η στάθμη δεν αλλάζει με το βάθος, τότε η θερμοκρασία στο κέντρο της Γης θα πρέπει να είναι περίπου 200.000 o βαθμούς, και σύμφωνα με υπολογισμούς δεν μπορεί να ξεπεράσει τους 5.000 - 10.000 o.

Στην πλούσια σε υδρογονάνθρακες χώρα μας, η γεωθερμική ενέργεια είναι ένα είδος εξωτικού πόρου, που, δεδομένης της τρέχουσας κατάστασης, είναι απίθανο να ανταγωνιστεί το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ωστόσο αυτό εναλλακτική άποψηΗ ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν παντού και αρκετά αποτελεσματικά.

Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης. Παράγεται στα βάθη και φτάνει στην επιφάνεια της Γης με διάφορες μορφές και με διαφορετικές εντάσεις.

Η θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους εξαρτάται κυρίως από εξωτερικούς (εξωγενείς) παράγοντες - ηλιακό φωτισμό και θερμοκρασία αέρα. Το καλοκαίρι και την ημέρα, το έδαφος θερμαίνεται σε ορισμένα βάθη και το χειμώνα και τη νύχτα ψύχεται μετά από αλλαγές στη θερμοκρασία του αέρα και με κάποια καθυστέρηση που αυξάνεται με το βάθος. Η επίδραση των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του αέρα τελειώνει σε βάθη από μερικά έως αρκετές δεκάδες εκατοστά. Εποχιακές παραλλαγέςσυλλάβετε βαθύτερα στρώματα εδάφους - έως και δεκάδες μέτρα.

Σε κάποιο βάθος - από δεκάδες έως εκατοντάδες μέτρα - η θερμοκρασία του εδάφους παραμένει σταθερή, ίση με τη μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης. Μπορείτε εύκολα να το επιβεβαιώσετε κατεβαίνοντας σε μια αρκετά βαθιά σπηλιά.

Όταν η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα σε μια δεδομένη περιοχή είναι κάτω από το μηδέν, εκδηλώνεται ως μόνιμος παγετός (πιο συγκεκριμένα, μόνιμος πάγος). Στην Ανατολική Σιβηρία, το πάχος, δηλαδή το πάχος, των κατεψυγμένων εδαφών όλο το χρόνο σε ορισμένα σημεία φτάνει τα 200–300 m.

Από ένα ορισμένο βάθος (διαφορετικό για κάθε σημείο του χάρτη), η δράση του Ήλιου και της ατμόσφαιρας εξασθενεί τόσο πολύ που οι ενδογενείς (εσωτερικοί) παράγοντες έρχονται πρώτοι και το εσωτερικό της γης θερμαίνεται από το εσωτερικό, ώστε η θερμοκρασία αρχίζει να ανεβαίνει. με βάθος.

Η θέρμανση των βαθιών στρωμάτων της Γης συνδέεται κυρίως με την αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων που βρίσκονται εκεί, αν και άλλες πηγές θερμότητας ονομάζονται επίσης, για παράδειγμα, φυσικοχημικές, τεκτονικές διεργασίες στα βαθιά στρώματα του φλοιού και του μανδύα της γης. Όποιος κι αν είναι όμως ο λόγος, η θερμοκρασία των πετρωμάτων και των σχετικών υγρών και αέριων ουσιών αυξάνεται με το βάθος. Οι ανθρακωρύχοι αντιμετωπίζουν αυτό το φαινόμενο - μέσα βαθιά ορυχείαΠάντα κάνει ζέστη. Σε βάθος 1 χλμ., η ζέστη τριάντα βαθμών είναι φυσιολογική και βαθύτερα η θερμοκρασία είναι ακόμη υψηλότερη.

Η ροή θερμότητας του εσωτερικού της γης που φτάνει στην επιφάνεια της Γης είναι μικρή - κατά μέσο όρο η ισχύς της είναι 0,03–0,05 W/m2, ή περίπου 350 Wh/m2 ετησίως. Στο φόντο της ροής θερμότητας από τον Ήλιο και του αέρα που θερμαίνεται από αυτόν, αυτή είναι μια απαρατήρητη τιμή: ο Ήλιος δίνει σε όλους τετραγωνικό μέτροη επιφάνεια της γης είναι περίπου 4000 kWh ετησίως, δηλαδή 10.000 φορές περισσότερο (φυσικά, αυτό είναι κατά μέσο όρο, με τεράστια εξάπλωση μεταξύ πολικών και ισημερινών γεωγραφικών πλάτη και ανάλογα με άλλους κλιματικούς και καιρικούς παράγοντες).

Η ασήμαντη ροή θερμότητας από το εσωτερικό προς την επιφάνεια στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη συνδέεται με τη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων και τις ιδιαιτερότητες της γεωλογικής δομής. Υπάρχουν όμως εξαιρέσεις - μέρη όπου η ροή θερμότητας είναι υψηλή. Πρόκειται, πρώτα απ' όλα, για ζώνες τεκτονικών ρηγμάτων, αυξημένες σεισμική δραστηριότητακαι ο ηφαιστειισμός, όπου η ενέργεια του εσωτερικού της γης βρίσκει διέξοδο. Τέτοιες ζώνες χαρακτηρίζονται από θερμικές ανωμαλίες της λιθόσφαιρας εδώ η ροή θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης μπορεί να είναι πολλές φορές και ακόμη και τάξεις μεγέθους πιο ισχυρή από το «συνήθη». Οι ηφαιστειακές εκρήξεις και οι θερμές πηγές φέρνουν τεράστιες ποσότητες θερμότητας στην επιφάνεια σε αυτές τις ζώνες.

Αυτές είναι οι πιο ευνοϊκές περιοχές για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας. Στο έδαφος της Ρωσίας, αυτά είναι, πρώτα απ 'όλα, η Καμτσάτκα, τα νησιά Κουρίλ και ο Καύκασος.

Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας είναι δυνατή σχεδόν παντού, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος είναι ένα παγκόσμιο φαινόμενο και το καθήκον είναι να «εξαχθεί» θερμότητα από τα βάθη, όπως εξάγονται ορυκτές πρώτες ύλες από εκεί.

