Nhiệt hạt nhân của trái đất. Nhược điểm của việc thu được năng lượng địa nhiệt

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

Nó nằm sâu trong ruột của trái đất và có đặc tính đổi mới, hay nói cách khác là nó vô tận. Các nguồn tài nguyên cổ điển, theo các nhà khoa học, đang bắt đầu cạn kiệt, dầu mỏ, than đá, khí đốt sẽ cạn kiệt.

Nhà máy điện địa nhiệt Nesjavellir, Iceland

Do đó, người ta có thể dần dần chuẩn bị để áp dụng các phương pháp sản xuất năng lượng thay thế mới. Dưới lớp vỏ trái đất là một lõi mạnh mẽ. Nhiệt độ của nó dao động từ 3000 đến 6000 độ. Sự chuyển động của các tấm thạch quyển chứng tỏ sức mạnh to lớn của nó. Nó biểu hiện dưới dạng núi lửa phun trào magma. Ở sâu bên trong, sự phân rã phóng xạ xảy ra, đôi khi gây ra những thảm họa tự nhiên như vậy.

Thông thường magma làm nóng bề mặt mà không vượt ra ngoài nó. Đây là cách thu được các mạch nước phun hoặc các hồ nước ấm. Bằng cách này, các quá trình vật lý có thể được sử dụng cho các mục đích phù hợp cho con người.

Các loại nguồn năng lượng địa nhiệt

Nó thường được chia thành hai loại: năng lượng thủy nhiệt và năng lượng hóa dầu. Loại thứ nhất được hình thành do các nguồn ấm, và loại thứ hai là sự chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt và ở độ sâu của trái đất. Nói theo cách riêng của bạn, một suối nước nóng được tạo thành từ hơi nước và nước nóng, trong khi một suối nước nóng 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 phải khoan hai giếng, đổ đầy nước vào một giếng, sau đó quá trình bay lên sẽ xảy ra và sẽ nổi lên bề mặt. Có ba loại khu vực địa nhiệt:

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

Chúng là một nguồn tuyệt vời để tiêu dùng. Chúng ở trong đá, ở độ sâu nhất định. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn sự phân loại:

Epithermal - nhiệt độ từ 50 đến 90 giây
Lưỡng nhiệt - 100 - 120 giây
Hạ nhiệt - hơn 200 giây

Các loài này được cấu tạo từ các thành phần hóa học khác nhau. Tùy thuộc vào nó, nước có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Ví dụ, trong sản xuất điện, cung cấp nhiệt (các tuyến nhiệt), cơ sở nguyên vật liệu.

Video: Năng lượng địa nhiệt

Quy trình cung cấp nhiệt

Nhiệt độ nước là 50-60 độ, tối ưu cho việc sưởi ấm và cấp nóng cho khu dân cư. Sự cần thiết của hệ thống sưởi ấm phụ thuộc vào vị trí địa lý và điều kiện khí hậu. Và con người không ngừng có nhu cầu cung cấp nước nóng. Đối với quá trình này, GTS (trạm nhiệt địa nhiệt) đang được xây dựng.

Nếu để sản xuất nhiệt năng theo kiểu cổ điển, một nhà lò hơi được sử dụng tiêu thụ nhiên liệu rắn hoặc khí, thì nguồn mạch nước phun được sử dụng trong quá trình sản xuất này. Quy trình kỹ thuật rất đơn giản, thông tin liên lạc, đường dẫn nhiệt và thiết bị giống nhau. Chỉ cần khoan giếng, làm sạch nó khỏi khí, sau đó gửi nó đến phòng nồi hơi với máy bơm, 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 lò hơi đốt nhiên liệu. Điều này làm giảm đáng kể chi phí năng lượng nhiệt. Vào mùa đông, các thuê bao được cấp nhiệt và nước nóng, còn vào mùa hè chỉ được cấp nước nóng.

Sản xuất điện

Suối nước nóng, mạch nước phun là thành phần chính trong sản xuất điện năng. Đối với điều này, một số kế hoạch được sử dụng, các nhà máy điện đặc biệt đang được xây dựng. Thiết bị GTS:

Bể DHW
Bơm
Tách khí
Tách hơi
tuabin tạo ra
Tụ điện
bơm tăng áp
Bể chứa - bộ làm mát

Như bạn có thể thấy, phần tử chính của mạch là một bộ chuyển đổi hơi nước. Điều này làm cho nó có thể 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, tức là nước và hơi nước tham gia vào quá trình này. Chất lỏng trải qua toàn bộ giai đoạn tinh chế khỏi khí, cũng như hơi nước.

Mạch có nguồn nhị phân

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

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

máy xông hơi
Tuabin
Tụ điện
Ejector
Máy bơm thức ăn chăn nuôi
Bộ phận tiết kiệm nhiên liệu
Thiết bị bay hơi

Công dụng thực tế

Nguồn dự trữ khổng lồ gấp nhiều lần năng lượng tiêu thụ hàng năm. Nhưng chỉ một phần nhỏ được nhân loại sử dụng. Việc xây dựng các nhà ga có từ năm 1916. Tại Ý, GeoTPP đầu tiên có công suất 7,5 MW đã được tạo ra. Ngành công nghiệp đang phát triển tích cực tại các quốc gia như: Mỹ, Iceland, Nhật Bản, Philippines, Ý.

Việc thăm dò tích cực các địa điểm tiềm năng và các phương pháp khai thác thuận tiện hơn đang được tiến hành. Năng lực sản xuất đang phát triển từ năm này sang năm khác. Nếu tính về chỉ tiêu kinh tế, thì giá thành của một ngành như vậy ngang ngửa với các nhà máy nhiệt điện chạy than. Iceland gần như hoàn toàn bao phủ nguồn GT chung và nhà ở. 80% gia đình sử dụng nước nóng từ giếng để sưởi ấm. Các chuyên gia từ Hoa Kỳ khẳng định rằng, với sự phát triển thích hợp, GeoTPP có thể sản xuất gấp 30 lần lượng tiêu thụ hàng năm. Nếu chúng ta nói về tiềm năng, thì 39 quốc gia trên thế giới sẽ có thể tự cung cấp điện hoàn toàn nếu họ sử dụng ruột của trái đất đến 100%.

Tiến sĩ khoa học kỹ thuật VÀO. Tôi thề, giáo sư,
Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Nga, Mátxcơva

Trong những thập kỷ gần đây, thế giới đang xem xét hướng sử dụng hiệu quả hơn năng lượng nhiệt sâu của Trái đất nhằm thay thế một phần khí đốt tự nhiên, dầu mỏ và than đá. Điều này sẽ trở nên khả thi không chỉ ở những khu vực có thông số địa nhiệt cao, mà còn ở bất kỳ khu vực nào trên thế giới khi khoan giếng sản xuất và phun và tạo hệ thống lưu thông giữa chúng.

Sự quan tâm gia tăng đối với các nguồn năng lượng thay thế trên thế giới trong những thập kỷ gần đây là do nguồn dự trữ nhiên liệu hydrocacbon đang cạn kiệt và nhu cầu giải quyết một số vấn đề môi trường. Các yếu tố khách quan (trữ lượng nhiên liệu hóa thạch và uranium, cũng như những thay đổi trong môi trường gây ra bởi lửa và năng lượng hạt nhân truyền thống) cho phép chúng ta khẳng định rằng việc chuyển đổi sang các phương pháp và hình thức sản xuất năng lượng mới là không thể tránh khỏi.

Nền kinh tế thế giới hiện đang hướng tới sự chuyển đổi sang sự kết hợp hợp lý giữa các nguồn năng lượng truyền thống và mới. Sức nóng của Trái đất chiếm một trong những vị trí đầu tiên trong số đó.

