Tenaga geoterma dan penggunaannya, prospek tenaga geoterma

Terdapat tenaga haba yang sangat besar di dalam Bumi. Anggaran di sini masih agak berbeza, tetapi mengikut anggaran yang paling konservatif, jika kita mengehadkan diri pada kedalaman 3 km, maka 8 x 1017 kJ tenaga geoterma. Pada masa yang sama, skala aplikasi sebenar di negara kita dan di seluruh dunia adalah tidak penting. Apakah isu di sini dan apakah prospek untuk menggunakan tenaga geoterma?

Tenaga geoterma ialah tenaga haba Bumi. Tenaga yang dibebaskan daripada haba semula jadi Bumi dipanggil tenaga geoterma. Sebagai sumber tenaga, haba Bumi, digabungkan dengan teknologi sedia ada, boleh membekalkan keperluan manusia selama bertahun-tahun. Dan itu tidak menyentuh kehangatan yang terlalu dalam, di kawasan yang tidak dapat dicapai sehingga kini.

Selama berjuta-juta tahun, haba ini dibebaskan dari perut planet kita, dan kadar penyejukan teras tidak melebihi 400 ° C setiap bilion tahun! Pada masa yang sama, suhu teras Bumi, menurut pelbagai sumber, pada masa ini tidak lebih rendah daripada 6650 ° C dan secara beransur-ansur menurun ke arah permukaannya. 42 trilion watt haba sentiasa dipancarkan dari Bumi, hanya 2% daripadanya berada di dalam kerak bumi.

Tenaga haba dalaman Bumi dari semasa ke semasa menjelma secara mengancam dalam bentuk letusan beribu-ribu gunung berapi, gempa bumi, pergerakan kerak bumi dan lain-lain, kurang ketara, tetapi tidak kurang global, proses semula jadi.

Pandangan saintifik tentang punca fenomena ini ialah asal usul haba Bumi berkaitan dengan proses berterusan pereputan radioaktif uranium, torium dan kalium di bahagian dalam planet, serta pemisahan graviti jirim. pada terasnya.

Lapisan granit kerak bumi, pada kedalaman 20,000 meter, adalah zon utama pereputan radioaktif di benua, dan untuk lautan, mantel atas adalah lapisan paling aktif. Para saintis percaya bahawa di benua, pada kedalaman kira-kira 10,000 meter, suhu di bahagian bawah kerak adalah kira-kira 700 ° C, manakala di lautan suhu hanya mencapai 200 ° C.

Dua peratus daripada tenaga geoterma dalam kerak bumi adalah 840 bilion watt yang tetap, dan ini adalah tenaga yang boleh diakses secara teknologi. Tempat terbaik untuk mengekstrak tenaga ini ialah kawasan berhampiran tepi plat benua, di mana keraknya lebih nipis, dan kawasan aktiviti seismik dan gunung berapi—di mana haba bumi dimanifestasikan sangat dekat dengan permukaan.

Di mana dan dalam bentuk apakah tenaga geoterma berlaku?

Pada masa ini, pembangunan tenaga geoterma secara aktif terlibat dalam: Amerika Syarikat, Iceland, New Zealand, Filipina, Itali, El Salvador, Hungary, Jepun, Rusia, Mexico, Kenya dan negara-negara lain, di mana haba dari perut planet ini. naik ke permukaan dalam bentuk wap dan air panas, keluar, pada suhu mencapai 300 ° C.

Geyser Iceland dan Kamchatka yang terkenal, serta Taman Negara Yellowstone yang terkenal, yang terletak di negeri-negeri Amerika Wyoming, Montana dan Idaho, meliputi kawasan seluas hampir 9,000 kilometer persegi, boleh disebut sebagai contoh yang jelas.

Apabila bercakap tentang tenaga geoterma, adalah sangat penting untuk diingat bahawa ia kebanyakannya berpotensi rendah, iaitu, suhu air atau wap yang meninggalkan telaga tidak tinggi. Dan ini menjejaskan kecekapan penggunaan tenaga sedemikian dengan ketara.

Hakikatnya ialah untuk pengeluaran elektrik hari ini adalah sesuai dari segi ekonomi untuk suhu penyejuk sekurang-kurangnya 150 ° C. Dalam kes ini, ia dihantar terus ke turbin.

