Haba nuklear bumi. Kelemahan Tenaga Geoterma

Tenaga ini tergolong dalam sumber alternatif. Pada masa kini, mereka semakin menyebut kemungkinan mendapatkan sumber yang planet ini berikan kepada kita. Kita boleh mengatakan bahawa kita hidup dalam era fesyen untuk tenaga boleh diperbaharui. Banyak penyelesaian teknikal, rancangan dan teori sedang dibuat dalam bidang ini.

Ia terletak jauh di kedalaman bumi dan mempunyai sifat-sifat pembaharuan, dengan kata lain, ia tidak berkesudahan. Sumber klasik, menurut saintis, mula kehabisan, minyak, arang batu, dan gas akan kering.

Loji Kuasa Geoterma Nesjavellir, Iceland

Oleh itu, kita boleh secara beransur-ansur bersedia untuk menerima pakai kaedah pengeluaran tenaga alternatif baharu. Di bawah kerak bumi terdapat teras yang kuat. Suhunya berkisar antara 3000 hingga 6000 darjah. Bergerak plat litosfera menunjukkan kekuatannya yang sangat besar. Ia menampakkan dirinya dalam bentuk letusan magma gunung berapi. Pereputan radioaktif berlaku di kedalaman, kadangkala menyebabkan bencana alam seperti itu.

Biasanya, magma memanaskan permukaan tanpa melampauinya. Ini menghasilkan geyser atau kolam air hangat. Jadi anda boleh gunakan proses fizikal V untuk tujuan yang betul untuk kemanusiaan.

Jenis sumber tenaga geoterma

Ia biasanya dibahagikan kepada dua jenis: tenaga hidroterma dan petroterma. Yang pertama terbentuk kerana sumber panas, dan jenis kedua ialah perbezaan suhu di permukaan dan jauh di dalam bumi. Menjelaskan dengan perkataan anda sendiri, sumber hidroterma terdiri daripada wap dan air panas, manakala sumber petroterma tersembunyi jauh di bawah tanah.

Peta potensi pembangunan tenaga geoterma di dunia

Untuk tenaga petroterma, perlu menggerudi dua telaga, mengisi satu dengan air, selepas itu proses pengukusan akan berlaku, yang akan datang ke permukaan. Terdapat tiga kelas kawasan geoterma:

Geoterma – terletak berhampiran plat benua. Kecerunan suhu lebih daripada 80C/km. Sebagai contoh, komune Itali Larderello. Terdapat loji kuasa di sana
Separa haba – suhu 40 – 80 C/km. Ini adalah akuifer semula jadi yang terdiri daripada batuan berpecah-belah. Di beberapa tempat di Perancis, bangunan dipanaskan dengan cara ini.
Normal – kecerunan kurang daripada 40 C/km. Perwakilan kawasan sedemikian adalah yang paling biasa

Mereka adalah sumber yang sangat baik untuk dimakan. Mereka terletak di dalam batu pada kedalaman tertentu. Mari kita lihat klasifikasi dengan lebih terperinci:

Epiterma - suhu dari 50 hingga 90 C
Mesoterma – 100 – 120 s
Hipoterma – lebih daripada 200 s

Spesies ini terdiri daripada komposisi kimia yang berbeza. Bergantung padanya, air boleh digunakan untuk pelbagai tujuan. Sebagai contoh, dalam pengeluaran elektrik, bekalan haba (laluan haba), asas bahan mentah.

Video: Tenaga Geoterma

Proses pemanasan

Suhu air adalah 50 -60 darjah, yang optimum untuk pemanasan dan bekalan panas kawasan kediaman. Keperluan untuk sistem pemanasan bergantung kepada lokasi geografi dan keadaan iklim. Dan orang sentiasa memerlukan bekalan air panas. Untuk proses ini, GTS (stesen terma geoterma) dibina.

Jika untuk pengeluaran klasik tenaga haba rumah dandang digunakan yang menggunakan bahan api pepejal atau gas, maka dalam pengeluaran ini sumber geyser digunakan. Proses teknikal adalah sangat mudah, komunikasi, laluan terma dan peralatan yang sama. Ia cukup untuk menggerudi telaga, membersihkannya daripada gas, kemudian menghantarnya dengan pam ke bilik dandang, di mana jadual suhu akan dikekalkan, dan kemudian ia akan memasuki utama pemanasan.

Perbezaan utama ialah tidak perlu menggunakan dandang bahan api. Ini dengan ketara mengurangkan kos tenaga haba. Pada musim sejuk, pelanggan menerima bekalan haba dan air panas, dan pada musim panas hanya bekalan air panas.

Penjanaan kuasa

Mata air panas dan geyser berfungsi sebagai komponen utama dalam pengeluaran tenaga elektrik. Untuk tujuan ini, beberapa skim digunakan, dan loji kuasa khas dibina. Peranti GTS:

tangki DHW
Pam
Pemisah gas
Pemisah wap
Menjana turbin
Kapasitor
Naikkan pam
Penyejuk tangki

Seperti yang kita dapat lihat, elemen utama litar ialah penukar stim. Ini membolehkan anda mendapatkan stim yang telah dimurnikan, kerana ia mengandungi asid yang memusnahkan peralatan turbin. Adalah mungkin untuk menggunakan skema campuran dalam kitaran teknologi, iaitu air dan wap terlibat dalam proses tersebut. Cecair melalui keseluruhan peringkat penulenan daripada gas, sama seperti wap.

Litar sumber binari

Komponen kerja adalah cecair dengan takat didih yang rendah. Air terma juga terlibat dalam pengeluaran elektrik dan berfungsi sebagai bahan mentah sekunder.

Dengan bantuannya, wap dari sumber mendidih rendah terbentuk. GTS dengan kitaran operasi sedemikian boleh diautomatikkan sepenuhnya dan tidak memerlukan kakitangan penyelenggaraan. Stesen yang lebih berkuasa menggunakan litar dwi litar. Loji janakuasa jenis ini membolehkan mencapai kapasiti 10 MW. Struktur litar berganda:

Penjana wap
Turbin
Kapasitor
Ejector
Pam suapan
Pengekonomi
Penyejat

Penggunaan praktikal

Rizab sumber yang besar berkali-kali lebih besar daripada penggunaan tenaga tahunan. Tetapi hanya sebahagian kecil yang digunakan oleh manusia. Pembinaan stesen bermula pada tahun 1916. Loji kuasa geoterma pertama dengan kapasiti 7.5 MW telah diwujudkan di Itali. Industri ini sedang giat membangun di negara-negara seperti Amerika Syarikat, Iceland, Jepun, Filipina, dan Itali.

Penerokaan aktif lokasi berpotensi dan kaedah pengekstrakan yang lebih mudah sedang dijalankan. Kapasiti pengeluaran semakin meningkat dari tahun ke tahun. Jika kita ambil kira penunjuk ekonomi, maka kos industri sedemikian adalah sama dengan loji janakuasa haba arang batu. Iceland hampir sepenuhnya meliputi stok perumahannya dengan sumber GT. 80% rumah digunakan untuk pemanasan air panas daripada telaga. Pakar dari Amerika Syarikat mendakwa bahawa dengan pembangunan yang betul, loji kuasa geoterma boleh menghasilkan 30 kali lebih banyak penggunaan tahunan. Jika kita bercakap tentang potensi, 39 negara di dunia akan dapat menyediakan tenaga elektrik sepenuhnya jika mereka menggunakan 100 peratus daripada tanah bawah bumi.

Doktor Sains Teknikal PADA. Saya benci, profesor,
ahli akademik Akademi Rusia sains teknologi, Moscow

Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, dunia telah mempertimbangkan arah penggunaan tenaga haba bumi yang lebih cekap dengan tujuan menggantikan sebahagian gas asli, minyak, arang batu. Ini akan menjadi mungkin bukan sahaja di kawasan yang mempunyai parameter geoterma yang tinggi, tetapi juga di mana-mana kawasan glob apabila menggerudi suntikan dan telaga pengeluaran dan mewujudkan sistem peredaran di antara mereka.

