Геотермальная: как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс / Блог компании Toshiba / Хабр

Содержание

как тепло Земли превратили в эффективный энергоресурс / Блог компании Toshiba / Хабр

Дано: внутри Земли имеется горячее ядро, с его помощью нужно выработать электричество.
Вопрос: как это сделать?
Ответ: построить геотермальную электростанцию.
Разбираемся, как именно, откуда под землёй пар и много ли пользы от такой электростанции.

Самый старый и самый популярный на сегодняшний день метод получения электричества в промышленных масштабах — это вращение турбины генератора мощным потоком горячего пара от вскипевшей из-за принудительного разогрева воды. Если вдуматься, то и в угольной ТЭС, и в современной АЭС суть работы сводится к кипячению воды с той лишь разницей, что в ТЭС для этого сжигается уголь, а в реакторе АЭС её кипятят нагревающиеся в результате управляемой цепной реакции ТВЭЛы.

Но зачем греть воду, если в некоторых местах она поступает из-под земли уже горячей? Нельзя ли использовать её напрямую? Можно: в 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти запустил первый генератор, работавший от пара естественных геотермальных источников, в изобилии присутствующих в Италии. Так появилась первая в мире геотермальная электростанция, которая работает до сих пор.

Впрочем, чтобы обеспечить геотермальной электростанции приемлемые КПД и стоимость, нужна вода определённой температуры, находящаяся не глубже определённого уровня. Если вы захотите построить геотермальную электростанцию (скажем, на своём дачном участке), вам для начала придётся заняться бурением скважин до водоносных слоёв, где вода под огромным давлением разогревается до 150-200 °C и готова выйти на поверхность в виде перегретого кипятка или пара. Ну а далее, подобно электростанциям на ископаемом топливе, поступающий пар будет вращать турбину, которая приведёт в действие генератор, вырабатывающий электричество. Использовать естественное тепло планеты для получения пара — это и есть геотермальная энергетика. А теперь перейдём к деталям.

Немного о тепле Земли

Температура поверхности твёрдого ядра Земли на глубине около 5100 км равна примерно 6000 °C. При приближении к земной коре температура постепенно снижается.

Понятный график изменений температуры породы по мере продвижения к центру Земли. Источник: Wikimedia / Bkilli1

Так называемый геотермический градиент — изменение температуры на определенном участке земной толщи, — в среднем составляет 3 °C на каждые 100 метров. То есть в шахте на глубине 1 км будет стоять тридцатиградусная жара —кто бывал в такой шахте, это подтвердит. Но в зависимости от региона температурный градиент меняется — например, в Кольской сверхглубокой скважине на горизонте 12 км была зафиксирована температура 220 °C, а в некоторых местах планеты, у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичных температур достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров, обычно от 0,5 до 3 км. В американском штате Орегон геотермический градиент 150 °C на 1 км, а в Южной Африке всего 6 °C на 1 км. Отсюда вывод: где угодно хорошую геотермальную станцию не построишь (перед началом работ убедитесь, что ваш дачный участок находится в подходящем месте). Как правило, подходящие места те, где сильная геологическая активность — часто происходят землетрясения и имеются действующие вулканы.

Виды геотермальных электростанций

В зависимости от того, какой источник геотермальной энергии имеется в наличии (скажем, в вашем ДСК), вы будете выбирать тип электростанции. Разберёмся, какие они бывают.

Гидротермальная станция

Упрощенная схема гидротермальной электростанции прямого цикла будет понятна даже ребенку: из земли по трубе поднимается горячий пар, который раскручивает турбину генератора, а после устремляется в атмосферу. Всё действительно так просто, если нам повезло найти подходящий источник пара.

ГеоТЭС прямого цикла. Источник: Save On Energy

Если из имеющейся у вас в наличии скважины бьёт не пар, а пароводяные смеси с температурой выше 150 °C, то потребуется станция комбинированного цикла. Перед турбиной сепаратор будет отделять пар от воды — пар отправится в турбину, а горячая вода либо будет сброшена в скважину, либо перейдет в расширитель, где в условиях низкого давления отдаст дополнительный пар для турбины.

Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками — например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 °C на экономически приемлемой глубине, — а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого в теплообменнике она разогревает другую рабочую жидкость с меньшей температурой кипения, которая, превращаясь в пар, раскручивает турбину, конденсируется и вновь возвращается в теплообменную камеру. В роли таких рабочих жидкостей может выступать, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Бинарный цикл можно сочетать с комбинированным, когда на одну турбину будет подаваться пар, а отделенная вода направится в другой контур для разогрева теплоносителя с низкой температурой кипения.

ГеоТЭС бинарного цикла. Источник: Save On Energy

Петротермальная станция

Разогретые подземные источники — весьма редкое явление в масштабах планеты, как вы, наверное, могли заметить, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции.

Упрощенная схема петротермальной электростанции

Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.

Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально — вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.

В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.

Преимущества геотермальной энергетики

Из сказанного выше следует, что использование тепла Земли для получения электричества в промышленных масштабах, предприятие недешёвое. Но весьма выгодное по ряду причин.

Неисчерпаемость. Электростанции на ископаемом топливе — природном газе, угле, мазуте — сильно зависят от поставок этого самого топлива. Причем опасность заключается не только в прекращении поставок из-за бедствий или изменения политической ситуации, но и в незапланированном скачкообразном росте цен на сырье. В начале 1970-х годов из-за политической турбулентности на Ближнем Востоке разразился топливный кризис, который привел к росту цен на нефть в четыре раза. Кризис дал новый толчок развитию электротранспорта и альтернативных видов энергетики. Одним из плюсов использования земного тепла является его практическая неисчерпаемость (в результате действий человека, по крайней мере). Ежегодный тепловой поток Земли к поверхности составляет порядка 400 000 ТВт·ч в год, что в 17 раз больше, чем за тот же период вырабатывают все электростанции планеты. Температура ядра Земли составляет 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за 1 млрд лет. Не стоит беспокоиться о том, что человечество способно ускорить этот процесс бурением скважин и закачкой туда воды — падение температуры ядра на 1 градус высвобождает 2·1020 кВт·ч энергии, что в миллионы раз больше ежегодного потребления электроэнергии всем человечеством.

Стабильность.

Ветряные и солнечные электростанции крайне чувствительны к погоде и времени дня. Нет солнечного света — нет выработки, станция отдает запас из аккумуляторов. Ослаб ветер — вновь нет выработки, опять в дело вступают батареи с отнюдь не бесконечной емкостью. При соблюдении техпроцессов по обратной отдаче воды в скважину гидротермальная электростанция будет беспрерывно функционировать в режиме 24/7.

Компактность и удобство для сложных районов. Электроснабжение отдаленных областей с изолированной инфраструктурой — задача непростая. Она осложняется еще больше, если район имеет плохую транспортную доступность, а рельеф не походит для строительства традиционных электростанций. Одним из важных плюсов геотермальных электростанций стала их компактность: так как теплоноситель берётся в буквальном смысле из земли, на поверхности строится машинный зал с турбиной и генератором и градирня, которые вместе занимают очень мало места.

Геотермальная станция с выработкой 1 ГВт·ч/год займет площадь 400 м2 — даже в гористой местности геотермальной электростанции потребуется очень небольшой участок и автомобильная дорога. Для солнечной станции с такой же выработкой потребуется 3240 м2, для ветряной — 1340 м2.

Экологичность. Само по себе функционирование геотермальной станции практически безвредно: её выброс углекислого газа в атмосферу оценивается в 45 кг CO2 на 1 кВт·ч выработанной энергии. Для сравнения: у угольных станций на тот же киловатт-час приходится 1000 кг CO2, у нефтяных — 840 кг, газовых — 469 кг. Впрочем, на атомные станции приходится всего 16 кг — уж чего-чего, а углекислого газа они производят минимум.

Возможность параллельной добычи полезных ископаемых. Удивительно, но факт: на некоторых энергоблоках ГеоТЭС, помимо электроэнергии, добывают газы и металлы, растворенные в поступающей из-под земли пароводяной смеси. Их можно было бы просто пустить вместе с отработанным конденсированным паром обратно в скважину, но, учитывая, какие объемы полезных элементов проходят через геотермальную электростанцию, разумнее наладить их добычу. В некоторых районах Италии пар из скважин содержит 150-700 мг борной кислоты на каждый килограмм пара. Одна из местных гидротермических электростанций на 4 МВт расходует 20 кг пара в секунду, поэтому добыча борной кислоты там поставлена на промышленную основу.

Недостатки геотермальной энергетики

Рабочая жидкость опасна. Как было отмечено выше, ГеоТЭС не вырабатывают дополнительных токсичных выбросов, лишь только небольшой объем углекислого газа, на порядок меньший, чем у газовых ТЭС. Что, впрочем, не значит, что подземные воды и пар — это всегда чистые субстанции, сродни минеральной питьевой воде. Пароводяная смесь из земных глубин насыщена газами и тяжелыми металлами, которые свойственны конкретному участку земной коры: свинец, кадмий, мышьяк, цинк, сера, бор, аммиак, фенол и так далее. В некоторых случаях по трубам к ГеоТЭС течёт такой впечатляющий коктейль, что его сброс в атмосферу или водоемы немедленно вызовет локальную экологическую катастрофу.

Результат воздействия геотермальной воды на металлы.

При соблюдении всех требований безопасности пар, отправляемый в атмосферу, тщательно фильтруется от металлов и газов, а конденсат закачивается обратно в скважину. Но в случае нештатных ситуаций или намеренного нарушения технического регламента геотермальная станция может нанести окружающей среде некоторый урон.

Высокая стоимость за киловатт. Несмотря на относительную простоту конструкции ГеоТЭС, первичные вложения в их строительство немалые. Много средств уходит на геологоразведку и анализ, в результате чего себестоимость геотермальных станций колеблется на уровне $2800/кВт установленной мощности. Для сравнения: ТЭС — $1000/кВт, ветряки — $1600/кВт, солнечная электростанция — $1800-2000/кВт, АЭС — около $6000/кВт. Причём для ГеоТЭС приведена усреднённая стоимость, которая может сильно варьироваться в зависимости от страны, рельефа, химического состава пара и глубины бурения.

Относительно низкая мощность. ГеоТЭС в принципе пока не могут сравниться по выработке электроэнергии с ГЭС, АЭС и ТЭС. Даже при бурении большого количества скважин поток пара все равно будет невелик, а произведённого электричества хватит лишь для небольших населённых пунктов.

Самый мощный на 2019 год геотермальный энергокомплекс The Geysers раскинулся на площади 78 км2 в Калифорнии, США. Он состоит из 22 гидротермальных станций и 350 скважин с общей установленной мощность 1517 МВт (реальная выработка 955 МВт), которые покрывают до 60% энергопотребностей северного побережья штата. Мощность всего The Geysers сопоставима с советским реактором РБМК-1500, когда-то работавшем на Игналинской АЭС, где их было два, а сама АЭС располагалась на площади 0,75 км2. ГеоТЭС с выработкой 200-300 МВт считаются очень мощными, большинство же станций по миру оперируют двузначными числами.

Гидротермальная комбинированная станция комплекса The Geysers в Калифорнии. И таких там 22. Источник: Wikimedia / Stepheng3

Где всё это работает и насколько это перспективно

По состоянию на 2018 год во всем мире геотермальные электростанции вырабатывают более 14,3 ГВт энергии, тогда как в 2007 году производили всего 9,7 ГВт. Да, не геотермальная революция, но рост налицо.

Лидером по геотермальной выработке является США со своими 3591 МВт. Впечатляющее значение, которое, однако, составляет всего 0,3% от общей выработки страны. Далее идет Индонезия с 1948 МВт и 3,7%. А вот на третьем месте начинается интересное: на Филиппинах геотермальные электростанции имеют установленную мощность 1868 МВт, при этом на них приходится 27% электричества страны. А в Кении — и вовсе 51%! Япония также входит в десятку лидеров по количеству киловатт, выработанных ГеоТЭС.

Первая геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Она вырабатывала 23,5 МВт, а турбину и генератор для неё произвела Toshiba. В 2010-х годах геотермальная энергия стала наиболее востребованной в странах Африки, где началось активное заключение контрактов и строительство ГеоТЭС. В 2015 году в Кении была открыта станция Olkaria IV, одна из четырёх, находящаяся в зоне Олкария в 120 км от Найроби, с мощностью 140 МВт. С ее помощью правительство снижает зависимость от гидроэлектростанций, сброс воды из которых часто приводит к разрушительным наводнениям.

ГеоТЭС Olkaria IV в Кении. Olkaria V и Olkaria VI планируют ввести в строй в 2021 году. Источник: Toshiba

ГеоТЭС активно строят также в Уганде, Танзании, Эфиопии и Джибути.

В России развитие геотермальной энергетики идет очень неторопливыми темпами, так как в строительстве дополнительных электростанций нет особой необходимости. В 2015 году на долю таких станций приходилось всего 82 МВт.

Паужетская геотермальная станция, построенная на Камчатке в 1966 году, была первой в СССР. Ее изначальная установленная мощность составляла всего 5 МВт, сейчас она доведена до 12 МВт. Вслед за ней появилась Паратунская станция с мощностью всего 600 кВт — первая бинарная ГеоТЭС в мире.

