พลังงานความร้อนของโลกเป็นแหล่งความร้อน ใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินและแผนการจ่ายความร้อน

พลังงานความร้อนใต้พิภพ- นี่คือพลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาจากโซนภายในของโลกในช่วงหลายร้อยล้านปี จากการวิจัยทางธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ อุณหภูมิในแกนกลางของโลกสูงถึง 3,000-6,000 °C โดยค่อยๆ ลดลงในทิศทางจากศูนย์กลางของโลกถึงพื้นผิวโลก การปะทุของภูเขาไฟหลายพันลูก การเคลื่อนที่ของบล็อกเปลือกโลก และแผ่นดินไหว บ่งบอกถึงการกระทำของพลังงานภายในอันทรงพลังของโลก นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสนามความร้อนของโลกของเราเกิดจากการสลายกัมมันตภาพรังสีในส่วนลึกของมัน เช่นเดียวกับการแยกตัวของสสารหลักด้วยแรงโน้มถ่วง
แหล่งที่มาหลักของการให้ความร้อนภายในดาวเคราะห์ ได้แก่ ยูเรเนียม ทอเรียม และโพแทสเซียมกัมมันตภาพรังสี กระบวนการ การสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีในทวีปส่วนใหญ่เกิดขึ้นในชั้นหินแกรนิตของเปลือกโลกที่ระดับความลึก 20-30 กม. หรือมากกว่านั้นในมหาสมุทร - ในเนื้อโลกตอนบน สันนิษฐานว่าที่ฐานของเปลือกโลกที่ระดับความลึก 10-15 กม. ค่าอุณหภูมิที่เป็นไปได้ในทวีปคือ 600-800 ° C และในมหาสมุทร - 150-200 ° C
คนก็ใช้ได้. พลังงานความร้อนใต้พิภพเฉพาะที่ซึ่งปรากฏอยู่ใกล้ผิวโลกเท่านั้น กล่าวคือ ในพื้นที่ภูเขาไฟและ กิจกรรมแผ่นดินไหว- ขณะนี้พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกใช้อย่างมีประสิทธิภาพในประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐอเมริกา อิตาลี ไอซ์แลนด์ เม็กซิโก ญี่ปุ่น นิวซีแลนด์ รัสเซีย ฟิลิปปินส์ ฮังการี และเอลซัลวาดอร์ ที่นี่ความร้อนภายในของโลกเพิ่มขึ้นสู่พื้นผิวในรูปของน้ำร้อนและไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงถึง 300 ° C และมักจะแตกออกเป็นความร้อนจากแหล่งพุ่ง (กีย์เซอร์) เช่นไกเซอร์ที่มีชื่อเสียงของเยลโลว์สโตน สวนสาธารณะในสหรัฐอเมริกา ไกเซอร์ของ Kamchatka และไอซ์แลนด์
แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพแบ่งเป็นไอน้ำร้อนแห้ง ไอร้อนเปียก และ น้ำร้อน- บ่อน้ำแห่งนี้ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญสำหรับทางรถไฟไฟฟ้าในอิตาลี (ใกล้กับลาร์เดเรลโล) ได้รับพลังงานจากไอน้ำร้อนแห้งมาตั้งแต่ปี 1904 แหล่งอบไอน้ำร้อนแห้งที่มีชื่อเสียงอีกสองแห่งในโลกคือทุ่งมัตสึคาวะในญี่ปุ่นและทุ่งน้ำพุร้อนใกล้ซานฟรานซิสโกซึ่งมีการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพมายาวนานและมีประสิทธิภาพเช่นกัน ไอน้ำร้อนชื้นที่สุดในโลกพบได้ในนิวซีแลนด์ (ไวราเคอิ) แหล่งความร้อนใต้พิภพที่มีพลังงานน้อยกว่าเล็กน้อยอยู่ในเม็กซิโก ญี่ปุ่น เอลซัลวาดอร์ นิการากัว และรัสเซีย
ดังนั้นจึงสามารถแยกแยะแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพหลักได้สี่ประเภท:
ความร้อนผิวดินที่ใช้โดยปั๊มความร้อน
แหล่งพลังงานของไอน้ำ น้ำร้อนและน้ำอุ่นที่พื้นผิวโลกซึ่งปัจจุบันใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้า
ความร้อนที่สะสมอยู่ลึกใต้พื้นผิวโลก (อาจเป็นไปได้ในกรณีที่ไม่มีน้ำ)
พลังงานแมกมาและความร้อนที่สะสมอยู่ใต้ภูเขาไฟ

เงินสำรอง ความร้อนใต้พิภพ(~8 * 1,030J) คือ 35 พันล้านเท่าของการใช้พลังงานทั่วโลกต่อปี พลังงานความร้อนใต้พิภพเพียง 1% ในเปลือกโลก (ความลึก 10 กม.) สามารถให้พลังงานได้มากกว่าปริมาณสำรองน้ำมันและก๊าซทั้งหมดในโลกถึง 500 เท่า อย่างไรก็ตาม วันนี้คุณสามารถใช้ทรัพยากรเหล่านี้ได้เพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้น และนี่คือสาเหตุหลักประการแรกคือ เหตุผลทางเศรษฐกิจ- การพัฒนาทางอุตสาหกรรมด้านทรัพยากรความร้อนใต้พิภพ (พลังงานของน้ำลึกและไอน้ำร้อน) เริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2459 เมื่อมีการเริ่มดำเนินการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพแห่งแรกที่มีกำลังการผลิต 7.5 เมกะวัตต์ในอิตาลี ในช่วงเวลาที่ผ่านมา มีการสั่งสมประสบการณ์มากมายในด้านการพัฒนาทรัพยากรพลังงานความร้อนใต้พิภพในทางปฏิบัติ กำลังการผลิตติดตั้งรวมของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพที่มีอยู่ (GeoTES) อยู่ที่: พ.ศ. 2518 - 1,278 เมกะวัตต์ ในปี พ.ศ. 2533 - 7,300 เมกะวัตต์ ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในเรื่องนี้คือสหรัฐอเมริกา ฟิลิปปินส์ เม็กซิโก อิตาลี และญี่ปุ่น
พารามิเตอร์ทางเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพนั้นแตกต่างกันไปในช่วงที่ค่อนข้างกว้างและขึ้นอยู่กับลักษณะทางธรณีวิทยาของพื้นที่ (ความลึกของการเกิดขึ้น พารามิเตอร์ของของไหลทำงาน องค์ประกอบ ฯลฯ ) สำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพส่วนใหญ่ที่เปิดใช้งาน ค่าไฟฟ้าจะใกล้เคียงกับค่าไฟฟ้าที่ผลิตในโรงไฟฟ้าถ่านหินและมีมูลค่า 1,200 ... 2,000 ดอลลาร์สหรัฐ / เมกะวัตต์
ในไอซ์แลนด์ บ้าน 80% ได้รับความร้อนโดยใช้น้ำร้อนที่สกัดจากบ่อความร้อนใต้พิภพใกล้กับเมืองเรคยาวิก ในภาคตะวันตกของสหรัฐอเมริกา บ้านและฟาร์มประมาณ 180 หลังได้รับความร้อนโดยใช้น้ำร้อนใต้พิภพ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุ ระหว่างปี 1993 ถึง 2000 การผลิตไฟฟ้าทั่วโลกจากพลังงานความร้อนใต้พิภพเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่า สินค้าคงคลัง ความร้อนใต้พิภพมีจำนวนมากในสหรัฐอเมริกาซึ่งตามทฤษฎีแล้วพวกเขาสามารถจัดหาพลังงานได้มากกว่าที่รัฐบาลใช้ในปัจจุบันถึง 30 เท่า
ในอนาคต สามารถใช้ความร้อนของแมกมาในพื้นที่ที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลกได้ เช่นเดียวกับความร้อนแห้งของหินผลึกที่ได้รับความร้อน ในกรณีหลังนี้ มีการเจาะบ่อน้ำเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร น้ำเย็นจะถูกสูบลงไป และรับน้ำร้อนกลับ

ในประเทศของเราที่อุดมไปด้วยไฮโดรคาร์บอน พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นทรัพยากรที่แปลกใหม่ซึ่งเมื่อพิจารณาจากสถานการณ์ปัจจุบันไม่น่าจะแข่งขันกับน้ำมันและก๊าซได้ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ มุมมองทางเลือกพลังงานสามารถใช้ได้เกือบทุกที่และค่อนข้างมีประสิทธิภาพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพคือความร้อน ลำไส้ของโลก- มันถูกผลิตขึ้นในระดับความลึกและถึงพื้นผิวโลกในรูปแบบที่แตกต่างกันและมีความเข้มต่างกัน

อุณหภูมิของชั้นบนของดินขึ้นอยู่กับปัจจัยภายนอก (ภายนอก) เป็นหลัก - การส่องสว่างจากแสงอาทิตย์และอุณหภูมิอากาศ ในฤดูร้อนและตอนกลางวัน ดินจะอุ่นขึ้นจนถึงระดับความลึกที่กำหนด และในฤดูหนาวและตอนกลางคืนจะเย็นลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอากาศ และอาจมีความล่าช้าบ้างซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามความลึก อิทธิพลของความผันผวนของอุณหภูมิอากาศในแต่ละวันจะสิ้นสุดที่ระดับความลึกตั้งแต่ไม่กี่ถึงหลายสิบเซนติเมตร ความผันผวนตามฤดูกาลส่งผลกระทบต่อชั้นดินที่ลึกลงไปถึงหลายสิบเมตร

ที่ความลึกระดับหนึ่ง ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยเมตร อุณหภูมิของดินจะคงที่ ซึ่งเท่ากับอุณหภูมิอากาศเฉลี่ยต่อปีที่พื้นผิวโลก คุณสามารถตรวจสอบได้อย่างง่ายดายโดยลงไปในถ้ำที่ค่อนข้างลึก

เมื่อไร อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปีอากาศในพื้นที่ที่กำหนดต่ำกว่าศูนย์ ซึ่งแสดงออกมาเป็นชั้นเพอร์มาฟรอสต์ (หรือเรียกให้เจาะจงกว่าคือ ชั้นเปอร์มาฟรอสต์) ใน ไซบีเรียตะวันออกความหนาของดินเยือกแข็งตลอดทั้งปีในบางแห่งสูงถึง 200–300 ม.

จากความลึกระดับหนึ่ง (แตกต่างกันในแต่ละจุดบนแผนที่) การกระทำของดวงอาทิตย์และบรรยากาศจะอ่อนลงมากจนปัจจัยภายนอก (ภายใน) มาก่อน และภายในของโลกร้อนขึ้นจากภายใน จนอุณหภูมิเริ่มสูงขึ้น ด้วยความลึก

ความร้อนของชั้นลึกของโลกมีความเกี่ยวข้องส่วนใหญ่กับการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่ตั้งอยู่ที่นั่น แม้ว่าแหล่งความร้อนอื่นๆ จะเรียกอีกอย่างว่า กระบวนการทางเคมีกายภาพ กระบวนการแปรสัณฐานในชั้นลึกของเปลือกโลกและเนื้อโลก แต่ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม อุณหภูมิของหินและสารของเหลวและก๊าซที่เกี่ยวข้องจะเพิ่มขึ้นตามความลึก คนงานเหมืองต้องเผชิญกับปรากฏการณ์นี้-เข้า เหมืองลึกมันร้อนอยู่เสมอ ที่ความลึก 1 กม. ความร้อน 30 องศาถือเป็นเรื่องปกติ และลึกลงไปอุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้นไปอีก

ความร้อนที่ไหลเวียนภายในโลกมาถึงพื้นผิวโลกมีน้อย โดยโดยเฉลี่ยแล้วจะมีกำลังอยู่ที่ 0.03–0.05 W/m2 หรือประมาณ 350 Wh/m2 ต่อปี ในพื้นหลัง การไหลของความร้อนจากดวงอาทิตย์และอากาศที่ร้อนจากมันเป็นปริมาณที่มองไม่เห็น: ดวงอาทิตย์ให้ทุกคน ตารางเมตรพื้นผิวโลกมีประมาณ 4,000 kWh ต่อปี ซึ่งก็คือมากกว่า 10,000 เท่า (แน่นอนว่านี่เป็นค่าเฉลี่ย โดยมีการแพร่กระจายอย่างมากระหว่างละติจูดขั้วโลกและเส้นศูนย์สูตร และขึ้นอยู่กับปัจจัยทางภูมิอากาศและสภาพอากาศอื่นๆ)

