Năng lượng nhiệt của trái đất như một nguồn sưởi ấm. Bộ trao đổi nhiệt mặt đất đã qua sử dụng và sơ đồ cung cấp nhiệt

Năng lượng địa nhiệt- đây là năng lượng nhiệt được giải phóng từ các vùng bên trong Trái đất trong hàng trăm triệu năm. Theo các nghiên cứu địa chất và địa vật lý, nhiệt độ trong lõi Trái đất đạt tới 3.000-6.000 °C, giảm dần theo hướng từ tâm hành tinh đến bề mặt của nó. Sự phun trào của hàng nghìn ngọn núi lửa, sự chuyển động của các khối vỏ trái đất và các trận động đất cho thấy hoạt động của nội năng mạnh mẽ của Trái đất. Các nhà khoa học tin rằng trường nhiệt của hành tinh chúng ta là do sự phân rã phóng xạ ở độ sâu của nó, cũng như sự phân tách trọng lực của vật chất lõi.
Nguồn sưởi ấm chính bên trong hành tinh là uranium, thorium và kali phóng xạ. Quy trình phân rã phóng xạ trên các lục địa, chúng xuất hiện chủ yếu ở lớp đá granit của vỏ trái đất ở độ sâu 20-30 km trở lên, trong các đại dương - ở lớp phủ phía trên. Người ta cho rằng ở đáy vỏ trái đất ở độ sâu 10-15 km, giá trị nhiệt độ có thể xảy ra trên các lục địa là 600-800 ° C và ở các đại dương - 150-200 ° C.
Một người có thể sử dụng Năng lượng địa nhiệt chỉ ở nơi nó biểu hiện gần bề mặt Trái đất, tức là. ở vùng có núi lửa và hoạt động địa chấn. Hiện nay năng lượng địa nhiệt được sử dụng hiệu quả ở các nước như Mỹ, Ý, Iceland, Mexico, Nhật Bản, New Zealand, Nga, Philippines, Hungary và El Salvador. Ở đây, sức nóng bên trong của trái đất bốc lên bề mặt dưới dạng nước nóng và hơi nước với nhiệt độ lên tới 300 ° C và thường bùng phát dưới dạng sức nóng của các nguồn phun trào (mạch nước phun), ví dụ, các mạch nước phun nổi tiếng của Yellowstone Công viên ở Mỹ, mạch nước phun của Kamchatka và Iceland.
Nguồn năng lượng địa nhiệt chia thành hơi nóng khô, hơi nóng ướt và nước nóng. Giếng, nguồn năng lượng quan trọng cho đường sắt điện ở Ý (gần Larderello), được cung cấp năng lượng bằng hơi nước nóng khô từ năm 1904. Hai địa điểm hơi nước nóng khô nổi tiếng khác trên thế giới là Matsukawa Field ở Nhật Bản và Geyser Field gần San Francisco, cũng là những nơi sử dụng năng lượng địa nhiệt lâu dài và hiệu quả. Hơi nước nóng ẩm nhất trên thế giới được tìm thấy ở New Zealand (Wairakei), các mỏ địa nhiệt có công suất thấp hơn một chút ở Mexico, Nhật Bản, El Salvador, Nicaragua và Nga.
Do đó, có thể phân biệt bốn loại tài nguyên năng lượng địa nhiệt chính:
nhiệt mặt đất được sử dụng bởi bơm nhiệt;
nguồn năng lượng hơi nước, nước nóng và ấm trên bề mặt trái đất hiện được sử dụng để sản xuất năng lượng điện;
nhiệt tập trung sâu dưới bề mặt trái đất (có thể khi không có nước);
năng lượng magma và nhiệt tích tụ dưới núi lửa.

Dự trữ địa nhiệt(~8 * 1030J) gấp 35 tỷ lần mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu hàng năm. Chỉ 1% năng lượng địa nhiệt trong lớp vỏ trái đất (độ sâu 10 km) có thể cung cấp một lượng năng lượng lớn gấp 500 lần toàn bộ trữ lượng dầu khí của thế giới. Tuy nhiên, ngày nay chỉ một phần nhỏ các tài nguyên này có thể được sử dụng, và điều này trước hết là do Lý do kinh tế. Sự phát triển công nghiệp về tài nguyên địa nhiệt (năng lượng nước sâu và hơi nước nóng) bắt đầu vào năm 1916, khi nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên có công suất 7,5 MW được đưa vào vận hành ở Ý. Trong thời gian qua, kinh nghiệm đáng kể đã được tích lũy trong lĩnh vực phát triển thực tiễn các nguồn năng lượng địa nhiệt. Tổng công suất đặt của các nhà máy điện địa nhiệt (GeoTES) hiện có là: 1975 - 1.278 MW, năm 1990 - 7.300 MW. Tiến bộ lớn nhất trong vấn đề này đã đạt được bởi Hoa Kỳ, Philippines, Mexico, Ý và Nhật Bản.
Các thông số kinh tế và kỹ thuật của các nhà máy điện địa nhiệt thay đổi trong phạm vi khá rộng và phụ thuộc vào đặc điểm địa chất của khu vực (độ sâu xuất hiện, các thông số của chất lỏng làm việc, thành phần của nó, v.v.). Đối với phần lớn các nhà máy điện địa nhiệt đã đưa vào vận hành, giá thành điện năng tương đương với giá thành điện năng sản xuất tại các nhà máy điện đốt than và lên tới 1200…2000 đô la Mỹ/MW.
Ở Iceland, 80% ngôi nhà được sưởi ấm bằng nước nóng lấy từ giếng địa nhiệt gần thành phố Reykjavik. Ở miền Tây Hoa Kỳ, khoảng 180 ngôi nhà và trang trại được sưởi ấm bằng nước nóng địa nhiệt. Theo các chuyên gia, từ năm 1993 đến năm 2000, sản lượng điện toàn cầu từ năng lượng địa nhiệt đã tăng hơn gấp đôi. Hàng tồn kho địa nhiệt Về mặt lý thuyết, có rất nhiều nhà máy ở Mỹ có thể cung cấp năng lượng gấp 30 lần mức chính phủ hiện đang tiêu thụ.
Trong tương lai, có thể sử dụng sức nóng của magma ở những khu vực gần bề mặt Trái đất, cũng như sức nóng khô của đá kết tinh được nung nóng. Trong trường hợp thứ hai, giếng được khoan đi vài km, nước lạnh được bơm xuống và nước nóng được lấy lại.

Ở nước ta, nơi giàu hydrocarbon, năng lượng địa nhiệt là một loại tài nguyên ngoại lai, với tình hình hiện tại, khó có thể cạnh tranh với dầu khí. Tuy nhiên điều này quan điểm thay thế năng lượng có thể được sử dụng ở hầu hết mọi nơi và khá hiệu quả.

Năng lượng địa nhiệt là nhiệt ruột trái đất. Nó được tạo ra ở độ sâu và chạm tới bề mặt Trái đất dưới nhiều hình thức và cường độ khác nhau.

Nhiệt độ của các lớp trên của đất phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố bên ngoài (ngoại sinh) - ánh sáng mặt trời và nhiệt độ không khí. Vào mùa hè và ban ngày, đất ấm lên ở những độ sâu nhất định, còn vào mùa đông và ban đêm, đất nguội đi sau những thay đổi về nhiệt độ không khí và với một số độ trễ tăng theo độ sâu. Ảnh hưởng của sự biến động hàng ngày của nhiệt độ không khí kết thúc ở độ sâu từ vài đến vài chục cm. Biến động theo mùa ảnh hưởng đến các lớp đất sâu hơn - lên tới hàng chục mét.

Ở độ sâu nào đó - từ hàng chục đến hàng trăm mét - nhiệt độ của đất không đổi, bằng nhiệt độ không khí trung bình hàng năm trên bề mặt Trái đất. Bạn có thể dễ dàng xác minh điều này bằng cách đi xuống một hang động khá sâu.

Khi nhiệt độ trung bình năm không khí trong một khu vực nhất định dưới 0, điều này biểu hiện dưới dạng băng vĩnh cửu (chính xác hơn là băng vĩnh cửu). TRONG Đông SiberiaĐộ dày, tức là độ dày của đất đóng băng quanh năm ở một số nơi lên tới 200–300 m.

Từ một độ sâu nhất định (khác nhau ở từng điểm trên bản đồ), tác động của Mặt trời và khí quyển yếu đi đến mức các yếu tố nội sinh (bên trong) xuất hiện trước và bên trong trái đất nóng lên từ bên trong, khiến nhiệt độ bắt đầu tăng lên. với chiều sâu.

Sự nóng lên của các lớp sâu của Trái đất chủ yếu liên quan đến sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ nằm ở đó, mặc dù các nguồn nhiệt khác cũng được gọi là các quá trình hóa lý, kiến tạo trong các lớp sâu của vỏ trái đất và lớp phủ. Nhưng bất kể lý do là gì, nhiệt độ của đá và các chất lỏng và khí liên quan đều tăng theo độ sâu. Thợ mỏ phải đối mặt với hiện tượng này - trong mỏ sâu Trời luôn nóng. Ở độ sâu 1 km, nhiệt độ 30 độ là bình thường, ở sâu hơn nhiệt độ thậm chí còn cao hơn.

Dòng nhiệt từ bên trong trái đất tới bề mặt Trái đất là nhỏ - công suất trung bình của nó là 0,03–0,05 W/m2, tương đương khoảng 350 Wh/m2 mỗi năm. Trên nền dòng nhiệt từ Mặt trời và không khí bị nó đốt nóng là một lượng không thể cảm nhận được: Mặt trời mang lại cho mọi người mét vuông bề mặt trái đất là khoảng 4000 kWh mỗi năm, tức là gấp 10.000 lần (tất nhiên, đây là mức trung bình, với sự chênh lệch rất lớn giữa các vĩ độ cực và xích đạo và tùy thuộc vào các yếu tố khí hậu và thời tiết khác).

Sự không đáng kể của dòng nhiệt từ bên trong đến bề mặt ở hầu hết hành tinh có liên quan đến tính dẫn nhiệt thấp của đá và các đặc tính của cấu trúc địa chất. Nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ - những nơi có lưu lượng nhiệt cao. Trước hết, đây là các vùng có đứt gãy kiến tạo, hoạt động địa chấn và núi lửa gia tăng, nơi năng lượng bên trong trái đất tìm thấy lối thoát. Những vùng như vậy được đặc trưng bởi sự dị thường nhiệt của thạch quyển; ở đây dòng nhiệt tới bề mặt Trái đất có thể mạnh gấp nhiều lần và thậm chí có cường độ mạnh hơn “thông thường”. Các vụ phun trào núi lửa và suối nước nóng mang lại lượng nhiệt khổng lồ lên bề mặt ở những khu vực này.