Сейчас в России действуют только четыре станции, три из них питают Камчатку, ещё одна, Менделеевская ГеоТЭС на 3,6 МВт, снабжает остров Кунашир Курильской гряды.

На нашей планете есть немало способов добычи электроэнергии без помощи ископаемого топлива. Какие-то из них, например, солнечная и ветряная энергия, успешно используются уже сейчас. Какие-то, вроде водородных топливных ячеек, пока пребывают на начальной стадии адаптации. Геотермальная энергетика — это наш задел на будущее, раскрыть потенциал которого в полной мере нам еще только предстоит.

что это такое, источники, плюсы и минусы

Кто не мечтает хотя бы раз в жизни найти клад. И мало кто подозревает, что драгоценные ресурсы находятся прямо у нас под ногами. Мы владеем величайшим богатством – геотермальной энергией.

Вы видели когда-нибудь гейзер?

ДаНет

Геотермальная энергия – тепло, исходящее из земли, это естественный, возобновляемый ресурс для производства электричества. Тепло Земли по объемам неисчерпаемо, оно в миллионы раз превышает все энергетические ресурсы вместе взятые.

Даже 1% энергии Земли заменяет не одну сотню электрических станций. Осталось только научиться использовать ее.

Геотермальная энергия – одна из самых перспективных в мире.

Геотермальные источники энергии

Геотермальная энергетика не изобретена человеком. Тепловой энергией наделен сам земной шар с момента возникновения планеты.

Нередко нагретые от природы подземные водоемы располагаются очень близко к поверхности. В таком случае геотермальное тепло визуально определяется невооруженным глазом. Это извергающаяся лава вулканов, геотермальные источники – гейзеры.

Преимущества геотермальной энергии в том, что запасы такого тепла в 10 раз превышают запасы органических ископаемых, основного топлива планеты.

Особенности использования геотермальной энергии

В теории неисчерпаемых ресурсов энергии планеты хватит на нужды человеческой цивилизации. Но на практике мы встречаем проблемы с добычей и переработкой геотермальной энергии. Так первоначальные вложения составляют от 200 до 5000 долларов на 1КВт мощности.

Плюсом считается бесплатный теплоноситель. Для сравнения на ТЭС и АЭС затраты на энергопотребление составляют от 50 до 80%.

Плюсы геотермальной энергии	Недостатки геотермальной энергии
Неисчерпаемость источника	Требуется бурить скважины глубиной до нескольких километров. Не во всех регионах это целесообразно.
Автономность в любое время года, суток, при любых погодно-климатических условиях и других факторах внешней среды	Большие теплопотери при добыче и транспортировке.
Эффективность. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) – 80%	Легкость добычи в районах вулканических извержений и гейзерных месторождениях, где горячая вода залегает на поверхности.
Не требуются большие площади, как при строительстве гидроэлектростанций.	Присутствие токсических и радиоактивных примесей.
Не загрязняют атмосферу.	Невозможность сбросов отработанных отходов в наземные водоемы.
Низкое водопотребление по сравнение с ГЭС и ТЭС, АЭС. 20 л на 1 Квт. В других – до 1000 л.	Обратная закачка воды – технически сложна и энергозатратна.
	Разработка и техническая эксплуатация скважин провоцируют землетрясения.
	Тепло-, шумо- и химическое воздействие на окружающую среду. Накопление твердых опасных отходов.

Геотермальная энергетика: откуда берется энергия?

Применение геотермальной энергии отталкивается от исходной температуры. Теплоноситель, нагретый естественным образом до +30 – +1000С пригоден для отопления без дополнительной трансформации. Вода, пар высокой температуры применяются для выработки электричества.

Принцип работы термальной электростанции похож на устройство ТЭС. Рабочим элементом в обоих случаях служит нагретый пар. А вот методы нагрева различаются. На теплоэлектростанциях воду в пар превращают, используя для нагрева уголь, мазут или природный газ. Термальные установки и теплоноситель берут уже готовым.

Петротермальная энергетика

Верхние слои почвы прогреваются или промерзают естественным образом под воздействием солнечного тепла или при его отсутствии. Играют роль и другие внешние факторы.

Чуть глубже температура держится на одном уровне независимо от солнечной активности. Это ощущали многие, кто спускался в пещеры или подземелья.

Основную роль начинает играть раскаленное земное ядро. Геотермальная энергетика основана на увеличении температуры Земли по мере погружения внутрь. Температура в среднем увеличивается на 2,5 0С каждые 100 метров. В горнодобывающих шахтах жарко, температура держится в пределах 300С.

В цифрах это выглядит следующим образом:

на глубине 5 км t=1250C;
10 км t=2500C;
100 км t=15000C;
400 км t=16000C;
600 км (ядро земли) t=50000C.

Суть петротермальной энергетики:
Чтобы получить тепло из недр земли бурят две скважины. В одну закачивают воду. Под воздействием температуры она испаряется, пар перетекает во вторую скважину, из которой извлекается уже в виде электроэнергии.

При кажущейся простоте геотермальная энергетика остро ставит проблему рентабельности. Сложность заключается в подъеме глубинного тепла на поверхность и использовании отработанной воды.

Гидротермальная энергетика

Иногда проблему добычи геотермальной энергии решает сама природа. Нагретые вода или пар – естественный теплоноситель – выходят на поверхность или залегают на небольшой глубине. При этом их температура хоть не на много, но выше окружающего воздуха.

Это и есть геотермальная энергия. Она пригодна для отопления, но встречается в природе реже чем петротермальная, которая присутствует везде, но добывать ее гораздо труднее.

Ресурсы гидротермальной энергии в 100 раз ниже. Соответственно, 35 и 3500 триллионов тонн топлива.

Сферы применения

Эксплуатация геотермальной энергии началась еще в XIX веке. Первым был опыт итальянцев, живущих в провинции Тоскана, которые использовали теплую воду источников для отопления. С ее же помощью работали установки бурения новых скважин.

Тосканская вода богата бором и при выпаривании превращалась в борную кислоту, бойлеры работали на тепле собственных вод. В начале XX века (1904 год) тосканцы пошли дальше и запустили электростанцию, работающую на водяном паре. Пример итальянцев стал важным опытом для США, Японии, Исландии.

Сельское хозяйство и садоводство

Геотермальная энергия используется в сельском хозяйстве, в здравоохранении и быту в 80 странах мира.

Первое, для чего применяли и применяют термальную воду, это обогрев теплиц и оранжерей, что дает возможность получать урожай овощей, фруктов и цветов даже зимой. Теплая вода пригодилась и при поливе.

Перспективным направлением у сельхозпроизводителей считается выращивание сельскохозяйственных культур на гидропонике. Некоторые рыбхозяйства используют подогретую воду в искусственных водоемах, для разведения мальков и рыбы.

Эти технологии распространены в Израиле, Кении, Греции, Мексике.

Промышленность и ЖКХ

Больше века назад горячий термальный пар уже был основой для выработки электричества. С тех пор он служит промышленности и коммунальному хозяйству.

В Исландии 80% жилья отапливаются термальной водой.

Разработано три схемы производства электричества:

Прямая, использующая водяной пар.
Самая простая: применяется там, где есть прямой доступ к геотермальным парам.
Непрямая, использует не пар, а воду.
Она подается в испаритель, преобразуется в пар техническим методом и направляется в турбогенератор.

Вода требует дополнительной очистки, потому что содержит агрессивные соединения, способные разрушить рабочие механизмы. Отработанный, но еще не остывший пар пригоден для нужд отопления.

Смешанная (бинарная).
Вода заменяет топливо, которое подогревает другую жидкость с более высокой теплоотдачей. Она приводит в действие турбину.

Бинарная система на основе геотермальной энергии

В бинарной системе задействована турбина, которая активируется энергией нагретой воды.

Используют гидротепловую энергетику США, Россия, Япония, Новая Зеландия, Турция и другие страны.

Геотермальные системы отопления для дома

Для отопления жилья пригоден носитель тепла, нагретый до +50 – 600С, таким требованием соответствует геотермальная энергия. Города с населением в несколько десятков тысяч человек могут отапливаться теплом земных недр. В качестве примера: отопление города Лабинск Краснодарского края работает на естественном земном топливе.

Использование Геотермальной энергетики в ЖКХ

Схема геотермальной системы для отопления дома

Не нужно тратить силы и время на подогрев воды и строить котельную. Теплоноситель берут напрямую из гейзерного источника. Эта же вода подходит и для горячего водоснабжения. В первом и во втором случае она проходит необходимую предварительную техническую и химическую очистку.

Полученная энергия обходится вдвое-втрое дешевле. Появились установки для частных домов. Стоят они дороже, чем традиционные топливные котлы, но в процессе эксплуатации оправдывают затраты.

Преимущества и недостатки использования геотермальной энергии для отопления дома.

Крупнейшие производители геотермальной энергии

В использовании геотермальная энергия по объемам уступает другим разрабатываемым восполняемым энергетическим ресурсам. Но там, где иные полезные ископаемые отсутствуют или нет возможности их использовать, при поддержке государственных программ она получила основное развитие.

Геотермальная энергетика распространена в странах Юго-Восточной Азии, Восточной Африки и Центральной Америки.

Однако страны, использующие геотермальную энергию, есть в разных частях света.

В Европе – Исландия, Италия, Франция, Литва.
В Америке – США, Мексика, Никарагуа, Коста-Рика.
В Азии – Япония, Китай, Филиппины, Индонезия, Таджикистан.
В Африке – Кения.
В Австралии – Новая Зеландия.

Энергию горячих источников дают вулканизированные территории Земли. Это Камчатка и Курилы, Японские и Филиппинские острова, горные системы Кордильер и Анд.

Крупнейший на сегодня страна-производитель, которая обладает запасами геотермальной энергии, это Соединенные Штаты Америки. В Штатах построено 77 ГеоТЭС. За короткое время с момента разработок и начала эксплуатации страна стала экспортером энергии и самих технологий.

Знаменитая и самая мощная группа термальных электростанций (22 штуки) называется «Гейзерс», находится она в 100 километрах севернее Сан-Франциско. Другие промышленные энергетические зоны построены в Неваде и Калифорнии.

В Филиппинах треть электроэнергетики подземная. 3 позиция в мире принадлежит Мексике.

Освоение перспективных технологий в этом разделе энергетичекой отрасли связывают с Исландией. На ее территории почти 3 десятка действующих и потухших вулканов, что и обуславливает специализацию энергопроизводства.

Геотермальная энергия в Исландии составляет 25-30% от производимой. Энергетика страны пользуется горячими гейзерными источниками, которые здесь представлены в изобилии. Так главный город государства Рейкьявик обслуживается электростанцией такого принципа действия, а всего их в государстве пять.

Исландия – эталон экологического устройства жизни на планете, так как основную часть энергии берет из Земли, а в остальном использует возобновляемую энергию воды.

Кроме этого прирученное тепло земли помогло Исландии за короткое время из экономически отсталой страны превратиться в стабильное процветающее государство.

Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России

Геотермальную энергетику в России использовали с середины прошлого века. Первая паровая геотермальная электростанция заработала еще в 1967 году на Камчатке (Паратунская ГеоТЭС). Камчатка для России – передовой край подобных разработок. 40% электроэнергии, производимой на Камчатке, это результат преобразования подземного тепла. Ее потенциал оценен в 5000 МВт.

Использование геотермальной энергии в России промышленным способом практикуют на 20 месторождениях. Всего их разведано 56.

Самые известные территории месторождений:

Камчатка;
Ставропольский край;
Краснодарский край;
Дагестанская республика;
Карачаево-Черкесская республика.

Большие запасы открыты на Кавказе: Ингушетия, Чечня, Осетия, Кабардино-Балкария, Закавказье. В Кавказском регионе используется тепловая энергия подземных вод. На Камчатке строятся геоэлектростанции.

В России тепло земных недр имеет серьезную конкуренцию – месторождения нефти, газа, каменного угля, а также лесные угодья.

Геотермальные электростанции прекрасная альтернатива традиционным методам получения энергии.

Геотермальная энергетика и дальше будет развиваться в регионах, относящихся к «огненному поясу Земли». А в будущем передовые страны направят энергопотребление в сторону освоения петротермального ресурса, который теоретически можно использовать в любой точке планеты.

Геотермальная энергия имеет прямую географическую зависимость и концентрируется в зонах с тектоническими трещинами горных массивов и сейсмической активностью. Поэтому в общей массе энергетики ее доля составляет всего лишь 1%, а в некоторых регионах повышается до 25-30%.

Технологически производство геотермальной энергии намного проще, чем выработка ветряной и солнечной электроэнергии. Дальше она будет распространяться и расти, так как имеет высокие показатели доступности и экологичности. Это при том, что альтернативные источники традиционной энергии неуклонно дорожают, рано или поздно будут исчерпаны и просто не останется иного выхода.

А Вы сортируете мусор?

ДаНет

Геотермальная энергия как возобновляемый источник энергетики

Термин “геотермальная энергия” происходит от греческого слова земля (гео) и тепловой (термальный). По сути, геотермальная энергия исходит из самой земли. Тепло от ядра земли, температура которого в среднем составляет 3600 градусов Цельсия, излучается в сторону поверхности планеты.

Обогрев источников и гейзеров под землей на глубине в несколько километров может осуществляться с помощью специальных скважин, через которые поступает горячая вода (или пар от неё) до поверхности, где она может использоваться непосредственно как тепло или косвенно для выработки электроэнергии путем включения вращающихся турбин.

Так как вода под поверхностью земли постоянно пополняется, а ядро Земли будет продолжать вырабатывать тепло относительно человеческой жизни бесконечно, геотермальная энергия,в конечном счете, чистая и возобновляемая.

Методы сбора энергетических ресурсов Земли

Сегодня есть три основных метода сбора геотермальной энергии: сухой пар, горячая вода и бинарный цикл. Процесс с сухим паром прямо вращает привода турбин генераторов электроэнергии. Горячая вода поступает снизу вверх, затем распыляется в бак, чтобы создать пар для привода турбин. Эти два метода являются наиболее распространенными, генерируя сотни мегаватт электроэнергии в США, Исландии, Европе, России и других странах. Но расположение ограничено, так как эти заводы работают только в тектонических регионах, где легче получить доступ к подогретой воде.

При технологии бинарного цикла извлекается на поверхность теплая (не обязательно горячая) вода и объединяют её с бутаном или пентаном, который имеет низкую температуру кипения. Эта жидкость перекачивается через теплообменник, где испаряется и направляется через турбину перед рециркуляцией обратно в систему. Технологии бинарного цикла дает десятки мегаватт электроэнергии в США: Калифорнии, Неваде и на Гавайских островах.

Принцип получения энергии

Недостатки получения геотермальной энергии

На уровне полезности, геотермальные электростанции являются дорогостоящими, чтобы построить и работать. Для поиска подходящего места требуется дорогостоящее обследование скважин без гарантии попадания в продуктивную подземную горячую точку. Тем не менее, аналитики ожидают увеличения этой мощности почти вдвое в течение следующих шести лет.

Кроме того районы с высокой температурой подземного источника находятся в районах с активными геологохимическими вулканами. Эти «горячие точки» образовались на границах тектонических плит в местах, где кора достаточно тонкая. Тихоокеанский регион, часто называют как кольцо огня для многих вулканов, где есть много горячих точек, в том числе на Аляске, Калифорнии и Орегоне. Невада имеет сотни горячих точек, охватывающих большую часть северной части США.

Есть и другие сейсмически активные районы. Землетрясения и движение магмы позволяют воде циркулировать. В некоторых местах вода поднимается к поверхности и природные горячие источники и гейзеры происходят, такие, как на Камчатке. Вода в гейзерах Камчатки достигает 95° C.

Одна из проблем открытой системы гейзеров является выделение некоторых загрязнителей воздуха. Сульфид водорода — токсичный газ с очень узнаваемым запахом «тухлого яйца» — небольшое количество мышьяка и минералов, выпущенных с паром. Соль также может представлять экологическую проблему.

На геотермальных электростанциях расположенных в море значительное количество мешающей соли накапливается в трубах. В замкнутых системах нет выбросов и возвращается вся жидкость доведенная до поверхности.

Экономический потенциал энергоресурса

Сейсмически активные точки не являются единственными местами, где можно найти геотермальную энергию. Существует постоянный запас полезного тепла для целей прямого нагрева на глубине везде от 4 метров до нескольких километров ниже поверхности практически в любом месте на земле. Даже земля на собственном заднем дворе или в местной школе имеет экономический потенциал в виде тепла, чтобы выдавать в дом или другие здания.

Кроме того существует огромное количество тепловой энергии в сухих скальных образованиях очень глубоко под поверхностью (4 – 10 км).

Использование новой технологии может расширить геотермальные системы, где люди смогут использовать это тепло для производства электроэнергии в гораздо большем масштабе, чем обычные технологии. Первые демонстрационные проекты этого принципа получения электричества показаны в Соединенных Штатах и Австралии еще в 2013 году.

Если полный экономический потенциал геотермальных ресурсов может быть реализован, то это будет представлять огромный источник электроэнергии для производственных мощностей. Ученые предполагают, что обычные геотермальные источники имеют потенциал 38 000 МВт, который может производить 380 млн МВт электроэнергии в год.

Горячие сухие породы залегают на глубинах от 5 до 8 км везде под землей и на меньшей глубине в определенных местах. Доступ к этим ресурсам предполагает введение холодной воды, циркулирующей через горячие скальные породы и отвода нагретой воды. В настоящее время нет коммерческого применения этой технологии. Существующие технологии пока не позволяют восстанавливать тепловую энергию непосредственно из магмы, очень глубоко, но это самый мощный ресурс геотермальной энергии.

С комбинацией энергоресурсов и ее последовательности, геотермальная энергия может играть незаменимую роль как более чистая, более устойчивая энергетическая система.

Конструкции геотермальных электростанций

Геотермальная энергия – это чистое и устойчивое тепло от Земли. Большие ресурсы находятся в диапазоне в нескольких километрах под поверхностью земли, и еще глубже, до высокой температуры расплавленной породы, называемой магмой. Но как описано выше люди пока не добрались к магме.

Практически везде, в неглубоких местах ниже 3 метров от поверхности земля имеет практически постоянную температуру от 10° до 16°C. Геотермальные тепловые насосы могут использовать этот ресурс для отопления или охлаждения зданий.

Геотермальная теплонасосная система состоит из теплового насоса, воздушной системы доставки (воздуховодов), а теплообменник – это система труб находящихся в неглубоких местах возле здания. В зимнее время тепловой насос извлекает тепло из теплообменника и подает его в крытую систему подачи воздуха. Летом происходит обратный процесс, и тепловой насос переносит тепло от внутреннего воздуха в теплообменник. Тепло, удаляемое из воздуха в помещениях в течение лета также может быть использовано, чтобы обеспечить бесплатный источник горячей воды.

Некоторые геотермальные электростанции используют пар из резервуара для вращения турбины генератора, в то время как другие используют горячую воду для кипения рабочей жидкости, которая испаряется и затем вращает турбину. Горячая вода у поверхности Земли может быть использована непосредственно для тепла. Прямое использование включает отопление зданий, выращивание растений в теплицах, сушки культур, подогрева воды в рыбоводных хозяйствах, а также ряд промышленных процессов, таких как пастеризация молока.

Структура геотермальных электростанций

Традиционная геотермальная энергия – это зрелая технология, которая может обеспечить базовую мощность или круглогодичного теплоснабжения. Ресурс может быть использован только в благоприятных регионах. Соответствие спроса на тепловую энергию от доступных ресурсов может быть сложен, учитывая стоимость и сложность транспортировки тепла на большие расстояния.

В настоящее время наиболее распространенным способом использования энергии из геотермальных источников является метод естественной «гидротермальной конвекции» где воды просачиваются через земную кору, нагреваются, а затем поднимаются к поверхности. После этого нагретая вода используется для привода электрических генераторов.

Существуют три основные конструкции для геотермальных электростанций:

В простейшей конструкции сухой пар проходит непосредственно через турбины, а затем конденсатор, где пар конденсируется в воду.
Во втором подходе очень горячая вода превращается в пар, который затем может использоваться для привода турбины.
В третьем подходе, называемый бинарная система, горячая вода проходит через теплообменник, где нагревает вторую жидкость — например, изобутан — в замкнутом цикле. Изобутан кипит при низкой температуре, чем вода, поэтому он более легко превращается в пар для запуска турбины.

Три конструкции геотермальных электростанций

Технология применения определяется ресурсом. Если вода поступает из скважины как пар, она может использоваться непосредственно. Если горячая вода достаточно высокой температуры она должна пройти через теплообменник.

Первая скважина для производства энергии была пробурена до 1924 года. Более глубокие скважины были пробурены в 1950-х, но реальное развитие происходит в 1970-х и 1980-х годов.

Прямое использование геотермального тепла

Геотермальные источники также могут использоваться непосредственно для целей отопления. Горячая вода используется для обогрева зданий, выращивания растений в теплицах, сушки рыбы и сельскохозяйственных культур, улучшение добычи нефти, помощи в промышленных процессах как пастеризаторы молока и обогрев воды на рыбных фермах. В США Кламат-Фолс, штат Орегон и Бойсе, Айдахо геотермальная вода используется для обогрева домов и зданий более века. На восточном побережье, город Уорм-Спрингс, Вирджиния получает тепло непосредственно из родниковой воды, используя источники тепла на одном из местных курортов.

В Исландии практически каждое здание в стране нагревается горячей родниковой водой. В самом деле Исландия получает более 50 процентов первичной энергии из геотермальных источников. В Рейкьявике, например, (население 118 тыс. чел), горячая вода передается по конвейеру на 25 километров, и жители используют её для отопления и естественных нужд.

Новая Зеландия, получает 10% своей электроэнергии дополнительно. Геотермальная энергетика в России находится в недостаточном развитии, несмотря на наличие термальных вод.

Геотермальная энергетика — Википедия с видео // WIKI 2

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на использовании тепловой энергии недр Земли для производства электрической энергии на геотермальных электростанциях, или непосредственно, для отопления или горячего водоснабжения. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

Запасы тепла Земли практически неисчерпаемы — при остывании ядра на 1 °C выделится 2*10²⁰ кВт⋅ч энергии, что в 10000 раз больше, чем содержится во всем разведанном ископаемом топливе, и в миллионы раз больше годового энергопотребления человечества. При этом температура ядра превышает 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за миллиард лет.

Тепловой поток, текущий из недр Земли через её поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла (400 тыс. ТВт⋅ч в год, что в 17 раз больше всей мировой выработки, и эквивалентно сжиганию 46 млрд тонн угля), а тепловая мощность, вырабатываемая Землей за счет радиоактивного распада урана, тория и калия-40 оценивается в 33±20 ТВт, т.е. до 70% теплопотерь Земли восполняется^[1]. Использование даже 1% этой мощности эквивалентно нескольким сотням мощных электростанций. Однако, плотность теплового потока при этом составляет менее 0,1 Вт/м² (в тысячи и десятки тысяч раз меньше плотности солнечного излучения), что затрудняет её использование.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее +100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении и Таджикистане.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Ниже описана гидротермальная энергетика^[2].

Энциклопедичный YouTube

1/5
Просмотров:
7 258
12 777
6 146
631 634
1 711

✪ Геотермальные электростанции на Камчатке (Geothermal power plants in Kamchatka)
✪ Геотермальная энергия: новые технологии
✪ Как устроена система электроснабжения
✪ Галилео. АЭС
✪ Электроэнергетика, гидроэнергетика, альтернативная энергетика

Содержание

Классификация

По способу извлечения теплоносителя:^[3]

Традиционные
- Фонтанные — когда имеет место самоизлив геотермального теплоносителя за счёт давления в недрах земли.
- Насосные — используются, когда давление недостаточно для фонтанирования.
Геоциркуляционные — охлаждённый геотермальный теплоноситель закачивается обратно под землю.

По типу используемых ресурсов:^[4]

Гидротермальные — использующие теплоту геотермальных вод естественного происхождения.
Петротермальные — использующие теплоту сухих горных пород.

Ресурсы

Перспективными источниками перегретых вод обладают множественные вулканические зоны планеты в том числе Камчатка, Курильские, Японские и Филиппинские острова, обширные территории Кордильер и Анд.

Россия
На 2006 год в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тысяч м³/сутки. На двадцати месторождениях ведётся промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Черкесское и Казьминское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России.

Достоинства и недостатки

Достоинства

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Коэффициент использования установленной мощности ГеоТЭС может достигать 80%, что недостижимо для любой другой альтернативной энергетики.

Недостатки

Экономическая обоснованность скважин

Для того, чтобы преобразовать тепловую энергию в электрическую с помощью какой-нибудь тепловой машины (например, паровой турбины), необходимо, чтобы температура геотермальных вод была достаточно велика, иначе КПД тепловой машины будет слишком низким (например, при температуре воды 40°C и температуре окружающей среды 20°C КПД идеальной тепловой машины составит всего 6%, а КПД реальных машин ещё ниже, кроме того, часть энергии будет потрачена на собственные нужды станции — например, на работу насосов, которые выкачивают теплоноситель из скважины и закачивают отработанный теплоноситель обратно). Для генерации электроэнергии целесообразно использовать геотермальную воду температурой от 150°C и выше. Даже для отопления и горячего водоснабжения требуется температура не ниже 50°C. Однако, температура Земли растет с глубиной довольно медленно, обычно геотермический градиент составляет всего 30°C на 1 км, т.е. даже для горячего водоснабжения потребуется скважина глубиной более километра, а для генерации электроэнергии — несколько километров. Бурение таких глубоких скважин обходится дорого, кроме того, на перекачку теплоносителя по ним тоже требуется затратить энергию, поэтому использование геотермальной энергии далеко не везде целесообразно. Практически все крупные ГеоЭС расположены в местах повышенного вулканизма — Камчатка, Исландия, Филиппины, Кения, поля гейзеров^[en] в Калифорнии и т.д, где геотермический градиент гораздо выше, а геотермальные воды находятся близко к поверхности.