Minat yang semakin meningkat dalam sumber tenaga alternatif di dunia dalam beberapa dekad kebelakangan ini disebabkan oleh penyusutan rizab bahan api hidrokarbon dan keperluan untuk menyelesaikan beberapa masalah alam sekitar. Faktor objektif (bahan api fosil dan rizab uranium, serta perubahan dalam persekitaran yang disebabkan oleh kebakaran tradisional dan tenaga nuklear) mencadangkan bahawa peralihan kepada kaedah dan bentuk pengeluaran tenaga baru tidak dapat dielakkan.

Ekonomi dunia kini sedang menuju ke arah peralihan kepada gabungan rasional sumber tenaga tradisional dan baharu. Kehangatan Bumi menduduki salah satu tempat pertama di antara mereka.

Sumber tenaga geoterma dibahagikan kepada hidrogeologi dan petrogeoterma. Yang pertama daripada mereka diwakili oleh penyejuk (ia hanya membentuk 1% daripada sumber yang dikongsi tenaga geoterma) - air bawah tanah, campuran wap dan air wap. Yang terakhir mewakili tenaga geoterma yang terkandung dalam panas batu Oh.

Teknologi air pancut (aliran sendiri) yang digunakan di negara kita dan di luar negara untuk pengekstrakan wap semula jadi dan perairan geoterma adalah mudah, tetapi tidak berkesan. Dengan kadar aliran rendah telaga mengalir sendiri, pengeluaran haba mereka boleh menampung kos penggerudian hanya jika kedalaman takungan geoterma dengan suhu tinggi di kawasan anomali haba. Hayat perkhidmatan telaga sedemikian di banyak negara tidak mencapai 10 tahun.

Pada masa yang sama, pengalaman mengesahkan bahawa dengan kehadiran takungan wap semula jadi yang cetek, pembinaan loji kuasa geoterma adalah pilihan yang paling menguntungkan untuk menggunakan tenaga geoterma. Operasi loji janakuasa geoterma tersebut telah menunjukkan daya saingnya berbanding loji janakuasa jenis lain. Oleh itu, penggunaan rizab perairan geoterma dan wap hidroterma di negara kita di Semenanjung Kamchatka dan di pulau-pulau rabung Kuril, di kawasan Caucasus Utara, dan juga mungkin di kawasan lain adalah dinasihatkan dan tepat pada masanya. Tetapi deposit wap jarang berlaku; rizabnya yang diketahui dan diramalkan adalah kecil. Mendapan air tenaga haba yang lebih biasa tidak selalu terletak cukup dekat dengan pengguna - objek bekalan haba. Ini tidak termasuk kemungkinan penggunaan berkesan mereka secara besar-besaran.

Selalunya, isu memerangi deposit garam berkembang menjadi masalah yang kompleks. Penggunaan sumber panas bumi, biasanya bermineral, sebagai penyejuk membawa kepada pertumbuhan terlalu banyak zon telaga dengan oksida besi, kalsium karbonat dan pembentukan silikat. Di samping itu, masalah hakisan-karat dan mendapan skala menjejaskan operasi peralatan secara negatif. Masalahnya juga menjadi pembuangan air sisa bermineral yang mengandungi kekotoran toksik. Oleh itu, teknologi air pancut yang paling mudah tidak boleh berfungsi sebagai asas untuk pembangunan sumber geoterma yang meluas.

Menurut anggaran awal di wilayah Persekutuan Rusia, rizab ramalan perairan terma dengan suhu 40-250 °C, kemasinan 35-200 g/l dan kedalaman sehingga 3000 m adalah 21-22 juta m3/hari, iaitu bersamaan dengan pembakaran 30-40 juta tan hidrokarbon. .T. dalam tahun.

Rizab ramalan campuran wap-udara dengan suhu 150-250 °C di Semenanjung Kamchatka dan Kepulauan Kuril ialah 500 ribu m3/hari. dan rizab air terma dengan suhu 40-100 °C - 150 ribu m3/hari.

Keutamaan pembangunan dianggap sebagai rizab air terma dengan kadar aliran kira-kira 8 juta m3/hari, dengan kemasinan sehingga 10 g/l dan suhu melebihi 50 °C.

banyak nilai yang lebih tinggi Untuk sektor tenaga masa depan, terdapat pengekstrakan tenaga haba, sumber petrogeoterma yang hampir tidak habis-habis. Tenaga geoterma ini, yang terkandung dalam batuan panas pepejal, menyumbang 99% daripada jumlah sumber tenaga haba bawah tanah. Pada kedalaman 4-6 km, jisim dengan suhu 300-400 °C hanya boleh ditemui berhampiran pusat perantaraan beberapa gunung berapi, tetapi batuan panas dengan suhu 100-150 °C diedarkan hampir di mana-mana di kedalaman ini. , dan dengan suhu 180-200 °C di sebahagian besar wilayah Rusia.

Selama berbilion tahun, nuklear, graviti dan proses lain di dalam Bumi telah menjana dan menjana tenaga haba. Sebahagian daripadanya dipancarkan ke angkasa lepas, dan haba terkumpul di kedalaman, i.e. Kandungan haba fasa pepejal, cecair dan gas bagi jirim bumi dipanggil tenaga geoterma.

Penjanaan berterusan haba antara bumi mengimbangi kerugian luarannya, berfungsi sebagai sumber pengumpulan tenaga geoterma dan menentukan bahagian sumbernya yang boleh diperbaharui. Jumlah pemindahan haba dari bawah permukaan ke permukaan bumi tiga kali ganda kapasiti semasa loji kuasa di dunia dan dianggarkan sebanyak 30 TW.

Walau bagaimanapun, adalah jelas bahawa kebolehperbaharuan hanya relevan untuk sumber semula jadi yang terhad, dan jumlah potensi tenaga geoterma boleh dikatakan tidak habis-habis, kerana ia harus ditakrifkan sebagai jumlah haba yang tersedia di Bumi.

Bukan kebetulan bahawa dalam beberapa dekad kebelakangan ini, dunia telah mempertimbangkan arah penggunaan tenaga haba bumi yang lebih cekap dengan tujuan menggantikan sebahagian gas asli, minyak dan arang batu. Ini akan menjadi mungkin bukan sahaja di kawasan yang mempunyai parameter geoterma yang tinggi, tetapi juga di mana-mana kawasan di dunia apabila menggerudi suntikan dan telaga pengeluaran dan mewujudkan sistem peredaran di antara mereka.

Sudah tentu, dengan kekonduksian terma batu yang rendah, untuk operasi sistem peredaran yang cekap adalah perlu untuk mempunyai atau mencipta permukaan pertukaran haba yang cukup maju di zon pengekstrakan haba. Permukaan sedemikian dimiliki oleh lapisan berliang dan zon rintangan patah semula jadi yang sering dijumpai pada kedalaman di atas, kebolehtelapan yang memungkinkan untuk mengatur penapisan paksa penyejuk dengan pengekstrakan tenaga yang berkesan daripada batu, serta ciptaan tiruan permukaan pertukaran haba yang luas dalam jisim berliang kebolehtelapan rendah menggunakan kaedah patah hidraulik (lihat rajah).

Pada masa ini, keretakan hidraulik digunakan dalam industri minyak dan gas sebagai satu cara untuk meningkatkan kebolehtelapan formasi untuk meningkatkan pemulihan minyak semasa pembangunan medan minyak. Teknologi moden membolehkan anda mencipta retakan yang sempit tetapi panjang, atau yang pendek tetapi lebar. Terdapat contoh keretakan hidraulik yang diketahui dengan rekahan sehingga 2-3 km panjang.

Idea domestik untuk mengekstrak sumber panas bumi utama yang terkandung dalam batuan pepejal telah dinyatakan pada tahun 1914 oleh K.E. Tsiolkovsky, dan pada tahun 1920 sistem peredaran geoterma (GCS) dalam jisim granit panas telah diterangkan oleh V.A. Obruchev.