ความไม่สำคัญของการไหลของความร้อนจากภายในสู่พื้นผิวในโลกส่วนใหญ่มีความสัมพันธ์กับค่าการนำความร้อนต่ำของหินและลักษณะเฉพาะ โครงสร้างทางธรณีวิทยา- แต่มีข้อยกเว้น - สถานที่ที่ความร้อนไหลผ่านสูง ประการแรกคือโซนของรอยเลื่อนของเปลือกโลก แผ่นดินไหวที่เพิ่มขึ้น และภูเขาไฟ ซึ่งพลังงานจากภายในโลกหาทางออก โซนดังกล่าวมีลักษณะผิดปกติทางความร้อนของเปลือกโลก โดยความร้อนที่ไหลเข้าสู่พื้นผิวโลกอาจเกิดขึ้นได้หลายครั้งและยังมีขนาดที่ทรงพลังกว่า "ปกติ" อีกด้วย การปะทุของภูเขาไฟและน้ำพุร้อนทำให้เกิดความร้อนจำนวนมหาศาลสู่พื้นผิวในบริเวณเหล่านี้

เป็นพื้นที่เหล่านี้เอื้ออำนวยต่อการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพมากที่สุด ในดินแดนของรัสเซีย สิ่งแรกคือ คัมชัตกา หมู่เกาะคูริล และคอเคซัส

ในเวลาเดียวกันการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นไปได้เกือบทุกที่เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามความลึกเป็นปรากฏการณ์สากลและงานคือการ "ดึง" ความร้อนจากส่วนลึกเช่นเดียวกับที่ดึงวัตถุดิบแร่ออกจากที่นั่น

โดยเฉลี่ยแล้ว อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความลึก 2.5–3°C ทุกๆ 100 เมตร อัตราส่วนของความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างจุดสองจุดซึ่งอยู่ที่ระดับความลึกต่างกันกับความลึกที่แตกต่างกันระหว่างจุดเหล่านั้นเรียกว่าการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพ

ส่วนกลับคือขั้นความร้อนใต้พิภพหรือช่วงความลึกที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1°C

ยิ่งการไล่ระดับสีสูงขึ้นและระดับที่ต่ำลง ความร้อนจากความลึกของโลกก็จะยิ่งเข้าใกล้พื้นผิวมากขึ้นเท่านั้น และพื้นที่นี้มีแนวโน้มมากขึ้นสำหรับการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ในพื้นที่ต่างๆ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางธรณีวิทยาและเงื่อนไขอื่นๆ ในภูมิภาคและท้องถิ่น อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามความลึกอาจแตกต่างกันอย่างมาก ในระดับโลก ความผันผวนของขนาดของการไล่ระดับความร้อนใต้พิภพและขั้นต่างๆ สูงถึง 25 เท่า ตัวอย่างเช่น ในออริกอน (สหรัฐอเมริกา) ความลาดชันคือ 150°C ต่อ 1 กม. และใน แอฟริกาใต้- 6°C ต่อ 1 กม.

คำถามคืออุณหภูมิที่ระดับความลึกมากคือ 5, 10 กม. ขึ้นไป? หากแนวโน้มยังคงอยู่ อุณหภูมิที่ความลึก 10 กม. ควรเฉลี่ยประมาณ 250–300°C สิ่งนี้ได้รับการยืนยันไม่มากก็น้อยจากการสังเกตโดยตรงในหลุมเจาะที่ลึกเป็นพิเศษ แม้ว่าภาพจะซับซ้อนกว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเชิงเส้นมากก็ตาม

ตัวอย่างเช่นในโคลา บ่อลึกพิเศษซึ่งเจาะในแผ่นป้องกันผลึกบอลติก อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงในอัตรา 10°C/1 กม. ถึงความลึก 3 กม. จากนั้นความลาดชันความร้อนใต้พิภพจะสูงขึ้น 2–2.5 เท่า ที่ความลึก 7 กม. อุณหภูมิ 120°C ได้ถูกบันทึกไว้แล้ว ที่ 10 กม. - 180°C และที่ 12 กม. - 220°C

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการขุดเจาะบ่อน้ำในภูมิภาคแคสเปียนตอนเหนือ ซึ่งบันทึกอุณหภูมิไว้ที่ 42°C ที่ความลึก 500 เมตร ที่ 1.5 กม. - 70°C ที่ 2 กม. - 80°C ที่ 3 กม. - 108°C .

สันนิษฐานว่าความลาดชันของความร้อนใต้พิภพลดลงโดยเริ่มจากความลึก 20–30 กม. ที่ความลึก 100 กม. อุณหภูมิโดยประมาณจะอยู่ที่ประมาณ 1300–1500°C ที่ความลึก 400 กม. - 1600°C ในโลก แกนกลาง (ความลึกมากกว่า 6,000 กม.) - 4,000–5,000° C

ที่ระดับความลึกสูงสุด 10–12 กม. วัดอุณหภูมิผ่านบ่อเจาะ ในกรณีที่ไม่มีสิ่งเหล่านี้ จะถูกกำหนดโดยสัญญาณทางอ้อมในลักษณะเดียวกับที่ระดับความลึกที่มากขึ้น เช่น สัญญาณทางอ้อมอาจเป็นลักษณะของการเคลื่อนตัวของคลื่นแผ่นดินไหวหรืออุณหภูมิของลาวาที่ไหลออกมา

อย่างไรก็ตาม เพื่อวัตถุประสงค์ด้านพลังงานความร้อนใต้พิภพ ข้อมูลอุณหภูมิที่ความลึกมากกว่า 10 กม. ยังไม่เป็นที่สนใจในทางปฏิบัติ

ที่ความลึกหลายกิโลเมตรมีความร้อนมาก แต่จะอุ่นขึ้นได้อย่างไร? บางครั้งธรรมชาติเองก็แก้ปัญหานี้ให้เราด้วยความช่วยเหลือของน้ำหล่อเย็นตามธรรมชาติ - น้ำร้อนที่ขึ้นสู่ผิวน้ำหรืออยู่ที่ระดับความลึกที่เราสามารถเข้าถึงได้ ในบางกรณีน้ำในส่วนลึกจะถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นไอน้ำ

ไม่มีคำจำกัดความที่เข้มงวดของแนวคิดเรื่อง "น้ำร้อน" ตามกฎแล้ว หมายถึง น้ำใต้ดินร้อนในสถานะของเหลวหรือในรูปของไอน้ำ รวมถึงน้ำที่มาถึงพื้นผิวโลกด้วยอุณหภูมิสูงกว่า 20°C ซึ่งตามกฎแล้วสูงกว่าอุณหภูมิอากาศ .

ความร้อนของน้ำใต้ดิน ไอน้ำ ไอน้ำผสมน้ำเป็นพลังงานความร้อนใต้พิภพ ดังนั้นพลังงานตามการใช้งานจึงเรียกว่าไฮโดรเทอร์มอล

สถานการณ์มีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยการดึงความร้อนโดยตรงจากหินแห้ง - พลังงานความร้อนจากความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากอุณหภูมิค่อนข้างสูง ตามกฎแล้วเริ่มต้นจากความลึกหลายกิโลเมตร

ในดินแดนของรัสเซียศักยภาพของพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นสูงกว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพหนึ่งร้อยเท่า - 3,500 และ 35 ล้านล้านตันของเชื้อเพลิงมาตรฐานตามลำดับ นี่ค่อนข้างเป็นธรรมชาติ - ความอบอุ่นจากส่วนลึกของโลกมีอยู่ทุกหนทุกแห่งและพบแหล่งน้ำร้อนในท้องถิ่น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัญหาทางเทคนิคที่ชัดเจน ปัจจุบันน้ำแร่ร้อนจึงถูกนำมาใช้เพื่อผลิตความร้อนและไฟฟ้าเป็นส่วนใหญ่

น้ำที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ 20–30 ถึง 100°C เหมาะสำหรับการทำความร้อน อุณหภูมิตั้งแต่ 150°C ขึ้นไปเหมาะสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ

โดยทั่วไป ทรัพยากรความร้อนใต้พิภพในรัสเซียในแง่ของปริมาณตันของเชื้อเพลิงที่เทียบเท่ากันหรือหน่วยวัดพลังงานอื่นๆ นั้นสูงกว่าเชื้อเพลิงสำรองฟอสซิลประมาณ 10 เท่า

ตามทฤษฎีแล้ว มีเพียงพลังงานความร้อนใต้พิภพเท่านั้นจึงจะสามารถตอบสนองได้อย่างเต็มที่ ความต้องการพลังงานประเทศ. ในทางปฏิบัติ ในขณะนี้ ในอาณาเขตส่วนใหญ่ไม่สามารถทำได้ด้วยเหตุผลด้านเทคนิคและเศรษฐกิจ

ในโลกนี้ การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพมักเกี่ยวข้องกับไอซ์แลนด์ ซึ่งเป็นประเทศที่ตั้งอยู่ทางตอนเหนือสุดของแนวสันเขากลางมหาสมุทรแอตแลนติก ในเขตเปลือกโลกและเขตภูเขาไฟที่มีการเคลื่อนไหวอย่างมาก ทุกคนคงจำการปะทุอันทรงพลังของภูเขาไฟเอยาฟยาลลาโจกุลได้ ( เอยาฟยาลลาโจกุล) ในปี พ.ศ. 2553

ต้องขอบคุณความเฉพาะเจาะจงทางธรณีวิทยาที่ทำให้ไอซ์แลนด์มีพลังงานความร้อนใต้พิภพสำรองไว้มหาศาล ซึ่งรวมถึงน้ำพุร้อนที่โผล่ขึ้นมาบนพื้นผิวโลกและแม้กระทั่งพุ่งออกมาในรูปของไกเซอร์ด้วย

ในไอซ์แลนด์ พลังงานมากกว่า 60% ที่ใช้ในปัจจุบันมาจากโลก แหล่งความร้อนใต้พิภพให้ความร้อน 90% และการผลิตไฟฟ้า 30% ให้เราเสริมด้วยว่าไฟฟ้าส่วนที่เหลือของประเทศผลิตโดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ซึ่งก็คือการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนด้วย ทำให้ไอซ์แลนด์ดูเหมือนเป็นมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมระดับโลก

การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ในศตวรรษที่ 20 ช่วยให้ไอซ์แลนด์เข้ามาได้อย่างมาก ในเชิงเศรษฐกิจ- จนถึงกลางศตวรรษที่ผ่านมาเป็นอย่างมาก ประเทศยากจนปัจจุบันรั้งอันดับหนึ่งของโลกในแง่ของกำลังการผลิตติดตั้งและการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพต่อหัว และอยู่ในสิบอันดับแรกในด้านมูลค่าสัมบูรณ์ของกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ อย่างไรก็ตามมีประชากรเพียง 300,000 คนซึ่งทำให้งานในการเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมง่ายขึ้น: ความต้องการโดยทั่วไปมีน้อย

นอกจากไอซ์แลนด์แล้ว ยังมีส่วนแบ่งพลังงานความร้อนใต้พิภพสูงในสมดุลการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดในประเทศนิวซีแลนด์และประเทศที่เป็นเกาะ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้(ฟิลิปปินส์และอินโดนีเซีย) ประเทศในอเมริกากลางและแอฟริกาตะวันออกซึ่งเป็นดินแดนที่มีแผ่นดินไหวรุนแรงและ กิจกรรมภูเขาไฟ- สำหรับประเทศเหล่านี้ ในระดับการพัฒนาและความต้องการในปัจจุบัน พลังงานความร้อนใต้พิภพมีส่วนสำคัญต่อการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม

การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพมีประวัติยาวนานมาก หนึ่งในคนแรก ตัวอย่างที่มีชื่อเสียง- อิตาลี สถานที่ในจังหวัดทัสคานี ปัจจุบันเรียกว่าลาร์เดอเรลโล ซึ่งในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 น้ำร้อนในท้องถิ่นซึ่งไหลตามธรรมชาติหรือสกัดจากบ่อน้ำตื้น ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านพลังงาน

น้ำจากน้ำพุใต้ดินซึ่งอุดมไปด้วยโบรอนถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้กรดบอริก เริ่มแรกกรดนี้ได้มาจากการระเหยในหม้อต้มน้ำเหล็ก และฟืนธรรมดาจากป่าใกล้เคียงก็ถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิง แต่ในปี พ.ศ. 2370 Francesco Larderel ได้สร้างระบบที่ทำงานเกี่ยวกับความร้อนของน้ำเอง ในเวลาเดียวกันพลังงานของไอน้ำธรรมชาติเริ่มถูกนำมาใช้เพื่อใช้งานแท่นขุดเจาะและในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 - เพื่อให้ความร้อนแก่บ้านและเรือนกระจกในท้องถิ่น ที่นั่นในเมือง Larderello ในปี 1904 ไอน้ำร้อนกลายเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการผลิตไฟฟ้า

ตัวอย่างของอิตาลีตามมาด้วยประเทศอื่นๆ อีกหลายประเทศในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 และต้นศตวรรษที่ 20 ตัวอย่างเช่น ในปี พ.ศ. 2435 มีการใช้น้ำร้อนในท้องถิ่นเป็นครั้งแรกในสหรัฐอเมริกา (บอยซี ไอดาโฮ) ในปี พ.ศ. 2462 ในญี่ปุ่น และในปี พ.ศ. 2471 ในไอซ์แลนด์

ในสหรัฐอเมริกาโรงไฟฟ้าแห่งแรกที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพปรากฏในแคลิฟอร์เนียในช่วงต้นทศวรรษ 1930 ในนิวซีแลนด์ - ในปี 2501 ในเม็กซิโก - ในปี 2502 ในรัสเซีย (GeoPP ไบนารีแห่งแรกของโลก) - ในปี 2508 .

