Fotografija: "NesjavellirPowerPlant edit2" saradnik Gretar Ívarsson / https://commons.wikimedia.org/wiki/ 25. maja 2015. / Tagovi:

Prva geotermalna elektrana u Finskoj bit će puštena u rad u Espoou za dvije godine. Finski inženjeri planiraju koristiti prirodnu toplinu zemljine unutrašnjosti za grijanje zgrada. A ako eksperiment bude uspješan, onda se takve toplane mogu postaviti posvuda, na primjer, u Lenjingradskoj oblasti. Pitanje je koliko je to korisno.

Iskorištavanje energije Zemlje nije nova ideja. Naravno, prije svega, stanovnici onih regija u kojima je sama priroda stvorila "parne mašine" preuzeli su njegovu implementaciju. Na primjer, davne 1904. godine talijanski princ Piero Ginori Conti zapalio je četiri sijalice, postavivši turbinu sa električnim generatorom blizu prirodnog izlaza zagrijane pare iz zemlje, u regiji Larderello (Toskana).

Devet godina kasnije, 1913. godine, tamo je puštena u rad prva komercijalna geotermalna stanica kapaciteta 250 kilovata. Stanica je koristila najprofitabilniji, ali, nažalost, rijedak resurs - suhu pregrijanu paru, koja se može naći samo u dubinama vulkanskih masiva. Ali, zapravo, toplina Zemlje se može naći ne samo u blizini planina koje dišu vatru. Svuda je, pod našim nogama.

Utroba planete je vruća do nekoliko hiljada stepeni. Naučnici još nisu shvatili, zbog kojih procesa naša planeta skladišti ogromnu količinu topline nekoliko milijardi godina, a nemoguće je procijeniti koliko će milijardi godina trajati. Pouzdano je poznato da kada se potopi na svakih 100 metara duboko u zemlju, temperatura stijena raste u prosjeku za 3 stepena. U proseku, to znači da postoje mesta na planeti gde temperatura poraste za pola stepena, a negde - i za 15 stepeni. I to nisu zone aktivnog vulkanizma.

Temperaturni gradijent, naravno, raste neravnomjerno. Finski stručnjaci očekuju da će doći do zone na dubini od 7 km, u kojoj će temperatura stijena biti 120 stepeni Celzijusa, dok je temperaturni gradijent u Espoou oko 1,7 stepeni na 100 metara, a to je čak i ispod prosjeka. I, ipak, ovo je već dovoljna temperatura za pokretanje geotermalne toplane.

Suština sistema je, u principu, jednostavna. Buše se dvije bušotine na udaljenosti od nekoliko stotina metara jedna od druge. Između njih, u donjem dijelu, pod pritiskom se ubrizgava voda kako bi se slojevi razbili i između njih stvorio sistem propusnih pukotina. Tehnologija je razvijena: nafta i plin iz škriljaca sada se vade na sličan način.

Zatim se voda sa površine upumpava u jedan bunar, a iz drugog se, naprotiv, ispumpava. Voda teče kroz pukotine u vrućim stijenama, a zatim kroz drugi bunar teče na površinu, gdje prenosi toplinu na običnu gradsku toplanu. Ovakvi sistemi su već lansirani u Sjedinjenim Državama, a trenutno se razvijaju u Australiji i zemljama Evropske unije.

Foto: www.facepla.net (screenshot)

Štaviše, biće dovoljno toplote za početak proizvodnje električne energije. Prioritet u razvoju niskotemperaturne geotermalne energije pripada sovjetskim naučnicima - oni su prije više od pola stoljeća odlučili o pitanju korištenja takve energije na Kamčatki. Naučnici su predložili upotrebu organske tečnosti - freona12 - kao rashladnog sredstva koja ključa, čija je tačka ključanja pri normalnom atmosferskom pritisku minus 30 stepeni. Voda iz bunara sa temperaturom od 80 stepeni Celzijusa prenosila je svoju toplotu na freon, koji je rotirao turbine. Geotermalna elektrana Pauzhetskaya na Kamčatki, izgrađena 1967. godine, postala je prva elektrana na svijetu koja radi na vodu ove temperature.

Prednosti takve sheme su očigledne - u bilo kojoj tački na Zemlji, čovječanstvo će se moći osigurati toplinom i strujom, čak i ako se Sunce ugasi. U debljini zemljine kore pohranjena je ogromna energija, više od 10 hiljada puta veća od ukupne potrošnje goriva moderne civilizacije godišnje. I ova energija se stalno obnavlja zbog priliva toplote iz utrobe planete. Savremene tehnologije omogućavaju ekstrakciju ove vrste energije.

U Lenjingradskoj oblasti postoje zanimljiva mjesta za izgradnju sličnih geotermalnih elektrana. Izraz "Petar stoji u močvari" primjenjiv je samo sa stanovišta izgradnje niskih objekata, a sa stanovišta "velike geologije" - sedimentni pokrivač u blizini Sankt Peterburga je prilično tanak, samo desetine metara, a potom nastaje, kao u Finskoj, magmatske stene... Ovaj stenoviti štit je heterogen: prošaran je rasedima, duž nekih od kojih se toplotni tok diže prema gore.

Botaničari su prvi skrenuli pažnju na ovaj fenomen, koji su pronašli ostrva topline na Karelijskoj prevlaci i na visoravni Izhora, gdje biljke rastu ili s visokom stopom reprodukcije ili pripadaju južnijim botaničkim podzonama. A u blizini Gatchine, uopće je otkrivena botanička anomalija - biljke alpsko-karpatske flore. Biljke postoje zahvaljujući toplotnim strujama koje dolaze iz zemlje.

Prema rezultatima bušenja na području Pulkova na dubini od 1000 metara, temperatura kristalnih stijena bila je plus 30 stepeni, odnosno u prosjeku se povećavala za 3 stepena na svakih 100 metara. Ovo je "prosječan" nivo temperaturnog gradijenta, ali je skoro dvostruko veći od regije Espoo u Finskoj. To znači da je u Pulkovu dovoljno izbušiti bunar do dubine od samo 3500 metara, odnosno takva toplana koštat će mnogo manje nego u Espoou.

Vrijedno je uzeti u obzir da period povrata za takve stanice zavisi i od tarifa za opskrbu toplinom i električnom energijom za potrošače u ovoj zemlji ili regiji. U maju 2015. godine tarifa za stambene zgrade bez grijanja na struju Helsingin Energia iznosila je 6,19 centi po kWh, sa električnim grijanjem, odnosno 7,12 centi po kWh (tokom dana). U poređenju sa tarifama u Sankt Peterburgu, razlika za one koji koriste struju i grejanje je oko 40%, a moraju se uzeti u obzir i igre kurseva. Ovako niska cijena električne energije u Finskoj povezana je, između ostalog, s činjenicom da ta zemlja ima vlastite nuklearne proizvodne kapacitete.

Ali u Letoniji, koja je prisiljena stalno kupovati struju i gorivo, prodajna cijena struje je skoro dvostruko viša nego u Finskoj. Međutim, Finci su odlučni da izgrade stanicu u Espoou, na lokaciji koja nije baš povoljna u smislu geotermalnog gradijenta.

Poenta je da geotermalna energija zahtijeva dugoročna ulaganja. U tom smislu je bliža hidroelektranama velikih razmjera i nuklearnoj energiji. Geotermalnu elektranu je mnogo teže izgraditi od solarne ili vjetroelektrane. I morate biti sigurni da se političari ne počnu igrati cijenama i da se pravila ne mijenjaju u hodu.