Pada tahun 1963, GCS pertama dicipta di Paris untuk mengekstrak haba daripada batu berliang untuk pemanasan dan penghawa dingin di premis kompleks Broadcasting Chaos. Pada tahun 1985, sudah ada 64 GCS beroperasi di Perancis dengan jumlah kapasiti haba 450 MW dengan penjimatan tahunan kira-kira 150 ribu tan minyak. Pada tahun yang sama, GVC serupa pertama telah dicipta di USSR di Lembah Khankala berhampiran bandar Grozny.

Pada tahun 1977, di bawah projek Makmal Kebangsaan Los Alamos di Amerika Syarikat, ujian GVC eksperimen dengan keretakan hidraulik jisim hampir tidak telap bermula di tapak Fenton Hill di New Mexico. Disuntik melalui perigi (suntikan) sejuk air tawar telah dipanaskan kerana pertukaran haba dengan jisim batu (185 OS) dalam retak menegak dengan keluasan 8000 m2, dibentuk oleh keretakan hidraulik pada kedalaman 2.7 km. Melalui telaga lain (pengeluaran), yang juga bersilang dengan retakan ini, air panas lampau datang ke permukaan dalam bentuk pancutan wap. Apabila beredar dalam gelung tertutup di bawah tekanan, suhu air panas lampau di permukaan mencapai 160-180 °C, dan kuasa terma sistem mencapai 4-5 MW. Kebocoran bahan penyejuk ke dalam jisim sekeliling menyumbang kira-kira 1% daripada jumlah kadar aliran. Kepekatan kekotoran mekanikal dan kimia (sehingga 0.2 g/l) sepadan dengan keadaan air minuman segar. Patah hidraulik tidak memerlukan sokongan dan dikekalkan terbuka oleh tekanan bendalir hidrostatik. Perolakan bebas yang berkembang di dalamnya memastikan penyertaan berkesan dalam pertukaran haba hampir keseluruhan permukaan singkapan jisim batu panas.

Pengekstrakan tenaga haba bawah tanah daripada batuan tak telap panas berdasarkan kaedah penggerudian berarah dan keretakan hidraulik yang dibangunkan dan lama diamalkan dalam industri minyak dan gas tidak menyebabkan aktiviti seismik, atau sebarang kesan berbahaya yang lain terhadap alam sekitar.

Pada tahun 1983, saintis Inggeris mengulangi pengalaman Amerika dengan mencipta GCS eksperimen dengan patah hidraulik granit di Carnwell. Kerja serupa telah dijalankan di Jerman dan Sweden. Terdapat lebih daripada 224 projek pemanasan geoterma di Amerika Syarikat. Diandaikan bahawa sumber geoterma boleh menyediakan sebahagian besar keperluan masa depan AS untuk tenaga haba untuk keperluan bukan elektrik. Di Jepun, kapasiti loji kuasa geoterma pada tahun 2000 mencapai kira-kira 50 GW.

Pada masa ini, penyelidikan dan penerokaan sumber geoterma dijalankan di 65 negara. Di dunia, stesen dengan jumlah kapasiti kira-kira 10 GW telah dicipta berdasarkan tenaga geoterma. PBB menyediakan sokongan aktif untuk pembangunan tenaga geoterma.

Pengalaman yang diperoleh di banyak negara di seluruh dunia dalam penggunaan penyejuk geoterma menunjukkan bahawa dalam keadaan yang menggalakkan mereka adalah 2-5 kali lebih menguntungkan daripada loji kuasa haba dan nuklear. Pengiraan menunjukkan bahawa satu telaga geoterma boleh menggantikan 158 ribu tan arang batu setahun.

Oleh itu, haba Bumi mungkin satu-satunya sumber tenaga boleh diperbaharui yang besar, pembangunan rasional yang menjanjikan untuk mengurangkan kos tenaga berbanding tenaga bahan api moden. Dengan potensi tenaga yang tidak habis-habisnya, pemasangan solar dan termonuklear, malangnya, akan lebih mahal daripada yang sedia ada.

Walaupun sejarah yang sangat panjang memanfaatkan haba Bumi, hari ini teknologi geoterma masih belum mencapainya pembangunan yang tinggi. Membangunkan tenaga haba Bumi mengalami kesukaran yang besar semasa pembinaan telaga dalam, yang merupakan saluran untuk membawa penyejuk ke permukaan. Oleh kerana suhu tinggi di bahagian bawah (200-250 °C), alat pemotong batu tradisional tidak sesuai untuk bekerja dalam keadaan sedemikian; keperluan khas dikenakan pada pemilihan paip penggerudian dan selongsong, buburan simen, teknologi penggerudian, selongsong dan penyiapan telaga. Peralatan pengukur domestik, kelengkapan operasi bersiri dan peralatan dihasilkan dalam versi yang membenarkan suhu tidak lebih tinggi daripada 150-200 °C. Penggerudian telaga mekanikal dalam tradisional kadangkala mengambil masa bertahun-tahun dan memerlukan kos kewangan yang besar. Dalam aset pengeluaran tetap, kos telaga berkisar antara 70 hingga 90%. Masalah ini boleh dan harus diselesaikan hanya dengan mencipta teknologi progresif untuk membangunkan bahagian utama sumber geoterma, i.e. mengekstrak tenaga daripada batuan panas.

Kumpulan saintis dan pakar Rusia kami telah menangani masalah mengekstrak dan menggunakan tenaga haba dalam yang tidak habis-habis dan boleh diperbaharui dari batuan panas Bumi di wilayah Persekutuan Rusia selama bertahun-tahun. Matlamat kerja adalah untuk mencipta, berdasarkan domestik, Teknologi tinggi cara teknikal untuk penembusan mendalam ke dalam kedalaman kerak bumi. Pada masa ini, beberapa varian pemasangan penggerudian (DS) telah dibangunkan, yang tidak mempunyai analog dalam amalan dunia.

Operasi versi pertama BS dikaitkan dengan teknologi penggerudian telaga tradisional semasa. Kelajuan penggerudian batu keras ( ketumpatan purata 2500-3300 kg/m3) sehingga 30 m/j, diameter telaga 200-500 mm. Versi kedua BS menggerudi telaga dalam mod autonomi dan automatik. Pelancaran dijalankan dari platform pelancaran dan penerimaan khas, yang mana pergerakannya dikawal. Satu ribu meter BS dalam batu keras boleh diliputi dalam masa beberapa jam. Diameter telaga adalah dari 500 hingga 1000 mm. Pilihan BS boleh guna semula mempunyai besar kecekapan ekonomi dan nilai potensi yang sangat besar. Pengenalan BS ke dalam pengeluaran akan dibuka peringkat baru dalam pembinaan telaga dan menyediakan akses kepada sumber tenaga haba Bumi yang tidak habis-habis.

Untuk keperluan bekalan haba, kedalaman telaga yang diperlukan di seluruh negara berkisar antara 3-4.5 ribu m dan tidak melebihi 5-6 ribu m Suhu penyejuk untuk perumahan dan bekalan haba komunal tidak melebihi 150 °C. Untuk kemudahan industri suhu, sebagai peraturan, tidak melebihi 180-200 °C.

Tujuan mewujudkan GCS adalah untuk menyediakan haba yang malar, boleh diakses, murah ke kawasan terpencil, sukar dicapai dan belum dibangunkan di Persekutuan Rusia. Tempoh operasi GCS ialah 25-30 tahun atau lebih. Tempoh bayaran balik stesen (termasuk teknologi terkini penggerudian) - 3-4 tahun.

Penciptaan di Persekutuan Rusia pada tahun-tahun akan datang kapasiti yang sesuai untuk penggunaan tenaga geoterma untuk keperluan bukan elektrik akan memungkinkan untuk menggantikan kira-kira 600 juta tan bahan api yang setara. Penjimatan boleh berjumlah sehingga 2 trilion rubel.