หลักการเก่าในแหล่งใหม่

การผลิตไฟฟ้าต้องใช้อุณหภูมิของแหล่งน้ำที่สูงกว่าการให้ความร้อน - มากกว่า 150°C หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (GeoPP) คล้ายคลึงกับหลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป (CHP) ที่จริงแล้วโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพถือเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนประเภทหนึ่ง

ที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน แหล่งพลังงานหลักมักเป็นถ่านหิน ก๊าซ หรือน้ำมันเชื้อเพลิง และสารทำงานคือไอน้ำ เมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ จะทำให้น้ำร้อนกลายเป็นไอน้ำ ซึ่งจะหมุนกังหันไอน้ำซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้า

ความแตกต่างระหว่าง GeoPP คือแหล่งพลังงานหลักที่นี่คือความร้อนจากภายในของโลก และสารทำงานในรูปของไอน้ำจะถูกส่งไปยังใบพัดกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรูปแบบ "พร้อมใช้" โดยตรงจากหลุมผลิต .

มีรูปแบบการดำเนินงานหลักสามประการสำหรับ GeoPP: โดยตรง การใช้ไอน้ำแห้ง (ความร้อนใต้พิภพ); ทางอ้อมโดยอิงจากน้ำร้อนและแบบผสมหรือแบบไบนารี

การใช้รูปแบบใดรูปแบบหนึ่งขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวและอุณหภูมิของตัวพาพลังงาน

รูปแบบที่ง่ายที่สุดและเป็นอันดับแรกจึงเป็นแบบตรงซึ่งไอน้ำที่มาจากบ่อจะถูกส่งผ่านกังหันโดยตรง โรงไฟฟ้าธรณีไฟฟ้าแห่งแรกของโลกใน Larderello ในปี 1904 ก็ใช้ไอน้ำแห้งเช่นกัน

GeoPP ที่มีรูปแบบการดำเนินงานทางอ้อมเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุดในยุคของเรา พวกเขาใช้น้ำใต้ดินร้อนซึ่งถูกปั๊มภายใต้แรงดันสูงเข้าไปในเครื่องระเหย โดยที่ส่วนหนึ่งของน้ำจะถูกระเหย และไอน้ำที่ได้จะหมุนกังหัน ในบางกรณี จำเป็นต้องมีอุปกรณ์และวงจรเพิ่มเติมเพื่อกรองน้ำร้อนใต้พิภพและไอน้ำจากสารประกอบที่มีฤทธิ์รุนแรง

ไอน้ำเสียจะเข้าสู่หลุมฉีดหรือใช้เพื่อให้ความร้อนแก่สถานที่ - ในกรณีนี้หลักการจะเหมือนกับเมื่อใช้งานโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

ที่ GeoPP แบบไบนารี น้ำร้อนร้อนจะทำปฏิกิริยากับของเหลวอื่นที่ทำหน้าที่ของของไหลทำงานที่มีจุดเดือดต่ำกว่า ของเหลวทั้งสองจะถูกส่งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยที่น้ำร้อนระเหยสารทำงาน ซึ่งเป็นไอระเหยที่หมุนกังหัน

หลักการทำงานของไบนารี GeoPP น้ำร้อนร้อนทำปฏิกิริยากับของเหลวอื่นที่ทำหน้าที่ของของไหลทำงานและมีจุดเดือดต่ำกว่า ของเหลวทั้งสองจะถูกส่งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยที่น้ำร้อนระเหยสารทำงาน ซึ่งไอระเหยจะหมุนกังหันในทางกลับกัน

ระบบนี้เป็นระบบปิดซึ่งช่วยแก้ปัญหาการปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ สารทำงานที่มีจุดเดือดค่อนข้างต่ำทำให้สามารถใช้น้ำร้อนที่ไม่ร้อนมากเป็นแหล่งพลังงานหลักได้

ทั้งสามโครงการใช้แหล่งความร้อนใต้พิภพ แต่พลังงานความร้อนจากความร้อนก็สามารถนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้เช่นกัน

แผนภาพวงจรในกรณีนี้ก็ค่อนข้างง่ายเช่นกัน จำเป็นต้องเจาะหลุมที่เชื่อมต่อถึงกันสองหลุม - การฉีดและการผลิต น้ำถูกสูบเข้าสู่หัวฉีดอย่างดี ที่ระดับความลึกจะถูกให้ความร้อน จากนั้นน้ำร้อนหรือไอน้ำที่เกิดขึ้นจากความร้อนแรงจะถูกส่งไปยังพื้นผิวผ่านบ่อการผลิต จากนั้นทั้งหมดก็ขึ้นอยู่กับว่าพลังงานความร้อนจากความร้อนถูกนำมาใช้อย่างไร เพื่อให้ความร้อนหรือผลิตกระแสไฟฟ้า วงจรปิดสามารถทำได้ด้วยการสูบไอน้ำเสียและน้ำกลับเข้าไปในบ่อฉีดหรือวิธีการกำจัดแบบอื่น

แผนการทำงานของระบบปิโตรเทอร์มอล ระบบนี้ใช้การไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวโลกและภายในซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า น้ำจากพื้นผิวจะถูกสูบเข้าไปในหลุมฉีดและให้ความร้อนที่ระดับความลึก จากนั้นน้ำร้อนหรือไอน้ำที่เกิดขึ้นจากการให้ความร้อนจะถูกส่งไปที่พื้นผิวผ่านหลุมการผลิต

ข้อเสียของระบบดังกล่าวชัดเจน: เพื่อให้ได้อุณหภูมิของของไหลทำงานที่สูงเพียงพอจำเป็นต้องเจาะบ่อให้ลึกมาก และสิ่งเหล่านี้ถือเป็นต้นทุนร้ายแรงและความเสี่ยงต่อการสูญเสียความร้อนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อของไหลเคลื่อนตัวขึ้น ดังนั้น ระบบปิโตรเทอร์มอลจึงยังคงแพร่หลายน้อยกว่าเมื่อเทียบกับระบบไฮโดรเทอร์มอล แม้ว่าศักยภาพของพลังงานปิโตรเทอร์มอลจะมีขนาดสูงกว่าก็ตาม

ปัจจุบันผู้นำในการสร้างสิ่งที่เรียกว่าระบบหมุนเวียนความร้อนใต้พิภพ (PCS) คือออสเตรเลีย นอกจากนี้พลังงานความร้อนใต้พิภพในพื้นที่นี้กำลังพัฒนาอย่างแข็งขันในสหรัฐอเมริกา สวิตเซอร์แลนด์ บริเตนใหญ่ และญี่ปุ่น

ของขวัญจากลอร์ดเคลวิน

การประดิษฐ์ปั๊มความร้อนในปี พ.ศ. 2395 โดยนักฟิสิกส์ วิลเลียม ทอมป์สัน (หรือที่รู้จักในชื่อ ลอร์ด เคลวิน) ทำให้มนุษยชาติมีโอกาสอย่างแท้จริงในการใช้ความร้อนคุณภาพต่ำของชั้นบนของดิน ระบบปั๊มความร้อนหรือตัวคูณความร้อนตามที่ทอมป์สันเรียกว่านั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพในการถ่ายเทความร้อนจากสิ่งแวดล้อมไปยังสารทำความเย็น โดยพื้นฐานแล้ว จะใช้หลักการเดียวกับระบบความร้อนใต้พิภพ ความแตกต่างอยู่ที่แหล่งความร้อนซึ่งอาจก่อให้เกิดคำถามเชิงคำศัพท์: ปั๊มความร้อนสามารถถือเป็นระบบความร้อนใต้พิภพได้มากน้อยเพียงใด ความจริงก็คือในชั้นบนซึ่งมีความลึกหลายสิบถึงหลายร้อยเมตร หินและของเหลวที่บรรจุอยู่นั้นไม่ได้รับความร้อนจากความร้อนลึกของโลก แต่โดยดวงอาทิตย์ จึงมีพระอาทิตย์เข้ามา ในกรณีนี้- แหล่งความร้อนหลักแม้ว่าจะถูกนำมาจากพื้นดินเช่นเดียวกับในระบบความร้อนใต้พิภพก็ตาม

การทำงานของปั๊มความร้อนจะขึ้นอยู่กับความล่าช้าในการทำความร้อนและความเย็นของดินเมื่อเปรียบเทียบกับบรรยากาศ ส่งผลให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวกับชั้นลึกซึ่งกักเก็บความร้อนได้แม้ในฤดูหนาวเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นใน อ่างเก็บน้ำ วัตถุประสงค์หลักของปั๊มความร้อนคือการทำความร้อนในพื้นที่ โดยพื้นฐานแล้วมันคือ "ตู้เย็นแบบย้อนกลับ" ทั้งปั๊มความร้อนและตู้เย็นโต้ตอบกับองค์ประกอบสามประการ: สภาพแวดล้อมภายใน(ในกรณีแรก - ห้องอุ่นในห้องที่สอง - ช่องระบายความร้อนของตู้เย็น) สภาพแวดล้อมภายนอก - แหล่งพลังงานและสารทำความเย็น (สารหล่อเย็น) ซึ่งเป็นสารหล่อเย็นที่ช่วยให้มั่นใจในการถ่ายเทความร้อนหรือความเย็น .

สารที่มีจุดเดือดต่ำจะทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็น ซึ่งช่วยให้สามารถรับความร้อนจากแหล่งที่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำได้

ในตู้เย็น สารทำความเย็นเหลวจะไหลผ่านปีกผีเสื้อ (ตัวควบคุมความดัน) เข้าสู่เครื่องระเหย ซึ่งของเหลวจะระเหยเนื่องจากความดันลดลงอย่างรวดเร็ว การระเหยเป็นกระบวนการดูดความร้อนที่ต้องดูดซับความร้อนจากภายนอก เป็นผลให้ความร้อนถูกกำจัดออกจากผนังด้านในของเครื่องระเหยซึ่งให้ความเย็นในห้องตู้เย็น ถัดไป สารทำความเย็นจะถูกดึงจากเครื่องระเหยเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ จากนั้นสารทำความเย็นจะกลับสู่สถานะของเหลว นี่เป็นกระบวนการย้อนกลับที่นำไปสู่การปล่อยความร้อนที่ถูกดึงออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ตามกฎแล้วมันถูกโยนเข้าไปในบ้านและผนังด้านหลังของตู้เย็นค่อนข้างอบอุ่น

ปั๊มความร้อนทำงานในลักษณะเดียวกัน โดยความแตกต่างคือความร้อนที่นำมาจากสภาพแวดล้อมภายนอกและผ่านเครื่องระเหยจะเข้าสู่สภาพแวดล้อมภายใน - ระบบทำความร้อนในห้อง

ในปั๊มความร้อนจริง น้ำจะถูกทำให้ร้อนโดยผ่านวงจรภายนอกที่วางอยู่ในพื้นดินหรืออ่างเก็บน้ำ จากนั้นจึงเข้าสู่เครื่องระเหย

ในเครื่องระเหยความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังวงจรภายในที่เต็มไปด้วยสารทำความเย็นที่มีจุดเดือดต่ำซึ่งเมื่อผ่านเครื่องระเหยจะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซโดยนำความร้อนออกไป

