Геотермальна енергія

0
1060
1 бал2 бали3 бали4 бали5 балів6 балів7 балів8 балів9 балів10 балів ( Ще ніхто не проголосував!)
Геотермальна енергія - це тепло земних надр.

Геотермальна енергія – це тепло земних надр. Виробляється воно в глибинах і надходить до поверхні Землі в різних формах і з різною інтенсивністю.

На деякій глибині – від десятків до сотень метрів – температура ґрунту тримається постійною, вона дорівнює середньорічній температурі повітря біля поверхні Землі. У цьому легко переконатися, спустившись в досить глибоку печеру.

Розігрів глибинних шарів Землі пов’язують, головним чином, з розпадом радіоактивних елементів, які там знаходяться, хоча називають і інші джерела тепла, наприклад фізико-хімічні, тектонічні процеси в глибоких шарах земної кори і мантії. Але чим би це не було обумовлено, температура гірських порід і пов’язаних з ними рідких і газоподібних субстанцій з глибиною зростає. З цим явищем стикаються гірники – в глибоких шахтах завжди жарко. На глибині 1 км тридцятиградусна спека – нормальне явище, а глибше температура ще вище.

У середньому температура з глибиною зростає на 2,5-3 ° C на кожні 100 м. Відношення різниці температур між двома точками, що лежать на різній глибині, до різниці глибин між ними називають геотермічних градієнтом.

Зворотна величина – геотермічний щабель, або інтервал глибин, на якому температура підвищується на 1 ° C.

Чим вище градієнт і відповідно нижчий ступінь, тим ближче тепло глибин Землі підходить до поверхні і тим більш перспективний даний район для розвитку геотермальної енергетики.

Втім, для цілей геотермальної енергетики дані про температури на глибинах понад 10 км поки не становлять практичного інтересу.

На глибинах в кілька кілометрів багато тепла, але як його підняти?

Геотермальна енергетика – виробництво електричної і теплової енергії на геотермальних станціях за рахунок теплової енергії, що міститься в надрах землі. Джерелом такої енергії для будівлі і споруди є тепловий насос. На відміну від інших теплогенераторів (газових, дизельних, електричних), він забирає накопичену землею або підземними ґрунтовими водами тепло і передає його в будинок. Володіє високим, в порівнянні з іншими системами теплопостачання, коефіцієнтом ефективності.

Тепловий насос може повністю покрити потреби будинку у теплі, ГВС, забезпечити пасивне кондиціювання, одночасно виконуючи функції енергозберігаючої системи вентиляції. Витрати електроенергії в порівнянні з традиційними системами опалення / кондиціонування зменшуються в 2 рази.

Принцип роботи теплового насоса – «холодильник навпаки». Працює на електроенергії, але видається теплова потужність в 3-5 разів більше ніж витрачається електроенергії. Термін служби такого насоса- 15-25 років.

Переваги теплових насосів:

Працюють цілорічно, тому що використовують стабільне джерело постійної позитивної температури.
Оснащені функцією охолодження – забезпечують пасивне кондиціонування будівлі через систему опалення.
Мають вбудований бойлер, який нагріває воду для побутових потреб або басейну.
Спеціальний модуль в них відбирає тепло з витяжного повітря і передає його в систему збору тепла (рекуператор-теплообмінник).
В Ісландії в даний час більше 60% всієї споживаної енергії беруть з Землі. У тому числі за рахунок геотермальних джерел забезпечується 90% опалення і 30% вироблення електроенергії. Додамо, що інша частина електроенергії в країні виробляється на ГЕС, тобто також з використанням поновлюваного джерела енергії, завдяки чому Ісландія виглядає певним світовим екологічним стандартом.

Використання геотермальної енергії в XX столітті помітно допомогло Ісландії в економічних відносинах. До середини минулого століття вона була дуже бідною країною, зараз займає перше місце в світі за встановленою потужністю і виробництвом геотермальної енергії на душу населення і знаходиться в першій десятці по абсолютній величині встановленої потужності геотермальних електростанцій. Однак її населення складає всього 300 тисяч чоловік, що спрощує завдання переходу на екологічно чисті джерела енергії: потреби в ній в цілому невеликі.

Крім Ісландії висока частка геотермальної енергетики в загальному балансі виробництва електроенергії забезпечується в Новій Зеландії і острівних державах Південно-Східної Азії (Філіппіни та Індонезія), країнах Центральної Америки і Східної Африки, територія яких також характеризується високою сейсмічною і вулканічною активністю. Для цих країн при їх нинішньому рівні розвитку і потребах геотермальна енергетика вносить вагомий внесок в соціально-економічний розвиток.