Экология теплоносителя

Одна из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт, на что требуется расход энергии. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия) , неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Закачка отработанной воды необходима еще и для того, чтобы давление в водоносном пласте не упало, что приведет к уменьшению выработки геотермальной станции или её полной неработоспособности.

Наибольший интерес представляют высокотемпературные термальные воды или выходы пара, которые можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

Провоцирование землетрясений

Пхоханское землетрясение 2017 года

Экономическая обоснованность бурения и инфраструктуры скважин заставляет выбирать места с большим геотермическим градиентом.^[5] Та

Геотермальная электрическая станция — принцип работы, виды и распространение в Мире

Геотермальная электрическая станция – это комплекс инженерных устройств, преобразующих тепловую энергию планеты в электрическую энергию.

Геотермальная энергетика

Содержание статьи

Геотермальная энергетика относится к «зеленым» видам энергии. Данный способ энергообеспечения потребителей получил широкое распространение в регионах с термической активностью планеты для различных видов использования.

Геотермальная энергия бывает:

Петротермальная, когда источник энергии — слои земли обладающие высокой температурой;
Гидротермальная, когда источник энергии — подземные воды.

Геотермальные установки используются для энергоснабжения предприятий сельского хозяйства, промышленности и в жилищно-коммунальной сфере.

Принцип работы геотермальной электростанции

В современных геотермальных установках преобразование тепловой энергии земли в электрическую осуществляют нескольким способами, это:

Прямой метод

В установках такого вида, пар, поступающий из недр земли, работает в непосредственном контакте с паровой турбиной. Пар подается на лопасти турбины, которая свое вращательное движение передает генератору, вырабатывающему электрический ток.

Не прямой метод

В этом случае из земли закачивается раствор, который поступает на испаритель, и уже после испарения, полученный пар поступает на лопасти турбины.

Смешанный (бинарный) метод

В устройствах, работающих по этому методу, вода из скважины поступает на теплообменник, в котором, передает свою энергию теплоносителю, который, в свою очередь, под воздействием полученной энергии испаряется, а образовавшийся пар поступает на лопасти турбины.
В геотермальных установках, работающих по прямому методу (способу) воздействия на турбину, источником энергии служит геотермальный пар.

Во втором методе — используются перегретые гидротехнические растворы (гидротермы), которые обладают температурой выше 180 *С.

При бинарном методе – используются горячая вода, забираемая из слоев земли, а в качестве парообразующей используется жидкости с меньшей температурой кипения (фреон и подобные).

Плюсы и минусы

К достоинствам использования электростанций данного вида можно отнести:

Это возобновляемый источник энергии;
Огромные запасы в дальней перспективе развития;
Способность работать в автономном режиме;
Не подверженность сезонным и погодным факторам влияния;
Универсальность – производство электрической и тепловой энергии;
При строительстве станции не требуется устройство защитных (санитарных) зон.

Недостатками станций являются:

Высокая стоимость строительства и оборудования;
В процессе работы вероятны выбросы пара с содержанием вредных примесей;
При использовании гидротермов из глубинных слоев земли, необходима их утилизация.

Геотермальные станции в России

Геотермальная энергетика, наряду с прочими видами «зеленой» энергетики, неукоснительно развивается на территории нашего государства. По расчетам ученых, внутренняя энергия планеты, в тысячи раз превышает количество энергии содержащейся в природных запасах традиционных видах топлива (нефть, газ).

В России успешно работают геотермальные станции, это:

Паужетская ГеоЭC

Расположена около поселка Паужетка на полуострове Камчатка. Ведена в эксплуатацию в 1966 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 12,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 124,0 млн.кВт.часов;
Количество энергоблоков – 2.

Ведутся работы по реконструкции, в результате которой электрическая мощность увеличится до 17,0 МВт.

Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС

Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 1999 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 12,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 63,0 млн.кВт.часов;
Количество энергоблоков – 3.

Мутновская ГеоЭС

Наиболее крупная электрическая станция подобного типа. Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 2003 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 50,0 МВт;
Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 350,0 млн кВт.часов;
Количество энергоблоков – 2.

Океанская ГеоЭС

Расположена в Сахалинской области. Введена в эксплуатацию в 2007 году.
Технические характеристики:

Электрическая мощность – 2,5 МВт;
Количество энергомодулей – 2.

Менделеевская ГеоТЭС

Расположена на острове Кунашир. Введена в эксплуатацию в 2000 году.

Технические характеристики:

Электрическая мощность – 3,6 МВт;
Тепловая мощность – 17 Гкал/час;
Количество энергомодулей – 2.

В настоящее время ведется модернизация станции, после которой мощность составит 7,4 МВт.

Геотермальные станции в мире

Во всех технически развитых странах, где есть сейсмически активные территории, где внутренняя энергия земли выходит наружу, строятся и эксплуатируются геотермальные электрические станции. Опытом строительства подобных инженерных объектов обладают:

США

Страна с наибольшим количеством потребления электрической энергии, вырабатываемой гелиотермическим станциями.

Установленная мощность энергоблоков составляет более 3000 МВт- это 0,3% от всей вырабатываемой электрической энергии в США.

Наиболее крупные это:

Группа станций «The Geysers». Расположена в Калифорнии, в состав группы входит 22 станции, установленной мощностью 1517,0 МВт.
В штате Калифорния, станция «Imperial Valley Geothermal Area» установленной мощностью 570,0 МВт.
В штате Невада станция «Navy 1 Geothermal Area» установленной мощностью 235,0 МВт.

Филиппины

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1900 МВт, что составляет 27 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

«Макилинг-Банахау» установленной мощностью 458,0 МВт.
«Тиви», установленная мощность 330,0 МВт.

Индонезия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 1200 МВт, что составляет 3,7 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

«Sarulla Unit I», установленная мощность – 220,0 МВт.
«Sarulla Unit II», установленная мощность — 110,0 МВт.
«Sorik Marapi Modular», установленная мощность — 110,0 МВт.
«Karaha Bodas», установленная мощность – 30,0 МВт.
«Ulubelu Unit» — находится в стадии строительства на Суматре.

Мексика

Установленная мощность энергоблоков составляет 1000 МВт, что составляет 3,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупная:

«Cerro Prieto Geothermal Power Station», установленной мощностью 720,0 МВт.

Новая Зеландия

Установленная мощность энергоблоков составляет более 600 МВт, что составляет 10,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупная:

«Ngatamariki», установленной мощностью 100,0 МВт.

Исландия

Установленная мощность энергоблоков составляет 600 МВт, что составляет 30,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.

Наиболее крупные станции:

«Hellisheiði Power Station», установленной мощностью 300,0 МВт.
«Nesjavellir», установленной мощностью 120,0 МВт.
«Reykjanes», установленной мощностью 100,0 МВт.
«Svartsengi Geo», установленной мощностью 80,0 МВт.

Кроме выше перечисленных, геотермальные электростанции работают в Австралии, Японии, странах Евросоюза, Африки и Океании.

Геотермальная энергетика — это… Что такое Геотермальная энергетика?

Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Ниже описана гидротермальная энергетика.^[1]

Ресурсы

Россия
На 2006 г. в России разведано 56 месторождений термальных вод с дебитом, превышающим 300 тыс. м³/сутки. На 20 месторождениях ведется промышленная эксплуатация, среди них: Паратунское (Камчатка), Казьминское и Черкесское (Карачаево-Черкесия и Ставропольский край), Кизлярское и Махачкалинское (Дагестан), Мостовское и Вознесенское (Краснодарский край).

Достоинства и недостатки

Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Существуют следующие принципиальные возможности использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в зависимости от их температуры можно направлять для горячего водоснабжения и теплоснабжения, для выработки электроэнергии либо одновременно для всех этих целей. Высокотемпературное тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Например, по имеющимся данным^{[источник не указан 489 дней]}, в Западной Сибири имеется подземное море площадью 3 млн м² с температурой воды 70—90 °С. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.

Главная из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

Геотермальная электроэнергетика в мире

Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновимых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, в которых отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х составляла около 5 тысяч МВт, на начало 2000-х — около 6 тысяч МВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций во всём мире выросла до 10,5 тысяч МВт^[2].

США

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт^[5]. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт.

Наиболее мощная и известная группа геотермальных электростанций находится на границе округов Сонома и Лейк в 116 км к северу от Сан-Франциско. Она носит название «Гейзерс»(«Geysers») и состоит из 22 геотермальных электростанций с общей установленной мощностью 1517 МВт^[6]. «На «Гейзерс» сейчас приходится одна четвертая часть всей произведенной в Калифорнии альтернативной [не-гидро] энергии»^[7]. К другим основным промышленным зонам относятся: северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности)и геотермальные электростанции в Неваде, чья установленная мощность достигает 235 МВт.

Важно отметить тот факт, что американские компании являются мировыми лидерами в этом секторе, несмотря на то, что геотермальная энергетика начала активно развиваться в стране сравнительно недавно. По данным Министерства Торговли, геотермальная энергия является одним из немногих возобновляемых источников энергии, чей экспорт из США больше, чем импорт. Кроме того, экспортируются также и технологии. 60%^[8] компаний-членов Геотермал Энерджи Ассошиэйшн (Geothermal Energy Association) в настоящее время стремятся делать бизнес не только на территории США, но и за ее пределами (в Турции, Кении, Никарагуа, Новой Зеландии, Индонезии, Японии и пр.)

Геотермальная электроэнергетика, как один из альтернативных источников энергии в стране, имеет особую правительственную поддержку.

Филиппины

На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27% всей электроэнергии в стране.

Мексика

Страна на 2003 год находилась на третьем месте по выработке геотермальной энергии в мире, с установленной мощностью электростанций в 953 МВт. На важнейшей геотермальной зоне Серро Прието расположились станции общей мощностью в 750 МВт.

Италия

В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.

Исландия

В Исландии действуют пять теплофикационных геотермальных электростанций общей электрической мощностью 570 МВт (2008), которые производят 25 % всей электроэнергии в стране.

Одна из таких станций снабжает столицу Рейкьявик. Станция использует подземную воду, а излишки воды сливают в гигантский бассейн.

Кения

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт., существуют планы по росту мощностей до 576 МВт.

Россия

Впервые в мире неводяные пары как тепловой носитель применены на Паратунской ГеоТЭС в 1967 году.^[9]

По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения Российской Академии наук, геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт.^[10] Российский потенциал реализован только в размере не многим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):

Мутновское месторождение:
Паужетское месторождение возле вулканов Кошелева и Камбального — Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2011) и выработкой 43,1 млн кВт·ч (на 2010 год проводится реконструкция с увеличением мощности до 18 МВт·э).
Месторождение на острове Итуруп (Курилы): Океанская ГеоТЭС установленой мощностью 2,5 МВт·э (2009). Существует проект мощностью 34,5 МВт и годовой выработкой 107 млн кВт·ч.
Кунаширское месторождение (Курилы): Менделеевская ГеоТЭС мощностью 3,6 МВт·э (2009).

В Ставропольском крае на Каясулинском месторождении начато и приостановлено строительство дорогостоящей опытной Ставропольской ГеоТЭС мощностью 3 МВт.

В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений.^[11]

Классификация геотермальных вод^[12]

По температуре

Слаботермальные	до 40°C
Термальные	40-60°C
Высокотермальные	60-100°C
Перегретые	более 100°C

По минерализации (сухой остаток)

ультрапресные	до 0,1 г/л
пресные	0,1-1,0 г/л
слабосолоноватые	1,0-3,0 г/л
сильносолоноватые	3,0-10,0 г/л
соленые	10,0-35,0 г/л
рассольные	более 35,0 г/л

По общей жесткости

очень мягкие	до 1,2 мг-экв/л
мягкие	1,2-2,8 мг-экв/л
средние	2,8-5,7 мг-экв/л
жесткие	5,7-11,7 мг-экв/л
очень жесткие	более 11,7 мг-экв/л

По кислотности, рН

сильнокислые	до 3,5
кислые	3,5-5,5
слабокислые	5,5-6,8
нейтральные	6,8-7,2
слабощелочные	7,2-8,5
щелочные	более 8,5

По газовому составу

сероводородные
сероводородно-углекислые
углекислые
азотно-углекислые
метановые
азотно-метановые
азотные

По газонасыщенности

слабая	до 100 мг/л
средняя	100-1000 мг/л
высокая	более 1000 мг/л

Петротермальная энергетика

Данный тип энергетики связан с глубинными температурами Земли, которые с определённого уровня начинают подниматься. Средняя скорость её повышения с глубиной – около 2,5°С на каждые 100 м. На глубине 5 км температура составляет примерно 125°С, а на 10 км – 250°С. Добыча тепла производится посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода, которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара. Проблема данной энергетики на сегодня — её рентабельность.^[1]