จากนั้น สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ ซึ่งถูกบีบอัดให้มีความดันและอุณหภูมิสูง และเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ซึ่งเกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างก๊าซร้อนและสารหล่อเย็นจากระบบทำความร้อน

คอมเพรสเซอร์ต้องใช้ไฟฟ้าในการทำงาน แต่อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง (อัตราส่วนของพลังงานที่ใช้ต่อพลังงานที่ผลิตได้) ในระบบสมัยใหม่นั้นสูงพอที่จะรับประกันประสิทธิภาพ

ปัจจุบันปั๊มความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการทำความร้อนในพื้นที่โดยส่วนใหญ่ในประเทศที่พัฒนาแล้วทางเศรษฐกิจ

พลังงานที่ถูกต้องเชิงนิเวศน์

พลังงานความร้อนใต้พิภพถือเป็นพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นจริง ประการแรกคือใช้พลังงานหมุนเวียนและใช้งานได้จริง ทรัพยากรที่ไม่สิ้นสุด- ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ พื้นที่ขนาดใหญ่แตกต่างจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่หรือฟาร์มกังหันลม และไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อชั้นบรรยากาศ ไม่เหมือนพลังงานไฮโดรคาร์บอน โดยเฉลี่ย GeoPP ครอบครองพื้นที่ 400 ตารางเมตร ในรูปของการผลิตไฟฟ้า 1 GW ตัวเลขเดียวกันสำหรับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง เช่น 3600 ตารางเมตร ข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมของ GeoPP ยังรวมถึงการใช้น้ำต่ำ - 20 ลิตร น้ำจืดต่อ 1 กิโลวัตต์ ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต้องใช้ประมาณ 1,000 ลิตร โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ด้านสิ่งแวดล้อมของ GeoPP “เฉลี่ย”

แต่เป็นลบ ผลข้างเคียงยังคงมีอยู่ สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือเสียงรบกวน มลพิษทางความร้อนบรรยากาศและสารเคมี - น้ำและดินตลอดจนการก่อตัวของขยะมูลฝอย

แหล่งที่มาหลัก มลพิษทางเคมีสิ่งแวดล้อม - น้ำร้อนเอง (ที่มีอุณหภูมิสูงและมีแร่ธาตุ) มักจะมีสารประกอบพิษจำนวนมากดังนั้นจึงมีปัญหาในการกำจัดน้ำเสียและสารอันตราย

ผลกระทบด้านลบของพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถติดตามได้หลายขั้นตอน โดยเริ่มจากการขุดหลุม อันตรายแบบเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่นี่เช่นเดียวกับเมื่อเจาะบ่อใดๆ: การทำลายดินและพืชพรรณที่ปกคลุม การปนเปื้อนของดินและน้ำใต้ดิน

ปัญหามลพิษในขั้นตอนการดำเนินงาน GeoPP สิ่งแวดล้อมได้รับการบันทึกไว้ ของไหลความร้อน - น้ำและไอน้ำ - มักประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2), ซัลเฟอร์ซัลไฟด์ (H 2 S), แอมโมเนีย (NH 3), มีเทน (CH 4), เกลือแกง (NaCl), โบรอน (B), สารหนู (As ), ปรอท (Hg) เมื่อปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกก็จะกลายเป็นแหล่งมลพิษ นอกจากนี้ สภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรงสามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนของโครงสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพได้

ในขณะเดียวกัน การปล่อยมลพิษจาก GeoPP โดยเฉลี่ยจะต่ำกว่าจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน ตัวอย่างเช่น การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับการผลิตไฟฟ้าทุกๆ กิโลวัตต์-ชั่วโมงจะสูงถึง 380 กรัมที่ GeoPPs, 1,042 กรัมที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง, 906 กรัมที่โรงไฟฟ้าที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง และ 453 กรัมที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง .

คำถามเกิดขึ้น: จะทำอย่างไรกับน้ำเสีย? หากแร่ธาตุต่ำ ก็สามารถระบายลงสู่ผิวน้ำได้หลังจากเย็นตัวลง อีกวิธีหนึ่งคือการปั๊มกลับเข้าไปในชั้นน้ำแข็งผ่านบ่อฉีดซึ่งเป็นที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน

การสกัดน้ำร้อนจากชั้นหินอุ้มน้ำ (เช่นเดียวกับการสูบน้ำธรรมดาออกไป) อาจทำให้เกิดการทรุดตัวและการเคลื่อนตัวของดิน การเสียรูปอื่นๆ ของชั้นทางธรณีวิทยา และแผ่นดินไหวขนาดเล็ก ตามกฎแล้ว ความน่าจะเป็นของปรากฏการณ์ดังกล่าวจะต่ำ แม้ว่าจะมีการบันทึกกรณีต่างๆ ไว้ (เช่น ที่ GeoPP ใน Staufen im Breisgau ในประเทศเยอรมนี)

ก็ควรจะเน้นย้ำว่า ที่สุด GeoPP ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีประชากรค่อนข้างเบาบางและในประเทศโลกที่สาม ซึ่งข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมมีความเข้มงวดน้อยกว่าในประเทศที่พัฒนาแล้ว นอกจากนี้ ในขณะนี้ จำนวน GeoPP และกำลังการผลิตยังค่อนข้างน้อย ด้วยการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในระดับที่ใหญ่ขึ้น ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมอาจเพิ่มขึ้นและทวีคูณ

พลังงานของโลกมีเท่าใด?

ต้นทุนการลงทุนสำหรับการก่อสร้างระบบความร้อนใต้พิภพแตกต่างกันไปในช่วงกว้างมาก - จาก 200 ถึง 5,000 ดอลลาร์ต่อกำลังการผลิตติดตั้ง 1 กิโลวัตต์นั่นคือตัวเลือกที่ถูกที่สุดเทียบได้กับต้นทุนในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อน ประการแรกพวกเขาขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเกิดน้ำร้อนองค์ประกอบและการออกแบบระบบ การเจาะลึกมาก การสร้างระบบปิดที่มีบ่อสองบ่อ และความจำเป็นในการกรองน้ำอาจทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นหลายเท่า

ตัวอย่างเช่น การลงทุนในการสร้างระบบหมุนเวียนความร้อนใต้พิภพ (PCS) อยู่ที่ประมาณ 1.6–4 พันดอลลาร์ต่อกำลังการผลิตติดตั้ง 1 กิโลวัตต์ ซึ่งสูงกว่าต้นทุนการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และเทียบเคียงได้กับต้นทุนการก่อสร้างลมและ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่ชัดเจนของ GeoTES คือพลังงานฟรี สำหรับการเปรียบเทียบ ในโครงสร้างต้นทุนของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ดำเนินการแล้วหรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เชื้อเพลิงคิดเป็นสัดส่วน 50–80% หรือมากกว่านั้น ขึ้นอยู่กับราคาพลังงานในปัจจุบัน ดังนั้นข้อดีอีกประการหนึ่งของระบบความร้อนใต้พิภพ: ต้นทุนการดำเนินงานมีเสถียรภาพและคาดการณ์ได้มากกว่า เนื่องจากไม่ได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขราคาพลังงานภายนอก โดยทั่วไป ต้นทุนการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพอยู่ที่ประมาณ 2–10 เซนต์ (60 โกเปค–3 รูเบิล) ต่อพลังงานที่ผลิตได้ 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง

ค่าใช้จ่ายที่ใหญ่เป็นอันดับสองรองจากพลังงาน (และรายการที่สำคัญมาก) ตามกฎแล้วคือค่าจ้างของบุคลากรในโรงงาน ซึ่งอาจแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละประเทศและภูมิภาค

โดยเฉลี่ยแล้ว ต้นทุนพลังงานความร้อนใต้พิภพ 1 kWh เทียบได้กับต้นทุนของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน (นิ้ว เงื่อนไขของรัสเซีย- ประมาณ 1 rub./1 kWh) และสูงกว่าต้นทุนการผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำถึงสิบเท่า (5–10 kopecks/1 kWh)

เหตุผลส่วนหนึ่งที่ทำให้ต้นทุนสูงก็คือ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพมีพลังงานค่อนข้างน้อย ซึ่งต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและไฮดรอลิกตรง นอกจากนี้ จำเป็นต้องเปรียบเทียบระบบที่อยู่ในภูมิภาคเดียวกันและภายใต้เงื่อนไขที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่นใน Kamchatka ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ 1 kWh มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าไฟฟ้าที่ผลิตในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในท้องถิ่น 2-3 เท่า

ตัวชี้วัด ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจการทำงานของระบบความร้อนใต้พิภพขึ้นอยู่กับว่าจำเป็นต้องกำจัดน้ำเสียหรือไม่ และจะดำเนินการในลักษณะใด และการใช้ทรัพยากรร่วมกันเป็นไปได้หรือไม่ ดังนั้นองค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบที่สกัดจากน้ำร้อนจึงสามารถสร้างรายได้เพิ่มเติมได้ ขอให้เรานึกถึงตัวอย่างของ Larderello: การผลิตทางเคมีเป็นปัจจัยหลักที่นั่น และการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเริ่มแรกมีลักษณะเป็นการเสริม

พลังงานความร้อนใต้พิภพไปข้างหน้า

พลังงานความร้อนใต้พิภพกำลังพัฒนาค่อนข้างแตกต่างไปจากลมและแสงอาทิตย์ ในปัจจุบัน ขึ้นอยู่กับลักษณะของทรัพยากรในขอบเขตที่สูงกว่ามาก ซึ่งแตกต่างกันไปอย่างมากตามภูมิภาค และความเข้มข้นสูงสุดนั้นสัมพันธ์กับโซนแคบ ๆ ของความผิดปกติของความร้อนใต้พิภพ ซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับบริเวณรอยเลื่อนของเปลือกโลกและภูเขาไฟ

นอกจากนี้ พลังงานความร้อนใต้พิภพยังมีความเข้มข้นทางเทคโนโลยีน้อยกว่าเมื่อเทียบกับพลังงานลม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานแสงอาทิตย์: ระบบสถานีความร้อนใต้พิภพค่อนข้างเรียบง่าย

ใน โครงสร้างทั่วไปส่วนประกอบความร้อนใต้พิภพคิดเป็นสัดส่วนน้อยกว่า 1% ของการผลิตไฟฟ้าทั่วโลก แต่ในบางภูมิภาคและประเทศมีส่วนแบ่งถึง 25–30% เนื่องจากการเชื่อมโยงกับสภาพทางธรณีวิทยา ส่วนสำคัญของกำลังการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพจึงกระจุกตัวอยู่ในประเทศโลกที่สาม ซึ่งมีการพัฒนาอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดสามกลุ่ม ได้แก่ หมู่เกาะในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อเมริกากลาง และแอฟริกาตะวันออก สองภูมิภาคแรกรวมอยู่ใน "แถบไฟแห่งโลก" ในมหาสมุทรแปซิฟิก ส่วนภูมิภาคที่สามเชื่อมโยงกับรอยแยกแอฟริกาตะวันออก เป็นไปได้มากว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพจะยังคงพัฒนาต่อไปในแถบเหล่านี้ โอกาสที่ห่างไกลกว่านั้นคือการพัฒนาพลังงานความร้อนจากความร้อนโดยใช้ความร้อนของชั้นโลกที่อยู่ลึกลงไปหลายกิโลเมตร นี่เป็นทรัพยากรที่แทบจะแพร่หลาย แต่การสกัดต้องใช้ต้นทุนสูง ดังนั้นพลังงานความร้อนจากความร้อนจึงกำลังพัฒนาในประเทศที่มีอำนาจทางเศรษฐกิจและเทคโนโลยีมากที่สุดเป็นหลัก

โดยทั่วไป เมื่อพิจารณาจากการกระจายทรัพยากรความร้อนใต้พิภพอย่างกว้างขวางและระดับความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ยอมรับได้ จึงมีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพมีแนวโน้มการพัฒนาที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับภัยคุกคามที่เพิ่มขึ้นจากการขาดแคลนทรัพยากรพลังงานแบบดั้งเดิมและราคาที่สูงขึ้นสำหรับพวกเขา

จากคัมชัตกาถึงคอเคซัส

ในรัสเซียการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพมีประวัติศาสตร์อันยาวนานและในหลายตำแหน่งเราเป็นหนึ่งในผู้นำของโลกแม้ว่าในสมดุลพลังงานโดยรวมของประเทศใหญ่ ๆ ส่วนแบ่งของพลังงานความร้อนใต้พิภพยังคงมีน้อยมาก