Κατά μέσο όρο, η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος κατά 2,5–3°C για κάθε 100 m Ο λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη προς τη διαφορά βάθους μεταξύ τους ονομάζεται γεωθερμική κλίση.

Το αντίστροφο είναι το γεωθερμικό βήμα, ή το διάστημα βάθους στο οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 1°C.

Όσο μεγαλύτερη είναι η κλίση και, κατά συνέπεια, όσο χαμηλότερο είναι το στάδιο, τόσο πιο κοντά έρχεται η θερμότητα των βάθη της Γης στην επιφάνεια και τόσο πιο πολλά υποσχόμενη είναι αυτή η περιοχή για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας.

Σε διαφορετικές περιοχές, ανάλογα με τη γεωλογική δομή και άλλες τοπικές και τοπικές συνθήκες, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος μπορεί να ποικίλλει δραματικά. Σε γήινη κλίμακα, οι διακυμάνσεις στα μεγέθη των γεωθερμικών κλίσεων και βημάτων φτάνουν τις 25 φορές. Για παράδειγμα, στο Όρεγκον (ΗΠΑ) η κλίση είναι 150°C ανά 1 km και σε Νότια Αφρική- 6°C ανά 1 χλμ.

Το ερώτημα είναι, ποια είναι η θερμοκρασία σε μεγάλα βάθη - 5, 10 km ή περισσότερο; Εάν η τάση συνεχιστεί, οι θερμοκρασίες σε βάθος 10 km θα πρέπει να είναι κατά μέσο όρο περίπου 250–300°C. Αυτό επιβεβαιώνεται λίγο πολύ από άμεσες παρατηρήσεις σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια, αν και η εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη από μια γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας.

Για παράδειγμα, στο Κόλα εξαιρετικά βαθύ πηγάδι, με διάτρηση στην κρυσταλλική ασπίδα της Βαλτικής, η θερμοκρασία αλλάζει με ρυθμό 10°C/1 km σε βάθος 3 km και στη συνέχεια η γεωθερμική κλίση γίνεται 2–2,5 φορές μεγαλύτερη. Σε βάθος 7 km καταγράφηκε ήδη θερμοκρασία 120°C, στα 10 km - 180°C και στα 12 km - 220°C.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι μια γεώτρηση στην περιοχή της Βόρειας Κασπίας, όπου σε βάθος 500 m καταγράφηκε θερμοκρασία 42°C, στα 1,5 km - 70°C, στα 2 km - 80°C, στα 3 km - 108°C .

Υποτίθεται ότι η γεωθερμική κλίση μειώνεται ξεκινώντας από βάθος 20–30 km: σε βάθος 100 km, οι εκτιμώμενες θερμοκρασίες είναι περίπου 1300–1500°C, σε βάθος 400 km - 1600°C, στη Γη πυρήνας (βάθη πάνω από 6000 km) - 4000–5000° C.

Σε βάθη έως 10–12 km, η θερμοκρασία μετράται μέσω γεωτρήσεων. όπου δεν υπάρχουν, προσδιορίζεται από έμμεσα σημάδια με τον ίδιο τρόπο όπως και σε μεγαλύτερα βάθη. Τέτοιος έμμεσα σημάδιαμπορεί να είναι η φύση της διέλευσης των σεισμικών κυμάτων ή η θερμοκρασία της λάβας που χύνεται.

Ωστόσο, για τους σκοπούς της γεωθερμικής ενέργειας, τα δεδομένα για τις θερμοκρασίες σε βάθη άνω των 10 km δεν παρουσιάζουν ακόμη πρακτικό ενδιαφέρον.

Υπάρχει πολλή ζέστη σε βάθη αρκετών χιλιομέτρων, αλλά πώς να την ανεβάσουμε; Μερικές φορές η ίδια η φύση μας λύνει αυτό το πρόβλημα με τη βοήθεια ενός φυσικού ψυκτικού υγρού - θερμαινόμενων ιαματικών νερών που έρχονται στην επιφάνεια ή βρίσκονται σε βάθος προσβάσιμο σε εμάς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό στα βάθη θερμαίνεται μέχρι την κατάσταση του ατμού.

Δεν υπάρχει αυστηρός ορισμός της έννοιας «ιαματικά νερά». Κατά κανόνα, σημαίνουν ζεστά υπόγεια νερά σε υγρή κατάσταση ή σε μορφή ατμού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έρχονται στην επιφάνεια της Γης με θερμοκρασία άνω των 20°C, δηλαδή, κατά κανόνα, υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα. .

Η θερμότητα του υπόγειου νερού, του ατμού, των μιγμάτων ατμού-νερού είναι υδροθερμική ενέργεια. Αντίστοιχα, η ενέργεια που βασίζεται στη χρήση της ονομάζεται υδροθερμική.

Η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη με την εξαγωγή θερμότητας απευθείας από ξηρά πετρώματα - πετροθερμική ενέργεια, ειδικά επειδή οι αρκετά υψηλές θερμοκρασίες, κατά κανόνα, ξεκινούν από βάθη αρκετών χιλιομέτρων.

Στο έδαφος της Ρωσίας, το δυναμικό της πετροθερμικής ενέργειας είναι εκατό φορές υψηλότερο από αυτό της υδροθερμικής ενέργειας - 3.500 και 35 τρισεκατομμύρια τόνους τυπικού καυσίμου, αντίστοιχα. Αυτό είναι απολύτως φυσικό - η ζεστασιά των βάθη της Γης είναι διαθέσιμη παντού και τα ιαματικά νερά βρίσκονται τοπικά. Ωστόσο, λόγω προφανών τεχνικών δυσκολιών, σήμερα χρησιμοποιούνται θερμότητα και ηλεκτρισμός για το μεγαλύτερο μέροςιαματικα νερα.

Νερά με θερμοκρασίες από 20–30 έως 100°C είναι κατάλληλα για θέρμανση, θερμοκρασίες από 150°C και πάνω είναι κατάλληλες για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σταθμούς γεωθερμίας.

Γενικά, οι γεωθερμικοί πόροι στη Ρωσία, όσον αφορά τους τόνους ισοδύναμου καυσίμου ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα μέτρησης ενέργειας, είναι περίπου 10 φορές υψηλότεροι από τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων.

