Πυρηνική θερμότητα της γης. Μειονεκτήματα απόκτησης γεωθερμικής ενέργειας

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

Είναι βαθιά στα έγκατα της γης και έχει τις ιδιότητες της ανανέωσης, με άλλα λόγια είναι ατελείωτο. Οι κλασικοί πόροι, σύμφωνα με τους επιστήμονες, αρχίζουν να εξαντλούνται, το πετρέλαιο, ο άνθρακας, το φυσικό αέριο θα τελειώσουν.

Γεωθερμικός Σταθμός Ενέργειας Nesjavellir, Ισλανδία

Ως εκ τούτου, μπορεί κανείς να προετοιμαστεί σταδιακά να υιοθετήσει νέες εναλλακτικές μεθόδους παραγωγής ενέργειας. Κάτω από τον φλοιό της γης βρίσκεται ένας ισχυρός πυρήνας. Η θερμοκρασία του κυμαίνεται από 3000 έως 6000 βαθμούς. Η κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών δείχνει την τεράστια δύναμή της. Εκδηλώνεται με τη μορφή ηφαιστειακής κατάρρευσης του μάγματος. Στα βάθη, εμφανίζεται ραδιενεργή αποσύνθεση, προκαλώντας μερικές φορές τέτοιες φυσικές καταστροφές.

Συνήθως το μάγμα θερμαίνει την επιφάνεια χωρίς να την υπερβαίνει. Έτσι προκύπτουν οι θερμοπίδακες ή οι θερμές λίμνες νερού. Με αυτόν τον τρόπο, οι φυσικές διαδικασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τους σωστούς σκοπούς για την ανθρωπότητα.

Είδη γεωθερμικών πηγών ενέργειας

Συνήθως χωρίζεται σε δύο τύπους: υδροθερμική και πετροθερμική ενέργεια. Ο πρώτος σχηματίζεται λόγω θερμών πηγών και ο δεύτερος τύπος είναι η διαφορά θερμοκρασίας στην επιφάνεια και στα βάθη της γης. Για να το πούμε με τα δικά σας λόγια, μια υδροθερμική πηγή αποτελείται από ατμό και ζεστό νερό, ενώ μια πετροθερμική πηγή είναι κρυμμένη βαθιά κάτω από τη γη.

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 εκτίναξης, η οποία θα βγει στην επιφάνεια. Υπάρχουν τρεις κατηγορίες γεωθερμικών περιοχών:

Γεωθερμία - βρίσκεται κοντά στις ηπειρωτικές πλάκες. Κλίση θερμοκρασίας πάνω από 80C/km. Για παράδειγμα, η ιταλική κοινότητα του Larderello. Υπάρχει ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας
Ημιθερμική - θερμοκρασία 40 - 80 C / km. Πρόκειται για φυσικούς υδροφορείς, που αποτελούνται από θρυμματισμένα 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 ένα ορισμένο βάθος. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στην ταξινόμηση:

Επιθερμική - θερμοκρασία από 50 έως 90 s
Μεσοθερμικό - 100 - 120 s
Υποθερμική - περισσότερα από 200 s

Αυτά τα είδη αποτελούνται από διαφορετική χημική σύνθεση. Ανάλογα με αυτό, το νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορους σκοπούς. Για παράδειγμα, στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, παροχή θερμότητας (θερμικές διαδρομές), βάση πρώτων υλών.

Βίντεο: Γεωθερμική ενέργεια

Διαδικασία παροχής θερμότητας

Η θερμοκρασία του νερού είναι 50 -60 μοίρες, η οποία είναι η βέλτιστη για θέρμανση και παροχή ζεστού χώρου κατοικίας. Η ανάγκη για συστήματα θέρμανσης εξαρτάται από τη γεωγραφική θέση και τις κλιματικές συνθήκες. Και οι άνθρωποι χρειάζονται συνεχώς τις ανάγκες παροχής ζεστού νερού. Για τη διαδικασία αυτή κατασκευάζονται GTS (γεωθερμικοί σταθμοί).

Εάν για την κλασική παραγωγή θερμικής ενέργειας χρησιμοποιείται λεβητοστάσιο που καταναλώνει στερεό ή αέριο καύσιμο, τότε χρησιμοποιείται πηγή θερμοπίδας σε αυτή την παραγωγή. 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 στο λεβητοστάσιο με αντλίες, όπου θα διατηρηθεί το πρόγραμμα θερμοκρασίας και στη συνέχεια θα εισέλθει στην κύρια θέρμανση.

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, οι θερμοπίδακες είναι τα κύρια συστατικά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για αυτό, χρησιμοποιούνται πολλά σχέδια, κατασκευάζονται ειδικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής. Συσκευή GTS:

Δεξαμενή ΖΝΧ
Αντλία
Διαχωριστής αερίου
Διαχωριστής ατμού
τουρμπίνα παραγωγής
Πυκνωτής
ενισχυτική αντλία
Δεξαμενή - ψυγείο

Όπως μπορείτε να δείτε, το κύριο στοιχείο του κυκλώματος είναι ένας μετατροπέας ατμού. Αυτό καθιστά δυνατή τη λήψη καθαρού ατμού, 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 περνά από όλο το στάδιο του καθαρισμού από αέρια, καθώς και από ατμό.

Κύκλωμα με δυαδική πηγή

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 πηγής χαμηλού βρασμού. Το GTS με έναν τέτοιο κύκλο εργασιών μπορεί να είναι πλήρως αυτοματοποιημένο και δεν απαιτεί την παρουσία προσωπικού συντήρησης. Οι πιο ισχυροί σταθμοί χρησιμοποιούν ένα σχήμα δύο κυκλωμάτων. 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 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. Στην Ιταλία δημιουργήθηκε ο πρώτος GeoTPP ισχύος 7,5 MW. Η βιομηχανία αναπτύσσεται ενεργά σε χώρες όπως: ΗΠΑ, Ισλανδία, Ιαπωνία, Φιλιππίνες, Ιταλία.

Ενεργή εξερεύνηση πιθανών τοποθεσιών και πιο βολικές μέθοδοι εξόρυξης βρίσκονται σε εξέλιξη. Η παραγωγική ικανότητα αυξάνεται από χρόνο σε χρόνο. Αν λάβουμε υπόψη τον οικονομικό δείκτη, τότε το κόστος μιας τέτοιας βιομηχανίας είναι ίσο με θερμοηλεκτρικούς σταθμούς με καύση άνθρακα. Η Ισλανδία καλύπτει σχεδόν πλήρως το κοινόχρηστο και οικιστικό απόθεμα με πηγή GT. Το 80% των σπιτιών χρησιμοποιούν ζεστό νερό από πηγάδια για θέρμανση. Ειδικοί από τις ΗΠΑ υποστηρίζουν ότι, με σωστή ανάπτυξη, τα GeoTPPs μπορούν να παράγουν 30 φορές περισσότερη από την ετήσια κατανάλωση. Αν μιλάμε για τις δυνατότητες, τότε 39 χώρες του κόσμου θα είναι σε θέση να εφοδιαστούν πλήρως με ηλεκτρική ενέργεια εάν χρησιμοποιήσουν τα έγκατα της γης στο 100%.

Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών ΣΤΟ. Το ορκίζομαι, καθηγητή,
Ακαδημαϊκός της Ρωσικής Ακαδημίας Τεχνολογικών Επιστημών, Μόσχα

Τις τελευταίες δεκαετίες, ο κόσμος εξετάζει την κατεύθυνση της αποτελεσματικότερης χρήσης της ενέργειας της βαθιάς θερμότητας της Γης προκειμένου να αντικαταστήσει εν μέρει το φυσικό αέριο, το πετρέλαιο και τον άνθρακα. Αυτό θα καταστεί δυνατό όχι μόνο σε περιοχές με υψηλές γεωθερμικές παραμέτρους, αλλά και σε οποιαδήποτε περιοχή του πλανήτη κατά τη γεώτρηση φρεατίων έγχυσης και παραγωγής και τη δημιουργία συστημάτων κυκλοφορίας μεταξύ τους.

Το αυξημένο ενδιαφέρον για εναλλακτικές πηγές ενέργειας στον κόσμο τις τελευταίες δεκαετίες προκαλείται από την εξάντληση των αποθεμάτων καυσίμων υδρογονανθράκων και την ανάγκη επίλυσης μιας σειράς περιβαλλοντικών προβλημάτων. Αντικειμενικοί παράγοντες (αποθέματα ορυκτών καυσίμων και ουρανίου, καθώς και αλλαγές στο περιβάλλον που προκαλούνται από την παραδοσιακή φωτιά και την πυρηνική ενέργεια) μας επιτρέπουν να ισχυριστούμε ότι η μετάβαση σε νέες μεθόδους και μορφές παραγωγής ενέργειας είναι αναπόφευκτη.

Η παγκόσμια οικονομία οδεύει επί του παρόντος προς τη μετάβαση σε έναν ορθολογικό συνδυασμό παραδοσιακών και νέων πηγών ενέργειας. Η θερμότητα της Γης καταλαμβάνει μια από τις πρώτες θέσεις ανάμεσά τους.

Οι γεωθερμικοί πόροι διακρίνονται σε υδρογεωλογικούς και πετρογεωθερμικούς. Οι πρώτοι από αυτούς αντιπροσωπεύονται από φορείς θερμότητας (που αποτελούν μόνο το 1% των συνολικών πόρων γεωθερμικής ενέργειας) - μείγματα υπόγειων υδάτων, ατμού και ατμού-νερού. Το δεύτερο είναι η γεωθερμική ενέργεια που περιέχεται σε θερμούς βράχους.

Η τεχνολογία της βρύσης (αυτοδιαρροή) που χρησιμοποιείται στη χώρα μας και στο εξωτερικό για την εξόρυξη φυσικού ατμού και γεωθερμικών νερών είναι απλή, αλλά αναποτελεσματική. Με χαμηλό ρυθμό ροής αυτο-ρέον πηγαδιών, η παραγωγή θερμότητάς τους μπορεί να αποζημιώσει το κόστος γεώτρησης μόνο σε μικρό βάθος γεωθερμικών ταμιευτήρων με υψηλές θερμοκρασίες σε περιοχές με θερμικές ανωμαλίες. Η διάρκεια ζωής τέτοιων πηγαδιών σε πολλές χώρες δεν φτάνει καν τα 10 χρόνια.

