Nuotrauka: „NesjavellirPowerPlant edit2“ bendradarbė Gretar Ívarsson / https://commons.wikimedia.org/wiki/ 2015 m. gegužės 25 d. / Žymos:

Po dvejų metų Espo mieste bus paleista pirmoji Suomijoje geoterminė elektrinė. Suomijos inžinieriai planuoja panaudoti natūralią žemės vidaus šilumą pastatams šildyti. O jei eksperimentas pasiseks, tai tokius šildymo įrenginius galima statyti visur, pavyzdžiui, Leningrado srityje. Kyla klausimas, kiek tai naudinga.

Žemės energijos panaudojimas nėra nauja idėja. Natūralu, kad pirmiausia jos įgyvendinimo ėmėsi tų regionų, kuriuose pati gamta sukūrė „garo mašinas“, gyventojai. Pavyzdžiui, dar 1904 metais Italijos princas Piero Ginori Conti uždegė keturias elektros lemputes, pastatydamas turbiną su elektros generatoriumi šalia natūralios įkaitusių garų išėjimo iš žemės, Larderello regione (Toskana).

Po devynerių metų, 1913 m., joje buvo paleista pirmoji komercinė 250 kilovatų galios geoterminė stotis. Stotis naudojo pelningiausią, bet, deja, retą resursą – sausą perkaitintą garą, kurio galima rasti tik vulkaninių masyvų gelmėse. Tačiau iš tikrųjų Žemės šilumą galima rasti ne tik prie ugnimi alsuojančių kalnų. Jis yra visur, po mūsų kojomis.

Planetos viduriai įkaista iki kelių tūkstančių laipsnių. Mokslininkai dar neišsiaiškino, dėl kokių procesų mūsų planeta kelis milijardus metų kaupia milžinišką šilumos kiekį, ir neįmanoma įvertinti, kiek milijardų metų tai truks. Patikimai žinoma, kad panardinus į žemę kas 100 metrų, uolienų temperatūra pakyla vidutiniškai 3 laipsniais. Vidutiniškai tai reiškia, kad planetoje yra vietų, kur temperatūra pakyla puse laipsnio, o kai kur – 15 laipsnių. Ir tai nėra aktyvaus vulkanizmo zonos.

Temperatūros gradientas, žinoma, didėja netolygiai. Suomijos ekspertai tikisi pasiekti 7 km gylyje esančią zoną, kurioje uolienų temperatūra sieks 120 laipsnių Celsijaus, o Espo temperatūros gradientas yra apie 1,7 laipsnio 100 metrų, o tai net žemiau vidurkio. Ir, nepaisant to, tai jau yra pakankama temperatūra pradėti geoterminio šildymo įrenginį.

Sistemos esmė iš esmės paprasta. Kelių šimtų metrų atstumu vienas nuo kito gręžiami du gręžiniai. Tarp jų, apatinėje dalyje, esant slėgiui įpurškiamas vanduo, kad sulaužytų sluoksnius ir tarp jų susidarytų pralaidžių plyšių sistema. Technologija sukurta: dabar panašiu būdu išgaunama skalūnų nafta ir dujos.

Tada vanduo į vieną iš šulinių pumpuojamas iš paviršiaus, o iš antrojo, atvirkščiai, išpumpuojamas. Vanduo teka per įkaitusių uolienų plyšius, o paskui per antrą šulinį teka į paviršių, kur perduoda šilumą įprastam miesto šildymo įrenginiui. Tokios sistemos jau pradėtos naudoti JAV, šiuo metu jos kuriamos Australijoje ir Europos Sąjungos šalyse.

Nuotrauka: www.facepla.net (ekrano kopija)

Be to, šilumos pakaks elektros energijos gamybai. Pirmenybė plėtojant žemos temperatūros geoterminę energiją priklauso sovietų mokslininkams – būtent jie daugiau nei prieš pusę amžiaus sprendė tokios energijos panaudojimo Kamčiatkoje klausimą. Mokslininkai pasiūlė kaip verdantį aušinimo skystį naudoti organinį skystį – freoną12, kurio virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui yra minus 30 laipsnių. Vanduo iš šulinio, kurio temperatūra 80 laipsnių Celsijaus, perdavė savo šilumą freonui, kuris suko turbinas. 1967 metais pastatyta geoterminė elektrinė Kamčiatkoje Paužetskaja tapo pirmąja pasaulyje elektrine, veikiančia tokios temperatūros vandeniu.

Tokios schemos privalumai yra akivaizdūs – bet kuriame Žemės taške žmonija galės save aprūpinti šiluma ir elektra, net jei Saulė užges. Žemės plutos storyje sukaupiama didžiulė energija, daugiau nei 10 tūkstančių kartų didesnė už visas šiuolaikinės civilizacijos kuro sąnaudas per metus. Ir ši energija nuolat atsinaujina dėl šilumos antplūdžio iš planetos žarnų. Šiuolaikinės technologijos leidžia išgauti šios rūšies energiją.

Leningrado srityje yra įdomių vietų panašių geoterminių elektrinių statybai. Posakis „Petras stovi pelkėje“ taikytinas tik mažaaukščių objektų statybos požiūriu, o „didžiosios geologijos“ požiūriu – nuosėdinė danga Sankt Peterburgo apylinkėse yra gana didelė. plonos, tik dešimčių metrų, o tada, kaip ir Suomijoje, atsiranda magminės uolienos ... Šis uolėtas skydas yra nevienalytis: jame yra defektų, išilgai kai kurių šilumos srautas kyla aukštyn.

Pirmieji į šį reiškinį atkreipė dėmesį botanikai, kurie Karelijos sąsmaukoje ir Izhoros plokščiakalnyje aptiko karščio salas, kur auga augalai, turintys didelį reprodukcijos greitį arba priklausantys pietesniems botaniniams pozoniams. O prie Gatčinos išvis buvo aptikta botaninė anomalija – Alpių-Karpatų floros augalai. Augalai egzistuoja dėl šilumos srovių, sklindančių iš žemės.

Remiantis gręžimo Pulkovo vietovėje 1000 metrų gylyje rezultatais, kristalinių uolienų temperatūra buvo plius 30 laipsnių, tai yra vidutiniškai kas 100 metrų pakilo 3 laipsniais. Tai yra „vidutinis“ temperatūros gradiento lygis, tačiau jis beveik dvigubai viršija Suomijos Espoo regiono lygį. Tai reiškia, kad Pulkovo mieste pakanka atitinkamai išgręžti gręžinį tik iki 3500 metrų gylio, toks šildymo įrenginys bus daug pigesnis nei Espoo.

Verta atsižvelgti į tai, kad tokių stočių atsipirkimo laikas priklauso ir nuo šilumos tiekimo bei elektros energijos tarifų šios šalies ar regiono vartotojams. 2015 m. gegužę daugiabučiams be elektrinio šildymo Helsingin Energia tarifas buvo 6,19 cento už kWh, su elektra šildymu atitinkamai 7,12 cento už kWh (dienos metu). Palyginti su Sankt Peterburgo tarifais, besinaudojantiems elektra ir šildymui skirtumas yra apie 40 proc., tuo tarpu reikia atsižvelgti ir į kursų žaidimus. Tokia maža elektros kaina Suomijoje, be kita ko, yra susijusi ir su tuo, kad šalis turi savo branduolinės energijos gamybos pajėgumus.

Tačiau nuolat pirkti elektrą ir kurą priverstoje Latvijoje elektros pardavimo kaina beveik dvigubai didesnė nei Suomijoje. Tačiau suomiai pasiryžę pastatyti stotį Espo mieste, geoterminio gradiento atžvilgiu ne itin palankioje vietoje.

Esmė ta, kad geoterminė energija reikalauja ilgalaikių investicijų. Šia prasme ji artimesnė didelio masto hidroenergetikai ir atominei energetikai. Geoterminę elektrinę pastatyti daug sunkiau nei saulės ar vėjo jėgainę. Ir reikia būti tikram, kad politikai nepradės žaisti kainomis, o taisyklės nepasikeis iš lėto.

Todėl suomiai ir nusprendžia dėl šio svarbaus pramoninio eksperimento. Jei pavyks įgyvendinti savo planus ir bent jau pradžiai sušildyti savo gyventojus šiluma, kuri niekada nesibaigs (net ir apskritai gyvybės mūsų planetoje mastu) – tai leis pagalvoti apie geotermijos ateitį. energijos didžiulėse Rusijos platybėse. Dabar Rusijoje Kamčiatkoje ir Dagestane esančios žemės šildo save, bet galbūt ateis Pulkovo laikas.