Θεωρητικά, μόνο μέσω της γεωθερμικής ενέργειας θα μπορούσε να είναι δυνατή η πλήρης ικανοποίηση ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣχώρες. Στην πράξη, αυτή τη στιγμή, στο μεγαλύτερο μέρος της επικράτειάς της αυτό δεν είναι εφικτό για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους.

Στον κόσμο, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται συχνότερα με την Ισλανδία, μια χώρα που βρίσκεται στο βόρειο άκρο της Μεσοατλαντικής Κορυφογραμμής, σε μια εξαιρετικά ενεργή τεκτονική και ηφαιστειακή ζώνη. Πιθανώς όλοι θυμούνται την ισχυρή έκρηξη του ηφαιστείου Eyjafjallajökull ( Eyjafjallajökull) το έτος 2010.

Χάρη σε αυτή τη γεωλογική ιδιαιτερότητα, η Ισλανδία έχει τεράστια αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των θερμών πηγών που έρχονται στην επιφάνεια της Γης και μάλιστα αναβλύζουν με τη μορφή θερμοπίδακες.

Στην Ισλανδία, πάνω από το 60% της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται αυτή τη στιγμή προέρχεται από τη Γη. Οι γεωθερμικές πηγές παρέχουν το 90% της θέρμανσης και το 30% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ας προσθέσουμε ότι η υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια της χώρας παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθμούς, δηλαδή χρησιμοποιώντας επίσης μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, κάνοντας την Ισλανδία να μοιάζει με ένα είδος παγκόσμιου περιβαλλοντικού προτύπου.

Η εξημέρωση της γεωθερμικής ενέργειας τον 20ο αιώνα βοήθησε σημαντικά την Ισλανδία να εισέλθει οικονομικά. Μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα ήταν μια πολύ φτωχή χώρα, τώρα κατέχει την πρώτη θέση στον κόσμο ως προς την εγκατεστημένη ισχύ και την παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας κατά κεφαλήν και βρίσκεται στην πρώτη δεκάδα ως προς την απόλυτη εγκατεστημένη ισχύ γεωθερμικών σταθμών . Ωστόσο, ο πληθυσμός του είναι μόνο 300 χιλιάδες άτομα, γεγονός που απλοποιεί το έργο της μετάβασης σε φιλικές προς το περιβάλλον πηγές ενέργειας: η ανάγκη για αυτό είναι γενικά μικρή.

Εκτός από την Ισλανδία, υψηλό μερίδιο γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ισοζύγιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρέχεται στη Νέα Ζηλανδία και τις νησιωτικές χώρες της Νοτιοανατολικής Ασίας (Φιλιππίνες και Ινδονησία), χώρες της Κεντρικής Αμερικής και της Ανατολικής Αφρικής, το έδαφος της οποίας είναι επίσης χαρακτηρίζεται από υψηλή σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα. Για αυτές τις χώρες, στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης και των αναγκών τους, η γεωθερμική ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη.

Η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας έχει πολύ μεγάλη ιστορία. Ένα από τα πρώτα γνωστά παραδείγματα είναι η Ιταλία, ένα μέρος στην επαρχία της Τοσκάνης, που σήμερα ονομάζεται Larderello, όπου ακόμη και σε αρχές XIXΓια αιώνες, τα τοπικά θερμά ιαματικά νερά, που ρέουν φυσικά ή εξάγονταν από ρηχά πηγάδια, χρησιμοποιούνταν για ενεργειακούς σκοπούς.

Εδώ χρησιμοποιήθηκε νερό από υπόγειες πηγές, πλούσιο σε βόριο, για τη λήψη βορικού οξέος. Αρχικά, αυτό το οξύ λήφθηκε με εξάτμιση σε λέβητες σιδήρου και το συνηθισμένο ξύλο από τα κοντινά δάση χρησιμοποιήθηκε ως καύσιμο, αλλά το 1827 ο Francesco Larderel δημιούργησε ένα σύστημα που λειτουργούσε στη θερμότητα των ίδιων των νερών. Ταυτόχρονα, η ενέργεια των φυσικών υδρατμών άρχισε να χρησιμοποιείται για τη λειτουργία γεωτρήσεων και στις αρχές του 20ου αιώνα - για τη θέρμανση τοπικών σπιτιών και θερμοκηπίων. Εκεί, στο Larderello, το 1904, οι θερμικοί υδρατμοί έγιναν πηγή ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το παράδειγμα της Ιταλίας ακολούθησαν πολλές άλλες χώρες στα τέλη του 19ου και στις αρχές του 20ού αιώνα. Για παράδειγμα, το 1892, τα ιαματικά νερά χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για τοπική θέρμανση στις ΗΠΑ (Boise, Idaho), το 1919 στην Ιαπωνία και το 1928 στην Ισλανδία.

Στις ΗΠΑ, ο πρώτος σταθμός ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργεί με υδροθερμική ενέργεια εμφανίστηκε στην Καλιφόρνια στις αρχές της δεκαετίας του 1930, στη Νέα Ζηλανδία - το 1958, στο Μεξικό - το 1959, στη Ρωσία (το πρώτο δυαδικό GeoPP στον κόσμο) - το 1965 .

Παλιά αρχή σε μια νέα πηγή

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία υδρογόνου από ό,τι για θέρμανση - πάνω από 150°C. Η αρχή λειτουργίας ενός σταθμού γεωθερμίας (GeoPP) είναι παρόμοια με την αρχή λειτουργίας ενός συμβατικού θερμοηλεκτρικού σταθμού (CHP). Στην πραγματικότητα, μια γεωθερμική μονάδα παραγωγής ενέργειας είναι ένας τύπος θερμοηλεκτρικού σταθμού.

Στους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, η κύρια πηγή ενέργειας είναι συνήθως ο άνθρακας, το φυσικό αέριο ή το μαζούτ και το ρευστό λειτουργίας είναι οι υδρατμοί. Το καύσιμο, όταν καίγεται, θερμαίνει το νερό σε ατμό, ο οποίος περιστρέφει έναν ατμοστρόβιλο, ο οποίος παράγει ηλεκτρική ενέργεια.

Η διαφορά μεταξύ ενός GeoPP είναι ότι η κύρια πηγή ενέργειας εδώ είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης και το λειτουργικό ρευστό με τη μορφή ατμού παρέχεται στα πτερύγια του στροβίλου της ηλεκτρικής γεννήτριας σε "έτοιμη" μορφή απευθείας από το πηγάδι παραγωγής. .