Đây là những khu vực thuận lợi nhất cho việc phát triển năng lượng địa nhiệt. Trên lãnh thổ của Nga, trước hết là Kamchatka, Quần đảo Kuril và Kavkaz.

Đồng thời, việc phát triển năng lượng địa nhiệt có thể xảy ra ở hầu hết mọi nơi, vì nhiệt độ tăng theo độ sâu là một hiện tượng phổ biến và nhiệm vụ là “rút” nhiệt từ độ sâu, giống như khai thác nguyên liệu khoáng sản từ đó.

Trung bình cứ 100 m, nhiệt độ tăng theo độ sâu 2,5–3°C. Tỷ số chênh lệch nhiệt độ giữa hai điểm nằm ở các độ sâu khác nhau với chênh lệch độ sâu giữa chúng được gọi là gradient địa nhiệt.

Đối ứng là bước địa nhiệt, hoặc khoảng độ sâu mà tại đó nhiệt độ tăng thêm 1°C.

Độ dốc càng cao và theo đó, giai đoạn càng thấp thì nhiệt độ từ độ sâu của Trái đất càng đến gần bề mặt và khu vực này càng hứa hẹn cho sự phát triển năng lượng địa nhiệt.

Ở các khu vực khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc địa chất và các điều kiện khu vực, địa phương khác, tốc độ tăng nhiệt độ theo độ sâu có thể thay đổi đáng kể. Trên quy mô Trái đất, sự dao động về độ lớn của độ dốc và bậc địa nhiệt lên tới 25 lần. Ví dụ, ở Oregon (Mỹ) độ dốc là 150°C trên 1 km và ở Nam Phi- 6°C/1 km.

Câu hỏi đặt ra là nhiệt độ ở độ sâu lớn - 5, 10 km trở lên là bao nhiêu? Nếu xu hướng này tiếp tục, nhiệt độ ở độ sâu 10 km sẽ ở mức trung bình khoảng 250–300°C. Điều này ít nhiều được xác nhận bằng các quan sát trực tiếp trong các giếng siêu sâu, mặc dù bức tranh phức tạp hơn nhiều so với sự gia tăng tuyến tính của nhiệt độ.

Ví dụ, ở Kol giếng siêu sâu, được khoan trong tấm chắn tinh thể Baltic, nhiệt độ thay đổi với tốc độ 10°C/1 km đến độ sâu 3 km, và sau đó gradient địa nhiệt trở nên lớn hơn 2–2,5 lần. Ở độ sâu 7 km, nhiệt độ 120°C đã được ghi nhận, ở 10 km - 180°C và ở 12 km - 220°C.

Một ví dụ khác là một giếng được khoan ở vùng Bắc Caspian, nơi ở độ sâu 500 m ghi nhận nhiệt độ 42°C, ở 1,5 km - 70°C, ở 2 km - 80°C, ở 3 km - 108°C. .

Người ta cho rằng gradient địa nhiệt giảm dần bắt đầu từ độ sâu 20–30 km: ở độ sâu 100 km, nhiệt độ ước tính khoảng 1300–1500°C, ở độ sâu 400 km - 1600°C, trong lòng Trái Đất. lõi (độ sâu hơn 6000 km) - 4000–5000° C.

Ở độ sâu lên tới 10–12 km, nhiệt độ được đo qua giếng khoan; nơi chúng không hiện diện, nó được xác định bằng các dấu hiệu gián tiếp giống như ở độ sâu lớn hơn. Như là dấu hiệu gián tiếp có thể là bản chất của sự truyền qua của sóng địa chấn hoặc nhiệt độ của dung nham đang phun trào.

Tuy nhiên, vì mục đích sản xuất năng lượng địa nhiệt, dữ liệu về nhiệt độ ở độ sâu hơn 10 km vẫn chưa được quan tâm thực tế.

Ở độ sâu vài km có rất nhiều nhiệt, nhưng làm thế nào để nâng cao nó? Đôi khi chính thiên nhiên giải quyết vấn đề này cho chúng ta với sự trợ giúp của chất làm mát tự nhiên - nước nóng nóng nổi lên bề mặt hoặc nằm ở độ sâu mà chúng ta có thể tiếp cận được. Trong một số trường hợp, nước ở độ sâu được đun nóng đến trạng thái hơi nước.

Không có định nghĩa chặt chẽ về khái niệm “nước nóng”. Theo quy định, chúng có nghĩa là nước ngầm nóng ở trạng thái lỏng hoặc ở dạng hơi nước, bao gồm cả những nước xuất hiện trên bề mặt Trái đất với nhiệt độ trên 20°C, nghĩa là, theo quy luật, cao hơn nhiệt độ không khí. .

Nhiệt lượng của nước ngầm, hơi nước, hỗn hợp hơi nước là năng lượng thủy nhiệt. Theo đó, năng lượng dựa trên việc sử dụng nó được gọi là thủy nhiệt.

Tình hình phức tạp hơn với việc khai thác nhiệt trực tiếp từ đá khô - năng lượng nhiệt dầu, đặc biệt là vì nhiệt độ khá cao, theo quy luật, bắt đầu từ độ sâu vài km.

Trên lãnh thổ Nga, tiềm năng năng lượng nhiệt dầu cao gấp trăm lần so với năng lượng thủy nhiệt - lần lượt là 3.500 và 35 nghìn tỷ tấn nhiên liệu tiêu chuẩn. Điều này khá tự nhiên - hơi ấm từ độ sâu của Trái đất có sẵn ở khắp mọi nơi và nước nóng được tìm thấy ở địa phương. Tuy nhiên, do những khó khăn kỹ thuật rõ ràng, nước nóng hiện nay chủ yếu được sử dụng để tạo ra nhiệt và điện.

Nước có nhiệt độ từ 20–30 đến 100°C thích hợp để sưởi ấm, nhiệt độ từ 150°C trở lên thích hợp để phát điện trong các nhà máy điện địa nhiệt.

Nhìn chung, tài nguyên địa nhiệt ở Nga, tính theo tấn nhiên liệu tương đương hoặc bất kỳ đơn vị đo năng lượng nào khác, cao hơn khoảng 10 lần so với trữ lượng nhiên liệu hóa thạch.

Về mặt lý thuyết, chỉ thông qua năng lượng địa nhiệt mới có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu năng lượng Quốc gia. Trên thực tế, hiện tại, ở hầu hết lãnh thổ của mình, điều này không khả thi vì lý do kỹ thuật và kinh tế.

Trên thế giới, việc sử dụng năng lượng địa nhiệt thường gắn liền với Iceland, một quốc gia nằm ở cuối phía bắc của sống núi giữa Đại Tây Dương, trong một vùng kiến tạo và núi lửa cực kỳ hoạt động. Chắc hẳn ai cũng nhớ vụ phun trào mạnh mẽ của núi lửa Eyjafjallajökull ( Eyjafjallajökull) vào năm 2010

Chính nhờ đặc điểm địa chất này mà Iceland có trữ lượng năng lượng địa nhiệt khổng lồ, bao gồm cả các suối nước nóng nổi lên trên bề mặt Trái đất và thậm chí phun ra dưới dạng mạch nước phun.

Ở Iceland, hơn 60% tổng năng lượng tiêu thụ hiện nay đến từ Trái đất. Nguồn địa nhiệt cung cấp 90% năng lượng sưởi ấm và 30% sản lượng điện. Chúng ta hãy nói thêm rằng phần điện còn lại của đất nước được sản xuất bởi các nhà máy thủy điện, tức là cũng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, khiến Iceland giống như một loại tiêu chuẩn môi trường toàn cầu.

Việc khai thác năng lượng địa nhiệt trong thế kỷ 20 đã giúp ích đáng kể cho Iceland trong kinh tế. Cho đến giữa thế kỷ trước, nó rất nước nghèo, hiện đứng đầu thế giới về công suất lắp đặt và sản lượng năng lượng địa nhiệt bình quân đầu người và nằm trong top 10 về giá trị tuyệt đối về công suất lắp đặt của các nhà máy điện địa nhiệt. Tuy nhiên, dân số chỉ 300 nghìn người, điều này giúp đơn giản hóa nhiệm vụ chuyển sang các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường: nhu cầu về nó nhìn chung là nhỏ.

Ngoài Iceland, New Zealand và các quốc đảo cũng cung cấp một tỷ trọng lớn năng lượng địa nhiệt trong tổng cân bằng sản xuất điện. Đông Nam Á(Philippines và Indonesia), các quốc gia Trung Mỹ và Đông Phi, lãnh thổ cũng có đặc điểm là có địa chấn cao và hoạt động núi lửa. Đối với các quốc gia này, với trình độ phát triển và nhu cầu hiện tại, năng lượng địa nhiệt đóng góp đáng kể vào sự phát triển kinh tế - xã hội.

Việc sử dụng năng lượng địa nhiệt có lịch sử rất lâu dài. Một trong những người đầu tiên ví dụ nổi tiếng- Ý, một địa điểm thuộc tỉnh Tuscany, nay được gọi là Larderello, nơi vào đầu thế kỷ 19, nguồn nước nóng địa phương chảy tự nhiên hoặc chiết xuất từ các giếng cạn, được sử dụng cho mục đích năng lượng.

Nước từ các suối ngầm giàu boron được sử dụng ở đây để thu được axit boric. Ban đầu, axit này thu được bằng cách bay hơi trong nồi hơi sắt và gỗ thông thường từ các khu rừng gần đó được lấy làm nhiên liệu, nhưng vào năm 1827, Francesco Larderel đã tạo ra một hệ thống hoạt động dựa trên sức nóng của nước. Đồng thời, năng lượng của hơi nước tự nhiên bắt đầu được sử dụng để vận hành các giàn khoan và vào đầu thế kỷ 20 - để sưởi ấm các ngôi nhà và nhà kính ở địa phương. Ở đó, ở Larderello, vào năm 1904, hơi nước nóng đã trở thành nguồn năng lượng để tạo ra điện.

Ví dụ của Ý đã được một số quốc gia khác noi theo vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20. Ví dụ, vào năm 1892, nước nóng lần đầu tiên được sử dụng để sưởi ấm cục bộ ở Hoa Kỳ (Boise, Idaho), vào năm 1919 ở Nhật Bản và vào năm 1928 ở Iceland.