Tài nguyên năng lượng địa nhiệt được chia thành địa chất thủy văn và địa nhiệt dầu. Đầu tiên trong số chúng được đại diện bởi các chất mang nhiệt (chỉ chiếm 1% tổng tài nguyên năng lượng địa nhiệt) - hỗn hợp nước ngầm, hơi nước và hơi nước. Thứ hai là năng lượng địa nhiệt chứa trong đá nóng.

Công nghệ đài phun nước (tự chảy tràn) được sử dụng ở nước ta và nước ngoài để khai thác hơi nước tự nhiên và địa nhiệt rất đơn giản, nhưng không hiệu quả. Với tốc độ dòng chảy thấp của giếng tự chảy, quá trình sản sinh nhiệt của chúng có thể bù lại chi phí khoan chỉ ở độ sâu nông của các hồ chứa địa nhiệt có nhiệt độ cao trong các khu vực dị thường nhiệt. Tuổi thọ của những giếng như vậy ở nhiều nước thậm chí không đạt 10 năm.

Đồng thời, kinh nghiệm khẳng định rằng với sự hiện diện của các bộ thu hơi nước tự nhiên ở tầng nông, việc xây dựng một nhà máy điện Địa nhiệt là lựa chọn có lợi nhất để sử dụng năng lượng địa nhiệt. Việc vận hành các GeoTPP như vậy đã cho thấy khả năng cạnh tranh của chúng so với các loại nhà máy điện khác. Do đó, việc sử dụng trữ lượng nước địa nhiệt và thủy nhiệt hơi nước ở nước ta trên bán đảo Kamchatka và trên các đảo thuộc chuỗi Kuril, ở các vùng của Bắc Kavkaz, và có thể ở các khu vực khác là cần thiết và kịp thời. Tuy nhiên, mỏ hơi nước rất hiếm, trữ lượng được biết đến và dự đoán của nó là rất nhỏ. Các cặn bẩn thông thường hơn nhiều của nhiệt và nước điện không phải lúc nào cũng nằm đủ gần người tiêu dùng - đối tượng cung cấp nhiệt. Điều này loại trừ khả năng sử dụng hiệu quả quy mô lớn của chúng.

Thông thường, các vấn đề chống lại việc mở rộng quy mô phát triển thành một vấn đề phức tạp. Theo quy luật, việc sử dụng địa nhiệt như một chất mang nhiệt dẫn đến sự phát triển quá mức của các khu vực lỗ khoan với các thành tạo oxit sắt, canxi cacbonat và silicat. Ngoài ra, các vấn đề xói mòn-ăn mòn và đóng cặn ảnh hưởng xấu đến hoạt động của thiết bị. Ngoài ra, vấn đề là việc xả nước thải đã được khoáng hóa và nước thải có chứa các tạp chất độc hại. Do đó, công nghệ đài phun nước đơn giản nhất không thể làm nền tảng cho sự phát triển rộng rãi của tài nguyên địa nhiệt.

Theo ước tính sơ bộ trên lãnh thổ Liên bang Nga, trữ lượng dự báo của vùng nước nhiệt có nhiệt độ 40-250 ° C, độ mặn 35-200 g / l và độ sâu tới 3000 m là 21-22 triệu m3. / ngày, tương đương với việc đốt cháy 30 - 40 triệu tấn .t. trong năm.

Trữ lượng dự đoán của hỗn hợp hơi nước-không khí với nhiệt độ 150-250 ° C ở bán đảo Kamchatka và quần đảo Kuril là 500 nghìn m3 / ngày. và trữ lượng vùng nước nhiệt có nhiệt độ từ 40-100 ° C - 150 nghìn m3 / ngày đêm.

Trữ lượng vùng nước nhiệt với lưu lượng khoảng 8 triệu m3 / ngày đêm, độ mặn tới 10 g / l và nhiệt độ trên 50 ° C được coi là ưu tiên phát triển hàng đầu.

Điều quan trọng hơn nhiều đối với năng lượng của tương lai là việc khai thác năng lượng nhiệt, nguồn tài nguyên nhiệt dầu thực tế là vô tận. Năng lượng địa nhiệt này, được bao bọc trong những tảng đá nóng rắn chắc, là 99% tổng tài nguyên của năng lượng nhiệt dưới lòng đất. Ở độ sâu lên đến 4-6 km, các khối núi có nhiệt độ 300-400 ° C chỉ có thể được tìm thấy gần các khoang trung gian của một số núi lửa, nhưng đá nóng có nhiệt độ 100-150 ° C phân bố hầu như khắp nơi ở những độ sâu này, và với nhiệt độ 180-200 ° C ở một phần lãnh thổ khá quan trọng của Nga.

Trong hàng tỷ năm, hạt nhân, lực hấp dẫn và các quá trình khác bên trong Trái đất đã tạo ra và tiếp tục tạo ra năng lượng nhiệt. Một phần trong số đó được bức xạ vào không gian bên ngoài, và nhiệt được tích tụ ở độ sâu, tức là Nhiệt dung của các pha rắn, lỏng và khí của vật chất trên cạn được gọi là năng lượng địa nhiệt.

Sự tạo ra liên tục của nhiệt bên trong trái đất bù đắp cho những tổn thất bên ngoài của nó, đóng vai trò như một nguồn tích tụ năng lượng địa nhiệt và xác định phần tái tạo của các nguồn tài nguyên của nó. Tổng lượng nhiệt tỏa ra từ bên trong lên bề mặt trái đất cao gấp 3 lần so với công suất hiện tại của các nhà máy điện trên thế giới và ước tính là 30 TW.

Tuy nhiên, rõ ràng là khả năng tái tạo chỉ quan trọng đối với các nguồn tài nguyên thiên nhiên hạn chế và tổng tiềm năng của năng lượng địa nhiệt trên thực tế là vô tận, vì nó phải được định nghĩa là tổng lượng nhiệt có sẵn cho Trái đất.

Không phải ngẫu nhiên mà trong những thập kỷ gần đây, thế giới đang tính đến hướng sử dụng hiệu quả hơn năng lượng tầng nhiệt sâu của Trái đất nhằm thay thế một phần khí đốt tự nhiên, dầu mỏ và than đá. Điều này sẽ trở nên khả thi không chỉ ở những khu vực có thông số địa nhiệt cao, mà còn ở bất kỳ khu vực nào trên thế giới khi khoan giếng sản xuất và phun và tạo hệ thống lưu thông giữa chúng.

Tất nhiên, với khả năng dẫn nhiệt thấp của đá, để các hệ thống tuần hoàn hoạt động hiệu quả, cần thiết phải có hoặc tạo ra một bề mặt trao đổi nhiệt phát triển đủ trong vùng chiết nhiệt. Bề mặt như vậy thường được tìm thấy trong các thành tạo xốp và các vùng chống đứt gãy tự nhiên, thường được tìm thấy ở các độ sâu trên, tính thẩm thấu của nó làm cho nó có thể tổ chức lọc cưỡng bức chất làm mát bằng cách khai thác hiệu quả năng lượng đá, cũng như tạo ra nhân tạo bề mặt trao đổi nhiệt rộng rãi trong các khối xốp ít thấm nước bằng phương pháp nứt vỡ thủy lực (xem hình).

Hiện nay, nứt vỡ thủy lực được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí như một cách để tăng tính thấm vỉa để tăng cường khả năng thu hồi dầu trong quá trình phát triển các mỏ dầu. Công nghệ hiện đại có thể tạo ra một vết nứt hẹp nhưng dài, hoặc một vết nứt ngắn nhưng rộng. Các ví dụ về đứt gãy thủy lực với các vết đứt gãy dài tới 2-3 km đã được biết đến.

Ý tưởng trong nước về việc khai thác các nguồn địa nhiệt chính chứa trong đá rắn đã được thể hiện sớm nhất vào năm 1914 bởi K.E. Obruchev.