Ταυτόχρονα, η εμπειρία επιβεβαιώνει ότι με την παρουσία ρηχών συλλεκτών φυσικού ατμού, η κατασκευή ενός Γεωθερμικού Σταθμού είναι η πιο κερδοφόρα επιλογή για τη χρήση της γεωθερμικής ενέργειας. Η λειτουργία τέτοιων GeoTPPs έχει δείξει την ανταγωνιστικότητά τους σε σύγκριση με άλλους τύπους σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εκ τούτου, η χρήση αποθεμάτων γεωθερμικών υδάτων και υδροθερμικών ατμών στη χώρα μας στη χερσόνησο Καμτσάτκα και στα νησιά της αλυσίδας Κουρίλ, στις περιοχές του Βόρειου Καυκάσου, και ενδεχομένως και σε άλλες περιοχές, είναι σκόπιμη και έγκαιρη. Όμως τα κοιτάσματα ατμού είναι σπάνια, τα γνωστά και προβλεπόμενα αποθέματά του είναι μικρά. Πολύ πιο κοινές αποθέσεις θερμότητας και ηλεκτρικού νερού δεν βρίσκονται πάντα αρκετά κοντά στον καταναλωτή - το αντικείμενο παροχής θερμότητας. Αυτό αποκλείει την πιθανότητα μεγάλης κλίμακας αποτελεσματικής χρήσης τους.

Συχνά, τα ζητήματα της καταπολέμησης της κλιμάκωσης εξελίσσονται σε ένα σύνθετο πρόβλημα. Η χρήση γεωθερμικών, κατά κανόνα, ανοργανοποιημένων πηγών ως φορέα θερμότητας οδηγεί σε υπερανάπτυξη ζωνών γεωτρήσεων με σχηματισμούς οξειδίου του σιδήρου, ανθρακικού ασβεστίου και πυριτικών. Επιπλέον, τα προβλήματα διάβρωσης-διάβρωσης και απολέπισης επηρεάζουν αρνητικά τη λειτουργία του εξοπλισμού. Το πρόβλημα, επίσης, είναι η απόρριψη μεταλλευμένων και λυμάτων που περιέχουν τοξικές ακαθαρσίες. Επομένως, η απλούστερη τεχνολογία σιντριβανιών δεν μπορεί να χρησιμεύσει ως βάση για την ευρεία ανάπτυξη των γεωθερμικών πόρων.

Σύμφωνα με προκαταρκτικές εκτιμήσεις στο έδαφος της Ρωσικής Ομοσπονδίας, τα προβλεπόμενα αποθέματα ιαματικών νερών με θερμοκρασία 40-250 °C, αλατότητα 35-200 g/l και βάθος έως 3000 m είναι 21-22 εκατομμύρια m3. /ημέρα, που ισοδυναμεί με την καύση 30-40 εκατομμυρίων τόνων .t. στο έτος.

Τα προβλεπόμενα αποθέματα του μίγματος ατμού-αέρα με θερμοκρασία 150-250 °C στη χερσόνησο Καμτσάτκα και στα νησιά Κουρίλ είναι 500 χιλιάδες m3/ημέρα. και αποθέματα ιαματικών νερών με θερμοκρασία 40-100 ° C - 150 χιλιάδες m3 / ημέρα.

Τα αποθέματα ιαματικών νερών με ρυθμό ροής περίπου 8 εκατομμύρια m3/ημέρα, με αλατότητα έως 10 g/l και θερμοκρασία άνω των 50 °C θεωρούνται κορυφαία προτεραιότητα για ανάπτυξη.

Πολύ μεγαλύτερη σημασία για την ενέργεια του μέλλοντος έχει η εξόρυξη θερμικής ενέργειας, πρακτικά ανεξάντλητων πετρογεωθερμικών πόρων. Αυτή η γεωθερμική ενέργεια, που περικλείεται σε στερεά θερμά πετρώματα, αποτελεί το 99% των συνολικών πόρων της υπόγειας θερμικής ενέργειας. Σε βάθος έως και 4-6 km, ορεινοί όγκοι με θερμοκρασία 300-400 °C μπορούν να βρεθούν μόνο κοντά στους ενδιάμεσους θαλάμους ορισμένων ηφαιστείων, αλλά θερμοί βράχοι με θερμοκρασία 100-150 °C είναι κατανεμημένοι σχεδόν παντού στο αυτά τα βάθη, και με θερμοκρασία 180-200 °C σε ένα αρκετά σημαντικό τμήμα της επικράτειας της Ρωσίας.

Για δισεκατομμύρια χρόνια, οι πυρηνικές, βαρυτικές και άλλες διεργασίες στο εσωτερικό της Γης παράγουν και συνεχίζουν να παράγουν θερμική ενέργεια. Μέρος του ακτινοβολείται στο διάστημα και η θερμότητα συσσωρεύεται στα βάθη, δηλ. η θερμική περιεκτικότητα των στερεών, υγρών και αέριων φάσεων της γήινης ύλης ονομάζεται γεωθερμική ενέργεια.

Η συνεχής παραγωγή ενδογήινης θερμότητας αντισταθμίζει τις εξωτερικές της απώλειες, χρησιμεύει ως πηγή συσσώρευσης γεωθερμικής ενέργειας και καθορίζει το ανανεώσιμο μέρος των πόρων της. Η συνολική απομάκρυνση θερμότητας από το εσωτερικό προς την επιφάνεια της γης είναι τρεις φορές υψηλότερη από την τρέχουσα δυναμικότητα των σταθμών παραγωγής ενέργειας στον κόσμο και υπολογίζεται σε 30 TW.

Ωστόσο, είναι σαφές ότι η ανανεώσιμη δυνατότητα έχει σημασία μόνο για περιορισμένους φυσικούς πόρους και το συνολικό δυναμικό της γεωθερμικής ενέργειας είναι πρακτικά ανεξάντλητο, αφού θα πρέπει να οριστεί ως η συνολική ποσότητα θερμότητας που διατίθεται στη Γη.

Δεν είναι τυχαίο ότι τις τελευταίες δεκαετίες, ο κόσμος εξετάζει την κατεύθυνση της αποτελεσματικότερης χρήσης της ενέργειας της βαθιάς θερμότητας της Γης προκειμένου να αντικαταστήσει εν μέρει το φυσικό αέριο, το πετρέλαιο και τον άνθρακα. Αυτό θα καταστεί δυνατό όχι μόνο σε περιοχές με υψηλές γεωθερμικές παραμέτρους, αλλά και σε οποιαδήποτε περιοχή του πλανήτη κατά τη γεώτρηση φρεατίων έγχυσης και παραγωγής και τη δημιουργία συστημάτων κυκλοφορίας μεταξύ τους.

Φυσικά, με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα πετρωμάτων, για την αποτελεσματική λειτουργία των συστημάτων κυκλοφορίας, είναι απαραίτητο να υπάρχει ή να δημιουργηθεί μια επαρκώς ανεπτυγμένη επιφάνεια ανταλλαγής θερμότητας στη ζώνη εξαγωγής θερμότητας. Μια τέτοια επιφάνεια συναντάται συχνά σε πορώδεις σχηματισμούς και ζώνες φυσικής αντίστασης σε θραύση, που βρίσκονται συχνά στα παραπάνω βάθη, η διαπερατότητα των οποίων καθιστά δυνατή την οργάνωση της εξαναγκασμένης διήθησης του ψυκτικού υγρού με αποτελεσματική εξαγωγή ενέργειας από πετρώματα, καθώς και τεχνητή δημιουργία μιας εκτεταμένης επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας σε χαμηλής διαπερατότητας πορώδεις ορεινούς όγκους με υδραυλική θραύση (βλ. σχήμα).

Επί του παρόντος, η υδραυλική ρωγμάτωση χρησιμοποιείται στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου ως ένας τρόπος για την αύξηση της διαπερατότητας των ταμιευτήρων για την ενίσχυση της ανάκτησης πετρελαίου στην ανάπτυξη κοιτασμάτων πετρελαίου. Η σύγχρονη τεχνολογία καθιστά δυνατή τη δημιουργία μιας στενής αλλά μεγάλης ρωγμής ή μιας μικρής αλλά πλατιάς. Είναι γνωστά παραδείγματα υδραυλικών καταγμάτων με κατάγματα μήκους έως 2-3 km.

Η εγχώρια ιδέα της εξόρυξης των κύριων γεωθερμικών πόρων που περιέχονται σε στερεά πετρώματα εκφράστηκε ήδη από το 1914 από τον Κ.Ε. Ομπρούτσεφ.

Το 1963, το πρώτο GCC δημιουργήθηκε στο Παρίσι για την εξαγωγή θερμότητας από πορώδεις σχηματισμούς πετρωμάτων για θέρμανση και κλιματισμό στις εγκαταστάσεις του συγκροτήματος Broadcasting Chaos. Το 1985, στη Γαλλία λειτουργούσαν ήδη 64 GCC με συνολική θερμική ισχύ 450 MW, με ετήσια εξοικονόμηση περίπου 150.000 τόνων πετρελαίου. Την ίδια χρονιά, το πρώτο τέτοιο GCC δημιουργήθηκε στην ΕΣΣΔ στην κοιλάδα Khankala κοντά στην πόλη του Γκρόζνι.

Το 1977, σύμφωνα με το έργο του Εθνικού Εργαστηρίου του Λος Άλαμος των ΗΠΑ, ξεκίνησαν οι δοκιμές ενός πειραματικού GCC με υδραυλική θραύση ενός σχεδόν αδιαπέραστου ορεινού όγκου στη θέση Fenton Hill στην πολιτεία του Νέου Μεξικού. Το κρύο γλυκό νερό που εγχύθηκε μέσα από το φρεάτιο (έγχυση) θερμάνθηκε λόγω ανταλλαγής θερμότητας με μια βραχώδη μάζα (185 OC) σε μια κατακόρυφη θραύση επιφάνειας 8000 m2, που σχηματίστηκε από υδραυλική θραύση σε βάθος 2,7 km. Σε ένα άλλο πηγάδι (παραγωγή), διασχίζοντας επίσης αυτή τη ρωγμή, υπερθερμασμένο νερό βγήκε στην επιφάνεια με τη μορφή πίδακα ατμού. Όταν κυκλοφορούσε σε κλειστό κύκλωμα υπό πίεση, η θερμοκρασία του υπερθερμασμένου νερού στην επιφάνεια έφτασε τους 160-180 °C και η θερμική ισχύς του συστήματος - 4-5 MW. Οι διαρροές ψυκτικού στον περιβάλλοντα όγκο ανήλθαν σε περίπου 1% της συνολικής ροής. Η συγκέντρωση των μηχανικών και χημικών προσμίξεων (έως 0,2 g/l) αντιστοιχούσε στις συνθήκες του γλυκού πόσιμου νερού. Το υδραυλικό κάταγμα δεν χρειάστηκε στερέωση και διατηρήθηκε ανοιχτό από την υδροστατική πίεση του υγρού. Η ελεύθερη συναγωγή που αναπτύχθηκε σε αυτό εξασφάλισε αποτελεσματική συμμετοχή στην ανταλλαγή θερμότητας σχεδόν ολόκληρης της επιφάνειας της έκφυσης της θερμής βραχώδους μάζας.

Η εξόρυξη υπόγειας θερμικής ενέργειας από θερμά αδιαπέραστα πετρώματα, βάσει των μεθόδων κεκλιμένης γεώτρησης και υδραυλικής ρωγμής που έχουν κατακτηθεί και εφαρμοστεί στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου για μεγάλο χρονικό διάστημα, δεν προκάλεσε σεισμική δραστηριότητα ή άλλες επιβλαβείς επιπτώσεις στο περιβάλλον.

Το 1983, Βρετανοί επιστήμονες επανέλαβαν την αμερικανική εμπειρία δημιουργώντας ένα πειραματικό GCC με υδραυλική θραύση γρανιτών στο Carnwell. Παρόμοιες εργασίες πραγματοποιήθηκαν στη Γερμανία, τη Σουηδία. Περισσότερα από 224 έργα γεωθερμικής θέρμανσης έχουν υλοποιηθεί στις ΗΠΑ. Θεωρείται, ωστόσο, ότι οι γεωθερμικοί πόροι μπορούν να παρέχουν το μεγαλύτερο μέρος των μελλοντικών αναγκών θερμικής ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών σε μη ηλεκτρική ενέργεια. Στην Ιαπωνία, η δυναμικότητα του GeoTPP το 2000 έφτασε τα 50 GW περίπου.

Επί του παρόντος, η έρευνα και η εξερεύνηση των γεωθερμικών πόρων πραγματοποιείται σε 65 χώρες. Στον κόσμο, με βάση τη γεωθερμική ενέργεια, έχουν δημιουργηθεί σταθμοί συνολικής ισχύος περίπου 10 GW. Τα Ηνωμένα Έθνη υποστηρίζουν ενεργά την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας.

Η εμπειρία που έχει συσσωρευτεί σε πολλές χώρες του κόσμου στη χρήση γεωθερμικών ψυκτικών υγρών δείχνει ότι υπό ευνοϊκές συνθήκες είναι 2-5 φορές πιο κερδοφόροι από τους σταθμούς θερμικής και πυρηνικής ενέργειας. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι ένα γεωθερμικό πηγάδι μπορεί να αντικαταστήσει 158 χιλιάδες τόνους άνθρακα ετησίως.

Έτσι, η θερμότητα της Γης είναι, ίσως, η μόνη σημαντική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, η ορθολογική ανάπτυξη της οποίας υπόσχεται μείωση του κόστους ενέργειας σε σύγκριση με τη σύγχρονη ενέργεια καυσίμου. Με ένα εξίσου ανεξάντλητο ενεργειακό δυναμικό, οι ηλιακές και θερμοπυρηνικές εγκαταστάσεις, δυστυχώς, θα είναι ακριβότερες από τις υπάρχουσες καύσιμα.

Παρά την πολύ μεγάλη ιστορία της ανάπτυξης της θερμότητας της Γης, σήμερα η γεωθερμική τεχνολογία δεν έχει φτάσει ακόμη στην υψηλή της ανάπτυξη. Η ανάπτυξη της θερμικής ενέργειας της Γης αντιμετωπίζει μεγάλες δυσκολίες στην κατασκευή βαθιών φρεατίων, που αποτελούν κανάλι για να φέρει το ψυκτικό στην επιφάνεια. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας πυθμένα (200-250 °C), τα παραδοσιακά εργαλεία κοπής βράχου είναι ακατάλληλα για εργασία σε τέτοιες συνθήκες, υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για την επιλογή σωλήνων διάτρησης και περιβλήματος, τσιμεντοπολτούς, τεχνολογία διάτρησης, περίβλημα και ολοκλήρωση φρεατίων. Ο οικιακός εξοπλισμός μέτρησης, τα σειριακά λειτουργικά εξαρτήματα και ο εξοπλισμός παράγονται σε σχεδιασμό που επιτρέπει θερμοκρασίες όχι υψηλότερες από 150-200 ° C. Η παραδοσιακή βαθιά μηχανική γεώτρηση πηγαδιών μερικές φορές διαρκεί για χρόνια και απαιτεί σημαντικό οικονομικό κόστος. Στα κύρια στοιχεία ενεργητικού παραγωγής, το κόστος των φρεατίων είναι από 70 έως 90%. Αυτό το πρόβλημα μπορεί και πρέπει να λυθεί μόνο με τη δημιουργία μιας προοδευτικής τεχνολογίας για την ανάπτυξη του κύριου μέρους των γεωθερμικών πόρων, δηλ. εξαγωγή ενέργειας από θερμούς βράχους.

Η ομάδα Ρώσων επιστημόνων και ειδικών μας ασχολείται με το πρόβλημα της εξόρυξης και χρήσης της ανεξάντλητης, ανανεώσιμης βαθιάς θερμικής ενέργειας των θερμών πετρωμάτων της Γης στο έδαφος της Ρωσικής Ομοσπονδίας για περισσότερο από ένα χρόνο. Σκοπός της εργασίας είναι η δημιουργία, βάσει εγχώριων, υψηλών τεχνολογιών, τεχνικών μέσων για βαθιά διείσδυση στα έγκατα του φλοιού της γης. Επί του παρόντος, έχουν αναπτυχθεί διάφορες παραλλαγές εργαλείων διάτρησης (BS), που δεν έχουν ανάλογα στην παγκόσμια πρακτική.

Η λειτουργία της πρώτης έκδοσης του BS συνδέεται με την τρέχουσα συμβατική τεχνολογία γεώτρησης φρέατος. Ταχύτητα διάτρησης σκληρού βράχου (μέση πυκνότητα 2500-3300 kg/m3) έως 30 m/h, διάμετρος οπής 200-500 mm. Η δεύτερη παραλλαγή του BS εκτελεί γεωτρήσεις φρεατίων σε αυτόνομη και αυτόματη λειτουργία. Η εκτόξευση πραγματοποιείται από ειδική πλατφόρμα εκτόξευσης και αποδοχής, από την οποία ελέγχεται η κίνησή του. Χίλια μέτρα BS σε σκληρούς βράχους θα μπορούν να περάσουν μέσα σε λίγες ώρες. Διάμετρος φρεατίου από 500 έως 1000 mm. Οι επαναχρησιμοποιούμενες παραλλαγές BS έχουν μεγάλη οικονομική αποδοτικότητα και τεράστια δυνητική αξία. Η εισαγωγή του BS στην παραγωγή θα ανοίξει ένα νέο στάδιο στην κατασκευή γεωτρήσεων και θα παρέχει πρόσβαση σε ανεξάντλητες πηγές θερμικής ενέργειας της Γης.

Για τις ανάγκες παροχής θερμότητας, το απαιτούμενο βάθος πηγαδιών σε όλη τη χώρα κυμαίνεται από 3-4,5 χιλιάδες μέτρα και δεν υπερβαίνει τα 5-6 χιλιάδες μέτρα. Η θερμοκρασία του φορέα θερμότητας για στέγαση και κοινόχρηστη παροχή θερμότητας να μην υπερβαίνει τους 150 °C. Για βιομηχανικές εγκαταστάσεις, η θερμοκρασία, κατά κανόνα, δεν υπερβαίνει τους 180-200 °C.

Ο σκοπός της δημιουργίας του GCC είναι να παρέχει σταθερή, προσιτή, φθηνή θερμότητα σε απομακρυσμένες, δυσπρόσιτες και μη ανεπτυγμένες περιοχές της Ρωσικής Ομοσπονδίας. Η διάρκεια λειτουργίας του GCS είναι 25-30 χρόνια και άνω. Η περίοδος απόσβεσης των σταθμών (λαμβάνοντας υπόψη τις τελευταίες τεχνολογίες γεώτρησης) είναι 3-4 χρόνια.

Η δημιουργία στη Ρωσική Ομοσπονδία τα επόμενα χρόνια κατάλληλων δυνατοτήτων για τη χρήση γεωθερμικής ενέργειας για μη ηλεκτρικές ανάγκες θα αντικαταστήσει περίπου 600 εκατομμύρια τόνους ισοδύναμου καυσίμου. Η εξοικονόμηση μπορεί να φτάσει τα 2 τρισεκατομμύρια ρούβλια.

Μέχρι το 2030, καθίσταται δυνατή η δημιουργία ενεργειακών ικανοτήτων για την αντικατάσταση της πυρκαγιάς έως και 30%, και μέχρι το 2040 η σχεδόν πλήρης εξάλειψη των οργανικών πρώτων υλών ως καυσίμου από το ενεργειακό ισοζύγιο της Ρωσικής Ομοσπονδίας.

Βιβλιογραφία

1. Goncharov S.A. Θερμοδυναμική. Μόσχα: MGTUim. Ν.Ε. Bauman, 2002. 440 σελ.

2. Dyadkin Yu.D. κλπ. Γεωθερμική θερμική φυσική. Αγία Πετρούπολη: Nauka, 1993. 255 σελ.

3. Βάση ορυκτών πόρων του συγκροτήματος καυσίμων και ενέργειας της Ρωσίας. Κατάσταση και πρόγνωση / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko και άλλοι. V.Z. Garipova, Ε.Α. Κοζλόφσκι. Μ. 2004. 548 σελ.

4. Novikov G. P. et al. Διάνοιξη φρεατίων για ιαματικά νερά. Μ.: Νέδρα, 1986. 229 σελ.

Για τη Ρωσία, η ενέργεια της θερμότητας της Γης μπορεί να γίνει μια σταθερή, αξιόπιστη πηγή παροχής φθηνής και προσιτής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας χρησιμοποιώντας νέες υψηλές, φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες για την εξόρυξη και την παροχή της στον καταναλωτή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα αυτή τη στιγμή

Περιορισμένοι πόροι πρώτων υλών ορυκτής ενέργειας

Η ζήτηση για οργανικές ενεργειακές πρώτες ύλες είναι μεγάλη στις βιομηχανικές και αναπτυσσόμενες χώρες (ΗΠΑ, Ιαπωνία, κράτη της ενωμένης Ευρώπης, Κίνα, Ινδία κ.λπ.). Ταυτόχρονα, οι δικοί τους πόροι υδρογονανθράκων σε αυτές τις χώρες είναι είτε ανεπαρκείς είτε αποθεματικοί, και μια χώρα, για παράδειγμα, οι Ηνωμένες Πολιτείες, αγοράζει ενεργειακές πρώτες ύλες στο εξωτερικό ή αναπτύσσει κοιτάσματα σε άλλες χώρες.