สองภูมิภาคกลายเป็นผู้บุกเบิกและศูนย์กลางการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในรัสเซีย - คัมชัตกาและ คอเคซัสเหนือและถ้าในกรณีแรกเรากำลังพูดถึงพลังงานไฟฟ้าเป็นหลักดังนั้นในส่วนที่สอง - เกี่ยวกับการใช้พลังงานความร้อนของน้ำความร้อน

ในคอเคซัสเหนือ - ใน ภูมิภาคครัสโนดาร์, เชชเนีย, ดาเกสถาน - ความร้อนของน้ำร้อนถูกใช้เพื่อจุดประสงค์ด้านพลังงานแม้กระทั่งก่อนมหาราช สงครามรักชาติ- ในช่วงทศวรรษ 1980-1990 การพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในภูมิภาคด้วยเหตุผลที่ชัดเจน หยุดชะงักและยังไม่หลุดพ้นจากภาวะซบเซา อย่างไรก็ตามแหล่งน้ำความร้อนใต้พิภพในคอเคซัสเหนือให้ความร้อนแก่ผู้คนประมาณ 500,000 คนและตัวอย่างเช่นเมือง Labinsk ในเขตครัสโนดาร์ที่มีประชากร 60,000 คนได้รับความร้อนอย่างสมบูรณ์จากน้ำร้อนใต้พิภพ

ใน Kamchatka ประวัติศาสตร์ของพลังงานความร้อนใต้พิภพเชื่อมโยงกับการก่อสร้าง GeoPP เป็นหลัก สถานีแรกคือสถานี Pauzhetskaya และ Paratunka ที่ยังคงเปิดดำเนินการอยู่ ถูกสร้างขึ้นในปี 1965-1967 ในขณะที่ Paratunka GeoPP ที่มีความจุ 600 kW กลายเป็นสถานีแรกในโลกที่มีวงจรไบนารี่ นี่คือพัฒนาการของนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต S.S. Kutateladze และ A.M. Rosenfeld จากสถาบันเทอร์โมฟิสิกส์ SB RAS ซึ่งในปี 1965 ได้รับใบรับรองผู้เขียนสำหรับการสกัดไฟฟ้าจากน้ำที่มีอุณหภูมิ 70°C ต่อมาเทคโนโลยีนี้ได้กลายเป็นต้นแบบของ GeoPP ไบนารี่มากกว่า 400 รายการในโลก

กำลังการผลิตของ Pauzhetskaya GeoPP ซึ่งเริ่มดำเนินการในปี 2509 เริ่มแรกมีกำลัง 5 เมกะวัตต์ และต่อมาได้เพิ่มเป็น 12 เมกะวัตต์ ปัจจุบันมีการสร้างหน่วยไบนารี่ที่สถานีซึ่งจะเพิ่มกำลังการผลิตอีก 2.5 เมกะวัตต์

การพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในสหภาพโซเวียตและรัสเซียถูกขัดขวางโดยแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม ได้แก่ น้ำมัน ก๊าซ ถ่านหิน แต่ไม่เคยหยุดนิ่ง โรงงานผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดในขณะนี้คือ Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ซึ่งมีกำลังการผลิตรวม 12 MW ซึ่งเริ่มดำเนินการในปี 1999 และ Mutnovskaya GeoPP ที่มีกำลังการผลิต 50 MW (2002)

Mutnovskaya และ Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs เป็นวัตถุที่มีเอกลักษณ์ไม่เฉพาะสำหรับรัสเซียเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในระดับโลกด้วย สถานีต่างๆ ตั้งอยู่ที่เชิงภูเขาไฟ Mutnovsky ที่ระดับความสูง 800 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล และปฏิบัติการในสภาพภูมิอากาศที่รุนแรงซึ่งมีฤดูหนาวเป็นเวลา 9-10 เดือนของปี อุปกรณ์ของ Mutnovsky GeoPP ซึ่งปัจจุบันเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดในโลกถูกสร้างขึ้นโดยสิ้นเชิงในสถานประกอบการด้านวิศวกรรมพลังงานในประเทศ

ปัจจุบันส่วนแบ่งของสถานี Mutnovsky ในโครงสร้างการใช้พลังงานโดยรวมของศูนย์กลางพลังงาน Central Kamchatka อยู่ที่ 40% มีแผนจะเพิ่มกำลังการผลิตในปีต่อๆ ไป

ควรกล่าวถึงเป็นพิเศษเกี่ยวกับการพัฒนาความร้อนใต้พิภพของรัสเซีย เรายังไม่มีศูนย์ขุดเจาะขนาดใหญ่ แต่เรามีเทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับการขุดเจาะลึกมาก (ประมาณ 10 กม.) ซึ่งยังไม่มีระบบอะนาล็อกในโลก การพัฒนาต่อไปจะช่วยลดต้นทุนในการสร้างระบบปิโตรเทอร์มอลได้อย่างมาก ผู้พัฒนาเทคโนโลยีและโครงการเหล่านี้ ได้แก่ N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (สถาบันธรณีวิทยาของ Russian Academy of Sciences), A. S. Nekrasov (สถาบันพยากรณ์เศรษฐกิจแห่งชาติของ Russian Academy of Sciences) และผู้เชี่ยวชาญจากโรงงานกังหัน Kaluga ปัจจุบันโครงการระบบหมุนเวียนความร้อนจากปิโตรเทอร์มอลในรัสเซียอยู่ในขั้นทดลอง

พลังงานความร้อนใต้พิภพมีแนวโน้มในรัสเซียแม้ว่าจะค่อนข้างห่างไกล แต่ในขณะนี้ศักยภาพค่อนข้างใหญ่และตำแหน่งของพลังงานแบบดั้งเดิมก็แข็งแกร่ง ในเวลาเดียวกันในพื้นที่ห่างไกลหลายแห่งของประเทศ การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นสร้างผลกำไรเชิงเศรษฐกิจและเป็นที่ต้องการอยู่แล้ว เหล่านี้เป็นดินแดนที่มีศักยภาพทางธรณีวิทยาสูง (Chukotka, Kamchatka, หมู่เกาะ Kuril - ส่วนรัสเซียของ "แถบไฟของโลก" ในมหาสมุทรแปซิฟิก, ภูเขาทางตอนใต้ของไซบีเรียและคอเคซัส) และในเวลาเดียวกันก็ห่างไกลและถูกตัดขาดจากการรวมศูนย์ แหล่งพลังงาน

ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า พลังงานความร้อนใต้พิภพในประเทศของเราจะพัฒนาอย่างแม่นยำในภูมิภาคดังกล่าว

คิริลล์ เดกเตียเรฟ
นักวิจัยมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก เอ็ม.วี. โลโมโนโซวา
“วิทยาศาสตร์และชีวิต” ฉบับที่ 9, ฉบับที่ 10 2556

เมื่อสังคมพัฒนาและก่อตั้งขึ้น มนุษยชาติเริ่มมองหาวิธีที่ประหยัดในการรับพลังงานที่ทันสมัยมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อจุดประสงค์นี้ ปัจจุบันมีการสร้างสถานีหลายแห่ง แต่ในขณะเดียวกัน พลังงานที่มีอยู่ในบาดาลของโลกก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย มันเป็นอย่างไร? ลองคิดดูสิ

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

จากชื่อเป็นที่ชัดเจนว่ามันแสดงถึงความร้อนภายในของโลก ใต้เปลือกโลกมีชั้นแมกมาซึ่งเป็นซิลิเกตเหลวที่ลุกเป็นไฟละลาย จากข้อมูลการวิจัย ศักยภาพพลังงานของความร้อนนี้สูงกว่าพลังงานสำรองของโลกมาก ก๊าซธรรมชาติเช่นเดียวกับน้ำมัน แมกมา-ลาวา-ขึ้นสู่ผิวน้ำ ยิ่งไปกว่านั้น กิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดนั้นพบได้ในชั้นของโลกซึ่งมีขอบเขตของแผ่นเปลือกโลกตั้งอยู่ เช่นเดียวกับที่เปลือกโลกมีลักษณะบาง พลังงานความร้อนใต้พิภพจากโลกได้ดังนี้: ลาวาและ แหล่งน้ำดาวเคราะห์สัมผัสกันทำให้น้ำร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การปะทุของไกเซอร์ การก่อตัวของสิ่งที่เรียกว่าทะเลสาบร้อนและกระแสน้ำใต้น้ำ นั่นคือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติเหล่านั้นที่มีคุณสมบัติถูกใช้เป็นพลังงานอย่างแม่นยำ

น้ำพุความร้อนใต้พิภพประดิษฐ์

พลังงานที่มีอยู่ในบาดาลของโลกจะต้องถูกใช้อย่างชาญฉลาด เช่นมีแนวคิดที่จะสร้างหม้อต้มน้ำใต้ดิน ในการทำเช่นนี้คุณต้องเจาะสองหลุมที่มีความลึกเพียงพอซึ่งจะเชื่อมต่อที่ด้านล่าง นั่นคือปรากฎว่าสามารถรับพลังงานความร้อนใต้พิภพได้ในเกือบทุกมุมของแผ่นดิน ในทางอุตสาหกรรม: น้ำเย็นจะถูกสูบเข้าไปในชั้นหินผ่านบ่อหนึ่ง และบ่อที่สองจะถูกดึงน้ำร้อนหรือไอน้ำออกมา แหล่งความร้อนประดิษฐ์จะทำกำไรได้และมีเหตุผลหากความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นให้พลังงานมากขึ้น ไอน้ำสามารถส่งไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันซึ่งจะผลิตกระแสไฟฟ้าได้

แน่นอนว่าการนำความร้อนออกไปเป็นเพียงเศษเสี้ยวของที่มีอยู่เท่านั้น เงินสำรองทั่วไป- แต่ควรจำไว้ว่าความร้อนลึกจะถูกเติมเต็มอย่างต่อเนื่องเนื่องจากกระบวนการอัดหินและการแบ่งชั้นของดินใต้ผิวดิน ดังที่ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าเปลือกโลกสะสมความร้อนซึ่งมีปริมาณรวมมากกว่าค่าความร้อนของดินใต้ผิวดินฟอสซิลทั้งหมดของโลกถึง 5,000 เท่า ปรากฎว่าเวลาในการทำงานของสถานีความร้อนใต้พิภพที่สร้างขึ้นเทียมนั้นสามารถไม่จำกัดได้

คุณสมบัติของแหล่งที่มา

แหล่งที่มาที่ทำให้สามารถรับพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่ พวกมันมีอยู่ในมากกว่า 60 ประเทศทั่วโลก โดยมีภูเขาไฟบนบกจำนวนมากที่สุดบนอาณาเขตของวงแหวนไฟภูเขาไฟในมหาสมุทรแปซิฟิก แต่ในทางปฏิบัติปรากฎว่ามีแหล่งความร้อนใต้พิภพเข้ามา ภูมิภาคต่างๆโลกมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงกล่าวคือ อุณหภูมิเฉลี่ย, แร่, องค์ประกอบของก๊าซ, ความเป็นกรดและอื่น ๆ

ไกเซอร์เป็นแหล่งพลังงานบนโลกโดยมีลักษณะเฉพาะคือพวกมันพ่นน้ำเดือดในช่วงเวลาหนึ่ง หลังจากการปะทุเกิดขึ้น สระน้ำจะปราศจากน้ำ โดยที่ก้นสระ คุณจะมองเห็นช่องทางที่ลึกลงไปในพื้นดิน ไกเซอร์เป็นแหล่งพลังงานที่ใช้ในภูมิภาคต่างๆ เช่น คัมชัตกา ไอซ์แลนด์ นิวซีแลนด์ และ ทวีปอเมริกาเหนือและยังมีไกเซอร์เดี่ยวอยู่ในพื้นที่อื่นๆ อีกด้วย

พลังงานมาจากไหน?