Υπάρχουν τρία κύρια σχήματα λειτουργίας για τα GeoPP: απευθείας, με χρήση ξηρού (γεωθερμικού) ατμού. έμμεση, με βάση το υδροθερμικό νερό, και μικτά ή δυαδικά.

Η χρήση ενός ή του άλλου σχήματος εξαρτάται από την κατάσταση συσσώρευσης και τη θερμοκρασία του φορέα ενέργειας.

Το απλούστερο και επομένως το πρώτο από τα κατακτημένα σχήματα είναι άμεσο, στο οποίο ο ατμός που προέρχεται από το πηγάδι διέρχεται απευθείας μέσω του στροβίλου. Ο πρώτος σταθμός γεωηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο στο Larderello το 1904 λειτουργούσε επίσης με ξηρό ατμό.

Τα GeoPP με έμμεσο σχήμα λειτουργίας είναι τα πιο συνηθισμένα στην εποχή μας. Χρησιμοποιούν ζεστό υπόγειο νερό, το οποίο αντλείται υπό υψηλή πίεση στον εξατμιστή, όπου μέρος του εξατμίζεται και ο ατμός που προκύπτει περιστρέφει τον στρόβιλο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτούνται πρόσθετες συσκευές και κυκλώματα για τον καθαρισμό του γεωθερμικού νερού και του ατμού από επιθετικές ενώσεις.

Ο ατμός της εξάτμισης εισέρχεται στο φρεάτιο έγχυσης ή χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των χώρων - σε αυτή την περίπτωση η αρχή είναι η ίδια όπως όταν λειτουργεί ένας θερμοηλεκτρικός σταθμός.

Στα δυαδικά GeoPP, το ζεστό ιαματικό νερό αλληλεπιδρά με ένα άλλο υγρό που εκτελεί τις λειτουργίες ενός ρευστού εργασίας με χαμηλότερο σημείο βρασμού. Και τα δύο ρευστά περνούν μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας, όπου το θερμικό νερό εξατμίζει το ρευστό εργασίας, οι ατμοί του οποίου περιστρέφουν τον στρόβιλο.


Αρχή λειτουργίας του δυαδικού GeoPP. Το ζεστό ιαματικό νερό αλληλεπιδρά με ένα άλλο υγρό που εκτελεί τις λειτουργίες ενός ρευστού εργασίας και έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού. Και τα δύο ρευστά περνούν μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας, όπου το θερμικό νερό εξατμίζει το λειτουργικό ρευστό, οι ατμοί του οποίου, με τη σειρά τους, περιστρέφουν τον στρόβιλο

Αυτό το σύστημα είναι κλειστό, το οποίο λύνει το πρόβλημα των εκπομπών στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, τα λειτουργικά ρευστά με σχετικά χαμηλό σημείο βρασμού καθιστούν δυνατή τη χρήση όχι πολύ ζεστών ιαματικών νερών ως κύρια πηγή ενέργειας.

Και τα τρία συστήματα χρησιμοποιούν υδροθερμική πηγή, αλλά η πετροθερμική ενέργεια μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Το διάγραμμα κυκλώματος σε αυτή την περίπτωση είναι επίσης αρκετά απλό. Είναι απαραίτητο να τρυπήσετε δύο διασυνδεδεμένα φρεάτια - έγχυση και παραγωγή. Το νερό αντλείται στο φρεάτιο έγχυσης. Στο βάθος θερμαίνεται και στη συνέχεια το θερμαινόμενο νερό ή ατμός που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα ισχυρής θέρμανσης τροφοδοτείται στην επιφάνεια μέσω του φρεατίου παραγωγής. Τότε όλα εξαρτώνται από το πώς χρησιμοποιείται η πετροθερμική ενέργεια - για θέρμανση ή για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας κλειστός κύκλος είναι δυνατός με την άντληση αποβλήτων ατμού και νερού πίσω στο φρεάτιο έγχυσης ή άλλη μέθοδο απόρριψης.


Σχέδιο λειτουργίας πετροθερμικού συστήματος. Το σύστημα βασίζεται στη χρήση μιας βαθμίδας θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας της γης και του εσωτερικού της, όπου η θερμοκρασία είναι υψηλότερη. Το νερό από την επιφάνεια αντλείται σε ένα φρεάτιο έγχυσης και θερμαίνεται σε βάθος, στη συνέχεια το θερμαινόμενο νερό ή ο ατμός που δημιουργείται ως αποτέλεσμα της θέρμανσης τροφοδοτείται στην επιφάνεια μέσω του φρεατίου παραγωγής.

Το μειονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι προφανές: για να επιτευχθεί μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία του ρευστού εργασίας, είναι απαραίτητο να τρυπηθούν φρεάτια σε μεγάλα βάθη. Και αυτά είναι σοβαρά κόστη και κίνδυνος σημαντικής απώλειας θερμότητας όταν το υγρό κινείται προς τα πάνω. Επομένως, τα πετροθερμικά συστήματα εξακολουθούν να είναι λιγότερο διαδεδομένα σε σύγκριση με τα υδροθερμικά, αν και το δυναμικό της πετροθερμικής ενέργειας είναι τάξεις μεγέθους υψηλότερο.

Επί του παρόντος, ο ηγέτης στη δημιουργία των λεγόμενων συστημάτων πετροθερμικής κυκλοφορίας (PCS) είναι η Αυστραλία. Επιπλέον, αυτή η περιοχή γεωθερμικής ενέργειας αναπτύσσεται ενεργά στις ΗΠΑ, την Ελβετία, τη Μεγάλη Βρετανία και την Ιαπωνία.

