Топлината на земята. Вероятни източницивътрешна топлина

Геотермия- наука, която изучава топлинното поле на Земята. Средната температура на земната повърхност е обща тенденциядо намаление. Преди три милиарда години средната температура на повърхността на Земята е била 71 o, сега е 17 o. Източници на топлина (термични ) Земните полета са вътрешни и външни процеси. Топлината на Земята се причинява от слънчевата радиация и произхожда от недрата на планетата. Стойностите на топлинния приток от двата източника са количествено изключително различни и техните роли в живота на планетата са различни. Слънчевото нагряване на Земята е 99,5% от общото количество топлина, получено от нейната повърхност, а вътрешното нагряване представлява 0,5%. В допълнение, притокът на вътрешна топлина е много неравномерно разпределен на Земята и е концентриран главно в местата на проява на вулканизъм.

Външен източник е слънчевата радиация . Половината от слънчевата енергия се абсорбира от повърхността, растителността и подповърхностния слой земната кора. Другата половина се отразява в световното пространство. Слънчева радиацияподдържа температурата на земната повърхност средно около 0 0 С. Слънцето затопля приповърхностния слой на Земята до средна дълбочина 8 - 30 m, със средна дълбочина 25 m, ефектът на слънчевата топлина спира и температурата става постоянна (неутрален слой). Тази дълбочина е минимална в райони с морски климат и максимална в субполярния регион. Под тази граница има пояс с постоянна температура, съответстваща на средната годишна температура на района. Така например в Москва на територията на селското стопанство. академия. Тимирязев, на дълбочина 20 m температурата неизменно остава равна на 4,2 o C от 1882 г. В Париж, на дълбочина 28 m, термометърът постоянно показва 11,83 o C в продължение на повече от 100 години. постоянната температура е най-дълбоката там, където е многогодишна ( вечна замръзналост. Под пояса на постоянна температура е геотермалната зона, която се характеризира с топлина, генерирана от самата Земя.

Вътрешни източници са недрата на Земята. Земята излъчва повече топлина в космоса, отколкото получава от Слънцето. Вътрешните източници включват остатъчна топлина от времето, когато планетата е била разтопена, топлина термоядрени реакциипротичащи в недрата на Земята, топлината от гравитационното свиване на Земята под действието на гравитацията, топлината от химичните реакции и процесите на кристализация и др. (напр. приливно триене). Топлината от червата идва главно от подвижните зони. Повишаването на температурата с дълбочина е свързано със съществуването вътрешни източницитоплина - гниене радиоактивни изотопи– U, Th, K, гравитационна диференциация на материята, приливно триене, екзотермична редокс химична реакция, метаморфизъм и фазови преходи. Скоростта на нарастване на температурата с дълбочина се определя от редица фактори – топлопроводимост, пропускливост на скалите, близост до вулканични камери и др.

Под пояса на постоянните температури има повишаване на температурата, средно 1 o на 33 m ( геотермален етап) или 3 o на всеки 100 m ( геотермален градиент). Тези стойности са индикатори за топлинното поле на Земята. Ясно е, че тези стойности са средни и варират по стойност в различни областиили области на земята. Геотермален етап в различни точкиЗемята е различна. Например в Москва - 38,4 m, в Ленинград 19,6, в Архангелск - 10. Така че при пробиване на дълбок кладенец на полуостров Кола на дълбочина 12 km се приема температура от 150 °, в действителност се оказа, че да бъде около 220 градуса. При пробиване на кладенци в Северен Каспий на дълбочина 3000 м температурата се приемаше за 150 градуса, но се оказа 108 градуса.