Tại Hoa Kỳ, nhà máy điện đầu tiên hoạt động bằng năng lượng thủy nhiệt xuất hiện ở California vào đầu những năm 1930, ở New Zealand - năm 1958, ở Mexico - năm 1959, ở Nga (GeoPP nhị phân đầu tiên trên thế giới) - năm 1965.

Nguyên tắc cũ trên một nguồn mới

Sản xuất điện đòi hỏi nhiệt độ nguồn thủy điện cao hơn nhiệt độ để sưởi ấm - hơn 150°C. Nguyên lý vận hành của nhà máy điện địa nhiệt (GeoPP) tương tự như nguyên lý vận hành của nhà máy nhiệt điện thông thường (CHP). Thực chất nhà máy địa nhiệt là một loại hình nhà máy nhiệt điện.

Tại các nhà máy nhiệt điện, nguồn năng lượng sơ cấp thường là than, khí đốt hoặc dầu mazut, còn chất lỏng làm việc là hơi nước. Nhiên liệu khi đốt sẽ làm nóng nước thành hơi, làm quay tuabin hơi, tạo ra điện.

Sự khác biệt giữa GeoPP là nguồn năng lượng chính ở đây là nhiệt bên trong trái đất và chất lỏng làm việc ở dạng hơi nước được cung cấp cho các cánh tuabin của máy phát điện ở dạng “sẵn sàng” trực tiếp từ giếng sản xuất. .

Có ba phương án vận hành chính cho GeoPP: trực tiếp, sử dụng hơi khô (địa nhiệt); gián tiếp, dựa trên nước thủy nhiệt và hỗn hợp hoặc nhị phân.

Việc sử dụng sơ đồ này hay sơ đồ khác phụ thuộc vào trạng thái tập hợp và nhiệt độ của chất mang năng lượng.

Sơ đồ đơn giản nhất và do đó là sơ đồ đầu tiên được làm chủ là sơ đồ trực tiếp, trong đó hơi nước từ giếng được truyền trực tiếp qua tuabin. Nhà máy điện địa điện đầu tiên trên thế giới ở Larderello vào năm 1904 cũng hoạt động bằng hơi nước khô.

GeoPP với sơ đồ hoạt động gián tiếp là phổ biến nhất trong thời đại chúng ta. Họ sử dụng nước nóng dưới lòng đất, được bơm dưới áp suất cao vào thiết bị bay hơi, tại đây một phần nước bị bốc hơi và tạo ra hơi nước làm quay tuabin. Trong một số trường hợp, cần có các thiết bị và mạch bổ sung để lọc nước địa nhiệt và hơi nước khỏi các hợp chất mạnh.

Hơi thải đi vào giếng phun hoặc được sử dụng để sưởi ấm mặt bằng - trong trường hợp này nguyên tắc giống như khi vận hành nhà máy nhiệt điện.

Tại GeoPP nhị phân, nước nóng nóng tương tác với một chất lỏng khác thực hiện các chức năng của chất lỏng hoạt động có điểm sôi thấp hơn. Cả hai chất lỏng đều được đưa qua bộ trao đổi nhiệt, trong đó nước nhiệt làm bay hơi chất lỏng làm việc, hơi của chất lỏng này làm quay tuabin.

Nguyên lý hoạt động của GeoPP nhị phân. Nước nóng nóng tương tác với một chất lỏng khác thực hiện các chức năng của chất lỏng hoạt động và có nhiệt độ sôi thấp hơn. Cả hai chất lỏng đều được đưa qua bộ trao đổi nhiệt, trong đó nước nhiệt làm bay hơi chất lỏng làm việc, hơi của chất lỏng này sẽ làm quay tuabin

Hệ thống này khép kín, giải quyết vấn đề phát thải vào khí quyển. Ngoài ra, chất lỏng làm việc có nhiệt độ sôi tương đối thấp giúp có thể sử dụng nước nóng không quá nóng làm nguồn năng lượng chính.

Cả ba phương án đều sử dụng nguồn thủy nhiệt, nhưng năng lượng nhiệt dầu cũng có thể được sử dụng để tạo ra điện.

Sơ đồ mạch trong trường hợp này cũng khá đơn giản. Cần phải khoan hai giếng thông nhau - phun và sản xuất. Nước được bơm vào giếng phun. Ở độ sâu, nó được làm nóng, sau đó nước nóng hoặc hơi nước hình thành do sưởi ấm mạnh sẽ được cung cấp lên bề mặt thông qua giếng sản xuất. Sau đó, tất cả phụ thuộc vào cách sử dụng năng lượng nhiệt dầu - để sưởi ấm hoặc tạo ra điện. Có thể thực hiện một chu trình khép kín bằng cách bơm hơi nước thải và nước trở lại giếng phun hoặc phương pháp xử lý khác.

Sơ đồ hoạt động của hệ thống nhiệt điện. Hệ thống này dựa trên việc sử dụng gradient nhiệt độ giữa bề mặt trái đất và bên trong nó, nơi có nhiệt độ cao hơn. Nước từ bề mặt được bơm vào giếng phun và được làm nóng ở độ sâu, sau đó nước nóng hoặc hơi nước tạo ra do sưởi ấm được cung cấp lên bề mặt thông qua giếng sản xuất.

Nhược điểm của hệ thống như vậy là rõ ràng: để đạt được nhiệt độ đủ cao của chất lỏng làm việc, cần phải khoan giếng ở độ sâu lớn. Và đây là những chi phí nghiêm trọng và nguy cơ tổn thất nhiệt đáng kể khi chất lỏng di chuyển lên trên. Do đó, các hệ thống nhiệt dầu vẫn ít phổ biến hơn so với các hệ thống thủy nhiệt, mặc dù tiềm năng của năng lượng nhiệt dầu cao hơn nhiều.

Hiện nay, quốc gia đi đầu trong việc tạo ra cái gọi là hệ thống tuần hoàn nhiệt dầu (PCS) là Australia. Ngoài ra, lĩnh vực năng lượng địa nhiệt này đang tích cực phát triển ở Mỹ, Thụy Sĩ, Anh và Nhật Bản.

Món quà từ Chúa Kelvin

Việc phát minh ra máy bơm nhiệt vào năm 1852 bởi nhà vật lý William Thompson (hay còn gọi là Lord Kelvin) đã mang đến cho nhân loại cơ hội thực sự để sử dụng nhiệt độ thấp của các lớp trên của đất. Hệ thống bơm nhiệt, hay hệ số nhân nhiệt như Thompson đã gọi, dựa trên quá trình vật lý truyền nhiệt từ môi trường sang chất làm lạnh. Về cơ bản, nó sử dụng nguyên tắc tương tự như các hệ thống nhiệt dầu. Sự khác biệt nằm ở nguồn nhiệt, điều này có thể đặt ra một câu hỏi về mặt thuật ngữ: bơm nhiệt có thể được coi là một hệ thống địa nhiệt ở mức độ nào? Thực tế là ở các lớp trên, ở độ sâu từ hàng chục đến hàng trăm mét, đá và chất lỏng chứa trong chúng bị đốt nóng không phải bởi sức nóng sâu của trái đất mà bởi mặt trời. Vì vậy, đó là mặt trời ở trong trường hợp này- nguồn nhiệt chính, mặc dù nó được lấy từ mặt đất, như trong các hệ thống địa nhiệt.

Hoạt động của máy bơm nhiệt dựa trên sự chậm trễ trong việc làm nóng và làm mát đất so với khí quyển, dẫn đến hình thành chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và các lớp sâu hơn giữ nhiệt ngay cả trong mùa đông, giống như xảy ra ở các hồ chứa . Mục đích chính của máy bơm nhiệt là sưởi ấm không gian. Về bản chất, nó là một chiếc “tủ lạnh ngược”. Cả bơm nhiệt và tủ lạnh đều tương tác với ba thành phần: môi trường nội bộ(trong trường hợp đầu tiên - phòng được sưởi ấm, trong trường hợp thứ hai - ngăn làm mát của tủ lạnh), môi trường bên ngoài - nguồn năng lượng và chất làm lạnh (chất làm mát), cũng là chất làm mát đảm bảo truyền nhiệt hoặc lạnh .

Một chất có điểm sôi thấp hoạt động như một chất làm lạnh, cho phép nó lấy nhiệt từ nguồn thậm chí có nhiệt độ tương đối thấp.

Trong tủ lạnh, chất làm lạnh dạng lỏng chảy qua van tiết lưu (bộ điều áp) vào thiết bị bay hơi, tại đây do áp suất giảm mạnh, chất lỏng sẽ bay hơi. Sự bay hơi là một quá trình thu nhiệt đòi hỏi sự hấp thụ nhiệt từ bên ngoài. Kết quả là nhiệt được loại bỏ khỏi các thành bên trong của thiết bị bay hơi, mang lại hiệu quả làm mát trong buồng tủ lạnh. Tiếp theo, chất làm lạnh được hút từ thiết bị bay hơi vào máy nén, nơi nó được đưa trở lại trạng thái lỏng. Đây là quá trình ngược lại dẫn đến việc thải nhiệt lượng ra môi trường bên ngoài. Theo quy định, nó được ném vào trong nhà và bức tường phía sau của tủ lạnh tương đối ấm.

Máy bơm nhiệt hoạt động gần giống như vậy, với điểm khác biệt là nhiệt được lấy từ môi trường bên ngoài và qua thiết bị bay hơi đi vào môi trường bên trong - hệ thống sưởi ấm trong phòng.

Trong một máy bơm nhiệt thực sự, nước được làm nóng bằng cách đi qua một mạch bên ngoài đặt trong lòng đất hoặc bể chứa, sau đó đi vào thiết bị bay hơi.

Trong thiết bị bay hơi, nhiệt được truyền đến mạch bên trong chứa đầy chất làm lạnh có nhiệt độ sôi thấp, chất này đi qua thiết bị bay hơi, chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, lấy đi nhiệt.

Tiếp theo, chất làm lạnh dạng khí đi vào máy nén, tại đây nó được nén đến áp suất và nhiệt độ cao, rồi đi vào thiết bị ngưng tụ, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa khí nóng và chất làm mát từ hệ thống sưởi.

Máy nén cần điện để hoạt động, nhưng tỷ lệ chuyển đổi (tỷ lệ năng lượng tiêu thụ trên năng lượng sản xuất) trong các hệ thống hiện đại đủ cao để đảm bảo hiệu quả của chúng.