См. также

Примечания

↑ ¹ ² Кирилл Дегтярёв Петротермальная энергетика – старт в России. Русское географическое общество (24 октября 2011). Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 1 ноября 2012.
↑ Geothermal Development Expands Globally
↑ Bertani, Ruggero (September 2007), ««World Geothermal Generation in 2007»», Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — Т. 28 (3): 8–19, ISSN 0276-1084, <http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf>. Проверено 12 апреля 2009.
↑ Holm, Alison (May 2010), «Geothermal Energy:International Market Update», Geothermal Energy Association, сс. 7, <http://www.geo-energy.org/pdf/reports/GEA_International_Market_Report_Final_May_2010.pdf>. Проверено 24 мая 2010.
↑ Geothermal Projects Being Developed in 70 Countries 25 Май 2010 г
↑ The Geysers Geothermal Field, California, United States of America//www.power-technology.com — http://www.power-technology.com/projects/the-geysers-geothermal-california
↑ Calpine and the Environment//www.geysers.com — http://www.geysers.com/environment.htm
↑ Charles W. Thurston. Accelerating Geothermal Growth Through DOE Initiatives//Renewable Energy World North America, May, 2010//www.renewableenergyworld.com — http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth-through-doe-initiatives
↑ Л.А. Огуречников Геотермальные ресурсы в энергетике. №11 (31). Альтернативная энергетика и экология (2005). Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 1 ноября 2012.
↑ Геотермальная энергетика. журнал «Энергосвет». Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 1 ноября 2012.
↑ В. А. Бутузов, Г. В. Томаров, В. Х. Шетов Геотермальная система теплоснабжения с использованием солнечной энергии и тепловых насосов. журнал «Энергосбережение» (№3 2008). Архивировано из первоисточника 20 ноября 2012. Проверено 1 ноября 2012.
↑ ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений»

Литература

Дворов И. М. Глубинное тепло Земли / Отв. ред. доктор геолого-минералогических наук А. В. Щербаков. — М.: Наука, 1972. — 208 с. — (Настоящее и будущее человечества). — 15 000 экз.
Э Берман, Б. Ф. Маврицкий Геотермальная энергия. Издательство Мир, 1978. 416 стр.
А. Е Севастопольский Геотермальная энергия: Ресурсы, разработка, использование : Пер. с англ. Издательство Мир, 1975.
А. Г. Баева, В. Н. Москвичёва Геотермальная энергия: проблемы, ресурсы, использование. Библиографический указатель. Издательство СО АН СССР, Институт теплофизики, 1979

Ссылки

Геотермальная энергетика — Википедия

Запасы тепла Земли практически неисчерпаемы — при остывании ядра на 1 °C выделится 2*10²⁰ кВт*ч энергии, что в 10000 раз больше, чем содержится во всем разведанном ископаемом топливе, и в миллионы раз больше годового энергопотребления человечества. При этом температура ядра превышает 6000 °C, а скорость остывания оценивается в 300-500 °C за миллиард лет.

Тепловой поток, текущий из недр Земли через ее поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла (400 тыс. ТВт*ч в год, что в 17 раз больше всей мировой выработки, и эквивалентно сжиганию 46 млрд тонн угля), а тепловая мощность, вырабатываемая Землей за счет радиоактивного распада урана, тория и калия-40 оценивается в 33±₂₀²⁸ ТВт, т.е. до 70% теплопотерь Земли восполняется^[1]. Использование даже 1% этой мощности эквивалентно нескольким сотням мощных электростанций. Однако, плотность теплового потока при этом составляет менее 0,1 Вт/м² (в тысячи и десятки тысяч раз меньше плотности солнечного излучения), что затрудняет ее использование.

Ресурсы

Достоинства и недостатки

Достоинства

Главным достоинством геотермальной энергии является её практическая неиссякаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года.

Если в данном регионе имеются источники подземных термальных вод, то целесообразно их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения. Большие запасы подземных термальных вод находятся в Дагестане, Северной Осетии, Чечне, Ингушетии, Кабардино-Балкарии, Закавказье, Ставропольском и Краснодарском краях, на Камчатке и в ряде других районов России, также в Казахстане.

Недостатки

Для того, что бы преобразовать тепловую энергию в электрическую с помощью какой-нибудь тепловой машины (например, паровой турбины), необходимо, что бы температура геотермальных вод была достаточно велика, иначе КПД тепловой машины будет слишком низким (например, при температуре воды 40°C и температуре окружающей среды 20°C КПД идеальной тепловой машины составит всего 6%, а КПД реальных машин еще ниже, кроме того, часть энергии будет потрачена на собственные нужды станции — например, на работу насосов, которые качают теплоноситель из скважины и закачивают остывший теплоноситель обратно). Для генерации электроэнергии целесообразно использовать геотермальную воду температурой от 150°C и выше. Даже для отопления и горячего водоснабжения требуется температура не ниже 50°C. Однако, температура Земли растет с глубиной довольно медленно, обычно геотермический градиент составляет всего 30°C на 1 км, т.е. даже для горячего водоснабжения потребуется скважина глубиной более километра, а для генерации электроэнергии — несколько километров. Бурение таких глубоких скважин обходится дорого, кроме того, на перекачку теплоносителя по ним тоже требуется затратить энергию, поэтому использование геотермальной энергии далеко не везде целесообразно. Практически все крупные ГеоЭС расположены в местах повышенного вулканизма — Камчатка, Исландия, Филиппины, Кения, поля гейзеров^[en] в Калифорнии (США) и т.д, где геотермический градиент гораздо выше, а геотермальные воды находятся близко к поверхности.

Одна из проблем, которые возникают при использовании подземных термальных вод, заключается в необходимости возобновляемого цикла поступления (закачки) воды (обычно отработанной) в подземный водоносный горизонт, на что требуется расход энергии. В термальных водах содержится большое количество солей различных токсичных металлов (например, свинца, цинка, кадмия), неметаллов (например, бора, мышьяка) и химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности. Закачка отработанной воды необходима еще и для того, что бы давление в водоносном пласте не упало, что приведет к уменьшению выработки геотремальной станции, или ее полной неработоспособности.

Геотермальная электроэнергетика в мире

Потенциальная суммарная рабочая мощность геотермальных электростанций в мире уступает большинству станций на иных возобновляемых источниках энергии. Однако направление получило развитие в силу высокой энергетической плотности в отдельных заселённых географических районах, где отсутствуют или относительно дороги горючие полезные ископаемые, а также благодаря правительственным программам.

Установленная мощность геотермальных электростанций в мире на начало 1990-х годов составляла около 5 ГВт, на начало 2000-х годов — около 6 ГВт. В конце 2008 года суммарная мощность геотермальных электростанций планеты выросла до 10,5 ГВт^[3].

**Установленная мощность геотермальных электростанций по странам**
Страна	в 2007 г., МВт^[4]	Мощность в 2010 г., МВт^[5]	^{[источник не указан 2669 дней]}
США	2687	3086	0,3 %
Филиппины	1969,7	1904	27 %
Индонезия	992	1197	3,7 %
Мексика	953	958	3 %
Италия	810,5	843
Новая Зеландия	471,6	628	10 %
Исландия	421,2	575	30 %
Япония	535,2	536	0,1 %
Сальвадор	204,2	204	14 %
Кения	128,8	167	11,2 %
Коста-Рика	162,5	166	14 %
Никарагуа	87,4	88	10 %
Россия	79	82	0,05 %
Турция	38	82
Папуа-Новая Гвинея	56	56
Гватемала	53	52
Португалия	23	29
КНР	27,8	24
Франция	14,7	16
Эфиопия	7,3	7,3
Германия	8,4	6,6
Австрия	1,1	1,4
Австралия	0,2	1,1
Таиланд	0,3	0,3
Всего	9731,9	10709,7

США

Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, которые в 2005 году произвели около 16 млрд кВт·ч возобновляемой электроэнергии. В 2009 году суммарные мощности 77 геотермальных электростанций в США составляли 3086 МВт^[6]. До 2013 года планируется строительство более 4400 МВт.

Наиболее мощная и известная группа геотермальных электростанций находится на границе округов Сонома и Лейк в 116 км к северу от Сан-Франциско. Она носит название «Гейзерс»(«Geysers») и состоит из 22 геотермальных электростанций с общей установленной мощностью 1517 МВт^[7]. «На „Гейзерс“ сейчас приходится одна четвёртая часть всей произведенной в Калифорнии альтернативной [не-гидро] энергии»^[8]. К другим основным промышленным зонам относятся: северная часть Солёного моря в центральной Калифорнии (570 МВт установленной мощности) и геотермальные электростанции в Неваде, чья установленная мощность достигает 235 МВт.

Американские компании являются мировыми лидерами в этом секторе, несмотря на то, что геотермальная энергетика начала активно развиваться в стране сравнительно недавно. По данным Министерства Торговли, геотермальная энергия является одним из немногих возобновляемых источников энергии, чей экспорт из США больше, чем импорт. Кроме того, экспортируются также и технологии. 60 %^[9] компаний-членов Геотермал Энерджи Ассошиэйшн (Geothermal Energy Association) в настоящее время стремятся делать бизнес не только на территории США, но и за её пределами (в Турции, Кении, Никарагуа, Новой Зеландии, Индонезии, Японии и прочее).

Филиппины

На 2003 год 1930 МВт электрической мощности установлено на Филиппинских островах, в Филиппинах парогидротермы обеспечивают производство около 27 % всей электроэнергии в стране.

Мексика

Италия

В Италии на 2003 год действовали энергоустановки общей мощностью в 790 МВт.

Исландия

Кения

В Кении на 2005 год действовали три геотермальные электростанции общей электрической мощностью в 160 МВт, существуют планы по росту мощностей до 576 МВт. На сегодняшний день в Кении находится самая мощная ГеоЭС в мире, Олкария IV.

Россия

Впервые в мире неводяные пары как тепловой носитель применены на Паратунской ГеоТЭС в 1967 году.^[10]

Сегодня на Камчатке 40 % потребляемой энергии вырабатывается на геотермальных источниках^[11].
По данным института вулканологии Дальневосточного Отделения РАН, геотермальные ресурсы Камчатки оцениваются в 5000 МВт.^[12] Российский потенциал реализован только в размере немногим более 80 МВт установленной мощности (2009) и около 450 млн. кВт·ч годовой выработки (2009):

Мутновское месторождение:
- Верхне-Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 12 МВт·э (2011) и выработкой 69,5 млн кВт·ч/год (2010) (81,4 в 2004),
- Мутновская ГеоЭС установленной мощностью 50 МВт·э (2011) и выработкой 360,5 млн кВт·ч/год (2010) (на 2006 год ведётся строительство, увеличивающее мощность до 80 МВт·э и выработку до 577 млн кВт·ч)
Паужетское месторождение возле вулканов Кошелева и Камбального — Паужетская ГеоТЭС мощностью 14,5 МВт·э (2011) и выработкой 43,1 млн кВт·ч (на 2010 год проводится реконструкция с увеличением мощности до 18 МВт·э).
Месторождение на острове Итуруп (Курилы): Океанская ГеоТЭС установленой мощностью 2,5 МВт·э (2009). Существует проект мощностью 34,5 МВт и годовой выработкой 107 млн кВт·ч.
Кунаширское месторождение (Курилы): Менделеевская ГеоТЭС мощностью 3,6 МВт·э (2009).

В Краснодарском крае эксплуатируется 12 геотермальных месторождений.^[13]

Япония

В Японии насчитывается 20 геотермальных электростанций, однако геотермальная энергетика играет незначительную роль в энергетическом секторе страны: в 2013 году этим методом производилось 2596 ГВт/ч электроэнергии, что составляет около 0,25% от общего объёма электроснабжения страны

Классификация геотермальных вод^[14]

По температуре

Слаботермальные	до +40 °C
Термальные	от +40 до +60 °C
Высокотермальные	от +60 до +100 °C
Перегретые	более +100 °C

По минерализации (сухой остаток)

ультрапресные	до 0,1 г/л
пресные	0,1—1,0 г/л
слабосолоноватые	1,0—3,0 г/л
сильносолоноватые	3,0—10,0 г/л
солёные	10,0—35,0 г/л
рассольные	более 35,0 г/л

По общей жёсткости

очень мягкие	до 1,2 мг-экв/л
мягкие	1,2—2,8 мг-экв/л
средние	2,8—5,7 мг-экв/л
жёсткие	5,7—11,7 мг-экв/л
очень жёсткие	более 11,7 мг-экв/л

По кислотности, рН

сильнокислые	до 3,5
кислые	3,5—5,5
слабокислые	5,5—6,8
нейтральные	6,8—7,2
слабощелочные	7,2—8,5
щелочные	более 8,5

По газовому составу

сероводородные
сероводородно-углекислые
углекислые
азотно-углекислые
метановые
азотно-метановые
азотные

По газонасыщенности

слабая	до 100 мг/л
средняя	100—1000 мг/л
высокая	более 1000 мг/л

Петротермальная энергетика

Данный тип энергетики связан с глубинными температурами Земли, которые с определённого уровня начинают подниматься. Средняя скорость её повышения с глубиной — около 2,5 °С на каждые 100 м. На глубине 5 км температура составляет примерно 125 °С, а на 10 км около 250 °С. Добыча тепла производится посредством бурения двух скважин, в одну из которых закачивается вода, которая, нагреваясь, попадает в смежную скважину и выходит в виде пара. Проблема данной энергетики на сегодня — её рентабельность.^[2]