Δώρο από τον Λόρδο Κέλβιν

Η εφεύρεση της αντλίας θερμότητας το 1852 από τον φυσικό William Thompson (γνωστός και ως Lord Kelvin) έδωσε στην ανθρωπότητα μια πραγματική ευκαιρία να χρησιμοποιήσει τη χαμηλής ποιότητας θερμότητα των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους. Το σύστημα αντλίας θερμότητας, ή όπως το ονόμασε ο Thompson, ο πολλαπλασιαστής θερμότητας, βασίζεται σε φυσική διαδικασίαμεταφορά θερμότητας από το περιβάλλον στο ψυκτικό μέσο. Ουσιαστικά, χρησιμοποιεί την ίδια αρχή με τα πετροθερμικά συστήματα. Η διαφορά έγκειται στην πηγή θερμότητας, η οποία μπορεί να εγείρει ένα ορολογικό ερώτημα: σε ποιο βαθμό μια αντλία θερμότητας μπορεί να θεωρηθεί γεωθερμικό σύστημα; Γεγονός είναι ότι στα ανώτερα στρώματα, σε βάθη δεκάδων έως εκατοντάδων μέτρων, τα πετρώματα και τα υγρά που περιέχουν θερμαίνονται όχι από τη βαθιά θερμότητα της γης, αλλά από τον ήλιο. Έτσι, είναι ο ήλιος μέσα σε αυτήν την περίπτωση- η κύρια πηγή θερμότητας, αν και λαμβάνεται, όπως στα γεωθερμικά συστήματα, από το έδαφος.

Η λειτουργία μιας αντλίας θερμότητας βασίζεται στην καθυστέρηση θέρμανσης και ψύξης του εδάφους σε σύγκριση με την ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μια διαβάθμιση θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και των βαθύτερων στρωμάτων που συγκρατούν τη θερμότητα ακόμη και το χειμώνα, όπως συμβαίνει στις δεξαμενές. . Ο κύριος σκοπός των αντλιών θερμότητας είναι η θέρμανση χώρων. Ουσιαστικά είναι ένα «αντίστροφο ψυγείο». Τόσο η αντλία θερμότητας όσο και το ψυγείο αλληλεπιδρούν με τρία εξαρτήματα: εσωτερικό περιβάλλον(στην πρώτη περίπτωση - ένα θερμαινόμενο δωμάτιο, στη δεύτερη - ένα ψυχρό διαμέρισμα ενός ψυγείου), το εξωτερικό περιβάλλον - μια πηγή ενέργειας και ένα ψυκτικό μέσο (ψυκτικό), το οποίο είναι επίσης ένα ψυκτικό που εξασφαλίζει τη μεταφορά θερμότητας ή κρύου .

Μια ουσία με χαμηλό σημείο βρασμού δρα ως ψυκτικό μέσο, ​​που της επιτρέπει να παίρνει θερμότητα από μια πηγή που έχει ακόμη και σχετικά χαμηλή θερμοκρασία.

Στο ψυγείο, το υγρό ψυκτικό ρέει μέσω ενός γκαζιού (ρυθμιστής πίεσης) στον εξατμιστή, όπου λόγω της απότομης μείωσης της πίεσης, το υγρό εξατμίζεται. Η εξάτμιση είναι μια ενδόθερμη διαδικασία που απαιτεί την απορρόφηση της θερμότητας από το εξωτερικό. Ως αποτέλεσμα, η θερμότητα απομακρύνεται από τα εσωτερικά τοιχώματα του εξατμιστή, η οποία παρέχει ένα αποτέλεσμα ψύξης στο θάλαμο του ψυγείου. Στη συνέχεια, το ψυκτικό αναρροφάται από τον εξατμιστή στον συμπιεστή, όπου επιστρέφει σε υγρό κατάσταση συνάθροισης. Αυτή είναι μια αντίστροφη διαδικασία που οδηγεί στην απελευθέρωση της θερμότητας που έχει αφαιρεθεί εξωτερικό περιβάλλον. Κατά κανόνα, πετιέται σε εσωτερικούς χώρους και το πίσω τοίχωμα του ψυγείου είναι σχετικά ζεστό.

Μια αντλία θερμότητας λειτουργεί σχεδόν με τον ίδιο τρόπο, με τη διαφορά ότι η θερμότητα λαμβάνεται από το εξωτερικό περιβάλλον και μέσω του εξατμιστή εισέρχεται στο εσωτερικό περιβάλλον - το σύστημα θέρμανσης του δωματίου.

Σε μια πραγματική αντλία θερμότητας, το νερό θερμαίνεται περνώντας από ένα εξωτερικό κύκλωμα που τοποθετείται στο έδαφος ή στη δεξαμενή και στη συνέχεια εισέρχεται στον εξατμιστή.

Στον εξατμιστή, η θερμότητα μεταφέρεται σε ένα εσωτερικό κύκλωμα γεμάτο με ψυκτικό μέσο χαμηλού σημείου βρασμού, το οποίο, περνώντας μέσα από τον εξατμιστή, αλλάζει από υγρή σε αέρια κατάσταση, αφαιρώντας τη θερμότητα.

Στη συνέχεια, το αέριο ψυκτικό εισέρχεται στον συμπιεστή, όπου συμπιέζεται σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, και εισέρχεται στον συμπυκνωτή, όπου πραγματοποιείται ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του θερμού αερίου και του ψυκτικού από το σύστημα θέρμανσης.

Ο συμπιεστής απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια για να λειτουργήσει, αλλά ο λόγος μετασχηματισμού (ο λόγος της ενέργειας που καταναλώνεται προς την παραγόμενη ενέργεια) στα σύγχρονα συστήματα είναι αρκετά υψηλός ώστε να διασφαλίζεται η απόδοσή τους.

Επί του παρόντος, οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται ευρέως για θέρμανση χώρων, κυρίως σε οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες.

Eco-correct ενέργεια

Η γεωθερμική ενέργεια θεωρείται φιλική προς το περιβάλλον, κάτι που ισχύει γενικά. Πρώτα απ 'όλα, χρησιμοποιεί έναν ανανεώσιμο και ουσιαστικά ανεξάντλητο πόρο. Η γεωθερμική ενέργεια δεν απαιτεί μεγάλες εκτάσεις, σε αντίθεση με τους μεγάλους υδροηλεκτρικούς σταθμούς ή τα αιολικά πάρκα και δεν μολύνει την ατμόσφαιρα, σε αντίθεση με την ενέργεια των υδρογονανθράκων. Κατά μέσο όρο, ένα GeoPP καταλαμβάνει 400 m 2 σε όρους 1 GW παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Το ίδιο ποσοστό για έναν θερμοηλεκτρικό σταθμό με καύση άνθρακα, για παράδειγμα, είναι 3600 m2. Στα περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα των GeoPP περιλαμβάνονται επίσης η χαμηλή κατανάλωση νερού - 20 λίτρα γλυκού νερού ανά 1 kW, ενώ οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί και οι πυρηνικοί σταθμοί απαιτούν περίπου 1000 λίτρα. Σημειώστε ότι αυτοί είναι οι περιβαλλοντικοί δείκτες του «μέσου» GeoPP.