Hiện nay, máy bơm nhiệt được sử dụng khá rộng rãi để sưởi ấm không gian, chủ yếu ở các nước có nền kinh tế phát triển.

Năng lượng sinh thái đúng đắn

Năng lượng địa nhiệt được coi là thân thiện với môi trường, điều này nói chung là đúng. Trước hết, nó sử dụng năng lượng tái tạo và thực tế nguồn tài nguyên vô tận. Năng lượng địa nhiệt không cần khu vực rộng lớn, không giống như các nhà máy thủy điện lớn hoặc trang trại gió và không gây ô nhiễm bầu khí quyển, không giống như năng lượng hydrocarbon. Trung bình, một GeoPP chiếm 400 m 2 tương ứng với 1 GW điện được tạo ra. Ví dụ, con số tương tự đối với một nhà máy nhiệt điện đốt than là 3600 m2. Ưu điểm về môi trường của GeoPP còn bao gồm mức tiêu thụ nước thấp - 20 lít nước ngọt trên 1 kW, trong khi nhà máy nhiệt điện và nhà máy điện hạt nhân cần khoảng 1000 lít. Lưu ý rằng đây là các chỉ số môi trường của GeoPP “trung bình”.

Nhưng tiêu cực phản ứng phụ vẫn tồn tại. Phổ biến nhất trong số đó là tiếng ồn, ô nhiễm nhiệt khí quyển và hóa chất - nước và đất, cũng như sự hình thành chất thải rắn.

Nguồn chính ô nhiễm hóa chất môi trường - bản thân nước nóng (có nhiệt độ cao và khoáng hóa), thường chứa một lượng lớn các hợp chất độc hại, do đó phát sinh vấn đề xử lý nước thải và các chất độc hại.

Những tác động tiêu cực của năng lượng địa nhiệt có thể được phát hiện ở nhiều giai đoạn, bắt đầu từ việc khoan giếng. Ở đây cũng có những mối nguy hiểm tương tự như khi khoan bất kỳ giếng nào: phá hủy đất và thảm thực vật, ô nhiễm đất và nước ngầm.

Vấn đề ô nhiễm ở giai đoạn vận hành GeoPP môi trườngđược lưu. Chất lỏng truyền nhiệt - nước và hơi nước - thường chứa carbon dioxide (CO 2), sulfur sulfide (H 2 S), amoniac (NH 3), metan (CH 4), muối ăn (NaCl), boron (B), asen (As ), thủy ngân (Hg). Khi thải ra môi trường bên ngoài, chúng trở thành nguồn gây ô nhiễm. Ngoài ra, môi trường hóa học khắc nghiệt có thể gây ra sự phá hủy ăn mòn các cấu trúc nhà máy điện địa nhiệt.

Đồng thời, lượng khí thải chất ô nhiễm từ GeoPP trung bình thấp hơn so với các nhà máy nhiệt điện. Ví dụ, lượng khí thải carbon dioxide cho mỗi kilowatt giờ điện được tạo ra lên tới 380 g tại GeoPP, 1042 g tại các nhà máy nhiệt điện đốt than, 906 g tại các nhà máy nhiệt điện chạy dầu và 453 g tại các nhà máy nhiệt điện chạy bằng khí đốt. .

Câu hỏi được đặt ra: xử lý nước thải như thế nào? Nếu độ khoáng hóa thấp, nó có thể được thải vào nước mặt sau khi làm mát. Một cách khác là bơm nó trở lại tầng ngậm nước thông qua giếng phun, phương pháp này được sử dụng phổ biến và tốt nhất hiện nay.

Việc khai thác nước nóng từ các tầng ngậm nước (cũng như bơm nước thông thường) có thể gây ra sụt lún và chuyển động của đất, các biến dạng khác của các lớp địa chất và các trận động đất nhỏ. Theo quy luật, xác suất xảy ra những hiện tượng như vậy là thấp, mặc dù các trường hợp riêng lẻ đã được ghi nhận (ví dụ: tại GeoPP ở Staufen im Breisgau ở Đức).

Cần nhấn mạnh rằng hầu hết GeoPP được đặt tại các khu vực dân cư tương đối thưa thớt và ở các nước thế giới thứ ba, nơi các yêu cầu về môi trường ít nghiêm ngặt hơn so với các nước phát triển. Ngoài ra, hiện tại số lượng GeoPP và công suất của chúng tương đối ít. Với sự phát triển năng lượng địa nhiệt quy mô lớn hơn, rủi ro môi trường có thể tăng lên và nhân lên.

Năng lượng của Trái đất là bao nhiêu?

Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống địa nhiệt khác nhau trong phạm vi rất rộng - từ 200 đến 5000 đô la cho mỗi 1 kW công suất lắp đặt, nghĩa là các phương án rẻ nhất có thể so sánh với chi phí xây dựng một nhà máy nhiệt điện. Trước hết, chúng phụ thuộc vào điều kiện xuất hiện của nước nóng, thành phần của chúng và thiết kế của hệ thống. Việc khoan tới độ sâu lớn, tạo ra một hệ thống khép kín với hai giếng và nhu cầu lọc nước có thể khiến chi phí tăng lên gấp nhiều lần.

Ví dụ, đầu tư vào việc tạo ra hệ thống tuần hoàn nhiệt dầu (PCS) ước tính khoảng 1,6–4 nghìn đô la cho mỗi 1 kW công suất lắp đặt, vượt quá chi phí xây dựng một nhà máy điện hạt nhân và tương đương với chi phí xây dựng năng lượng gió và điện. nhà máy điện mặt trời.

Lợi thế kinh tế rõ ràng của GeoTES là năng lượng miễn phí. Để so sánh, trong cơ cấu chi phí của một nhà máy nhiệt điện hoặc nhà máy điện hạt nhân đang vận hành, nhiên liệu chiếm từ 50-80% hoặc thậm chí hơn, tùy theo giá năng lượng hiện hành. Do đó, một ưu điểm khác của hệ thống địa nhiệt: chi phí vận hành ổn định hơn và có thể dự đoán được vì chúng không phụ thuộc vào điều kiện giá năng lượng bên ngoài. Nhìn chung, chi phí vận hành của các nhà máy điện địa nhiệt ước tính khoảng 2–10 xu (60 kopecks–3 rúp) trên 1 kWh điện được sản xuất.

Hạng mục chi phí lớn thứ hai sau năng lượng (và là hạng mục rất quan trọng), theo quy định, là tiền lương của nhân viên nhà máy, có thể khác nhau đáng kể giữa các quốc gia và khu vực.

Tính trung bình, chi phí cho 1 kWh năng lượng địa nhiệt tương đương với chi phí của các nhà máy nhiệt điện (ở điều kiện của Nga- khoảng 1 rub./1 kWh) và cao gấp 10 lần chi phí sản xuất điện tại các nhà máy thủy điện (5–10 kopecks/1 kWh).

Một phần nguyên nhân khiến giá thành cao là do không giống như các nhà máy nhiệt điện và thủy điện, các nhà máy điện địa nhiệt có công suất tương đối nhỏ. Ngoài ra, cần so sánh các hệ thống nằm trong cùng khu vực và có điều kiện tương tự. Ví dụ, ở Kamchatka, theo các chuyên gia, 1 kWh điện địa nhiệt có giá thấp hơn 2-3 lần so với điện sản xuất tại các nhà máy nhiệt điện địa phương.

Các chỉ số hiệu quả kinh tế Ví dụ, hoạt động của một hệ thống địa nhiệt phụ thuộc vào việc liệu nước thải có cần được xử lý hay không và việc này được thực hiện bằng cách nào và liệu có thể sử dụng kết hợp nguồn tài nguyên hay không. Vì vậy, các nguyên tố hóa học và hợp chất chiết xuất từ nước nóng có thể mang lại thêm thu nhập. Chúng ta hãy nhớ lại ví dụ của Larderello: sản xuất hóa chất là chính ở đó và việc sử dụng năng lượng địa nhiệt ban đầu chỉ mang tính chất phụ trợ.

Chuyển tiếp năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt đang phát triển hơi khác so với gió và mặt trời. Hiện tại, nó phụ thuộc nhiều hơn vào bản chất của tài nguyên, vốn thay đổi mạnh mẽ theo khu vực và nồng độ cao nhất có liên quan đến các vùng dị thường địa nhiệt hẹp, thường liên quan đến các khu vực có đứt gãy kiến tạo và núi lửa.

Ngoài ra, năng lượng địa nhiệt ít cần nhiều công nghệ hơn so với năng lượng gió và đặc biệt là năng lượng mặt trời: hệ thống trạm địa nhiệt khá đơn giản.

TRONG cấu trúc chung Thành phần địa nhiệt chiếm chưa đến 1% sản lượng điện toàn cầu, nhưng ở một số khu vực và quốc gia, thị phần của nó đạt tới 25–30%. Do mối liên hệ với điều kiện địa chất, một phần đáng kể công suất năng lượng địa nhiệt tập trung ở các nước thuộc thế giới thứ ba, nơi có ba cụm phát triển mạnh nhất của ngành - các đảo Đông Nam Á, Trung Mỹ và Đông Phi. Hai khu vực đầu tiên nằm trong “vành đai lửa Trái đất” Thái Bình Dương, khu vực thứ ba gắn liền với Rạn nứt Đông Phi. Rất có thể năng lượng địa nhiệt sẽ tiếp tục phát triển ở các vành đai này. Một viễn cảnh xa hơn là phát triển năng lượng nhiệt dầu, sử dụng sức nóng của các lớp đất nằm ở độ sâu vài km. Đây là nguồn tài nguyên gần như có mặt khắp nơi, nhưng việc khai thác nó đòi hỏi chi phí cao nên năng lượng nhiệt dầu đang phát triển chủ yếu ở các quốc gia có nền kinh tế và công nghệ hùng mạnh nhất.

Nhìn chung, với sự phân bổ rộng rãi các nguồn tài nguyên địa nhiệt và mức độ an toàn môi trường có thể chấp nhận được, có lý do để tin rằng năng lượng địa nhiệt có triển vọng phát triển tốt. Đặc biệt là với mối đe dọa ngày càng tăng về tình trạng thiếu nguồn năng lượng truyền thống và giá cả ngày càng tăng.