Menjelang 2030, adalah mungkin untuk mencipta kapasiti tenaga untuk menggantikan tenaga api sehingga 30%, dan menjelang 2040, hampir sepenuhnya menghapuskan bahan mentah organik sebagai bahan api daripada keseimbangan tenaga Persekutuan Russia.

kesusasteraan

1. Goncharov S.A. Termodinamik. M.: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 hlm.

2. Dyadkin Yu.D. dan lain-lain.Termofizik geoterma. St Petersburg: Nauka, 1993. 255 hlm.

3. Pangkalan sumber mineral kompleks bahan api dan tenaga Rusia. Keadaan dan prognosis / V.K. Branchugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko dan lain-lain Ed. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 hlm.

4. Novikov G.P. et al. Menggerudi telaga perairan terma. M.: Nedra, 1986. 229 hlm.

Bagi Rusia, tenaga haba Bumi boleh menjadi sumber elektrik dan haba yang murah dan boleh dipercayai yang berterusan menggunakan teknologi tinggi dan mesra alam baharu untuk pengekstrakan dan bekalannya kepada pengguna. Ini adalah benar terutamanya pada masa kini

Sumber terhad bahan mentah tenaga fosil

Permintaan untuk bahan mentah tenaga organik sangat besar di negara-negara perindustrian dan membangun (AS, Jepun, negara-negara Eropah bersatu, China, India, dll.). Pada masa yang sama, sumber hidrokarbon negara ini sama ada tidak mencukupi atau terpelihara, dan sebuah negara, contohnya Amerika Syarikat, membeli bahan mentah tenaga di luar negara atau membangunkan deposit di negara lain.

Di Rusia, salah satu negara terkaya dari segi sumber tenaga, keperluan ekonomi untuk tenaga setakat ini berpuas hati dengan kemungkinan menggunakan sumber semula jadi. Walau bagaimanapun, pengekstrakan bahan mentah hidrokarbon fosil daripada tanah bawah adalah sangat dengan pantas. Jika pada tahun 1940–1960an. kawasan penghasil minyak utama ialah "Baku Kedua" di rantau Volga dan Ural, maka, dari tahun 1970-an hingga sekarang, kawasan sedemikian telah Siberia Barat. Tetapi di sini juga, terdapat penurunan ketara dalam pengeluaran hidrokarbon fosil. Era gas Cenomanian "kering" menjadi perkara yang sudah berlalu. Tahap pembangunan meluas pengeluaran gas asli sebelum ini telah berakhir. Pemulihannya daripada deposit gergasi seperti Medvezhye, Urengoyskoye dan Yamburgskoye masing-masing berjumlah 84, 65 dan 50%. Graviti tertentu rizab minyak yang sesuai untuk pembangunan juga semakin berkurangan dari semasa ke semasa.

Disebabkan penggunaan aktif bahan api hidrokarbon, rizab minyak darat dan gas asli telah menurun dengan ketara. Kini rizab utama mereka tertumpu pada pelantar benua. Dan walaupun asas bahan mentah industri minyak dan gas masih mencukupi untuk pengeluaran minyak dan gas di Rusia di volum yang diperlukan, dalam masa terdekat ia akan dipastikan ke tahap yang semakin meningkat melalui pembangunan deposit dengan keadaan perlombongan dan geologi yang kompleks. Kos pengeluaran hidrokarbon akan meningkat.

Kebanyakan sumber tidak boleh diperbaharui yang diekstrak daripada tanah bawah digunakan sebagai bahan api untuk loji kuasa. Pertama sekali, ini adalah , bahagiannya dalam struktur bahan api ialah 64%.

Di Rusia, 70% tenaga elektrik dijana di loji kuasa haba. Syarikat tenaga negara setiap tahun membakar kira-kira 500 juta tan mis. t.untuk menjana elektrik dan haba, manakala pengeluaran haba menggunakan bahan api hidrokarbon 3–4 kali ganda lebih banyak daripada penjanaan elektrik.

Jumlah haba yang diperoleh daripada pembakaran isipadu bahan mentah hidrokarbon ini adalah bersamaan dengan penggunaan ratusan tan bahan api nuklear - perbezaannya adalah besar. Namun begitu tenaga nuklear memerlukan memastikan keselamatan alam sekitar (untuk mengelakkan pengulangan Chernobyl) dan melindunginya daripada kemungkinan tindakan pengganas, serta penyahtauliahan yang selamat dan mahal bagi unit loji tenaga nuklear yang usang dan tamat tempoh. Rizab uranium boleh pulih yang terbukti di dunia adalah kira-kira 3 juta 400 ribu tan. Sepanjang tempoh sebelumnya (sehingga 2007), kira-kira 2 juta tan telah dilombong.

RES sebagai masa depan tenaga global

Minat yang semakin meningkat dalam sumber tenaga boleh diperbaharui alternatif (RES) di dunia dalam beberapa dekad kebelakangan ini bukan sahaja disebabkan oleh kekurangan rizab bahan api hidrokarbon, tetapi juga oleh keperluan untuk menyelesaikan masalah alam sekitar. Faktor objektif (bahan api fosil dan rizab uranium, serta perubahan persekitaran yang berkaitan dengan penggunaan api tradisional dan tenaga nuklear) dan trend pembangunan tenaga menunjukkan bahawa peralihan kepada kaedah dan bentuk pengeluaran tenaga baru tidak dapat dielakkan. Sudah pada separuh pertama abad ke-21. Akan ada peralihan lengkap atau hampir lengkap kepada sumber tenaga bukan tradisional.

Lebih cepat kejayaan dibuat ke arah ini, semakin tidak menyakitkan bagi seluruh masyarakat dan lebih bermanfaat bagi negara di mana langkah tegas akan diambil ke arah ini.

Ekonomi dunia kini telah pun menetapkan laluan untuk peralihan kepada gabungan rasional sumber tenaga tradisional dan baharu. Penggunaan tenaga di dunia pada tahun 2000 berjumlah lebih daripada 18 bilion tce. t., dan penggunaan tenaga menjelang 2025 mungkin meningkat kepada 30–38 bilion tce. t., mengikut ramalan, menjelang 2050 penggunaan pada tahap 60 bilion tce adalah mungkin. Trend ciri dalam pembangunan ekonomi dunia dalam tempoh yang ditinjau ialah penurunan sistematik dalam penggunaan bahan api fosil dan peningkatan yang sepadan dalam penggunaan bukan tradisional. sumber tenaga. Tenaga haba Bumi menduduki salah satu tempat pertama di kalangan mereka.

Pada masa ini, Kementerian Tenaga Persekutuan Rusia telah menerima pakai program untuk pembangunan tenaga bukan tradisional, termasuk 30 projek utama penggunaan unit pam haba (HPU), yang prinsip operasinya adalah berdasarkan penggunaan tenaga haba gred rendah Bumi.

Tenaga haba gred rendah Bumi dan pam haba

Sumber tenaga haba berpotensi rendah Bumi ialah sinaran suria Dan sinaran haba bahagian dalam planet kita yang dipanaskan. Pada masa ini, penggunaan tenaga tersebut adalah salah satu bidang tenaga yang paling dinamik membangun berdasarkan sumber tenaga boleh diperbaharui.

Haba bumi boleh digunakan dalam pelbagai jenis bangunan dan struktur untuk pemanasan, bekalan air panas, penghawa dingin (penyejukan), serta untuk memanaskan laluan pada musim sejuk, mencegah aising, memanaskan medan di stadium terbuka, dsb. Dalam Bahasa Inggeris kesusasteraan teknikal sistem yang menggunakan haba Bumi dalam sistem pemanasan dan penyaman udara ditetapkan sebagai GHP - "pam haba geoterma" (pam haba geoterma). Ciri-ciri iklim negara-negara Eropah Tengah dan Utara, yang, bersama-sama dengan Amerika Syarikat dan Kanada, adalah kawasan utama untuk penggunaan haba gred rendah dari Bumi, menentukan ini terutamanya untuk tujuan pemanasan; penyejukan udara walaupun dalam tempoh musim panas Diperlukan agak jarang. Oleh itu, tidak seperti Amerika Syarikat, pam haba di negara Eropah beroperasi terutamanya dalam mod pemanasan. Di Amerika Syarikat, ia lebih kerap digunakan dalam sistem pemanasan udara digabungkan dengan pengudaraan, yang membolehkan kedua-dua pemanasan dan penyejukan udara luar. Di negara-negara Eropah, pam haba biasanya digunakan dalam sistem pemanasan air. Oleh kerana kecekapannya meningkat apabila perbezaan suhu antara penyejat dan pemeluwap berkurangan, sistem pemanasan bawah lantai sering digunakan untuk memanaskan bangunan, di mana penyejuk beredar pada suhu yang agak rendah (35–40 o C).