Stoga se Finci i odlučuju na ovaj važan industrijski eksperiment. Ako uspiju da ostvare svoje planove, i barem za početak, zagriju svoje stanovnike toplinom kojoj nikada neće biti kraja (čak ni na skali života općenito na našoj planeti) - to će im omogućiti da razmišljaju o budućnosti geotermalne energije. energije u ogromnim ruskim prostranstvima. Sada se u Rusiji Zemlje na Kamčatki i Dagestanu zagrijavaju toplinom, ali možda će doći vrijeme Pulkova.

Konstantin Ranks

Promjena temperature sa dubinom. Zemljina površina se, zbog neravnomjernog snabdijevanja sunčevom toplinom, zagrijava, a zatim hladi. Ove temperaturne fluktuacije prodiru vrlo plitko u Zemljinu debljinu. Dakle, dnevne fluktuacije na dubini od 1 m obično se više gotovo i ne osjeća. Što se tiče godišnjih fluktuacija, one prodiru na različite dubine: u toplim zemljama za 10-15 m, au zemljama sa hladnim zimama i toplim ljetima do 25-30, pa čak i 40 m. Dublje od 30-40 m već svuda na Zemlji temperatura se održava konstantnom. Na primjer, termometar instaliran u podrumu Pariske opservatorije pokazuje 11°, 85C cijelo vrijeme više od 100 godina.

Sloj sa konstantnom temperaturom uočen je širom svijeta i naziva se pojas konstantne ili neutralne temperature. Dubina ovog pojasa je, u zavisnosti od klimatskih uslova, različita, a temperatura je približno jednaka srednjoj godišnjoj temperaturi ovog mesta.

Kada se uđe dublje u Zemlju ispod sloja konstantne temperature, obično se primjećuje postepeno povećanje temperature. To su prvi primijetili radnici u dubokim rudnicima. To je uočeno i pri postavljanju tunela. Tako je, na primjer, prilikom postavljanja tunela Simplon (na Alpima), temperatura porasla na 60 °, što je stvorilo znatne poteškoće u radu. U dubokim bušotinama primećuju se čak i više temperature. Primjer je Chukhovskaya bunar (Gornja Šlezija), u kojoj se na dubini od 2220 g. m temperatura je bila preko 80° (83°, 1) i tako dalje. m temperatura poraste za 1°C.

Zove se broj metara koji treba da se uđe dublje u Zemlju da bi temperatura porasla za 1 °C geotermalni korak. Geotermalna faza nije ista u različitim slučajevima i najčešće se kreće od 30 do 35 m. U nekim slučajevima, ove fluktuacije mogu biti i veće. Na primjer, u državi Michigan (SAD), u jednom od bunara koji se nalazi u blizini jezera. Michigan, ispostavilo se da geotermalni korak nije bio 33, nego 70 m. Naprotiv, vrlo mali geotermalni korak uočen je u jednoj od bušotina u Meksiku, tamo na dubini od 670 m pojavila se voda temperature 70°. Tako se pokazalo da je geotermalna faza tek oko 12 m. Mali geotermalni stepenici se takođe primećuju u vulkanskim regionima, gde na malim dubinama mogu biti još neohlađeni slojevi magmatskih stena. Ali svi takvi slučajevi nisu toliko pravila koliko izuzeci.

Postoji mnogo razloga za geotermalnu fazu. (Pored navedenog, možete ukazati na različitu toplinsku provodljivost stijena, prirodu naslage itd.

Reljef terena je od velike važnosti u distribuciji temperature. Potonje se jasno može vidjeti na priloženom crtežu (slika 23), koji prikazuje dio Alpa duž linije tunela Simplon, sa geoizotermama ucrtanim isprekidanom linijom (tj. linijama jednakih temperatura unutar Zemlje). Geoizoterme ovdje, takoreći, ponavljaju reljef, ali s dubinom utjecaj reljefa postupno opada. (Snažan zavoj geoizoterme u Balleu naniže je posljedica snažne cirkulacije vode koja je ovdje uočena.)

Temperatura Zemlje na velikim dubinama. Zapažanja temperatura u bušotinama čija dubina rijetko prelazi 2-3 km, naravno, oni ne mogu dati predstavu o temperaturama dubljih slojeva Zemlje. Ali tu nam u pomoć priskaču neke pojave iz života zemljine kore. Vulkanizam je jedan od ovih fenomena. Vulkani, rasprostranjeni na površini zemlje, nose rastopljenu lavu na površinu zemlje, čija je temperatura preko 1000°. Zbog toga na velikim dubinama imamo temperature preko 1000°.

Bilo je vremena kada su naučnici, na osnovu geotermalnog koraka, pokušavali da izračunaju dubinu na kojoj bi temperature mogle biti do 1000-2000°. Međutim, takvi proračuni se ne mogu smatrati dovoljno potkrijepljenim. Zapažanja o temperaturi rashladne bazaltne kugle i teorijski proračuni daju osnovu za reći da se veličina geotermalnog koraka povećava sa dubinom. Ali u kojoj meri i dubini se to povećanje dešava, takođe ne možemo reći.

Ako pretpostavimo da temperatura kontinuirano raste sa dubinom, onda bi je u centru Zemlje trebalo mjeriti u desetinama hiljada stepeni. Na takvim temperaturama sve nam poznate stijene trebale bi preći u tečno stanje. Istina, unutar Zemlje postoji ogroman pritisak, a mi ne znamo ništa o stanju tijela pri takvim pritiscima. Ipak, nemamo podataka koji bi tvrdili da temperatura kontinuirano raste sa dubinom. Sada većina geofizičara dolazi do zaključka da temperatura unutar Zemlje teško može biti veća od 2000°.

Izvori toplote. Što se tiče izvora toplote koji određuju unutrašnju temperaturu Zemlje, oni mogu biti različiti. Na osnovu hipoteza koje smatraju da je Zemlja formirana od usijane i rastopljene mase, unutrašnja toplota se mora smatrati zaostalom toplotom tela koje se hladi sa površine. Međutim, postoji razlog za vjerovanje da bi uzrok unutrašnje visoke temperature Zemlje mogao biti radioaktivni raspad uranijuma, torija, aktinouranija, kalija i drugih elemenata sadržanih u stijenama. Radioaktivni elementi su uglavnom raspoređeni u kiselim stijenama površinskog omotača Zemlje, manje ih se nalazi u duboko usađenim bazičnim stijenama. Istovremeno, osnovne stijene su njima bogatije od željeznih meteorita, koji se smatraju fragmentima unutrašnjih dijelova kosmičkih tijela.

Uprkos maloj količini radioaktivnih supstanci u stijenama i njihovom sporom raspadu, ukupna količina topline koja nastaje radioaktivnim raspadom je velika. Sovjetski geolog V. G. Khlopin izračunali su da su radioaktivni elementi sadržani u gornjoj 90-kilometarskoj ljusci Zemlje dovoljni da pokriju gubitak topline planete zračenjem. Zajedno sa radioaktivnim raspadom, toplotna energija se oslobađa prilikom kompresije Zemljine supstance, tokom hemijskih reakcija itd.

U našoj zemlji bogatoj ugljovodonicima, geotermalna energija je egzotičan resurs koji, s obzirom na sadašnje stanje, teško da može konkurirati naftom i gasom. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svuda i prilično je efikasan.