См. также

Примечания

↑ Капитонов И. М. Ядерное тепло Земли // Учебное пособие «Радиоактивность атомных ядер» под ред. Б.С. Ишханова. — КДУ, Университетская книга, Москва, 2017. — С. 48–56.
↑ ¹ ² Кирилл Дегтярёв. Петротермальная энергетика — старт в России (недоступная ссылка — история). Русское географическое общество (24 октября 2011). Проверено 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
↑ Geothermal Development Expands Globally
↑ Bertani, Ruggero (September 2007), «World Geothermal Generation in 2007», Geo-Heat Centre Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — Т. 28 (3): 8–19, ISSN 0276-1084, <http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf>. Проверено 12 апреля 2009.
↑ Holm, Alison (May 2010), Geothermal Energy:International Market Update, Geothermal Energy Association, сс. 7, <http://www.geo-energy.org/pdf/reports/GEA_International_Market_Report_Final_May_2010.pdf>. Проверено 24 мая 2010.
↑ Geothermal Projects Being Developed in 70 Countries 25 Май 2010 г.
↑ The Geysers Geothermal Field, California, United States of America//www.power-technology.com — http://www.power-technology.com/projects/the-geysers-geothermal-california
↑ Calpine and the Environment//www.geysers.com — http://www.geysers.com/environment.htm (недоступная ссылка)
↑ Charles W. Thurston. Accelerating Geothermal Growth Through DOE Initiatives//Renewable Energy World North America, May, 2010//www.renewableenergyworld.com — http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth-through-doe-initiatives
↑ Л. А. Огуречников. Геотермальные ресурсы в энергетике. №11 (31). Альтернативная энергетика и экология (2005). Проверено 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
↑ Пока не закончится нефть // июнь 2016
↑ Геотермальная энергетика. журнал «Энергосвет». Проверено 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
↑ В. А. Бутузов, Г. В. Томаров, В. Х. Шетов. Геотермальная система теплоснабжения с использованием солнечной энергии и тепловых насосов. журнал «Энергосбережение» (№3 2008). Проверено 1 ноября 2012. Архивировано 20 ноября 2012 года.
↑ ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений»

Литература

Дегтярев К. Тепло земли // Наука и жизнь. — 2013. — № 9-10.
Дворов И. М. Глубинное тепло Земли / Отв. ред. д.г.-м.н. А. В. Щербаков. — М.: Наука, 1972. — 208 с. — (Настоящее и будущее человечества). — 15 000 экз.
Берман Э., Маврицкий Б. Ф. Геотермальная энергия. М.: Мир, 1978. 416 с.
Севастопольский А. Е. Геотермальная энергия: Ресурсы, разработка, использование : Пер. с англ. М.: Мир, 1975.
Баева А. Г., Москвичёва В. Н. Геотермальная энергия: проблемы, ресурсы, использование. Библиографический указатель. Издательство СО АН СССР, Институт теплофизики, 1979

Ссылки

Отрасли промышленности

Геотермальная энергия | Национальное географическое общество

Геотермальная энергия — это тепло, которое генерируется внутри Земли. ( Geo означает «земля», а термический означает «тепло» по-гречески.) Это возобновляемый ресурс, который можно собирать для использования человеком.

Примерно на 2900 километров (1800 миль) под земной корой или поверхностью находится самая горячая часть нашей планеты: ее ядро. Небольшая часть тепла ядра исходит от трения и гравитационного притяжения, образовавшихся при создании Земли более 4 миллиардов лет назад.Однако подавляющая часть тепла Земли постоянно генерируется за счет распада радиоактивных изотопов, таких как калий-40 и торий-232.

Изотопы — это формы элемента, которые имеют другое количество нейтронов, чем обычные версии атома элемента.

Калий, например, имеет в своем ядре 20 нейтронов. Однако калий-40 содержит 21 нейтрон. Когда калий-40 распадается, его ядро изменяется, выделяя огромное количество энергии (излучение). Калий-40 чаще всего распадается на изотопы кальция (кальций-40) и аргона (аргон-40).

Радиоактивный распад — это непрерывный процесс в активной зоне. Температура там повышается до более чем 5000 ° по Цельсию (около 9000 ° по Фаренгейту). Тепло от ядра постоянно излучается наружу и нагревает горные породы, воду, газ и другие геологические материалы.

Температура Земли повышается с глубиной от поверхности до ядра. Это постепенное изменение температуры известно как геотермический градиент. В большинстве частей света геотермальный градиент составляет около 25 ° C на 1 километр глубины (1 ° F на 77 футов глубины).

Если подземные горные образования нагреться примерно до 700–1300 ° C (1300–2400 ° F), они могут превратиться в магму. Магма — это расплавленная (частично расплавленная) горная порода, пронизанная газом и пузырьками газа. Магма существует в мантии и нижней коре, а иногда всплывает на поверхность в виде лавы.

Магма нагревает близлежащие породы и подземные водоносные горизонты. Горячая вода может быть выпущена через гейзеры, горячие источники, паровые каналы, подводные гидротермальные источники и грязевые котлы.

Это все источники геотермальной энергии.Их тепло можно улавливать и использовать непосредственно для получения тепла, либо их пар можно использовать для выработки электроэнергии. Геотермальная энергия может использоваться для обогрева таких конструкций, как здания, автостоянки и тротуары.

Большая часть геотермальной энергии Земли не выделяется в виде магмы, воды или пара. Он остается в мантии, медленно излучаясь наружу и собираясь в очаги сильного жара. Это сухое геотермальное тепло может быть получено путем бурения и улучшено закачкой воды для создания пара.

Многие страны разработали методы использования геотермальной энергии. В разных частях мира доступны разные виды геотермальной энергии. В Исландии обильные источники горячей и легкодоступной подземной воды позволяют большинству людей полагаться на геотермальные источники как на безопасный, надежный и недорогой источник энергии. Другие страны, например США, должны бурить геотермальную энергию по более высокой цене.

Сбор геотермальной энергии: отопление и охлаждение

Низкотемпературная геотермальная энергия
Геотермальное тепло можно получить практически в любой точке мира и сразу же использовать в качестве источника тепла.Эта тепловая энергия называется низкотемпературной геотермальной энергией. Низкотемпературная геотермальная энергия получается из очагов тепла около 150 ° C (302 ° F). Большинство очагов низкотемпературной геотермальной энергии находится всего в нескольких метрах под землей.

Низкотемпературная геотермальная энергия может использоваться для обогрева теплиц, домов, рыболовства и промышленных процессов. Низкотемпературная энергия наиболее эффективна при использовании для отопления, хотя иногда ее можно использовать для выработки электроэнергии.

Люди издавна использовали этот вид геотермальной энергии для инженерии, комфорта, лечения и приготовления пищи.Археологические данные показывают, что 10 000 лет назад группы коренных американцев собирались вокруг природных горячих источников, чтобы восстановить силы или укрыться от конфликта. В третьем веке до нашей эры ученые и лидеры грелись в горячем источнике, питаемом каменным бассейном возле горы Лишань в центральном Китае. Один из самых известных термальных источников находится в городе Бат, Англия, с соответствующим названием. Начав строительство примерно в 60 году н. Э., Римские завоеватели построили сложную систему парных и бассейнов, используя тепло из мелких очагов низкотемпературной геотермальной энергии.

Горячие источники Chaudes Aigues, Франция, были источником дохода и энергии для города с 1300-х годов. Туристы стекаются в город за его элитными курортами. Низкотемпературная геотермальная энергия также обеспечивает теплом дома и предприятия.

Соединенные Штаты открыли свою первую геотермальную систему централизованного теплоснабжения в 1892 году в Бойсе, штат Айдахо. Эта система по-прежнему обеспечивает теплом около 450 домов.

Совместно производимая геотермальная энергия
Совместно производимая геотермальная энергия основана на других источниках энергии.Эта форма геотермальной энергии использует воду, которая нагревается в качестве побочного продукта в нефтяных и газовых скважинах.

В Соединенных Штатах в качестве побочного продукта ежегодно производится около 25 миллиардов баррелей горячей воды. В прошлом эту горячую воду просто выбрасывали. Недавно он был признан потенциальным источником еще большего количества энергии: его пар можно использовать для выработки электричества, которое будет немедленно использовано или продано в сеть.

Один из первых совместных проектов геотермальной энергии был инициирован в испытательном центре Rocky Mountain Oilfield в США.Южный штат Вайоминг.

Новые технологии позволили переносить совместно производимые объекты геотермальной энергии. Хотя мобильные электростанции все еще находятся на экспериментальной стадии, они обладают огромным потенциалом для изолированных или бедных сообществ.

Геотермальные тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы (GHP) используют тепло Земли и могут использоваться практически в любой точке мира. GHP пробурены на глубину от 3 до 90 метров (от 10 до 300 футов), что намного меньше, чем у большинства нефтяных и газовых скважин.GHP не требуют трещин в коренных породах для достижения своего источника энергии.

Труба, подключенная к GHP, образует непрерывную петлю, называемую «узкой петлей», которая проходит под землей и над землей, обычно по всему зданию. Петля также может быть размещена полностью под землей, для обогрева парковки или ландшафтной зоны.

В этой системе вода или другие жидкости (например, глицерин, подобный автомобильному антифризу) перемещаются по трубе. В холодное время года жидкость поглощает подземное геотермальное тепло.Он переносит тепло вверх по зданию и отдает тепло по системе воздуховодов. Эти обогреваемые трубы также могут проходить через резервуары с горячей водой и компенсировать расходы на отопление.

Летом система GHP работает противоположным образом: жидкость в трубах нагревается от тепла в здании или на парковке и переносит тепло для охлаждения под землей.

Агентство по охране окружающей среды США назвало геотермальное отопление самой энергоэффективной и экологически безопасной системой отопления и охлаждения.Самая большая система GHP была завершена в 2012 году в Государственном университете Болла в Индиане. Система заменила угольную котельную, и, по оценкам экспертов, университет сэкономит около 2 миллионов долларов в год на расходах на отопление.

Сбор геотермальной энергии: электричество

Чтобы получить достаточно энергии для производства электроэнергии, геотермальные электростанции полагаются на тепло, которое существует в нескольких километрах от поверхности Земли. В некоторых районах тепло может естественным образом существовать под землей в виде пара или горячей воды.Однако большинство участков необходимо «улучшить» закачиваемой водой для создания пара.

Электростанции с сухим паром
Электростанции с сухим паром используют естественные подземные источники пара. Пар подается прямо на электростанцию, где он используется для топлива турбин и выработки электроэнергии.

Сухой пар — старейший тип электростанции, вырабатывающий электричество с использованием геотермальной энергии. Первая паровая электростанция с сухим паром была построена в Лардерелло, Италия, в 1911 году.Сегодня электростанции с сухим паром в Лардерелло продолжают обеспечивать электроэнергией более миллиона жителей этого района.

В Соединенных Штатах есть только два известных источника подземного пара: Йеллоустонский национальный парк в Вайоминге и Гейзеры в Калифорнии. Поскольку Йеллоустон — это охраняемая территория, Гейзеры — единственное место, где используется электростанция с сухим паром. Это один из крупнейших геотермальных энергетических комплексов в мире, который обеспечивает около пятой части всей возобновляемой энергии в Калифорнии.

Электростанция мгновенного действия

Паровые электростанции мгновенного действия используют природные источники подземной горячей воды и пара. Вода с температурой выше 182 ° C (360 ° F) перекачивается в зону низкого давления. Часть воды «вспыхивает» или быстро испаряется, превращаясь в пар, и направляется в турбину и вырабатывает электричество. Оставшуюся воду можно слить в отдельный резервуар, чтобы извлечь больше энергии.

Паровые электростанции мгновенного действия — наиболее распространенный тип геотермальных электростанций.Вулканически активное островное государство Исландия обеспечивает почти все свои потребности в электроэнергии с помощью серии геотермальных электростанций, работающих на мгновенном испарении пара. Пар и избыточная теплая вода, образующиеся в результате процесса мгновенного испарения, нагревают ледяные тротуары и парковки холодной арктической зимой.

Острова Филиппин также расположены над тектонически активной зоной, «Огненным кольцом», окаймляющим Тихий океан. Правительство и промышленность Филиппин инвестировали в электростанции мгновенного испарения, и сегодня страна уступает только США по использованию геотермальной энергии.Фактически, самая большая геотермальная электростанция — это установка мгновенного пара в Малитбоге, Филиппины.

Электростанции с двойным циклом
Электростанции с двойным циклом используют уникальный процесс для экономии воды и выработки тепла. Вода под землей нагревается примерно до 107–182 ° C (225–360 ° F). Горячая вода находится в трубе, которая циркулирует над землей. Горячая вода нагревает жидкое органическое соединение, температура кипения которого ниже, чем у воды. Органическая жидкость создает пар, который проходит через турбину и приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.Единственный выброс в этом процессе — пар. Вода в трубе возвращается обратно в землю, чтобы снова нагреться Землей и снова обеспечить теплом органическое соединение.

Геотермальный комплекс Беоваве в американском штате Невада использует бинарный цикл для выработки электроэнергии. Органическое соединение, используемое на объекте, представляет собой промышленный хладагент (тетрафторэтан, парниковый газ). Этот хладагент имеет гораздо более низкую температуру кипения, чем вода, что означает, что он превращается в газ при низких температурах.Газ питает турбины, которые подключены к электрическим генераторам.

Усовершенствованные геотермальные системы
Под поверхностью Земли практически бесконечное количество энергии и тепла. Однако невозможно использовать его в качестве энергии, если подземные области не являются «гидротермальными». Это означает, что подземные помещения не только горячие, но также содержат жидкость и проницаемы. Во многих областях нет всех трех этих компонентов. Усовершенствованная геотермальная система (EGS) использует бурение, гидроразрыв и закачку для обеспечения жидкости и проницаемости в областях с горячими, но сухими подземными породами.

Для разработки EGS «нагнетательная скважина» пробурена вертикально в земле. В зависимости от типа скалы это может быть от 1 километра (0,6 мили) до 4,5 километров (2,8 мили). Холодная вода под высоким давлением закачивается в пробуренное пространство, что заставляет породу создавать новые трещины, расширять существующие трещины или растворяться. Это создает резервуар подземной жидкости.

Вода закачивается через нагнетательную скважину и поглощает тепло горных пород при прохождении через пласт.Эта горячая вода, называемая рассолом, затем снова возвращается на поверхность Земли через «производственную скважину». Нагретый рассол находится в трубе. Он нагревает вторичную жидкость с низкой температурой кипения, которая испаряется в пар и приводит в действие турбину. Рассол остывает и снова спускается через нагнетательную скважину, чтобы снова поглотить подземное тепло. Кроме водяного пара испарившейся жидкости, газообразных выбросов нет.

Закачка воды в землю для EGS может вызвать сейсмическую активность или небольшие землетрясения.В Базеле, Швейцария, процесс закачки вызвал сотни крошечных землетрясений, которые переросли в более значительную сейсмическую активность даже после того, как закачка воды была остановлена. Это привело к отмене геотермального проекта в 2009 году.

Геотермальная энергия и окружающая среда

Геотермальная энергия — это возобновляемый ресурс. Земля излучает тепло примерно 4,5 миллиарда лет и будет продолжать излучать тепло в течение миллиардов лет в будущем из-за продолжающегося радиоактивного распада в ядре Земли.

Однако большинство скважин, которые отводят тепло, со временем остынут, особенно если тепло отводится быстрее, чем дается время для его пополнения. В Лардерелло, Италия, где находится первая в мире электростанция, работающая на геотермальной энергии, с 1950-х годов давление пара упало более чем на 25%.

Повторная закачка воды может иногда помочь охлаждающемуся геотермальному участку прослужить дольше. Однако этот процесс может вызвать «микроземлетрясения». Хотя большинство из них слишком малы, чтобы их могли почувствовать люди или зарегистрировать в масштабах, иногда земля может сотрясаться до более угрожающих уровней и вызывать закрытие геотермального проекта, как это произошло в Базеле, Швейцария.

Геотермальные системы не требуют огромного количества пресной воды. В бинарных системах вода используется только в качестве теплоносителя, она не подвергается воздействию и не испаряется. Его можно перерабатывать, использовать для других целей или выпускать в атмосферу в виде нетоксичного пара. Однако, если геотермальный флюид не содержится и не используется повторно в трубе, он может поглотить вредные вещества, такие как мышьяк, бор и фтор. Эти токсичные вещества могут выноситься на поверхность и выделяться при испарении воды.Кроме того, если жидкость просачивается в другие подземные водные системы, она может загрязнить чистые источники питьевой воды и водные среды обитания.

Преимущества
Прямое или косвенное использование геотермальной энергии дает множество преимуществ:

Геотермальная энергия возобновляемая; это не ископаемое топливо, которое в конечном итоге будет израсходовано. Земля постоянно излучает тепло из своего ядра, и это будет продолжаться миллиарды лет.
Геотермальная энергия в той или иной форме может быть получена в любой точке мира.
Использование геотермальной энергии относительно чисто. Большинство систем выделяют только водяной пар, хотя некоторые выделяют очень небольшие количества диоксида серы, оксидов азота и твердых частиц.
Геотермальные электростанции могут прослужить десятилетия, а возможно, и столетия. При правильном управлении резервуаром количество извлекаемой энергии может быть уравновешено скоростью восстановления тепла горными породами.
В отличие от других возобновляемых источников энергии, геотермальные системы являются «базовой нагрузкой». Это означает, что они могут работать летом или зимой и не зависят от меняющихся факторов, таких как присутствие ветра или солнца. Геотермальные электростанции производят электроэнергию или тепло 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
Место, необходимое для строительства геотермального объекта, намного компактнее, чем у других электростанций. Для производства ГВт-ч (гигаватт-час или один миллион киловатт энергии в час, огромное количество энергии) геотермальная установка использует эквивалент примерно 1046 квадратных километров (404 квадратных миль) земли.Для производства того же ГВтч энергии ветра требуется 3 458 квадратных километров (1335 квадратных миль), солнечному фотоэлектрическому центру требуется 8 384 квадратных километра (3237 квадратных миль), а угольным электростанциям требуется около 9 433 квадратных километров (3642 квадратных миль).
Геотермальные энергетические системы адаптируются ко многим различным условиям.

Их можно использовать для обогрева, охлаждения или электроснабжения отдельных домов, целых районов или производственных процессов.

Недостатки
Использование геотермальной энергии по-прежнему сопряжено с множеством проблем:

Процесс нагнетания потоков воды под высоким давлением в Землю может привести к незначительной сейсмической активности или небольшим землетрясениям.
Геотермальные растения были связаны с проседанием или медленным опусканием земли. Это происходит, когда подземные трещины обрушиваются на себя. Это может привести к повреждению трубопроводов, дорог, зданий и естественных дренажных систем.
Геотермальные станции могут выделять небольшие количества парниковых газов, таких как сероводород и диоксид углерода.
Вода, протекающая через подземные резервуары, может собирать следовые количества токсичных элементов, таких как мышьяк, ртуть и селен.Эти вредные вещества могут попасть в водные источники, если геотермальная система не будет должным образом изолирована.
Хотя процесс почти не требует топлива для работы, первоначальная стоимость установки геотермальной технологии высока. Развивающиеся страны могут не иметь сложной инфраструктуры или начальных затрат для инвестирования в геотермальную электростанцию. Например, несколько предприятий на Филиппинах стали возможны благодаря инвестициям американской промышленности и правительственных агентств.Сегодня заводы принадлежат и управляются Филиппинами.

Геотермальная энергия и люди

Геотермальная энергия существует в различных формах по всей Земле (в виде паровых каналов, лавы, гейзеров или просто сухого тепла), и существуют разные возможности для извлечения и использования этого тепла.

В Новой Зеландии природные гейзеры и паровые вентили обогревают бассейны, дома, теплицы и креветочные фермы. Новозеландцы также используют сухое геотермальное тепло для сушки древесины и сырья.

Другие страны, такие как Исландия, воспользовались ресурсами расплавленных горных пород и магмы в результате вулканической активности, чтобы обеспечить теплом дома и здания. В Исландии почти 90% населения страны используют геотермальные источники тепла. Исландия также полагается на свои природные гейзеры для таяния снега, подогрева рыбных запасов и обогрева теплиц.

Соединенные Штаты производят больше всего геотермальной энергии по сравнению с любой другой страной. Ежегодно в США производится не менее 15 миллиардов киловатт-часов, что эквивалентно сжиганию около 25 миллионов баррелей нефти.Промышленные геотермальные технологии были сконцентрированы на западе США. В 2012 году в Неваде было 59 геотермальных проектов, работающих или разрабатываемых, за ними следуют Калифорния с 31 проектом и Орегон с 16 проектами.

Стоимость технологий геотермальной энергии снизилась за последнее десятилетие и становится более экономически возможной для частных лиц и компаний.

.
Home — Совет по геотермальным ресурсам

Высокотемпературное цементирование скважин
Изучение геотермальной и нефтегазовой синергии
14 — 16 сентября 2020
Узнать больше
Бюллетень GRC — Том.49 No 3 — июнь 2020

Реклама в бюллетене GRC , выходящем раз в два месяца, означает, что ваш продукт или услуга будут замечены в единственном в мире издании, которое касается исключительно технических вопросов, законодательства, научных исследований, специальных мероприятий и образовательных тем, связанных с геотермальной промышленностью. Бюллетень GRC Bulletin достигает мирового геотермального сообщества профессионалов шесть раз в год. Больше информации……..
Бюллетень GRC
Новости геотермальной энергетики со всего мира — с 1972 года
GRC Бюллетень , Vol. 49, No. 3 — июнь 2020 г.
GRC Бюллетень , Vol. 49, No. 2 — май 2020 г.
GRC Бюллетень , Vol.49, No. 1 — январь / февраль 2020 г.
GRC Бюллетень , Vol. 48, No. 6 — ноябрь / декабрь 2019 г.
GRC Бюллетень , Vol. 48, No. 5 — сентябрь / октябрь 2019 г.
GRC Бюллетень , Vol. 4 8, вып. 4 — июля / августа 2019
GRC Бюллетень , Vol. 48, No. 3 — май / июнь 2019
GRC Бюллетень , Vol.48, No. 2 — март / апрель 2019
GRC Бюллетень , Vol. 48, No. 1 — январь / февраль 2019 г.
GRC Bulletin , Vol. 47, No. 6 — ноябрь / декабрь 2018 г.
GRC Бюллетень , Vol. 47, No. 5 — сентябрь / октябрь 2018 г.
GRC Бюллетень , Vol. 47, No. 4 — июль / август 2018 г.
GRC Бюллетень , Vol.47, No. 3 — май / июнь 2018 г.
Дополнительная информация о доступе к бюллетеню GRC — голос мирового сообщества геотермальной энергии ……..
~ Щелкните здесь, чтобы узнать последние новости о геотермальной энергии ……… ~ Подпишитесь на Global Geothermal News по электронной почте
Глобальное членство в GRC
По состоянию на 31 декабря 2019 г. количество членов GRC составляло 1220 человек из 43 стран.
Государственные справочники США по потенциалу геотермальной энергии
Совет по геотермальным ресурсам (GRC), Ассоциация геотермальной энергии (GEA) и Организация геотермального обмена (GEO) выпустили руководство для штатов США по соблюдению новых стандартов чистой энергии Агентства по охране окружающей среды США (EPA).
Бесплатные путеводители по штатам рассказывают о преимуществах и использовании трех основных типов геотермальных приложений:
Производство электроэнергии, Прямое использование , Тепловые насосы
Дополнительная информация………
Не пропустите!
Получайте уведомления о предстоящих вебинарах, семинарах, Календарь событий и ежегодное собрание.
Завести аккаунт и подпишитесь на нашу электронную почту / список рассылки сегодня!
.
Что такое геотермальная энергия? — Совет по геотермальным ресурсам
Home> Что такое геотермальная энергия? > Why Geothermal> Geothermal Poster> Государственные гиды> Deutsch> Español
Определение ~ Геотермальные электростанции ~ Расширенные геотермальные системы (EGS) ~ Прямое использование и геотермальные тепловые насосы ~ Видео
Государственные справочники США по потенциалу геотермальной энергии
Совет по геотермальным ресурсам (GRC), Ассоциация геотермальной энергии (GEA) и Организация геотермального обмена (GEO) выпустили руководство для U.С. заявляет о соблюдении новых стандартов чистой энергии Агентства по охране окружающей среды США (EPA).
Бесплатные путеводители по штатам рассказывают о преимуществах и использовании трех основных типов геотермальных приложений:
Производство электроэнергии,
Прямое использование
Тепловые насосы
Дополнительная информация ………

Геотермальная энергия — это тепло (тепловая энергия), полученная из земли (гео)
Это тепловая энергия, содержащаяся в породе и жидкости (заполняющей трещины и поры в породе) в земной коре.
Расчеты показывают, что Земля, выходящая из полностью расплавленного состояния, остыла бы и стала бы полностью твердой много тысяч лет назад, если бы не потреблялась энергия, помимо энергии Солнца. Считается, что основным источником геотермальной энергии является радиоактивный распад, происходящий глубоко под землей (Burkland, 1973).

В большинстве областей это тепло достигает поверхности в очень рассеянном состоянии. Однако из-за разнообразия геологических процессов некоторые районы, в том числе значительная часть многих западных штатов США, имеют относительно неглубокие геотермальные ресурсы.
На способы использования этих ресурсов также влияет температура. Ресурсы с наиболее высокими температурами обычно используются только для выработки электроэнергии. Текущая выработка геотермальной электроэнергии в США составляет примерно 3442 МВт, или примерно столько же, сколько пять крупных атомных электростанций.
Средний градиент температуры на планете Земля составляет 20 ℃ (68 ℉) на километр. Однако во многих регионах мира градиент выше, а температура растет быстрее с глубиной под землей.
При температурном градиенте от 50 до 100 ℃ геотермальные ресурсы более доступны.
Геотермальные воды с температурой выше 20 ℃ (68 ℉) могут использоваться для прямого использования, например, в теплицах, аквакультуре и централизованном теплоснабжении.
более 75 ℃ (167 ℉) вода достаточно горячая, чтобы ее можно было использовать для производства электроэнергии по технологии бинарного цикла.
Более 160 Производство пара мгновенного испарения при ℃ (320 ℉) можно использовать для производства чистой возобновляемой электроэнергии.
При более совершенной технологии бурения геотермальные ресурсы могут быть достигнуты на большей глубине и при большей температуре.