Konstantinas Rankas

Temperatūros pokytis atsižvelgiant į gylį. Žemės paviršius dėl netolygaus saulės šilumos tiekimo įšyla, vėliau atšąla. Šie temperatūros svyravimai labai negiliai prasiskverbia į Žemės storį. Taigi, dienos svyravimai 1 gylyje m dažniausiai beveik nebejaučiama. Kalbant apie metinius svyravimus, jie prasiskverbia į skirtingus gylius: šiltuose kraštuose 10-15 m, o šalyse su šaltomis žiemomis ir karštomis vasaromis iki 25-30 ir net 40 m. Giliau nei 30-40 m jau visur Žemėje temperatūra palaikoma pastovi. Pavyzdžiui, Paryžiaus observatorijos rūsyje įrengtas termometras jau daugiau nei 100 metų visą laiką rodo 11°, 85C.

Sluoksnis su pastovia temperatūra stebimas visame Žemės rutulyje ir vadinamas pastovios arba neutralios temperatūros juosta. Šios juostos gylis, priklausomai nuo klimato sąlygų, yra skirtingas, o temperatūra yra maždaug lygi šios vietos vidutinei metinei temperatūrai.

Kai einate gilyn į Žemę žemiau pastovios temperatūros sluoksnio, paprastai pastebimas laipsniškas temperatūros kilimas. Pirmieji tai pastebėjo giliųjų kasyklų darbuotojai. Tai buvo pastebėta ir klojant tunelius. Taigi, pavyzdžiui, klojant Simplono tunelį (Alpėse), temperatūra pakilo iki 60 °, o tai sukėlė didelių sunkumų dirbant. Dar aukštesnė temperatūra stebima giliuose gręžiniuose. Pavyzdys yra Chukhovskaya šulinys (Aukštutinė Silezija), kuriame 2220 m. m temperatūra viršijo 80 ° (83 °, 1) ir pan. m temperatūra pakyla 1 °C.

Metrų skaičius, kurio reikia įžengti giliau į Žemę, kad temperatūra pakiltų 1 ° C, vadinamas geoterminis žingsnis. Geoterminė pakopa įvairiais atvejais nėra vienoda ir dažniausiai svyruoja nuo 30 iki 35 m. Kai kuriais atvejais šie svyravimai gali būti dar didesni. Pavyzdžiui, Mičigano valstijoje (JAV), viename iš šulinių, esančių prie ežero. Mičiganas, geoterminis žingsnis pasirodė ne 33, o 70 m. Priešingai, labai mažas geoterminis žingsnis buvo pastebėtas viename iš gręžinių Meksikoje, ten 670 gylyje. m pasirodė vanduo, kurio temperatūra 70 °. Taigi geoterminė stadija pasirodė tik apie 12 m. Nedideli geoterminiai laipteliai stebimi ir vulkaniniuose regionuose, kur negiliuose gyliuose gali būti dar neatvėsusių magminių uolienų sluoksnių. Tačiau visi tokie atvejai yra ne tiek taisyklės, kiek išimtys.

Geoterminės stadijos priežasčių yra daug. (Be to, kas išdėstyta pirmiau, galite nurodyti skirtingą uolienų šilumos laidumą, patalynės pobūdį ir kt.

Vietovės reljefas turi didelę reikšmę temperatūros pasiskirstymui. Pastarasis aiškiai matomas pridedamame brėžinyje (23 pav.), kuriame pavaizduota Alpių atkarpa išilgai Simplono tunelio linijos, o geoizotermos nubrėžtos punktyrine linija (tai yra vienodos temperatūros linijos Žemės viduje). Geoizotermos čia tarsi atkartoja reljefą, tačiau su gyliu reljefo įtaka palaipsniui mažėja. (Stiprus geoizotermų lenkimas žemyn Balle yra dėl čia stebimos stiprios vandens cirkuliacijos.)

Žemės temperatūra dideliame gylyje. Temperatūrų stebėjimai gręžiniuose, kurių gylis retai viršija 2-3 km, natūralu, kad jie negali suprasti gilesnių Žemės sluoksnių temperatūros. Tačiau čia mums į pagalbą ateina kai kurie reiškiniai iš žemės plutos gyvybės. Vulkanizmas yra vienas iš šių reiškinių. Žemės paviršiuje plačiai paplitę ugnikalniai į žemės paviršių neša išsilydžiusias lavas, kurių temperatūra viršija 1000°. Todėl dideliame gylyje temperatūra viršija 1000 °.

Buvo laikas, kai mokslininkai, remdamiesi geoterminiu žingsniu, bandė apskaičiuoti gylį, kuriame gali būti net 1000–2000 ° temperatūra. Tačiau tokie skaičiavimai negali būti laikomi pakankamai pagrįstais. Auštančio bazalto rutulio temperatūros stebėjimai ir teoriniai skaičiavimai leidžia teigti, kad geoterminio žingsnio dydis didėja didėjant gyliui. Bet kokiu mastu ir kokiu gyliu toks padidėjimas vyksta, taip pat kol kas negalime pasakyti.

Jei darytume prielaidą, kad temperatūra nuolat didėja didėjant gyliui, tada Žemės centre ji turėtų būti matuojama dešimtimis tūkstančių laipsnių. Esant tokiai temperatūrai, visos mums žinomos uolienos turėtų virsti skysta būsena. Tiesa, Žemės viduje tvyro didžiulis slėgis, ir mes nieko nežinome apie kūnų būklę esant tokiam slėgiui. Nepaisant to, mes neturime jokių duomenų, leidžiančių teigti, kad temperatūra nuolat didėja didėjant gyliui. Dabar dauguma geofizikų daro išvadą, kad temperatūra Žemės viduje vargu ar gali būti didesnė nei 2000 °.

Šilumos šaltiniai. Kalbant apie šilumos šaltinius, lemiančius vidinę Žemės temperatūrą, jie gali būti skirtingi. Remiantis hipotezėmis, kurios mano, kad Žemė yra susidariusi iš raudonai įkaitusios ir išlydytos masės, vidinė šiluma turi būti laikoma kūno likutine šiluma, vėstančia nuo paviršiaus. Tačiau yra pagrindo manyti, kad vidinės aukštos Žemės temperatūros priežastis gali būti radioaktyvus urano, torio, aktinourano, kalio ir kitų uolienose esančių elementų skilimas. Radioaktyvieji elementai daugiausiai pasiskirstę rūgščiose Žemės paviršiaus apvalkalo uolienose, mažiau jų randama giliai esančiose bazinėse uolienose. Tuo pačiu metu pagrindinės uolienos jose yra turtingesnės nei geležies meteoritai, kurie laikomi kosminių kūnų vidinių dalių fragmentais.

Nepaisant nedidelio radioaktyviųjų medžiagų kiekio uolienose ir jų lėto irimo, bendras radioaktyvaus skilimo šilumos kiekis yra didelis. Sovietų geologas V. G. Khlopinas apskaičiavo, kad radioaktyvių elementų, esančių viršutiniame 90 kilometrų Žemės apvalkale, pakanka padengti planetos šilumos nuostolius dėl radiacijos. Kartu su radioaktyviuoju skilimu, šiluminė energija išsiskiria spaudžiant Žemės medžiagai, vykstant cheminėms reakcijoms ir kt.

Mūsų šalyje, kurioje gausu angliavandenilių, geoterminė energija yra egzotiškas išteklius, kuris, atsižvelgiant į dabartinę padėtį, vargu ar konkuruos su nafta ir dujomis. Nepaisant to, ši alternatyvi energijos forma gali būti naudojama beveik visur ir yra gana efektyvi.

Geoterminė energija yra žemės vidaus šiluma. Jis gaminamas gelmėse ir patenka į Žemės paviršių įvairiomis formomis ir skirtingu intensyvumu.

Viršutinių dirvožemio sluoksnių temperatūra daugiausia priklauso nuo išorinių (egzogeninių) veiksnių – saulės šviesos ir oro temperatūros. Vasarą ir dieną dirvožemis įšyla iki tam tikro gylio, o žiemą ir naktį atšąla pasikeitus oro temperatūrai ir šiek tiek vėluojant, didėjant gyliui. Kasdienių oro temperatūros svyravimų įtaka baigiasi gylyje nuo kelių iki kelių dešimčių centimetrų. Sezoniniai svyravimai apima gilesnius dirvožemio sluoksnius – iki dešimčių metrų.

Tam tikrame gylyje – nuo ​​dešimčių iki šimtų metrų – dirvožemio temperatūra palaikoma pastovi, lygi vidutinei metinei oro temperatūrai Žemės paviršiuje. Tuo nesunku įsitikinti nusileidus į pakankamai gilų urvą.

Kai vidutinė metinė oro temperatūra tam tikroje vietovėje yra žemiau nulio, tai pasireiškia amžinuoju įšalu (tiksliau – amžinuoju įšalu). Rytų Sibire ištisus metus įšalusių dirvų storis, tai yra storis, vietomis siekia 200-300 m.

Nuo tam tikro gylio (kiekvienam žemėlapio taškui savo) Saulės ir atmosferos veikimas taip susilpnėja, kad į viršų išlenda endogeniniai (vidiniai) faktoriai ir iš vidaus įšyla žemės vidus, todėl temperatūra. pradeda kilti su gyliu.