Трябва да се отбележи, че климатичните особености на района и средната годишна температура не влияят върху промяната в стойността на геотермалната стъпка, причините се крият в следното:

1) в различната топлопроводимост на скалите, които изграждат определена област. Под мярка за топлопроводимост се разбира количеството топлина в калории, прехвърлено за 1 секунда. През участък от 1 cm 2 с температурен градиент от 1 o C;

2) в радиоактивността на скалите, колкото по-голяма е топлопроводимостта и радиоактивността, толкова по-ниска е геотермалната стъпка;

3) в различни условиязалягане на скалите и възраст на нарушение на залягането им; наблюденията показват, че температурата се повишава по-бързо в слоевете, събрани в гънки, те често имат нарушения (пукнатини), през които се улеснява достъпът на топлина от дълбочината;

4) естеството на подземните води: горещи подземни води текат топли скали, студени - хладни;

5) отдалеченост от океана: в близост до океана поради охлаждането на скалите от маса вода, геотермалната стъпка е по-голяма, а при контакта е по-малка.

Познаването на специфичната стойност на геотермалната стъпка е от голямо практическо значение.

1. Това е важно при проектирането на мини. В някои случаи ще е необходимо да се предприемат мерки за изкуствено понижаване на температурата в дълбоки изработки (температура - 50 ° C е границата за човек в сух въздух и 40 ° C във влажен въздух); в други ще бъде възможно да се работи на голяма дълбочина.

2. Голямо значениеима оценка на температурните условия при прокопаване на тунели в планински райони.

3. Изследването на геотермалните условия на земните недра дава възможност да се използват парата и горещите извори, излизащи на повърхността на Земята. Подземна топлина се използва например в Италия, Исландия; в Русия е построена експериментална промишлена електроцентрала на естествена топлина в Камчатка.

Използвайки данни за размера на геотермалната стъпка, можем да направим някои предположения за температурни условиядълбоки зони на земята. Ако приемем средната стойност на геотермалната стъпка като 33 m и приемем, че повишаването на температурата с дълбочина става равномерно, тогава на дълбочина от 100 km ще има температура от 3000 ° C. Тази температура надвишава точките на топене на всички вещества, известни на Земята, следователно на тази дълбочина трябва да има разтопени маси. Но поради огромното налягане от 31 000 атм. Прегрятите маси нямат характеристиките на течности, но са надарени с характеристиките на твърдо тяло.

С дълбочината геотермалната стъпка очевидно трябва да се увеличи значително. Ако приемем, че стъпката не се променя с дълбочината, тогава температурата в центъра на Земята трябва да бъде около 200 000 градуса, а според изчисленията не може да надвишава 5000 - 10 000 градуса.

С развитието и формирането на обществото човечеството започва да търси все по-модерни и същевременно икономични начини за получаване на енергия. За това днес се изграждат различни станции, но в същото време широко се използва енергията, съдържаща се в недрата на земята. Каква е тя? Нека се опитаме да го разберем.

геотермална енергия

Още от името става ясно, че той представлява топлината на земните недра. Под земната кора се намира слой от магма, която представлява огнено-течна силикатна стопилка. Според данните от изследването, енергиен потенциалот тази топлина е много по-висока от енергията на световните резерви природен газ, както и масло. На повърхността излиза магма - лава. Освен това най-голямата активност се наблюдава в онези слоеве на земята, върху които са разположени границите на тектоничните плочи, както и там, където земната кора се характеризира с тънкост. Геотермалната енергия на земята се получава по следния начин: лавата и водните ресурси на планетата са в контакт, в резултат на което водата започва рязко да се нагрява. Това води до изригването на гейзера, образуването на така наречените горещи езера и подводни течения. Тоест точно тези природни явления, чиито свойства се използват активно като енергии.

Изкуствени геотермални източници

Енергията, съдържаща се в недрата на земята, трябва да се използва разумно. Например, има идея за създаване на подземни котли. За да направите това, трябва да пробиете две кладенци с достатъчна дълбочина, които ще бъдат свързани на дъното. Тоест, оказва се, че в почти всяко кътче на земята можете да получите геотермална енергия. индустриален начин: студената вода ще се изпомпва в резервоара през единия кладенец и ще се извлича през втория топла водаили пара. Изкуствените източници на топлина ще бъдат полезни и рационални, ако получената топлина ще осигури повече енергия. Парата може да бъде изпратена до турбинни генератори, които ще генерират електричество.

Разбира се, добитата топлина е само малка част от наличната в общите резерви. Но трябва да се помни, че дълбоката топлина ще се попълва постоянно поради процесите на компресиране на скалите, стратификация на червата. Според експерти земната кора натрупва топлина, чието общо количество е 5000 пъти по-голямо калорична стойноствсички изкопаеми ресурси на земята като цяло. Оказва се, че времето за работа на такива изкуствено създадени геотермални станции може да бъде неограничено.

Характеристики на източника

Източниците, които позволяват получаването на геотермална енергия, са почти невъзможни за пълно използване. Те съществуват в повече от 60 страни по света, като най-много сухоземни вулкани има на територията на Тихоокеанския вулканичен огнен пръстен. Но на практика се оказва, че геотермалните източници в различни регионисветовете са напълно различни по своите свойства, а именно средна температура, соленост, газов състав, киселинност и т.н.

Гейзерите са източници на енергия на Земята, чиято особеност е, че бълват вряща вода на определени интервали. След изригването басейнът се освобождава от вода, на дъното му можете да видите канал, който отива дълбоко в земята. Гейзерите като източници на енергия се използват в региони като Камчатка, Исландия, Нова Зеландия и др Северна Америка, а единични гейзери се срещат и в някои други райони.

Откъде идва енергията?

Неохладената магма се намира много близо до земната повърхност. От него се отделят газове и пари, които се издигат и преминават през пукнатините. Смесване с подземни води, карат ги да се нагряват, самите те се превръщат в гореща вода, в която са разтворени много вещества. Тази вода се отделя на земната повърхност под формата на геотермални източници: горещи клавиши, минерални извори, гейзери и така нататък. Според учените горещите недра на земята са пещери или камери, свързани с проходи, пукнатини и канали. Те просто са пълни с подпочвени води, а съвсем близо до тях има магмени камери. По този естествен начин се формира топлинната енергия на земята.

Земното електрическо поле

В природата има друг алтернативен източник на енергия, който е възобновяем, екологичен и лесен за използване. Вярно е, че досега този източник е само проучен и не се прилага на практика. И така, потенциалната енергия на Земята се крие в нейното електрическо поле. По този начин е възможно да се получи енергия въз основа на изучаването на основните закони на електростатиката и характеристиките на електрическото поле на Земята. Всъщност нашата планета от електрическа гледна точка е сферичен кондензатор, зареден до 300 000 волта. Вътрешната му сфера има отрицателен заряд, а външната – йоносферата – е положителен. е изолатор. През него има постоянен поток от йонни и конвективни токове, които достигат сила от много хиляди ампера. Но в този случай потенциалната разлика между плочите не намалява.

Това предполага, че в природата има генератор, чиято роля е постоянно да попълва изтичането на заряди от плочите на кондензатора. Ролята на такъв генератор играе магнитното поле на Земята, което се върти заедно с нашата планета в потока на слънчевия вятър. Енергията на магнитното поле на Земята може да се получи само чрез свързване на консуматор на енергия към този генератор. За да направите това, трябва да инсталирате надеждно заземяване.

Възобновяеми източници

Тъй като населението на нашата планета непрекъснато нараства, ние се нуждаем от все повече и повече енергия, за да осигурим населението. Енергията, съдържаща се в недрата на земята, може да бъде най-различна. Например има възобновяеми източници: вятърна, слънчева и водна енергия. Те са екологични и затова можете да ги използвате, без да се страхувате да навредите на околната среда.

водна енергия

Този метод се използва в продължение на много векове. Построен днес голяма сумаязовири, резервоари, в които водата се използва за производство на електрическа енергия. Същността на този механизъм е проста: под въздействието на потока на реката, колелата на турбините се въртят, съответно енергията на водата се преобразува в електрическа енергия.

Днес има голям бройводноелектрически централи, които преобразуват енергията на водния поток в електричество. Особеността на този метод е, че той е възобновяем, съответно такива дизайни имат ниска цена. Ето защо, въпреки факта, че изграждането на водноелектрически централи отнема доста дълго време и самият процес е много скъп, въпреки това тези съоръжения значително превъзхождат интензивните индустрии с електричество.