Năm 1963, GCC đầu tiên được thành lập ở Paris để chiết xuất nhiệt từ đá hình thành xốp để sưởi ấm và điều hòa không khí trong khuôn viên của khu phức hợp Broadcasting Chaos. Năm 1985, 64 GCC đã hoạt động ở Pháp với tổng công suất nhiệt là 450 MW, tiết kiệm hàng năm khoảng 150.000 tấn dầu. Cùng năm, GCC đầu tiên như vậy được thành lập tại Liên Xô trong thung lũng Khankala gần thành phố Grozny.

Năm 1977, theo dự án của Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos của Hoa Kỳ, các thử nghiệm của một GCC thử nghiệm với sự nứt vỡ thủy lực của một khối núi gần như không thấm nước đã bắt đầu tại địa điểm Fenton Hill ở bang New Mexico. Nước ngọt lạnh được bơm qua giếng (phun) được làm nóng do trao đổi nhiệt với một khối đá (185 OC) trong một vết nứt thẳng đứng có diện tích 8000 m2, được hình thành do đứt gãy thủy lực ở độ sâu 2,7 km. Trong một giếng khác (nơi sản xuất), cũng băng qua vết nứt này, nước quá nhiệt bốc lên bề mặt dưới dạng một tia hơi nước. Khi lưu thông trong mạch kín dưới áp suất, nhiệt độ của nước quá nhiệt trên bề mặt đạt 160-180 ° C, và công suất nhiệt của hệ thống - 4-5 MW. Chất làm mát rò rỉ vào khối núi xung quanh lên tới khoảng 1% tổng lưu lượng. Nồng độ của các tạp chất cơ học và hóa học (lên đến 0,2 g / l) tương ứng với các điều kiện của nước ngọt. Vết nứt do thủy lực không cần cố định và được giữ nguyên nhờ áp suất thủy tĩnh của chất lỏng. Sự đối lưu tự do phát triển trong nó đảm bảo sự tham gia hiệu quả vào quá trình trao đổi nhiệt của gần như toàn bộ bề mặt của phần nhô ra của khối đá nóng.

Việc khai thác nhiệt năng trong lòng đất từ đá không thấm nóng, dựa trên các phương pháp khoan nghiêng và nứt vỡ thủy lực đã được thành thạo và thực hành trong ngành dầu khí trong một thời gian dài, không gây ra địa chấn hoặc bất kỳ tác hại nào khác đối với môi trường.

Vào năm 1983, các nhà khoa học Anh đã lặp lại kinh nghiệm của người Mỹ bằng cách tạo ra một GCC thử nghiệm với sự nứt vỡ thủy lực của granit ở Carnwell. Công việc tương tự đã được thực hiện ở Đức, Thụy Điển. Hơn 224 dự án làm nóng bằng địa nhiệt đã được thực hiện ở Hoa Kỳ. Tuy nhiên, giả định rằng tài nguyên địa nhiệt có thể cung cấp phần lớn nhu cầu năng lượng nhiệt phi điện trong tương lai của Hoa Kỳ. Tại Nhật Bản, công suất của GeoTPP năm 2000 đạt xấp xỉ 50 GW.

Hiện tại, việc nghiên cứu và thăm dò tài nguyên địa nhiệt được thực hiện ở 65 quốc gia. Trên thế giới, dựa vào năng lượng địa nhiệt, các trạm có tổng công suất khoảng 10 GW đã được tạo ra. Liên hợp quốc đang tích cực hỗ trợ phát triển năng lượng địa nhiệt.

Kinh nghiệm tích lũy ở nhiều nước trên thế giới trong việc sử dụng chất làm mát địa nhiệt cho thấy trong điều kiện thuận lợi chúng có lãi gấp 2-5 lần so với các nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân. Các tính toán cho thấy một giếng địa nhiệt có thể thay thế 158 nghìn tấn than mỗi năm.

Do đó, sức nóng của Trái đất có lẽ là nguồn năng lượng tái tạo chính duy nhất, sự phát triển hợp lý của nó hứa hẹn làm giảm chi phí năng lượng so với năng lượng nhiên liệu hiện đại. Thật không may, với tiềm năng năng lượng vô tận như nhau, việc lắp đặt năng lượng mặt trời và nhiệt hạch sẽ đắt hơn các loại nhiên liệu hiện có.

Mặc dù có lịch sử phát triển nhiệt của Trái đất rất lâu đời, ngày nay công nghệ địa nhiệt vẫn chưa đạt đến sự phát triển cao. Sự phát triển nhiệt năng của Trái đất đang gặp khó khăn lớn trong việc xây dựng các giếng sâu, là kênh dẫn chất làm mát lên bề mặt. Do nhiệt độ hố đáy cao (200-250 ° C), các dụng cụ cắt đá truyền thống không thích hợp để làm việc trong điều kiện đó, có các yêu cầu đặc biệt đối với việc lựa chọn khoan và ống vách, vữa xi măng, công nghệ khoan, vỏ giếng và hoàn thiện. Thiết bị đo lường trong nước, phụ kiện vận hành nối tiếp và thiết bị được sản xuất theo thiết kế cho phép nhiệt độ không cao hơn 150-200 ° C. Việc khoan giếng sâu bằng máy móc truyền thống đôi khi kéo dài nhiều năm và đòi hỏi chi phí tài chính đáng kể. Trong các tài sản sản xuất chính, nguyên giá giếng khoan chiếm từ 70 - 90%. Vấn đề này chỉ có thể được giải quyết bằng cách tạo ra một công nghệ tiên tiến để phát triển phần chính của tài nguyên địa nhiệt, tức là khai thác năng lượng từ đá nóng.

Nhóm các nhà khoa học và chuyên gia Nga của chúng tôi đã giải quyết vấn đề khai thác và sử dụng năng lượng nhiệt sâu vô tận, có thể tái tạo của các đá nóng trên Trái đất trên lãnh thổ Liên bang Nga trong hơn một năm. Mục đích của công trình là tạo ra trên cơ sở công nghệ cao, phương tiện kỹ thuật trong nước để thâm nhập sâu vào ruột của vỏ trái đất. Hiện nay, một số biến thể của công cụ khoan (BS) đã được phát triển, không có biến thể tương tự trong thực tiễn thế giới.

Hoạt động của phiên bản đầu tiên của BS được liên kết với công nghệ khoan giếng thông thường hiện nay. Tốc độ khoan đá cứng (tỷ trọng trung bình 2500-3300 kg / m3) lên đến 30 m / h, đường kính lỗ 200-500 mm. Biến thể thứ hai của BS thực hiện việc khoan giếng ở chế độ tự động và tự động. Việc phóng được thực hiện từ một bệ phóng và chấp nhận đặc biệt, từ đó chuyển động của nó được kiểm soát. Một nghìn mét BS trong đá cứng sẽ có thể đi qua trong vòng vài giờ. Đường kính giếng từ 500 đến 1000 mm. Các biến thể BS có thể tái sử dụng có hiệu quả kinh tế và giá trị tiềm năng rất lớn. Việc đưa BS vào sản xuất sẽ mở ra một giai đoạn mới trong việc xây dựng các giếng và cung cấp khả năng tiếp cận các nguồn năng lượng nhiệt vô tận của Trái đất.

Đối với nhu cầu cấp nhiệt, độ sâu yêu cầu của các giếng trong cả nước nằm trong khoảng đến 3-4,5 nghìn mét và không vượt quá 5-6 nghìn mét. không vượt quá 150 ° C. Đối với các cơ sở công nghiệp, theo quy định, nhiệt độ không vượt quá 180-200 ° C.

Mục đích của việc thành lập GCC là cung cấp nguồn nhiệt ổn định, giá cả phải chăng, rẻ cho các vùng xa xôi, khó tiếp cận và kém phát triển của Liên bang Nga. Thời gian hoạt động của GCS từ 25-30 năm trở lên. Thời gian hoàn vốn của các trạm (có tính đến các công nghệ khoan mới nhất) là 3-4 năm.