Geotermalna energija je toplina unutrašnjosti Zemlje. Nastaje u dubinama i dolazi na površinu Zemlje u različitim oblicima i različitim intenzitetom.

Temperatura gornjih slojeva tla ovisi uglavnom o vanjskim (egzogenim) faktorima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Ljeti i tokom dana tlo se zagrijava do određene dubine, a zimi i noću se hladi nakon promjene temperature zraka i sa određenim zakašnjenjem, povećavajući se sa dubinom. Utjecaj dnevnih kolebanja temperature zraka završava se na dubinama od nekoliko do nekoliko desetina centimetara. Sezonske fluktuacije pokrivaju dublje slojeve tla - do desetina metara.

Na određenoj dubini - od desetina do stotina metara - održava se konstantna temperatura tla, jednaka prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka na površini Zemlje. U to se lako uvjeriti spuštanjem u dovoljno duboku pećinu.

Kada je srednja godišnja temperatura vazduha u datom području ispod nule, to se manifestuje kao permafrost (tačnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutog tla tokom cijele godine dostiže mjestimično 200-300 m.

Sa određene dubine (svoje za svaku tačku na karti) uticaj Sunca i atmosfere toliko slabi da endogeni (unutrašnji) faktori dolaze do izražaja i unutrašnjost zemlje se zagreva iznutra, tako da temperatura počinje da raste sa dubinom.

Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje uglavnom je povezano s raspadom radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se i drugi izvori topline nazivaju, na primjer, fizičko-hemijski, tektonski procesi u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. Ali bez obzira na razlog, temperatura stijena i povezanih tekućih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari su suočeni s ovim fenomenom - u dubokim rudnicima je uvijek vruće. Na dubini od 1 km, temperatura od trideset stepeni je normalna, a dublje temperatura je još viša.

Toplotni tok zemljine unutrašnjosti, koji dopire do površine Zemlje, je mali - njegova snaga je u prosjeku 0,03–0,05 W / m 2, odnosno oko 350 W · h / m 2 godišnje. Na pozadini toplotnog toka od Sunca i zraka koji se njime zagrijava, ovo je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, ovo je u prosjeku, sa ogromnim rasponom između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o drugim klimatskim i vremenskim faktorima).

Neznačajnost toplotnog toka iz dubine na površinu na većem dijelu planete povezana je sa niskom toplotnom provodljivošću stijena i posebnostima geološke strukture. Ali postoje izuzeci - mjesta gdje je protok topline visok. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, povećane seizmičke aktivnosti i vulkanizma, gdje energija unutrašnjosti zemlje nalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju termalne anomalije litosfere, ovdje toplinski tok koji dopire do površine Zemlje može biti nekoliko puta, pa čak i redova veličine, jači od "uobičajenog". Vulkanske erupcije i izvori tople vode nose ogromnu količinu topline na površinu u ovim zonama.

Upravo su ova područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na teritoriji Rusije to su, prije svega, Kamčatka, Kurilska ostrva i Kavkaz.

Istovremeno, razvoj geotermalne energije moguć je skoro svuda, jer je povećanje temperature sa dubinom sveprisutna pojava, a zadatak je da se "izvuče" toplota iz utrobe, kao što se odatle crpe mineralne sirovine.

U prosjeku, temperatura raste sa dubinom za 2,5–3 °C na svakih 100 m. Odnos temperaturne razlike između dvije tačke na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.

Recipročno je geotermalni korak, ili interval dubine, u kojem temperatura raste za 1 °C.

Što je veći gradijent i, shodno tome, što je niži korak, toplina dubina Zemlje se približava površini i ovo područje je perspektivnije za razvoj geotermalne energije.

U različitim područjima, u zavisnosti od geološke strukture i drugih regionalnih i lokalnih uslova, brzina porasta temperature sa dubinom može dramatično varirati. Na Zemljinoj skali, fluktuacije u veličini geotermalnih gradijenata i stepenica dostižu 25 puta. Na primjer, u Oregonu (SAD) gradijent je 150 °C po km, au Južnoj Africi 6 °C po km.

Pitanje je koja je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperature na dubini od 10 km bi u prosjeku trebale biti oko 250-300 °C. To je manje-više potvrđeno direktnim zapažanjima u superdubokim bunarima, iako je slika mnogo složenija od linearnog povećanja temperature.

Na primjer, u superdubokoj bušotini Kola izbušenoj u Baltičkom kristalnom štitu, temperatura do dubine od 3 km mijenja se brzinom od 10 ° C / 1 km, a zatim geotermalni gradijent postaje 2-2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120 °C, na dubini od 10 km - 180 °C, a na 12 km - 220 °C.

Drugi primjer je bušotina izbušena u sjevernom Kaspijskom regionu, gdje je zabilježena temperatura od 42 °C na dubini od 500 m, 70 °C na 1,5 km, 80 °C na 2 km i 108 °C na 3 km.

Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počevši od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km pretpostavljene temperature su oko 1300-1500 °C, na dubini od 400 km - 1600 °C, u Zemljinoj jezgro (dubine preko 6000 km) - 4000-5000 °C.

Na dubinama do 10–12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; gdje ih nema, određuje se posrednim znakovima na isti način kao i na većim dubinama. Takvi indirektni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja izlazi.

Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.

Na dubinama od nekoliko kilometara ima mnogo topline, ali kako je podići? Ponekad nam ovaj problem rješava sama priroda uz pomoć prirodnog nosača topline - zagrijanih termalnih voda koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.

Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". U pravilu se podrazumijevaju vruće podzemne vode u tekućem stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje izlaze na površinu Zemlje s temperaturom iznad 20°C, odnosno u pravilu višom od temperature zraka.

Toplina podzemne vode, pare, mješavine pare i vode je hidrotermalna energija. Shodno tome, energija zasnovana na njenoj upotrebi naziva se hidrotermalna.

Situacija je složenija s proizvodnjom topline direktno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer prilično visoke temperature po pravilu počinju sa dubine od nekoliko kilometara.

Na teritoriji Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od hidrotermalne energije - 3500 i 35 triliona tona ekvivalenta goriva. To je sasvim prirodno - toplina dubina Zemlje je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očiglednih tehničkih poteškoća za proizvodnju toplotne i električne energije, trenutno se najviše koriste termalne vode.

Vode sa temperaturama između 20-30°C i 100°C pogodne su za grijanje, temperature između 150°C i više - i za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.

Generalno, geotermalni resursi na teritoriji Rusije u tonama ekvivalentnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije su oko 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.

Teoretski, samo geotermalna energija bi mogla u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi, trenutno, na većem dijelu njene teritorije, to nije izvodljivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.

U svijetu se korištenje geotermalne energije najčešće povezuje s Islandom – državom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u izuzetno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerovatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyjafjallajokull ( Eyjafjallajökull) u 2010. godini.

Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući tople izvore koji izlaze na površinu Zemlje i čak izbijaju u obliku gejzira.

Na Islandu se više od 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući geotermalne izvore, obezbjeđuje se 90% grijanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajmo da se ostatak električne energije u zemlji proizvodi u hidroelektranama, odnosno također koristeći obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao svojevrsni globalni ekološki standard.

Pripitomljavanje geotermalne energije u 20. veku je znatno pomoglo Islandu ekonomski. Do sredine prošlog veka bila je veoma siromašna zemlja, sada je na prvom mestu u svetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po glavi stanovnika i u prvih deset po apsolutnoj vrednosti instalisanog kapaciteta geotermalne energije. elektrane. Međutim, njegova populacija je samo 300 hiljada ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potrebe za njim su uglavnom male.

Osim Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnom bilansu proizvodnje električne energije obezbjeđuju i Novi Zeland i ostrvske države jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemlje Centralne Amerike i Istočne Afrike, čija je teritorija također karakterizira visoka seizmička i vulkanska aktivnost. Za ove zemlje, s obzirom na njihov trenutni nivo razvoja i potreba, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.

Upotreba geotermalne energije ima veoma dugu istoriju. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u provinciji Toskana, koje se danas zove Larderello, gdje su se već početkom 19. stoljeća lokalne tople termalne vode, izlivene prirodnim putem ili izvučene iz plitkih bunara, koristile za energetske svrhe.

Podzemna voda bogata borom korištena je ovdje za dobivanje borne kiseline. U početku se ova kiselina dobijala isparavanjem u gvozdenim kotlovima, a kao gorivo je uzimano obično drvo za ogrev iz obližnjih šuma, ali je 1827. godine Francesco Larderel stvorio sistem koji je radio na toplotu same vode. Istovremeno se energija prirodne vodene pare počela koristiti za rad bušaćih uređaja, a početkom 20. stoljeća - za grijanje lokalnih kuća i plastenika. Na istom mjestu, u Larderellu, 1904. godine termalna vodena para postala je izvor energije za proizvodnju električne energije.

Neke druge zemlje slijedile su primjer Italije krajem 19. i početkom 20. stoljeća. Na primjer, 1892. godine termalna voda je prvi put korištena za lokalno grijanje u Sjedinjenim Državama (Boise, Idaho), 1919. u Japanu i 1928. na Islandu.

U Sjedinjenim Državama prva hidrotermalna elektrana pojavila se u Kaliforniji ranih 1930-ih, na Novom Zelandu 1958, u Meksiku 1959, u Rusiji (prva binarna geotermalna elektrana na svijetu) 1965...

Stari princip na novom izvoru

Za proizvodnju električne energije potrebna je veća temperatura hidroizvora nego za grijanje - više od 150°C. Princip rada geotermalne elektrane (GeoPP) sličan je principu rada konvencionalne termoelektrane (TE). Zapravo, geotermalna elektrana je vrsta termoelektrane.

U termoelektranama, u pravilu, ugalj, plin ili lož ulje djeluju kao primarni izvor energije, a vodena para služi kao radni fluid. Gorivo, sagorevajući, zagrijava vodu do stanja pare, koja rotira parnu turbinu, a ona proizvodi električnu energiju.

Razlika između GeoPP-a je u tome što je primarni izvor energije ovdje toplina zemljine unutrašnjosti, a radni fluid u obliku pare se dovodi do lopatica turbine električnog generatora u "gotovom" obliku direktno iz proizvodnje. dobro.

Postoje tri glavne sheme rada GeoPP-a: direktna, korištenjem suhe (geotermalne) pare; indirektni, bazirani na hidrotermalnoj vodi, i mješoviti, ili binarni.

Primjena ove ili one sheme ovisi o stanju agregacije i temperaturi energetskog nosača.

Najjednostavnija i stoga prva od savladanih shema je ravna linija, u kojoj se para koja dolazi iz bunara prolazi direktno kroz turbinu. Prvi GeoPP na svijetu u Larderellu također je radio na suhoj pari 1904. godine.

GeoPP-ovi s indirektnom shemom rada najčešći su u naše vrijeme. Koriste toplu podzemnu vodu koja se pod visokim pritiskom upumpava u isparivač, gdje se dio isparava, a nastala para okreće turbinu. U nekim slučajevima potrebni su dodatni uređaji i krugovi za pročišćavanje geotermalne vode i pare od agresivnih spojeva.

Otpadna para ulazi u bunar za ubrizgavanje ili se koristi za grijanje prostora - u ovom slučaju princip je isti kao u radu CHP-a.

Na binarnim GeoPP-ovima, vruća termalna voda stupa u interakciju s drugom tekućinom koja djeluje kao radni fluid s nižom tačkom ključanja. Oba fluida prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radni fluid, čija para rotira turbinu.

Ovaj sistem je zatvoren, čime se rješava problem emisija u atmosferu. Osim toga, radni fluidi s relativno niskom tačkom ključanja omogućavaju korištenje ne baš vruće termalne vode kao primarnog izvora energije.

Sve tri sheme koriste hidrotermalni izvor, ali petrotermalna energija se također može koristiti za proizvodnju električne energije.

Šematski dijagram u ovom slučaju je također prilično jednostavan. Potrebno je izbušiti dvije međusobno povezane bušotine – injekcionu i proizvodnu. Voda se pumpa u injekcioni bunar. Na dubini se zagrijava, a zatim se zagrijana voda ili para nastala kao rezultat jakog zagrijavanja dovodi na površinu kroz proizvodni bunar. Nadalje, sve ovisi o tome kako se petrotermalna energija koristi - za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Zatvoreni ciklus je moguć sa ubrizgavanjem otpadne pare i vode nazad u injekcioni bunar ili na drugi način odlaganja.

Nedostatak takvog sistema je očigledan: da bi se postigla dovoljno visoka temperatura radnog fluida, potrebno je bušiti bunare do velike dubine. A to su ozbiljni troškovi i rizik od značajnog gubitka toplote kada se tečnost kreće prema gore. Stoga su petrotermalni sistemi još uvijek manje rasprostranjeni od hidrotermalnih, iako je potencijal petrotermalne energije za redove veličine veći.

Trenutno je Australija lider u stvaranju takozvanih petrotermalnih cirkulacionih sistema (PCS). Osim toga, ovaj smjer geotermalne energije se aktivno razvija u SAD-u, Švicarskoj, Velikoj Britaniji i Japanu.

Dar lorda Kelvina

Pronalazak toplotne pumpe od strane fizičara Williama Thompsona (poznatog kao Lord Kelvin) 1852. godine pružio je čovječanstvu pravu priliku da koristi niskopotencijalnu toplinu gornjih slojeva tla. Sistem toplotne pumpe, ili, kako ga je Thompson nazvao, množitelj toplote, zasniva se na fizičkom procesu prenosa toplote iz okoline u rashladno sredstvo. U stvari, koristi isti princip kao u petrotermalnim sistemima. Razlika je u izvoru toplote, u vezi sa čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj meri se toplotna pumpa može smatrati geotermalnim sistemom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od desetina do stotina metara, stijene i tekućine sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor toplote, iako se uzima, kao iu geotermalnim sistemima, iz zemlje.

Rad toplotne pumpe zasniva se na kašnjenju u zagrevanju i hlađenju tla u odnosu na atmosferu, usled čega se formira temperaturni gradijent između površinskih i dubljih slojeva, koji zadržavaju toplotu i zimi, slično šta se dešava u vodnim tijelima. Osnovna namjena toplotnih pumpi je grijanje prostora. U stvari, to je „obrnuti frižider“. I toplotna pumpa i frižider su u interakciji sa tri komponente: unutrašnjim okruženjem (u prvom slučaju - zagrejana prostorija, u drugom - rashladna komora frižidera), spoljašnjim okruženjem - izvorom energije i rashladnim sredstvom (rashladnim sredstvom) , to je i nosač toplote koji obezbeđuje prenos toplote ili hladnoće.

Supstanca sa niskom tačkom ključanja deluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućava da uzima toplotu iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.

U frižideru, tečno rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator pritiska), gde usled naglog pada pritiska tečnost isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva eksternu apsorpciju topline. Kao rezultat, toplina se uzima iz unutrašnjih zidova isparivača, što osigurava rashladni efekat u komori hladnjaka. Nadalje, iz isparivača, rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u tečno agregacijsko stanje. Ovo je obrnuti proces koji vodi do oslobađanja uklonjene topline u vanjsko okruženje. U pravilu se baca u prostoriju i stražnji dio frižidera je relativno topao.

Toplotna pumpa radi na približno isti način, s tom razlikom što se toplota uzima iz spoljašnje sredine i preko isparivača ulazi u unutrašnje okruženje – sistem grejanja prostorije.

U pravoj toplotnoj pumpi voda se zagrijava, prolazeći duž vanjskog kruga, polaže se u zemlju ili u rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.

U isparivaču se toplina prenosi na unutrašnji krug ispunjen rashladnim sredstvom s niskom tačkom ključanja, koje, prolazeći kroz isparivač, prelazi iz tekućeg u plinovito stanje, oduzimajući toplinu.

Nadalje, plinoviti rashladni fluid ulazi u kompresor, gdje se komprimira do visokog tlaka i temperature, te ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između vrućeg plina i rashladnog sredstva iz sistema grijanja.

Za rad kompresora je potrebna električna energija, međutim, omjer transformacije (omjer potrošene i proizvedene energije) u modernim sistemima je dovoljno visok da osigura njihovu efikasnost.

Trenutno se toplotne pumpe široko koriste za grijanje prostora, uglavnom u ekonomski razvijenim zemljama.

Eko-ispravna energija

Geotermalna energija se smatra ekološki prihvatljivom, što je općenito istina. Prije svega, koristi obnovljiv i praktično neiscrpan resurs. Geotermalna energija ne zahtijeva velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, i ne zagađuje atmosferu, za razliku od ugljikovodične energije. U prosjeku, GeoPP zauzima 400 m 2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Isti pokazatelj za elektranu na ugalj, na primjer, iznosi 3600 m 2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i nisku potrošnju vode - 20 litara svježe vode na 1 kW, dok TE i NE zahtijevaju oko 1000 litara. Imajte na umu da su ovo ekološki indikatori "prosječnog" GeoPP-a.

Ali i dalje postoje negativne nuspojave. Među njima se najčešće izdvajaju buka, toplotno zagađenje atmosfere i hemijsko zagađenje - vode i tla, kao i stvaranje čvrstog otpada.

Glavni izvor hemijskog zagađenja životne sredine je stvarna termalna voda (sa visokom temperaturom i mineralizacijom), koja često sadrži velike količine toksičnih jedinjenja, u vezi sa čim se javlja problem odlaganja otpadnih voda i opasnih materija.

Negativni efekti geotermalne energije mogu se pratiti u nekoliko faza, počevši od bušenja bušotina. Ovdje se javljaju iste opasnosti kao i kod bušenja bilo kojeg bunara: uništavanje tla i vegetacije, zagađenje tla i podzemnih voda.

U fazi rada GeoPP-a i dalje postoje problemi zagađenja životne sredine. Termalni fluidi - voda i para - obično sadrže ugljen dioksid (CO 2), sumpor sulfid (H 2 S), amonijak (NH 3), metan (CH 4), kuhinjsku so (NaCl), bor (B), arsen (As ), živa (Hg). Kada se ispuste u životnu sredinu, postaju izvori njenog zagađenja. Osim toga, agresivno hemijsko okruženje može uzrokovati koroziono oštećenje konstrukcija GeoTPP-a.

Istovremeno, emisije zagađujućih materija na GeoPP su u prosjeku niže nego na TE. Na primjer, emisije ugljičnog dioksida za svaki kilovat-sat proizvedene električne energije iznose do 380 g na GeoPP, 1.042 g - na TE na ugalj, 906 g - na lož ulje i 453 g - na TE na plin.

Postavlja se pitanje šta učiniti sa otpadnim vodama? Sa niskim salinitetom, može se ispuštati u površinske vode nakon hlađenja. Drugi način je da se pumpa nazad u vodonosni sloj kroz injekcionu bušotinu, što se danas preferira i pretežno se koristi.

Ekstrakcija termalne vode iz akvifera (kao i ispumpavanje obične vode) može uzrokovati slijeganje i pomicanje tla, druge deformacije geoloških slojeva i mikro-potrese. Vjerovatnoća takvih pojava je u pravilu mala, iako su zabilježeni pojedinačni slučajevi (na primjer, na GeoPP-u u Staufen im Breisgau u Njemačkoj).

Treba naglasiti da se većina GeoPP-ova nalazi u relativno slabo naseljenim područjima iu zemljama Trećeg svijeta, gdje su ekološki zahtjevi manje strogi nego u razvijenim zemljama. Osim toga, u ovom trenutku broj GeoPP-ova i njihovi kapaciteti su relativno mali. Sa ekstenzivnijim razvojem geotermalne energije, ekološki rizici se mogu povećati i umnožiti.

Kolika je energija Zemlje?

Investicioni troškovi izgradnje geotermalnih sistema variraju u vrlo širokom rasponu - od 200 do 5.000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije opcije su uporedive sa troškovima izgradnje termoelektrane. One zavise, prije svega, od uslova nastanka termalnih voda, njihovog sastava i dizajna sistema. Bušenje na velike dubine, stvaranje zatvorenog sistema sa dva bunara, potreba za prečišćavanjem vode može višestruko povećati troškove.

Na primjer, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sistema (PCS) procjenjuju se na 1,6-4 hiljade dolara po 1 kW instaliranog kapaciteta, što premašuje cijenu izgradnje nuklearne elektrane i uporedivo je sa troškovima izgradnje vjetroelektrane i solarne elektrane.

Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatan nosilac energije. Poređenja radi, u strukturi troškova tekuće TE ili NE, gorivo čini 50-80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama energije. Otuda još jedna prednost geotermalnog sistema: operativni troškovi su stabilniji i predvidljiviji, jer ne zavise od eksterne konjunkture cena energije. Općenito, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2–10 centi (60 kopejki – 3 rublje) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.

Druga najveća (posle energenta) (i veoma značajna) stavka rashoda su, po pravilu, plate osoblja u fabrici, koje se mogu radikalno razlikovati u različitim zemljama i regionima.

U prosjeku, cijena 1 kWh geotermalne energije uporediva je s onim za termoelektrane (u ruskim uvjetima - oko 1 rublja / 1 kWh) i deset puta veća od cijene proizvodnje električne energije u hidroelektranama (5-10 kopejki / 1). kWh).

Dio razloga visoke cijene leži u činjenici da, za razliku od termo i hidrauličnih elektrana, GeoTPP ima relativno mali kapacitet. Pored toga, potrebno je uporediti sisteme koji se nalaze u istom regionu iu sličnim uslovima. Na primjer, na Kamčatki, prema stručnjacima, 1 kWh geotermalne električne energije košta 2-3 puta manje od električne energije proizvedene u lokalnim termoelektranama.

Pokazatelji ekonomske efikasnosti geotermalnog sistema zavise, na primjer, od toga da li je potrebno odlagati otpadne vode i na koji način se to radi, da li je moguće kombinirano korištenje resursa. Dakle, hemijski elementi i jedinjenja ekstrahovani iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: tamo je primarna bila kemijska proizvodnja, a korištenje geotermalne energije u početku je bilo pomoćno.

Geotermalna energija naprijed

Geotermalna energija se razvija nešto drugačije od vjetra i sunca. Trenutno, to uvelike ovisi o prirodi samog resursa, koji se oštro razlikuje po regijama, a najveće koncentracije vezane su za uske zone geotermalnih anomalija, koje su po pravilu povezane s područjima tektonskih rasjeda i vulkanizma.

Osim toga, geotermalna energija je tehnološki manje kapacitetna u usporedbi s vjetrom, a još više sa solarnom energijom: sistemi geotermalnih elektrana su prilično jednostavni.

U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije geotermalna komponenta čini manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njen udio dostiže 25-30%. Zbog povezanosti sa geološkim uslovima, značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentrisan je u zemljama trećeg svijeta, gdje postoje tri najrazvijenija klastera industrije - ostrva jugoistočne Azije, Centralne Amerike i istočne Afrike. Prve dvije regije su uključene u pacifički "vatreni pojas Zemlje", a treća je vezana za istočnoafrički rascjep. Najvjerovatnije će se geotermalna energija nastaviti razvijati u ovim pojasevima. Dalja perspektiva je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplinu slojeva zemlje, koji se nalaze na dubini od nekoliko kilometara. Ovo je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva visoke troškove, stoga se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.

Općenito, s obzirom na sveprisutnu distribuciju geotermalnih resursa i prihvatljiv nivo ekološke sigurnosti, postoji razlog za vjerovanje da geotermalna energija ima dobre izglede za razvoj. Pogotovo sa sve većom prijetnjom nestašice tradicionalnih izvora energije i porastom cijena istih.

Od Kamčatke do Kavkaza

U Rusiji razvoj geotermalne energije ima prilično dugu istoriju, a po brojnim pozicijama smo među svjetskim liderima, iako je udio geotermalne energije u ukupnom energetskom bilansu jedne ogromne zemlje još uvijek zanemarljiv.

Dvije regije - Kamčatka i Sjeverni Kavkaz - postale su pioniri i centri za razvoj geotermalne energije u Rusiji, i ako je u prvom slučaju prije svega riječ o elektroenergetskoj industriji, onda u drugom - o korištenju toplotne energije termalne vode.

Na Sjevernom Kavkazu - u Krasnodarskoj teritoriji, Čečeniji, Dagestanu - toplina termalnih voda u energetske svrhe korištena je još prije Velikog domovinskog rata. U 1980-im i 1990-im, razvoj geotermalne energije u regionu je iz očiglednih razloga zastao i još nije izašao iz stanja stagnacije. Ipak, geotermalna voda na Sjevernom Kavkazu osigurava toplinu za oko 500 hiljada ljudi, a, na primjer, grad Labinsk na Krasnodarskom teritoriju sa populacijom od 60 hiljada ljudi u potpunosti se zagrijava geotermalnim vodama.

Na Kamčatki je istorija geotermalne energije povezana prvenstveno sa izgradnjom GeoPP. Prve od njih, koje još uvijek rade stanice Pauzhetskaya i Paratunskaya, izgrađene su 1965-1967, dok je Paratunskaya GeoPP kapaciteta 600 kW postala prva stanica na svijetu sa binarnim ciklusom. Bio je to razvoj sovjetskih naučnika S.S.Kutateladzea i A.M. Rosenfelda sa Instituta za termofiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka, koji su 1965. godine dobili autorski certifikat za vađenje električne energije iz vode s temperaturom od 70 ° C. Ova tehnologija je kasnije postala prototip za više od 400 binarnih GeoPP-a u svijetu.

Kapacitet Paužetske GeoPP, puštene u rad 1966. godine, u početku je bio 5 MW, a zatim je povećan na 12 MW. Trenutno je na stanici u izgradnji binarni blok koji će povećati njen kapacitet za još 2,5 MW.

Razvoj geotermalne energije u SSSR-u i Rusiji bio je sputan dostupnošću tradicionalnih izvora energije - nafte, gasa, uglja, ali nikada nije prestao. Najveći geotermalni energetski objekti u ovom trenutku su Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ukupne snage 12 MW energetskih jedinica, puštena u rad 1999. godine, i Mutnovskaya GeoPP kapaciteta 50 MW (2002).

GeoPP Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya jedinstveni su objekti ne samo za Rusiju, već i na globalnom nivou. Stanice se nalaze u podnožju vulkana Mutnovsky, na nadmorskoj visini od 800 metara, i rade u ekstremnim klimatskim uslovima, gde je zima 9-10 meseci u godini. Oprema Mutnovsky GeoPP-a, trenutno jedne od najmodernijih u svijetu, u potpunosti je kreirana u domaćim elektroenergetskim preduzećima.

Trenutno, udio Mutnovskih postrojenja u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Centralne Kamčatke iznosi 40%. U narednim godinama planirano je povećanje kapaciteta.

Odvojeno, treba reći o ruskom petrotermalnom razvoju. Još nemamo velike DSP, ali postoje napredne tehnologije za bušenje do velikih dubina (oko 10 km), koje takođe nemaju analoga u svijetu. Njihov dalji razvoj će omogućiti drastično smanjenje troškova stvaranja petrotermalnih sistema. Programeri ovih tehnologija i projekata su N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geološki institut, RAS), A. S. Nekrasov (Institut za ekonomsko predviđanje, RAS) i stručnjaci iz Kaluške turbinske fabrike. Projekat petrotermalnog cirkulacijskog sistema u Rusiji trenutno je u eksperimentalnoj fazi.

U Rusiji postoje izgledi za geotermalnu energiju, iako relativno udaljeni: potencijal je u ovom trenutku prilično velik, a pozicije tradicionalne energije su jake. Istovremeno, u brojnim udaljenim regijama zemlje, korištenje geotermalne energije je ekonomski isplativo i sada je traženo. To su teritorije sa visokim geoenergetskim potencijalom (Čukotka, Kamčatka, Kurili - ruski deo pacifičkog "vatrenog pojasa Zemlje", planine Južnog Sibira i Kavkaza) i istovremeno udaljene i odsečene od centralizovanog snabdevanja energijom.

Vjerovatno će se u narednim decenijama geotermalna energija u našoj zemlji razvijati upravo u takvim regijama.

