Geotermisk energi og dens anvendelse, udsigter for geotermisk energi

Der er enorm termisk energi inde i Jorden. Estimater her er stadig ret forskellige, men ifølge de mest konservative skøn, hvis vi begrænser os til en dybde på 3 km, så 8 x 1017 kJ geotermisk energi. Samtidig er omfanget af dets reelle anvendelse i vores land og rundt om i verden ubetydeligt. Hvad er problemet her, og hvad er udsigterne for at bruge geotermisk energi?

Geotermisk energi er energien fra jordens varme. Energi frigivet fra jordens naturlige varme kaldes geotermisk energi. Som energikilde kan Jordens varme kombineret med eksisterende teknologier levere menneskehedens behov i mange, mange år. Og det berører ikke engang varmen, der løber for dybt, i områder, der hidtil ikke var tilgængelige.

I millioner af år frigives denne varme fra vores planets tarme, og kernens afkølingshastighed overstiger ikke 400 ° C pr. milliard år! Samtidig er temperaturen af ​​jordens kerne ifølge forskellige kilder i øjeblikket ikke lavere end 6650 ° C og falder gradvist mod dens overflade. 42 billioner watt varme udstråles konstant fra Jorden, hvoraf kun 2% er i skorpen.

Jordens indre termiske energi manifesterer sig fra tid til anden truende i form af udbrud af tusindvis af vulkaner, jordskælv, bevægelser af jordskorpen og andre, mindre mærkbare, men ikke mindre globale, naturlige processer.

Det videnskabelige synspunkt om årsagerne til dette fænomen er, at oprindelsen af ​​jordens varme er relateret til den kontinuerlige proces med radioaktivt henfald af uran, thorium og kalium i planetens indre, såvel som til den gravitationsmæssige adskillelse af stof i sin kerne.

Granitlaget af jordskorpen, i en dybde på 20.000 meter, er hovedzonen for radioaktivt henfald på kontinenterne, og for oceanerne er den øverste kappe det mest aktive lag. Forskere mener, at på kontinenterne, i en dybde på omkring 10.000 meter, er temperaturen i bunden af ​​skorpen omkring 700 ° C, mens temperaturen i havene kun når 200 ° C.

To procent af den geotermiske energi i jordskorpen er konstante 840 milliarder watt, og det er teknologisk tilgængelig energi. De bedste steder at udvinde denne energi er områder nær kanterne af kontinentalplader, hvor skorpen er meget tyndere, og områder med seismisk og vulkansk aktivitet - hvor jordens varme manifesteres meget tæt på overfladen.

Hvor og i hvilken form opstår geotermisk energi?

I øjeblikket er udviklingen af ​​geotermisk energi aktivt engageret i: USA, Island, New Zealand, Filippinerne, Italien, El Salvador, Ungarn, Japan, Rusland, Mexico, Kenya og andre lande, hvor varmen fra planetens indvolde stiger til overfladen i form af damp og varmt vand, går ud, ved temperaturer, der når 300 ° C.

De berømte gejsere i Island og Kamchatka samt den berømte Yellowstone National Park, der ligger i de amerikanske stater Wyoming, Montana og Idaho, der dækker et område på næsten 9.000 kvadratkilometer, kan nævnes som levende eksempler.

Når man taler om geotermisk energi, er det meget vigtigt at huske, at det for det meste er af lavt potentiale, det vil sige, at temperaturen på vandet eller dampen, der forlader brønden, ikke er høj. Og dette påvirker i høj grad effektiviteten af ​​at bruge sådan energi.

Faktum er, at til produktion af elektricitet i dag er det økonomisk hensigtsmæssigt, at kølevæskens temperatur er mindst 150 ° C. I dette tilfælde sendes den direkte til turbinen.

