Maa tuumasoojus. Geotermilise energia saamise puudused

See energia kuulub alternatiivsetesse allikatesse. Tänapäeval mainitakse üha sagedamini ressursside hankimise võimalusi, mida planeet meile annab. Võib öelda, et elame taastuvenergia moeajastul. Selles vallas luuakse palju tehnilisi lahendusi, plaane, teooriaid.

See on sügaval maa sisikonnas ja tal on uuenemisomadused, teisisõnu see on lõputu. Klassikalised ressursid hakkavad teadlaste hinnangul otsa saama, nafta, kivisüsi, gaas saavad otsa.

Nesjavelliri geotermiline elektrijaam, Island

Seetõttu saab järk-järgult valmistuda uute alternatiivsete energiatootmismeetodite kasutuselevõtuks. Maakoore all on võimas tuum. Selle temperatuur on vahemikus 3000 kuni 6000 kraadi. Litosfääri plaatide liikumine näitab selle tohutut jõudu. See väljendub magma vulkaanilise lõhkemisena. Sügavuses toimub radioaktiivne lagunemine, mis mõnikord põhjustab selliseid looduskatastroofe.

Tavaliselt soojendab magma pinda ilma sellest kaugemale minemata. Nii saadakse geisrid ehk soojad veebasseinid. Nii saab füüsilisi protsesse kasutada inimkonna jaoks õigetel eesmärkidel.

Geotermiliste energiaallikate tüübid

Tavaliselt jaguneb see kahte tüüpi: hüdrotermiline ja petrotermiline energia. Esimene moodustub soojade allikate tõttu ja teine ​​tüüp on temperatuuride erinevus maapinnal ja sügavustes. Oma sõnadega öeldes koosneb hüdrotermiline allikas aurust ja kuumast veest, naftatermiline allikas on aga peidus sügaval maa all.

Maasoojusenergia arengupotentsiaali kaart maailmas

Petrotermilise energia saamiseks on vaja puurida kaks kaevu, üks täita veega, misjärel toimub hüppeline protsess, mis tuleb pinnale. Geotermilisi alasid on kolm klassi:

• Geotermiline - asub mandriplaatide lähedal. Temperatuurigradient üle 80C/km. Näiteks Itaalia Larderello kommuun. Seal on elektrijaam
• Pooltermiline - temperatuur 40 - 80 C / km. Need on looduslikud põhjaveekihid, mis koosnevad purustatud kivimitest. Mõnel pool Prantsusmaal köetakse hooneid sel viisil.
• Tavaline – kalle alla 40 C/km. Selliste alade esindamine on kõige levinum

Need on suurepärane allikas tarbimiseks. Nad on kivis, teatud sügavusel. Vaatame klassifikatsiooni lähemalt:

• Epitermiline - temperatuur 50 kuni 90 s
• Mesotermiline - 100 - 120 s
• Hüpotermiline - rohkem kui 200 s

Need liigid koosnevad erinevast keemilisest koostisest. Sõltuvalt sellest saab vett kasutada erinevatel eesmärkidel. Näiteks elektri tootmisel, soojusvarustusel (soojustrassid), toorainebaasil.

Video: geotermiline energia

Soojusvarustusprotsess

Vee temperatuur on 50 -60 kraadi, mis on optimaalne elamurajooni kütmiseks ja soojavarustuseks. Küttesüsteemide vajadus sõltub geograafilisest asukohast ja kliimatingimustest. Ja inimesed vajavad pidevalt sooja veevarustuse vajadusi. Selle protsessi jaoks ehitatakse GTS (geotermilised soojusjaamad).

Kui klassikaliseks soojusenergia tootmiseks kasutatakse tahket või gaasikütust tarbivat katlamaja, siis selles tootmises kasutatakse geiserallikat. Tehniline protsess on väga lihtne, samad side, soojustrassid ja seadmed. Piisab kaevu puurimisest, gaasidest puhastamisest, seejärel pumpadega katlaruumi saatmisest, kus peetakse temperatuurigraafikut ja siis läheb see soojatrassi.

Peamine erinevus seisneb selles, et kütusekatelt pole vaja kasutada. See vähendab oluliselt soojusenergia maksumust. Talvel saavad abonendid soojuse ja sooja veevarustust ning suvel ainult sooja veevarustust.

Elektri tootmine

Kuumaveeallikad, geisrid on elektri tootmise põhikomponendid. Selleks kasutatakse mitmeid skeeme, ehitatakse spetsiaalseid elektrijaamu. GTS-seade:

• Sooja vee paak
• Pump
• Gaasi eraldaja
• Auru eraldaja
• genereeriv turbiin
• Kondensaator
• võimenduspump
• Paak - jahuti

Nagu näete, on vooluahela põhielement aurumuundur. See võimaldab saada puhastatud auru, kuna see sisaldab happeid, mis hävitavad turbiiniseadmeid. Tehnoloogilises tsüklis on võimalik kasutada segaskeemi, see tähendab, et protsessi kaasatakse vesi ja aur. Vedelik läbib kogu gaasidest ja aurust puhastamise etapi.

Ahel kahendallikaga

Töökomponent on madala keemistemperatuuriga vedelik. Termovesi osaleb ka elektri tootmises ja on teisese toorainena.

Selle abiga moodustub madala keemistemperatuuriga lähteaur. Sellise töötsükliga GTS-i saab täielikult automatiseerida ega vaja hoolduspersonali kohalolekut. Võimsamad jaamad kasutavad kaheahelalist skeemi. Seda tüüpi elektrijaam võimaldab saavutada võimsust 10 MW. Kaheahelaline struktuur:

• aurugeneraator
• Turbiin
• Kondensaator
• Väljaviskaja
• Toitepump
• Ekonomiseerija
• Aurusti

Praktiline kasutamine

Hiiglaslikud allikavarud on kordades suuremad kui aastane energiatarbimine. Kuid inimkond kasutab ainult väikest osa. Jaamade ehitus pärineb 1916. aastast. Itaalias loodi esimene GeoTPP võimsusega 7,5 MW. Tööstus areneb aktiivselt sellistes riikides nagu: USA, Island, Jaapan, Filipiinid, Itaalia.

Käimas on potentsiaalsete kohtade aktiivne uurimine ja mugavamad kaevandamisviisid. Tootmisvõimsus kasvab aasta-aastalt. Kui võtta arvesse majandusnäitajat, siis on sellise tööstuse maksumus võrdne kivisöel töötavate soojuselektrijaamadega. Island katab kommunaal- ja elamufondi peaaegu täielikult GT-allikaga. 80% kodudest kasutab kütteks kaevudest sooja vett. USA eksperdid väidavad, et korraliku arenduse korral suudavad GeoTPP-d toota 30 korda rohkem kui aastas kulub. Kui rääkida potentsiaalist, siis 39 maailma riiki suudavad end täielikult elektriga varustada, kui nad kasutavad maa soolestikku 100 protsenti.

Tehnikateaduste doktor ON. Ma vannun, professor,
Venemaa Tehnoloogiateaduste Akadeemia akadeemik, Moskva

Viimastel aastakümnetel on maailmas kaalutud Maa süvasoojuse energia efektiivsema kasutamise suunda, et osaliselt asendada maagaasi, naftat ja kivisütt. See saab võimalikuks mitte ainult kõrgete geotermiliste parameetritega piirkondades, vaid ka igal pool maailmas, kui puuritakse sissepritse- ja tootmiskaevud ning luuakse nende vahel tsirkulatsioonisüsteeme.

Viimastel aastakümnetel maailmas suurenenud huvi alternatiivsete energiaallikate vastu on põhjustatud süsivesinike kütusevarude ammendumisest ja mitmete keskkonnaprobleemide lahendamise vajadusest. Objektiivsed tegurid (fossiilkütuste ja uraani varud ning traditsioonilisest tulekahjust ja tuumaenergiast põhjustatud muutused keskkonnas) lubavad väita, et üleminek uutele energiatootmisviisidele ja -vormidele on vältimatu.

Maailmamajandus liigub praegu traditsiooniliste ja uute energiaallikate ratsionaalsele kombineerimisele ülemineku poole. Maa soojus on nende hulgas üks esimesi kohti.

Geotermilised energiavarud jagunevad hüdrogeoloogilisteks ja petrogeotermilisteks. Neist esimesi esindavad soojuskandjad (moodustades ainult 1% kogu geotermilise energia ressurssidest) - põhjavesi, aur ja auru-vee segud. Teised on kuumades kivimites sisalduv geotermiline energia.

Meie riigis ja välismaal loodusliku auru ja maasoojusvee ammutamiseks kasutatav purskkaevutehnoloogia (self-spill) on lihtne, kuid ebaefektiivne. Isevoolsete kaevude väikese voolukiiruse korral saab nende soojuse tootmine hüvitada puurimise kulud ainult madalal sügavusel geotermilistes reservuaarides, kus on kõrge temperatuur termiliste anomaaliatega piirkondades. Selliste kaevude kasutusiga ei ulatu paljudes riikides isegi 10 aastani.

Samas kinnitab kogemus, et madalate loodusliku auru kogujate olemasolul on maasoojuselektrijaama rajamine kõige tulusam variant maasoojusenergia kasutamiseks. Selliste GeoTPP-de töö on näidanud nende konkurentsivõimet võrreldes teist tüüpi elektrijaamadega. Seetõttu on geotermiliste vete ja auru hüdrotermide varude kasutamine meie riigis Kamtšatka poolsaarel ja Kuriili aheliku saartel, Põhja-Kaukaasia piirkondades ja võib-olla ka muudes piirkondades otstarbekas ja õigeaegne. Kuid aurumaardlad on haruldus, selle teadaolevad ja prognoositud varud on väikesed. Palju levinumad soojus- ja elektrivee ladestused ei asu alati tarbijale – soojusvarustusobjektile – piisavalt lähedal. See välistab võimaluse nende tõhusaks kasutamiseks ulatuslikult.

Sageli arenevad skaleerimisega võitlemise probleemid keeruliseks probleemiks. Geotermiliste, reeglina mineraliseerunud allikate kasutamine soojuskandjana põhjustab puurkaevude vohamist raudoksiidi, kaltsiumkarbonaadi ja silikaadi moodustistega. Lisaks mõjutavad erosiooni-korrosiooni ja katlakiviga seotud probleemid ebasoodsalt seadmete tööd. Probleemiks on ka mineraliseeritud ja toksilisi lisandeid sisaldava reovee väljavool. Seetõttu ei saa lihtsaim purskkaevutehnoloogia olla geotermiliste ressursside laialdase arendamise aluseks.

Esialgsetel hinnangutel on Vene Föderatsiooni territooriumil 40-250 °C, soolsusega 35-200 g/l ja kuni 3000 m sügavusega termaalvete prognoositavad varud 21-22 miljonit m3. /päevas, mis võrdub 30-40 miljoni tonni .t põletamisega. aastal.

Temperatuuriga 150-250 °C auru-õhu segu prognoositavad varud Kamtšatka poolsaarel ja Kuriili saartel on 500 tuh m3/ööpäevas. ja termilise vee varud temperatuuriga 40-100 ° C - 150 tuhat m3 / päevas.

Arengu esmatähtsaks peetakse termaalvee varusid vooluhulgaga umbes 8 miljonit m3/ööpäevas, soolsusega kuni 10 g/l ja temperatuuriga üle 50 °C.

Tuleviku energeetika jaoks on palju olulisem soojusenergia, praktiliselt ammendamatute petrogeotermiliste ressursside ammutamine. See tahketesse kuumadesse kividesse ümbritsetud geotermiline energia moodustab 99% maa-aluse soojusenergia koguressurssidest. Kuni 4-6 km sügavusel võib massiive temperatuuriga 300-400 °C leida vaid mõne vulkaani vahekambrite juurest, kuumad kivimid temperatuuriga 100-150 °C on aga levinud peaaegu kõikjal kl. nendel sügavustel ja temperatuuriga 180-200 °C üsna olulisel osal Venemaa territooriumist.

Miljardeid aastaid on tuuma-, gravitatsiooni- ja muud protsessid Maa sees tootnud ja toodavad jätkuvalt soojusenergiat. Osa sellest kiirgub avakosmosesse ning soojus koguneb sügavusse, s.t. maapealse aine tahke, vedela ja gaasilise faasi soojussisaldust nimetatakse geotermiliseks energiaks.

Maasisese soojuse pidev tootmine kompenseerib selle väliskadu, toimib geotermilise energia akumulatsiooni allikana ja määrab taastuva osa selle ressurssidest. Soojuse summaarne eemaldamine sisemusest maapinnale on kolm korda suurem kui praegune elektrijaamade võimsus maailmas ja on hinnanguliselt 30 TW.

Siiski on selge, et taastumine loeb vaid piiratud loodusvarade puhul ning geotermilise energia kogupotentsiaal on praktiliselt ammendamatu, sest seda tuleks defineerida kui Maale saadaoleva soojuse koguhulka.

Pole juhus, et viimastel aastakümnetel on maailmas kaalutud Maa süvasoojuse energia efektiivsema kasutamise suunda, et osaliselt asendada maagaasi, naftat ja kivisütt. See saab võimalikuks mitte ainult kõrgete geotermiliste parameetritega piirkondades, vaid ka igal pool maailmas, kui puuritakse sissepritse- ja tootmiskaevud ning luuakse nende vahel tsirkulatsioonisüsteeme.

Loomulikult on kivimite madala soojusjuhtivusega tsirkulatsioonisüsteemide efektiivseks tööks vajalik soojuse väljatõmbe tsoonis piisavalt arenenud soojusvahetuspind või selle loomine. Sellist pinda leidub sageli poorsetes moodustistes ja loodusliku murdumiskindlusega tsoonides, mida leidub sageli ülalnimetatud sügavustel ja mille läbilaskvus võimaldab korraldada jahutusvedeliku sundfiltratsiooni kivimienergia tõhusa eraldamisega, samuti ulatusliku soojusvahetuspinna kunstlik loomine väheläbilaskvates poorsetes massiivides hüdraulilise purustamisega (vt joonis).

Praegu kasutatakse hüdraulilist purustamist nafta- ja gaasitööstuses reservuaaride läbilaskvuse suurendamiseks, et tõhustada nafta taaskasutamist naftaväljade arendamisel. Kaasaegne tehnoloogia võimaldab luua kitsa, kuid pika pragu või lühikese, kuid laia. Tuntud on näiteid kuni 2-3 km pikkuste murdudega hüdromurdudest.

Kodumaist ideed tahketes kivimites sisalduvate peamiste geotermiliste ressursside kaevandamisest väljendas juba 1914. aastal K.E. Obrutšev.

1963. aastal loodi Pariisis esimene GCC, et eraldada poorsetest moodustumiskivimitest soojust kütteks ja kliimaseadmeteks Broadcasting Chaos kompleksi ruumides. 1985. aastal töötas Prantsusmaal juba 64 GCC-d kogusoojusvõimsusega 450 MW, mis säästsid aastas ligikaudu 150 000 tonni naftat. Samal aastal loodi esimene selline GCC NSV Liidus Groznõi linna lähedal Hankala orus.

1977. aastal alustati USA Los Alamose riikliku labori projekti järgi New Mexico osariigis Fenton Hilli leiukohas peaaegu mitteläbilaskva massiivi hüdraulilise purustamisega eksperimentaalse GCC katseid. Läbi kaevu (sissepritse) sissepritsitud külm magevesi soojendati soojusvahetuse tõttu kivimassiga (185 OC) vertikaalses murdes pindalaga 8000 m2, mis tekkis hüdraulilise purustamise teel 2,7 km sügavusel. Teises kaevus (tootmises), samuti seda pragu ületades, tuli aurujoana pinnale ülekuumenenud vesi. Surve all suletud ahelas ringledes ulatus ülekuumenenud vee temperatuur pinnal 160-180 °C ja süsteemi soojusvõimsus - 4-5 MW. Jahutusvedeliku lekkimine ümbritsevasse massiivi moodustas ligikaudu 1% koguvoolust. Mehaaniliste ja keemiliste lisandite kontsentratsioon (kuni 0,2 g/l) vastas mage joogivee tingimustele. Hüdrauliline murd ei vajanud fikseerimist ja seda hoidis lahti vedeliku hüdrostaatiline rõhk. Selles arenev vaba konvektsioon tagas tõhusa osalemise kuuma kivimassi paljandi peaaegu kogu pinna soojusvahetuses.

Maa-aluse soojusenergia ammutamine kuumadest mitteläbilaskvatest kivimitest, mis põhineb nafta- ja gaasitööstuses pikka aega omandatud ja praktiseeritud kaldpuurimise ja hüdraulilise purustamise meetoditel, ei põhjustanud seismilist aktiivsust ega muid kahjulikke mõjusid maapinnale. keskkond.

1983. aastal kordasid Briti teadlased Ameerika kogemust, luues Carnwellis eksperimentaalse GCC graniidi hüdraulilise purustamisega. Sarnaseid töid tehti Saksamaal, Rootsis. USA-s on ellu viidud üle 224 maakütte projekti. Siiski eeldatakse, et geotermilised ressursid võivad katta suurema osa USA tulevasest mitteelektrilise soojusenergia vajadusest. Jaapanis ulatus GeoTPP võimsus 2000. aastal ligikaudu 50 GW-ni.

Praegu tehakse geotermiliste ressursside uurimist ja uurimist 65 riigis. Maailmas on maasoojusenergia baasil loodud jaamu koguvõimsusega ca 10 GW. ÜRO toetab aktiivselt geotermilise energia arendamist.

Paljudes maailma riikides kogutud kogemused geotermiliste jahutusvedelike kasutamisel näitavad, et soodsatel tingimustel on need 2-5 korda tulusamad kui soojus- ja tuumaelektrijaamad. Arvutused näitavad, et üks maasoojuskaev suudab aastas asendada 158 tuhat tonni kivisütt.

Seega on Maa soojus võib-olla ainuke suurem taastuvenergiaressurss, mille ratsionaalne arendamine tõotab vähendada energiakulu võrreldes tänapäevase kütuseenergiaga. Sama ammendamatu energiapotentsiaaliga päikese- ja termotuumaseadmed on kahjuks kallimad kui olemasolevad kütuseseadmed.

Hoolimata Maa soojuse väga pikast arenguloost ei ole geotermiline tehnoloogia täna veel oma kõrget arengut saavutanud. Maa soojusenergia areng kogeb suuri raskusi süvakaevude rajamisel, mis on kanaliks jahutusvedeliku pinnale toomisel. Põhjaaugu kõrge temperatuuri (200-250 °C) tõttu ei sobi traditsioonilised kivilõikuriistad sellistes oludes töötamiseks, puur- ja manteltorude, tsemendipudelite, puurimistehnoloogia, kaevu ümbrise ja komplekteerimise osas on erinõuded. Kodused mõõteseadmed, seeriaviisilised töötarvikud ja seadmed on toodetud konstruktsiooniga, mis võimaldab temperatuuri kuni 150–200 ° C. Traditsiooniline kaevude süvamehaaniline puurimine viibib mõnikord aastaid ja nõuab märkimisväärseid rahalisi kulutusi. Peamistes tootmisvarades on kaevude maksumus 70–90%. Seda probleemi saab ja tuleb lahendada ainult progressiivse tehnoloogia loomisega põhiosa maasoojusressursside arendamiseks, s.o. energia ammutamine kuumadest kivimitest.

Meie Venemaa teadlaste ja spetsialistide rühm on Venemaa Föderatsiooni territooriumil tegelenud Maa kuumade kivimite ammendamatu taastuva süvasoojusenergia kaevandamise ja kasutamise probleemiga rohkem kui aasta. Töö eesmärk on luua kodumaiste kõrgtehnoloogiate baasil tehnilised vahendid sügavale maapõue sisikonda tungimiseks. Praeguseks on välja töötatud mitmeid puuriistade (BS) variante, millel pole maailma praktikas analooge.

BS-i esimese versiooni töö on seotud praeguse tavapärase puurkaevude puurimistehnoloogiaga. Kõva kivimi puurimiskiirus (keskmine tihedus 2500-3300 kg/m3) kuni 30 m/h, augu läbimõõt 200-500 mm. BS-i teine ​​variant teostab kaevude puurimist autonoomses ja automaatrežiimis. Käivitamine toimub spetsiaalselt stardi- ja vastuvõtuplatvormilt, millelt selle liikumist juhitakse. Tuhat meetrit BS-i kõvades kivides saab läbida mõne tunni jooksul. Kaevu läbimõõt 500 kuni 1000 mm. Korduvkasutatavatel BS-i variantidel on suur kulutõhusus ja suur potentsiaalne väärtus. BS-i kasutuselevõtt tootmisse avab uue etapi kaevude ehitamises ja tagab juurdepääsu Maa ammendamatutele soojusenergia allikatele.

Soojusvarustuse vajadusteks jääb kogu riigi kaevude vajalik sügavus vahemikku 3-4,5 tuhat meetrit ja ei ületa 5-6 tuhat meetrit Elamu- ja kommunaalsoojusvarustuse soojuskandja temperatuur mitte üle 150 °C. Tööstusrajatiste puhul ei ületa temperatuur reeglina 180-200 °C.

GCC loomise eesmärk on pakkuda pidevat, taskukohast ja odavat soojust Venemaa Föderatsiooni kaugematele, raskesti ligipääsetavatele ja arenemata piirkondadele. GCS-i tööaeg on 25-30 aastat või rohkem. Jaamade tasuvusaeg (võttes arvesse uusimaid puurimistehnoloogiaid) on 3-4 aastat.

Venemaa Föderatsioonis lähiaastatel sobivate võimsuste loomine geotermilise energia kasutamiseks mitteelektriliste vajaduste jaoks asendab umbes 600 miljonit tonni samaväärset kütust. Kokkuhoid võib ulatuda kuni 2 triljoni rublani.

Kuni 2030. aastani on võimalik luua energiavõimsusi tuleenergia asendamiseks kuni 30% võrra ja kuni 2040. aastani orgaanilised toorained kütusena peaaegu täielikult välja jätta Venemaa Föderatsiooni energiabilansist.

Kirjandus

1. Gontšarov S.A. Termodünaamika. Moskva: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 lk.

2. Dyadkin Yu.D. jne Geotermiline soojusfüüsika. Peterburi: Nauka, 1993. 255 lk.

3. Venemaa kütuse- ja energiakompleksi maavarade baas. Seisund ja prognoos / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko ja teised Toim. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovski. M. 2004. 548 lk.

4. Novikov G. P. jt Termovee kaevude puurimine. M.: Nedra, 1986. 229 lk.

Venemaa jaoks võib Maa soojusenergiast saada pidev ja usaldusväärne odava ja taskukohase elektri ja soojuse allikas, kasutades selle ammutamiseks ja tarbijatele tarnimiseks uusi kõrgeid keskkonnasõbralikke tehnoloogiaid. See kehtib eriti hetkel

Piiratud fossiilse energia tooraine ressursid

Nõudlus orgaanilise energia tooraine järele on suur tööstus- ja arengumaades (USA, Jaapan, ühendatud Euroopa osariigid, Hiina, India jt). Samas on nende endi süsivesinike ressursid neis riikides kas ebapiisavad või reserveeritud ning mõni riik, näiteks USA, ostab energiatoorainet välismaalt või arendab maardlaid teistes riikides.

Energiaressursside poolest ühes rikkaimas riigis Venemaal rahuldavad majanduslikud energiavajadused endiselt loodusvarade kasutamise võimalustega. Fossiilsete süsivesinike kaevandamine aluspinnasest toimub aga väga kiires tempos. Kui 1940.–1960. Peamised naftat tootvad piirkonnad olid "Teine Bakuu" Volgas ja Tsis-Uuralites, siis alates 1970. aastatest kuni tänapäevani on selleks piirkonnaks olnud Lääne-Siber. Kuid isegi siin on fossiilsete süsivesinike tootmine märgatavalt vähenenud. "Kuiva" Cenomanian gaasi ajastu on möödas. Maagaasi tootmise ulatusliku arendamise eelmine etapp on lõppenud. Selle kaevandamine sellistest hiiglaslikest maardlatest nagu Medvezhye, Urengoyskoje ja Yamburgskoje moodustas vastavalt 84, 65 ja 50%. Aja jooksul väheneb ka arenguks soodsate naftavarude osakaal.

Tänu süsivesinikkütuste aktiivsele tarbimisele on nafta ja maagaasi maismaavarusid oluliselt vähenenud. Nüüd on nende peamised varud koondunud mandrilavale. Ja kuigi nafta- ja gaasitööstuse toorainebaas on Venemaal nafta ja gaasi kaevandamiseks vajalikes mahtudes endiselt piisav, tagatakse seda lähitulevikus üha suuremal määral keeruka kaevandamisega maardlate arendamise ja geoloogilised tingimused. Samal ajal süsivesinike tootmise maksumus kasvab.

Suurem osa maapõuest ammutatavast taastumatust loodusvarast kasutatakse elektrijaamade kütusena. Esiteks on see, mille osakaal kütuse struktuuris on 64%.

Venemaal toodetakse 70% elektrist soojuselektrijaamades. Riigi energiaettevõtted põletavad aastas umbes 500 miljonit tonni e.e. tonni, et saada elektrit ja soojust, samas kui soojuse tootmisel kulub 3-4 korda rohkem süsivesinikkütust kui elektri tootmisel.

Nende koguste süsivesinike tooraine põletamisel saadav soojushulk võrdub sadade tonnide tuumakütuse kasutamisega – vahe on tohutu. Tuumaenergeetika eeldab aga keskkonnaohutuse tagamist (et vältida Tšernobõli kordumist) ja selle kaitsmist võimalike terrorirünnakute eest, samuti vananenud ja kulunud tuumaelektrijaamade ohutut ja kulukat dekomisjoneerimist. Tõestatud taastuv uraanivarud maailmas on ligikaudu 3 miljonit 400 tuhat tonni, kogu eelneva perioodi jooksul (kuni 2007. aastani) kaevandati ligikaudu 2 miljonit tonni.

RES kui globaalse energia tulevik

Viimastel aastakümnetel maailmas suurenenud huvi alternatiivsete taastuvate energiaallikate (TAV) vastu ei ole põhjustatud mitte ainult süsivesinikkütusevarude ammendumise, vaid ka keskkonnaprobleemide lahendamise vajadusest. Objektiivsed tegurid (fossiilkütuse- ja uraanivarud ning traditsioonilise tule- ja tuumaenergia kasutamisega kaasnevad keskkonnamuutused) ning energeetika arengusuunad viitavad sellele, et üleminek uutele energiatootmisviisidele ja -vormidele on vältimatu. Juba XXI sajandi esimesel poolel. toimub täielik või peaaegu täielik üleminek ebatraditsioonilistele energiaallikatele.

Mida varem selles suunas läbimurre tehakse, seda valutum on see kogu ühiskonnale ja kasulikum riigile, kus astutakse selles suunas otsustavaid samme.

Maailmamajandus on juba võtnud suuna traditsiooniliste ja uute energiaallikate ratsionaalsele kombineerimisele üleminekuks. Energiatarbimine maailmas ulatus 2000. aastaks enam kui 18 miljardi tonni kütuseekvivalendini. tonni ja energiatarbimine aastaks 2025 võib kasvada 30–38 miljardi tonni kütuseekvivalendini. tonni, prognoosiandmetel on aastaks 2050 võimalik tarbimine 60 miljardi tonni kütuseekvivalendi tasemel. t Iseloomulikuks trendiks maailmamajanduse arengus vaadeldaval perioodil on fossiilkütuste tarbimise süstemaatiline vähenemine ja sellele vastav ebatraditsiooniliste energiaressursside kasutamise kasv. Maa soojusenergia on nende hulgas üks esimesi kohti.

Praegu on Vene Föderatsiooni energeetikaministeerium vastu võtnud mittetraditsioonilise energia arendamise programmi, mis hõlmab 30 suurt soojuspumbaseadmete (HPU) kasutamise projekti, mille tööpõhimõte põhineb energiatarbimisel. Maa madala potentsiaaliga soojusenergia.

Maa soojus- ja soojuspumpade madala potentsiaaliga energia

Maa soojuse madala potentsiaaliga energia allikad on päikesekiirgus ja meie planeedi kuumutatud soolestiku soojuskiirgus. Praegu on sellise energia kasutamine üks dünaamilisemalt arenevaid taastuvatel energiaallikatel põhinevaid energiavaldkondi.