Việc tạo ra ở Liên bang Nga trong những năm tới công suất thích hợp để sử dụng năng lượng địa nhiệt cho các nhu cầu phi điện sẽ thay thế khoảng 600 triệu tấn nhiên liệu tương đương. Tiết kiệm có thể lên đến 2 nghìn tỷ rúp.

Cho đến năm 2030, có thể tạo ra năng lượng năng lượng thay thế năng lượng lửa lên đến 30% và đến năm 2040 để loại bỏ gần như hoàn toàn nguyên liệu thô hữu cơ làm nhiên liệu khỏi sự cân bằng năng lượng của Liên bang Nga.

Văn chương

1. Goncharov S.A. Nhiệt động lực học. Matxcova: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 tr.

2. Dyadkin Yu.D. vv Vật lý nhiệt địa nhiệt. Petersburg: Nauka, 1993. 255 tr.

3. Cơ sở tài nguyên khoáng sản của khu liên hợp nhiên liệu và năng lượng của Nga. Tình trạng và tiên lượng / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko và những người khác. Ed. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 tr.

4. Novikov G. P. và cộng sự. Khoan giếng cho vùng nước nhiệt. M.: Nedra, 1986. 229 tr.

Đối với Nga, năng lượng nhiệt của Trái đất có thể trở thành nguồn cung cấp điện và nhiệt ổn định, đáng tin cậy bằng cách sử dụng các công nghệ mới, thân thiện với môi trường để khai thác và cung cấp cho người tiêu dùng. Điều này đặc biệt đúng vào lúc này

Nguồn nguyên liệu năng lượng hóa thạch có hạn

Nhu cầu về nguyên liệu năng lượng hữu cơ là rất lớn ở các nước công nghiệp phát triển và đang phát triển (Mỹ, Nhật Bản, các nước thống nhất Châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ, v.v.). Đồng thời, nguồn hydrocacbon của riêng họ ở những nước này hoặc không đủ hoặc dự trữ, và một nước, ví dụ, Hoa Kỳ, mua nguyên liệu năng lượng ở nước ngoài hoặc phát triển mỏ ở các nước khác.

Ở Nga, một trong những quốc gia giàu có nhất về tài nguyên năng lượng, nhu cầu kinh tế về năng lượng vẫn được đáp ứng bởi các khả năng sử dụng tài nguyên thiên nhiên. Tuy nhiên, quá trình khai thác các hydrocacbon hóa thạch từ lòng đất diễn ra với tốc độ rất nhanh. Nếu vào những năm 1940-1960. Các khu vực sản xuất dầu chính là "Baku thứ hai" ở Volga và Cis-Urals, sau đó, bắt đầu từ những năm 1970, và cho đến nay, Tây Siberia là một khu vực như vậy. Nhưng ngay cả ở đây cũng có sự sụt giảm đáng kể trong việc sản xuất hydrocacbon hóa thạch. Kỷ nguyên khí Cenomanian "khô" đang qua đi. Giai đoạn phát triển rộng rãi sản xuất khí đốt tự nhiên trước đây đã kết thúc. Việc khai thác của nó từ các mỏ khổng lồ như Medvezhye, Urengoyskoye và Yamburgskoye lần lượt lên tới 84, 65 và 50%. Tỷ trọng trữ lượng dầu mỏ thuận lợi cho phát triển cũng giảm dần theo thời gian.

Do việc tiêu thụ tích cực nhiên liệu hydrocacbon, trữ lượng dầu và khí tự nhiên trên đất liền đã giảm đáng kể. Bây giờ trữ lượng chính của chúng tập trung ở thềm lục địa. Và mặc dù cơ sở nguyên liệu thô của ngành công nghiệp dầu khí vẫn đủ để khai thác dầu và khí đốt ở Nga với khối lượng cần thiết, trong tương lai gần nó sẽ được cung cấp ngày càng lớn thông qua việc phát triển các mỏ khai thác phức tạp và điều kiện địa chất. Đồng thời, chi phí sản xuất hydrocacbon sẽ tăng lên.

Hầu hết các nguồn tài nguyên không tái tạo được khai thác từ lòng đất được sử dụng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện. Trước hết, đây là tỷ trọng trong cơ cấu nhiên liệu là 64%.

Ở Nga, 70% lượng điện được tạo ra tại các nhà máy nhiệt điện. Các doanh nghiệp năng lượng của cả nước hàng năm đốt cháy khoảng 500 triệu tấn c.e. tấn để thu được điện và nhiệt, trong khi quá trình sản xuất nhiệt tiêu thụ nhiên liệu hydrocacbon gấp 3-4 lần so với việc sản xuất điện.

Lượng nhiệt thu được từ quá trình đốt cháy các khối lượng nguyên liệu hydrocacbon này tương đương với việc sử dụng hàng trăm tấn nhiên liệu hạt nhân - sự khác biệt là rất lớn. Tuy nhiên, điện hạt nhân đòi hỏi phải đảm bảo an toàn về môi trường (để ngăn chặn Chernobyl lặp lại) và bảo vệ nó khỏi các cuộc tấn công khủng bố có thể xảy ra, cũng như việc ngừng hoạt động an toàn và tốn kém của các đơn vị điện hạt nhân đã cũ và đã qua sử dụng. Trữ lượng uranium có thể thu hồi được đã được chứng minh trên thế giới là khoảng 3 triệu 400 nghìn tấn, trong cả giai đoạn trước đó (cho đến năm 2007), khoảng 2 triệu tấn đã được khai thác.

RES là tương lai của năng lượng toàn cầu

Sự quan tâm gia tăng của thế giới trong những thập kỷ gần đây đối với các nguồn năng lượng tái tạo thay thế (RES) không chỉ do nguồn dự trữ nhiên liệu hydrocacbon đang cạn kiệt mà còn do nhu cầu giải quyết các vấn đề môi trường. Các yếu tố khách quan (trữ lượng nhiên liệu hóa thạch và uranium, cũng như những thay đổi môi trường liên quan đến việc sử dụng lửa và năng lượng hạt nhân truyền thống) và xu hướng phát triển năng lượng cho thấy rằng việc chuyển đổi sang các phương pháp và hình thức sản xuất năng lượng mới là không thể tránh khỏi. Đã có từ nửa đầu thế kỷ XXI. sẽ có sự chuyển đổi hoàn toàn hoặc gần như hoàn toàn sang các nguồn năng lượng phi truyền thống.

Đột phá theo hướng này càng sớm thì càng ít đau khổ cho toàn xã hội và càng có lợi cho đất nước, ở đó sẽ có những bước đi quyết định theo hướng này.

Nền kinh tế thế giới đã đặt ra một lộ trình cho việc chuyển đổi sang sự kết hợp hợp lý giữa các nguồn năng lượng truyền thống và năng lượng mới. Mức tiêu thụ năng lượng trên thế giới vào năm 2000 lên tới hơn 18 tỷ tấn nhiên liệu tương đương. tấn, và mức tiêu thụ năng lượng vào năm 2025 có thể tăng lên 30–38 tỷ tấn nhiên liệu tương đương. tấn, theo số liệu dự báo, đến năm 2050 tiêu thụ ở mức 60 tỷ tấn nhiên liệu tương đương là có thể. Một xu hướng đặc trưng trong sự phát triển của nền kinh tế thế giới trong giai đoạn đang được xem xét là sự giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch một cách có hệ thống và sự gia tăng tương ứng trong việc sử dụng các nguồn năng lượng phi truyền thống. Nhiệt năng của Trái đất chiếm một trong những vị trí đầu tiên trong số đó.