Αλλά αρνητικό παρενέργειεςυπάρχει ακόμα. Το πιο κοινό μεταξύ αυτών είναι ο θόρυβος, θερμική μόλυνσηατμόσφαιρα και χημικά - νερό και έδαφος, καθώς και ο σχηματισμός στερεών αποβλήτων.

Κύρια πηγή χημική ρύπανσηπεριβάλλον - το ίδιο το ιαματικό νερό (με υψηλή θερμοκρασία και ανοργανοποίηση), που συχνά περιέχει μεγάλες ποσότητεςτοξικών ενώσεων, και ως εκ τούτου υπάρχει πρόβλημα διάθεσης λυμάτων και επικίνδυνων ουσιών.

Οι αρνητικές επιπτώσεις της γεωθερμικής ενέργειας μπορούν να εντοπιστούν σε διάφορα στάδια, ξεκινώντας από τη διάνοιξη γεωτρήσεων. Εδώ προκύπτουν οι ίδιοι κίνδυνοι όπως κατά τη γεώτρηση οποιουδήποτε φρέατος: καταστροφή εδάφους και φυτικής κάλυψης, μόλυνση του εδάφους και των υπόγειων υδάτων.

Στο στάδιο λειτουργίας του ΓεωΠΠ παραμένουν προβλήματα περιβαλλοντικής ρύπανσης. Τα θερμικά υγρά - νερό και ατμός - περιέχουν συνήθως διοξείδιο του άνθρακα (CO 2), θειούχο θείο (H 2 S), αμμωνία (NH 3), μεθάνιο (CH 4), επιτραπέζιο αλάτι (NaCl), βόριο (B), αρσενικό (As ), υδράργυρος (Hg). Όταν απελευθερώνονται στο εξωτερικό περιβάλλον, γίνονται πηγές ρύπανσης. Επιπλέον, ένα επιθετικό χημικό περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει διαβρωτική καταστροφή των δομών των γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής.

Ταυτόχρονα, οι εκπομπές ρύπων από τα GeoPP είναι κατά μέσο όρο χαμηλότερες από ό,τι από τους θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Για παράδειγμα, οι εκπομπές διοξείδιο του άνθρακαγια κάθε κιλοβατώρα παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας είναι έως και 380 g σε GeoPPs, 1042 g σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση άνθρακα, 906 g σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση πετρελαίου και 453 g σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση αερίου.

Τίθεται το ερώτημα: τι να κάνουμε με τα λύματα; Εάν η ανοργανοποίηση είναι χαμηλή, μπορεί να απορριφθεί σε επιφανειακά νερά μετά την ψύξη. Ένας άλλος τρόπος είναι να το αντλήσετε ξανά στον υδροφόρο ορίζοντα μέσω ενός φρεατίου έγχυσης, το οποίο κατά προτίμηση και κατά κύριο λόγο χρησιμοποιείται επί του παρόντος.

Η εξόρυξη ιαματικού νερού από τους υδροφόρους ορίζοντες (καθώς και η άντληση συνηθισμένου νερού) μπορεί να προκαλέσει καθιζήσεις και μετακινήσεις του εδάφους, άλλες παραμορφώσεις των γεωλογικών στρωμάτων και μικροσεισμούς. Η πιθανότητα τέτοιων φαινομένων είναι, κατά κανόνα, χαμηλή, αν και έχουν καταγραφεί μεμονωμένες περιπτώσεις (για παράδειγμα, στο GeoPP στο Staufen im Breisgau στη Γερμανία).

Πρέπει να τονιστεί ότι τα περισσότερα GeoPPs βρίσκονται σε σχετικά αραιοκατοικημένες περιοχές και σε χώρες του τρίτου κόσμου, όπου οι περιβαλλοντικές απαιτήσεις είναι λιγότερο αυστηρές από ό,τι στις ανεπτυγμένες χώρες. Επιπλέον, αυτή τη στιγμή ο αριθμός των GeoPP και οι ικανότητές τους είναι σχετικά μικρός. Με τη μεγαλύτερης κλίμακας ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας, οι περιβαλλοντικοί κίνδυνοι μπορεί να αυξηθούν και να πολλαπλασιαστούν.

Πόση είναι η ενέργεια της Γης;

Το κόστος επένδυσης για την κατασκευή γεωθερμικών συστημάτων ποικίλλει σε πολύ μεγάλο εύρος - από 200 έως 5000 δολάρια ανά 1 kW εγκατεστημένης ισχύος, δηλαδή, οι φθηνότερες επιλογές είναι συγκρίσιμες με το κόστος κατασκευής ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού. Εξαρτώνται, πρώτα απ 'όλα, από τις συνθήκες εμφάνισης των ιαματικών νερών, τη σύνθεσή τους και τον σχεδιασμό του συστήματος. Η γεώτρηση σε μεγάλα βάθη, η δημιουργία ενός κλειστού συστήματος με δύο φρεάτια και η ανάγκη καθαρισμού του νερού μπορεί να αυξήσει το κόστος πολλαπλάσια.

Για παράδειγμα, οι επενδύσεις στη δημιουργία ενός συστήματος κυκλοφορίας πετροθερμικής ενέργειας (PCS) υπολογίζονται σε 1,6-4 χιλιάδες δολάρια ανά 1 kW εγκατεστημένης ισχύος, το οποίο υπερβαίνει το κόστος κατασκευής ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής και είναι συγκρίσιμο με το κόστος κατασκευής αιολικής και αιολικής ενέργειας και ηλιακούς σταθμούς.