Maa soojust saab kasutada erinevat tüüpi hoonetes ja rajatistes kütteks, sooja veevarustuseks, konditsioneerimiseks (jahutuseks), aga ka talvehooajal radade soojendamiseks, jäätumise vältimiseks, väljakute kütmiseks avatud staadionidel jne. Ingliskeelses tehnilises kirjanduses nimetatakse maasoojust kütte- ja kliimaseadmetes kasutavaid süsteeme GHP-ks – "geotermilised soojuspumbad" (geotermilised soojuspumbad). Kesk- ja Põhja-Euroopa riikide kliimaomadused, mis koos Ameerika Ühendriikide ja Kanadaga on peamised Maa madala kvaliteediga soojuse kasutamise piirkonnad, määravad selle peamiselt kütmiseks; õhu jahutamist isegi suvel vajatakse suhteliselt harva. Seetõttu töötavad soojuspumbad erinevalt USA-st Euroopa riikides peamiselt kütterežiimil. USA-s kasutatakse neid sagedamini ventilatsiooniga kombineeritud õhkküttesüsteemides, mis võimaldavad nii välisõhku soojendada kui ka jahutada. Euroopa riikides kasutatakse soojuspumpasid tavaliselt veeküttesüsteemides. Kuna nende efektiivsus suureneb aurusti ja kondensaatori temperatuuride vahe vähenedes, kasutatakse hoonete kütmiseks sageli põrandaküttesüsteeme, milles ringleb suhteliselt madala temperatuuriga (35–40 °C) jahutusvedelik.

Süsteemide tüübid Maa soojuse madala potentsiaaliga energia kasutamiseks

Üldjuhul võib Maa soojuse madala potentsiaaliga energia kasutamiseks eristada kahte tüüpi süsteeme:

- avatud süsteemid: madala kvaliteediga soojusenergia allikana kasutatakse põhjavett, mis juhitakse otse soojuspumpadesse;

- suletud süsteemid: soojusvahetid asuvad mullamassiivis; kui läbi nende ringleb maapinnast madalama temperatuuriga jahutusvedelik, "võetakse" maapinnast soojusenergia ära ja kantakse soojuspumba aurustisse (või kui kasutatakse maapinnast kõrgema temperatuuriga jahutusvedelikku, siis jahutatakse see ).

Avatud süsteemide puuduseks on kaevude hooldusvajadus. Lisaks ei ole selliste süsteemide kasutamine kõikides valdkondades võimalik. Peamised nõuded pinnasele ja põhjaveele on järgmised:

- pinnase piisav vee läbilaskvus, mis võimaldab veevarusid täiendada;

– hea põhjavee keemia (nt madal rauasisaldus), et vältida torude katlakivi ja korrosiooniprobleeme.

Suletud süsteemid Maa soojuse madala potentsiaaliga energia kasutamiseks

Suletud süsteemid on horisontaalsed ja vertikaalsed (joonis 1).

Riis. 1. Maasoojuspumba paigalduse skeem koos: a - horisontaalne

ja b - vertikaalsed maasoojusvahetid.

Horisontaalne maasoojusvaheti

Lääne- ja Kesk-Euroopa riikides on horisontaalsed maasoojusvahetid tavaliselt eraldi torud, mis on asetatud suhteliselt tihedalt ja ühendatud üksteisega järjestikku või paralleelselt (joonis 2).

Riis. 2. Horisontaalsed maasoojusvahetid, millel on: a - järjestikune ja

b - paralleelühendus.

Soojuse eemaldamise koha pindala säästmiseks on välja töötatud täiustatud tüüpi soojusvahetid, näiteks spiraalikujulised soojusvahetid (joonis 3), mis asuvad horisontaalselt või vertikaalselt. Seda tüüpi soojusvahetid on USA-s levinud.

NEED. Kapitonov

Maa tuumasoojus

Maa soojus

Maa on üsna tugevalt kuumutatud keha ja on soojusallikas. See kuumeneb peamiselt neelava päikesekiirguse tõttu. Kuid Maal on ka oma soojusressurss, mis on võrreldav Päikeselt saadava soojusega. Arvatakse, et sellel Maa enda energial on järgmine päritolu. Maa tekkis umbes 4,5 miljardit aastat tagasi pärast Päikese moodustumist selle ümber pöörlevast ja kondenseeruvast protoplanetaarsest gaasi-tolmukettast. Oma tekke varases staadiumis kuumenes maakera aine suhteliselt aeglase gravitatsioonilise kokkusurumise tõttu. Olulist rolli Maa soojusbilansis mängis ka väikeste kosmiliste kehade pinnale langemisel vabanenud energia. Seetõttu oli noor Maa sulanud. Jahtudes jõudis see järk-järgult praegusesse olekusse tahke pinnaga, millest olulise osa katavad ookeani- ja mereveed. Seda kõva väliskihti nimetatakse maapõue ja keskmiselt maal on selle paksus umbes 40 km ja ookeani vete all - 5-10 km. Maa sügavam kiht, nn mantel koosneb ka tahkest. See ulatub peaaegu 3000 km sügavusele ja sisaldab suuremat osa Maa ainest. Lõpuks on Maa sisemine osa tema tuum. See koosneb kahest kihist - välisest ja sisemisest. välimine tuum see on sularaua ja nikli kiht temperatuuril 4500–6500 K paksusega 2000–2500 km. sisemine tuum raadiusega 1000–1500 km on temperatuurini 4000–5000 K kuumutatud tahke raua-nikli sulam tihedusega umbes 14 g / cm 3, mis tekkis tohutul (peaaegu 4 miljonit baari) rõhul.
Lisaks Maa sisesoojusele, mis on päritud selle tekke varaseimast kuumast staadiumist ja mille hulk peaks aja jooksul vähenema, on veel üks, pikaajaline, mis on seotud pika poolaastaga tuumade radioaktiivse lagunemisega. elu - ennekõike 232 Th, 235 U , 238 U ja 40 K. Nendel lagunemistel eralduv energia - need moodustavad peaaegu 99% Maa radioaktiivsest energiast - täiendab pidevalt Maa soojusvarusid. Ülaltoodud tuumad asuvad maakoores ja vahevöös. Nende lagunemine põhjustab nii Maa välimise kui ka sisemise kihi kuumenemist.
Osa Maa sees leiduvast tohutust soojusest väljub pidevalt selle pinnale, sageli väga ulatuslike vulkaaniliste protsesside käigus. Maa sügavustest läbi selle pinna voolav soojusvoog on teada. See on (47±2)·10 12 vatti, mis võrdub soojusega, mida suudab toota 50 tuhat tuumaelektrijaama (ühe tuumajaama keskmine võimsus on umbes 10 9 vatti). Tekib küsimus, kas radioaktiivne energia mängib Maa kogu soojuseelarves olulist rolli ja kui jah, siis millist rolli? Vastus neile küsimustele jäi pikka aega teadmata. Nüüd on võimalus neile küsimustele vastata. Võtmeroll on siin neutriinodel (antineutriinodel), mis sünnivad Maa ainet moodustavate tuumade radioaktiivse lagunemise protsessides ja mida nimetatakse nn. geoneutriino.