แมกมาที่ไม่มีการระบายความร้อนตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิวโลกมาก ก๊าซและไอระเหยจะถูกปล่อยออกมาซึ่งลอยขึ้นและผ่านรอยแตก ผสมกับ น้ำบาดาลพวกมันทำให้เกิดความร้อนขึ้นและกลายเป็นน้ำร้อนซึ่งมีสารหลายชนิดละลายอยู่ น้ำดังกล่าวถูกปล่อยออกมาสู่พื้นผิวโลกในรูปแบบของแหล่งความร้อนใต้พิภพต่างๆ: น้ำพุร้อน, น้ำพุแร่, ไกเซอร์และอื่น ๆ ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ ลำไส้ร้อนของโลกคือถ้ำหรือห้องต่างๆ ที่เชื่อมต่อกันด้วยทางเดิน รอยแตก และช่องทางต่างๆ พวกเขากำลังเต็มไปด้วยน้ำใต้ดิน และใกล้กับพวกมันมากก็มีกลุ่มแม็กมาอยู่ด้วย นี่คือวิธีที่พลังงานความร้อนของโลกถูกสร้างขึ้นตามธรรมชาติ

สนามไฟฟ้าของโลก

มีแหล่งพลังงานทางเลือกในธรรมชาติอีกแหล่งหนึ่งคือหมุนเวียนได้ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และใช้งานง่าย จริงอยู่ที่แหล่งข้อมูลนี้ยังอยู่ในระหว่างการศึกษาเท่านั้นและไม่ได้นำไปใช้ในทางปฏิบัติ ดังนั้น, พลังงานศักย์โลกอยู่ในสนามไฟฟ้า พลังงานสามารถรับได้ด้วยวิธีนี้โดยการศึกษากฎพื้นฐานของไฟฟ้าสถิตและคุณลักษณะของสนามไฟฟ้าของโลก โดยพื้นฐานแล้ว โลกของเราจากมุมมองทางไฟฟ้านั้นเป็นตัวเก็บประจุแบบทรงกลมซึ่งมีประจุสูงถึง 300,000 โวลต์ ทรงกลมด้านในมี ประจุลบและบรรยากาศภายนอก - ไอโอโนสเฟียร์ - เป็นบวก เป็นฉนวน ผ่านกระแสไอออนิกและการพาความร้อนอย่างต่อเนื่องซึ่งมีแรงถึงหลายพันแอมแปร์ อย่างไรก็ตาม ความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเปลือกโลกไม่ลดลง

สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าในธรรมชาติมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งมีบทบาทในการเติมเต็มการรั่วไหลของประจุจากแผ่นตัวเก็บประจุอย่างต่อเนื่อง บทบาทของเครื่องกำเนิดดังกล่าวคือสนามแม่เหล็กของโลกที่หมุนไปพร้อมกับดาวเคราะห์ของเราในกระแสน้ำ ลมสุริยะ- พลังงานของสนามแม่เหล็กโลกสามารถรับได้อย่างแม่นยำโดยการเชื่อมต่อผู้ใช้พลังงานเข้ากับเครื่องกำเนิดนี้ ในการทำเช่นนี้คุณต้องติดตั้งสายดินที่เชื่อถือได้

แหล่งพลังงานหมุนเวียน

เมื่อประชากรโลกของเราเติบโตอย่างต่อเนื่อง เราต้องการพลังงานมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อขับเคลื่อนประชากรของเรา พลังงานที่มีอยู่ในบาดาลของโลกอาจแตกต่างกันมาก ตัวอย่างเช่น มีแหล่งพลังงานหมุนเวียน ได้แก่ พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานน้ำ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องกลัวว่าจะทำร้ายสิ่งแวดล้อม

พลังงานน้ำ

วิธีการนี้ใช้กันมานานหลายศตวรรษ สร้างวันนี้ จำนวนมากเขื่อนและอ่างเก็บน้ำที่ใช้น้ำเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า สาระสำคัญของการทำงานของกลไกนี้เป็นเรื่องง่าย: ภายใต้อิทธิพลของการไหลของแม่น้ำล้อของกังหันจะหมุนและพลังงานน้ำจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า

ปัจจุบันมีโรงไฟฟ้าพลังน้ำจำนวนมากที่แปลงพลังงานจากการไหลของน้ำเป็นไฟฟ้า ลักษณะเฉพาะของวิธีนี้คือการต่ออายุดังนั้นโครงสร้างดังกล่าวจึงมีต้นทุนต่ำ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมแม้ว่าการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำจะใช้เวลาค่อนข้างนานและกระบวนการเองก็มีราคาแพงมาก แต่โครงสร้างเหล่านี้ยังคงมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนืออุตสาหกรรมที่ใช้ไฟฟ้ามาก

พลังงานแสงอาทิตย์: ทันสมัยและมีแนวโน้ม

พลังงานแสงอาทิตย์ได้มาจากแผงโซลาร์เซลล์ แต่เทคโนโลยีสมัยใหม่อนุญาตให้ใช้วิธีการใหม่ในการนี้ ระบบที่ใหญ่ที่สุดในโลกสร้างขึ้นในทะเลทรายแคลิฟอร์เนีย จ่ายพลังงานให้กับบ้านเรือนจำนวน 2,000 หลังอย่างเต็มที่ การออกแบบมีดังต่อไปนี้: กระจกสะท้อนแสง แสงอาทิตย์ซึ่งถูกส่งไปยังหม้อต้มน้ำส่วนกลาง มันเดือดและกลายเป็นไอน้ำซึ่งหมุนกังหัน ในทางกลับกันจะเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ลมยังสามารถใช้เป็นพลังงานที่โลกมอบให้เราได้ ลมพัดใบเรือและทำให้โรงสีหมุน และตอนนี้คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ที่จะผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยความช่วยเหลือ โดยการหมุนใบพัดกังหันลม มันจะขับเคลื่อนเพลากังหันซึ่งจะเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

พลังงานภายในของโลก

ปรากฏเป็นผลมาจากกระบวนการหลายอย่าง กระบวนการหลักคือการสะสมและกัมมันตภาพรังสี ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าการก่อตัวของโลกและมวลของมันเกิดขึ้นเป็นเวลาหลายล้านปีและสิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของดาวเคราะห์ พวกมันเกาะติดกัน มวลของโลกก็เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ หลังจากที่โลกของเราเริ่มมีมวลสมัยใหม่ แต่ก็ยังไร้ชั้นบรรยากาศ อุกกาบาตและดาวเคราะห์น้อยก็ตกลงมาอย่างไร้อุปสรรค กระบวนการนี้เรียกอย่างแม่นยำว่าการสะสมมวลสาร และนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานโน้มถ่วงที่สำคัญออกมา และยิ่งวัตถุที่ชนโลกมีขนาดใหญ่เท่าใด ปริมาณพลังงานที่มีอยู่ในบาดาลของโลกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าสสารเริ่มแบ่งชั้น สารหนักจะจมลง ในขณะที่สารเบาและระเหยง่ายลอยขึ้นมา ความแตกต่างยังส่งผลต่อการปลดปล่อยพลังงานโน้มถ่วงเพิ่มเติมอีกด้วย

พลังงานปรมาณู

การใช้พลังงานของโลกสามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น ผ่านการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เมื่อพลังงานความร้อนถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการสลายตัวของอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสารอะตอม เชื้อเพลิงหลักคือยูเรเนียมซึ่งบรรจุอยู่ในนั้น เปลือกโลก- หลายคนเชื่อว่าวิธีการสร้างพลังงานโดยเฉพาะนี้เป็นวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุด แต่การใช้งานนั้นเกี่ยวข้องกับปัญหาหลายประการ ประการแรก ยูเรเนียมปล่อยรังสีที่ฆ่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมด นอกจากนี้หากสารนี้เข้าไปในดินหรือบรรยากาศจริงแล้ว ภัยพิบัติที่มนุษย์สร้างขึ้น- ผลที่ตามมาอันน่าเศร้าของอุบัติเหตุ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลเราประสบมาจนถึงทุกวันนี้ อันตรายอยู่ที่ความจริงที่ว่ากากกัมมันตภาพรังสีสามารถคุกคามสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเป็นเวลานานมากนับพันปี

เวลาใหม่ - แนวคิดใหม่

แน่นอนว่าผู้คนไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น และทุกๆ ปีก็มีความพยายามมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อค้นหาวิธีใหม่ในการรับพลังงาน หากได้รับพลังงานความร้อนของโลกอย่างง่ายๆ วิธีการบางอย่างก็ไม่ง่ายนัก ตัวอย่างเช่น ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะใช้ก๊าซชีวภาพซึ่งได้มาจากขยะที่เน่าเปื่อยเป็นแหล่งพลังงาน สามารถใช้สำหรับทำความร้อนในบ้านและทำน้ำร้อนได้

เขื่อนและกังหันถูกสร้างขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ ทั่วปากอ่างเก็บน้ำ ซึ่งถูกขับเคลื่อนโดยการขึ้นและลงของกระแสน้ำ ตามลำดับ เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

การเผาขยะทำให้เราได้รับพลังงาน

อีกวิธีหนึ่งที่ใช้กันอยู่แล้วในญี่ปุ่นคือการสร้างโรงเผาขยะ ปัจจุบันพวกเขาถูกสร้างขึ้นในอังกฤษ อิตาลี เดนมาร์ก เยอรมนี ฝรั่งเศส เนเธอร์แลนด์ และสหรัฐอเมริกา แต่เฉพาะในญี่ปุ่นเท่านั้นที่องค์กรเหล่านี้เริ่มถูกนำมาใช้ไม่เพียงแต่ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้เท่านั้น แต่ยังเพื่อผลิตไฟฟ้าด้วย โรงงานในท้องถิ่นเผาขยะ 2/3 ของขยะทั้งหมด และโรงงานต่างๆ มีการติดตั้งกังหันไอน้ำ ดังนั้นพวกเขาจึงจ่ายความร้อนและไฟฟ้าให้กับพื้นที่ใกล้เคียง ยิ่งไปกว่านั้น ในแง่ของต้นทุน การสร้างองค์กรดังกล่าวนั้นให้ผลกำไรมากกว่าการสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนมาก

การใช้ความร้อนของโลกในบริเวณที่ภูเขาไฟกระจุกตัวดูน่าดึงดูดใจมากกว่า ในกรณีนี้ไม่จำเป็นต้องเจาะโลกให้ลึกเกินไปเนื่องจากที่ระดับความลึก 300-500 เมตรแล้วอุณหภูมิจะสูงกว่าจุดเดือดของน้ำอย่างน้อยสองเท่า

นอกจากนี้ยังมีวิธีการผลิตกระแสไฟฟ้าเช่นไฮโดรเจนซึ่งง่ายและสะดวกที่สุด องค์ประกอบทางเคมี- ถือได้ว่าเป็นเชื้อเพลิงในอุดมคติเพราะมีน้ำอยู่ในนั้น หากคุณเผาไฮโดรเจน คุณก็จะได้รับน้ำ ซึ่งสลายตัวเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน เปลวไฟไฮโดรเจนนั้นไม่เป็นอันตรายนั่นคือจะไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ลักษณะเฉพาะขององค์ประกอบนี้คือมีค่าความร้อนสูง

อะไรต่อไป?