Jenis sistem untuk menggunakan tenaga haba berpotensi rendah dari Bumi

Secara umum, dua jenis sistem untuk menggunakan tenaga haba berpotensi rendah dari Bumi boleh dibezakan:

– sistem terbuka: air bawah tanah yang dibekalkan terus ke pam haba digunakan sebagai sumber tenaga haba gred rendah;

– sistem tertutup: penukar haba terletak di dalam jisim tanah; apabila penyejuk dengan suhu yang lebih rendah berbanding dengan tanah beredar melalui mereka, tenaga haba "dipilih" dari tanah dan dipindahkan ke penyejat pam haba (atau apabila menggunakan penyejuk dengan suhu yang lebih tinggi berbanding dengan tanah, ia adalah disejukkan).

Minus sistem terbuka adakah telaga memerlukan penyelenggaraan. Di samping itu, penggunaan sistem sedemikian tidak mungkin di semua kawasan. Keperluan utama untuk tanah dan air bawah tanah adalah seperti berikut:

– kebolehtelapan tanah yang mencukupi, membolehkan rizab air diisi semula;

- baik komposisi kimia air bawah tanah (cth. kandungan besi yang rendah), mengelakkan masalah yang berkaitan dengan pembentukan mendapan pada dinding paip dan kakisan.

Sistem tertutup untuk menggunakan tenaga haba berpotensi rendah dari Bumi

Sistem tertutup boleh mendatar atau menegak (Rajah 1).

nasi. 1. Skim pemasangan pam haba geoterma dengan: a – mendatar

dan b – penukar haba tanah menegak.

Penukar haba tanah mendatar

Di negara-negara Eropah Barat dan Tengah, mendatar penukar haba tanah biasanya ia adalah paip berasingan yang diletakkan agak rapat dan bersambung antara satu sama lain secara bersiri atau selari (Rajah 2).

nasi. 2. Penukar haba tanah mendatar dengan: a – bersiri dan

b – sambungan selari.

Untuk menyelamatkan kawasan di mana haba dikeluarkan, jenis penukar haba yang lebih baik telah dibangunkan, sebagai contoh, penukar haba dalam bentuk lingkaran (Rajah 3), terletak secara mendatar atau menegak. Bentuk penukar haba ini adalah biasa di Amerika Syarikat.

MEREKA. Kapitonov

Haba nuklear bumi

Kehangatan duniawi

Bumi adalah badan yang agak panas dan merupakan sumber haba. Ia menjadi panas terutamanya disebabkan oleh sinaran suria yang diserapnya. Tetapi Bumi juga mempunyai sumber haba sendiri yang setanding dengan haba yang diterima daripada Matahari. Tenaga diri Bumi ini dipercayai mempunyai asal-usul berikut. Bumi timbul kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu berikutan pembentukan Matahari daripada cakera protoplanet gas dan habuk yang berputar di sekelilingnya dan memadatkannya. Pada peringkat awal pembentukannya, bahan bumi dipanaskan kerana mampatan graviti yang agak perlahan. Tenaga yang dikeluarkan apabila jasad kosmik kecil jatuh ke atasnya juga memainkan peranan utama dalam keseimbangan haba Bumi. Oleh itu, Bumi muda telah cair. Menyejukkan, ia secara beransur-ansur datang ke keadaan sekarang dengan permukaan pepejal, sebahagian besar daripadanya ditutup dengan lautan dan perairan laut. Lapisan luar yang keras ini dipanggil kerak bumi dan secara purata di kawasan daratan ketebalannya adalah kira-kira 40 km, dan ke bawah perairan lautan– 5-10 km. Lapisan Bumi yang lebih dalam, dipanggil mantel, juga terdiri daripada bahan pepejal. Ia meluas hingga kedalaman hampir 3000 km dan mengandungi sebahagian besar bahan Bumi. Akhirnya, bahagian paling dalam Bumi adalah teras. Ia terdiri daripada dua lapisan - luaran dan dalaman. Teras luar ini adalah lapisan besi cair dan nikel pada suhu 4500-6500 K, tebal 2000-2500 km. Teras dalaman dengan jejari 1000-1500 km, ia adalah aloi besi-nikel pepejal yang dipanaskan pada suhu 4000-5000 K dengan ketumpatan kira-kira 14 g/cm 3, yang timbul di bawah tekanan yang sangat besar (hampir 4 juta bar).
Sebagai tambahan kepada haba dalaman Bumi, yang diwarisi dari peringkat panas terawal pembentukannya, dan jumlahnya akan berkurangan dengan masa, terdapat satu lagi - jangka panjang, yang dikaitkan dengan pereputan radioaktif nukleus dengan panjang. separuh hayat - terutamanya 232 Th, 235 U , 238 U dan 40 K. Tenaga yang dibebaskan dalam pereputan ini - ia menyumbang hampir 99% daripada tenaga radioaktif Bumi - sentiasa mengisi semula rizab haba Bumi. Nukleus di atas terkandung dalam kerak dan mantel. Pereputan mereka membawa kepada pemanasan kedua-dua lapisan luar dan dalam Bumi.
Sebahagian daripada haba besar yang terkandung di dalam Bumi sentiasa dilepaskan ke permukaannya, selalunya dalam proses gunung berapi berskala sangat besar. Aliran haba yang mengalir dari kedalaman Bumi melalui permukaannya diketahui. Ia adalah (47±2)·10 12 Watt, iaitu bersamaan dengan haba yang boleh dijana oleh 50 ribu loji kuasa nuklear (purata kuasa satu loji kuasa nuklear ialah kira-kira 10 9 Watt). Timbul persoalan sama ada ada peranan penting tenaga radioaktif dalam jumlah anggaran haba Bumi dan jika ia bermain, jenis apa? Jawapan kepada soalan-soalan ini kekal tidak diketahui untuk masa yang lama. Kini terdapat peluang untuk menjawab soalan-soalan ini. Peranan utama di sini adalah milik neutrino (antineutrinos), yang dilahirkan dalam proses pereputan radioaktif nukleus yang membentuk bahan Bumi dan yang dipanggil geo-neutrino.

Geo-neutrino

Geo-neutrino ialah nama gabungan untuk neutrino atau antineutrino, yang dipancarkan hasil daripada pereputan beta nukleus yang terletak di bawah permukaan bumi. Jelas sekali, terima kasih kepada keupayaan penembusan mereka yang belum pernah berlaku sebelum ini, merekodkannya (dan hanya mereka) dengan pengesan neutrino berasaskan tanah boleh memberikan maklumat objektif tentang proses pereputan radioaktif yang berlaku jauh di dalam Bumi. Contoh pereputan sedemikian ialah pereputan β − nukleus 228 Ra, yang merupakan hasil daripada pereputan α nukleus 232 Th yang berumur panjang (lihat jadual):