Geoneutriino

Geoneutriino on kombineeritud nimetus neutriinodele või antineutriinodele, mis eralduvad maapinna all asuvate tuumade beeta-lagunemise tulemusena. Ilmselgelt võib tänu enneolematule läbitungimisvõimele nende (ja ainult nende) registreerimine maapealsete neutriinodetektorite poolt anda objektiivset teavet sügaval Maa sees toimuvate radioaktiivse lagunemise protsesside kohta. Sellise lagunemise näide on 228 Ra tuuma β - lagunemine, mis on pikaealise 232 Th tuuma α lagunemise korrutis (vt tabelit):

228 Ra tuuma poolväärtusaeg (T 1/2) on 5,75 aastat ja vabanev energia umbes 46 keV. Antineutriinode energiaspekter on pidev, mille ülempiir on lähedane vabanevale energiale.
232 Th, 235 U, 238 U tuumade lagunemised on järjestikuste lagunemiste ahelad, mis moodustavad nn. radioaktiivne seeria. Sellistes ahelates on α-lagunemised segatud β-lagunemistega, kuna α-lagunemise korral osutuvad lõplikud tuumad nihutatuks β-stabiilsuse joonelt neutronitega ülekoormatud tuumade piirkonda. Pärast järjestikuste lagunemiste ahelat iga rea ​​lõpus moodustuvad stabiilsed tuumad, mille prootonite ja neutronite arv on maagiliste arvude lähedal või nendega võrdne (Z = 82,N= 126). Sellised lõplikud tuumad on plii või vismuti stabiilsed isotoobid. Seega lõpeb T 1/2 lagunemine topeltmaagilise tuuma 208 Pb moodustumisega ja teel 232 Th → 208 Pb toimub kuus α-lagunemist, mis vahelduvad nelja β - lagunemisega (ahelas 238 U → 206 Pb, kaheksa α- ja kuus β - lagunemist; 235 U → 207 Pb ahelas on seitse α- ja neli β - lagunemist). Seega on iga radioaktiivse seeria antineutriinode energiaspekter selle seeria moodustavate üksikute β-lagunemiste osaspektrite superpositsioon. 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K lagunemisel tekkivate antineutriinode spektrid on näidatud joonistel fig. 1. 40 K lagunemine on üksik β − lagunemine (vt tabelit). Antineutriinod saavutavad oma suurima energia (kuni 3,26 MeV) lagunemisel
214 Bi → 214 Po, mis on lüli radioaktiivses seerias 238 U. Kõikide 232 Th → 208 Pb seeria lagunemislülide läbimisel vabanev koguenergia on 42,65 MeV. Radioaktiivsete seeriate 235 U ja 238 U puhul on need energiad vastavalt 46,39 ja 51,69 MeV. Lagunemisel vabanev energia
40 K → 40 Ca on 1,31 MeV.

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K tuumade omadused

Tuum	Jaga % segus isotoobid	Südamike arv on seotud. Si tuumad	T 1/2 miljard aastat	Esimesed lingid lagunemine
232	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Geoneutriino voo hinnang, mis on tehtud Maa aine koostises sisalduvate tuumade 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K lagunemise põhjal, annab tulemuseks suurusjärgus 10 6 cm. -2 sek -1. Neid geoneutriinosid registreerides saab teavet radioaktiivse soojuse rolli kohta Maa soojusbilansis ja testida meie ideid pikaealiste radioisotoopide sisalduse kohta maapealse aine koostises.

Riis. 1. Tuuma lagunemisel tekkivate antineutriinode energiaspektrid

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K, normaliseeritud lähtetuuma ühe lagunemiseni

Reaktsiooni kasutatakse elektronide antineutriinode registreerimiseks

P → e + + n, (1)

milles see osake tegelikult avastati. Selle reaktsiooni lävi on 1,8 MeV. Seetõttu saab ülaltoodud reaktsioonis registreerida ainult 232 Th ja 238 U tuumadest algavates lagunemisahelates tekkinud geoneutriinosid. Kõnealuse reaktsiooni efektiivne ristlõige on äärmiselt väike: σ ≈ 10–43 cm 2. Sellest järeldub, et neutriinodetektor, mille tundlik ruumala on 1 m 3, ei registreeri rohkem kui paar sündmust aastas. Ilmselgelt on geoneutriinovoogude usaldusväärseks fikseerimiseks vaja suuremahulisi neutriinodetektoreid, mis asuvad maa-alustes laborites, et tagada maksimaalne kaitse tausta eest. Idee kasutada geoneutriinode registreerimiseks päikese- ja reaktorineutriinode uurimiseks mõeldud detektoreid tekkis 1998. aastal. Praegu on kaks suuremahulist neutriinodetektorit, mis kasutavad vedelikstsintillaatorit ja sobivad probleemi lahendamiseks. Need on KamLANDi (Jaapan, ) ja Borexino (Itaalia, ) eksperimentide neutriinodetektorid. Allpool käsitleme Borexino detektori seadet ja sellel detektoril saadud tulemusi geoneutriinode registreerimisel.

Borexino detektor ja geoneutriinode registreerimine

Borexino neutriinodetektor asub Itaalia keskosas maa-aluses laboris Gran Sasso mäeaheliku all, mille mäetipud ulatuvad 2,9 km kõrgusele (joonis 2).

Riis. Joonis 2. Gran Sasso mäeaheliku all (Kesk-Itaalia) asuva neutriinolabori asukohadiagramm

Borexino on segmenteerimata massiivne detektor, mille aktiivne keskkond on
280 tonni orgaanilist vedelikstsintillaatorit. See täitis nailonist sfäärilise anuma läbimõõduga 8,5 m (joonis 3). Stsintillaatoriks oli pseudokumeen (C9H12) koos spektrit nihutava PPO lisandiga (1,5 g/l). Stsintillaatorist tulev valgus kogutakse 2212 kaheksatollise fotokordistiga (PMT), mis on paigutatud roostevabast terasest sfäärile (SSS).

Riis. 3. Borexino detektori seadme skeem

Pseudokumeeniga nailonist anum on sisemine detektor, mille ülesandeks on registreerida neutriinosid (antineutriinosid). Sisemine detektor on ümbritsetud kahe kontsentrilise puhvertsooniga, mis kaitsevad seda väliste gammakiirte ja neutronite eest. Sisemine tsoon on täidetud mittestsintilleeriva keskkonnaga, mis koosneb 900 tonnist pseudokumeenist koos dimetüülftalaadi lisanditega, et summutada stsintillatsioone. Välimine tsoon asub SNS-i peal ja on vee-Tšerenkovi detektor, mis sisaldab 2000 tonni ülipuhast vett ja katkestab signaalid väljastpoolt rajatisse sisenevatest müüonidest. Iga sisemise detektori interaktsiooni jaoks määratakse energia ja aeg. Detektori kalibreerimine erinevate radioaktiivsete allikate abil võimaldas väga täpselt määrata selle energiaskaala ja valgussignaali reprodutseeritavuse astme.
Borexino on väga kõrge kiirguspuhtusega detektor. Kõik materjalid valiti hoolikalt ja stsintillaator puhastati sisemise tausta minimeerimiseks. Oma kõrge kiirguspuhtuse tõttu on Borexino suurepärane detektor antineutriinode tuvastamiseks.
Reaktsioonis (1) annab positron hetkelise signaali, millele mõne aja pärast järgneb neutroni kinnipüüdmine vesiniku tuuma poolt, mis viib γ-kvanti ilmumiseni energiaga 2,22 MeV, mis tekitab signaal hilineb võrreldes esimesega. Borexinos on neutronite püüdmise aeg umbes 260 μs. Hetke- ja viivitussignaalid on korrelatsioonis ruumis ja ajas, tagades e põhjustatud sündmuse täpse äratundmise.
Reaktsiooni (1) lävi on 1,806 MeV ja nagu on näha jooniselt fig. Nagu on näidatud joonisel 1, on kõik 40 K ja 235 U lagunemisest pärinevad geoneutriinod allpool seda läve ning tuvastada saab ainult osa 232 Th ja 238 U lagunemisel tekkinud geoneutriinodest.
Borexino detektor tuvastas geoneutriinode signaale esmakordselt 2010. aastal ja avaldas hiljuti uued tulemused, mis põhinevad 2056 päeva vaatlustel 2007. aasta detsembrist kuni 2015. aasta märtsini. Allpool toome artikli põhjal välja saadud andmed ja nende arutelu tulemused.
Eksperimentaalsete andmete analüüsi tulemusena tuvastati 77 elektronantineutriino kandidaati, kes läbisid kõik valikukriteeriumid. e simuleerivate sündmuste tausta hindas . Seega oli signaali/tausta suhe ≈100.
Peamiseks taustaallikaks olid reaktori antineutriinod. Borexino jaoks oli olukord üsna soodne, kuna Gran Sasso labori läheduses pole tuumareaktoreid. Lisaks on reaktori antineutriinod energilisemad kui geoneutriinod, mis võimaldas neid antineutriinosid signaalitugevuse järgi positronist eraldada. Geoneutriinode ja reaktori antineutriinode panuse analüüsi tulemused registreeritud sündmuste koguarvusse alates e on näidatud joonistel fig. 4. Selle analüüsiga antud registreeritud geoneutriinode arv (varjutatud ala vastab neile joonisel 4) on võrdne . Analüüsi tulemusena eraldatud geoneutriinode spektris on näha kaks rühma - vähem energiline, intensiivsem ja energilisem, vähem intensiivne. Kirjeldatud uurimuse autorid seostavad neid rühmi vastavalt tooriumi ja uraani lagunemisega.
Käsitletavas analüüsis kasutasime tooriumi ja uraani masside suhet Maa aines
m(Th)/m(U) = 3,9 (tabelis on see väärtus ≈3,8). See arv peegeldab nende keemiliste elementide suhtelist sisaldust kondriitides - kõige levinum meteoriitide rühm (üle 90% Maale langenud meteoriitidest kuulub sellesse rühma). Arvatakse, et kondriitide koostis, välja arvatud kerged gaasid (vesinik ja heelium), kordab Päikesesüsteemi ja protoplanetaarse ketta koostist, millest Maa tekkis.

Riis. Joonis 4. Positronitest saadava valguse spekter fotoelektronide arvu ühikutes antineutriinokandidaatsündmuste jaoks (katsepunktid). Varjutatud ala on geoneutriinode panus. Pidev joon on reaktori antineutriinode panus.

Ühiskonna arenedes ja kujunedes hakkas inimkond otsima üha kaasaegsemaid ja samas säästlikumaid võimalusi energia saamiseks. Selleks ehitatakse tänapäeval erinevaid jaamu, kuid samal ajal kasutatakse laialdaselt maa sooltes sisalduvat energiat. Milline ta on? Proovime selle välja mõelda.

geotermiline energia

Juba nime järgi on selge, et see tähistab maa sisemuse soojust. Maakoore all on magmakiht, mis on tuliselt vedel silikaatsulam. Uuringuandmete kohaselt on selle soojuse energiapotentsiaal palju suurem kui maailma maagaasivarude, aga ka nafta energia. Pinnale tuleb magma – laava. Veelgi enam, suurim aktiivsus on täheldatav nendes maa kihtides, millel asuvad tektooniliste plaatide piirid, samuti seal, kus maakoort iseloomustab kõhnus. Maa geotermiline energia saadakse järgmiselt: laava ja planeedi veevarud puutuvad kokku, mille tulemusena hakkab vesi järsult soojenema. See toob kaasa geisri purske, nn kuumade järvede ja allhoovuste tekke. Ehk siis just need loodusnähtused, mille omadusi kasutatakse aktiivselt energiatena.

Kunstlikud geotermilised allikad

Maa sisikonnas sisalduvat energiat tuleb kasutada targalt. Näiteks on idee luua maa-alused katlad. Selleks peate puurima kaks piisava sügavusega kaevu, mis ühendatakse põhjaga. See tähendab, et selgub, et geotermilist energiat saab tööstuslikult saada peaaegu igas maanurgas: ühest kaevust pumbatakse reservuaari külm vesi, teisest aga ammutatakse kuum vesi või aur. Kunstlikud soojusallikad on kasulikud ja ratsionaalsed, kui tekkiv soojus annab rohkem energiat. Auru saab suunata turbiingeneraatoritesse, mis toodavad elektrit.

Muidugi on eraldatud soojus vaid murdosa koguvarudest saadavast. Kuid tuleb meeles pidada, et sügav kuumus täieneb pidevalt kivimite kokkusurumisprotsesside ja soolestiku kihistumise tõttu. Asjatundjate hinnangul akumuleerib maakoor soojust, mille koguhulk on 5000 korda suurem kui kogu maa fossiilsete sisemuste kütteväärtus tervikuna. Selgub, et selliste kunstlikult loodud maasoojusjaamade tööaeg võib olla piiramatu.

Allika funktsioonid

Allikad, mis võimaldavad saada geotermilist energiat, on peaaegu võimatu täielikult ära kasutada. Neid leidub enam kui 60 riigis üle maailma, kusjuures kõige rohkem maapealseid vulkaane on Vaikse ookeani vulkaanilise tulerõnga territooriumil. Kuid praktikas selgub, et geotermilised allikad erinevates maailma piirkondades on oma omaduste poolest täiesti erinevad, nimelt keskmise temperatuuri, soolsuse, gaasi koostise, happesuse jms poolest.

Geisrid on Maal energiaallikad, mille eripäraks on see, et nad pritsivad teatud ajavahemike järel keeva vett. Pärast purset muutub bassein veest vabaks, selle põhjas on näha kanal, mis läheb sügavale maasse. Geisereid kasutatakse energiaallikana sellistes piirkondades nagu Kamtšatka, Island, Uus-Meremaa ja Põhja-Ameerika ning üksikuid geisereid leidub mitmes teises piirkonnas.

Kust tuleb energia?

Jahtumata magma asub maapinnale väga lähedal. Sellest eralduvad gaasid ja aurud, mis tõusevad üles ja läbivad pragusid. Põhjaveega segunedes põhjustavad nad nende kuumenemist, muutuvad ise kuumaks veeks, milles on lahustunud palju aineid. Selline vesi lastakse maapinnale erinevate geotermiliste allikate kujul: kuumaveeallikad, mineraalveeallikad, geisrid jne. Teadlaste sõnul on maa kuumad sisikonnad koopad või kambrid, mis on ühendatud käikude, pragude ja kanalitega. Need on lihtsalt põhjaveega täidetud ja nende lähedal on magmakambrid. Sel loomulikul viisil moodustub maa soojusenergia.

Maa elektriväli

Looduses on veel üks alternatiivne energiaallikas, mis on taastuv, keskkonnasõbralik ja lihtsalt kasutatav. Tõsi, seni on seda allikat ainult uuritud ja praktikas rakendamata. Niisiis, Maa potentsiaalne energia peitub selle elektriväljas. Elektrostaatika põhiseadusi ja Maa elektrivälja iseärasusi uurides on niimoodi võimalik saada energiat. Tegelikult on meie planeet elektrilisest vaatepunktist sfääriline kondensaator, mis on laetud kuni 300 000 volti. Selle sisemisel sfääril on negatiivne laeng ja välimisel - ionosfääril - on positiivne laeng. on isolaator. Läbi selle liiguvad pidevalt ioon- ja konvektiivvoolud, mis ulatuvad tuhandete ampriteni. Plaatide potentsiaalide erinevus sel juhul aga ei vähene.

See viitab sellele, et looduses on olemas generaator, mille ülesanne on pidevalt täiendada kondensaatoriplaatidelt lekkivaid laenguid. Sellise generaatori rolli täidab Maa magnetväli, mis pöörleb koos meie planeediga päikesetuule voolus. Maa magnetvälja energiat saab kätte lihtsalt ühendades selle generaatoriga energiatarbija. Selleks peate paigaldama usaldusväärse maanduse.