Der er installationer, der bruger vand ved en lavere temperatur. I dem opvarmer geotermisk vand det sekundære kølemiddel (for eksempel Freon), som har et lavt kogepunkt. Den genererede damp drejer turbinen. Men kapaciteten af ​​sådanne installationer er lille (10 — 100 kW), og derfor vil omkostningerne til energi være højere end i kraftværker, der bruger højtemperaturvand.

GeoPP i New Zealand

Geotermiske aflejringer er porøse sten fyldt med varmt vand. De er i det væsentlige naturlige geotermiske kedler.

Men hvad nu hvis vandet brugt på jordens overflade ikke smides væk, men returneres til kedlen? Oprettelse af et cirkulationssystem? I dette tilfælde vil ikke kun varmen fra det termiske vand, men også de omgivende klipper blive brugt. Et sådant system vil øge dets samlede antal med 4-5 gange. Spørgsmålet om miljøforurening med saltvand fjernes, da det vender tilbage til den underjordiske horisont.

I form af varmt vand eller damp bliver varmen leveret til overfladen, hvor den bruges enten direkte til at opvarme bygninger og huse, eller til at generere elektricitet. Også nyttig er jordens overfladevarme, som normalt nås ved at bore brønde, hvor gradienten stiger med 1 °C for hver 36. meter.

For at absorbere denne varme, bruger de varmepumper… Varmt vand og damp bruges til at generere elektricitet og til direkte opvarmning, og den varme, der er koncentreret dybt i mangel af vand, omdannes til en nyttig form af varmepumper. Energien fra magma og den varme, der ophobes under vulkaner, udvindes på lignende måder.

Generelt findes der en række standardmetoder til at producere elektricitet i geotermiske kraftværker, men igen enten direkte eller i en varmepumpelignende ordning.

I det enkleste tilfælde ledes dampen simpelthen gennem en rørledning til turbinen på en elektrisk generator. I et komplekst skema er dampen forrenset, så opløste stoffer ikke ødelægger rørene. I en blandet ordning elimineres gasser opløst i vand efter kondensering af damp i vand.

Endelig er der et binært skema, hvor en anden væske med lavt kogepunkt (varmevekslerskema) fungerer som et kølemiddel (for at tage varme og for at dreje generatorturbinen).

De mest lovende er vakuumabsorptionsvarmepumper med vand og lithiumklorid. Førstnævnte øger temperaturen på det termiske vand på grund af forbruget af elektricitet i vakuumvandpumpen.

Brøndvand med en temperatur på 60 - 90 ° C kommer ind i vakuumfordamperen. Den genererede damp komprimeres af en turbolader. Trykket vælges afhængigt af den nødvendige kølevæsketemperatur.

Hvis vandet går direkte til varmesystemet, så er det 90 - 95 ° C, hvis til varmenetværkene, så 120 - 140 ° C. I kondensatoren giver den kondenserede damp sin varme til vandet, der cirkulerer i byvarmen netværk, varmesystemer og varmt vand .

Hvilke andre muligheder er der for at øge brugen af ​​geotermisk energi?

En af retningerne er relateret til brugen af ​​stort set udtømte olie- og gasforekomster.

Som du ved, udføres produktionen af ​​dette råmateriale i gamle marker ved metoden til vandoversvømmelse, det vil sige, at vand pumpes ind i brøndene, som fortrænger olie og gas fra reservoirets porer.

Efterhånden som udtømningen skrider frem, fyldes de porøse reservoirer med vand, som får temperaturen på de omgivende bjergarter, og dermed omdannes aflejringerne til en geotermisk kedel, hvorfra det samtidig er muligt at udvinde olie og få vand til opvarmning.

Selvfølgelig skal der bores yderligere brønde og skabes et cirkulationssystem, men det vil være meget billigere end at udvikle et nyt geotermisk felt.

En anden mulighed er at udvinde varme fra tørre sten ved at danne kunstige permeable zoner. Essensen af ​​metoden er at skabe porøsitet ved hjælp af eksplosioner i tørre sten.