Геотермальные электростанции
Геотермальные электростанции используют гидротермальные ресурсы, которые имеют два общих компонента: воду (гидро) и тепло (тепловая энергия). Геотермальные установки требуют высокотемпературных (от 300 ° F до 700 ° F) гидротермальных ресурсов, которые могут поступать либо из скважин с сухим паром, либо из скважин с горячей водой. Мы можем использовать эти ресурсы, буря скважины в земле и подавая пар или горячую воду на поверхность.Геотермальные скважины обычно имеют глубину от одной до двух миль.

Существует три основных типа геотермальных электростанций:
В электростанциях с сухим паром для вращения турбин генератора используется пар, подаваемый непосредственно из геотермального резервуара. Первая геотермальная электростанция была построена в 1904 году в Тоскане, Италия, где естественный пар извергался с Земли.
Паровые установки мгновенного действия забирают горячую воду под высоким давлением из глубины Земли и преобразуют ее в пар для приведения в действие турбин генератора.Когда пар остывает, он конденсируется в воду и закачивается обратно в землю, чтобы использовать ее снова и снова. Большинство геотермальных электростанций представляют собой установки мгновенного пара.
Электростанции с двойным циклом передают тепло от горячей геотермальной воды другой жидкости. Тепло заставляет вторую жидкость превращаться в пар, который используется для привода турбины генератора.
Текущее производство геотермальной энергии из всех видов использования занимает третье место среди возобновляемых источников энергии после гидроэлектроэнергии и биомассы и опережает солнечную и ветровую.Несмотря на эти впечатляющие статистические данные, текущий уровень использования геотермальной энергии бледнеет по сравнению с ее потенциалом. Ключом к более широкому использованию геотермальной энергии является повышение осведомленности общественности и техническая поддержка. ( Информация из Министерства энергетики США)
Расширенные геотермальные системы (EGS)
Усовершенствованные геотермальные системы (EGS), также иногда называемые инженерными геотермальными системами, обладают большим потенциалом для значительного расширения использования геотермальной энергии.
Концепция EGS заключается в извлечении тепла путем создания подземной системы трещин, в которую можно добавлять воду через нагнетательные скважины. Создание усовершенствованной или спроектированной геотермальной системы требует улучшения естественной проницаемости породы. Породы проницаемы благодаря мельчайшим трещинам и поровым пространствам между зернами минералов. Закачиваемая вода нагревается при контакте с породой и возвращается на поверхность через добывающие скважины, как в естественных гидротермальных системах.EGS — это резервуары, созданные для улучшения экономики ресурсов без достаточной воды и / или проницаемости.

Дополнительная информация в DOE / EERE / GTO
Тепловые насосы прямого использования и геотермальные тепловые насосы
Использование источников с низкой и умеренной температурой можно разделить на две категории: прямое использование и геотермальные тепловые насосы.
Прямое использование
Прямое использование , как следует из названия, предполагает использование тепла воды напрямую (без теплового насоса или электростанции) для таких вещей, как отопление зданий, производственные процессы, теплицы, аквакультура (рыбоводство) и курорты. В проектах прямого использования обычно используется температура ресурсов от 38 ° C (100 ° F) до 149 ° C (300 ° F). Текущая установленная мощность систем прямого использования в США составляет 470 МВт, чего достаточно для обогрева 40 000 домов среднего размера.
Прямое или неэлектрическое использование геотермальной энергии относится к использованию энергии как для обогрева, так и для охлаждения. Жидкости с температурой <300 ° F, подходящие для прямого использования, доступны на большей части территории Соединенных Штатов. Прямое использование геотермальной энергии в домах и в коммерческих целях намного дешевле, чем использование традиционных видов топлива; экономия может достигать 80%!
Кроме того, приложения прямого использования, такие как рыбные фермы, теплицы, мини-пивоварни, сушка фруктов и овощей, спа, обработка целлюлозы и бумаги и сушка пиломатериалов, предлагают привлекательные и инновационные возможности для местных предприятий и предпринимателей.
Преимущества
Рост рабочих мест. В проектах прямого использования геотермальной энергии задействованы существующие кадры и компании в штате. Их простая конструкция и конструкция из готовых деталей могут использоваться местными инжиниринговыми фирмами, геологами, буровиками, строителями, монтажниками, техниками и сварщиками. Приблизительный прогноз потенциальных рабочих мест, создаваемых установкой систем прямого использования, может составлять 3 временных рабочих места на МВтч во время строительства и 1 постоянное рабочее место на МВтч для текущей эксплуатации.
Повышение экономичности. Геотермальные обогреваемые объекты могут стимулировать экономику за счет увеличения налоговых поступлений, создания новых предприятий и местных рабочих мест, туризма, сельского хозяйства и более активного участия населения.
Местное производство . Непосредственное использование геотермальной энергии в домах и коммерческих операциях, таких как производство продуктов питания из местного сельского хозяйства, может компенсировать импорт энергии, сохраняя рабочие места, доллары и другие выгоды для местных сообществ.
Снижение выбросов углерода. Проекты прямого использования геотермальной энергии производят почти нулевые выбросы. В зависимости от компенсируемого существующего топлива для отопления это может привести к ежегодному сокращению выбросов от 1700 тонн (в случае компенсации природного газа) до 9300 тонн (в случае компенсации электроэнергии) СО2, сэкономленных на МВт-ч установленной геотермальной мощности прямого использования.
Гибкие системы отопления. Области применения прямого использования геотермальной энергии могут включать центральное отопление, таяние снега, спа и бассейны, сельское хозяйство, пищевую промышленность и другие виды использования.В рамках единой системы эти разнообразные приложения могут быть «объединены в каскад» и работать вместе наиболее эффективным способом, чтобы обеспечить максимальную выгоду и минимальные затраты, возможные от систем прямого использования.
Надежный и устойчивый источник тепла . Проекты геотермального отопления длятся десятилетиями — обычно 25 лет и более — обеспечивая надежную энергию по низкой стабильной цене. Это может обеспечить ценовую уверенность и оградить потребителей (и экономику) от более непредсказуемых колебаний цен на ископаемое топливо.
Тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы
используют естественные изоляционные свойства земли от нескольких футов под землей до нескольких сотен футов в глубину, предлагая уникальную и высокоэффективную технологию использования возобновляемых источников энергии для отопления и охлаждения.
В большинстве случаев вода циркулирует в замкнутой системе через «петлевое поле», установленное горизонтально или вертикально в земле рядом со зданием или даже под ним. Летом тепло забирается из здания и передается земле.
Система обратимая, тепло забирается из земли и используется в здании зимой. Система перемещает только тепло, что намного эффективнее, чем использование топлива или электричества для создания тепла.
Геотермальные тепловые насосы могут удовлетворить потребности в обогреве и охлаждении помещений практически в любой части страны.
Преимущества
Экономический . В среднем, для типичного дома площадью 2000 квадратных футов потребуется 4 тонны отопительной и охлаждающей мощности при средней стоимости установки системы от 5000 до 7500 долларов за тонну.
Энергоэффективность. Геотермальные тепловые насосы потребляют на 25–50% меньше энергии, чем традиционные системы отопления или охлаждения.
Снижение выбросов углерода. Одна тонна (12 000 БТЕ / час) GHP за 20-летний рабочий цикл позволяет избежать 21 метрической тонны выбросов CO2. Таким образом, обычная домашняя система может избежать выбросов CO2 на 80–100 метрических тонн.
Повышенное качество и безопасность воздуха в помещении. В геотермальном тепловом насосе нет горения; Следовательно, нет шансов отравиться угарным газом.Добавляя высокоэффективные воздухоочистители с геотермальной системой, эти системы могут улучшить качество воздуха в помещении.
Местное производство. Везде. В отличие от других геотермальных технологий, тепловые насосы не ограничены географией или геологией. Их можно установить в большинстве мест в любом из 50 штатов или территорий США
.
Устойчивые инвестиции. Срок службы геотермальной системы обычно превышает 24 года. Обычная печь прослужит 7-10 лет при регулярном обслуживании.Гарантия на контур заземления геотермальной системы составляет 50 лет. Эти петли состоят из трубы из полиэтилена высокой плотности, той же трубы, которая используется в городских газопроводах.
Тихая работа . В отличие от кондиционеров наружного блока нет. Геотермальные установки работают очень плавно и тихо.
Геотермальные тепловые насосы используют землю или грунтовые воды в качестве источника тепла зимой и радиатора летом. Используя температуру ресурсов от 4 ° C (40 ° F) до 38 ° C (100 ° F), тепловой насос, устройство, которое перемещает тепло из одного места в другое, передает тепло от почвы к дому зимой и от дома. дом к земле летом.Точные данные по текущему количеству этих систем отсутствуют; тем не менее, скорость установки оценивается от 10 000 до 40 000 в год. ( Информация предоставлена Геотепловым центром)
Energy 101: Геотермальные тепловые насосы (видео: DOE)
Видео
Примечание : Для получения дополнительной информации см. Контакты и ссылки
.
Геотермальная энергия — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия
Пар, поднимающийся от геотермальной электростанции Несьавеллир в Исландии
Геотермальная энергия (от греческих корней geo , что означает земля, и от thermos , что означает тепло) — это энергия, производимая теплом внутри земной коры. ^[1]
Хотя Солнце нагревает поверхность Земли, тепло изнутри Земли создается не Солнцем. Геотермальная энергия земной коры происходит на 20% от первоначального образования планеты и на 80% от радиоактивного распада минералов.^[2] ^[3] Земля самая горячая в своем ядре, и от ядра к поверхности температура постепенно понижается.
Ресурсы геотермальной энергии варьируются от неглубокой земли до горячей воды и раскаленных пород, находящихся на несколько миль или километров под поверхностью Земли, и даже глубже до чрезвычайно высоких температур расплавленной породы, называемой магмой. Он использовался для купания со времен палеолита, но теперь он больше известен тем, что вырабатывает электричество. ^[1]
Во всем мире геотермальная энергия использовалась для производства около 10 гигаватт электроэнергии в 2007 году, т.е. около 0.3% электроэнергии используется во всем мире. При использовании для выработки электроэнергии геотермальные электростанции обычно обеспечивают постоянную мощность. ^[4]
Геотермальная энергия также используется непосредственно для централизованного теплоснабжения или в других системах отопления и охлаждения. Таким образом отапливаются здания в Исландии за счет многочисленных геотермальных источников страны.
Электростанции и тепловые применения геотермальной энергии являются зрелыми технологиями, тогда как проекты усовершенствованных геотермальных систем (EGS) представляют собой новый тип применения.^[4]
Практически повсюду земля на глубине 10 футов (3 м) ниже поверхности Земли поддерживает почти постоянную температуру между 10 и 16 ° C (50–60 ° F). Геотермальные тепловые насосы могут использовать этот ресурс для обогрева и охлаждения зданий. Система геотермального теплового насоса состоит из теплового насоса, системы подачи воздуха (воздуховодов) и теплообменника — системы труб, проложенных в неглубокой земле возле здания. Зимой тепловой насос использует энергию для отвода тепла от теплообменника и закачивает его в систему подачи воздуха в помещении.Летом процесс обратный, и тепловой насос снова использует энергию для передачи тепла из воздуха в помещении в теплообменник. Тепло, удаляемое из воздуха в помещении летом, также можно использовать для бесплатного горячего водоснабжения. Энергия для работы теплового насоса поступает из другого источника.
Геотермальная энергия уходит в виде горячей воды из многих горячих источников или в виде пара из гейзеров.
В США большинство геотермальных резервуаров с горячей водой находятся в западных штатах, на Аляске и на Гавайях.В подземные резервуары можно пробурить скважины для выработки электроэнергии. Некоторые геотермальные электростанции используют пар из резервуара для питания турбины / генератора, в то время как другие используют горячую воду для кипячения рабочего тела, которое испаряется, а затем вращает турбину. Горячая вода у поверхности Земли может использоваться непосредственно для обогрева. Применения прямого использования включают отопление зданий, выращивание растений в теплицах, сушку сельскохозяйственных культур, нагрев воды на рыбных фермах и несколько промышленных процессов, таких как пастеризация молока.
Ресурсы горячих и сухих горных пород встречаются на глубинах от 3 до 5 миль (5-8 км) повсюду под поверхностью Земли и на меньших глубинах в определенных областях. Доступ к этим ресурсам включает закачку холодной воды в одну скважину, ее циркуляцию через горячие трещиноватые породы и забор нагретой воды из другой скважины. В настоящее время этот метод в коммерческих целях никто не использует. Существующие технологии также пока не позволяют извлекать тепло непосредственно из магмы, самого глубокого и самого мощного ресурса геотермальной энергии.
↑ ^1.0 ^1.1 Науки о Земле . Соединенные Штаты Америки: Холт, Райнхарт и Уинстон. 2001. с. 211. ISBN 0-03-055667-8 .
↑ Как работает геотермальная энергия. Ucsusa.org. Проверено 24 апреля 2013.
↑ Тюркотт Д.Л. И Шуберт Г. 2002. Геодинамика . 2-е изд., Cambridge University Press, 136–137. ISBN 978-0-521-66624-4
↑ ^4,0 ^4,1 МГЭИК (2011).«Спецрепортаж: возобновляемые источники энергии». п. 4.
.
No related posts.

Разное