Hiện nay, Bộ Năng lượng Liên bang Nga đã thông qua một chương trình phát triển năng lượng phi truyền thống, bao gồm 30 dự án lớn sử dụng các tổ máy bơm nhiệt (HPU), nguyên tắc hoạt động dựa trên việc tiêu thụ thế năng thấp nhiệt năng của Trái đất.

Năng lượng tiềm năng thấp của máy bơm nhiệt và nhiệt Trái đất

Các nguồn năng lượng tiềm năng thấp của nhiệt Trái đất là bức xạ mặt trời và bức xạ nhiệt của ruột nóng của hành tinh chúng ta. Hiện nay, việc sử dụng năng lượng như vậy là một trong những lĩnh vực phát triển năng động nhất của năng lượng dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo.

Sức nóng của Trái đất có thể được sử dụng trong nhiều loại tòa nhà và cấu trúc khác nhau để sưởi ấm, cung cấp nước nóng, điều hòa không khí (làm mát), cũng như để sưởi ấm các đường ray vào mùa đông, ngăn chặn đóng băng, sưởi ấm các sân vận động ngoài trời, v.v. Trong các tài liệu kỹ thuật bằng tiếng Anh, hệ thống sử dụng nhiệt của Trái đất trong các hệ thống sưởi ấm và điều hòa không khí được gọi là GHP - "máy bơm nhiệt địa nhiệt" (máy bơm nhiệt địa nhiệt). Đặc điểm khí hậu của các quốc gia Trung và Bắc Âu, cùng với Hoa Kỳ và Canada, là những khu vực chính sử dụng nhiệt cấp thấp của Trái đất, xác định điều này chủ yếu cho mục đích sưởi ấm; Việc làm mát không khí, ngay cả trong mùa hè, tương đối hiếm khi được yêu cầu. Vì vậy, không giống như ở Mỹ, máy bơm nhiệt ở các nước Châu Âu hoạt động chủ yếu ở chế độ sưởi ấm. Ở Mỹ, chúng thường được sử dụng nhiều hơn trong các hệ thống sưởi ấm không khí kết hợp với thông gió, cho phép vừa sưởi ấm vừa làm mát không khí bên ngoài. Ở các nước Châu Âu, máy bơm nhiệt thường được sử dụng trong hệ thống đun nước nóng. Vì hiệu suất của chúng tăng lên khi chênh lệch nhiệt độ giữa dàn bay hơi và bình ngưng giảm, nên hệ thống sưởi sàn thường được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà, trong đó chất làm mát có nhiệt độ tương đối thấp (35–40 ° C) lưu thông.

Các loại hệ thống sử dụng năng lượng tiềm năng thấp của nhiệt Trái đất

Trong trường hợp chung, có thể phân biệt hai loại hệ thống sử dụng thế năng thấp của nhiệt Trái đất:

- hệ thống hở: như một nguồn năng lượng nhiệt tiềm năng thấp, nước ngầm được sử dụng, được cung cấp trực tiếp cho các máy bơm nhiệt;

- hệ thống kín: bộ trao đổi nhiệt được đặt trong khối đất; khi chất làm mát có nhiệt độ thấp hơn mặt đất lưu thông qua chúng, năng lượng nhiệt được “cất cánh” từ mặt đất và chuyển đến thiết bị bay hơi của bơm nhiệt (hoặc khi sử dụng chất làm mát có nhiệt độ cao hơn so với mặt đất, nó sẽ được làm mát. ).

Nhược điểm của hệ thống hở là giếng cần được bảo trì. Ngoài ra, việc sử dụng các hệ thống như vậy không phải là có thể thực hiện được ở tất cả các khu vực. Các yêu cầu chính đối với đất và nước ngầm như sau:

- đủ độ thấm nước của đất, cho phép bổ sung lượng nước dự trữ;

- hóa nước ngầm tốt (ví dụ như hàm lượng sắt thấp) để tránh các vấn đề về cặn ống và ăn mòn.

Hệ thống kín để sử dụng năng lượng tiềm năng thấp của nhiệt Trái đất

Hệ thống kín nằm ngang và dọc (Hình 1).

Cơm. 1. Sơ đồ lắp đặt máy bơm nhiệt địa nhiệt với: a - nằm ngang

và b - bộ trao đổi nhiệt đặt dọc trên mặt đất.

Bộ trao đổi nhiệt mặt đất nằm ngang

Ở các nước Tây và Trung Âu, bộ trao đổi nhiệt nằm ngang trên mặt đất thường là những đường ống riêng biệt được đặt tương đối chặt chẽ và được kết nối với nhau theo chuỗi hoặc song song (Hình 2).

Cơm. 2. Bộ trao đổi nhiệt mặt đất nằm ngang với: a - tuần tự và

b - kết nối song song.

Để tiết kiệm diện tích của vị trí nơi nhiệt được loại bỏ, các loại bộ trao đổi nhiệt cải tiến đã được phát triển, ví dụ, bộ trao đổi nhiệt ở dạng xoắn ốc (Hình 3), nằm ngang hoặc dọc. Hình thức trao đổi nhiệt này phổ biến ở Mỹ.

HỌ. Kapitonov

Nhiệt hạt nhân của trái đất

Trái đất nhiệt

Trái đất là một vật thể bị đốt nóng khá mạnh và là một nguồn nhiệt. Nó nóng lên chủ yếu do bức xạ mặt trời mà nó hấp thụ. Nhưng Trái đất cũng có nguồn nhiệt riêng có thể so sánh với nguồn nhiệt nhận được từ Mặt trời. Người ta tin rằng chính năng lượng này của Trái đất có nguồn gốc sau đây. Trái đất hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm sau khi Mặt trời hình thành từ một đĩa bụi khí hành tinh quay xung quanh nó và ngưng tụ. Ở giai đoạn đầu mới hình thành, chất của trái đất nóng lên do lực hấp dẫn tương đối chậm. Một vai trò quan trọng trong sự cân bằng nhiệt của Trái đất cũng được đóng bởi năng lượng được giải phóng trong quá trình rơi của các thiên thể vũ trụ nhỏ trên nó. Do đó, Trái đất trẻ đã bị nóng chảy. Khi nguội đi, nó dần trở lại trạng thái hiện tại với bề mặt rắn chắc, một phần đáng kể được bao phủ bởi đại dương và nước biển. Lớp cứng bên ngoài này được gọi là vỏ trái đất và trung bình, trên đất liền, độ dày của nó là khoảng 40 km, và dưới nước đại dương - 5-10 km. Lớp sâu hơn của trái đất, được gọi là lớp áo cũng bao gồm một chất rắn. Nó kéo dài đến độ sâu gần 3000 km và chứa phần lớn vật chất của Trái đất. Cuối cùng, phần trong cùng của Trái đất là cốt lõi. Nó bao gồm hai lớp - bên ngoài và bên trong. lõi bên ngoàiđây là một lớp sắt và niken nóng chảy ở nhiệt độ 4500-6500 K với độ dày 2000-2500 km. lõi bên trong với bán kính 1000-1500 km là hợp kim sắt-niken rắn được nung nóng đến nhiệt độ 4000-5000 K với mật độ khoảng 14 g / cm 3, nảy sinh ở áp suất rất lớn (gần 4 triệu bar).
Ngoài nhiệt lượng bên trong của Trái đất, được thừa hưởng từ giai đoạn nóng sớm nhất của sự hình thành, và lượng nhiệt này sẽ giảm dần theo thời gian, còn có một lượng nhiệt khác, lâu dài, liên quan đến sự phân rã phóng xạ của hạt nhân với chu kỳ bán rã dài. sự sống - trước hết là 232 Th, 235 U, 238 U và 40 K. Năng lượng giải phóng trong những sự phân rã này - chúng chiếm gần 99% năng lượng phóng xạ của trái đất - liên tục bổ sung cho các nguồn dự trữ nhiệt của Trái đất. Các hạt nhân trên được chứa trong lớp vỏ và lớp manti. Sự phân rã của chúng dẫn đến sự nóng lên của cả lớp bên ngoài và bên trong của Trái đất.
Một phần nhiệt lượng khổng lồ chứa bên trong Trái đất liên tục tỏa ra bề mặt của nó, thường là trong các quá trình núi lửa quy mô rất lớn. Dòng nhiệt chảy từ độ sâu của Trái đất qua bề mặt của nó đã được biết đến. Nó là (47 ± 2) · 10 12 watt, tương đương với nhiệt lượng có thể được tạo ra bởi 50 nghìn nhà máy điện hạt nhân (công suất trung bình của một nhà máy điện hạt nhân là khoảng 10 9 watt). Một câu hỏi được đặt ra là liệu năng lượng phóng xạ có đóng một vai trò quan trọng nào trong tổng ngân sách nhiệt của Trái đất hay không, và nếu có thì đóng vai trò gì? Câu trả lời cho những câu hỏi này vẫn chưa được biết trong một thời gian dài. Bây giờ có cơ hội để trả lời những câu hỏi này. Vai trò quan trọng ở đây thuộc về neutrino (phản neutrino), được sinh ra trong quá trình phân rã phóng xạ của các hạt nhân tạo nên vật chất của Trái đất và được gọi là geo-neutrino.