Dinamika promjena zimskih (2012-13) temperatura zemlje na dubini od 130 centimetara ispod kuće (ispod unutrašnje ivice temelja), kao i na nivou tla i temperature vode koja dolazi iz bunara su objavljeni ovdje. Sve je to na usponu koji dolazi iz bunara.
Grafikon se nalazi na dnu članka.
Dacha (na granici Nove Moskve i Kaluške regije) je zima, povremeno se posjećuje (2-4 puta mjesečno nekoliko dana).
Slijep prostor i podrum kuće nisu izolovani, od jeseni su zatvoreni termoizolacionim čepovima (10 cm pene). Gubitak topline na verandi, gdje izlazi uspon, promijenio se u januaru. Vidi napomenu 10.
Mjerenja na dubini od 130 cm vrše se Xital GSM () sistemom, diskretno - 0,5*C, dodaj. greška je oko 0,3*C.
Senzor je ugrađen u HDPE cijev od 20 mm zavarenu odozdo u blizini uspona (na vanjskoj strani izolacije uspona, ali unutar cijevi od 110 mm).
Apscisa je datum, ordinata je temperatura.
Napomena 1:
Pratiće se i temperatura vode u bunaru, kao iu prizemlju ispod kuće, odmah na uzlaznom vodu bez vode, ali tek po dolasku. Greška je oko + -0,6 * C.
Napomena 2:
Temperatura na nivou tla ispod kuće, na usponu vodovoda, u nedostatku ljudi i vode, pala je na minus 5*C. Ovo sugeriše da sam sistem napravio sa razlogom - Inače, termostat koji je pokazivao -5*C je upravo iz ovog sistema (RT-12-16).
Napomena 3:
Temperaturu vode "u bunaru" mjeri isti senzor (takođe je u napomeni 2) kao i na "prizemlju" - stoji direktno na usponu ispod termoizolacije, blizu uspona u nivou tla. Ova dva mjerenja se vrše u različitim vremenskim trenucima. "Na nivou tla" - prije pumpanja vode u uspon i "u bunar" - nakon pumpanja oko 50 litara pola sata sa prekidima.
Napomena 4:
Temperatura vode u bunaru može biti donekle podcijenjena, jer Ne mogu da tražim ovu jebenu asimptotu, beskrajno pumpa vodu (moju)... Kako mogu - tako igram.
Napomena 5: Nije relevantno, brisano.
Napomena 6:
Greška u fiksiranju vanjske temperature je približno + - (3-7) * S.
Napomena 7:
Brzina hlađenja vode na nivou tla (bez uključivanja pumpe) je otprilike 1-2*C na sat (ovo je na minus 5*C na nivou tla).
Napomena 8:
Zaboravio sam da opišem kako je uređen i izolovan moj podzemni vodnjak. PND-32 je opremljen sa dvije izolacijske čarape ukupno - 2 cm. debljine (izgleda, pjenasti polietilen), sve se to ubacuje u kanalizacionu cijev od 110 mm i tu se zapjeni do dubine od 130 cm. Istina, pošto PND-32 nije išao u sredinu 110. cijevi, kao i činjenica da se u sredini masa obične pjene možda neće dugo stvrdnuti, što znači da se ne pretvara u izolaciju, jako sumnjam kvalitet takve dodatne izolacije.. Vjerovatno bi bilo bolje koristiti dvokomponentnu pjenu za koju sam tek kasnije saznao...
Napomena 9:
Skrećem pažnju čitaocima na mjerenje temperature "U prizemlju" od 01.12.2013. i od 18.01.2013. Ovdje je, po mom mišljenju, vrijednost +0,3*C mnogo veća od očekivane. Mislim da je to posljedica akcije "Snijeg zatrpavanje podruma na usponu", izvedene 31.12.2012.
Napomena 10:
Od 12. januara do 3. februara izvršio je dodatnu izolaciju verande, gdje ide podzemni vodnjak.
Kao rezultat toga, prema grubim procjenama, gubitak topline verande smanjen je sa 100 W / m2. sprata do cca 50 (ovo je na minus 20*C na ulici).
To se odrazilo i na grafikone. Pogledajte temperaturu prizemlja 9. februara: +1,4*C i 16. februara: +1,1 - ovako visokih temperatura nije bilo od početka prave zime.
I još nešto: od 4. do 16. februara, prvi put u dvije zime od nedjelje do petka, bojler se nije uključio da bi održao zadatu minimalnu temperaturu, jer nije dostigao ovaj minimum...
Napomena 11:
Kao što sam obećao (za "narudžbu" i za završetak godišnjeg ciklusa) periodično ću objavljivati ​​temperature ljeti. Ali - ne u rasporedu, da ne "zasjenimo" zimu, već ovdje, u Note-11.
11. maja 2013
Nakon 3 sedmice provjetravanja, zrak je zatvoren do jeseni kako bi se izbjegla kondenzacija.
13. maja 2013(na ulici nedelju dana + 25-30 * S):
- ispod kuće u prizemlju + 10,5*S,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 6 * C,

12. juna 2013.:
- ispod kuće u prizemlju + 14,5*S,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 10 * C.
- voda u bunar sa dubine od 25 m ne više od + 8 * S.
26. juna 2013.:
- ispod kuće u prizemlju +16*C,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 11 * C.
- voda u bunar sa dubine od 25 m ne više od + 9,3 * S.
19. avgusta 2013:
- ispod kuće u prizemlju +15,5*C,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 13,5 * C.
- voda u bunar sa dubine od 25 m ne više od + 9,0 * S.
28. septembra 2013.:
- ispod kuće u prizemlju + 10,3*S,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 12 * C.
- voda u bunar sa dubine od 25m = +8,0*C.
26. oktobra 2013:
- ispod kuće u prizemlju +8,5*C,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 9,5 * C.
- voda u bunar sa dubine od 25 m ne više od + 7,5 * S.
16. novembra 2013:
- ispod kuće u prizemlju +7,5*S,
- ispod kuće na dubini od 130cm. + 9,0 * C.
- voda u bunar sa dubine od 25m + 7,5*S.
20. februara 2014.:
Ovo je vjerovatno posljednji unos u ovom članku.
Cijelu zimu stalno živimo u kući, poenta ponavljanja prošlogodišnjih mjerenja je mala, dakle samo dvije značajne brojke:
- minimalna temperatura ispod kuće na nivou tla u najhladnijim mrazima (-20 - -30 * C) sedmicu nakon njihovog početka više puta je padala ispod + 0,5 * C. U ovim trenucima mi je to uspjelo

Zamislite dom koji uvijek održava ugodnu temperaturu, a sistemi grijanja i hlađenja nisu vidljivi. Ovaj sistem radi efikasno, ali ne zahtijeva složeno održavanje ili posebna znanja vlasnika.

Svjež zrak, čuje se cvrkut ptica i vjetar koji se lijeno igra lišćem na drveću. Kuća prima energiju iz zemlje, kao i lišće, koje prima energiju iz korijena. Lepa slika, zar ne?

Geotermalni sistemi grijanja i hlađenja čine ovu sliku stvarnošću. Geotermalni HVAC sistem (grijanje, ventilacija i klimatizacija) koristi temperaturu tla za grijanje zimi i hlađenje ljeti.

Kako funkcionira geotermalno grijanje i hlađenje

Temperatura okoline se mijenja s promjenom godišnjih doba, ali podzemna temperatura se ne mijenja toliko zbog izolacijskih svojstava zemlje. Na dubini od 1,5-2 metra temperatura ostaje relativno konstantna tokom cijele godine. Geotermalni sistem se obično sastoji od opreme za unutrašnju obradu, podzemnog sistema cijevi koji se naziva podzemna petlja i/ili pumpe za cirkulaciju vode. Sistem koristi konstantnu temperaturu tla kako bi osigurao "čistu i besplatnu" energiju.

(Ne brkajte koncept geotermalnog NVC sistema sa „geotermalnom energijom“, procesom u kojem se električna energija proizvodi direktno iz toplote u zemlji. U poslednjem slučaju se koriste različite vrste opreme i drugi procesi, u svrhu koji obično zagreva vodu do tačke ključanja.)

Cijevi koje čine podzemnu petlju obično su izrađene od polietilena i mogu se postaviti horizontalno ili vertikalno ispod zemlje, ovisno o terenu. Ako je vodonosnik dostupan, inženjeri mogu dizajnirati sistem "otvorene petlje" bušenjem bunara do podzemne vode. Voda se ispumpava, prolazi kroz izmjenjivač topline, a zatim se "ponovnim ubrizgavanjem" ubrizgava u isti vodonosnik.