Використання геотермальної енергії має досить давню історію. Один з перших відомих прикладів – Італія, містечко в провінції Тоскана, нині зване Лардерелло, де ще на початку XIX століття місцеві гарячі термальні води, які поступають із надр землі природним шляхом або видобуваються з неглибоких свердловин, використовувалися в енергетичних цілях.
Вода з підземних джерел, багата бором, вживалася тут для отримання борної кислоти. Спочатку цю кислоту отримували методом випарювання в залізних бойлерах, а в якості палива брали звичайні дрова з найближчих лісів, але в 1827 році Франческо Лардерел створив систему, яка працювала на теплі самих вод. Одночасно енергію природного водяної пари почали використовувати для роботи бурових установок, а на початку XX століття – і для опалення місцевих будинків і теплиць. Там же, в Лардерелло, в 1904 році термальний водяна пара стала енергетичним джерелом для отримання електрики.
Приклад Італії в кінці XIX-початку XX століття почали наслідувати деякі інші країни. Наприклад, в 1892 році термальні води вперше були використані для місцевого опалення в США (Бойсе, штат Айдахо), в 1919-м – в Японії, в 1928-м – в Ісландії.

У США перша електростанція, яка працювала на гідротермальній енергії, з’явилася в Каліфорнії на початку 1930-х років, в Новій Зеландії – в 1958 році, в Мексиці – в 1959-му, в Росії (перша в світі бінарна ГеоЕС) – в 1965-му .

Вироблення електроенергії вимагає більш високої температури гідроджерел ніж для опалення – більше 150 ° C. Принцип роботи геотермальної електростанції (ГеоЕС) схожий з принципом роботи звичайної теплової електростанції (ТЕС). По суті, геотермальна електростанція – різновид ТЕС.
На ТЕС в ролі первинного джерела енергії виступають, як правило, вугілля, газ або мазут, а робочим тілом служить водяна пара. Паливо, згораючи, нагріває воду до стану пари, яка обертає парову турбіну, а вона генерує електрику.

Відмінність ГеоЕС полягає в тому, що первинне джерело енергії тут – тепло земних надр і робоче тіло у вигляді пари надходить на лопаті турбіни електрогенератора в «готовому» вигляді прямо з видобувної свердловини.

Існують три основні схеми роботи ГеоЕС:

  1. пряма, з використанням сухої (геотермальної) пари;
  2. непряма, на основі гідротермальної води;
  3. змішана, або бінарна.

Застосування тієї чи іншої схеми залежить від агрегатного стану і температури енергоносія.

Принцип роботи ГеоЕС на сухій парі. Геотермальна пара, що надходить з видобувної свердловини, пропускається безпосередньо через парову турбіну. ГеоЕС з непрямою схемою роботи в наш час найпоширеніші. Вони використовують гарячу підземну воду, яка під високим тиском нагнітається в випарник, де частина її випаровується, а отримана пара обертає турбіну. У ряді випадків потрібні додаткові пристрої і контури для очищення геотермальної води і пари від агресивних сполук.

Принцип роботи ГеоЕС з непрямою схемою. Гаряча підземна вода з видобувної свердловини нагнітається в випарник, а отримана пара подається в турбіну.
Відпрацьована пара надходить в свердловину нагнітання або використовується для опалення приміщень, – в цьому випадку принцип той же, що при роботі ТЕЦ.

На бінарних ГеоЕС гаряча термальна вода взаємодіє з іншою рідиною, яка виконує функції робочого тіла з більш низькою температурою кипіння. Обидві рідини пропускаються через теплообмінник, де термальна вода випаровує робочу рідину, пари якої обертають турбіну.
Ця система замкнута, що вирішує проблеми викидів в атмосферу. Крім того, робочі рідини з порівняно низькою температурою кипіння дозволяють використовувати в якості первинного джерела енергії і не дуже гарячих термальних вод.

Цікаві факти про гідротермальну енергію:

  1. Використання геотермальної енергії дає дуже низький рівень викидів парникових газів – приблизно три відсотки від викидів вуглекислого газу від викидів електростанцій, які працюють на викопному паливі.
  2. Геотермальна енергія широко використовується в Каліфорнії на більш ніж 30 геотермальних електростанцій, виробляють понад 90% від геотермальної електроенергії в США.
  3. Питома вага геотермальної енергії в електроенергії становить менше 1 відсотка від загального обсягу електроенергії, виробленої в США.
  4. Геотермальна енергія має мінімальний негативний вплив на навколишнє середовище.
  5. Геотермальна енергія не залежить від Сонця, на відміну від інших поновлюваних джерел енергії.
  6. Геотермальна енергія береться від Землі за допомогою геотермальних теплових насосів.
  7. У деяких районах Ісландії, гаряча вода з геотермальних електростанцій проходить під тротуарами і дорогами, щоб розтоплювати на них лід.

БЕЗ КОМЕНТАРІВ

Увійти за допомогою: 

НАПИСАТИ ВІДПОВІДЬ

Увійти за допомогою: