Энергия Земли столь велика, что вызывает дрейф материков, землетрясения и извержения вулканов.
К сожалению, энергия вулканов еще не освоена, но геотермальная энергия уже давно и эффективно используется человечеством.
Геотермальные источники энергии
1. Естественные подземные бассейны:
— теплоносители горячей воды (гидротермальные источники),
— теплоносители пара или пароводяной смеси (паротермальные источники).
Это готовые «подземные котлы», воду или пар из которых можно добыть, используя обычные буровые скважины.
2. Горячие горные породы.
Закачивая в горизонты с такими породами воду, можно также получать перегретую воду или пар для использования в энергетике.
К недостаткам использования обоих вариантов, пожалуй, можно отнести слабую концентрацию энергии.
Но в местах своеобразных аномалий, где источники или порода находятся близко к поверхности и температура увеличивается каждые 100м на 30-40 градусов концентрация геотермальной энергии достаточна для использования.
В зависимости от температуры пара, пароводяной смеси или воды источники подразделяются:
— низкотемпературные и среднетемпературные (130 — 150° С),
— высокотемпературные (> 150°).
От температуры зависит и характер использования источников.
Основные достоинства и недостатки геотермальной энергетики
Достоинства:
1. Практически неисчерпаемые запасы энергии.
По некоторым оценкам они составляют только до глубины 10 км величину в 3,5 тысячи раз превышающую запасы традиционного топлива.
2. Широкое распространение.
Концентрация энергии в основном связана с поясами вулканической деятельности и сейсмической активности и , а это десятая часть площади Земли.
И в пределах этих поясов есть наиболее перспективные зоны: Исландия, Япония, Новая Зеландия, в США — Калифорния, в России — Северный Кавказ и Камчатка.
Только на территории бывшего СССР к 90-м годам открыли около 50 подземных источников горячей воды и пара.
3. Природные источники тепловой энергии практически готовы к использованию.
4. Экологическая безопасность.
К основным недостаткам использования геотермальной энергии относятся:
1. Необходимость обратной закачки отработанной воды в подземный горизонт.
2. Высокая минерализация термальных вод и наличии в них токсичных соединений. Что в большинстве случаев исключает возможность сброса использованной воды в водоемы, расположенные на поверхности.
Отмеченные выше недостатки приводят к тому, что для практического использования геотермальных вод необходимы значительные затраты на бурение скважин, обратную закачку отработанной воды, а также на создание теплотехнического оборудования устойчивого к коррозии.
Однако в связи с внедрением новых технологий эти затраты непрерывно снижаются. И в последнее время геотермальная энергетика существенно продвинулась в своем развитии.
Геотермальное теплоснабжение
Человечество издавна использует тепловую энергию недр. Еще в древнем Риме к знаменитым термам Каракаллы горячая вода подводилась из-под земли, позже человек научился применять эту энергию для отопления.
Удачным примером может служить теповой насос, который британский физик Уильям Томсон изобрел в 19 веке.
Работу насоса схематично можно описать с помощью трех замкнутых контуров.
Первый контур. Внешний
Теплоноситель, циркулирующий в этом контуре поглощает тепло из окружающей среды.
Как правило, это трубопровод с антифризом, максимально приближенный к источнику энергии (море, река, грунт и т.д.).
Второй контур.
Вещество в этом контуре испаряется за счет тепла в веществе первого контура, и конденсируясь, отдает тепло веществу, которым наполнен третий контур.
В качестве вещества второго контура используется вещества с низкой температурой испарения (хладагент).
В него же встроены испаритель, конденсатор и устройства регулировки давления хладагента.
Третий контур.
Это непосредственно нагревательный элемент, передающий тепло помещениям.
В этой технологии источником получения тепла могут служить любые источники, температура которых выше одного градуса Цельсия. А это не только почва, но и незамерзающие грунтовые воды, моря, озера и даже канализационные стоки.
Еще одним достоинством насоса является бесперебойная работа при отрицательных температурах и любых погодных условиях.
Такие установки давно и успешно работают в странах Западной Европы.
Так, в Бельгии давно отказались от системы центрального отопления в пользу тепловых насосов, а в Швейцарии такой насос отапливает дворец королевской семьи.
Геотермальные электростанции
В настоящее время наибольший интерес вызывает преобразование природного тепла в электроэнергию.
Первая такая электростанция, еще совсем маломощная, появилась в небольшом итальянском городе Лардерелло в 1904 году.
Французский инженер Лардерелли, в честь которого назван город, уже в начале 19 века составил проект использования горячих источников в этом районе.
Постепенно мощность этой электростанции возрастала за счет новых геотермальных источников и подключения дополнительных агрегатов. Сейчас ее мощность — 360 тыс. киловатт.
Электростанция в Новой Зеландии (в районе Вайракеи) имеет мощность 160 тыс. киловатт.
Самая крупная электростанция Гейзерс мощностью 500 тыс. кВт находится в США (недалеко от Сан-Франциско).
К концу прошлого века в мире работало около 20 электростанций, общая мощность которых составляла 1,5 млн. кВт.
Применение геотермальной энергии обусловлено тем, в каком виде она вырывается из-под земли.
1. Сухой пар.
Пар без примесей и капель воды, который очень удобен для вращения турбин. А конденсированную воду, которая, как правило, остается чистой возвращают обратно в землю или в водоемы.
2. Влажный пар.
Смесь пара и воды. В этом случае, перед использованием, пар отделяют от воды, т.к. вода, даже в виде капель, может повредить турбины.
3. Горячая вода.
Этой водой рабочее вещество (изобутан) переводят в состояние газа и этот газ вращает турбины. Эту же горячую воду используют и для централизованного теплоснабжения.
Но геотермальные электроустановки привязаны к географическим районам. Например, в России — это Камчатка, Курильские острова и Сахалин. Экономически плохо развитые и малонаселенные регионы, где экономически невыгодно строить тепловые электростанции.
В этой связи, интересен проект ученых министерства энергетики США, который не зависит от геотермальной активности регионов.
Они использовали две неглубокие скважины, доходящие до твердых скальных пород земной коры (глубина около четырех километров), затем глубина увеличивалась за счет взрывов, дробящих скалы.
Наполнялась водой одна из скважин. Вода в скважине нагревалась до температуры 176 °С (что вполне хватало для выработки электроэнергии отопления помещений), затем поднималась уже по другой скважине (которую располагали на значительном расстоянии от первой) и поступала для использования на электрическую станцию.
Этот проект американских ученых открывает широкие перспективы использования геотермальной энергии во всем мире.