แน่นอนว่าพลังงาน สนามแม่เหล็กโลกหรือสิ่งที่ได้จากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่สามารถสนองความต้องการของมนุษยชาติทั้งหมดซึ่งเพิ่มขึ้นทุกปีได้อย่างเต็มที่ อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าไม่มีเหตุผลที่ต้องกังวล เนื่องจากโลกนี้ยังมีแหล่งเชื้อเพลิงเพียงพอ นอกจากนี้ยังมีการใช้แหล่งใหม่ๆ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและหมุนเวียนเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

ปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมยังคงมีอยู่ และกำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว ปริมาณ การปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายมีขนาดลดลง ดังนั้น อากาศที่เราหายใจเข้าไปจึงเป็นอันตราย น้ำมีสิ่งสกปรกที่เป็นอันตราย และดินก็ค่อยๆ หมดลง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องศึกษาปรากฏการณ์เช่นพลังงานในบาดาลของโลกโดยทันทีเพื่อค้นหาวิธีลดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลและใช้แหล่งพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมอย่างแข็งขันมากขึ้น

พลังงานนี้เป็นของแหล่งทางเลือก ทุกวันนี้พวกเขาพูดถึงความเป็นไปได้ในการได้รับทรัพยากรที่โลกมอบให้เรามากขึ้น เราสามารถพูดได้ว่าเราอยู่ในยุคแฟชั่นสำหรับพลังงานทดแทน มีการสร้างวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิค แผนงาน และทฤษฎีมากมายในพื้นที่นี้

มันตั้งอยู่ลึกลงไปในส่วนลึกของโลกและมีคุณสมบัติในการต่ออายุหรืออีกนัยหนึ่งก็คือมันไม่มีที่สิ้นสุด นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าทรัพยากรแบบคลาสสิกเริ่มหมดลง น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซจะแห้งเหือด

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ Nesjavellir ประเทศไอซ์แลนด์

ดังนั้นเราจึงสามารถค่อยๆ เตรียมนำวิธีการผลิตพลังงานทางเลือกใหม่ๆ มาใช้ได้ ใต้เปลือกโลกมีแกนกลางที่ทรงพลัง อุณหภูมิอยู่ระหว่าง 3,000 ถึง 6,000 องศา การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกแสดงให้เห็นถึงพลังอันมหาศาลของมัน มันปรากฏตัวออกมาในรูปแบบของการระเบิดของภูเขาไฟแมกมา การสลายกัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้นในส่วนลึก บางครั้งทำให้เกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติ

โดยทั่วไปแล้ว แมกมาจะทำให้พื้นผิวร้อนโดยไม่ไปไกลกว่านั้น สิ่งนี้ทำให้เกิดไกเซอร์หรือสระน้ำอุ่น เพื่อให้คุณสามารถใช้งานได้ กระบวนการทางกายภาพวี เพื่อวัตถุประสงค์ที่ถูกต้องเพื่อมนุษยชาติ

ประเภทของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ

โดยปกติจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: พลังงานความร้อนใต้พิภพและพลังงานความร้อนใต้พิภพ ประการแรกเกิดจากการที่ น้ำพุร้อนและประเภทที่สองคือความแตกต่างของอุณหภูมิบนพื้นผิวและความลึกของพื้นโลก อธิบายด้วยคำพูดของคุณเอง แหล่งความร้อนใต้พิภพประกอบด้วยไอน้ำและน้ำร้อน ในขณะที่แหล่งความร้อนใต้พิภพซ่อนอยู่ลึกใต้พื้นดิน

แผนที่ศักยภาพการพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพในโลก

สำหรับพลังงานความร้อนใต้พิภพจำเป็นต้องเจาะสองบ่อเติมน้ำหนึ่งบ่อหลังจากนั้นจะเกิดกระบวนการนึ่งซึ่งจะมาถึงพื้นผิว พื้นที่ความร้อนใต้พิภพมีสามประเภท:

• ความร้อนใต้พิภพ - ตั้งอยู่ใกล้แผ่นทวีป ความลาดชันของอุณหภูมิมากกว่า 80C/กม. ตัวอย่างเช่น ชุมชน Larderello ของอิตาลี ที่นั่นมีโรงไฟฟ้า
• กึ่งความร้อน – อุณหภูมิ 40 – 80 C/กม. เหล่านี้เป็นชั้นหินอุ้มน้ำตามธรรมชาติที่ประกอบด้วยหินบด ในบางพื้นที่ในฝรั่งเศส อาคารต่างๆ จะได้รับความร้อนในลักษณะนี้
• ปกติ – ความลาดชันน้อยกว่า 40 C/กม. การเป็นตัวแทนของพื้นที่ดังกล่าวเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด

เป็นแหล่งบริโภคที่ดีเยี่ยม พวกเขาอยู่ใน หินในระดับความลึกระดับหนึ่ง ลองดูการจำแนกประเภทโดยละเอียด:

• Epithermal - อุณหภูมิ 50 ถึง 90 C
• อุณหภูมิความร้อนใต้พิภพ – 100 – 120 วินาที
• ความร้อนใต้พิภพ - มากกว่า 200 วินาที

ประเภทเหล่านี้ประกอบด้วยที่แตกต่างกัน องค์ประกอบทางเคมี- น้ำสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับมัน ตัวอย่างเช่นในการผลิตไฟฟ้า การจ่ายความร้อน (เส้นทางความร้อน) ฐานวัตถุดิบ

วิดีโอ: พลังงานความร้อนใต้พิภพ

กระบวนการทำความร้อน

อุณหภูมิของน้ำอยู่ที่ 50 -60 องศาซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับการทำความร้อนและการจ่ายความร้อนในพื้นที่ที่อยู่อาศัย ความต้องการระบบทำความร้อนขึ้นอยู่กับที่ตั้งทางภูมิศาสตร์และสภาพภูมิอากาศ และผู้คนก็ต้องการน้ำร้อนอย่างต่อเนื่อง สำหรับกระบวนการนี้ GTS (สถานีความร้อนใต้พิภพ) จะถูกสร้างขึ้น

หากสำหรับการผลิตพลังงานความร้อนแบบคลาสสิกนั้นมีการใช้โรงต้มน้ำที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งหรือก๊าซดังนั้นในการผลิตนี้จะใช้แหล่งน้ำพุร้อน กระบวนการทางเทคนิคนั้นง่ายมาก โดยใช้การสื่อสาร เส้นทางระบายความร้อน และอุปกรณ์เดียวกัน ก็เพียงพอที่จะเจาะบ่อน้ำทำความสะอาดก๊าซแล้วส่งปั๊มไปที่ห้องหม้อไอน้ำซึ่งจะรักษาตารางอุณหภูมิไว้จากนั้นจะเข้าสู่ท่อทำความร้อน

ข้อแตกต่างที่สำคัญคือไม่จำเป็นต้องใช้หม้อต้มเชื้อเพลิง ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนพลังงานความร้อนได้อย่างมาก ในฤดูหนาวสมาชิกจะได้รับความร้อนและน้ำร้อนและในฤดูร้อนจะมีเฉพาะน้ำร้อนเท่านั้น

การผลิตไฟฟ้า

น้ำพุร้อนและไกเซอร์ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักในการผลิตไฟฟ้า เพื่อจุดประสงค์นี้มีการใช้หลายรูปแบบและมีการสร้างโรงไฟฟ้าพิเศษ อุปกรณ์ GTS:

• ถังน้ำร้อน
• ปั๊ม
• เครื่องแยกก๊าซ
• เครื่องแยกไอน้ำ
• กำลังสร้างกังหัน
• ตัวเก็บประจุ
• บูสต์ปั๊ม
• ถังเก็บความเย็น

ดังที่เราเห็นองค์ประกอบหลักของวงจรคือตัวแปลงไอน้ำ สิ่งนี้ช่วยให้คุณได้รับไอน้ำบริสุทธิ์เนื่องจากมีกรดที่ทำลายอุปกรณ์กังหัน คุณสามารถใช้รูปแบบผสมในวงจรเทคโนโลยีนั่นคือน้ำและไอน้ำมีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการนี้ ของเหลวต้องผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์จากก๊าซทั้งหมด เช่นเดียวกับไอน้ำ

วงจรแหล่งไบนารี

ส่วนประกอบในการทำงานเป็นของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ น้ำร้อนยังมีส่วนร่วมในการผลิตไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบรอง

ด้วยความช่วยเหลือจะเกิดไอน้ำจากแหล่งที่มีจุดเดือดต่ำ GTS ที่มีวงจรการทำงานดังกล่าวสามารถทำงานอัตโนมัติได้อย่างสมบูรณ์และไม่ต้องใช้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษา สถานีที่ทรงพลังกว่านั้นใช้วงจรคู่ โรงไฟฟ้าประเภทนี้มีกำลังการผลิตถึง 10 เมกะวัตต์ โครงสร้างวงจรคู่:

• เครื่องกำเนิดไอน้ำ
• กังหัน
• ตัวเก็บประจุ
• อีเจ็คเตอร์
• ปั๊มป้อน
• เครื่องประหยัด
• เครื่องระเหย

การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ

แหล่งสำรองขนาดใหญ่นั้นมากกว่าการใช้พลังงานต่อปีหลายเท่า แต่มนุษยชาติใช้เพียงส่วนน้อยเท่านั้น การก่อสร้างสถานีมีอายุย้อนไปถึงปี 1916 โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพแห่งแรกที่มีกำลังการผลิต 7.5 เมกะวัตต์ถูกสร้างขึ้นในอิตาลี อุตสาหกรรมนี้กำลังพัฒนาอย่างแข็งขันในประเทศต่างๆ เช่น สหรัฐอเมริกา ไอซ์แลนด์ ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ และอิตาลี

การสำรวจสถานที่ที่มีศักยภาพและวิธีการสกัดที่สะดวกยิ่งขึ้นกำลังดำเนินการอยู่ กำลังการผลิตมีการเติบโตทุกปี หากเราคำนึงถึงตัวบ่งชี้ทางเศรษฐกิจต้นทุนของอุตสาหกรรมดังกล่าวจะเท่ากับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ไอซ์แลนด์ครอบคลุมสต็อกที่อยู่อาศัยเกือบทั้งหมดด้วยแหล่ง GT บ้าน 80% ใช้น้ำร้อนจากบ่อเพื่อให้ความร้อน ผู้เชี่ยวชาญจากสหรัฐอเมริกาอ้างว่าด้วยการพัฒนาที่เหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 30 เท่าต่อปี หากเราพูดถึงศักยภาพ 39 ประเทศทั่วโลกจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างเต็มที่หากพวกเขาใช้ดินใต้ผิวดิน 100 เปอร์เซ็นต์

แหล่งที่มาหลักของพลังงานความร้อนของโลกคือ [, ]:

• ความร้อนของความแตกต่างของแรงโน้มถ่วง
• ความร้อนจากรังสี
• ความร้อนจากแรงเสียดทานจากกระแสน้ำ
• ความร้อนสะสม;
• ความร้อนจากการเสียดสีที่ปล่อยออกมาเนื่องจากการหมุนที่แตกต่างกันของแกนในที่สัมพันธ์กับแกนด้านนอก แกนด้านนอกสัมพันธ์กับเนื้อโลกและแต่ละชั้นภายในแกนกลางชั้นนอก

จนถึงขณะนี้ มีการระบุแหล่งที่มาเพียง 4 แหล่งแรกเท่านั้น ในประเทศของเรา เครดิตหลักสำหรับเรื่องนี้อยู่ที่ โอ.จี. โซโรคตินและ เอส.เอ. อูชาคอฟ- ข้อมูลด้านล่างนี้อิงจากการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้เป็นหลัก

ความร้อนของความแตกต่างแรงโน้มถ่วงของโลก

รูปแบบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในการพัฒนาโลกคือ ความแตกต่างแก่นแท้ของมันซึ่งสืบเนื่องมาจนถึงทุกวันนี้ เนื่องจากความแตกต่างนี้ การก่อตัวจึงเกิดขึ้น แกนกลางและเปลือกโลก, การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของปฐมภูมิ ปกคลุมในขณะที่มีการแบ่งฝ่ายในช่วงแรกๆ สารที่เป็นเนื้อเดียวกันออกเป็นเศษส่วนที่มีความหนาแน่นต่างกันพร้อมกับการปลดปล่อย พลังงานความร้อนและการปล่อยความร้อนสูงสุดเกิดขึ้นเมื่อสสารของโลกถูกแบ่งออกเป็น แกนกลางหนาแน่นและหนักและสารตกค้าง เบากว่าเปลือกซิลิเกต - เสื้อคลุมของโลก- ปัจจุบันความร้อนส่วนใหญ่ถูกปล่อยออกมาที่ขอบเขต เสื้อคลุม - แกนกลาง.

พลังงานของการเปลี่ยนแปลงแรงโน้มถ่วงของโลกตลอดระยะเวลาที่ดำรงอยู่ก็โดดเด่น - 1.46*10 38 เช่น (1.46*10 31 J). พลังงานนี้ส่วนใหญ่จะเข้าสู่ช่วงแรก พลังงานจลน์กระแสการหมุนเวียนของสสารปกคลุมแล้วเข้า อบอุ่น- อีกส่วนหนึ่งก็ใช้จ่ายเพิ่มเติม การบีบตัวของชั้นในของโลกเกิดขึ้นเนื่องจากการรวมตัวกันของเฟสหนาแน่นในภาคกลางของโลก จาก 1.46*10 38 เช่นพลังงานของความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงของโลกถูกบีบอัดเพิ่มเติม 0.23*10 38 เช่น (0.23*10 31 จ) และถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน 1.23*10 38 เช่น (1.23*10 31 จ- ขนาดขององค์ประกอบความร้อนนี้เกินกว่าการปล่อยพลังงานประเภทอื่นทั้งหมดในโลกอย่างมีนัยสำคัญ การกระจายเวลา มูลค่ารวมและอัตราการปลดปล่อยองค์ประกอบความร้อนของพลังงานความโน้มถ่วงจะแสดงไว้ในรูปที่ 1 3.6 .

ข้าว. 3.6.