Στη Ρωσία, μια από τις πλουσιότερες χώρες σε ενεργειακούς πόρους, οι οικονομικές ανάγκες για ενέργεια εξακολουθούν να ικανοποιούνται από τις δυνατότητες χρήσης φυσικών πόρων. Ωστόσο, η εξόρυξη ορυκτών υδρογονανθράκων από το υπέδαφος γίνεται με πολύ γρήγορους ρυθμούς. Αν στις δεκαετίες 1940-1960. Οι κύριες πετρελαιοπαραγωγικές περιοχές ήταν το «Δεύτερο Μπακού» στον Βόλγα και στα Ουράλια, στη συνέχεια, από τη δεκαετία του 1970, και μέχρι σήμερα, η Δυτική Σιβηρία είναι μια τέτοια περιοχή. Αλλά και εδώ υπάρχει σημαντική μείωση στην παραγωγή ορυκτών υδρογονανθράκων. Η εποχή του «ξηρού» αερίου της Κενομανίας φεύγει. Το προηγούμενο στάδιο εκτεταμένης ανάπτυξης της παραγωγής φυσικού αερίου έφτασε στο τέλος του. Η εξόρυξή του από γιγάντια κοιτάσματα όπως το Medvezhye, το Urengoyskoye και το Yamburgskoye ανήλθε σε 84, 65 και 50%, αντίστοιχα. Η αναλογία των αποθεμάτων πετρελαίου που είναι ευνοϊκά για την ανάπτυξη μειώνεται επίσης με την πάροδο του χρόνου.

Λόγω της ενεργού κατανάλωσης καυσίμων υδρογονανθράκων, τα χερσαία αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου έχουν μειωθεί σημαντικά. Τώρα τα κύρια αποθέματά τους συγκεντρώνονται στην υφαλοκρηπίδα. Και παρόλο που η βάση πρώτων υλών της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου εξακολουθεί να είναι επαρκής για την εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου στη Ρωσία στους απαιτούμενους όγκους, στο εγγύς μέλλον θα παρέχεται σε αυξανόμενο βαθμό μέσω της ανάπτυξης πεδίων με πολύπλοκη εξόρυξη και εξόρυξη και γεωλογικές συνθήκες. Ταυτόχρονα, το κόστος παραγωγής υδρογονανθράκων θα αυξηθεί.

Οι περισσότεροι από τους μη ανανεώσιμους πόρους που εξάγονται από το υπέδαφος χρησιμοποιούνται ως καύσιμο για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Πρώτα απ 'όλα, αυτό είναι το μερίδιο του οποίου στη δομή του καυσίμου είναι 64%.

Στη Ρωσία, το 70% της ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Οι ενεργειακές επιχειρήσεις της χώρας καίνε ετησίως περίπου 500 εκατομμύρια τόνους κ.ε. τόνους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας, ενώ η παραγωγή θερμότητας καταναλώνει 3-4 φορές περισσότερα καύσιμα υδρογονανθράκων από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από την καύση αυτών των όγκων πρώτων υλών υδρογονανθράκων ισοδυναμεί με τη χρήση εκατοντάδων τόνων πυρηνικού καυσίμου - η διαφορά είναι τεράστια. Ωστόσο, η πυρηνική ενέργεια απαιτεί τη διασφάλιση της περιβαλλοντικής ασφάλειας (για την αποτροπή επανάληψης του Τσερνομπίλ) και την προστασία της από πιθανές τρομοκρατικές επιθέσεις, καθώς και τον ασφαλή και δαπανηρό παροπλισμό απαρχαιωμένων και χρησιμοποιημένων πυρηνικών μονάδων. Τα αποδεδειγμένα ανακτήσιμα αποθέματα ουρανίου στον κόσμο είναι περίπου 3 εκατομμύρια 400 χιλιάδες τόνοι Για όλη την προηγούμενη περίοδο (μέχρι το 2007) εξορύχθηκαν περίπου 2 εκατομμύρια τόνοι.

Οι ΑΠΕ ως το μέλλον της παγκόσμιας ενέργειας

Το αυξημένο ενδιαφέρον στον κόσμο τις τελευταίες δεκαετίες για εναλλακτικές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) προκαλείται όχι μόνο από την εξάντληση των αποθεμάτων υδρογονανθράκων, αλλά και από την ανάγκη επίλυσης περιβαλλοντικών προβλημάτων. Αντικειμενικοί παράγοντες (αποθέματα ορυκτών καυσίμων και ουρανίου, καθώς και περιβαλλοντικές αλλαγές που σχετίζονται με τη χρήση της παραδοσιακής πυρκαγιάς και της πυρηνικής ενέργειας) και οι τάσεις της ενεργειακής ανάπτυξης υποδηλώνουν ότι η μετάβαση σε νέες μεθόδους και μορφές παραγωγής ενέργειας είναι αναπόφευκτη. Ήδη στο πρώτο μισό του XXI αιώνα. θα υπάρξει πλήρης ή σχεδόν πλήρης μετάβαση σε μη παραδοσιακές πηγές ενέργειας.

Όσο πιο γρήγορα γίνει μια τομή προς αυτή την κατεύθυνση, τόσο λιγότερο επώδυνη θα είναι για όλη την κοινωνία και τόσο πιο ωφέλιμο για τη χώρα, όπου θα γίνουν αποφασιστικά βήματα προς αυτή την κατεύθυνση.

Η παγκόσμια οικονομία έχει ήδη χαράξει μια πορεία για τη μετάβαση σε έναν ορθολογικό συνδυασμό παραδοσιακών και νέων πηγών ενέργειας. Η κατανάλωση ενέργειας στον κόσμο μέχρι το 2000 ανερχόταν σε περισσότερους από 18 δισεκατομμύρια τόνους ισοδύναμου καυσίμου. τόνους και η κατανάλωση ενέργειας έως το 2025 μπορεί να αυξηθεί σε 30-38 δισεκατομμύρια τόνους ισοδύναμου καυσίμου. τόνους, σύμφωνα με τα προγνωστικά στοιχεία, μέχρι το 2050 είναι δυνατή η κατανάλωση στα επίπεδα των 60 δισεκατομμυρίων τόνων ισοδύναμου καυσίμου. τ. Χαρακτηριστική τάση στην ανάπτυξη της παγκόσμιας οικονομίας την εξεταζόμενη περίοδο είναι η συστηματική μείωση της κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων και η αντίστοιχη αύξηση στη χρήση μη παραδοσιακών ενεργειακών πόρων. Η θερμική ενέργεια της Γης κατέχει μια από τις πρώτες θέσεις ανάμεσά τους.

Επί του παρόντος, το Υπουργείο Ενέργειας της Ρωσικής Ομοσπονδίας έχει υιοθετήσει ένα πρόγραμμα για την ανάπτυξη μη παραδοσιακής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων 30 μεγάλων έργων για τη χρήση μονάδων αντλίας θερμότητας (HPU), η αρχή λειτουργίας των οποίων βασίζεται στην κατανάλωση χαμηλής δυναμικής θερμικής ενέργειας της Γης.

Χαμηλής δυναμικής ενέργειας των αντλιών θερμότητας και θερμότητας της Γης

Οι πηγές ενέργειας χαμηλού δυναμικού της θερμότητας της Γης είναι η ηλιακή ακτινοβολία και η θερμική ακτινοβολία των θερμαινόμενων εντέρων του πλανήτη μας. Επί του παρόντος, η χρήση αυτής της ενέργειας είναι ένας από τους πιο δυναμικά αναπτυσσόμενους τομείς ενέργειας που βασίζεται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Η θερμότητα της Γης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τύπους κτιρίων και κατασκευών για θέρμανση, παροχή ζεστού νερού, κλιματισμό (ψύξη), καθώς και για θέρμανση πίστες τη χειμερινή περίοδο, αποφυγή παγοποίησης, θέρμανση γηπέδων σε ανοιχτά γήπεδα κ.λπ. Στην αγγλική τεχνική βιβλιογραφία του συστήματος που χρησιμοποιεί τη θερμότητα της Γης σε συστήματα θέρμανσης και κλιματισμού αναφέρονται ως GHP - "geothermal heat pumps" (geothermal heat pumps). Τα κλιματικά χαρακτηριστικά των χωρών της Κεντρικής και Βόρειας Ευρώπης, οι οποίες, μαζί με τις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά, αποτελούν τις κύριες περιοχές για τη χρήση της χαμηλής θερμότητας της Γης, το καθορίζουν κυρίως για σκοπούς θέρμανσης. Η ψύξη του αέρα, ακόμη και το καλοκαίρι, απαιτείται σχετικά σπάνια. Επομένως, σε αντίθεση με τις ΗΠΑ, οι αντλίες θερμότητας στις ευρωπαϊκές χώρες λειτουργούν κυρίως σε λειτουργία θέρμανσης. Στις ΗΠΑ, χρησιμοποιούνται συχνότερα σε συστήματα θέρμανσης αέρα σε συνδυασμό με εξαερισμό, ο οποίος επιτρέπει τόσο τη θέρμανση όσο και την ψύξη του εξωτερικού αέρα. Στις ευρωπαϊκές χώρες, οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα θέρμανσης νερού. Δεδομένου ότι η απόδοσή τους αυξάνεται καθώς μειώνεται η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του εξατμιστή και του συμπυκνωτή, τα συστήματα θέρμανσης δαπέδου χρησιμοποιούνται συχνά για τη θέρμανση κτιρίων, στα οποία κυκλοφορεί ένα ψυκτικό σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας (35–40 ° C).

Τύποι συστημάτων για τη χρήση της χαμηλής δυναμικής ενέργειας της θερμότητας της Γης

Στη γενική περίπτωση, μπορούν να διακριθούν δύο τύποι συστημάτων για τη χρήση της ενέργειας χαμηλού δυναμικού της θερμότητας της Γης:

- ανοιχτά συστήματα: ως πηγή θερμικής ενέργειας χαμηλής ποιότητας, χρησιμοποιούνται υπόγεια ύδατα, τα οποία τροφοδοτούνται απευθείας στις αντλίες θερμότητας.

- κλειστά συστήματα: οι εναλλάκτες θερμότητας βρίσκονται στον ορεινό όγκο του εδάφους. όταν ένα ψυκτικό με θερμοκρασία χαμηλότερη από το έδαφος κυκλοφορεί μέσα τους, η θερμική ενέργεια «αποσύρεται» από το έδαφος και μεταφέρεται στον εξατμιστή της αντλίας θερμότητας (ή όταν χρησιμοποιείται ψυκτικό με υψηλότερη θερμοκρασία σε σχέση με το έδαφος, ψύχεται ).

Τα μειονεκτήματα των ανοιχτών συστημάτων είναι ότι τα φρεάτια απαιτούν συντήρηση. Επιπλέον, η χρήση τέτοιων συστημάτων δεν είναι δυνατή σε όλους τους τομείς. Οι βασικές απαιτήσεις για το έδαφος και τα υπόγεια ύδατα είναι οι εξής:

- επαρκής υδατοπερατότητα του εδάφους, επιτρέποντας την αναπλήρωση των αποθεμάτων νερού.

– καλή χημεία των υπόγειων υδάτων (π.χ. χαμηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο) για την αποφυγή προβλημάτων αλάτων και διάβρωσης των σωλήνων.

Κλειστά συστήματα για τη χρήση της χαμηλής δυναμικής ενέργειας της θερμότητας της Γης

Τα κλειστά συστήματα είναι οριζόντια και κάθετα (Εικόνα 1).

Ρύζι. 1. Σχέδιο εγκατάστασης αντλίας θερμότητας γεωθερμικής με: α - οριζόντια

και β - κάθετοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους.

Οριζόντιος εναλλάκτης θερμότητας εδάφους

Στις χώρες της Δυτικής και Κεντρικής Ευρώπης, οι οριζόντιοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους είναι συνήθως χωριστοί σωλήνες που τοποθετούνται σχετικά σφιχτά και συνδέονται μεταξύ τους σε σειρά ή παράλληλα (Εικ. 2).

Ρύζι. 2. Οριζόντιοι εναλλάκτες θερμότητας εδάφους με: α - διαδοχικά και

β - παράλληλη σύνδεση.

Για την εξοικονόμηση της περιοχής του χώρου όπου αφαιρείται η θερμότητα, έχουν αναπτυχθεί βελτιωμένοι τύποι εναλλάκτη θερμότητας, για παράδειγμα, εναλλάκτες θερμότητας με τη μορφή σπειροειδούς σχήματος (Εικ. 3), που βρίσκονται οριζόντια ή κάθετα. Αυτή η μορφή εναλλάκτη θερμότητας είναι κοινή στις ΗΠΑ.

ΤΟΥΣ. Καπιτόνοφ

Η πυρηνική θερμότητα της γης

Θερμότητα της γης

Η γη είναι ένα σώμα αρκετά θερμαινόμενο και είναι πηγή θερμότητας. Θερμαίνεται κυρίως λόγω της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφά. Αλλά η Γη έχει επίσης τη δική της θερμική πηγή συγκρίσιμη με τη θερμότητα που λαμβάνει από τον Ήλιο. Πιστεύεται ότι αυτή η ίδια η ενέργεια της Γης έχει την ακόλουθη προέλευση. Η Γη προέκυψε πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το σχηματισμό του Ήλιου από έναν πρωτοπλανητικό δίσκο αερίου-σκόνης που περιστρέφεται γύρω του και συμπυκνώνεται. Σε πρώιμο στάδιο του σχηματισμού της, η ουσία της γης θερμάνθηκε λόγω της σχετικά αργής βαρυτικής συμπίεσης. Σημαντικό ρόλο στη θερμική ισορροπία της Γης έπαιξε και η ενέργεια που απελευθερώθηκε κατά την πτώση μικρών κοσμικών σωμάτων πάνω της. Επομένως, η νεαρή Γη ήταν λιωμένη. Ψύχοντας, έφτασε σταδιακά στη σημερινή του κατάσταση με μια συμπαγή επιφάνεια, σημαντικό μέρος της οποίας καλύπτεται από ωκεάνια και θαλάσσια νερά. Αυτό το σκληρό εξωτερικό στρώμα ονομάζεται ο φλοιός της γηςκαι κατά μέσο όρο, στην ξηρά, το πάχος του είναι περίπου 40 km, και κάτω από τα ωκεάνια νερά - 5-10 km. Το βαθύτερο στρώμα της γης, που ονομάζεται μανδύαςαποτελείται επίσης από ένα στερεό. Εκτείνεται σε βάθος σχεδόν 3000 km και περιέχει το μεγαλύτερο μέρος της γήινης ύλης. Τέλος, το πιο εσωτερικό μέρος της Γης είναι το δικό της πυρήνας. Αποτελείται από δύο στρώματα - εξωτερικό και εσωτερικό. εξωτερικός πυρήναςαυτό είναι ένα στρώμα λιωμένου σιδήρου και νικελίου σε θερμοκρασία 4500-6500 K με πάχος 2000-2500 km. εσωτερικός πυρήναςμε ακτίνα 1000-1500 km είναι ένα στερεό κράμα σιδήρου-νικελίου που θερμαίνεται σε θερμοκρασία 4000-5000 K με πυκνότητα περίπου 14 g / cm 3, το οποίο προέκυψε σε τεράστια (σχεδόν 4 εκατομμύρια bar) πίεση.
Εκτός από την εσωτερική θερμότητα της Γης, που κληρονομήθηκε από το πιο πρώιμο θερμό στάδιο του σχηματισμού της, και η ποσότητα της οποίας θα πρέπει να μειώνεται με το χρόνο, υπάρχει μια άλλη, μακροπρόθεσμη, που σχετίζεται με τη ραδιενεργή διάσπαση των πυρήνων με μακρά μισή ζωή - πρώτα απ 'όλα, 232 Th, 235 U , 238 U και 40 K. Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτές τις διασπάσεις - αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 99% της ραδιενεργής ενέργειας της γης - αναπληρώνει συνεχώς τα θερμικά αποθέματα της Γης. Οι παραπάνω πυρήνες περιέχονται στον φλοιό και τον μανδύα. Η αποσύνθεσή τους οδηγεί σε θέρμανση τόσο του εξωτερικού όσο και του εσωτερικού στρώματος της Γης.
Μέρος της τεράστιας θερμότητας που περιέχεται μέσα στη Γη βγαίνει συνεχώς στην επιφάνειά της, συχνά σε πολύ μεγάλης κλίμακας ηφαιστειακές διεργασίες. Η ροή θερμότητας που ρέει από τα βάθη της Γης μέσω της επιφάνειάς της είναι γνωστή. Είναι (47±2)·10 12 watts, που ισοδυναμεί με τη θερμότητα που μπορεί να παραχθεί από 50 χιλιάδες πυρηνικούς σταθμούς (η μέση ισχύς ενός πυρηνικού σταθμού είναι περίπου 10 9 Watt). Γεννιέται το ερώτημα εάν η ραδιενεργή ενέργεια παίζει κάποιο σημαντικό ρόλο στον συνολικό θερμικό προϋπολογισμό της Γης, και αν ναι, ποιος ρόλος; Η απάντηση σε αυτά τα ερωτήματα παρέμενε άγνωστη για πολύ καιρό. Τώρα υπάρχουν ευκαιρίες να απαντηθούν αυτές οι ερωτήσεις. Ο βασικός ρόλος εδώ ανήκει στα νετρίνα (αντινετρίνα), τα οποία γεννιούνται στις διαδικασίες ραδιενεργού διάσπασης των πυρήνων που αποτελούν τη γήινη ύλη και που ονομάζονται γεω-νετρίνο.

Γεω-νετρίνο

Γεω-νετρίνοείναι η συνδυασμένη ονομασία για τα νετρίνα ή τα αντινετρίνα, τα οποία εκπέμπονται ως αποτέλεσμα της βήτα διάσπασης των πυρήνων που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια της γης. Προφανώς, λόγω της άνευ προηγουμένου διεισδυτικής ικανότητας, η καταγραφή αυτών (και μόνο αυτών) από επίγειους ανιχνευτές νετρίνων μπορεί να παρέχει αντικειμενικές πληροφορίες σχετικά με τις διαδικασίες ραδιενεργής διάσπασης που συμβαίνουν βαθιά μέσα στη Γη. Ένα παράδειγμα τέτοιας διάσπασης είναι η β - διάσπαση του πυρήνα 228 Ra, που είναι το γινόμενο της διάσπασης α του μακρόβιου πυρήνα 232 Th (βλ. πίνακα):

Ο χρόνος ημιζωής (T 1/2) του πυρήνα 228 Ra είναι 5,75 χρόνια και η απελευθερωμένη ενέργεια είναι περίπου 46 keV. Το ενεργειακό φάσμα των αντινετρίνων είναι συνεχές με ένα ανώτερο όριο κοντά στην εκλυόμενη ενέργεια.
Οι διασπάσεις των πυρήνων 232 Th, 235 U, 238 U είναι αλυσίδες διαδοχικών διασπάσεων που σχηματίζουν τα λεγόμενα ραδιενεργές σειρές. Σε τέτοιες αλυσίδες, οι α-διασπάσεις παρεμβάλλονται με β--διασπάσεις, αφού στις α-διασπάσεις οι τελικοί πυρήνες αποδεικνύεται ότι μετατοπίζονται από τη γραμμή β-σταθερότητας στην περιοχή των πυρήνων που είναι υπερφορτωμένοι με νετρόνια. Μετά από μια αλυσίδα διαδοχικών διασπάσεων στο τέλος κάθε σειράς, σχηματίζονται σταθεροί πυρήνες με τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων κοντά ή ίσο με μαγικούς αριθμούς (Z = 82,Ν= 126). Τέτοιοι τελικοί πυρήνες είναι σταθερά ισότοπα μολύβδου ή βισμούθιου. Έτσι, η διάσπαση του T 1/2 τελειώνει με το σχηματισμό του διπλά μαγικού πυρήνα 208 Pb, και στο μονοπάτι 232 Th → 208 Pb, συμβαίνουν έξι α-διασπάσεις, που εναλλάσσονται με τέσσερις β - διασπάσεις (στην αλυσίδα 238 U → 206 Pb, οκτώ α- και έξι β - - διασπάται· υπάρχουν επτά διασπάσεις α- και τέσσερις β − στην αλυσίδα 235 U → 207 Pb). Έτσι, το ενεργειακό φάσμα των αντινετρίνων από κάθε ραδιενεργή σειρά είναι μια υπέρθεση μερικών φασμάτων από μεμονωμένες β − διασπάσεις που συνθέτουν αυτήν τη σειρά. Τα φάσματα των αντινετρίνων που παράγονται σε διασπάσεις 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K φαίνονται στα Σχ. 1. Η διάσπαση των 40 K είναι μια μονή διάσπαση β − (βλ. πίνακα). Τα αντινετρίνα φτάνουν στην υψηλότερη ενέργειά τους (έως 3,26 MeV) στη διάσπαση
214 Bi → 214 Po, που είναι ένας σύνδεσμος στη ραδιενεργή σειρά 238 U. Η συνολική ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διέλευση όλων των συνδέσμων διάσπασης στη σειρά 232 Th → 208 Pb είναι 42,65 MeV. Για τις ραδιενεργές σειρές 235 U και 238 U, αυτές οι ενέργειες είναι 46,39 και 51,69 MeV, αντίστοιχα. Ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση
40 K → 40 Ca είναι 1,31 MeV.