Το προφανές οικονομικό πλεονέκτημα του GeoTES είναι η δωρεάν ενέργεια. Για σύγκριση, στη δομή του κόστους λειτουργίας ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού ή ενός πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, τα καύσιμα αντιπροσωπεύουν το 50–80% ή ακόμη περισσότερο, ανάλογα με τις τρέχουσες τιμές ενέργειας. Εξ ου και ένα άλλο πλεονέκτημα του γεωθερμικού συστήματος: τα λειτουργικά κόστη είναι πιο σταθερά και προβλέψιμα, καθώς δεν εξαρτώνται από τις εξωτερικές συνθήκες τιμής της ενέργειας. Γενικά, το κόστος λειτουργίας των γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής υπολογίζεται σε 2–10 σεντς (60 καπίκια–3 ρούβλια) ανά 1 kWh παραγόμενης ισχύος.

Το δεύτερο μεγαλύτερο στοιχείο δαπάνης μετά την ενέργεια (και πολύ σημαντικό) είναι, κατά κανόνα, μισθόςπροσωπικό του εργοστασίου, το οποίο μπορεί να διαφέρει δραματικά από χώρα σε χώρα και περιοχή.

Κατά μέσο όρο, το κόστος 1 kWh γεωθερμικής ενέργειας είναι συγκρίσιμο με αυτό των θερμικών σταθμών (σε Ρωσικές συνθήκες- περίπου 1 τρίψιμο/1 kWh) και δέκα φορές υψηλότερο από το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς (5–10 καπίκια/1 kWh).

Μέρος του λόγου για το υψηλό κόστος είναι ότι, σε αντίθεση με τους θερμικούς και υδραυλικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, οι γεωθερμικοί σταθμοί έχουν σχετικά μικρή ισχύ. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να συγκριθούν συστήματα που βρίσκονται στην ίδια περιοχή και υπό παρόμοιες συνθήκες. Για παράδειγμα, στην Καμτσάτκα, σύμφωνα με ειδικούς, 1 kWh γεωθερμικής ηλεκτρικής ενέργειας κοστίζει 2-3 φορές λιγότερο από την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται σε τοπικούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.

δείκτες οικονομική αποτελεσματικότηταη λειτουργία ενός γεωθερμικού συστήματος εξαρτάται, για παράδειγμα, από το εάν τα λύματα πρέπει να απορρίπτονται και με ποιους τρόπους γίνεται αυτό, καθώς και από το εάν είναι δυνατή η συνδυασμένη χρήση του πόρου. Έτσι, τα χημικά στοιχεία και οι ενώσεις που εξάγονται από το ιαματικό νερό μπορούν να προσφέρουν πρόσθετο εισόδημα. Ας θυμηθούμε το παράδειγμα του Larderello: η χημική παραγωγή ήταν πρωταρχική εκεί και η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είχε αρχικά βοηθητικό χαρακτήρα.

Προώθηση γεωθερμικής ενέργειας

Η γεωθερμική ενέργεια αναπτύσσεται κάπως διαφορετικά από την αιολική και την ηλιακή. Επί του παρόντος, εξαρτάται σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από τη φύση του ίδιου του πόρου, η οποία ποικίλλει απότομα ανά περιοχή, και οι υψηλότερες συγκεντρώσεις συνδέονται με στενές ζώνες γεωθερμικών ανωμαλιών, που συνήθως συνδέονται με περιοχές τεκτονικών ρηγμάτων και ηφαιστειακών ρηγμάτων.

Επιπλέον, η γεωθερμική ενέργεια είναι λιγότερο τεχνολογικά εντατική σε σύγκριση με την αιολική και, ιδιαίτερα, την ηλιακή ενέργεια: τα συστήματα γεωθερμικών σταθμών είναι αρκετά απλά.

Στη συνολική δομή της παγκόσμιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το γεωθερμικό στοιχείο αντιπροσωπεύει λιγότερο από 1%, αλλά σε ορισμένες περιοχές και χώρες το μερίδιό του φτάνει το 25-30%. Λόγω της σύνδεσης με τις γεωλογικές συνθήκες, σημαντικό μέρος της χωρητικότητας γεωθερμικής ενέργειας συγκεντρώνεται σε χώρες του τρίτου κόσμου, όπου υπάρχουν τρεις ομάδες με τη μεγαλύτερη ανάπτυξη του κλάδου - τα νησιά της Νοτιοανατολικής Ασίας, της Κεντρικής Αμερικής και της Ανατολικής Αφρικής. Οι δύο πρώτες περιοχές περιλαμβάνονται στη «ζώνη φωτιάς της Γης» του Ειρηνικού, η τρίτη συνδέεται με το Ρήγμα της Ανατολικής Αφρικής. Το πιο πιθανό είναι ότι η γεωθερμική ενέργεια θα συνεχίσει να αναπτύσσεται σε αυτές τις ζώνες. Μια πιο μακρινή προοπτική είναι η ανάπτυξη της πετροθερμικής ενέργειας, χρησιμοποιώντας τη θερμότητα των στρωμάτων της γης που βρίσκονται σε βάθος αρκετών χιλιομέτρων. Πρόκειται για έναν σχεδόν πανταχού παρόν πόρο, αλλά η εξόρυξή του απαιτεί υψηλό κόστος, επομένως η πετροθερμική ενέργεια αναπτύσσεται κυρίως στις πιο ισχυρές οικονομικά και τεχνολογικά χώρες.

Γενικά, δεδομένης της πανταχού παρουσίας των γεωθερμικών πόρων και του αποδεκτού επιπέδου περιβαλλοντική ασφάλεια, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι η γεωθερμική ενέργεια έχει καλές προοπτικές ανάπτυξης. Ειδικά με την αυξανόμενη απειλή έλλειψης παραδοσιακών ενεργειακών πόρων και την αύξηση των τιμών τους.

Από την Καμτσάτκα στον Καύκασο

Στη Ρωσία, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας έχει αρκετά μακρά ιστορία, και σε πολλές θέσεις είμαστε μεταξύ των παγκόσμιων ηγετών, αν και το μερίδιο της γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ενεργειακό ισοζύγιο της τεράστιας χώρας είναι ακόμα αμελητέο.

Δύο περιοχές έχουν γίνει πρωτοπόροι και κέντρα για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στη Ρωσία - η Καμτσάτκα και ο Βόρειος Καύκασος, και αν στην πρώτη περίπτωση μιλάμε κυρίως για τη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας, τότε στη δεύτερη - για τη χρήση θερμικής ενέργειας από ιαματικό νερό.