Giliųjų Žemės sluoksnių įkaitimas daugiausia siejamas su ten esančių radioaktyviųjų elementų irimu, nors kitais šilumos šaltiniais vadinami ir, pavyzdžiui, fizikiniai ir cheminiai, tektoniniai procesai giliuose žemės plutos ir mantijos sluoksniuose. Tačiau, kad ir kokia būtų priežastis, uolienų ir susijusių skystųjų bei dujinių medžiagų temperatūra didėja didėjant gyliui. Kalnakasiai susiduria su šiuo reiškiniu – giliose kasyklose visada karšta. 1 km gylyje trisdešimties laipsnių karštis yra normalus, o giliau temperatūra dar aukštesnė.

Žemės vidaus šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, yra nedidelis – vidutiniškai jo galia yra 0,03–0,05 W / m 2 arba apie 350 W · h / m 2 per metus. Atsižvelgiant į šilumos srautą iš Saulės ir jos šildomo oro, tai yra nepastebima reikšmė: Saulė kiekvienam žemės paviršiaus kvadratiniam metrui kasmet duoda apie 4000 kWh, tai yra 10 000 kartų daugiau (žinoma, tai yra Vidutiniškai su didžiuliu pasiskirstymu tarp poliarinių ir pusiaujo platumų ir priklausomai nuo kitų klimato ir oro veiksnių).

Šilumos srauto iš gelmių į paviršių nereikšmingumas didžiojoje planetos dalyje siejamas su mažu uolienų šilumos laidumu ir geologinės sandaros ypatumais. Tačiau yra išimčių – vietos, kur šilumos srautas didelis. Tai visų pirma tektoninių lūžių, padidėjusio seisminio aktyvumo ir vulkanizmo zonos, kuriose išteklius randa žemės vidaus energija. Tokios zonos pasižymi litosferos šiluminėmis anomalijomis, čia šilumos srautas, pasiekiantis Žemės paviršių, gali būti kelis kartus ir net eilėmis galingesnis už „įprastą“. Vulkanų išsiveržimai ir karšto vandens šaltiniai šiose zonose į paviršių išneša didžiulį šilumos kiekį.

Būtent šios teritorijos yra palankiausios geoterminės energetikos plėtrai. Rusijos teritorijoje tai visų pirma Kamčiatka, Kurilų salos ir Kaukazas.

Tuo pačiu metu geoterminės energijos plėtra įmanoma beveik visur, nes temperatūros padidėjimas kartu su gyliu yra visur paplitęs reiškinys, o užduotis yra „ištraukti“ šilumą iš žarnyno, kaip iš ten išgaunamos mineralinės žaliavos.

Vidutiniškai kas 100 m temperatūra didėja didėjant gyliui 2,5–3 ° C. Temperatūros skirtumo tarp dviejų skirtingų gylių taškų ir gylio skirtumo santykis tarp jų vadinamas geoterminiu gradientu.

Atvirkštinė vertė yra geoterminis žingsnis arba gylio intervalas, kai temperatūra pakyla 1 ° C.

Kuo didesnis gradientas ir atitinkamai žemesnis laiptelis, tuo Žemės gelmių šiluma artėja prie paviršiaus ir ši sritis yra perspektyvesnė geoterminės energijos plėtrai.

Įvairiose vietovėse, priklausomai nuo geologinės struktūros ir kitų regioninių bei vietinių sąlygų, temperatūros kilimo greitis didėjant gyliui gali labai skirtis. Žemės mastu geoterminių gradientų ir žingsnių dydžių svyravimai siekia 25 kartus. Pavyzdžiui, Oregone (JAV) gradientas yra 150 ° C / km, o Pietų Afrikoje - 6 ° C / km.

Kyla klausimas, kokia temperatūra dideliame gylyje – 5, 10 km ar daugiau? Jei tendencija tęsis, temperatūra 10 km gylyje turėtų būti vidutiniškai apie 250–300 °C. Tai daugiau ar mažiau patvirtina tiesioginiai stebėjimai itin giliuose šuliniuose, nors vaizdas yra daug sudėtingesnis nei tiesinis temperatūros padidėjimas.

Pavyzdžiui, Baltijos kristaliniame skyde išgręžtame Kolos ypač giliame gręžinyje temperatūra iki 3 km gylio kinta 10 °C / 1 km greičiu, o tada geoterminis gradientas tampa 2–2,5 karto didesnis. 7 km gylyje jau buvo užfiksuota 120 ° C temperatūra, 10 km gylyje - 180 ° C, o 12 km - 220 ° C.

Kitas pavyzdys – gręžinys, išgręžtas šiaurinėje Kaspijos jūros regione, kur 500 m gylyje užfiksuota 42 °C, 1,5 km gylyje – 70 °C, 2 km – 80 °C, 3 km gylyje – 108 °C.

Daroma prielaida, kad geoterminis gradientas mažėja pradedant nuo 20-30 km gylio: 100 km gylyje numatoma apie 1300-1500 °C temperatūra, 400 km gylyje - 1600 °C, Žemės paviršiuje. šerdis (gylis virš 6000 km) - 4000-5000 ° C.

Gylyje iki 10–12 km temperatūra matuojama per gręžinius; kur jų nėra, tai nustatoma netiesioginiais ženklais taip pat, kaip ir didesniame gylyje. Tokie netiesioginiai požymiai gali būti seisminių bangų praėjimo pobūdis arba ištekančios lavos temperatūra.

Tačiau geoterminės energijos tikslais duomenys apie temperatūrą didesniame nei 10 km gylyje dar nėra praktiški.

Kelių kilometrų gylyje yra daug šilumos, bet kaip ją pakelti? Kartais šią problemą mums išsprendžia pati gamta, pasitelkusi natūralų šilumnešį – šildomus terminius vandenis, kurie iškyla į paviršių arba glūdi mums prieinamame gylyje. Kai kuriais atvejais vanduo gelmėse pašildomas iki garo būsenos.

Nėra griežto termino „terminių vandenų“ apibrėžimo. Paprastai jie reiškia karštą požeminį vandenį skystoje būsenoje arba garų pavidalu, įskaitant tuos, kurie išeina į Žemės paviršių, kurio temperatūra viršija 20 ° C, tai yra, kaip taisyklė, aukštesnė už oro temperatūrą.

Požeminio vandens, garo, garo ir vandens mišinių šiluma yra hidroterminė energija. Atitinkamai, energija, pagrįsta jos panaudojimu, vadinama hidrotermine.

Padėtis yra sudėtingesnė gaminant šilumą tiesiai iš sausų uolienų – naftos šiluminę energiją, juolab kad gana aukšta temperatūra, kaip taisyklė, prasideda nuo kelių kilometrų gylio.

Rusijos teritorijoje naftos šiluminės energijos potencialas yra šimtą kartų didesnis nei hidroterminės energijos – atitinkamai 3500 ir 35 trilijonai tonų kuro ekvivalento. Tai gana natūralu – Žemės gelmių šiluma yra visur, o terminiai vandenys randami lokaliai. Tačiau dėl akivaizdžių techninių šilumos ir elektros gamybos sunkumų šiuo metu dažniausiai naudojamas terminis vanduo.

Vanduo, kurio temperatūra nuo 20-30 °C iki 100 °C, tinka šildymui, nuo 150 °C ir aukštesnė temperatūra – ir elektros gamybai geoterminėse elektrinėse.

Apskritai geoterminiai ištekliai Rusijos teritorijoje, skaičiuojant tonomis ekvivalentinio kuro ar bet kokiu kitu energijos matavimo vienetu, yra apie 10 kartų didesni nei iškastinio kuro atsargos.

Teoriškai tik geoterminė energija galėtų visiškai patenkinti šalies energijos poreikius. Praktiškai šiuo metu didžiojoje jos teritorijos dalyje tai neįmanoma dėl techninių ir ekonominių priežasčių.

Pasaulyje geoterminės energijos panaudojimas dažniausiai siejamas su Islandija – šalimi, esančia šiauriniame Vidurio Atlanto kalnagūbrio gale, itin aktyvioje tektoninėje ir vulkaninėje zonoje. Turbūt visi prisimena galingą Eyjafjallajokull ugnikalnio išsiveržimą ( Eyjafjallajökull) 2010 m.

Būtent dėl ​​šios geologinės specifikos Islandija turi milžiniškus geoterminės energijos rezervus, įskaitant karštąsias versmes, kurios išeina į Žemės paviršių ir net trykšta geizerių pavidalu.

Islandijoje daugiau nei 60% visos suvartojamos energijos šiuo metu paimama iš Žemės. Įskaitant geoterminius šaltinius, gaunama 90 % šildymo ir 30 % elektros energijos. Priduriame, kad likusi šalies elektros dalis gaminama hidroelektrinėse, tai yra taip pat naudojant atsinaujinantį energijos šaltinį, kurio dėka Islandija atrodo kaip savotiškas pasaulinis aplinkosaugos standartas.

Geoterminės energijos prijaukinimas XX amžiuje padėjo Islandijai pastebimai ekonomiškai. Iki praėjusio šimtmečio vidurio tai buvo labai skurdi šalis, dabar užima pirmą vietą pasaulyje pagal įrengtus pajėgumus ir geoterminės energijos gamybą, tenkančią vienam gyventojui, o pagal absoliučią geoterminės energijos instaliuotos galios vertę patenka į dešimtuką. elektrinės. Tačiau jos gyventojų skaičius yra tik 300 tūkstančių žmonių, o tai supaprastina užduotį pereiti prie aplinkai nekenksmingų energijos šaltinių: jos poreikiai paprastai yra nedideli.

Be Islandijos, didelę geoterminės energijos dalį bendrame elektros gamybos balanse sudaro Naujoji Zelandija ir Pietryčių Azijos salų valstybės (Filipinai ir Indonezija), Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos šalys, kurių teritorijai taip pat būdingi didelis seisminis ir vulkaninis aktyvumas. Šioms šalims, atsižvelgiant į jų dabartinį išsivystymo lygį ir poreikius, geoterminė energija labai prisideda prie socialinio ir ekonominio vystymosi.

Geoterminės energijos naudojimas turi labai ilgą istoriją. Vienas iš pirmųjų žinomų pavyzdžių yra Italija, vieta Toskanos provincijoje, dabar vadinamoje Larderello, kur dar XIX amžiaus pradžioje buvo naudojamas vietinis karštas terminis vanduo, išlietas natūraliai arba išgaunamas iš seklių šulinių. energetiniais tikslais.

Boro rūgščiai gauti čia buvo naudojamas požeminis vanduo, kuriame gausu boro. Iš pradžių ši rūgštis buvo gauta išgarinant geležiniuose katiluose, o kaip kuras buvo paimtos paprastos malkos iš šalia esančių miškų, tačiau 1827 m. Francesco Larderel sukūrė sistemą, kuri veikė pačių vandenų šilumą. Tuo pačiu metu natūralių vandens garų energija pradėta naudoti gręžimo įrenginiams, o XX amžiaus pradžioje - vietiniams namams ir šiltnamiams šildyti. Toje pačioje vietoje, Larderello mieste, 1904 m. terminio vandens garai tapo energijos šaltiniu elektrai gaminti.

Kai kurios kitos šalys XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje pasekė Italijos pavyzdžiu. Pavyzdžiui, 1892 metais terminiai vandenys vietiniam šildymui pirmą kartą pradėti naudoti JAV (Boise, Aidaho valstija), 1919 metais – Japonijoje, o 1928 metais – Islandijoje.

Jungtinėse Valstijose pirmoji hidroterminė elektrinė pasirodė Kalifornijoje XX amžiaus trečiojo dešimtmečio pradžioje, Naujojoje Zelandijoje 1958 m., Meksikoje 1959 m., Rusijoje (pirmoji pasaulyje dvejetainė geoterminė elektrinė) 1965 m.

Senas principas naujame šaltinyje

Elektros gamybai reikalinga aukštesnė hidro šaltinio temperatūra nei šildymui – daugiau nei 150 °C. Geoterminės elektrinės (GeoPP) veikimo principas panašus į įprastos šiluminės elektrinės (TPP) veikimo principą. Tiesą sakant, geoterminė elektrinė yra savotiška šiluminė elektrinė.

AE, kaip taisyklė, pagrindinis energijos šaltinis yra anglys, dujos arba mazutas, o vandens garai – kaip darbinis skystis. Kuras, degdamas, įkaitina vandenį iki garo būsenos, sukasi garo turbiną ir gamina elektros energiją.

Skirtumas tarp GeoPP yra tas, kad pagrindinis energijos šaltinis čia yra žemės vidaus šiluma, o darbinis skystis garų pavidalu yra tiekiamas į elektros generatoriaus turbinos mentes „paruošta“ forma tiesiai iš gamybos. gerai.

Yra trys pagrindinės GeoPP veikimo schemos: tiesioginė, naudojant sausą (geoterminį) garą; netiesioginis, pagrįstas hidroterminiu vandeniu, ir mišrus, arba dvejetainis.

Šios ar kitos schemos taikymas priklauso nuo agregacijos būsenos ir energijos nešiklio temperatūros.

Paprasčiausia ir todėl pirmoji iš įsisavintų schemų yra tiesi linija, kurios metu iš gręžinio einantys garai praleidžiami tiesiai per turbiną. Pirmasis pasaulyje GeoPP Larderello mieste taip pat veikė sausu garu 1904 m.

GeoPP su netiesiogine darbo schema mūsų laikais yra labiausiai paplitę. Jie naudoja karštą požeminį vandenį, kuris esant aukštam slėgiui pumpuojamas į garintuvą, kur dalis jo išgarinama, o susidarę garai suka turbiną. Kai kuriais atvejais reikalingi papildomi įrenginiai ir grandinės, kad būtų galima išvalyti geoterminį vandenį ir garą nuo agresyvių junginių.

Atliekos garai patenka į įpurškimo šulinį arba yra naudojami patalpų šildymui – šiuo atveju principas toks pat kaip ir dirbant CHP.

Dvejetainiuose GeoPP karštas terminis vanduo sąveikauja su kitu skysčiu, kuris veikia kaip darbinis skystis, kurio virimo temperatūra žemesnė. Abu skysčiai praleidžiami per šilumokaitį, kuriame terminis vanduo išgarina darbinį skystį, kurio garai suka turbiną.

Ši sistema yra uždara, o tai išsprendžia emisijų į atmosferą problemą. Be to, darbiniai skysčiai su santykinai žema virimo temperatūra leidžia naudoti ne itin karštą terminį vandenį kaip pirminį energijos šaltinį.

Visose trijose schemose naudojamas hidroterminis šaltinis, tačiau elektros energijai gaminti gali būti naudojama ir petroterminė energija.

Scheminė schema šiuo atveju taip pat gana paprasta. Būtina išgręžti du tarpusavyje sujungtus gręžinius – įpurškimo ir gamybinius. Vanduo pumpuojamas į įpurškimo šulinį. Gylyje jis įšyla, tada per gamybinį šulinį į paviršių tiekiamas dėl stipraus kaitinimo susidaręs pašildytas vanduo arba garai. Be to, viskas priklauso nuo to, kaip naudojama naftos šiluminė energija – šildymui ar elektros gamybai. Galimas uždaras ciklas įpurškiant garus ir vandenį atgal į įpurškimo šulinį arba kitu būdu pašalinant.

Tokios sistemos trūkumas yra akivaizdus: norint gauti pakankamai aukštą darbinio skysčio temperatūrą, reikia gręžti gręžinius iki didelio gylio. Ir tai yra rimtos išlaidos ir didelių šilumos nuostolių rizika, kai skystis juda aukštyn. Todėl petroterminės sistemos vis dar yra mažiau paplitusios nei hidroterminės, nors naftos šiluminės energijos potencialas yra daug didesnis.

Šiuo metu Australija yra vadinamųjų petroterminės cirkuliacijos sistemų (PCS) kūrimo lyderė. Be to, ši geoterminės energijos kryptis aktyviai vystosi JAV, Šveicarijoje, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje.

Lordo Kelvino dovana

1852 m. fizikas Williamas Thompsonas (dar žinomas kaip Lordas Kelvinas) išrado šilumos siurblį, kuris suteikė žmonijai realią galimybę panaudoti žemo potencialo viršutinių dirvožemio sluoksnių šilumą. Šilumos siurblio sistema arba, kaip pavadino Thompsonas, šilumos daugiklis, pagrįsta fiziniu šilumos perdavimo procesu iš aplinkos į šaltnešį. Tiesą sakant, jis naudoja tą patį principą kaip ir petroterminėse sistemose. Skirtumas yra šilumos šaltinyje, dėl kurio gali kilti terminologinis klausimas: kiek šilumos siurblys gali būti laikomas geotermine sistema? Faktas yra tas, kad viršutiniuose sluoksniuose, iki dešimčių iki šimtų metrų gylio, uolienos ir jose esantys skysčiai įkaista ne nuo gilios žemės šilumos, o nuo saulės. Taigi šiuo atveju saulė yra pagrindinis šilumos šaltinis, nors ji, kaip ir geoterminėse sistemose, paimama iš žemės.

Šilumos siurblio darbas pagrįstas dirvožemio įkaitimo ir vėsinimo uždelsimu, lyginant su atmosfera, ko pasekoje tarp paviršiaus ir gilesnių sluoksnių susidaro temperatūros gradientas, kuris net žiemą sulaiko šilumą, panašus į kas vyksta vandens telkiniuose. Pagrindinė šilumos siurblių paskirtis – patalpų šildymas. Tiesą sakant, tai yra „atvirkštinis šaldytuvas“. Tiek šilumos siurblys, tiek šaldytuvas sąveikauja su trimis komponentais: vidine aplinka (pirmuoju atveju - šildoma patalpa, antruoju - vėsinama šaldytuvo kamera), išorine aplinka - energijos šaltiniu ir šaltnešiu (šaltnešiu), tai taip pat yra šilumos nešiklis, kuris užtikrina šilumos perdavimą arba šaltį.

Medžiaga, kurios virimo temperatūra yra žema, veikia kaip šaltnešis, leidžiantis paimti šilumą iš šaltinio, kurio temperatūra yra net palyginti žema.

Šaldytuve skystas šaltnešis per droselį (slėgio reguliatorių) patenka į garintuvą, kur dėl staigaus slėgio sumažėjimo skystis išgaruoja. Garavimas yra endoterminis procesas, kuriam reikalinga išorinė šilumos absorbcija. Dėl to iš garintuvo vidinių sienelių paimama šiluma, kuri suteikia vėsinimo efektą šaldytuvo kameroje. Be to, iš garintuvo šaltnešis įsiurbiamas į kompresorių, kur grįžta į skystą agregacijos būseną. Tai atvirkštinis procesas, dėl kurio pašalinta šiluma patenka į išorinę aplinką. Paprastai jis metamas į kambarį, o galinėje šaldytuvo dalyje yra gana šilta.

Šilumos siurblys veikia beveik taip pat, tik tuo skirtumu, kad šiluma paimama iš išorinės aplinkos ir per garintuvą patenka į vidinę aplinką – kambario šildymo sistemą.

Tikrame šilumos siurblyje vanduo šildomas, eidamas išorine grandine, paguldomas į žemę arba rezervuare, o tada patenka į garintuvą.

Garintuve šiluma perduodama į vidinę grandinę, užpildytą žemos virimo temperatūros šaltnešiu, kuris, eidamas per garintuvą, iš skystos būsenos virsta dujine, pašalindamas šilumą.

Toliau dujinis šaltnešis patenka į kompresorių, kur suspaudžiamas iki aukšto slėgio ir temperatūros, ir patenka į kondensatorių, kur vyksta šilumos mainai tarp karštų dujų ir aušinimo skysčio iš šildymo sistemos.

Kompresoriaus veikimui reikalinga elektros energija, tačiau transformacijos koeficientas (suvartotos ir pagaminamos energijos santykis) šiuolaikinėse sistemose yra pakankamai didelis, kad užtikrintų jų efektyvumą.

Šiuo metu šilumos siurbliai plačiai naudojami patalpų šildymui, daugiausia ekonomiškai išsivysčiusiose šalyse.

Ekologiškai teisinga energija

Geoterminė energija laikoma ekologiška, o tai paprastai yra tiesa. Visų pirma, naudojamas atsinaujinantis ir praktiškai neišsenkantis išteklius. Geoterminė energija nereikalauja didelių plotų, skirtingai nei didelės hidroelektrinės ar vėjo jėgainės, ir neteršia atmosferos, kitaip nei angliavandenilių energija. Vidutiniškai GeoPP užima 400 m 2 1 GW pagamintos elektros energijos. Tas pats rodiklis, pavyzdžiui, anglimi kūrenamos elektrinės yra 3600 m 2. Ekologiniai GeoPP pranašumai taip pat apima mažas vandens sąnaudas – 20 litrų gėlo vandens 1 kW, o AE ir AE reikia apie 1000 litrų. Atminkite, kad tai yra „vidutinio“ GeoPP aplinkos rodikliai.

Tačiau vis dar yra neigiamų šalutinių poveikių. Tarp jų dažniausiai išskiriamas triukšmas, šiluminė atmosferos tarša ir cheminė – vandens ir dirvožemio tarša, taip pat kietųjų atliekų susidarymas.

Pagrindinis cheminės aplinkos taršos šaltinis yra tikras terminis vanduo (aukštos temperatūros ir mineralizacijos), kuriame dažnai yra daug toksinių junginių, dėl kurių kyla nuotekų ir pavojingų medžiagų šalinimo problema.

Neigiamą geoterminės energijos poveikį galima atsekti keliais etapais, pradedant nuo gręžinių gręžimo. Čia kyla tie patys pavojai, kaip ir gręžiant bet kurį gręžinį: dirvožemio ir augalinės dangos sunaikinimas, dirvožemio ir gruntinio vandens tarša.

GeoPP eksploatavimo etape aplinkos taršos problemos išlieka. Šiluminiuose skysčiuose – vandenyje ir garuose – dažniausiai yra anglies dioksido (CO 2), sieros sulfido (H 2 S), amoniako (NH 3), metano (CH 4), valgomosios druskos (NaCl), boro (B), arseno (As). ), gyvsidabrio (Hg). Patekę į aplinką jie tampa jos taršos šaltiniais. Be to, agresyvi cheminė aplinka gali sukelti korozijos žalą GeoTPP konstrukcijoms.

Tuo pačiu metu teršalų emisija GeoPP yra vidutiniškai mažesnė nei TPP. Pavyzdžiui, anglies dvideginio emisija už kiekvieną pagamintos elektros kilovatvalandę yra iki 380 g GeoPP, 1 042 g - anglimi kūrenamų AE, 906 g - mazutu ir 453 g - dujomis kūrenamų AE.

Kyla klausimas: ką daryti su nuotekomis? Esant mažam druskingumui, jį atvėsus galima išleisti į paviršinius vandenis. Kitas būdas yra pumpuoti jį atgal į vandeningąjį sluoksnį per įpurškimo šulinį, kuris šiandien yra pageidaujamas ir dažniausiai naudojamas.

Terminio vandens išgavimas iš vandeningųjų sluoksnių (taip pat ir įprasto vandens išsiurbimas) gali sukelti grunto nusėdimą ir judėjimą, kitas geologinių sluoksnių deformacijas, mikrožemės drebėjimus. Tokių reiškinių tikimybė, kaip taisyklė, yra maža, nors buvo užfiksuoti pavieniai atvejai (pavyzdžiui, GeoPP Staufen im Breisgau Vokietijoje).

Reikėtų pabrėžti, kad dauguma GeoPP yra gana retai apgyvendintose vietovėse ir Trečiojo pasaulio šalyse, kur aplinkosaugos reikalavimai yra ne tokie griežti nei išsivysčiusiose šalyse. Be to, šiuo metu GeoPP skaičius ir jų pajėgumai yra palyginti nedideli. Plačiau plėtojant geoterminę energiją, rizika aplinkai gali padidėti ir daugėti.

Kiek yra Žemės energijos?

Investicijų sąnaudos į geoterminių sistemų statybą skiriasi labai plačiu diapazonu – nuo ​​200 iki 5000 USD už 1 kW instaliuotos galios, tai yra, pigiausi variantai yra palyginami su šiluminės elektrinės statybos kainomis. Jie visų pirma priklauso nuo terminių vandenų atsiradimo sąlygų, jų sudėties ir sistemos konstrukcijos. Gręžiant didelius gylius, sukuriant uždarą sistemą su dviem šuliniais, vandens valymo poreikis gali padidėti išlaidas.

Pavyzdžiui, investicijos į petroterminės cirkuliacijos sistemos (PCS) sukūrimą yra vertinamos 1,6–4 tūkst. dolerių už 1 kW instaliuotos galios, o tai viršija atominės elektrinės statybos kaštus ir yra palyginama su vėjo ir vėjo elektrinių statyba. saulės elektrinių.

Akivaizdus ekonominis GeoTPP pranašumas – nemokamas energijos nešiklis. Palyginimui, veikiančios AE ar AE sąnaudų struktūroje kuras sudaro 50–80% ar net daugiau, priklausomai nuo esamų energijos kainų. Iš čia dar vienas geoterminės sistemos privalumas: eksploatacijos sąnaudos yra stabilesnės ir labiau prognozuojamos, nes nepriklauso nuo išorinės energijos kainų konjunktūros. Bendrai GeoTPP eksploatacinės sąnaudos skaičiuojamos 2–10 centų (60 kapeikų – 3 rubliai) už 1 kWh pagamintos galios.

Antra pagal dydį (po energijos nešėjo) (ir labai reikšminga) išlaidų dalis, kaip taisyklė, yra gamyklos personalo atlyginimai, kurie įvairiose šalyse ir regionuose gali kardinaliai skirtis.

Vidutiniškai 1 kWh geoterminės energijos kaina yra panaši į šiluminių elektrinių kainą (Rusijos sąlygomis - apie 1 rublis / 1 kWh) ir dešimt kartų didesnė nei elektros energijos gamybos kaina hidroelektrinėse (5-10 kapeikų). / 1 kWh).

Dalis didelių sąnaudų priežasčių slypi tame, kad priešingai nei šiluminės ir hidraulinės elektrinės, GeoTPP yra gana mažos galios. Be to, būtina palyginti sistemas, esančias tame pačiame regione ir panašiomis sąlygomis. Pavyzdžiui, Kamčiatkoje, ekspertų teigimu, 1 kWh geoterminės elektros kainuoja 2–3 kartus pigiau nei vietinėse šiluminėse elektrinėse pagaminta elektra.

Geoterminės sistemos ekonominio naudingumo rodikliai priklauso, pavyzdžiui, nuo to, ar būtina šalinti nuotekas ir kokiais būdais tai daroma, ar galimas bendras išteklių naudojimas. Taigi iš terminio vandens išgaunami cheminiai elementai ir junginiai gali duoti papildomų pajamų. Prisiminkime Larderello pavyzdį: cheminė gamyba ten buvo pagrindinė, o geoterminės energijos naudojimas iš pradžių buvo pagalbinis.

Geoterminė energija į priekį

Geoterminė energija vystosi kiek kitaip nei vėjo ir saulės energija. Šiuo metu tai labai priklauso nuo paties ištekliaus pobūdžio, kuris labai skiriasi priklausomai nuo regiono, o didžiausios koncentracijos yra susietos su siauromis geoterminių anomalijų zonomis, paprastai susijusiomis su tektoninių lūžių ir vulkanizmo sritimis.

Be to, geoterminė energija yra mažiau technologiškai talpi, palyginti su vėjo, o tuo labiau su saulės energija: geoterminių elektrinių sistemos yra gana paprastos.

Bendroje pasaulio elektros gamybos struktūroje geoterminė komponentė sudaro mažiau nei 1%, tačiau kai kuriuose regionuose ir šalyse jos dalis siekia 25-30%. Dėl sąsajos su geologinėmis sąlygomis nemaža dalis geoterminės energijos pajėgumų yra sutelkta trečiojo pasaulio šalyse, kur yra trys didžiausios pramonės plėtros klasteriai – Pietryčių Azijos, Centrinės Amerikos ir Rytų Afrikos salos. Pirmieji du regionai yra įtraukti į Ramiojo vandenyno „Žemės ugnies juostą“, trečiasis yra susietas su Rytų Afrikos plyšiu. Greičiausiai šiose juostose ir toliau vystysis geoterminė energija. Tolimesnė perspektyva – kelių kilometrų gylyje glūdinčios petroterminės energijos plėtra, naudojant žemės sluoksnių šilumą. Tai beveik visur paplitęs išteklius, tačiau jo išgavimas reikalauja didelių sąnaudų, todėl naftos šiluminė energija pirmiausia vystosi ekonomiškai ir technologiškai galingiausiose šalyse.

Apskritai, atsižvelgiant į visur esantį geoterminių išteklių pasiskirstymą ir priimtiną aplinkos saugos lygį, yra pagrindo manyti, kad geoterminės energijos plėtros perspektyvos yra geros. Ypač augant tradicinių energijos šaltinių trūkumo grėsmei ir kylant jų kainoms.

Nuo Kamčiatkos iki Kaukazo

Rusijoje geoterminės energijos plėtra turi gana ilgą istoriją, o daugelyje pozicijų esame tarp pasaulio lyderių, nors geoterminės energijos dalis bendrame didžiulės šalies energijos balanse vis dar yra nereikšminga.

Du regionai - Kamčiatka ir Šiaurės Kaukazas - tapo Rusijos geoterminės energijos plėtros pradininkais ir centrais, o jei pirmuoju atveju kalbame pirmiausia apie elektros energijos pramonę, tai antruoju - apie šiluminės energijos naudojimą. terminio vandens.

Šiaurės Kaukaze – Krasnodaro teritorijoje, Čečėnijoje, Dagestane – terminių vandenų šiluma energetiniams tikslams buvo naudojama dar prieš Didįjį Tėvynės karą. Devintajame ir dešimtajame dešimtmetyje geoterminės energetikos plėtra regione dėl akivaizdžių priežasčių sustojo ir dar neišsikėlė iš sąstingio būsenos. Nepaisant to, geoterminis vanduo Šiaurės Kaukaze aprūpina šilumą apie 500 tūkstančių žmonių, o, pavyzdžiui, Labinsko miestas Krasnodaro krašte, kuriame gyvena 60 tūkstančių žmonių, yra visiškai šildomas geoterminiais vandenimis.

Kamčiatkoje geoterminės energijos istorija pirmiausia siejama su GeoPP statyba. Pirmoji iš jų, vis dar veikiančios Paužetskaya ir Paratunskaya stotys, buvo pastatytos dar 1965–1967 m., o Paratunskaya GeoPP, kurios galia 600 kW, tapo pirmąja stotimi pasaulyje su dvejetainiu ciklu. Tai buvo sovietų mokslininkų S. S. Kutateladzės ir A. M. Rosenfeldo iš Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo Termofizikos instituto sukūrimas, kurie 1965 m. gavo autorinį pažymėjimą elektros energijos išgavimui iš 70 ° C temperatūros vandens. Vėliau ši technologija tapo prototipu daugiau nei 400 dvejetainių GeoPP pasaulyje.

1966 m. pradėto eksploatuoti Pauzhetskaya GeoPP galia iš pradžių buvo 5 MW, o vėliau padidinta iki 12 MW. Šiuo metu stotyje statomas dvejetainis blokas, kurio galia padidins dar 2,5 MW.

Geoterminės energijos plėtrą SSRS ir Rusijoje stabdė tradicinių energijos šaltinių – naftos, dujų, anglies – prieinamumas, tačiau jis niekada nesustojo. Didžiausi geoterminės energetikos objektai šiuo metu yra Verchne-Mutnovskaya GeoE, kurio bendra galia 12 MW jėgainių, pradėtas eksploatuoti 1999 m., ir Mutnovskaya GeoPP, kurio galia 50 MW (2002 m.).

Mutnovskaya ir Verkhne-Mutnovskaya GeoPP yra unikalūs objektai ne tik Rusijai, bet ir pasauliniu mastu. Stotys yra Mutnovskio ugnikalnio papėdėje, 800 metrų virš jūros lygio aukštyje ir veikia ekstremaliomis klimato sąlygomis, kur žiema 9-10 mėnesių per metus. „Mutnovsky GeoPP“ įranga, šiuo metu viena moderniausių pasaulyje, yra visiškai sukurta vidaus energetikos įmonėse.

Šiuo metu Mutnovskie gamyklų dalis bendroje Centrinio Kamčiatkos energetikos centro energijos suvartojimo struktūroje sudaro 40%. Ateinančiais metais planuojamas pajėgumų didinimas.

Atskirai reikėtų pasakyti apie Rusijos naftos šilumos plėtrą. Didelių DSP kol kas neturime, tačiau yra pažangių technologijų gręžti į didelį gylį (apie 10 km), kurios taip pat neturi analogų pasaulyje. Tolimesnė jų plėtra leis drastiškai sumažinti naftos terminių sistemų kūrimo išlaidas. Šių technologijų ir projektų kūrėjai yra N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geologijos institutas, RAS), A. S. Nekrasov (Ekonominių prognozių institutas, RAS) ir Kalugos turbinų gamyklos specialistai. Petroterminės cirkuliacijos sistemos projektas Rusijoje šiuo metu yra eksperimentiniame etape.

Geoterminės energijos perspektyvos Rusijoje yra, nors ir gana toli: šiuo metu potencialas yra gana didelis, o tradicinės energetikos pozicijos tvirtos. Tuo pačiu metu daugelyje atokių šalies regionų geoterminės energijos naudojimas yra ekonomiškai pelningas ir šiuo metu yra paklausus. Tai teritorijos, turinčios didelį geoenergetinį potencialą (Čukotka, Kamčiatka, Kurilai – rusiška Ramiojo vandenyno „Žemės ugnies juostos“ dalis, Pietų Sibiro ir Kaukazo kalnai) ir kartu atokios bei atkirstos nuo centralizuoto energijos tiekimo.

Ko gero, artimiausiais dešimtmečiais geoterminė energetika mūsų šalyje vystysis būtent tokiuose regionuose.