Từ Kamchatka đến Kavkaz

Ở Nga, sự phát triển năng lượng địa nhiệt có lịch sử khá lâu đời và ở một số vị trí, chúng tôi nằm trong số những nước dẫn đầu thế giới, mặc dù tỷ trọng năng lượng địa nhiệt trong cân bằng năng lượng tổng thể của đất nước rộng lớn này vẫn không đáng kể.

Hai khu vực trở thành khu vực tiên phong và trung tâm phát triển năng lượng địa nhiệt ở Nga - Kamchatka và Bắc Kavkaz và nếu trong trường hợp đầu tiên chúng ta chủ yếu nói về năng lượng điện, thì trong trường hợp thứ hai - về việc sử dụng năng lượng nhiệt của nước nóng.

Ở Bắc Kavkaz - ở vùng Krasnodar, Chechnya, Dagestan - sức nóng của nước nóng đã được sử dụng cho mục đích năng lượng ngay cả trước Đại đế Chiến tranh yêu nước. Trong những năm 1980-1990, sự phát triển năng lượng địa nhiệt trong khu vực vì những lý do hiển nhiên đã bị đình trệ và vẫn chưa thoát khỏi tình trạng trì trệ. Tuy nhiên, nguồn cung cấp nước địa nhiệt ở Bắc Caucasus cung cấp nhiệt cho khoảng 500 nghìn người, và chẳng hạn như thành phố Labinsk thuộc Lãnh thổ Krasnodar với dân số 60 nghìn người được làm nóng hoàn toàn bằng nước địa nhiệt.

Ở Kamchatka, lịch sử của năng lượng địa nhiệt trước hết gắn liền với việc xây dựng GeoPP. Trạm đầu tiên trong số đó, các trạm Pauzhetskaya và Paratunka vẫn đang hoạt động, được xây dựng từ năm 1965–1967, trong khi Paratunka GeoPP với công suất 600 kW đã trở thành trạm đầu tiên trên thế giới có chu trình nhị phân. Đây là sự phát triển của các nhà khoa học Liên Xô S.S. Kutateladze và A.M. Rosenfeld từ Viện Vật lý nhiệt SB RAS, người vào năm 1965 đã nhận được chứng chỉ của tác giả về việc chiết xuất điện từ nước ở nhiệt độ 70°C. Công nghệ này sau đó đã trở thành nguyên mẫu cho hơn 400 GeoPP nhị phân trên thế giới.

Công suất của Pauzhetskaya GeoPP, được đưa vào vận hành năm 1966, ban đầu là 5 MW và sau đó được tăng lên 12 MW. Hiện tại, một tổ máy nhị phân đang được xây dựng tại nhà máy, sẽ tăng công suất thêm 2,5 MW.

Sự phát triển năng lượng địa nhiệt ở Liên Xô và Nga bị cản trở bởi sự sẵn có của các nguồn năng lượng truyền thống - dầu, khí đốt, than đá, nhưng chưa bao giờ dừng lại. Các cơ sở năng lượng địa nhiệt lớn nhất hiện nay là Verkhne-Mutnovskaya GeoPP với tổng công suất các tổ máy là 12 MW, được đưa vào hoạt động năm 1999 và Mutnovskaya GeoPP với công suất 50 MW (2002).

GeoPP Mutnovskaya và Verkhne-Mutnovskaya là những đối tượng độc đáo không chỉ đối với Nga mà còn trên phạm vi toàn cầu. Các trạm được đặt dưới chân núi lửa Mutnovsky, ở độ cao 800 mét so với mực nước biển và hoạt động trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt, có mùa đông kéo dài 9–10 tháng trong năm. Thiết bị của Mutnovsky GeoPP, hiện là một trong những thiết bị hiện đại nhất thế giới, hoàn toàn được tạo ra tại các doanh nghiệp kỹ thuật điện trong nước.

Hiện tại, tỷ trọng của các trạm Mutnovsky trong cơ cấu tiêu thụ năng lượng tổng thể của trung tâm năng lượng miền Trung Kamchatka là 40%. Có kế hoạch tăng công suất trong những năm tới.

Cần đặc biệt đề cập đến sự phát triển nhiệt dầu của Nga. Chúng tôi chưa có trung tâm khoan lớn, nhưng chúng tôi có các công nghệ tiên tiến để khoan đến độ sâu lớn (khoảng 10 km), mà trên thế giới cũng không có công nghệ tương tự. Sự phát triển hơn nữa của chúng sẽ làm giảm đáng kể chi phí tạo ra các hệ thống nhiệt dầu. Các nhà phát triển các công nghệ và dự án này là N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Viện Địa chất của Viện Hàn lâm Khoa học Nga), A. S. Nekrasov (Viện Dự báo Kinh tế Quốc gia của Viện Hàn lâm Khoa học Nga) và các chuyên gia của Nhà máy Tua bin Kaluga. Hiện tại, dự án hệ thống tuần hoàn nhiệt dầu ở Nga đang ở giai đoạn thử nghiệm.

Năng lượng địa nhiệt có triển vọng ở Nga, mặc dù chúng còn tương đối xa: hiện tại tiềm năng khá lớn và vị thế của năng lượng truyền thống rất mạnh. Đồng thời, ở một số vùng sâu vùng xa của đất nước, việc sử dụng năng lượng địa nhiệt mang lại lợi nhuận kinh tế và đang có nhu cầu. Đây là những vùng lãnh thổ có tiềm năng địa năng lượng cao (Chukotka, Kamchatka, Quần đảo Kuril - phần Nga thuộc “vành đai lửa Trái đất” Thái Bình Dương, vùng núi phía Nam Siberia và Kavkaz), đồng thời xa xôi và cắt đứt khỏi sự tập trung Nguồn cung cấp năng lượng.

Có lẽ trong những thập kỷ tới, năng lượng địa nhiệt ở nước ta sẽ phát triển ở những vùng như vậy.

Kirill Degtyarev,
Nhà nghiên cứu, Đại học quốc gia Moscow M. V. Lomonosova
“Khoa học và Cuộc sống” số 9, số 10 năm 2013

Khi xã hội phát triển và thành lập, nhân loại bắt đầu tìm kiếm những cách ngày càng hiện đại hơn, đồng thời tiết kiệm hơn để có được năng lượng. Vì mục đích này, ngày nay nhiều trạm khác nhau đang được xây dựng, nhưng đồng thời, năng lượng chứa trong lòng trái đất lại được sử dụng rộng rãi. Nó như thế nào? Hãy cố gắng tìm ra nó.

Năng lượng địa nhiệt

Ngay từ cái tên, rõ ràng nó đại diện cho sức nóng bên trong trái đất. Dưới lớp vỏ trái đất có một lớp magma, đó là chất lỏng silicat nóng chảy. Theo số liệu nghiên cứu, tiềm năng năng lượng của nguồn nhiệt này cao hơn nhiều so với năng lượng dự trữ của thế giới khí tự nhiên, cũng như dầu. Magma - dung nham - nổi lên bề mặt. Hơn nữa, hoạt động lớn nhất được quan sát thấy ở các lớp trên trái đất nơi có ranh giới của các mảng kiến tạo, cũng như nơi lớp vỏ trái đất được đặc trưng bởi độ mỏng. Năng lượng địa nhiệt từ trái đất thu được như sau: dung nham và tài nguyên nước Các hành tinh chạm vào nhau khiến nước nóng lên mạnh. Điều này dẫn đến sự phun trào của mạch nước phun, hình thành nên cái gọi là hồ nước nóng và dòng chảy dưới nước. Đó là, chính xác là những hiện tượng tự nhiên có đặc tính được sử dụng tích cực làm năng lượng.

Suối địa nhiệt nhân tạo

Năng lượng chứa trong ruột trái đất phải được sử dụng một cách khôn ngoan. Ví dụ, có một ý tưởng tạo ra nồi hơi dưới lòng đất. Để làm điều này, bạn cần khoan hai giếng có độ sâu vừa đủ, giếng này sẽ được nối ở phía dưới. Nghĩa là, hóa ra năng lượng địa nhiệt có thể được lấy ở hầu hết mọi nơi trên đất liền về mặt công nghiệp: Qua một giếng, nước lạnh sẽ được bơm vào hệ tầng, qua giếng thứ hai, nước nóng hoặc hơi nước sẽ được chiết ra. Các nguồn nhiệt nhân tạo sẽ mang lại lợi nhuận và hợp lý nếu nhiệt sinh ra tạo ra nhiều năng lượng hơn. Hơi nước có thể được đưa đến máy phát điện tua-bin để tạo ra điện.

Tất nhiên, lượng nhiệt được loại bỏ chỉ là một phần nhỏ so với lượng nhiệt sẵn có dự trữ chung. Nhưng nên nhớ rằng nhiệt độ sâu sẽ liên tục được bổ sung do quá trình nén đá và phân tầng của lòng đất. Như các chuyên gia cho biết, lớp vỏ trái đất tích tụ nhiệt, tổng lượng nhiệt lớn hơn 5000 lần so với giá trị nhiệt lượng của toàn bộ lớp đất hóa thạch trên trái đất nói chung. Hóa ra thời gian hoạt động của các trạm địa nhiệt nhân tạo như vậy có thể là không giới hạn.

Đặc điểm của nguồn

Các nguồn có thể thu được năng lượng địa nhiệt hầu như không thể sử dụng hết. Chúng tồn tại ở hơn 60 quốc gia trên thế giới, với số lượng núi lửa trên mặt đất lớn nhất nằm trên lãnh thổ của vòng lửa núi lửa Thái Bình Dương. Nhưng trên thực tế hóa ra các nguồn địa nhiệt ở các vùng khác nhau thế giới hoàn toàn khác nhau về tính chất của chúng, cụ thể là nhiệt độ trung bình, khoáng hóa, thành phần khí, độ axit, v.v.

Mạch nước phun là nguồn năng lượng trên Trái đất, điểm đặc biệt của nó là chúng phun ra nước sôi trong những khoảng thời gian nhất định. Sau khi vụ phun trào xảy ra, hồ không còn nước, ở đáy hồ bạn có thể thấy một con kênh đi sâu vào lòng đất. Mạch nước phun làm nguồn năng lượng được sử dụng ở các khu vực như Kamchatka, Iceland, New Zealand và Bắc Mỹ và các mạch nước phun đơn lẻ được tìm thấy ở một số khu vực khác.

Năng lượng đến từ đâu?