Neutrino địa

Neutrino địa là tên kết hợp của neutrino hoặc phản neutrino, được phát ra do sự phân rã beta của các hạt nhân nằm dưới bề mặt trái đất. Rõ ràng, do khả năng xuyên thấu chưa từng có, việc đăng ký (và chỉ chúng) bằng máy dò neutrino trên mặt đất có thể cung cấp thông tin khách quan về các quá trình phân rã phóng xạ xảy ra sâu bên trong Trái đất. Một ví dụ về sự phân rã như vậy là sự phân rã β - của hạt nhân 228 Ra, là sản phẩm của sự phân rã α của hạt nhân 232 Th tồn tại lâu dài (xem bảng):

Chu kỳ bán rã (T 1/2) của hạt nhân 228 Ra là 5,75 năm, năng lượng giải phóng vào khoảng 46 keV. Phổ năng lượng của phản neutrino là liên tục với giới hạn trên gần với năng lượng được giải phóng.
Sự phân rã của các hạt nhân 232 Th, 235 U, 238 U là những chuỗi phân rã liên tiếp tạo thành cái gọi là loạt phóng xạ. Trong các chuỗi như vậy, các phân rã α xen kẽ với các phân rã β - các ngày, vì trong các phân rã α, các hạt nhân cuối cùng chuyển từ vạch ổn định β sang vùng hạt nhân quá tải với neutron. Sau một chuỗi phân rã liên tiếp ở cuối mỗi hàng, các hạt nhân bền được tạo thành với số proton và nơtron gần bằng hoặc bằng số ma thuật (Z = 82,N= 126). Những hạt nhân cuối cùng như vậy là đồng vị bền của chì hoặc bitmut. Do đó, sự phân rã T 1/2 kết thúc với sự hình thành của hạt nhân kép 208 Pb, và trên con đường 232 Th → 208 Pb, sáu lần phân rã α xảy ra, xen kẽ với bốn lần phân rã β (trong chuỗi 238 U → 206 Pb, tám α- và sáu β - - phân rã; có bảy α- và bốn β - trong chuỗi 235 U → 207 Pb). Do đó, phổ năng lượng của phản neutrino từ mỗi chuỗi phóng xạ là sự chồng chất của phổ từng phần từ các phân rã β riêng lẻ tạo nên chuỗi này. Quang phổ của phản neutrino sinh ra trong phân rã 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K được thể hiện trong Hình. 1. Phân rã 40 K là một phân rã β đơn lẻ (xem bảng). Antineutrino đạt năng lượng cao nhất (lên tới 3,26 MeV) trong quá trình phân rã
214 Bi → 214 Po, là một mắt xích trong dãy phóng xạ 238 U. Tổng năng lượng tỏa ra trong quá trình chuyển hóa của tất cả các mắt xích phân rã trong dãy 232 Th → 208 Pb là 42,65 MeV. Đối với dãy phóng xạ 235 U và 238 U, các năng lượng này lần lượt là 46,39 và 51,69 MeV. Năng lượng giải phóng khi phân rã
40 K → 40 Ca là 1,31 MeV.

Đặc điểm của các hạt nhân 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K.

Cốt lõi	Chia sẻ trong% trong một hỗn hợp đồng vị	Số lượng lõi quan hệ. Hạt nhân Si	T 1/2 tỷ năm
232Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40 nghìn	0.0117	0.440	1.25

Ước tính của thông lượng địa neutrino, được thực hiện trên cơ sở phân rã của các hạt nhân 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K có trong thành phần của vật chất Trái đất, dẫn đến giá trị theo bậc 10 6 cm -2 giây -1. Bằng cách đăng ký các neutrino địa lý này, người ta có thể thu được thông tin về vai trò của nhiệt phóng xạ trong tổng cân bằng nhiệt của Trái đất và kiểm tra ý tưởng của chúng tôi về hàm lượng của các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu trong thành phần của vật chất trên cạn.

Cơm. 1. Phổ năng lượng của phản neutrino từ sự phân rã hạt nhân

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K chuẩn hóa cho một lần phân rã của hạt nhân mẹ

Phản ứng được sử dụng để đăng ký phản neutrino điện tử

P → e + + n, (1)

trong đó hạt này đã thực sự được phát hiện. Ngưỡng cho phản ứng này là 1,8 MeV. Do đó, chỉ những neutrino địa được hình thành trong chuỗi phân rã bắt đầu từ hạt nhân 232 Th và 238 U mới có thể được ghi nhận trong phản ứng trên. Tiết diện hiệu quả của phản ứng đang được thảo luận là cực kỳ nhỏ: σ ≈ 10 -43 cm 2. Do đó, một máy dò neutrino có thể tích nhạy 1 m 3 sẽ ghi lại không quá một vài sự kiện mỗi năm. Rõ ràng, để xác định đáng tin cậy các luồng neutrino địa lý, cần có máy dò neutrino khối lượng lớn, được đặt trong các phòng thí nghiệm dưới lòng đất để bảo vệ tối đa khỏi nền. Ý tưởng sử dụng các máy dò được thiết kế để nghiên cứu neutrino mặt trời và lò phản ứng để đăng ký neutrino địa lý nảy sinh vào năm 1998. Hiện tại, có hai máy dò neutrino khối lượng lớn sử dụng máy soi cầu lỏng và thích hợp để giải quyết vấn đề. Đây là các máy dò hạt neutrino của các thí nghiệm KamLAND (Nhật Bản) và Borexino (Ý,). Dưới đây chúng tôi xem xét thiết bị của máy dò Borexino và kết quả thu được trên máy dò này về việc đăng ký neutrino địa lý.

Máy dò Borexino và đăng ký neutrino địa

Máy dò hạt neutrino Borexino được đặt ở miền trung nước Ý trong một phòng thí nghiệm dưới lòng đất dưới dãy núi Gran Sasso, có đỉnh núi cao tới 2,9 km (Hình 2).

Cơm. Hình 2. Sơ đồ vị trí của phòng thí nghiệm neutrino dưới dãy núi Gran Sasso (miền trung nước Ý)

Borexino là một máy dò khối lượng lớn không phân đoạn có phương tiện hoạt động là
280 tấn chất lỏng hữu cơ scintillator. Nó chứa đầy một bình hình cầu bằng nylon có đường kính 8,5 m (Hình 3). Scintillator là pseudocumene (C 9 H 12) với chất phụ gia PPO dịch chuyển phổ (1,5 g / l). Ánh sáng từ ống soi được thu thập bởi 2212 ống nhân quang (PMT) tám inch đặt trên một quả cầu thép không gỉ (SSS).