Terdapat pemasangan yang menggunakan air pada suhu yang lebih rendah. Di dalamnya, air panas bumi memanaskan penyejuk sekunder (contohnya, Freon), yang mempunyai takat didih yang rendah. Stim yang dihasilkan memutarkan turbin. Tetapi kapasiti pemasangan sedemikian adalah kecil (10 — 100 kW) dan oleh itu kos tenaga akan lebih tinggi daripada loji kuasa yang menggunakan air suhu tinggi.

GeoPP di New Zealand

Endapan geoterma ialah batuan berliang yang dipenuhi air panas. Ia pada asasnya adalah dandang geoterma semula jadi.

Tetapi bagaimana jika air yang dihabiskan di permukaan bumi tidak dibuang, tetapi dikembalikan ke dandang? Mewujudkan sistem peredaran? Dalam kes ini, bukan sahaja haba air terma, tetapi juga batu di sekeliling akan digunakan. Sistem sedemikian akan meningkatkan jumlahnya sebanyak 4-5 kali ganda. Isu pencemaran alam sekitar dengan air masin dihapuskan, kerana ia kembali ke ufuk bawah tanah.

Dalam bentuk air panas atau wap, haba dihantar ke permukaan, di mana ia digunakan sama ada secara terus untuk memanaskan bangunan dan rumah, atau untuk menjana elektrik. Juga berguna ialah haba permukaan Bumi, yang biasanya dicapai dengan telaga penggerudian, di mana kecerunan meningkat sebanyak 1 °C setiap 36 meter.

Untuk menyerap haba ini, mereka menggunakan pam haba… Air panas dan wap digunakan untuk menjana elektrik dan untuk pemanasan terus, dan haba yang tertumpu jauh tanpa ketiadaan air ditukar kepada bentuk yang berguna oleh pam haba. Tenaga magma dan haba yang terkumpul di bawah gunung berapi diekstrak dengan cara yang sama.

Secara umum, terdapat beberapa kaedah standard untuk menjana elektrik dalam loji kuasa geoterma, tetapi sekali lagi sama ada secara langsung atau dalam skema seperti pam haba.

Dalam kes yang paling mudah, stim hanya diarahkan melalui saluran paip ke turbin penjana elektrik. Dalam skema yang kompleks, wap telah ditulenkan terlebih dahulu supaya bahan terlarut tidak memusnahkan paip. Dalam skema campuran, gas yang terlarut dalam air disingkirkan selepas pemeluwapan wap dalam air.

Akhirnya, terdapat skema binari di mana cecair lain dengan takat didih rendah (skim penukar haba) bertindak sebagai penyejuk (untuk mengambil haba dan menghidupkan turbin penjana).

Yang paling menjanjikan ialah pam haba penyerapan vakum dengan air dan litium klorida. Yang pertama meningkatkan suhu air terma kerana penggunaan elektrik dalam pam air vakum.

Air perigi dengan suhu 60 — 90 ° C memasuki penyejat vakum. Stim yang dihasilkan dimampatkan oleh pengecas turbo. Tekanan dipilih bergantung pada suhu penyejuk yang diperlukan.

Jika air pergi terus ke sistem pemanasan, maka ia adalah 90 — 95 ° C, jika ke rangkaian pemanasan, maka 120 — 140 ° C. Dalam pemeluwap, wap terkondensasi memberikan habanya kepada air yang beredar di pemanasan bandar. rangkaian, sistem pemanasan dan air panas .

Apakah pilihan lain yang ada untuk meningkatkan penggunaan tenaga geoterma?

Salah satu arahan adalah berkaitan dengan penggunaan deposit minyak dan gas yang sebahagian besarnya habis.

Seperti yang anda ketahui, pengeluaran bahan mentah ini di ladang lama dijalankan dengan kaedah banjir air, iaitu, air dipam ke dalam telaga, yang menyesarkan minyak dan gas dari liang takungan.

Apabila penyusutan berlangsung, takungan berliang dipenuhi dengan air, yang memperoleh suhu batuan di sekelilingnya, dan dengan itu mendapan diubah menjadi dandang geoterma, dari mana ia mungkin untuk mengekstrak minyak secara serentak dan mendapatkan air untuk pemanasan.

Sudah tentu, telaga tambahan mesti digerudi dan sistem peredaran dicipta, tetapi ini akan jauh lebih murah daripada membangunkan medan geoterma baharu.

Pilihan lain ialah mengekstrak haba daripada batu kering dengan membentuk zon telap buatan. Intipati kaedah ini adalah untuk mencipta keliangan menggunakan letupan dalam batuan kering.