Χαρακτηριστικά πυρήνων 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K

Πυρήνας	Κοινή χρήση σε % σε ένα μείγμα ισότοπα	Αριθμός πυρήνων αφορά. Si πυρήνες	Τ 1/2 δισεκατομμύρια χρόνια
232ο	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40 χιλ	0.0117	0.440	1.25

Η εκτίμηση της ροής των γεωνετρίνων, που έγινε με βάση τη διάσπαση των πυρήνων 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K που περιέχονται στη σύνθεση της γήινης ύλης, οδηγεί σε τιμή της τάξης των 10 6 cm -2 δευτ. -1. Καταγράφοντας αυτά τα γεωνετρίνα, μπορεί κανείς να λάβει πληροφορίες για το ρόλο της ραδιενεργής θερμότητας στο συνολικό θερμικό ισοζύγιο της Γης και να δοκιμάσει τις ιδέες μας σχετικά με το περιεχόμενο μακρόβιων ραδιοϊσοτόπων στην γήινη ύλη.

Ρύζι. 1. Ενεργειακά φάσματα αντινετρίνων από πυρηνική διάσπαση

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K κανονικοποιημένα σε μία διάσπαση του γονικού πυρήνα

Η αντίδραση χρησιμοποιείται για την καταγραφή των ηλεκτρονιακών αντινετρίνων

P → e + + n, (1)

στο οποίο ανακαλύφθηκε πράγματι αυτό το σωματίδιο. Το κατώφλι για αυτή την αντίδραση είναι 1,8 MeV. Επομένως, μόνο τα γεωνετρίνα που σχηματίζονται σε αλυσίδες διάσπασης ξεκινώντας από πυρήνες 232 Th και 238 U μπορούν να καταχωρηθούν στην παραπάνω αντίδραση. Η αποτελεσματική διατομή της υπό συζήτηση αντίδρασης είναι εξαιρετικά μικρή: σ ≈ 10 -43 cm 2. Ως εκ τούτου, προκύπτει ότι ένας ανιχνευτής νετρίνων με ευαίσθητο όγκο 1 m 3 δεν θα καταγράφει περισσότερα από μερικά συμβάντα ανά έτος. Προφανώς, για την αξιόπιστη στερέωση των ροών γεω-νετρίνων χρειάζονται ανιχνευτές νετρίνων μεγάλου όγκου, που βρίσκονται σε υπόγεια εργαστήρια για μέγιστη προστασία από το φόντο. Η ιδέα να χρησιμοποιηθούν ανιχνευτές σχεδιασμένοι για τη μελέτη των ηλιακών νετρίνων και των νετρίνων του αντιδραστήρα για την καταγραφή των γεωνετρίνων προέκυψε το 1998. Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο ανιχνευτές νετρίνων μεγάλου όγκου που χρησιμοποιούν υγρό σπινθηριστή και κατάλληλοι για την επίλυση του προβλήματος. Αυτοί είναι οι ανιχνευτές νετρίνων των πειραμάτων KamLAND (Ιαπωνία, ) και Borexino (Ιταλία, ). Παρακάτω εξετάζουμε τη συσκευή του ανιχνευτή Borexino και τα αποτελέσματα που προέκυψαν σε αυτόν τον ανιχνευτή σχετικά με την καταγραφή των γεωνετρίνων.

Ανιχνευτής Borexino και καταγραφή γεωνετρίνων

Ο ανιχνευτής νετρίνων Borexino βρίσκεται στην κεντρική Ιταλία σε ένα υπόγειο εργαστήριο κάτω από την οροσειρά Gran Sasso, του οποίου οι βουνοκορφές φτάνουν τα 2,9 km (Εικ. 2).

Ρύζι. Εικ. 2. Διάγραμμα θέσης του εργαστηρίου νετρίνων κάτω από την οροσειρά Gran Sasso (κεντρική Ιταλία)

Το Borexino είναι ένας μη τμηματοποιημένος ανιχνευτής μάζας του οποίου το ενεργό μέσο είναι
280 τόνοι οργανικού υγρού σπινθηριστή. Γέμισε ένα νάιλον σφαιρικό δοχείο διαμέτρου 8,5 m (Εικ. 3). Ο σπινθηριστής ήταν ψευδοκουμένιο (C9H12) με ένα πρόσθετο PPO που μετατοπίζει το φάσμα (1,5 g/l). Το φως από τον σπινθηριστή συλλέγεται από 2212 φωτοπολλαπλασιαστές οκτώ ιντσών (PMTs) που τοποθετούνται σε μια σφαίρα από ανοξείδωτο χάλυβα (SSS).

Ρύζι. 3. Σχέδιο της συσκευής του ανιχνευτή Borexino

Ένα νάιλον δοχείο με ψευδοκυμένιο είναι ένας εσωτερικός ανιχνευτής του οποίου η αποστολή είναι να καταγράφει τα νετρίνα (αντινετρίνα). Ο εσωτερικός ανιχνευτής περιβάλλεται από δύο ομόκεντρες ζώνες προστασίας που τον προστατεύουν από τις εξωτερικές ακτίνες γάμμα και τα νετρόνια. Η εσωτερική ζώνη είναι γεμάτη με ένα μη σπινθηριστικό μέσο που αποτελείται από 900 τόνους ψευδοκουμένιο με πρόσθετα φθαλικού διμεθυλεστέρα για την κατάσβεση των σπινθηρισμών. Η εξωτερική ζώνη βρίσκεται στην κορυφή του SNS και είναι ένας ανιχνευτής νερού Cherenkov που περιέχει 2000 τόνους υπερκαθαρού νερού και διακόπτει τα σήματα από μιόνια που εισέρχονται στην εγκατάσταση από το εξωτερικό. Για κάθε αλληλεπίδραση που συμβαίνει στον εσωτερικό ανιχνευτή, προσδιορίζεται η ενέργεια και ο χρόνος. Η βαθμονόμηση του ανιχνευτή χρησιμοποιώντας διάφορες ραδιενεργές πηγές κατέστησε δυνατό τον ακριβή προσδιορισμό της ενεργειακής του κλίμακας και του βαθμού αναπαραγωγιμότητας του φωτεινού σήματος.
Το Borexino είναι ένας ανιχνευτής πολύ υψηλής καθαρότητας ακτινοβολίας. Όλα τα υλικά επιλέχθηκαν αυστηρά και ο σπινθηριστής καθαρίστηκε για να ελαχιστοποιηθεί το εσωτερικό υπόβαθρο. Λόγω της υψηλής καθαρότητας ακτινοβολίας του, το Borexino είναι ένας εξαιρετικός ανιχνευτής για την ανίχνευση αντινετρίνων.
Στην αντίδραση (1), το ποζιτρόνιο δίνει ένα στιγμιαίο σήμα, το οποίο μετά από κάποιο χρονικό διάστημα ακολουθείται από τη σύλληψη ενός νετρονίου από έναν πυρήνα υδρογόνου, ο οποίος οδηγεί στην εμφάνιση ενός γ-κβαντικού με ενέργεια 2,22 MeV, το οποίο δημιουργεί ένα καθυστερημένο σήμα σε σχέση με το πρώτο. Στο Borexino, ο χρόνος σύλληψης νετρονίων είναι περίπου 260 μs. Τα στιγμιαία και καθυστερημένα σήματα συσχετίζονται στο χώρο και στο χρόνο, παρέχοντας ακριβή αναγνώριση του γεγονότος που προκαλείται από e .
Το κατώφλι για την αντίδραση (1) είναι 1,806 MeV και, όπως φαίνεται από το Σχ. 1, όλα τα γεωνετρίνα από τις διασπάσεις των 40 K και 235 U βρίσκονται κάτω από αυτό το όριο, και μόνο ένα μέρος των γεωνετρίνων που προήλθαν από τις διασπάσεις των 232 Th και 238 U μπορεί να ανιχνευθεί.
Ο ανιχνευτής Borexino εντόπισε για πρώτη φορά σήματα από γεωνετρίνα το 2010 και πρόσφατα δημοσίευσε νέα αποτελέσματα με βάση παρατηρήσεις 2056 ημερών από τον Δεκέμβριο του 2007 έως τον Μάρτιο του 2015. Παρακάτω παρουσιάζουμε τα δεδομένα που ελήφθησαν και τα αποτελέσματα της συζήτησής τους, βάσει άρθρου.
Ως αποτέλεσμα της ανάλυσης των πειραματικών δεδομένων, εντοπίστηκαν 77 υποψήφιοι για ηλεκτρονιακά αντινετρίνα που πληρούσαν όλα τα κριτήρια επιλογής. Το υπόβαθρο από γεγονότα που προσομοιώνουν το e εκτιμήθηκε από . Έτσι, η αναλογία σήματος/φόντου ήταν ≈100.
Η κύρια πηγή υποβάθρου ήταν τα αντινετρίνα του αντιδραστήρα. Για το Borexino, η κατάσταση ήταν αρκετά ευνοϊκή, καθώς δεν υπάρχουν πυρηνικοί αντιδραστήρες κοντά στο εργαστήριο Gran Sasso. Επιπλέον, τα αντινετρίνα του αντιδραστήρα είναι πιο ενεργητικά από τα γεωνετρίνα, γεγονός που κατέστησε δυνατό τον διαχωρισμό αυτών των αντινετρίνων από το ποζιτρόνιο με την ισχύ του σήματος. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης της συνεισφοράς των γεωνετρίνων και των αντινετρίνων του αντιδραστήρα στον συνολικό αριθμό των καταγεγραμμένων γεγονότων από το e φαίνονται στα Σχ. 4. Ο αριθμός των καταχωρημένων γεωνετρίνων που δίνεται από αυτή την ανάλυση (η σκιασμένη περιοχή αντιστοιχεί σε αυτά στο Σχ. 4) είναι ίσος με . Στο φάσμα των γεωνετρίνων που εξήχθησαν ως αποτέλεσμα της ανάλυσης, δύο ομάδες είναι ορατές - λιγότερο ενεργητικές, πιο έντονες και πιο ενεργητικές, λιγότερο έντονες. Οι συγγραφείς της περιγραφόμενης μελέτης συσχετίζουν αυτές τις ομάδες με τις διασπάσεις του θορίου και του ουρανίου, αντίστοιχα.
Στην ανάλυση που συζητήθηκε, χρησιμοποιήσαμε την αναλογία των μαζών θορίου και ουρανίου στην ύλη της Γης
m(Th)/m(U) = 3,9 (στον πίνακα αυτή η τιμή είναι ≈3,8). Αυτός ο αριθμός αντικατοπτρίζει τη σχετική περιεκτικότητα αυτών των χημικών στοιχείων στους χονδρίτες - την πιο κοινή ομάδα μετεωριτών (περισσότερο από το 90% των μετεωριτών που έπεσαν στη Γη ανήκουν σε αυτήν την ομάδα). Πιστεύεται ότι η σύνθεση των χονδριτών, με εξαίρεση τα ελαφρά αέρια (υδρογόνο και ήλιο), επαναλαμβάνει τη σύνθεση του ηλιακού συστήματος και του πρωτοπλανητικού δίσκου από τον οποίο σχηματίστηκε η Γη.

Ρύζι. Εικ. 4. Φάσμα της εξόδου φωτός από ποζιτρόνια σε μονάδες του αριθμού των φωτοηλεκτρονίων για υποψήφια συμβάντα αντινετρίνο (πειραματικά σημεία). Η σκιασμένη περιοχή είναι η συμβολή των γεωνετρίνων. Η συμπαγής γραμμή είναι η συμβολή των αντινετρίνων του αντιδραστήρα.

Με την ανάπτυξη και τη διαμόρφωση της κοινωνίας, η ανθρωπότητα άρχισε να αναζητά όλο και πιο σύγχρονους και ταυτόχρονα οικονομικούς τρόπους απόκτησης ενέργειας. Για αυτό κατασκευάζονται σήμερα διάφοροι σταθμοί, αλλά ταυτόχρονα χρησιμοποιείται ευρέως η ενέργεια που περιέχεται στα έγκατα της γης. Πώς είναι αυτή; Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε.

γεωθερμική ενέργεια

Ήδη από το όνομα είναι σαφές ότι αντιπροσωπεύει τη θερμότητα του εσωτερικού της γης. Κάτω από τον φλοιό της γης υπάρχει ένα στρώμα μάγματος, το οποίο είναι ένα πύρινο-υγρό πυριτικό τήγμα. Σύμφωνα με ερευνητικά δεδομένα, το ενεργειακό δυναμικό αυτής της θερμότητας είναι πολύ υψηλότερο από την ενέργεια των παγκόσμιων αποθεμάτων φυσικού αερίου, καθώς και του πετρελαίου. Το μάγμα βγαίνει στην επιφάνεια - λάβα. Επιπλέον, η μεγαλύτερη δραστηριότητα παρατηρείται σε εκείνα τα στρώματα της γης στα οποία βρίσκονται τα όρια των τεκτονικών πλακών, καθώς και όπου ο φλοιός της γης χαρακτηρίζεται από λεπτότητα. Η γεωθερμική ενέργεια της γης λαμβάνεται ως εξής: η λάβα και οι υδατικοί πόροι του πλανήτη βρίσκονται σε επαφή, με αποτέλεσμα το νερό να αρχίζει να θερμαίνεται απότομα. Αυτό οδηγεί στην έκρηξη του θερμοπίδακα, στο σχηματισμό των λεγόμενων θερμών λιμνών και υπόγειων ρευμάτων. Δηλαδή, ακριβώς εκείνα τα φαινόμενα της φύσης, οι ιδιότητες των οποίων χρησιμοποιούνται ενεργά ως ενέργειες.

Τεχνητές γεωθερμικές πηγές

Η ενέργεια που περιέχεται στα έγκατα της γης πρέπει να χρησιμοποιείται με σύνεση. Για παράδειγμα, υπάρχει μια ιδέα για τη δημιουργία υπόγειων λεβήτων. Για να γίνει αυτό, πρέπει να τρυπήσετε δύο φρεάτια επαρκούς βάθους, τα οποία θα συνδεθούν στο κάτω μέρος. Δηλαδή, αποδεικνύεται ότι σχεδόν σε οποιαδήποτε γωνιά της γης είναι δυνατή η απόκτηση γεωθερμικής ενέργειας με βιομηχανικό τρόπο: κρύο νερό θα αντληθεί στη δεξαμενή μέσω ενός φρεατίου και ζεστό νερό ή ατμός θα εξαχθεί μέσω του δεύτερου. Οι τεχνητές πηγές θερμότητας θα είναι ωφέλιμες και ορθολογικές εάν η προκύπτουσα θερμότητα παρέχει περισσότερη ενέργεια. Ο ατμός μπορεί να σταλεί σε στροβιλογεννήτριες που θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.

Φυσικά, η εξαγόμενη θερμότητα είναι μόνο ένα κλάσμα αυτού που είναι διαθέσιμο στα συνολικά αποθέματα. Αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι η βαθιά θερμότητα θα αναπληρώνεται συνεχώς λόγω των διαδικασιών συμπίεσης των πετρωμάτων, στρωματοποίησης των εντέρων. Σύμφωνα με τους ειδικούς, ο φλοιός της γης συσσωρεύει θερμότητα, η συνολική ποσότητα της οποίας είναι 5.000 φορές μεγαλύτερη από τη θερμογόνο δύναμη όλων των απολιθωμάτων στο εσωτερικό της γης συνολικά. Αποδεικνύεται ότι ο χρόνος λειτουργίας τέτοιων τεχνητά δημιουργημένων γεωθερμικών σταθμών μπορεί να είναι απεριόριστος.

Χαρακτηριστικά πηγής

Οι πηγές που καθιστούν δυνατή την απόκτηση γεωθερμικής ενέργειας είναι σχεδόν αδύνατο να χρησιμοποιηθούν πλήρως. Υπάρχουν σε περισσότερες από 60 χώρες του κόσμου, με τον μεγαλύτερο αριθμό χερσαίων ηφαιστείων στην επικράτεια του ηφαιστειακού δακτυλίου της φωτιάς του Ειρηνικού. Αλλά στην πράξη, αποδεικνύεται ότι οι γεωθερμικές πηγές σε διαφορετικές περιοχές του κόσμου είναι εντελώς διαφορετικές ως προς τις ιδιότητές τους, δηλαδή τη μέση θερμοκρασία, την αλατότητα, τη σύνθεση αερίων, την οξύτητα κ.λπ.

Οι θερμοπίδακες είναι πηγές ενέργειας στη Γη, οι ιδιαιτερότητες των οποίων είναι ότι εκτοξεύουν βραστό νερό σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Μετά την έκρηξη, η πισίνα γίνεται χωρίς νερό, στον πυθμένα της μπορείτε να δείτε ένα κανάλι που πηγαίνει βαθιά στο έδαφος. Οι θερμοπίδακες χρησιμοποιούνται ως πηγές ενέργειας σε περιοχές όπως η Καμτσάτκα, η Ισλανδία, η Νέα Ζηλανδία και η Βόρεια Αμερική, και μεμονωμένοι θερμοπίδακες βρίσκονται σε πολλές άλλες περιοχές.

Από πού προέρχεται η ενέργεια;

Το μη ψυχθέν μάγμα βρίσκεται πολύ κοντά στην επιφάνεια της γης. Από αυτό απελευθερώνονται αέρια και ατμοί, που ανεβαίνουν και περνούν μέσα από τις ρωγμές. Αναμειγνύοντας με τα υπόγεια ύδατα, τα αναγκάζουν να ζεσταθούν, τα ίδια μετατρέπονται σε ζεστό νερό, στο οποίο διαλύονται πολλές ουσίες. Τέτοιο νερό απελευθερώνεται στην επιφάνεια της γης με τη μορφή διαφόρων γεωθερμικών πηγών: θερμές πηγές, μεταλλικές πηγές, θερμοπίδακες και ούτω καθεξής. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα θερμά έγκατα της γης είναι σπηλιές ή θάλαμοι που συνδέονται με περάσματα, ρωγμές και κανάλια. Απλώς είναι γεμάτα με υπόγεια νερά και πολύ κοντά τους βρίσκονται θάλαμοι μάγματος. Με αυτόν τον φυσικό τρόπο σχηματίζεται η θερμική ενέργεια της γης.

ηλεκτρικό πεδίο της Γης

Υπάρχει μια άλλη εναλλακτική πηγή ενέργειας στη φύση, η οποία είναι ανανεώσιμη, φιλική προς το περιβάλλον και εύκολη στη χρήση. Είναι αλήθεια ότι μέχρι στιγμής αυτή η πηγή έχει μελετηθεί μόνο και δεν εφαρμόζεται στην πράξη. Άρα, η δυναμική ενέργεια της Γης βρίσκεται στο ηλεκτρικό της πεδίο. Είναι δυνατή η λήψη ενέργειας με αυτόν τον τρόπο με βάση τη μελέτη των βασικών νόμων της ηλεκτροστατικής και τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού πεδίου της Γης. Στην πραγματικότητα, ο πλανήτης μας από ηλεκτρική άποψη είναι ένας σφαιρικός πυκνωτής φορτισμένος έως και 300.000 βολτ. Η εσωτερική του σφαίρα έχει αρνητικό φορτίο και η εξωτερική - η ιονόσφαιρα - είναι θετική. είναι μονωτήρας. Μέσα από αυτό υπάρχει μια συνεχής ροή ιοντικών και συναγωγικών ρευμάτων, τα οποία φτάνουν σε ισχύ πολλών χιλιάδων αμπέρ. Ωστόσο, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών δεν μειώνεται σε αυτή την περίπτωση.

Αυτό υποδηλώνει ότι στη φύση υπάρχει μια γεννήτρια, ο ρόλος της οποίας είναι να αναπληρώνει συνεχώς τη διαρροή φορτίων από τις πλάκες πυκνωτών. Το ρόλο μιας τέτοιας γεννήτριας παίζει το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο περιστρέφεται μαζί με τον πλανήτη μας στη ροή του ηλιακού ανέμου. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου της Γης μπορεί να ληφθεί απλώς συνδέοντας έναν καταναλωτή ενέργειας σε αυτήν τη γεννήτρια. Για να γίνει αυτό, πρέπει να εγκαταστήσετε μια αξιόπιστη γείωση.