Separuh hayat (T 1/2) nukleus 228 Ra ialah 5.75 tahun, tenaga yang dibebaskan adalah kira-kira 46 keV. Spektrum tenaga antineutrino adalah berterusan dengan had atas yang hampir dengan tenaga yang dibebaskan.
Pereputan nukleus 232 Th, 235 U, 238 U ialah rantaian pereputan berturut-turut, membentuk apa yang dipanggil siri radioaktif. Dalam rantai sedemikian, pereputan α diselang-seli dengan pereputan β, kerana semasa pereputan α nukleus akhir dialihkan dari garis kestabilan β ke kawasan nukleus yang terlebih beban dengan neutron. Selepas rantaian pereputan berturut-turut, pada akhir setiap siri, nukleus stabil terbentuk dengan bilangan proton dan neutron yang hampir atau sama dengan nombor ajaib (Z = 82,N= 126). Nukleus akhir tersebut adalah isotop stabil plumbum atau bismut. Oleh itu, pereputan T 1/2 berakhir dengan pembentukan nukleus ajaib berganda 208 Pb, dan pada laluan 232 Th → 208 Pb enam pereputan α berlaku, diselangi dengan empat pereputan β − (dalam 238 U → 206 Pb rantaian terdapat lapan α- dan enam β − - pereputan; dalam rantai 235 U → 207 Pb terdapat tujuh α- dan empat β − pereputan). Oleh itu, spektrum tenaga antineutrino daripada setiap siri radioaktif ialah superposisi spektrum separa daripada pereputan β - individu yang termasuk dalam siri ini. Spektrum antineutrino yang dihasilkan dalam pereputan 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K ditunjukkan dalam Rajah. 1. Pereputan 40 K ialah pereputan β − tunggal (lihat jadual). Antineutrino mencapai tenaga tertinggi mereka (sehingga 3.26 MeV) dalam pereputan
214 Bi → 214 Po, iaitu pautan dalam siri radioaktif 238 U. Jumlah tenaga yang dibebaskan semasa laluan semua pautan pereputan siri 232 Th → 208 Pb adalah bersamaan dengan 42.65 MeV. Untuk siri radioaktif 235 U dan 238 U, tenaga ini masing-masing ialah 46.39 dan 51.69 MeV. Tenaga yang dibebaskan dalam pereputan
40 K → 40 Ca, ialah 1.31 MeV.

Ciri-ciri teras 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K

teras	Kongsi dalam % dalam adunan isotop	Bilangan teras mengaitkan Si nukleus	T 1/2 bilion tahun
232 Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6.48·10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40 K	0.0117	0.440	1.25

Anggaran fluks geoneutrino, dibuat berdasarkan pereputan nukleus 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K yang terkandung dalam jirim Bumi, membawa kepada nilai tertib 10 6 cm -2 saat -1 . Dengan mendaftarkan geo-neutrino ini, adalah mungkin untuk mendapatkan maklumat tentang peranan haba radioaktif dalam keseimbangan terma keseluruhan Bumi dan menguji idea kami tentang kandungan radioisotop tahan lama dalam komposisi jirim bumi.

nasi. 1. Spektrum tenaga antineutrino daripada pereputan nuklear

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K, dinormalkan kepada satu pereputan nukleus induk

Tindak balas digunakan untuk mengesan antineutrino elektron

P → e ++ n, (1)

di mana zarah ini sebenarnya ditemui. Ambang untuk tindak balas ini ialah 1.8 MeV. Oleh itu, hanya geo-neutrino yang dihasilkan dalam rantaian pereputan bermula dari nukleus 232 Th dan 238 U boleh didaftarkan dalam tindak balas di atas. Keratan rentas yang berkesan untuk tindak balas yang dibincangkan adalah sangat kecil: σ ≈ 10 -43 cm 2. Ia berikutan bahawa pengesan neutrino dengan isipadu sensitif 1 m 3 akan mendaftar tidak lebih daripada beberapa peristiwa setahun. Jelas sekali, untuk mengesan fluks geoneutrino dengan pasti, pengesan neutrino volum besar diperlukan, terletak di makmal bawah tanah untuk perlindungan maksimum dari latar belakang. Idea menggunakan pengesan yang direka untuk mengkaji neutrino suria dan reaktor untuk mendaftarkan geoneutrino timbul pada tahun 1998. Pada masa ini, terdapat dua pengesan neutrino volum besar yang menggunakan scintillator cecair dan sesuai untuk menyelesaikan masalah ini. Ini adalah pengesan neutrino daripada eksperimen KamLAND (Jepun,) dan Borexino (Itali,). Di bawah ini kami mempertimbangkan reka bentuk pengesan Borexino dan keputusan yang diperoleh pada pengesan ini untuk mendaftarkan geo-neutrino.

Pengesan Borexino dan pendaftaran geo-neutrino

Pengesan neutrino Borexino terletak di tengah Itali dalam makmal bawah tanah di bawah banjaran gunung Gran Sasso, yang puncak gunungnya mencapai ketinggian 2.9 km (Rajah 2).

nasi. 2. Susun atur makmal neutrino di bawah banjaran gunung Gran Sasso (tengah Itali)

Borexino ialah pengesan besar-besaran tidak bersegmen, medium aktif yang mana
280 tan scintillator cecair organik. Sebuah bekas sfera nilon dengan diameter 8.5 m diisi dengannya (Rajah 3). Scintilator ialah pseudocumene (C 9 H 12) dengan bahan tambahan pengalihan spektrum PPO (1.5 g/l). Cahaya daripada scintillator dikumpul oleh 2212 tiub photomultiplier (PMT) lapan inci yang diletakkan pada sfera keluli tahan karat (SSS).

nasi. 3. Gambar rajah pengesan Borexino

Sebuah kapal nilon dengan pseudocumene ialah pengesan dalaman yang tugasnya adalah untuk mendaftarkan neutrino (antineutrino). Pengesan dalaman dikelilingi oleh dua zon penampan sepusat yang melindunginya daripada sinar gamma luaran dan neutron. Zon dalaman diisi dengan medium tidak berkilauan yang terdiri daripada 900 tan pseudocumene dengan bahan tambahan dimetil ftalat yang memadamkan kilauan. Zon luar terletak di atas SNS dan merupakan pengesan air Cherenkov yang mengandungi 2000 tan air ultratulen dan memotong isyarat daripada muon yang memasuki pemasangan dari luar. Bagi setiap interaksi yang berlaku dalam pengesan dalaman, tenaga dan masa ditentukan. Penentukuran pengesan menggunakan pelbagai sumber radioaktif memungkinkan untuk menentukan skala tenaga dan tahap kebolehulangan isyarat cahaya dengan sangat tepat.
Borexino ialah pengesan ketulenan sinaran yang sangat tinggi. Semua bahan telah melalui pemilihan yang ketat, dan scintillator telah dimurnikan untuk meminimumkan latar belakang dalaman. Oleh kerana ketulenan sinaran yang tinggi, Borexino adalah pengesan yang sangat baik untuk mengesan antineutrino.
Dalam tindak balas (1), positron memberikan isyarat serta-merta, yang selepas beberapa lama diikuti oleh penangkapan neutron oleh nukleus hidrogen, yang membawa kepada kemunculan γ-kuantum dengan tenaga 2.22 MeV, mewujudkan isyarat tertunda berbanding yang pertama. Di Boreksino, masa penangkapan neutron adalah kira-kira 260 μs. Isyarat serta-merta dan tertunda dikaitkan dalam ruang dan masa, membolehkan pengecaman tepat kejadian yang disebabkan oleh e.
Ambang untuk tindak balas (1) ialah 1.806 MeV dan, seperti yang boleh dilihat daripada Rajah. 1, semua geoneutrino daripada pereputan 40 K dan 235 U berada di bawah ambang ini, dan hanya sebahagian daripada geoneutrino yang dihasilkan dalam pereputan 232 Th dan 238 U boleh didaftarkan.
Pengesan Borexino mula-mula mengesan isyarat daripada geoneutrino pada tahun 2010, dan keputusan baharu telah diterbitkan baru-baru ini berdasarkan pemerhatian selama 2056 hari antara Disember 2007 dan Mac 2015. Di bawah ini kami membentangkan data yang diperoleh dan hasil perbincangan mereka, berdasarkan artikel.
Hasil daripada analisis data eksperimen, 77 calon untuk antineutrino elektron telah dikenal pasti yang melepasi semua kriteria pemilihan. Latar belakang daripada peristiwa simulasi e dianggarkan sebagai . Oleh itu, nisbah isyarat kepada latar belakang ialah ≈100.
Sumber utama latar belakang ialah antineutrino reaktor. Bagi Borexino, keadaannya agak menggalakkan, kerana tidak ada reaktor nuklear berhampiran makmal Gran Sasso. Di samping itu, antineutrino reaktor lebih bertenaga berbanding dengan geoneutrino, yang memungkinkan untuk memisahkan antineutrino ini daripada positron mengikut magnitud isyarat. Keputusan analisis sumbangan geoneutrinos dan reaktor antineutrino kepada jumlah bilangan peristiwa berdaftar daripada e ditunjukkan dalam Rajah. 4. Bilangan geo-neutrino berdaftar yang diberikan oleh analisis ini (dalam Rajah 4 ia sepadan dengan kawasan gelap) adalah sama dengan . Dalam spektrum geo-neutrino yang diekstrak sebagai hasil analisis, dua kumpulan kelihatan - kurang bertenaga, lebih sengit dan lebih bertenaga, kurang sengit. Pengarang kajian yang diterangkan mengaitkan kumpulan ini dengan pereputan torium dan uranium, masing-masing.
Analisis yang dibincangkan menggunakan nisbah jisim torium dan uranium dalam jirim Bumi
m(Th)/m(U) = 3.9 (dalam jadual nilai ini ialah ≈3.8). Angka ini mencerminkan kandungan relatif unsur kimia ini dalam kondrit, kumpulan meteorit yang paling biasa (lebih daripada 90% meteorit yang jatuh ke Bumi tergolong dalam kumpulan ini). Adalah dipercayai bahawa komposisi kondrit, kecuali gas ringan (hidrogen dan helium), mengulangi komposisi sistem Suria dan cakera protoplanet dari mana Bumi terbentuk.