Žiemos (2012–2013 m.) temperatūrų kaitos dinamika žemės 130 centimetrų gylyje po namu (po vidiniu pamatų kraštu), taip pat žemės lygyje ir vandens, ištekančio iš šulinio, temperatūrų kitimo dinamika. paskelbta čia. Visa tai yra ant stovo, išeinančio iš šulinio.
Grafikas yra straipsnio apačioje.
Dacha (Naujosios Maskvos ir Kalugos regiono pasienyje) yra žiemiška, periodiškai lankoma (2-4 kartus per mėnesį porą dienų).
Namo aklina zona ir rūsys neapšiltinti, nuo rudens uždaryti šilumą izoliuojančiais kamščiais (10 cm putplasčio). Verandos, kur išeina stovas, šilumos nuostoliai pasikeitė sausio mėnesį. Žr. 10 pastabą.
Matavimai 130 cm gylyje atliekami Xital GSM () sistema, diskretūs - 0,5 * C, pridėti. klaida yra apie 0,3 * C.
Jutiklis sumontuotas 20 mm HDPE vamzdyje, suvirintame iš apačios prie stovo (išorėje stovo izoliacijos pusėje, bet 110 mm vamzdžio viduje).
Abscisė yra data, ordinatės – temperatūra.
1 pastaba:
Taip pat bus stebima vandens temperatūra šulinyje, taip pat žemės lygyje po namu, tiesiai ant stovo be vandens, tačiau tik atvykus. Klaida yra apie + -0,6 * C.
Užrašas 2:
Temperatūra žemės lygyje po namu, prie vandentiekio stovo, nesant žmonių ir vandens, nukrito iki minus 5 * C. Tai rodo, kad aš sukūriau sistemą ne be priežasties - beje, termostatas, kuris rodė -5 * C, yra kaip tik iš šios sistemos (RT-12-16).
3 pastaba:
Vandens temperatūra „šulinyje“ matuojama tuo pačiu jutikliu (dar nurodyta 2 pastaboje) kaip ir „žemės lygyje“ – jis stovi tiesiai ant stovo po šilumos izoliacija, arti stovo žemės lygyje. Šie du matavimai atliekami skirtingu laiko momentu. „Žemės lygyje“ – prieš pumpuojant vandenį į stovą ir „šulinyje“ – išpumpavus apie 50 litrų pusvalandį su pertraukomis.
4 pastaba:
Vandens temperatūra šulinyje gali būti kiek neįvertinta, nes Negaliu ieškoti šitos sušiktos asimptotės, be galo pumpuojančios vandenį (mano)... Kaip galiu – taip ir žaidžiu.
5 pastaba: Neaktualu, išbraukta.
6 pastaba:
Lauko temperatūros nustatymo klaida yra maždaug + - (3-7) * С.
7 pastaba:
Vandens aušinimo greitis žemės lygyje (neįjungiant siurblio) yra labai maždaug 1-2 * C per valandą (tai yra minus 5 * C žemės lygyje).
8 pastaba:
Pamiršau aprašyti, kaip įrengtas ir izoliuotas mano požeminis stovas. Iš viso PND-32 yra dvi izoliacinės kojinės - 2 cm. storio (matyt, putplasčio polietileno), visa tai įkišama į 110mm kanalizacijos vamzdį ir ten išputojama iki 130cm gylio. Tiesa, kadangi PND-32 nebėgo 110 vamzdžio centre, o dar ir tai, kad viduryje paprasto putplasčio masė gali ilgai nesustingti, vadinasi, nevirsta izoliacija, tai labai abejoju. tokio papildomo apšiltinimo kokybe.. Turbūt geriau būtų buvęs dvikomponentis putplastis, apie kurį sužinojau tik vėliau...
9 pastaba:
Noriu atkreipti skaitytojų dėmesį į 2013-12-01 temperatūros matavimą „Žemės lygyje“. ir nuo 2013-01-18. Čia, mano nuomone, + 0,3 * C vertė yra daug didesnė nei tikėtasi. Manau, kad tai operacijos „Sniegas užpildo rūsį ties stove“, atliktos 2012-12-31, pasekmė.
10 pastaba:
Nuo sausio 12 iki vasario 3 dienos jis papildomai apšiltino verandą, kur eina požeminis stovas.
Dėl to, remiantis apytiksliais skaičiavimais, verandos šilumos nuostoliai sumažėjo nuo 100 W / m2. aukšte iki maždaug 50 (tai yra minus 20 * C gatvėje).
Tai atsispindėjo ir diagramose. Pamatykite temperatūrą žemės lygyje vasario 9 d.: + 1,4 * C ir vasario 16 d.: +1,1 - tokios aukštos temperatūros nebuvo nuo tikrosios žiemos pradžios.
Ir dar vienas dalykas: nuo vasario 4 iki 16 d., pirmą kartą per dvi žiemos nuo sekmadienio iki penktadienio, katilas neįsijungė, kad išlaikytų nustatytą minimalią temperatūrą, nes nepasiekė šio minimumo...
11 pastaba:
Kaip ir žadėjau (dėl „užsakymo“ ir metinio ciklo užbaigimo) periodiškai skelbsiu temperatūras vasarą. Bet – ne tvarkaraštyje, kad „neužtemdytų“ žiemos, o čia, pastaboje-11.
2013 m. gegužės 11 d
Po 3 savaičių vėdinimo oras buvo uždarytas iki rudens, kad būtų išvengta kondensacijos.
2013 m. gegužės 13 d(gatve savaitę + 25-30 * С):
- po namu žemės lygyje + 10,5 * С,
- po namu 130cm gylyje. + 6 * C,

2013 m. birželio 12 d.:
- po namu žemės lygyje + 14,5 * С,
- po namu 130cm gylyje. +10*C.
- vanduo šulinyje iš 25 m gylio ne aukštesnis kaip + 8 * С.
2013 m. birželio 26 d.:
- po namu žemės lygyje + 16 * C,
- po namu 130cm gylyje. +11*C.
- vanduo šulinyje iš 25 m gylio ne aukštesnis kaip + 9,3 * С.
2013 m. rugpjūčio 19 d.:
- po namu žemės lygyje + 15,5 * C,
- po namu 130cm gylyje. + 13,5*C.
- vanduo šulinyje iš 25 m gylio ne aukštesnis kaip + 9,0 * С.
2013 m. rugsėjo 28 d.:
- po namu žemės lygyje + 10,3 * С,
- po namu 130cm gylyje. +12*C.
- vanduo šulinyje iš 25 m gylio = + 8,0 * C.
2013 m. spalio 26 d.:
- po namu žemės lygyje + 8,5 * C,
- po namu 130cm gylyje. + 9,5 * C.
- vanduo šulinyje iš 25 m gylio ne aukštesnis kaip + 7,5 * С.
2013 m. lapkričio 16 d.:
- po namu žemės lygyje + 7,5 * С,
- po namu 130cm gylyje. + 9,0 * C.
- vanduo šulinyje nuo 25m gylio + 7,5*С.
2014 m. vasario 20 d.:
Tai tikriausiai paskutinis įrašas šiame straipsnyje.
Visą žiemą name gyvename nuolat, prasmė kartoti praėjusių metų matavimus menka, todėl tik du reikšmingi skaičiai:
- minimali temperatūra po namu žemės lygyje esant šalčiausiam šalčiui (-20 - -30 * C) praėjus savaitei po jų pradžios pakartotinai nukrito žemiau + 0,5 * C. Šiomis akimirkomis tai man pasiteisino

Įsivaizduokite namus, kuriuose visada palaikoma patogi temperatūra, o šildymo ir vėsinimo sistemų nesimato. Ši sistema veikia efektyviai, tačiau nereikalauja sudėtingos priežiūros ar specialių savininkų žinių.

Grynas oras, girdisi paukščių čiulbėjimas ir vėjas, tingiai žaidžiantis su lapais medžiuose. Namas energiją gauna iš žemės, kaip ir lapai, kurie energiją gauna iš šaknų. Gražus vaizdas, ar ne?

Geoterminės šildymo ir vėsinimo sistemos paverčia šį vaizdą realybe. Geoterminė ŠVOK sistema (šildymas, vėdinimas ir oro kondicionavimas) naudoja žemės temperatūrą šildymui žiemą ir vėsinimui vasarą.

Kaip veikia geoterminis šildymas ir vėsinimas

Aplinkos temperatūra kinta keičiantis metų laikams, tačiau požeminė temperatūra dėl izoliacinių žemės savybių nesikeičia taip stipriai. 1,5-2 metrų gylyje temperatūra ištisus metus išlieka gana pastovi. Geoterminę sistemą paprastai sudaro vidinė valymo įranga, požeminė vamzdžių sistema, vadinama požemine kilpa, ir (arba) siurblys vandeniui cirkuliuoti. Sistema naudoja pastovią žemės temperatūrą, kad užtikrintų „švarią ir laisvą“ energiją.

(Nepainiokite geoterminės NVC sistemos sąvokos su „geotermine energija“ – procesu, kurio metu elektra gaminama tiesiogiai iš žemėje esančios šilumos. Pastaruoju atveju naudojama įvairių tipų įranga ir kiti procesai, kurių tikslas kuris paprastai yra skirtas vandens pašildymui iki virimo temperatūros.)