Udvinding af varme fra sådanne systemer udføres som følger: to brønde bores i en vis afstand fra hinanden. Vand pumpes ind i den ene, som bevæger sig til den anden gennem de dannede porer og revner, fjerner varme fra klipperne, opvarmes og stiger derefter til overfladen.

Sådanne eksperimentelle systemer er allerede i drift i USA og England. I Los Alamos (USA) er to brønde - den ene med en dybde på 2.700 m, og den anden - 2.300 m, forbundet med hydraulisk frakturering og fyldt med cirkulerende vand opvarmet til en temperatur på 185 ° C. I England, i Rosemenius stenbrud opvarmes vandet til 80 °C.

Geotermisk kraftværk

Jordens varme som energiressource

Nær den italienske by Larederello kører en elektrisk jernbane drevet af tør damp fra en brønd. Systemet har været i drift siden 1904.

Gejserfelter i Japan og San Francisco er to andre berømte steder i verden, der også bruger tør varm damp til at generere elektricitet. Hvad angår fugtig damp, er dens mere omfattende felter i New Zealand og mindre i areal - i Japan, Rusland, El Salvador, Mexico, Nicaragua.

Hvis vi betragter geotermisk varme som en energiressource, så er dens reserver titusindvis af milliarder gange højere end menneskehedens årlige energiforbrug på verdensplan.

Blot 1 % af den termiske energi i jordskorpen, taget fra en dybde på 10.000 meter, ville være nok til at overlappe hundredvis af gange reserverne af fossile brændstoffer, såsom olie og gas, der konstant produceres af menneskeheden, hvilket fører til irreversibel udtømning af undergrunden og af miljøforurening.

Dette skyldes økonomiske årsager. Men geotermiske kraftværker har meget moderate kuldioxidemissioner, omkring 122 kg pr. megawatt-time produceret elektricitet, hvilket er betydeligt mindre end udledninger fra fossilt brændstof.

Industriel GeoPE og geotermiske energiudsigter

Den første industrielle geoPE med en kapacitet på 7,5 MW blev bygget i 1916 i Italien. Siden da er der oparbejdet uvurderlig erfaring.

Fra 1975 var den samlede installerede kapacitet for GeoPP i verden 1278 MW, og i 1990 var den allerede 7300 MW. De største mængder af geotermisk energiudvikling er i USA, Mexico, Japan, Filippinerne og Italien.

Den første geoPE på USSR's territorium blev bygget i Kamchatka i 1966, dens kapacitet er 12 MW.

Siden 2003 har Mutnovskaya geografiske kraftværk været i drift i Rusland, hvis effekt nu er 50 MW - det er det mest kraftfulde geoelektriske kraftværk i Rusland i øjeblikket.

Den største GeoPP i verden er Olkaria IV i Kenya, med en kapacitet på 140 MW.

I fremtiden er det meget sandsynligt, at den termiske energi af magma vil blive brugt i de områder af planeten, hvor den ikke er for dybt under jordens overflade, såvel som den termiske energi af opvarmede krystallinske klipper, når koldt vand pumpes ned i et boret hul i flere kilometers dybde og det varme vand føres tilbage til overfladen eller dampen, hvorefter de får varme eller genererer strøm.

Spørgsmålet opstår - hvorfor er der i øjeblikket så få gennemførte projekter, der bruger geotermisk energi? Først og fremmest fordi de er placeret på gunstige steder, hvor vandet enten hælder på jordens overflade eller er placeret meget lavt. I sådanne tilfælde er det ikke nødvendigt at bore dybe brønde, som er den dyreste del af geotermisk energiudvikling.

Brugen af ​​termisk vand til varmeforsyning er meget større end til produktion af elektricitet, men de er stadig små og spiller ikke en væsentlig rolle i energisektoren.

GTermal energi tager kun de første skridt, og nuværende forskning, eksperimentelt-industrielt arbejde bør give et svar på omfanget af dens videre udvikling.