Cơm. 3. Sơ đồ thiết bị của máy dò Borexino

Một bình nylon có giả hạt là một máy dò bên trong có nhiệm vụ ghi nhận neutrino (phản neutrino). Máy dò bên trong được bao quanh bởi hai vùng đệm đồng tâm giúp bảo vệ nó khỏi tia gamma và neutron bên ngoài. Khu vực bên trong được lấp đầy bởi một môi trường không nung kết bao gồm 900 tấn pseudocumene với các chất phụ gia dimethyl phthalate để dập tắt các vết cháy. Khu vực bên ngoài nằm trên đỉnh SNS và là một máy dò Cherenkov nước chứa 2000 tấn nước siêu tinh khiết và cắt tín hiệu từ các hạt muon xâm nhập vào cơ sở từ bên ngoài. Đối với mỗi tương tác xảy ra trong máy dò bên trong, năng lượng và thời gian được xác định. Việc hiệu chuẩn máy dò sử dụng các nguồn phóng xạ khác nhau giúp xác định rất chính xác thang năng lượng của nó và mức độ tái tạo của tín hiệu ánh sáng.
Borexino là một máy dò có độ tinh khiết bức xạ rất cao. Tất cả các vật liệu đều được lựa chọn nghiêm ngặt, và ống soi đã được làm sạch để giảm thiểu phần nền bên trong. Do độ tinh khiết bức xạ cao, Borexino là một máy dò tuyệt vời để phát hiện phản neutrino.
Trong phản ứng (1), positron cho một tín hiệu tức thời, sau một thời gian, sau đó là sự bắt giữ một neutron bởi một hạt nhân hydro, dẫn đến sự xuất hiện của một lượng tử γ có năng lượng 2,22 MeV, tạo ra một tín hiệu bị trễ so với tín hiệu đầu tiên. Ở Borexino, thời gian bắt neutron là khoảng 260 μs. Tín hiệu tức thời và tín hiệu trễ có mối tương quan về không gian và thời gian, giúp ghi nhận chính xác sự kiện do e gây ra.
Ngưỡng cho phản ứng (1) là 1,806 MeV và như có thể thấy trong Hình. 1, tất cả các neutrino địa từ phân rã 40 K và 235 U đều nằm dưới ngưỡng này, và chỉ một phần của neutrino địa bắt nguồn từ phân rã 232 Th và 238 U có thể được phát hiện.
Máy dò Borexino lần đầu tiên phát hiện tín hiệu từ neutrino địa vào năm 2010 và gần đây đã công bố kết quả mới dựa trên các quan sát trong 2056 ngày từ tháng 12 năm 2007 đến tháng 3 năm 2015. Dưới đây chúng tôi trình bày dữ liệu thu được và kết quả thảo luận của họ, dựa trên bài báo.
Kết quả của việc phân tích dữ liệu thực nghiệm, 77 ứng cử viên cho phản neutrino điện tử được xác định đã vượt qua tất cả các tiêu chí lựa chọn. Nền từ các sự kiện mô phỏng e được ước tính bởi. Do đó, tỷ lệ tín hiệu / nền là ≈100.
Nguồn gốc chính là phản neutrino lò phản ứng. Đối với Borexino, tình hình khá thuận lợi, vì không có lò phản ứng hạt nhân nào gần phòng thí nghiệm Gran Sasso. Ngoài ra, các phản neutrino của lò phản ứng có nhiều năng lượng hơn neutrino địa, điều này có thể tách các phản neutrino này ra khỏi positron bằng cường độ tín hiệu. Kết quả phân tích sự đóng góp của neutrino địa và phản neutrino của lò phản ứng vào tổng số sự kiện được ghi lại từ e được thể hiện trong Hình. 4. Số lượng neutrino địa lý được đăng ký do phân tích này đưa ra (vùng tô bóng tương ứng với chúng trong Hình 4) bằng . Trong quang phổ của neutrino địa lý được chiết xuất từ kết quả phân tích, có thể nhìn thấy hai nhóm - ít năng lượng hơn, cường độ cao hơn và năng lượng mạnh hơn, ít cường độ hơn. Các tác giả của nghiên cứu được mô tả liên kết các nhóm này với sự phân hủy của thori và uranium, tương ứng.
Trong phân tích đang thảo luận, chúng tôi sử dụng tỷ lệ khối lượng của thori và uranium trong vật chất của Trái đất
m (Th) / m (U) = 3,9 (trong bảng giá trị này là ≈3,8). Con số này phản ánh hàm lượng tương đối của các nguyên tố hóa học này trong chondrites - nhóm thiên thạch phổ biến nhất (hơn 90% thiên thạch rơi xuống Trái đất thuộc nhóm này). Người ta tin rằng thành phần của chondrites, ngoại trừ khí nhẹ (hydro và heli), lặp lại thành phần của hệ mặt trời và đĩa tiền hành tinh mà từ đó Trái đất được hình thành.

Cơm. Hình 4. Khu vực bóng mờ là sự đóng góp của neutrino địa lý. Đường liền nét là sự đóng góp của các phản neutrino lò phản ứng.

Với sự phát triển và hình thành của xã hội, nhân loại bắt đầu tìm kiếm những phương thức ngày càng hiện đại hơn, đồng thời tiết kiệm hơn để thu được năng lượng. Vì vậy, ngày nay nhiều trạm khác nhau đang được xây dựng, nhưng đồng thời, năng lượng chứa trong ruột của trái đất cũng được sử dụng rộng rãi. Tính cách cô ấy là gì? Hãy thử tìm hiểu xem.

Năng lượng địa nhiệt

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

Nguồn địa nhiệt nhân tạo

Năng lượng chứa trong ruột của trái đất phải được sử dụng một cách khôn ngoan. Ví dụ, có một ý tưởng để tạo ra các nồi hơi ngầm. Để làm được điều này, bạn cần khoan hai giếng có độ sâu vừa đủ, các giếng này sẽ được nối với nhau ở phía dưới. Có nghĩa là, năng lượng địa nhiệt có thể thu được trong công nghiệp ở hầu hết mọi nơi trên đất liền: nước lạnh sẽ được bơm vào bể chứa thông qua một giếng, và nước nóng hoặc hơi nước sẽ được chiết xuất qua giếng thứ hai. Các nguồn nhiệt nhân tạo sẽ có lợi và hợp lý nếu nhiệt thu được sẽ cung cấp nhiều năng lượng hơn. Hơi nước có thể được đưa đến máy phát tua bin để tạo ra điện.

Tất nhiên, nhiệt lượng chiết xuất được chỉ là một phần nhỏ so với nhiệt lượng hiện có trong tổng trữ lượng. Nhưng cần nhớ rằng, nhiệt sâu sẽ được bổ sung liên tục do các quá trình nén đá, phân tầng của lòng đất. Theo các chuyên gia, vỏ trái đất tích tụ nhiệt, tổng lượng nhiệt lớn hơn 5.000 lần so với nhiệt lượng của tất cả các phần bên trong hóa thạch của trái đất nói chung. Nó chỉ ra rằng thời gian hoạt động của các trạm địa nhiệt nhân tạo như vậy có thể là không giới hạn.

Tính năng nguồn

Các nguồn có thể thu được năng lượng địa nhiệt hầu như không thể được sử dụng đầy đủ. Chúng tồn tại ở hơn 60 quốc gia trên thế giới, với số lượng núi lửa trên cạn lớn nhất trên lãnh thổ của vành đai núi lửa Thái Bình Dương. Nhưng trên thực tế, hóa ra các nguồn địa nhiệt ở các khu vực khác nhau trên thế giới hoàn toàn khác nhau về đặc tính của chúng, cụ thể là nhiệt độ trung bình, độ mặn, thành phần khí, độ axit, v.v.