Pengekstrakan haba dari sistem sedemikian dijalankan seperti berikut: dua telaga digerudi pada jarak tertentu antara satu sama lain. Air dipam menjadi satu, yang, bergerak ke yang kedua melalui liang dan retak yang terbentuk, menghilangkan haba dari batu, memanaskan dan kemudian naik ke permukaan.

Sistem eksperimen sebegini sudah pun beroperasi di Amerika Syarikat dan England. Di Los Alamos (AS), dua telaga - satu dengan kedalaman 2,700 m, dan satu lagi - 2,300 m, disambungkan dengan keretakan hidraulik dan diisi dengan air beredar yang dipanaskan pada suhu 185 ° C. Di England, di Rosemenius kuari, air dipanaskan hingga 80 °C.

Loji kuasa geoterma

Haba planet sebagai sumber tenaga

Berhampiran bandar Itali Larederello menjalankan kereta api elektrik yang dikuasakan oleh wap kering dari perigi. Sistem ini telah beroperasi sejak tahun 1904.

Padang geyser di Jepun dan San Francisco adalah dua lagi tempat terkenal di dunia yang turut menggunakan wap panas kering untuk menjana elektrik. Bagi wap lembap, medannya yang lebih luas adalah di New Zealand, dan kawasan yang lebih kecil - di Jepun, Rusia, El Salvador, Mexico, Nicaragua.

Jika kita menganggap haba geoterma sebagai sumber tenaga, maka rizabnya adalah berpuluh bilion kali lebih tinggi daripada penggunaan tenaga tahunan manusia di seluruh dunia.

Hanya 1% daripada tenaga haba kerak bumi, diambil dari kedalaman 10,000 meter, sudah cukup untuk bertindih ratusan kali ganda rizab bahan api fosil, seperti minyak dan gas, yang dihasilkan secara berterusan oleh manusia, yang membawa kepada penyusutan yang tidak dapat dipulihkan. tanah bawah dan pencemaran alam sekitar.

Ini adalah atas sebab ekonomi. Tetapi loji janakuasa geoterma mempunyai pelepasan karbon dioksida yang sangat sederhana, kira-kira 122 kg setiap megawatt jam tenaga elektrik yang dijana, yang jauh lebih rendah daripada pelepasan daripada penjanaan kuasa bahan api fosil.

GeoPE Perindustrian dan Prospek Tenaga Geoterma

GeoPE perindustrian pertama dengan kapasiti 7.5 MW telah dibina pada tahun 1916 di Itali. Sejak itu, pengalaman yang tidak ternilai telah terkumpul.

Sehingga 1975, jumlah kapasiti terpasang GeoPP di dunia ialah 1278 MW, dan pada tahun 1990 ia sudah menjadi 7300 MW. Jumlah terbesar pembangunan tenaga geoterma adalah di Amerika Syarikat, Mexico, Jepun, Filipina, dan Itali.

GeoPE pertama di wilayah USSR dibina di Kamchatka pada tahun 1966, kapasitinya ialah 12 MW.

Sejak tahun 2003, loji janakuasa geografi Mutnovskaya telah beroperasi di Rusia, yang kuasanya kini 50 MW - ia adalah loji kuasa geoelektrik yang paling berkuasa di Rusia pada masa ini.

GeoPP terbesar di dunia ialah Olkaria IV di Kenya, dengan kapasiti 140 MW.

Pada masa hadapan, kemungkinan besar tenaga haba magma akan digunakan di kawasan planet di mana ia tidak terlalu dalam di bawah permukaan Bumi, serta tenaga haba batu kristal yang dipanaskan, apabila air sejuk dipam ke dalam lubang yang digerudi pada kedalaman beberapa kilometer dan air panas dikembalikan ke permukaan atau wap, selepas itu mereka mendapat pemanasan atau menjana elektrik.

Timbul persoalan - mengapa pada masa ini terdapat begitu sedikit projek yang telah siap menggunakan tenaga geoterma? Pertama sekali, kerana mereka terletak di tempat yang menguntungkan, di mana air sama ada mencurah di permukaan bumi, atau terletak sangat cetek. Dalam kes sedemikian, tidak perlu menggerudi telaga dalam, yang merupakan bahagian paling mahal dalam pembangunan tenaga geoterma.

Penggunaan air terma untuk bekalan haba adalah lebih besar daripada untuk pengeluaran elektrik, tetapi ia masih kecil dan tidak memainkan peranan penting dalam sektor tenaga.

Tenaga Gthermal hanya mengambil langkah pertama dan penyelidikan semasa, kerja eksperimen-industri harus memberi jawapan untuk skala pembangunan selanjutnya.