Στον Βόρειο Καύκασο - μέσα Περιφέρεια Κρασνοντάρ, Τσετσενία, Νταγκεστάν - η θερμότητα των ιαματικών νερών χρησιμοποιήθηκε για ενεργειακούς σκοπούς ακόμη και πριν από τον Μεγάλο Πατριωτικό Πόλεμο. Στη δεκαετία 1980–1990, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην περιοχή, για ευνόητους λόγους, σταμάτησε και δεν έχει ακόμη βγει από την κατάσταση στασιμότητας. Ωστόσο, η παροχή γεωθερμικού νερού στον Βόρειο Καύκασο παρέχει θερμότητα σε περίπου 500 χιλιάδες ανθρώπους και, για παράδειγμα, η πόλη Labinsk στην Επικράτεια του Κρασνοντάρ με πληθυσμό 60 χιλιάδων ανθρώπων θερμαίνεται πλήρως από τα γεωθερμικά νερά.

Στην Καμτσάτκα, η ιστορία της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται, πρώτα απ 'όλα, με την κατασκευή GeoPPs. Ο πρώτος από αυτούς, οι σταθμοί Pauzhetskaya και Paratunka που λειτουργούν ακόμη, κατασκευάστηκαν το 1965–1967, ενώ ο Paratunka GeoPP χωρητικότητας 600 kW έγινε ο πρώτος σταθμός στον κόσμο με δυαδικό κύκλο. Αυτή ήταν η ανάπτυξη των σοβιετικών επιστημόνων S.S. Kutateladze και A.M Rosenfeld από το Ινστιτούτο Θερμοφυσικής SB RAS, οι οποίοι το 1965 έλαβαν πιστοποιητικό συγγραφέα για την εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από νερό με θερμοκρασία 70°C. Αυτή η τεχνολογία έγινε στη συνέχεια το πρωτότυπο για περισσότερα από 400 δυαδικά GeoPP στον κόσμο.

Η χωρητικότητα του Pauzhetskaya GeoPP, που τέθηκε σε λειτουργία το 1966, ήταν αρχικά 5 MW και στη συνέχεια αυξήθηκε σε 12 MW. Αυτή τη στιγμή κατασκευάζεται δυαδική μονάδα στον σταθμό, η οποία θα αυξήσει την ισχύ του κατά άλλα 2,5 MW.

Η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας στην ΕΣΣΔ και τη Ρωσία παρεμποδίστηκε από τη διαθεσιμότητα παραδοσιακών πηγών ενέργειας - πετρελαίου, φυσικού αερίου, άνθρακα, αλλά δεν σταμάτησε ποτέ. Οι μεγαλύτερες εγκαταστάσεις γεωθερμικής ενέργειας αυτή τη στιγμή είναι το Verkhne-Mutnovskaya GeoPP με συνολική ισχύ μονάδων ισχύος 12 MW, που τέθηκε σε λειτουργία το 1999, και το Mutnovskaya GeoPP με ισχύ 50 MW (2002).

Τα Mutnovskaya και Verkhne-Mutnovskaya GeoPP είναι μοναδικά αντικείμενα όχι μόνο για τη Ρωσία, αλλά και σε παγκόσμια κλίμακα. Οι σταθμοί βρίσκονται στους πρόποδες του ηφαιστείου Mutnovsky, σε υψόμετρο 800 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, και λειτουργούν σε ακραίες κλιματολογικές συνθήκες, όπου υπάρχει χειμώνας για 9–10 μήνες το χρόνο. Ο εξοπλισμός των Mutnovsky GeoPPs, σήμερα από τους πιο σύγχρονους στον κόσμο, δημιουργήθηκε εξ ολοκλήρου σε εγχώριες επιχειρήσεις ηλεκτρολογικής μηχανικής.

Επί του παρόντος, το μερίδιο των σταθμών Mutnovsky στη συνολική δομή κατανάλωσης ενέργειας του ενεργειακού κόμβου της Κεντρικής Καμτσάτκα είναι 40%. Υπάρχουν σχέδια για αύξηση της χωρητικότητας τα επόμενα χρόνια.

Ιδιαίτερη αναφορά πρέπει να γίνει για τις ρωσικές πετροθερμικές εξελίξεις. Δεν έχουμε ακόμη μεγάλα κέντρα γεώτρησης, αλλά έχουμε προηγμένες τεχνολογίες για γεωτρήσεις σε μεγάλα βάθη (περίπου 10 km), που επίσης δεν έχουν ανάλογες στον κόσμο. Δικα τους περαιτέρω ανάπτυξηθα μειώσει ριζικά το κόστος δημιουργίας πετροθερμικών συστημάτων. Οι προγραμματιστές αυτών των τεχνολογιών και έργων είναι οι N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Γεωλογικό Ινστιτούτο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών), A. S. Nekrasov (Ινστιτούτο Εθνικής Οικονομικής Πρόβλεψης της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών) και ειδικοί από το εργοστάσιο στροβίλων Kaluga. Επί του παρόντος, το έργο του συστήματος πετροθερμικής κυκλοφορίας στη Ρωσία βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο.

Η γεωθερμική ενέργεια έχει προοπτικές στη Ρωσία, αν και είναι σχετικά μακρινές: αυτή τη στιγμή οι δυνατότητες είναι αρκετά μεγάλες και η θέση της παραδοσιακής ενέργειας είναι ισχυρή. Παράλληλα, σε μια σειρά από απομακρυσμένες περιοχές της χώρας, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας είναι οικονομικά συμφέρουσα και έχει ήδη ζήτηση. Πρόκειται για εδάφη με υψηλό δυναμικό γεωενέργειας (Chukotka, Kamchatka, τα νησιά Kuril - το ρωσικό τμήμα της «ζώνης πυρκαγιάς της Γης» του Ειρηνικού, τα βουνά της Νότιας Σιβηρίας και του Καυκάσου) και ταυτόχρονα απομακρυσμένα και αποκομμένα από συγκεντρωτικά προμήθειες ενέργειας.

Πιθανώς, τις επόμενες δεκαετίες, η γεωθερμική ενέργεια στη χώρα μας να αναπτυχθεί ακριβώς σε τέτοιες περιοχές.

Kirill Degtyarev,
Ερευνητής, Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας M. V. Lomonosova
«Επιστήμη και Ζωή» Νο. 9, Νο. 10 2013