Vamzdžiai, sudarantys požeminę kilpą, dažniausiai yra pagaminti iš polietileno ir gali būti statomi horizontaliai arba vertikaliai po žeme, priklausomai nuo reljefo. Jei yra vandeningasis sluoksnis, inžinieriai gali sukurti „atviros kilpos“ sistemą, gręždami gręžinį į gruntinį vandenį. Vanduo išpumpuojamas, praleidžiamas per šilumokaitį, o po to „pakartotinio įpurškimo“ būdu suleidžiamas į tą patį vandeningąjį sluoksnį.

Žiemą vanduo, eidamas per požeminę kilpą, sugeria žemės šilumą. Patalpų įranga dar labiau pakelia temperatūrą ir paskirsto ją visame pastate. Tai tarsi oro kondicionierius, veikiantis atvirkščiai. Vasarą geoterminė NWC sistema paima iš pastato aukštos temperatūros vandenį ir per požeminę kilpą / siurblį nuneša į pakartotinio įpurškimo šulinį, iš kurio vanduo patenka į vėsesnę žemę / vandeningąjį sluoksnį.

Skirtingai nuo įprastų šildymo ir vėsinimo sistemų, geoterminės ŠVOK sistemos nenaudoja iškastinio kuro šilumai gaminti. Jie tiesiog ima šilumą iš žemės. Paprastai elektra naudojama tik ventiliatoriui, kompresoriui ir siurbliui valdyti.

Geoterminėje vėsinimo ir šildymo sistemoje yra trys pagrindiniai komponentai: šilumos siurblys, šilumos perdavimo skystis (atvira arba uždara sistema) ir oro tiekimo sistema (vamzdžių sistema).

Žemės šilumos siurbliams, kaip ir visų kitų tipų šilumos siurbliams, buvo matuojamas jų naudingumo koeficientas ir šiam veiksmui sunaudotos energijos (efektyvumo) santykis. Daugumos geoterminių šilumos siurblių sistemų efektyvumas yra nuo 3,0 iki 5,0. Tai reiškia, kad sistema vieną energijos vienetą paverčia 3-5 šilumos vienetais.

Geotermines sistemas lengva prižiūrėti. Teisingai sumontuota, o tai labai svarbu, požeminė kilpa gali tinkamai veikti kelias kartas. Ventiliatorius, kompresorius ir siurblys yra patalpinti uždaroje patalpoje ir apsaugoti nuo besikeičiančių oro sąlygų, todėl jų tarnavimo laikas gali trukti ilgus metus, dažnai dešimtmečius. Reguliarūs periodiniai patikrinimai, savalaikis filtro keitimas ir kasmetinis ritės valymas yra vienintelė reikalinga priežiūra.

Geoterminių NVK sistemų naudojimo patirtis

Geoterminės NVC sistemos visame pasaulyje naudojamos daugiau nei 60 metų. Jie dirba su gamta, o ne prieš ją ir neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų (kaip minėta anksčiau, sunaudoja mažiau elektros, nes naudoja pastovią žemės temperatūrą).

Geoterminės ŠVOK sistemos vis dažniau tampa tvarių namų atributais, kaip augančio ekologiškų pastatų judėjimo dalimi. Žalieji projektai sudarė 20 procentų visų JAV pastatytų namų per pastaruosius metus. Straipsnyje „Wall Street Journal“ teigiama, kad ekologiškų pastatų biudžetas išaugs nuo 36 mlrd. USD per metus iki 114 mlrd. USD iki 2016 m. Tai sudarys 30–40 procentų visos nekilnojamojo turto rinkos.

Tačiau didžioji dalis informacijos apie geoterminį šildymą ir vėsinimą yra pagrįsta pasenusiais duomenimis arba nepagrįstais mitais.

Griauti mitus apie geotermines NVC sistemas

1. Geoterminės NVC sistemos nėra atsinaujinančios technologijos, nes jos naudoja elektros energiją.

Faktas: Geoterminės ŠVOK sistemos naudoja tik vieną elektros energijos vienetą, kad pagamintų iki penkių vienetų vėsinimo arba šildymo.

2. Saulės ir vėjo energija yra palankesnės atsinaujinančios technologijos nei geoterminės NVC sistemos.

Faktas: Geoterminės ŠVOK sistemos perdirba keturis kartus daugiau kilovatvalandžių už vieną dolerį nei saulės ar vėjo energija už tą patį dolerį. Šios technologijos, žinoma, gali atlikti svarbų vaidmenį aplinkai, tačiau geoterminė NVC sistema dažnai yra efektyviausias ir ekonomiškiausias būdas sumažinti poveikį aplinkai.

3. Geoterminei NVC sistemai reikia daug vietos, kad tilptų požeminės kilpos polietileniniai vamzdžiai.

Faktas: priklausomai nuo reljefo, požeminė kilpa gali būti išdėstyta vertikaliai, o tai reiškia, kad reikia nedidelio paviršiaus ploto. Jei yra prieinamas vandeningasis sluoksnis, tada paviršiuje reikia tik kelių kvadratinių pėdų. Atkreipkite dėmesį, kad praėjęs pro šilumokaitį vanduo grįžta į tą patį vandeningąjį sluoksnį, iš kurio buvo paimtas. Taigi vanduo nėra nuotekos ir neteršia vandeningojo sluoksnio.

4. HBK žemės šilumos siurbliai yra triukšmingi.

Faktas: sistemos labai tylios, o lauke nėra įrangos, kuri netrukdytų kaimynams.

5. Geoterminės sistemos ilgainiui bus ištrintos.

Faktas: požeminės kilpos gali trukti ištisas kartas. Šilumos perdavimo įranga paprastai tarnauja dešimtmečius, nes yra apsaugota patalpose. Atėjus laikui pakeisti reikiamą įrangą, tokio pakeitimo kaina yra daug mažesnė nei naujos geoterminės sistemos, nes požeminė kilpa ir gręžinys yra jos brangiausios dalys. Nauji techniniai sprendimai pašalina šilumos sulaikymo žemėje problemą, todėl sistema gali keistis temperatūras neribotais kiekiais. Anksčiau buvo atvejų, kai buvo neteisingai apskaičiuotos sistemos, kurios iš tiesų perkaisdavo arba peršaldavo žemę tiek, kad nebelikdavo temperatūros skirtumo, reikalingo sistemai funkcionuoti.

6. Geoterminės ŠVOK sistemos veikia tik šildymui.

Faktas: jie taip pat efektyviai veikia aušindami ir gali būti suprojektuoti taip, kad nereikėtų papildomo rezervinio šilumos šaltinio. Nors kai kurie klientai nusprendžia, kad ekonomiškiau yra turėti nedidelę atsarginę sistemą šalčiausiam laikui. Tai reiškia, kad jų požeminė kilpa bus mažesnė, taigi ir pigesnė.

7. Geoterminės ŠVOK sistemos negali vienu metu šildyti buitinio vandens, šildyti baseino vandens ir šildyti namus.

Faktas: sistemos gali būti sukurtos taip, kad vienu metu atliktų daug funkcijų.

8. Geoterminės NVC sistemos teršia žemę šaltnešiais.

Faktas: dauguma sistemų naudoja vandenį tik vyriuose.

9. Geoterminės NWC sistemos sunaudoja daug vandens.

Faktas: geoterminės sistemos iš tikrųjų nevartoja vandens. Jei temperatūrai keisti naudojamas gruntinis vanduo, visas vanduo grąžinamas į tą patį vandeningąjį sluoksnį. Anksčiau iš tiesų buvo kai kurių sistemų, kurios eikvodavo vandenį po to, kai jis praeidavo per šilumokaitį, tačiau šiandien tokios sistemos beveik nenaudojamos. Komerciniu požiūriu geoterminės NVC sistemos iš tikrųjų sutaupo milijonus litrų vandens, kuris būtų išgaravęs tradicinėse sistemose.

10. Geoterminė NVK technologija be valstybės ir regioninių mokesčių lengvatų nėra finansiškai įgyvendinama.

Faktas: valstybės ir regioninės paskatos paprastai svyruoja nuo 30 iki 60 procentų visos geoterminės sistemos kainos, todėl pradinė kaina dažnai gali nukristi iki beveik įprastinės įrangos lygio. Standartinės ŠVOK oro sistemos kainuoja apie 3000 USD už toną šilumos ar šalčio (namuose paprastai sunaudojama nuo 1 iki 5 tonų). Geoterminių NVK sistemų kaina svyruoja nuo maždaug 5 000 USD už toną iki 8 000–9 000 USD. Tačiau nauji montavimo būdai žymiai sumažina išlaidas, net iki įprastų sistemų kainos.

Taip pat galite sumažinti išlaidas taikydami nuolaidas įrangai, skirtai viešajam ar komerciniam naudojimui, arba net dideliems buitiniams užsakymams (ypač iš didelių prekių ženklų, tokių kaip Bosch, Carrier ir Trane). Atviras kilpas, naudojant siurblį ir pakartotinio įpurškimo šulinius, įrengti pigiau nei uždaras sistemas.

Remiantis medžiaga: energyblog.nationalgeographic.com