ทันสมัยการสร้างความร้อนระหว่างการเปลี่ยนแปลงแรงโน้มถ่วงของโลก - 3*10 20 เอิร์ก/วินาที (3*10 13 วัตต์) ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสความร้อนสมัยใหม่ที่ไหลผ่านพื้นผิวดาวเคราะห์ใน ( 4.2-4.3)*10 20 เอิร์ก/วินาที ((4.2-4.3)*10 13 วัตต์), เป็น ~ 70% .

ความร้อนจากรังสี

เกิดจากการสลายกัมมันตภาพรังสีที่ไม่เสถียร ไอโซโทป- ใช้พลังงานมากที่สุดและมีอายุยืนยาว ( ด้วยครึ่งชีวิตสมกับอายุของโลก) คือ ไอโซโทป 238 คุณ, 235U, 232 พและ 40K- ปริมาตรหลักของพวกเขากระจุกตัวอยู่ใน เปลือกโลกทวีป- ระดับของรุ่นปัจจุบัน ความร้อนจากรังสี:

• โดยนักธรณีฟิสิกส์ชาวอเมริกัน วี. วาเคียร์ - 1.14*10 20 เอิร์ก/วินาที (1.14*10 13 วัตต์) ,
• โดยนักธรณีฟิสิกส์ชาวรัสเซีย โอ.จี. โซโรคตินและ เอส.เอ. อูชาคอฟ - 1.26*10 20 เอิร์ก/วินาที(1.26*10 13 วัตต์) .

นี่คือ ~ 27-30% ของการไหลของความร้อนในปัจจุบัน

จากความร้อนรวมของการสลายกัมมันตภาพรังสีค่ะ 1.26*10 20 เอิร์ก/วินาที (1.26*10 13 วัตต์) ในเปลือกโลกโดดเด่น - 0.91*10 20 เอิร์ก/วินาทีและในเสื้อคลุม - 0.35*10 20 เอิร์ก/วินาที- ตามมาว่าส่วนแบ่งของความร้อนจากรังสีปกคลุมไม่เกิน 10% ของการสูญเสียความร้อนทั้งหมดของโลกในปัจจุบันและไม่สามารถเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับกระบวนการเปลือกโลก - แม็กมาติกที่ใช้งานอยู่ความลึกของแหล่งกำเนิดสามารถเข้าถึง 2,900 กม. และความร้อนจากรังสีที่ปล่อยออกมาในเปลือกโลกจะสูญเสียไปค่อนข้างรวดเร็ว พื้นผิวโลกและในทางปฏิบัติไม่ได้มีส่วนร่วมในการให้ความร้อนแก่ส่วนลึกภายในของโลก

ในยุคทางธรณีวิทยาที่ผ่านมา ปริมาณความร้อนจากรังสีที่ปล่อยออกมาในเนื้อโลกจะต้องสูงกว่านี้ การประมาณค่า ณ เวลากำเนิดโลก ( 4.6 พันล้านปีก่อน) ให้ - 6.95*10 20 เอิร์ก/วินาที- ตั้งแต่บัดนี้เป็นต้นไป อัตราการปล่อยพลังงานรังสีลดลงอย่างต่อเนื่อง (รูปที่. 3.7 ).

ตลอดเวลาบนโลก มันถูกปล่อยออกมา ~4.27*10 37 เช่น(4.27*10 30 จ) พลังงานความร้อนของการสลายกัมมันตภาพรังสีซึ่งต่ำกว่าความร้อนรวมของความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงเกือบสามเท่า

ความร้อนจากแรงเสียดทานของกระแสน้ำ

มันโดดเด่นในระหว่างปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงของโลกกับดวงจันทร์เป็นหลักซึ่งเป็นดวงจันทร์ขนาดใหญ่ที่ใกล้ที่สุด ร่างกายของจักรวาล- เนื่องจากแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน ความผิดปกติของกระแสน้ำจึงเกิดขึ้นในร่างกายของพวกเขา - บวมหรือ โคก- กระแสน้ำขึ้นน้ำลงของดาวเคราะห์ซึ่งมีแรงดึงดูดเพิ่มเติม มีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของพวกมัน ดังนั้นแรงดึงดูดของกระแสน้ำทั้งสองของโลกจึงสร้างแรงคู่หนึ่งที่กระทำทั้งบนโลกและบนดวงจันทร์ อย่างไรก็ตาม อิทธิพลของการบวมใกล้ซึ่งหันหน้าไปทางดวงจันทร์นั้นค่อนข้างแข็งแกร่งกว่าการบวมที่อยู่ห่างไกล เนื่องจากว่า ความเร็วเชิงมุมการหมุนของโลกสมัยใหม่ ( 7.27*10 -5 วินาที -1) เกินกว่าความเร็ววงโคจรของดวงจันทร์ ( 2.66*10 -6 วินาที -1) และสสารของดาวเคราะห์ไม่ยืดหยุ่นในอุดมคติ ดูเหมือนว่าโหนกน้ำขึ้นน้ำลงของโลกจะถูกพัดพาไปโดยการหมุนไปข้างหน้า และทำให้การเคลื่อนที่ของดวงจันทร์ก้าวหน้าไปอย่างเห็นได้ชัด สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่า กระแสน้ำสูงสุดแผ่นดินจะมาถึงพื้นผิวช้ากว่าขณะนั้นเล็กน้อยเสมอ จุดสุดยอดดวงจันทร์ และโมเมนต์แห่งแรงเพิ่มเติมที่กระทำต่อโลกและดวงจันทร์ (รูปที่. 3.8 ) .

ค่าสัมบูรณ์แรงปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำในระบบโลก-ดวงจันทร์มีขนาดค่อนข้างเล็กและการเสียรูปของเปลือกโลกที่เกิดจากกระแสน้ำขึ้นน้ำลงสามารถเข้าถึงได้เพียงไม่กี่สิบเซนติเมตร แต่พวกมันนำไปสู่การชะลอตัวของการหมุนของโลกอย่างค่อยเป็นค่อยไปและในทางกลับกันไปสู่ความเร่ง การเคลื่อนไหวของวงโคจรดวงจันทร์และระยะห่างจากโลก พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของโหนกน้ำขึ้นน้ำลงของโลกกลายเป็นพลังงานความร้อนเนื่องจากการเสียดสีภายในของสารในโหนกน้ำขึ้นน้ำลง

ปัจจุบันอัตราการปล่อยพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอยู่ที่ จี. แมคโดนัลด์จำนวน ~0.25*10 20 เอิร์ก/วินาที (0.25*10 13 วัตต์) ในขณะที่ส่วนหลัก (ประมาณ 2/3) น่าจะเป็น กระจายไป(กระจายไป) ในไฮโดรสเฟียร์ ดังนั้น สัดส่วนของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลกกับดวงจันทร์และกระจายไปบนพื้นโลกแข็ง (โดยส่วนใหญ่อยู่ในชั้นบรรยากาศแอสเทโนสเฟียร์) จะไม่เกิน 2 % พลังงานความร้อนทั้งหมดที่เกิดขึ้นในส่วนลึก และส่วนแบ่งของกระแสน้ำสุริยะไม่เกิน 20 % จากผลกระทบของกระแสน้ำบนดวงจันทร์ ดังนั้นกระแสน้ำที่เป็นของแข็งจึงไม่มีบทบาทในการป้อนพลังงานให้กับกระบวนการเปลือกโลก แต่เข้ามา ในบางกรณีสามารถทำหน้าที่เป็น "ตัวกระตุ้น" ได้ เช่น แผ่นดินไหว

ปริมาณพลังงานขึ้นน้ำลงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับระยะห่างระหว่างวัตถุในอวกาศ และถ้าระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ไม่ถือว่ามีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามมาตราส่วนเวลาทางธรณีวิทยา ในระบบโลก-ดวงจันทร์ พารามิเตอร์นี้จะเป็นค่าตัวแปร โดยไม่คำนึงถึงแนวคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ นักวิจัยเกือบทั้งหมดยอมรับว่าในระยะแรกของการพัฒนาของโลก ระยะทางถึงดวงจันทร์น้อยกว่าวันนี้อย่างมาก แต่ในกระบวนการพัฒนาของดาวเคราะห์ ตามที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่กล่าวว่า ระยะทางจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และ ยู.เอ็น. อาฟซิกุระยะทางนี้ประสบกับการเปลี่ยนแปลงระยะยาวในรูปของวัฏจักร "มาและไป" ของดวงจันทร์- จากนี้ไปในยุคทางธรณีวิทยาในอดีต บทบาทของความร้อนจากกระแสน้ำในสมดุลความร้อนโดยรวมของโลกมีความสำคัญมากขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ตลอดระยะเวลาการพัฒนาของโลก มันมีการพัฒนา ~3.3*10 37 เช่น (3.3*10 30 จ) พลังงานความร้อนจากกระแสน้ำ (ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนดวงจันทร์ออกจากโลกอย่างต่อเนื่อง) การเปลี่ยนแปลงอัตราการปลดปล่อยความร้อนในช่วงเวลาหนึ่งแสดงไว้ในรูปที่ 1 3.10 .

พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงมากกว่าครึ่งหนึ่งถูกปล่อยออกมา โรคตาแดง (อึ)) - 4.6-4.0 พันล้านปีก่อนและในเวลานั้นเพียงเพราะพลังงานนี้โลกจึงสามารถอุ่นเครื่องเพิ่มเติมได้ประมาณ ~ 500 0 C เริ่มตั้งแต่ปลาย Archean กระแสน้ำบนดวงจันทร์ส่งผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการพัฒนา กระบวนการภายนอกที่ใช้พลังงานมาก .

ความร้อนสะสม

นี่คือความร้อนที่โลกเก็บไว้ตั้งแต่ก่อตัว อยู่ระหว่างดำเนินการ การเพิ่มขึ้นซึ่งกินเวลานานหลายสิบล้านปีเนื่องจากการชนกัน ดาวเคราะห์น้อยโลกประสบกับความร้อนอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ไม่มีความเห็นพ้องต้องกันเกี่ยวกับขนาดของความร้อนนี้ ในปัจจุบัน นักวิจัยมีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าในระหว่างกระบวนการสะสมมวลสาร โลกอาจประสบกับการละลายบางส่วนอย่างมีนัยสำคัญ หากไม่สมบูรณ์ ซึ่งนำไปสู่การสร้างความแตกต่างเบื้องต้นของโปรโต-เอิร์ธให้เป็นแกนเหล็กหนักและเนื้อโลกซิลิเกตเบา และ การก่อตัว "มหาสมุทรแมกมา"บนพื้นผิวหรือที่ระดับความลึกตื้น แม้ว่าก่อนทศวรรษ 1990 แบบจำลองของโลกปฐมภูมิที่ค่อนข้างเย็นซึ่งค่อย ๆ อุ่นขึ้นเนื่องจากกระบวนการข้างต้นพร้อมกับการปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมากก็ถือว่าเกือบจะเป็นที่ยอมรับในระดับสากล

การประเมินความร้อนสะสมหลักอย่างแม่นยำและสัดส่วนของความร้อนที่เก็บรักษาไว้จนถึงปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องกับปัญหาที่สำคัญ โดย โอ.จี. โซโรคตินและ เอส.เอ. อูชาคอฟซึ่งเป็นผู้สนับสนุนโลกปฐมภูมิที่ค่อนข้างเย็น ปริมาณพลังงานสะสมที่แปลงเป็นความร้อนคือ - 20.13*10 38 เช่น (20.13*10 31 เจ)- พลังงานนี้หากไม่มีการสูญเสียความร้อนก็จะเพียงพอสำหรับ การระเหยที่สมบูรณ์สสารทางโลกเพราะว่า อุณหภูมิอาจสูงขึ้นถึง 30,000 0 ซ- แต่กระบวนการสะสมมวลสารค่อนข้างยาว และพลังงานของการชนดาวเคราะห์น้อยถูกปล่อยออกมาเฉพาะในชั้นพื้นผิวใกล้ของโลกที่กำลังเติบโตเท่านั้น และหายไปอย่างรวดเร็วด้วยการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้น ความร้อนเริ่มแรกของดาวเคราะห์จึงไม่มากนัก ขนาดนี้ การแผ่รังสีความร้อนควบคู่ไปกับการก่อตัว (การเพิ่มขึ้น) ของโลก ผู้เขียนเหล่านี้ประเมินไว้ที่ 19.4*10 38 เช่น (19.4*10 31 จ) .

ในสมดุลพลังงานสมัยใหม่ของโลก ความร้อนที่เพิ่มขึ้นมักมีบทบาทรองลงมา