Taastuvad allikad

Kuna meie planeedi rahvaarv kasvab pidevalt, vajame elanikkonna ülalpidamiseks üha rohkem energiat. Maa sooltes sisalduv energia võib olla väga erinev. Näiteks on taastuvad allikad: tuule-, päikese- ja veeenergia. Need on keskkonnasõbralikud ja seetõttu saate neid kasutada, kartmata keskkonda kahjustada.

vee energia

Seda meetodit on kasutatud sajandeid. Tänapäeval on ehitatud tohutul hulgal tamme ja veehoidlaid, milles elektrienergia tootmiseks kasutatakse vett. Selle mehhanismi olemus on lihtne: jõe voolu mõjul pöörlevad turbiinide rattad vastavalt, vee energia muundatakse elektrienergiaks.

Tänapäeval on olemas suur hulk hüdroelektrijaamu, mis muudavad veevoolu energia elektriks. Selle meetodi eripära on see, et see on vastavalt taastuv, sellised kujundused on madala hinnaga. Sellepärast, hoolimata asjaolust, et hüdroelektrijaamade ehitamine võtab üsna kaua aega ja protsess ise on väga kulukas, edestavad need rajatised märkimisväärselt elektrimahukaid tööstusi.

Päikeseenergia: kaasaegne ja paljutõotav

Päikeseenergiat saadakse päikesepaneelide abil, kuid kaasaegsed tehnoloogiad võimaldavad selleks kasutada uusi meetodeid. California kõrbes on ehitatud maailma suurim süsteem. See annab täielikult energiat 2000 kodule. Disain toimib järgmiselt: päikesekiired peegelduvad peeglitelt, mis saadetakse koos veega keskboilerisse. See keeb ja muutub auruks, mis pöörab turbiini. See omakorda on ühendatud elektrigeneraatoriga. Tuult saab kasutada ka energiana, mida Maa meile annab. Tuul puhub purjed, keerab tuulikud. Ja nüüd saate selle abiga luua seadmeid, mis toodavad elektrienergiat. Tuuliku labasid pöörates juhib see turbiini võlli, mis omakorda on ühendatud elektrigeneraatoriga.

Maa siseenergia

See ilmnes mitme protsessi tulemusena, millest peamised on akretsioon ja radioaktiivsus. Teadlaste sõnul toimus Maa ja selle massi teke mitme miljoni aasta jooksul ja see juhtus planetesimaalide tekke tõttu. Need kleepusid vastavalt kokku, Maa mass muutus üha suuremaks. Pärast seda, kui meie planeedil oli moodne mass, kuid sellel polnud veel atmosfääri, langesid sellele takistamatult meteoriidi- ja asteroidikehad. Seda protsessi nimetatakse lihtsalt akretsiooniks ja see tõi kaasa tõsiasja, et vabanes märkimisväärne gravitatsioonienergia. Ja mida suuremad kehad planeeti tabavad, seda suurem oli Maa sooltes sisalduv energia hulk.

See gravitatsiooniline diferentseerumine viis selleni, et ained hakkasid eralduma: rasked ained lihtsalt vajusid, kerged ja lenduvad ained aga hõljusid üles. Diferentseerumine mõjutas ka gravitatsioonienergia täiendavat vabanemist.

Aatomienergia

Maa energia kasutamine võib toimuda erineval viisil. Näiteks tuumaelektrijaamade ehitamise abil, kui aatomiaine väikseimate osakeste lagunemise tõttu vabaneb soojusenergia. Peamine kütus on uraan, mis sisaldub maakoores. Paljud usuvad, et see energia hankimise meetod on kõige lootustandvam, kuid selle kasutamine on seotud mitmete probleemidega. Esiteks kiirgab uraan kiirgust, mis tapab kõik elusorganismid. Lisaks, kui see aine satub pinnasesse või atmosfääri, toimub tõeline inimtegevusest tingitud katastroof. Tšernobõli tuumaelektrijaama avarii kurbi tagajärgi kogeme tänaseni. Oht seisneb selles, et radioaktiivsed jäätmed võivad ohustada kõike elavat väga-väga pikka aega, aastatuhandeid.

Uus aeg – uued ideed

Sellega muidugi ei piirduta ning iga aastaga püütakse aina rohkem leida uusi võimalusi energia saamiseks. Kui maa soojusenergia saadakse üsna lihtsalt, siis mõned meetodid polegi nii lihtsad. Näiteks energiaallikana on täiesti võimalik kasutada bioloogilist gaasi, mis saadakse jäätmete lagunemisel. Seda saab kasutada majade kütmiseks ja vee soojendamiseks.

Üha enam ehitatakse neid siis, kui veehoidlate suudmetele paigaldatakse tammid ja turbiinid, mida juhivad vastavalt mõõnad ja voolud, saadakse elektrit.

Prügi põletades saame energiat

Teine meetod, mida Jaapanis juba kasutatakse, on põletusahjude loomine. Tänapäeval ehitatakse neid Inglismaal, Itaalias, Taanis, Saksamaal, Prantsusmaal, Hollandis ja USA-s, kuid ainult Jaapanis hakati neid ettevõtteid kasutama mitte ainult ettenähtud otstarbel, vaid ka elektri tootmiseks. Kohalikes tehastes põletatakse 2/3 kogu prügist, samas kui tehased on varustatud auruturbiinidega. Sellest lähtuvalt varustavad nad lähedalasuvaid piirkondi soojuse ja elektriga. Samal ajal on sellise ettevõtte ehitamine kulude poolest palju tulusam kui soojuselektrijaama ehitamine.

Ahvatlevam on väljavaade kasutada Maa soojust seal, kus on koondunud vulkaanid. Sel juhul ei ole vaja Maad liiga sügavale puurida, kuna juba 300–500 meetri sügavusel on temperatuur vähemalt kaks korda kõrgem kui vee keemistemperatuur.

On olemas ka selline elektritootmisviis, kuna vesinikku – kõige lihtsamat ja kergemat keemilist elementi – võib pidada ideaalseks kütuseks, sest seal on vesi. Kui põletate vesinikku, võite saada vett, mis laguneb hapnikuks ja vesinikuks. Vesinikuleek ise on kahjutu, see tähendab, et see ei kahjusta keskkonda. Selle elemendi eripära on see, et sellel on kõrge kütteväärtus.

Mis on tulevikus?

Loomulikult ei suuda Maa magnetvälja energia või tuumaelektrijaamades saadav energia täielikult rahuldada kõiki inimkonna vajadusi, mis iga aastaga kasvavad. Eksperdid ütlevad aga, et muretsemiseks pole põhjust, kuna planeedi kütusevarusid jätkub. Pealegi kasutatakse üha enam uusi, keskkonnasõbralikke ja taastuvaid allikaid.

Keskkonnareostuse probleem püsib ja kasvab katastroofiliselt kiiresti. Kahjulike heitmete hulk langeb vastavalt skaalalt, õhk, mida me hingame, on kahjulik, vees on ohtlikke lisandeid ja pinnas on järk-järgult kurnatud. Seetõttu on nii oluline uurida õigeaegselt sellist nähtust nagu energia Maa soolestikus, et otsida võimalusi fossiilkütuste vajaduse vähendamiseks ja ebatraditsiooniliste energiaallikate aktiivsemaks kasutamiseks.