nasi. 4. Spektrum keluaran cahaya daripada positron dalam unit bilangan fotoelektron untuk acara calon antineutrino (titik eksperimen). Kawasan berlorek adalah sumbangan geo-neutrino. Garis pepejal adalah sumbangan antineutrino reaktor.

Apabila masyarakat berkembang dan menjadi mantap, manusia mula mencari cara yang lebih moden dan pada masa yang sama ekonomi untuk mendapatkan tenaga. Untuk tujuan ini, pelbagai stesen sedang dibina hari ini, tetapi pada masa yang sama, tenaga yang terkandung di dalam perut bumi digunakan secara meluas. macam mana? Mari cuba fikirkan.

Tenaga geoterma

Sudah dari namanya jelas bahawa ia mewakili haba usus bumi. Di bawah kerak bumi terdapat lapisan magma, iaitu cair silikat cair berapi. Menurut data penyelidikan, potensi tenaga haba ini jauh lebih tinggi daripada tenaga rizab gas asli dunia, serta minyak. Magma - lava - muncul ke permukaan. Selain itu, aktiviti terbesar diperhatikan di lapisan bumi di mana sempadan plat tektonik terletak, serta di mana kerak bumi dicirikan oleh penipisan. Tenaga geoterma bumi diperoleh seperti berikut: lava dan sumber air planet bersentuhan, akibatnya air mula panas dengan mendadak. Ini membawa kepada letusan mata air panas, pembentukan tasik panas yang dipanggil dan arus bawah air. Iaitu, tepatnya fenomena semula jadi yang sifatnya digunakan secara aktif sebagai tenaga.

Mata air panas bumi buatan

Tenaga yang terkandung dalam perut bumi mesti digunakan dengan bijak. Sebagai contoh, terdapat idea untuk mencipta dandang bawah tanah. Untuk melakukan ini, anda perlu menggerudi dua telaga dengan kedalaman yang mencukupi, yang akan disambungkan di bahagian bawah. Iaitu, ternyata tenaga geoterma boleh diperolehi hampir di mana-mana sudut tanah secara perindustrian: melalui satu telaga, air sejuk akan dipam ke dalam pembentukan, dan melalui kedua, air panas atau wap akan diekstrak. Sumber tiruan haba akan menguntungkan dan rasional jika haba yang terhasil menghasilkan lebih banyak tenaga. Stim boleh dihantar ke penjana turbin, yang akan menjana elektrik.

Sudah tentu, haba yang dikeluarkan hanyalah sebahagian kecil daripada apa yang terdapat dalam jumlah rizab. Tetapi harus diingat bahawa haba dalam akan sentiasa diisi semula kerana proses pemampatan batu dan stratifikasi tanah bawah. Seperti yang dikatakan pakar, kerak bumi mengumpul haba, jumlah keseluruhannya adalah 5000 kali lebih besar daripada nilai kalori semua tanah bawah fosil bumi secara keseluruhan. Ternyata masa operasi stesen geoterma buatan buatan itu boleh tidak terhad.

Ciri-ciri sumber

Sumber yang memungkinkan untuk mendapatkan tenaga geoterma hampir mustahil untuk digunakan sepenuhnya. Mereka wujud di lebih daripada 60 negara di seluruh dunia, dengan jumlah gunung berapi daratan terbesar di wilayah cincin api gunung berapi Pasifik. Tetapi dalam praktiknya ternyata sumber geoterma di kawasan yang berbeza di dunia adalah berbeza sama sekali dalam sifatnya, iaitu suhu purata, mineralisasi, komposisi gas, keasidan dan sebagainya.

Geyser adalah sumber tenaga di Bumi, yang keunikan ialah mereka memuntahkan air mendidih pada selang waktu tertentu. Selepas letusan berlaku, kolam menjadi bebas daripada air; di bahagian bawahnya anda boleh melihat saluran yang masuk jauh ke dalam tanah. Geyser sebagai sumber tenaga digunakan di kawasan seperti Kamchatka, Iceland, New Zealand dan Amerika Utara, dan geiser tunggal ditemui di beberapa kawasan lain.

Dari mana datangnya tenaga?

Magma yang tidak disejukkan terletak sangat dekat dengan permukaan bumi. Gas dan wap dibebaskan daripadanya, yang naik dan melalui retakan. Bercampur dengan air bawah tanah, ia menyebabkan ia menjadi panas dan dengan sendirinya bertukar menjadi air panas di mana banyak bahan terlarut. Air tersebut dilepaskan ke permukaan bumi dalam bentuk pelbagai sumber geoterma: mata air panas, mata air mineral, geyser, dan sebagainya. Menurut saintis, perut bumi yang panas adalah gua atau ruang yang disambungkan oleh laluan, retakan dan saluran. Mereka hanya dipenuhi dengan air bawah tanah, dan sangat dekat dengan mereka terdapat poket magma. Ini adalah bagaimana ia terbentuk secara semula jadi tenaga haba tanah.

Medan elektrik bumi

Terdapat satu lagi sumber tenaga alternatif dalam alam semula jadi, yang boleh diperbaharui, mesra alam, dan mudah digunakan. Benar, sumber ini masih hanya dikaji dan tidak digunakan dalam amalan. Jadi, tenaga keupayaan Bumi terletak dalam medan elektriknya. Tenaga boleh diperoleh dengan cara ini dengan mengkaji undang-undang asas elektrostatik dan ciri medan elektrik Bumi. Pada dasarnya, planet kita, dari sudut pandangan elektrik, adalah kapasitor sfera yang dicas sehingga 300,000 volt. Sfera dalamannya mempunyai cas negatif, dan yang luaran - ionosfera - adalah positif. ialah penebat. Melaluinya terdapat aliran berterusan arus ionik dan perolakan, yang mencapai daya beribu-ribu ampere. Walau bagaimanapun, perbezaan potensi antara plat tidak berkurangan.

Ini menunjukkan bahawa secara semula jadi terdapat penjana, peranannya adalah untuk sentiasa menambah kebocoran caj dari plat kapasitor. Peranan penjana sedemikian adalah medan magnet Bumi, berputar bersama-sama dengan planet kita dalam aliran angin suria. Tenaga medan magnet Bumi boleh diperolehi dengan tepat dengan menghubungkan pengguna tenaga kepada penjana ini. Untuk melakukan ini, anda perlu memasang pembumian yang boleh dipercayai.