Magma không được làm mát nằm rất gần bề mặt trái đất. Khí và hơi thoát ra từ nó, bốc lên và đi qua các vết nứt. Trộn với nước ngầm, chúng khiến chúng nóng lên và tự biến thành nước nóng trong đó hòa tan nhiều chất. Nước như vậy được giải phóng lên bề mặt trái đất dưới dạng các nguồn địa nhiệt khác nhau: suối nước nóng, suối khoáng, mạch nước phun, v.v. Theo các nhà khoa học, lòng nóng của trái đất là những hang động hoặc khoang được nối với nhau bằng những lối đi, vết nứt và kênh. Chúng chỉ chứa đầy nước ngầm và rất gần chúng có những túi magma. Đây là cách năng lượng nhiệt của trái đất được tạo ra một cách tự nhiên.

điện trường của trái đất

Có một nguồn năng lượng thay thế khác trong tự nhiên, đó là nguồn năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường và dễ sử dụng. Đúng là nguồn này vẫn chỉ đang được nghiên cứu chứ chưa được sử dụng trong thực tế. Vì thế, năng lượng tiềm năng Trái đất nằm trong điện trường của nó. Năng lượng có thể thu được theo cách này bằng cách nghiên cứu các định luật cơ bản của tĩnh điện và đặc tính của điện trường Trái đất. Về bản chất, hành tinh của chúng ta, theo quan điểm điện, là một tụ điện hình cầu được tích điện lên tới 300.000 volt. Quả cầu bên trong của nó có điện tích âm, và tầng bên ngoài - tầng điện ly - là dương. là chất cách điện. Thông qua nó có một dòng ion và dòng đối lưu liên tục, đạt tới cường độ hàng nghìn ampe. Tuy nhiên, hiệu điện thế giữa các bản không giảm.

Điều này cho thấy rằng trong tự nhiên có một máy phát điện, vai trò của nó là liên tục bổ sung lượng điện tích rò rỉ từ các bản tụ điện. Vai trò của máy phát điện như vậy là từ trường của Trái đất, quay cùng với hành tinh của chúng ta trong dòng chảy gió trời. Năng lượng của từ trường Trái đất có thể thu được chính xác bằng cách kết nối thiết bị tiêu thụ năng lượng với máy phát điện này. Để làm điều này, bạn cần cài đặt nối đất đáng tin cậy.

Nguồn tái tạo

Khi dân số trên hành tinh của chúng ta tăng lên đều đặn, chúng ta ngày càng cần nhiều năng lượng hơn để cung cấp năng lượng cho dân số. Năng lượng chứa trong ruột trái đất có thể rất khác nhau. Ví dụ, có những nguồn năng lượng tái tạo: năng lượng gió, năng lượng mặt trời và nước. Chúng thân thiện với môi trường nên có thể sử dụng mà không sợ gây hại cho môi trường.

Năng lượng nước

Phương pháp này đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ. Được xây dựng ngày nay số lượng lớnđập và hồ chứa trong đó nước được sử dụng để tạo ra năng lượng điện. Bản chất hoạt động của cơ chế này rất đơn giản: dưới tác động của dòng chảy của sông, các bánh xe tua-bin quay và theo đó, năng lượng nước được chuyển hóa thành điện năng.

Ngày nay có rất nhiều nhà máy thủy điện chuyển đổi năng lượng của dòng nước thành điện năng. Điểm đặc biệt của phương pháp này là chúng được đổi mới và theo đó, các cấu trúc như vậy có chi phí thấp. Đó là lý do tại sao, mặc dù việc xây dựng các nhà máy thủy điện mất khá nhiều thời gian và bản thân quá trình này rất tốn kém nhưng những công trình này vẫn có lợi thế đáng kể so với các ngành sử dụng nhiều điện.

Năng lượng mặt trời: hiện đại và đầy hứa hẹn

Năng lượng mặt trời thu được bằng cách sử dụng các tấm pin mặt trời, nhưng công nghệ hiện đại cho phép sử dụng các phương pháp mới cho việc này. Hệ thống lớn nhất thế giới được xây dựng ở sa mạc California. Nó cung cấp đầy đủ năng lượng cho 2.000 ngôi nhà. Thiết kế hoạt động như sau: gương phản chiếu tia nắng mặt trời, được gửi đến nồi hơi nước trung tâm. Nó sôi lên và biến thành hơi nước làm quay tuabin. Đến lượt nó, nó được kết nối với một máy phát điện. Gió cũng có thể được sử dụng làm năng lượng mà Trái đất cung cấp cho chúng ta. Gió thổi phồng cánh buồm và làm quay cối xay. Và bây giờ, với sự trợ giúp của nó, bạn có thể tạo ra các thiết bị tạo ra năng lượng điện. Bằng cách quay các cánh cối xay gió, nó dẫn động trục tuabin, trục này được kết nối với máy phát điện.

Năng lượng bên trong của Trái Đất

Nó xuất hiện như là kết quả của một số quá trình, trong đó những quá trình chính là sự bồi tụ và phóng xạ. Theo các nhà khoa học, sự hình thành Trái đất và khối lượng của nó diễn ra trong vài triệu năm và điều này xảy ra do sự hình thành các vi thể hành tinh. Chúng dính vào nhau và theo đó, khối lượng của Trái đất ngày càng lớn hơn. Sau khi hành tinh của chúng ta bắt đầu có khối lượng hiện đại nhưng vẫn không có bầu khí quyển, các thiên thạch và tiểu hành tinh rơi xuống nó mà không bị cản trở. Quá trình này được gọi chính xác là sự bồi tụ và nó dẫn đến việc giải phóng năng lượng hấp dẫn đáng kể. Và các vật thể va vào hành tinh càng lớn thì khối lượng năng lượng chứa trong ruột Trái đất càng lớn.

Sự phân biệt hấp dẫn này dẫn đến thực tế là các chất bắt đầu phân tầng: các chất nặng chìm xuống, trong khi các chất nhẹ và dễ bay hơi nổi lên. Sự vi phân cũng ảnh hưởng đến việc giải phóng thêm năng lượng hấp dẫn.

Năng lượng nguyên tử

Việc sử dụng năng lượng của trái đất có thể xảy ra theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, thông qua việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân, khi năng lượng nhiệt được giải phóng do sự phân rã của các hạt vật chất nguyên tử nhỏ nhất. Nhiên liệu chính là uranium, được chứa trong vỏ trái đất. Nhiều người tin rằng phương pháp tạo ra năng lượng đặc biệt này là hứa hẹn nhất, nhưng việc sử dụng nó có liên quan đến một số vấn đề. Đầu tiên, uranium phát ra bức xạ giết chết mọi sinh vật sống. Ngoài ra, nếu chất này xâm nhập vào đất hoặc khí quyển thì thảm họa công nghệ. Hậu quả đau buồn của vụ tai nạn Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl chúng tôi trải nghiệm nó cho đến ngày nay. Mối nguy hiểm nằm ở chỗ chất thải phóng xạ có thể đe dọa mọi sinh vật sống trong một thời gian rất dài, hàng thiên niên kỷ.

Thời điểm mới - ý tưởng mới

Tất nhiên, con người không dừng lại ở đó, và mỗi năm, ngày càng có nhiều nỗ lực nhằm tìm ra những cách mới để thu được năng lượng. Nếu năng lượng nhiệt của trái đất thu được khá đơn giản thì một số phương pháp lại không đơn giản như vậy. Ví dụ, hoàn toàn có thể sử dụng khí sinh học thu được từ quá trình phân hủy chất thải làm nguồn năng lượng. Nó có thể được sử dụng để sưởi ấm nhà và sưởi ấm nước.

Chúng ngày càng được xây dựng nhiều hơn khi các đập và tua-bin được lắp đặt ngang cửa các hồ chứa, được điều khiển bởi sự lên xuống của thủy triều, tương ứng, tạo ra điện.

Bằng cách đốt rác chúng ta có được năng lượng

Một phương pháp khác đã được áp dụng ở Nhật Bản là xây dựng các nhà máy đốt rác thải. Ngày nay chúng được xây dựng ở Anh, Ý, Đan Mạch, Đức, Pháp, Hà Lan và Hoa Kỳ, nhưng chỉ ở Nhật Bản, những doanh nghiệp này mới bắt đầu được sử dụng không chỉ cho mục đích đã định mà còn để tạo ra điện. Các nhà máy địa phương đốt 2/3 tổng lượng rác thải và các nhà máy được trang bị tua-bin hơi nước. Theo đó, họ cung cấp nhiệt và điện cho các khu vực lân cận. Hơn nữa, xét về mặt chi phí, xây dựng một doanh nghiệp như vậy có lợi hơn nhiều so với việc xây dựng một nhà máy nhiệt điện.

Viễn cảnh sử dụng nhiệt của Trái đất nơi tập trung nhiều núi lửa trông có vẻ hấp dẫn hơn. Trong trường hợp này, sẽ không cần phải khoan Trái đất quá sâu, vì đã ở độ sâu 300-500 mét, nhiệt độ sẽ cao ít nhất gấp đôi nhiệt độ sôi của nước.

Ngoài ra còn có cách tạo ra điện như Hydro - đơn giản và dễ dàng nhất nguyên tố hóa học- có thể coi là nhiên liệu lý tưởng, vì nó tồn tại ở nơi có nước. Nếu bạn đốt cháy hydro, bạn có thể thu được nước, nước sẽ phân hủy thành oxy và hydro. Bản thân ngọn lửa hydro vô hại, nghĩa là nó sẽ không gây hại cho môi trường. Điểm đặc biệt của nguyên tố này là nó có nhiệt trị cao.

Cái gì tiếp theo?

Tất nhiên năng lượng từ trường Trái đất hay trái đất thu được từ các nhà máy điện hạt nhân không thể đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầu đang tăng lên hàng năm của nhân loại. Tuy nhiên, các chuyên gia cho rằng không có lý do gì phải lo lắng, vì nguồn nhiên liệu của hành tinh vẫn đầy đủ. Hơn nữa, ngày càng có nhiều nguồn mới, thân thiện với môi trường và có thể tái tạo được đang được sử dụng.

Vấn đề ô nhiễm môi trường vẫn còn đó và đang gia tăng nhanh chóng một cách thảm khốc. Số lượng khí thải độc hại theo đó, không khí chúng ta hít thở có hại, nước có tạp chất nguy hiểm và đất dần cạn kiệt. Đó là lý do tại sao việc nghiên cứu kịp thời một hiện tượng như năng lượng trong lòng Trái đất là rất quan trọng để tìm cách giảm nhu cầu nhiên liệu hóa thạch và tích cực sử dụng hơn các nguồn năng lượng phi truyền thống.