Ανανεώσιμες πηγές

Καθώς ο πληθυσμός του πλανήτη μας αυξάνεται σταθερά, χρειαζόμαστε όλο και περισσότερη ενέργεια για να παρέχουμε τον πληθυσμό. Η ενέργεια που περιέχεται στα έγκατα της γης μπορεί να είναι πολύ διαφορετική. Για παράδειγμα, υπάρχουν ανανεώσιμες πηγές: η αιολική, η ηλιακή και η υδάτινη ενέργεια. Είναι φιλικά προς το περιβάλλον και επομένως μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε χωρίς φόβο να βλάψετε το περιβάλλον.

ενέργεια του νερού

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται εδώ και πολλούς αιώνες. Σήμερα, έχει κατασκευαστεί ένας τεράστιος αριθμός φραγμάτων και δεξαμενών, στις οποίες το νερό χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ουσία αυτού του μηχανισμού είναι απλή: υπό την επίδραση της ροής του ποταμού, οι τροχοί των στροβίλων περιστρέφονται, αντίστοιχα, η ενέργεια του νερού μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Σήμερα, υπάρχει μεγάλος αριθμός υδροηλεκτρικών σταθμών που μετατρέπουν την ενέργεια της ροής του νερού σε ηλεκτρική. Η ιδιαιτερότητα αυτής της μεθόδου είναι ότι είναι ανανεώσιμη, αντίστοιχα, τέτοια σχέδια έχουν χαμηλό κόστος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, παρά το γεγονός ότι η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών διαρκεί αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα και η ίδια η διαδικασία είναι πολύ δαπανηρή, ωστόσο, αυτές οι εγκαταστάσεις ξεπερνούν σημαντικά τις βιομηχανίες έντασης ηλεκτρικής ενέργειας.

Ηλιακή ενέργεια: σύγχρονη και πολλά υποσχόμενη

Η ηλιακή ενέργεια λαμβάνεται με τη χρήση ηλιακών συλλεκτών, αλλά οι σύγχρονες τεχνολογίες επιτρέπουν τη χρήση νέων μεθόδων για αυτό. Το μεγαλύτερο σύστημα στον κόσμο είναι χτισμένο στην έρημο της Καλιφόρνια. Παρέχει πλήρως ενέργεια για 2.000 σπίτια. Ο σχεδιασμός λειτουργεί ως εξής: οι ακτίνες του ήλιου αντανακλώνται από τους καθρέφτες, οι οποίοι στέλνονται στον κεντρικό λέβητα με νερό. Βράζει και μετατρέπεται σε ατμό, που γυρίζει την τουρμπίνα. Αυτό, με τη σειρά του, συνδέεται με μια ηλεκτρική γεννήτρια. Ο άνεμος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως η ενέργεια που μας δίνει η Γη. Ο άνεμος φυσάει τα πανιά, γυρίζει τους ανεμόμυλους. Και τώρα με τη βοήθειά του μπορείτε να δημιουργήσετε συσκευές που θα παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Περιστρέφοντας τα πτερύγια του ανεμόμυλου, κινεί τον άξονα του στροβίλου, ο οποίος, με τη σειρά του, συνδέεται με μια ηλεκτρική γεννήτρια.

Εσωτερική ενέργεια της Γης

Εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα πολλών διεργασιών, οι κυριότερες από τις οποίες είναι η συσσώρευση και η ραδιενέργεια. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ο σχηματισμός της Γης και της μάζας της έλαβε χώρα σε πολλά εκατομμύρια χρόνια, και αυτό συνέβη λόγω του σχηματισμού πλανητών. Κολλούσαν μεταξύ τους, αντίστοιχα, η μάζα της Γης γινόταν όλο και περισσότερη. Αφού ο πλανήτης μας άρχισε να έχει μια σύγχρονη μάζα, αλλά εξακολουθούσε να στερείται ατμόσφαιρας, σώματα μετεωριτών και αστεροειδών έπεσαν πάνω του χωρίς εμπόδια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται απλώς προσαύξηση και οδήγησε στο γεγονός ότι απελευθερώθηκε σημαντική βαρυτική ενέργεια. Και όσο μεγαλύτερα σώματα χτυπούσαν τον πλανήτη, τόσο μεγαλύτερη ήταν η ποσότητα ενέργειας που περιέχεται στα έγκατα της Γης.

Αυτή η βαρυτική διαφοροποίηση οδήγησε στο γεγονός ότι οι ουσίες άρχισαν να διαχωρίζονται: οι βαριές ουσίες απλώς βυθίστηκαν, ενώ οι ελαφριές και πτητικές ουσίες επέπλεαν επάνω. Η διαφοροποίηση επηρέασε επίσης την πρόσθετη απελευθέρωση της βαρυτικής ενέργειας.

Ατομική ενέργεια

Η χρήση της ενέργειας της γης μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους. Για παράδειγμα, με τη βοήθεια της κατασκευής πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, όταν απελευθερώνεται θερμική ενέργεια λόγω της διάσπασης των μικρότερων σωματιδίων της ατομικής ύλης. Το κύριο καύσιμο είναι το ουράνιο, το οποίο περιέχεται στον φλοιό της γης. Πολλοί πιστεύουν ότι αυτή η μέθοδος απόκτησης ενέργειας είναι η πιο πολλά υποσχόμενη, αλλά η χρήση της συνδέεται με μια σειρά προβλημάτων. Πρώτον, το ουράνιο εκπέμπει ακτινοβολία που σκοτώνει όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Επιπλέον, εάν αυτή η ουσία εισέλθει στο έδαφος ή στην ατμόσφαιρα, τότε θα συμβεί μια πραγματική ανθρωπογενής καταστροφή. Βιώνουμε τις θλιβερές συνέπειες του ατυχήματος στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ μέχρι σήμερα. Ο κίνδυνος έγκειται στο γεγονός ότι τα ραδιενεργά απόβλητα μπορούν να απειλήσουν όλα τα έμβια όντα για πολύ, πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, για χιλιετίες.

Νέος χρόνος - νέες ιδέες

Φυσικά, οι άνθρωποι δεν σταματούν εκεί, και κάθε χρόνο γίνονται όλο και περισσότερες προσπάθειες να βρεθούν νέοι τρόποι για να αποκτήσουν ενέργεια. Εάν η ενέργεια της θερμότητας της γης λαμβάνεται πολύ απλά, τότε ορισμένες μέθοδοι δεν είναι τόσο απλές. Για παράδειγμα, ως πηγή ενέργειας, είναι πολύ πιθανό να χρησιμοποιηθεί βιολογικό αέριο, το οποίο λαμβάνεται κατά την αποσύνθεση των απορριμμάτων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση σπιτιών και θέρμανση νερού.

Όλο και περισσότερο, κατασκευάζονται όταν εγκαθίστανται φράγματα και στρόβιλοι στα στόμια των δεξαμενών, οι οποίες οδηγούνται από άμπωτες και ροές, αντίστοιχα, λαμβάνεται ηλεκτρική ενέργεια.

Καίγοντας σκουπίδια, παίρνουμε ενέργεια

Μια άλλη μέθοδος που χρησιμοποιείται ήδη στην Ιαπωνία είναι η δημιουργία αποτεφρωτηρίων. Σήμερα κατασκευάζονται στην Αγγλία, την Ιταλία, τη Δανία, τη Γερμανία, τη Γαλλία, την Ολλανδία και τις ΗΠΑ, αλλά μόνο στην Ιαπωνία αυτές οι επιχειρήσεις άρχισαν να χρησιμοποιούνται όχι μόνο για τον προορισμό τους, αλλά και για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στα τοπικά εργοστάσια καίγονται τα 2/3 όλων των σκουπιδιών, ενώ τα εργοστάσια είναι εξοπλισμένα με ατμοστρόβιλους. Αντίστοιχα, παρέχουν θερμότητα και ηλεκτρισμό σε κοντινές περιοχές. Ταυτόχρονα, όσον αφορά το κόστος, η οικοδόμηση μιας τέτοιας επιχείρησης είναι πολύ πιο επικερδής από την κατασκευή ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού.

Πιο δελεαστική είναι η προοπτική χρήσης της θερμότητας της Γης όπου συγκεντρώνονται τα ηφαίστεια. Σε αυτή την περίπτωση, δεν θα χρειαστεί να τρυπήσετε τη Γη πολύ βαθιά, αφού ήδη σε βάθος 300-500 μέτρων η θερμοκρασία θα είναι τουλάχιστον δύο φορές υψηλότερη από το σημείο βρασμού του νερού.

Υπάρχει επίσης ένας τέτοιος τρόπος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς το Υδρογόνο -το απλούστερο και ελαφρύτερο χημικό στοιχείο- μπορεί να θεωρηθεί ιδανικό καύσιμο, γιατί εκεί υπάρχει νερό. Εάν καίτε υδρογόνο, μπορείτε να πάρετε νερό, το οποίο αποσυντίθεται σε οξυγόνο και υδρογόνο. Η ίδια η φλόγα υδρογόνου είναι ακίνδυνη, δηλαδή, δεν θα υπάρξει καμία βλάβη στο περιβάλλον. Η ιδιαιτερότητα αυτού του στοιχείου είναι ότι έχει υψηλή θερμογόνο δύναμη.

Τι υπάρχει στο μέλλον;

Φυσικά, η ενέργεια του γήινου μαγνητικού πεδίου ή αυτή που λαμβάνεται στους πυρηνικούς σταθμούς δεν μπορεί να ικανοποιήσει πλήρως όλες τις ανάγκες της ανθρωπότητας, οι οποίες αυξάνονται κάθε χρόνο. Ωστόσο, οι ειδικοί λένε ότι δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας, αφού οι πόροι καυσίμου του πλανήτη εξακολουθούν να είναι αρκετοί. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερες νέες πηγές, φιλικές προς το περιβάλλον και ανανεώσιμες.

Το πρόβλημα της περιβαλλοντικής ρύπανσης παραμένει και αυξάνεται καταστροφικά γρήγορα. Η ποσότητα των επιβλαβών εκπομπών φεύγει από την κλίμακα, αντίστοιχα, ο αέρας που αναπνέουμε είναι επιβλαβής, το νερό έχει επικίνδυνες ακαθαρσίες και το έδαφος εξαντλείται σταδιακά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικό να μελετηθεί έγκαιρα ένα φαινόμενο όπως η ενέργεια στα έγκατα της Γης, προκειμένου να αναζητηθούν τρόποι μείωσης της ανάγκης για ορυκτά καύσιμα και να γίνει πιο ενεργή χρήση μη παραδοσιακών πηγών ενέργειας.