Sumber yang boleh diperbaharui

Apabila populasi planet kita semakin meningkat, kita memerlukan lebih banyak tenaga untuk menggerakkan populasi kita. Tenaga yang terkandung dalam perut bumi boleh sangat berbeza. Sebagai contoh, terdapat sumber yang boleh diperbaharui: tenaga angin, suria dan air. Mereka mesra alam, dan oleh itu boleh digunakan tanpa rasa takut merosakkan alam sekitar.

Tenaga air

Kaedah ini telah digunakan selama berabad-abad. Dibina hari ini jumlah yang besar empangan dan takungan di mana air digunakan untuk menjana tenaga elektrik. Intipati operasi mekanisme ini adalah mudah: di bawah pengaruh aliran sungai, roda turbin berputar, dan dengan itu, tenaga air ditukar menjadi elektrik.

Hari ini terdapat sejumlah besar loji kuasa hidroelektrik yang menukar tenaga aliran air kepada elektrik. Keanehan kaedah ini ialah ia diperbaharui, dan, dengan itu, struktur tersebut mempunyai kos yang rendah. Itulah sebabnya, walaupun pada hakikatnya pembinaan stesen janakuasa hidroelektrik mengambil masa yang agak lama, dan proses itu sendiri sangat mahal, struktur ini masih mempunyai kelebihan yang ketara berbanding industri intensif elektrik.

Tenaga suria: moden dan menjanjikan

Tenaga suria diperoleh menggunakan panel solar, bagaimanapun, teknologi moden membenarkan penggunaan kaedah baru untuk ini. Sistem terbesar di dunia dibina di padang pasir California. Ia membekalkan tenaga sepenuhnya kepada 2,000 rumah. Reka bentuk berfungsi seperti berikut: cermin mencerminkan cahaya matahari, yang dihantar ke dandang air pusat. Ia mendidih dan bertukar menjadi wap, yang memutarkan turbin. Ia, seterusnya, disambungkan kepada penjana elektrik. Angin juga boleh digunakan sebagai tenaga yang Bumi berikan kepada kita. Angin mengembang layar dan memutar kilang. Dan kini, dengan bantuannya, anda boleh mencipta peranti yang akan menghasilkan tenaga elektrik. Dengan memutarkan bilah kincir angin, ia memacu aci turbin, yang seterusnya disambungkan kepada penjana elektrik.

Tenaga dalaman Bumi

Ia muncul sebagai hasil daripada beberapa proses, yang utama ialah pertambahan dan radioaktiviti. Menurut saintis, pembentukan Bumi dan jisimnya berlaku selama beberapa juta tahun, dan ini berlaku kerana pembentukan planetesimal. Mereka melekat bersama, dan dengan itu, jisim Bumi menjadi semakin banyak. Selepas planet kita mula mempunyai jisim moden, tetapi masih tidak mempunyai atmosfera, meteoroid dan badan asteroid jatuh tanpa halangan di atasnya. Proses ini tepat dipanggil pertambahan, dan ia membawa kepada pembebasan tenaga graviti yang ketara. Dan semakin besar badan yang melanda planet ini, semakin besar isipadu tenaga yang terkandung di dalam perut Bumi.

Pembezaan graviti ini membawa kepada fakta bahawa bahan mula berstrata: bahan berat mereka hanya tenggelam, dan yang ringan dan tidak menentu terapung. Pembezaan juga mempengaruhi pelepasan tambahan tenaga graviti.

Tenaga Atom

Menggunakan tenaga bumi boleh berlaku dengan cara yang berbeza. Sebagai contoh, melalui pembinaan loji kuasa nuklear, apabila tenaga haba dibebaskan akibat pereputan zarah terkecil bahan atom. Bahan api utama ialah uranium, yang terdapat dalam kerak bumi. Ramai yang percaya bahawa kaedah tertentu untuk menjana tenaga ini adalah yang paling menjanjikan, tetapi penggunaannya dikaitkan dengan beberapa masalah. Pertama, uranium mengeluarkan sinaran yang membunuh semua organisma hidup. Lebih-lebih lagi, jika bahan ini masuk ke dalam tanah atau atmosfera, bencana buatan manusia yang sebenar akan berlaku. Akibat yang menyedihkan dari kemalangan itu Loji kuasa nuklear Chernobyl kita mengalaminya sehingga ke hari ini. Bahayanya terletak pada fakta bahawa sisa radioaktif boleh mengancam semua makhluk hidup untuk masa yang sangat lama, selama beribu tahun.

Masa baru - idea baru

Sudah tentu, orang tidak berhenti di situ, dan setiap tahun semakin banyak percubaan dibuat untuk mencari cara baru untuk mendapatkan tenaga. Sekiranya tenaga haba bumi diperolehi dengan mudah, maka beberapa kaedah tidak begitu mudah. Sebagai contoh, sangat mungkin untuk menggunakan gas biologi, yang diperoleh dengan sisa reput, sebagai sumber tenaga. Ia boleh digunakan untuk memanaskan rumah dan memanaskan air.

Semakin banyak, ia sedang dibina apabila empangan dan turbin dipasang merentasi muara takungan, yang masing-masing didorong oleh pasang surut air pasang, menghasilkan tenaga elektrik.

Dengan membakar sampah kita mendapat tenaga

Kaedah lain, yang telah digunakan di Jepun, ialah penciptaan loji pembakaran sisa. Hari ini mereka dibina di England, Itali, Denmark, Jerman, Perancis, Belanda dan Amerika Syarikat, tetapi hanya di Jepun perusahaan ini mula digunakan bukan sahaja untuk tujuan yang dimaksudkan, tetapi juga untuk menjana elektrik. Kilang tempatan membakar 2/3 daripada semua sisa, dan kilang dilengkapi dengan turbin wap. Sehubungan itu, mereka membekalkan haba dan elektrik ke kawasan berhampiran. Selain itu, dari segi kos, membina perusahaan sedemikian jauh lebih menguntungkan daripada membina loji kuasa haba.

Prospek menggunakan haba bumi di mana gunung berapi tertumpu kelihatan lebih menggoda. Dalam kes ini, tidak perlu menggerudi Bumi terlalu dalam, kerana sudah pada kedalaman 300-500 meter suhu akan sekurang-kurangnya dua kali lebih tinggi daripada takat didih air.

Terdapat juga cara untuk menjana elektrik seperti Hidrogen - yang paling mudah dan paling mudah unsur kimia- boleh dianggap sebagai bahan api yang ideal, kerana ia wujud di mana terdapat air. Jika anda membakar hidrogen, anda boleh mendapatkan air, yang terurai menjadi oksigen dan hidrogen. Nyalaan hidrogen itu sendiri tidak berbahaya, iaitu, ia tidak akan menyebabkan kemudaratan kepada alam sekitar. Keistimewaan unsur ini ialah ia mempunyai nilai kalori yang tinggi.

Apa yang akan datang?

Sudah tentu, tenaga medan magnet Bumi atau yang diperolehi di loji kuasa nuklear tidak dapat memenuhi sepenuhnya semua keperluan manusia, yang semakin meningkat setiap tahun. Walau bagaimanapun, pakar mengatakan bahawa tidak ada sebab untuk bimbang, kerana sumber bahan api planet ini masih mencukupi. Lebih-lebih lagi, semakin banyak sumber baharu, mesra alam dan boleh diperbaharui, digunakan.

Masalah pencemaran alam sekitar kekal, dan ia berkembang pesat dengan cepat. Kuantiti pelepasan berbahaya tidak berskala, oleh itu, udara yang kita sedut adalah berbahaya, air mempunyai kekotoran berbahaya, dan tanah secara beransur-ansur habis. Itulah sebabnya adalah sangat penting untuk mengkaji dengan segera fenomena seperti tenaga dalam perut Bumi untuk mencari cara untuk mengurangkan keperluan bahan api fosil dan lebih aktif menggunakan sumber tenaga bukan tradisional.