Zimi voda, prolazeći kroz podzemnu petlju, apsorbira toplinu zemlje. Unutrašnja oprema dodatno podiže temperaturu i distribuira je po cijeloj zgradi. To je kao da klima uređaj radi obrnuto. Ljeti, geotermalni NWC sistem izvlači vodu visoke temperature iz zgrade i prenosi je kroz podzemnu petlju/pumpu do bunara za ponovno ubrizgavanje, odakle voda ulazi u hladnije tlo/akvifer.

Za razliku od konvencionalnih sistema grijanja i hlađenja, geotermalni HVAC sistemi ne koriste fosilna goriva za proizvodnju topline. Oni jednostavno uzimaju toplotu iz zemlje. Obično se električna energija koristi samo za rad ventilatora, kompresora i pumpe.

Postoje tri glavne komponente u sistemu geotermalnog hlađenja i grijanja: toplotna pumpa, fluid za prijenos topline (otvoreni ili zatvoreni sistem) i sistem za dovod zraka (cijevni sistem).

Za toplotne pumpe iz zemlje, kao i za sve druge tipove toplotnih pumpi, meren je odnos njihove efikasnosti i energije utrošene za ovu radnju (efikasnost). Većina sistema geotermalnih toplotnih pumpi ima efikasnost između 3,0 i 5,0. To znači da sistem pretvara jednu jedinicu energije u 3-5 jedinica toplote.

Geotermalni sistemi se lako održavaju. Ispravno ugrađena, što je vrlo važno, podzemna petlja može ispravno funkcionirati nekoliko generacija. Ventilator, kompresor i pumpa smješteni su u zatvorenom prostoru i zaštićeni od promjenjivih vremenskih uvjeta, tako da njihov vijek trajanja može trajati godinama, a često i decenijama. Rutinske periodične provere, pravovremena zamena filtera i godišnje čišćenje spirale su jedino održavanje koje je potrebno.

Iskustvo u korišćenju geotermalnih NVK sistema

Geotermalni NVC sistemi su u upotrebi više od 60 godina širom sveta. Oni rade sa prirodom, a ne protiv nje, i ne emituju gasove staklene bašte (kao što je ranije rečeno, troše manje električne energije jer koriste konstantnu temperaturu zemlje).

Geotermalni HVAC sistemi sve više postaju atributi održivih domova kao dio rastućeg pokreta zelene gradnje. Zeleni projekti činili su 20 posto svih američkih kuća izgrađenih u prošloj godini. Članak u Wall Street Journalu kaže da će budžet zelene zgrade porasti sa 36 milijardi dolara godišnje na 114 milijardi dolara do 2016. To će činiti 30-40 posto ukupnog tržišta nekretnina.

Ali veliki dio informacija o geotermalnom grijanju i hlađenju zasnovan je na zastarjelim podacima ili neutemeljenim mitovima.

Razbijanje mitova o geotermalnim NVC sistemima

1. Geotermalni NVC sistemi nisu obnovljiva tehnologija jer koriste električnu energiju.

Činjenica: Geotermalni HVAC sistemi koriste samo jednu jedinicu električne energije za proizvodnju do pet jedinica za hlađenje ili grijanje.

2. Solarna energija i energija vjetra su povoljnije obnovljive tehnologije od geotermalnih NVC sistema.

Činjenica: Geotermalni HVAC sistemi recikliraju četiri puta više kilovat-sati za jedan dolar nego solarna ili energija vjetra za isti dolar. Ove tehnologije, naravno, mogu igrati važnu ulogu za životnu sredinu, ali geotermalni NVC sistem je često najefikasniji i najisplativiji način da se smanji uticaj na životnu sredinu.

3. Geotermalni NVC sistem zahtijeva puno prostora za smještaj polietilenskih cijevi podzemne petlje.

Činjenica: U zavisnosti od terena, podzemna petlja se može postaviti vertikalno, što znači da je potrebna mala površina. Ako postoji pristupačan vodonosnik, tada je potrebno samo nekoliko kvadratnih stopa na površini. Imajte na umu da se voda vraća u isti vodonosnik iz kojeg je uzeta nakon prolaska kroz izmjenjivač topline. Dakle, voda nije otpadna voda i ne zagađuje vodonosnik.

4. HBK toplotne pumpe sa zemljom su bučne.

Činjenica: Sistemi su veoma tihi i napolju nema opreme koja ne bi uznemiravala komšije.

5. Geotermalni sistemi će na kraju biti izbrisani.

Činjenica: Podzemne petlje mogu trajati generacijama. Oprema za prijenos topline obično traje decenijama jer je zaštićena u zatvorenom prostoru. Kada dođe vrijeme za potrebnu zamjenu opreme, cijena takve zamjene je mnogo manja od novog geotermalnog sistema, jer su podzemna petlja i bušotina njegovi najskuplji dijelovi. Nova tehnička rješenja otklanjaju problem zadržavanja topline u tlu, tako da sistem može razmjenjivati ​​temperature u neograničenoj količini. U prošlosti je bilo slučajeva pogrešno izračunatih sistema koji su zaista pregrijavali ili prehlađivali tlo do te mjere da više nije postojala temperaturna razlika potrebna za funkcioniranje sistema.

6. Geotermalni HVAC sistemi rade samo za grijanje.

Činjenica: jednako efikasno rade za hlađenje i mogu biti dizajnirani na takav način da nema potrebe za dodatnim rezervnim izvorom topline. Iako neki kupci odlučuju da je isplativije imati mali rezervni sistem za najhladnija vremena. To znači da će njihova podzemna petlja biti manja, a samim tim i jeftinija.

7. Geotermalni HVAC sistemi ne mogu istovremeno grijati vodu za domaćinstvo, vodu u bazenu i grijati dom.

Činjenica: Sistemi mogu biti dizajnirani da obavljaju više funkcija u isto vrijeme.

8. Geotermalni NVC sistemi zagađuju tlo rashladnim fluidima.

Činjenica: Većina sistema koristi vodu samo u šarkama.

9. Geotermalni NVC sistemi koriste mnogo vode.

Činjenica: Geotermalni sistemi zapravo ne troše vodu. Ako se podzemna voda koristi za izmjenu temperature, tada se sva voda vraća u isti vodonosnik. U prošlosti su zaista postojali sistemi koji su trošili vodu nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline, ali se takvi sistemi danas rijetko koriste. Sa komercijalne tačke gledišta, geotermalni NVC sistemi zapravo štede milione litara vode koja bi isparila u tradicionalnim sistemima.

10. Geotermalna NVK tehnologija nije finansijski izvodljiva bez državnih i regionalnih poreskih podsticaja.

Činjenica: Nacionalni i regionalni poticaji obično se kreću od 30 do 60 posto ukupne cijene geotermalnog sistema, što često može smanjiti početnu cijenu blizu cijene konvencionalne opreme. Standardni HVAC vazdušni sistemi koštaju približno 3.000 dolara po toni toplote ili hladnoće (kuće obično koriste jednu do pet tona). Cijena geotermalnih NVK sistema kreće se od približno 5.000 dolara po toni do 8.000-9.000 dolara. Međutim, nove metode ugradnje značajno smanjuju troškove, sve do cijene konvencionalnih sistema.

Troškove možete smanjiti i kroz popuste na opremu za javnu ili komercijalnu upotrebu, ili čak za velike narudžbe domaće prirode (posebno velikih brendova kao što su Bosch, Carrier i Trane). Otvorene petlje, koje koriste pumpe i bunare za ponovno ubrizgavanje, jeftinije su za ugradnju od zatvorenih sistema.

Zasnovano na materijalima sa: energyblog.nationalgeographic.com