Các mạch nước phun là nguồn năng lượng trên Trái đất, điểm đặc biệt là chúng phun ra nước sôi theo những khoảng thời gian nhất định. Sau khi phun trào, hồ bơi trở nên không còn nước, ở dưới đáy, bạn có thể thấy một con kênh ăn sâu vào lòng đất. Các mạch nước phun được sử dụng làm nguồn năng lượng ở các vùng 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?

Macma không được làm lạnh nằm rất gần bề mặt trái đất. Khí và hơi được giải phóng từ nó, bay lên và đi qua các vết nứt. Trộn với nước ngầm, chúng khiến chúng nóng lên, bản thân chúng biến thành nước nóng, trong đó có nhiều chất bị hòa tan. 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, ruột nóng của trái đất là những hang động hoặc khoang được kết nối với nhau bằng các đoạn, vết nứt và kênh. Chúng chỉ chứa đầy nước ngầm, và rất gần chúng là các khoang mắc ma. Theo cách tự nhiên này, nhiệt năng của trái đất được hình thành.

Điện trường trái đất

Có một nguồn năng lượng thay thế khác trong tự nhiên, có thể tái tạo, thân thiện với môi trường và dễ sử dụng. Đúng như vậy, cho đến nay nguồn tài liệu này mới chỉ được nghiên cứu và chưa áp dụng vào thực tế. Vì vậy, thế năng của Trái đất nằm trong điện trường của nó. Có thể thu được năng lượng theo cách này dựa trên việc nghiên cứu các định luật cơ bản của tĩnh điện và các tính năng của điện trường Trái Đất. Trên thực tế, hành tinh của chúng ta theo quan điểm điện là một tụ điện hình cầu được tích điện tới 300.000 vôn. Quả cầu bên trong của nó mang điện tích âm, và quả cầu bên ngoài - tầng điện ly - mang điện tích dương. là chất cách điện. Thông qua nó có một dòng điện ion và dòng đối lưu liên tục, đạt tới cường độ hàng nghìn ampe. Tuy nhiên, sự khác biệt tiềm năng giữa các tấm không giảm trong trường hợp này.

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

Nguồn tái tạo

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

năng lượng nước

Phương pháp này đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ. Ngày nay, một số lượng lớn các đập và hồ chứa đã được xây dựng, trong đó nước được sử dụng để tạo ra năng lượng điện. Bản chất của cơ chế này rất đơn giản: dưới tác động của dòng chảy của sông, các bánh của các tuabin quay tương ứng, năng lượng của nước được chuyển thành năng lượng điện.

Ngày nay, có một số lượng lớn các nhà máy thủy điện chuyển đổi năng lượng của dòng nước thành điện năng. Điểm đặc biệt của phương pháp này là nó có thể tái tạo tương ứng, những thiết kế 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, tuy nhiên, các công trình này lại vượt trội hơn hẳn 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 các công nghệ hiện đại cho phép sử dụng các phương pháp mới cho việc này. Hệ thống lớn nhất trên thế giới được xây dựng trên sa mạc California. Nó cung cấp đầy đủ năng lượng cho 2.000 ngôi nhà. Thiết kế hoạt động như sau: tia nắng mặt trời được phản chiếu từ các tấm gương, được gửi đến nồi hơi trung tâm cùng với nước. Nó sôi 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 như năng lượng mà Trái đất cung cấp cho chúng ta. Gió thổi những cánh buồm, làm quay những chiếc cối xay gió. 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 của cối xay gió, nó sẽ truyền động cho trục tuabin, trục tuabin này, đến lượt nó, được kết nối với máy phát điện.

Nội năng của Trái đất

Nó xuất hiện là kết quả của một số quá trình, trong đó chính là quá trình bồi tụ và phóng xạ. Theo các nhà khoa học, sự hình thành Trái đất và khối lượng của nó đã diễn ra trong vài triệu năm, và điều này xảy ra do sự hình thành của các hành tinh. Chúng dính chặt vào nhau, tương ứng, 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 thể và tiểu hành tinh rơi xuống nó mà không gặp trở ngại nào. Quá trình này chỉ được gọi là sự bồi tụ, và nó dẫn đến thực tế là năng lượng hấp dẫn đáng kể đã được giải phóng. Và các thiên thể lớn va vào hành tinh, lượng năng lượng chứa trong ruột của Trái đất được giải phóng càng lớn.

Sự khác biệt về lực hấp dẫn này dẫn đến thực tế là các chất bắt đầu tách ra: các chất nặng chỉ chìm xuống, trong khi các chất nhẹ và dễ bay hơi nổi lên. Sự khác biệt hóa cũng ảnh hưởng đến việc giải phóng thêm năng lượng hấp dẫn.

Năng lượng nguyên tử

Việc sử dụng năng lượng trái đất có thể xảy ra theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ, với sự giúp đỡ của việc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân, khi năng lượng nhiệt được giải phóng do sự phân rã của các hạt nhỏ nhất của vật chất nguyên tử. Nhiên liệu chính là uranium chứa trong vỏ trái đất. Nhiều người tin rằng phương pháp thu năng lượng này có triển vọng nhất, nhưng việc sử dụng nó có liên quan đến một số vấn đề. Đầu tiên, uranium phát ra bức xạ giết chết tất cả các sinh vật sống. Ngoài ra, nếu chất này xâm nhập vào đất hoặc khí quyển, thì một thảm họa nhân tạo thực sự sẽ xảy ra. Chúng ta đang trải qua những hậu quả đáng buồn của vụ tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl cho đến ngày nay. Sự nguy hiểm nằm ở chỗ chất thải phóng xạ có thể đe dọa mọi sinh vật trong một thời gian rất dài, hàng thiên niên kỷ.

Thời gian mới - ý tưởng mới

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

Càng ngày, chúng càng được xây dựng khi các đập và tuabin được lắp đặt trên miệng của các hồ chứa, chúng được điều khiển bởi ebbs và dòng chảy, tương ứng, thu được điện.

Đốt rác, chúng ta có năng lượng

Một phương pháp khác đã được sử dụng ở Nhật Bản là tạo ra các lò đốt. Ngày nay chúng được xây dựng ở Anh, Ý, Đan Mạch, Đức, Pháp, Hà Lan và Mỹ, nhưng chỉ ở Nhật Bản, những công trình này bắt đầu được sử dụng không chỉ cho mục đích đã định mà còn để sản xuất điện. Tại các nhà máy địa phương, 2/3 tổng lượng rác được đốt, trong khi các nhà máy được trang bị tua bin hơi nước. Theo đó, chúng cung cấp nhiệt và điện cho các khu vực lân cận. Đồng thời, về mặt chi phí, việc xây dựng một xí nghiệp như vậy có lợi hơn nhiều so với việc xây dựng một nhà máy nhiệt điện.

Hấp dẫn hơn là viễn cảnh sử dụng sức nóng của Trái đất, nơi tập trung các ngọn núi lửa. Trong trường hợp này, sẽ không cần thiết phải khoan Trái đất quá sâu, vì đã ở độ sâu 300-500 mét, nhiệt độ sẽ cao hơn ít nhất hai lần so với nhiệt độ sôi của nước.

Cũng có một cách như vậy để tạo ra điện, vì Hydro - nguyên tố hóa học đơn giản nhất và nhẹ nhất - có thể được coi là nhiên liệu lý tưởng, bởi vì nó là nơi có nước. Nếu bạn đốt cháy hydro, bạn có thể nhận được nước, nước bị phân hủy thành oxy và hydro. Bản thân ngọn lửa hydro là vô hại, tức là sẽ không gây hại cho môi trường. Điểm đặc biệt của nguyên tố này là nó có nhiệt trị cao.

Điều gì trong tương lai?

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

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