Năng lượng này thuộc về các nguồn thay thế. Ngày nay, họ ngày càng đề cập đến khả năng có được những nguồn tài nguyên mà hành tinh này mang lại cho chúng ta. Có thể nói rằng chúng ta đang sống trong thời đại năng lượng tái tạo. Nhiều giải pháp kỹ thuật, kế hoạch và lý thuyết đang được tạo ra trong lĩnh vực này.

Nó nằm sâu trong lòng đất và có đặc tính đổi mới, hay nói cách khác là vô tận. Theo các nhà khoa học, các nguồn tài nguyên cổ điển đang bắt đầu cạn kiệt, dầu, than và khí đốt sẽ cạn kiệt.

Nhà máy điện địa nhiệt Nesjavellir, Iceland

Vì vậy, chúng ta có thể dần dần chuẩn bị cho việc áp dụng các phương pháp sản xuất năng lượng thay thế mới. Dưới lớp vỏ trái đất có một lõi mạnh mẽ. Nhiệt độ của nó dao động từ 3000 đến 6000 độ. Sự chuyển động của các mảng thạch quyển thể hiện sức mạnh to lớn của nó. Nó biểu hiện dưới dạng một vụ phun trào magma núi lửa. Sự phân rã phóng xạ xảy ra ở độ sâu, đôi khi gây ra những thảm họa thiên nhiên như vậy.

Thông thường, magma làm nóng bề mặt mà không vượt ra ngoài nó. Điều này tạo ra mạch nước phun hoặc hồ nước ấm. Vì vậy bạn có thể sử dụng quá trình vật lý V. đúng mục đích cho nhân loại.

Các loại nguồn năng lượng địa nhiệt

Nó thường được chia thành hai loại: năng lượng thủy nhiệt và năng lượng hóa dầu. Đầu tiên được hình thành do suối ấm và loại thứ hai là sự chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt và sâu trong lòng đất. Giải thích theo cách của bạn, nguồn thủy nhiệt bao gồm hơi nước và nước nóng, còn nguồn nhiệt dầu được ẩn sâu dưới lòng đất.

Bản đồ tiềm năng phát triển năng lượng địa nhiệt trên thế giới

Đối với năng lượng nhiệt dầu, cần khoan hai giếng, đổ đầy nước vào một giếng, sau đó sẽ xảy ra quá trình hấp, nổi lên trên bề mặt. Có ba loại khu vực địa nhiệt:

Địa nhiệt - nằm gần các mảng lục địa. Độ dốc nhiệt độ trên 80C/km. Ví dụ như xã Larderello của Ý. Ở đó có một nhà máy điện
Bán nhiệt – nhiệt độ 40 – 80 C/km. Đây là những tầng chứa nước tự nhiên bao gồm các tảng đá bị phân mảnh. Ở một số nơi ở Pháp, các tòa nhà được sưởi ấm theo cách này.
Bình thường - độ dốc dưới 40 C/km. Đại diện của các khu vực như vậy là phổ biến nhất

Họ là một nguồn tuyệt vời để tiêu thụ. Họ đang ở trong đá, ở một độ sâu nhất định. Chúng ta hãy xem xét phân loại chi tiết hơn:

Biểu mô - nhiệt độ từ 50 đến 90 C
Nhiệt độ – 100 – 120 giây
Hạ nhiệt – hơn 200 giây

Những loại này bao gồm khác nhau Thành phần hóa học. Tùy thuộc vào nó, nước có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, trong sản xuất điện, cung cấp nhiệt (đường nhiệt), cơ sở nguyên liệu thô.

Video: Năng lượng địa nhiệt

Quá trình gia nhiệt

Nhiệt độ nước là 50 -60 độ, tối ưu cho việc sưởi ấm và cung cấp nước nóng cho các khu dân cư. Nhu cầu về hệ thống sưởi ấm phụ thuộc vào vị trí địa lý và điều kiện khí hậu. Và mọi người liên tục cần cung cấp nước nóng. Đối với quá trình này, GTS (trạm nhiệt địa nhiệt) được xây dựng.

Nếu đối với quá trình sản xuất năng lượng nhiệt cổ điển, một nhà nồi hơi tiêu thụ nhiên liệu rắn hoặc khí đốt được sử dụng, thì trong quá trình sản xuất này, nguồn mạch nước phun sẽ được sử dụng. Quy trình kỹ thuật rất đơn giản, giống nhau về thông tin liên lạc, đường dẫn nhiệt và thiết bị. Chỉ cần khoan một cái giếng, làm sạch khí, sau đó đưa nó bằng máy bơm đến phòng lò hơi, nơi lịch trình nhiệt độ sẽ được duy trì, và sau đó nó sẽ đi vào hệ thống sưởi chính.

Sự khác biệt chính là không cần sử dụng nồi hơi đốt nhiên liệu. Điều này làm giảm đáng kể chi phí năng lượng nhiệt. Vào mùa đông, thuê bao nhận được nguồn cung cấp nước nóng và nhiệt, còn vào mùa hè chỉ được cung cấp nước nóng.

Sản xuất điện

Suối nước nóng và mạch nước phun đóng vai trò là thành phần chính trong sản xuất điện. Với mục đích này, một số kế hoạch được sử dụng và các nhà máy điện đặc biệt được xây dựng. Thiết bị GTS:

bể DHW
Bơm
Máy tách khí
Máy tách hơi
Tua bin phát điện
tụ điện
Bơm tăng áp
Máy làm mát bể

Như chúng ta có thể thấy, phần tử chính của mạch là bộ chuyển đổi hơi nước. Điều này cho phép bạn thu được hơi nước tinh khiết vì nó có chứa axit phá hủy thiết bị tuabin. Có thể sử dụng sơ đồ hỗn hợp trong chu trình công nghệ, nghĩa là nước và hơi nước tham gia vào quá trình này. Chất lỏng trải qua toàn bộ giai đoạn lọc khí, giống như hơi nước.

Mạch nguồn nhị phân

Thành phần làm việc là chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp. Nước nóng cũng tham gia sản xuất điện và đóng vai trò là nguyên liệu thô thứ cấp.

Với sự trợ giúp của nó, hơi nước từ nguồn sôi thấp được hình thành. GTS với chu trình vận hành như vậy có thể hoàn toàn tự động và không cần nhân viên bảo trì. Các trạm mạnh hơn sử dụng mạch kép. Loại nhà máy điện này cho phép đạt công suất 10MW. Cấu trúc mạch đôi:

Máy tạo hơi nước
Tua bin
tụ điện
Máy phun
Bơm cấp liệu
Bộ phận tiết kiệm nhiên liệu
thiết bị bay hơi

Công dụng thực tế

Dự trữ khổng lồ của các nguồn lớn hơn nhiều lần so với mức tiêu thụ năng lượng hàng năm. Nhưng chỉ một phần nhỏ được nhân loại sử dụng. Việc xây dựng các nhà ga có từ năm 1916. Nhà máy điện địa nhiệt đầu tiên có công suất 7,5 MW được thành lập ở Ý. Ngành này đang tích cực phát triển ở các nước như Mỹ, Iceland, Nhật Bản, Philippines và Ý.

Việc thăm dò tích cực các vị trí tiềm năng và các phương pháp khai thác thuận tiện hơn đang được tiến hành. Năng lực sản xuất đang tăng lên từ năm này sang năm khác. Nếu tính đến chỉ tiêu kinh tế thì giá thành của ngành này ngang bằng với các nhà máy nhiệt điện đốt than. Iceland gần như bao phủ hoàn toàn nguồn cung nhà ở của mình bằng nguồn GT. 80% hộ gia đình sử dụng nước nóng từ giếng để sưởi ấm. Các chuyên gia từ Mỹ khẳng định, nếu phát triển hợp lý, các nhà máy điện địa nhiệt có thể sản xuất lượng tiêu thụ hàng năm gấp 30 lần. Nếu nói về tiềm năng, 39 quốc gia trên thế giới sẽ có thể tự cung cấp đầy đủ điện nếu họ sử dụng 100% lòng đất dưới lòng đất.

Các nguồn năng lượng nhiệt chính của Trái đất là [, ]:

nhiệt phân biệt hấp dẫn;

nhiệt phóng xạ;

nhiệt ma sát thủy triều;

nhiệt bồi tụ;

nhiệt ma sát toả ra do sự quay khác biệt của lõi bên trong so với lõi bên ngoài, lõi ngoài so với lớp phủ và các lớp riêng lẻ bên trong lõi ngoài.

Cho đến nay, chỉ có bốn nguồn đầu tiên được định lượng. Ở nước ta, công lao chính cho việc này thuộc về O.G. Sorokhtin Và SA Ushakov. Số liệu dưới đây chủ yếu dựa trên tính toán của các nhà khoa học này.

Sự phân hóa nhiệt hấp dẫn của Trái đất

Một trong những mô hình quan trọng nhất trong sự phát triển của Trái đất là sự khác biệt bản chất của nó, vẫn tiếp tục cho đến ngày nay. Nhờ sự khác biệt này mà sự hình thành đã diễn ra lõi và lớp vỏ, thay đổi thành phần của hạt sơ cấp áo choàng, trong khi phép chia ban đầu là chất đồng nhất thành các phần có mật độ khác nhau đi kèm với việc giải phóng năng lượng nhiệt và sự giải phóng nhiệt tối đa xảy ra khi vật chất của trái đất được chia thành lõi dày đặc và nặng và dư nhẹ hơn vỏ silicat - vỏ trái đất. Hiện tại, phần lớn lượng nhiệt này được giải phóng ở ranh giới lớp phủ - lõi.

Năng lượng phân biệt trọng lực của Trái đất trong toàn bộ thời gian tồn tại của nó, nó nổi bật - 1,46*10 38 erg (1,46*10 31 J). Năng lượng này phần lớn đầu tiên đi vào động năng dòng đối lưu của vật chất lớp phủ, và sau đó trong ấm; phần còn lại được chi cho việc bổ sung sự nén bên trong trái đất, phát sinh do sự tập trung của các pha dày đặc ở phần trung tâm của Trái đất. Từ 1,46*10 38 erg năng lượng của sự phân biệt trọng lực của Trái đất đã bị nén thêm 0,23*10 38 erg (0,23*10 31J) và được giải phóng dưới dạng nhiệt 1,23*10 38 erg (1,23*10 31 J). Độ lớn của thành phần nhiệt này vượt quá đáng kể tổng lượng giải phóng của tất cả các loại năng lượng khác trên Trái đất. Phân phối thời gian Tổng giá trị và tốc độ giải phóng thành phần nhiệt của năng lượng hấp dẫn được thể hiện trong hình. 3.6 .

Cơm. 3.6.

Mức độ hiện đại sự sinh nhiệt trong quá trình phân biệt trọng lực của Trái đất - 3*10 20 erg/s (3*10 13W), phụ thuộc vào độ lớn của dòng nhiệt hiện đại truyền qua bề mặt hành tinh trong ( 4.2-4.3)*10 20 erg/s ((4.2-4.3)*10 13 W), là ~ 70% .

Nhiệt phóng xạ

Gây ra bởi sự phân rã phóng xạ của chất không ổn định đồng vị. Tốn nhiều năng lượng nhất và tồn tại lâu dài ( với chu kỳ bán rã, tương ứng với tuổi của Trái đất) là đồng vị 238 bạn, 235 U, 232 Th Và 40 K. Khối lượng chính của chúng tập trung ở lớp vỏ lục địa. Mức độ phát điện hiện tại nhiệt phóng xạ:

bởi nhà địa vật lý người Mỹ V. Vaquier - 1,14*10 20 erg/s (1,14*10 13W) ,
của các nhà địa vật lý Nga O.G. Sorokhtin Và SA Ushakov - 1,26*10 20 erg/s(1,26*10 13W) .

Đây là ~ 27-30% lưu lượng nhiệt hiện tại.

Từ tổng lượng nhiệt phân rã phóng xạ trong 1,26*10 20 erg/s (1,26*10 13W) nổi bật trong vỏ trái đất - 0,91*10 20 erg/s, và trong lớp áo choàng - 0,35*10 20 erg/s. Theo đó, tỷ lệ nhiệt phóng xạ của lớp phủ không vượt quá 10% tổng lượng nhiệt thất thoát hiện đại của Trái đất và nó không thể là nguồn năng lượng chính cho các quá trình magma kiến tạo đang hoạt động, độ sâu của nó có thể đạt tới 2900 km; và nhiệt phóng xạ giải phóng trong lớp vỏ bị mất tương đối nhanh chóng qua bề mặt trái đất và thực tế không tham gia vào việc sưởi ấm phần sâu bên trong hành tinh.

Trong các kỷ nguyên địa chất trước đây, lượng nhiệt phóng xạ giải phóng trong lớp phủ chắc chắn phải cao hơn. Ước tính của nó tại thời điểm hình thành Trái đất ( 4,6 tỷ năm trước) đưa cho - 6,95*10 20 erg/s. Kể từ thời điểm này, tốc độ giải phóng năng lượng phóng xạ đã giảm dần (Hình 2). 3.7 ).

Trong suốt thời gian trên Trái đất, nó đã được phát hành ~4,27*10 37 erg(4,27*10 30J) năng lượng nhiệt của sự phân rã phóng xạ, thấp hơn gần ba lần so với tổng nhiệt lượng của sự phân rã hấp dẫn.

Nhiệt ma sát thủy triều

Nó nổi bật trong quá trình tương tác hấp dẫn của Trái đất chủ yếu với Mặt trăng, là hành tinh lớn gần nhất cơ thể vũ trụ. Do lực hấp dẫn lẫn nhau, cơ thể chúng phát sinh các biến dạng thủy triều - sưng tấy hoặc bướu. Các bướu thủy triều của các hành tinh, với lực hấp dẫn bổ sung, ảnh hưởng đến chuyển động của chúng. Như vậy, lực hút của cả hai bướu thủy triều của Trái đất tạo ra một cặp lực tác dụng lên cả Trái đất và Mặt trăng. Tuy nhiên, ảnh hưởng của điểm phồng gần, hướng về Mặt trăng, có phần mạnh hơn ảnh hưởng của điểm phồng ở xa. Bởi vì vận tốc góc vòng quay của Trái đất hiện đại ( 7,27*10 -5 giây -1) vượt quá tốc độ quỹ đạo của Mặt trăng ( 2,66*10 -6 giây -1), và vật chất của các hành tinh không có tính đàn hồi lý tưởng, khi đó các bướu thủy triều của Trái đất dường như bị cuốn đi bởi chuyển động quay về phía trước của nó và thúc đẩy đáng kể chuyển động của Mặt trăng. Điều này dẫn đến thủy triều tối đaĐất luôn xuất hiện trên bề mặt của nó muộn hơn một chút so với thời điểm hiện tại cực điểm Mặt Trăng và mômen lực bổ sung tác dụng lên Trái Đất và Mặt Trăng (Hình 2). 3.8 ) .

Giá trị tuyệt đối Lực tương tác thủy triều trong hệ Trái đất-Mặt trăng hiện nay tương đối nhỏ và biến dạng thủy triều của thạch quyển do chúng gây ra chỉ có thể đạt vài chục cm nhưng dẫn đến sự giảm dần tốc độ quay của Trái đất và ngược lại dẫn đến tăng tốc. chuyển động quỹ đạo Mặt trăng và khoảng cách của nó với Trái đất. Động năng của chuyển động của các bướu thủy triều trên trái đất biến thành nhiệt năng do ma sát bên trong của vật chất trong các bướu thủy triều.

Hiện nay, tốc độ giải phóng năng lượng thủy triều là G. Macdonald lên tới ~0,25*10 20 erg/s (0,25*10 13 W), trong khi phần chính của nó (khoảng 2/3) có lẽ là tan biến(tiêu tan) trong thủy quyển. Do đó, phần năng lượng thủy triều gây ra bởi sự tương tác của Trái đất với Mặt trăng và tiêu tán trong Trái đất rắn (chủ yếu ở quyển mềm) không vượt quá 2 % tổng năng lượng nhiệt được tạo ra ở độ sâu của nó; và tỷ lệ thủy triều mặt trời không vượt quá 20 % khỏi ảnh hưởng của thủy triều mặt trăng. Do đó, thủy triều rắn hiện nay hầu như không có vai trò cung cấp năng lượng cho các quá trình kiến tạo, mà đóng vai trò trong vài trường hợp có thể đóng vai trò là "tác nhân gây ra", chẳng hạn như động đất.

Lượng năng lượng thủy triều liên quan trực tiếp đến khoảng cách giữa các vật thể trong không gian. Và nếu khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời không có bất kỳ thay đổi đáng kể nào trên thang thời gian địa chất, thì trong hệ Trái đất-Mặt trăng, thông số này là một giá trị thay đổi. Bất kể ý kiến về nó như thế nào, hầu hết tất cả các nhà nghiên cứu đều thừa nhận rằng trong giai đoạn đầu phát triển của Trái đất, khoảng cách đến Mặt trăng ít hơn đáng kể so với ngày nay, nhưng trong quá trình phát triển hành tinh, theo hầu hết các nhà khoa học, khoảng cách đó tăng dần và Yu.N. Avsyuku khoảng cách này trải qua những thay đổi lâu dài dưới dạng chu kỳ “đến và đi” của Mặt Trăng. Từ đó, trong các kỷ nguyên địa chất trước đây, vai trò của nhiệt thủy triều trong cân bằng nhiệt tổng thể của Trái đất càng quan trọng hơn. Nhìn chung, trong toàn bộ thời kỳ phát triển của Trái đất, nó đã phát triển ~3,3*10 37 erg (3,3*10 30J) năng lượng nhiệt thủy triều (điều này phụ thuộc vào sự di chuyển liên tiếp của Mặt trăng khỏi Trái đất). Sự thay đổi tốc độ giải phóng nhiệt này theo thời gian được thể hiện trong hình 2. 3.10 .

Hơn một nửa tổng năng lượng thủy triều được giải phóng vào catarchaea (Chết tiệt)) - 4,6-4,0 tỷ năm trước, và vào thời điểm đó chỉ nhờ năng lượng này mà Trái đất có thể nóng lên thêm ~500 0 C. Bắt đầu từ cuối thời Archean, thủy triều mặt trăng chỉ ảnh hưởng không đáng kể đến sự phát triển các quá trình nội sinh tiêu tốn nhiều năng lượng .

nhiệt bồi tụ

Đây là lượng nhiệt được Trái đất giữ lại kể từ khi hình thành. Trong tiến trình sự bồi tụ, kéo dài hàng chục triệu năm nhờ sự va chạm vi thể hành tinh Trái đất trải qua sự nóng lên đáng kể. Tuy nhiên, không có sự đồng thuận về mức độ của sự nóng lên này. Hiện tại, các nhà nghiên cứu có xu hướng tin rằng trong quá trình bồi tụ, Trái đất đã trải qua, nếu không hoàn toàn, thì sẽ tan chảy một phần đáng kể, dẫn đến sự phân biệt ban đầu của Trái đất nguyên thủy thành lõi sắt nặng và lớp phủ silicat nhẹ, và đến sự hình thành "đại dương magma" trên bề mặt của nó hoặc ở độ sâu nông. Mặc dù ngay cả trước những năm 1990, mô hình Trái đất nguyên sinh tương đối lạnh, dần dần nóng lên do các quá trình trên, kèm theo việc giải phóng một lượng nhiệt đáng kể, đã được coi là gần như được chấp nhận rộng rãi.

Việc đánh giá chính xác nhiệt bồi tụ sơ cấp và phần của nó được bảo toàn cho đến ngày nay gặp nhiều khó khăn đáng kể. Qua O.G. Sorokhtin Và SA Ushakov, là những người ủng hộ Trái đất sơ cấp tương đối lạnh, lượng năng lượng bồi tụ chuyển thành nhiệt là - 20,13*10 38 erg (20,13*10 31 J). Năng lượng này, nếu không bị mất nhiệt, sẽ đủ để bay hơi hoàn toàn vật chất trần gian, bởi vì nhiệt độ có thể tăng lên 30 000 0 C. Nhưng quá trình bồi tụ tương đối dài và năng lượng do các hành tinh va chạm chỉ được giải phóng ở các lớp gần bề mặt của Trái đất đang phát triển và nhanh chóng bị mất đi do bức xạ nhiệt, do đó nhiệt độ ban đầu của hành tinh không lớn. Độ lớn của điều này bức xạ nhiệt, diễn ra song song với quá trình hình thành (bồi tụ) của Trái Đất, các tác giả này ước tính khoảng 19,4*10 38 erg (19,4*10 31 J) .

Trong sự cân bằng năng lượng hiện đại của Trái đất, nhiệt bồi tụ rất có thể đóng một vai trò nhỏ.