Слънчева енергия: модерна и обещаваща

Слънчевата енергия обаче се получава с помощта на слънчеви панели модерни технологиипозволяват използването на нови методи за това. Най-голямата система в света е изградена в калифорнийската пустиня. Осигурява напълно енергия за 2000 жилища. Дизайнът работи по следния начин: слънчевите лъчи се отразяват от огледалата, които се изпращат към централния котел с вода. Кипи и се превръща в пара, която върти турбината. Той от своя страна е свързан с електрически генератор. Вятърът може да се използва и като енергията, която Земята ни дава. Вятърът надува платната, върти вятърните мелници. И сега с негова помощ можете да създавате устройства, които ще генерират електрическа енергия. Чрез въртене на лопатките на вятърната мелница тя задвижва вала на турбината, който от своя страна е свързан с електрически генератор.

Вътрешна енергия на Земята

Възниква в резултат на няколко процеса, основните от които са акреция и радиоактивност. Според учените формирането на Земята и нейната маса е станало в продължение на няколко милиона години и това се е случило поради образуването на планетезимали. Те се залепиха заедно, съответно масата на Земята ставаше все повече и повече. След като нашата планета започна да има съвременна маса, но все още беше лишена от атмосфера, метеорни и астероидни тела паднаха върху нея безпрепятствено. Този процес се нарича просто акреция и той доведе до факта, че се освободи значителна гравитационна енергия. И колкото по-големи тела удрят планетата, толкова по-голямо количество енергия, съдържащо се в недрата на Земята, се освобождава.

Тази гравитационна диференциация доведе до факта, че веществата започнаха да се разделят: тежките вещества просто потънаха, докато леките и летливи вещества изплуваха. Диференциацията също повлия на допълнителното освобождаване на гравитационна енергия.

Атомна енергия

Използването на земната енергия може да се случи по различни начини. Например чрез изграждане атомни електроцентраликогато се отделя топлинна енергия поради разпадането на най-малките частици от материята на атомите. Основното гориво е уранът, който се съдържа в земната кора. Мнозина смятат, че този метод за получаване на енергия е най-обещаващият, но използването му е свързано с редица проблеми. Първо, уранът излъчва радиация, която убива всички живи организми. Освен това, ако това вещество навлезе в почвата или атмосферата, тогава ще има истинско технологична катастрофа. Тъжни последствияаварии на АЕЦ Чернобилпреживяваме и до днес. Опасността се крие във факта, че радиоактивните отпадъци могат много, много да застрашат всички живи същества. дълго времев продължение на хилядолетия.

Ново време - нови идеи

Разбира се, хората не спират дотук и всяка година се правят все повече и повече опити за намиране на нови начини за получаване на енергия. Ако енергията на земната топлина се получава съвсем просто, тогава някои методи не са толкова прости. Например, като източник на енергия е напълно възможно да се използва биологичен газ, който се получава при разлагането на отпадъците. Може да се използва за отопление на къщи и затопляне на вода.

Все по-често те се изграждат, когато през устията на резервоари се монтират язовири и турбини, които се задвижват от приливи и отливи, съответно се получава електричество.

Изгаряйки боклук, получаваме енергия

Друг метод, който вече се използва в Япония, е създаването на инсинератори. Днес те се изграждат в Англия, Италия, Дания, Германия, Франция, Холандия и САЩ, но само в Япония тези предприятия започнаха да се използват не само по предназначение, но и за производство на електроенергия. Местните фабрики изгарят 2/3 от целия боклук, докато фабриките са оборудвани с парни турбини. Съответно те доставят топлина и електричество на близките райони. В същото време по отношение на разходите изграждането на такова предприятие е много по-изгодно от изграждането на топлоелектрическа централа.

По-примамлива е перспективата за използване на топлината на Земята там, където са концентрирани вулкани. В този случай няма да е необходимо да пробивате Земята твърде дълбоко, тъй като вече на дълбочина от 300-500 метра температурата ще бъде поне два пъти по-висока от точката на кипене на водата.

Има и такъв начин за генериране на електричество като водород - най-простият и лесен химичен елемент- може да се счита за идеално гориво, защото е там, където има вода. Ако изгорите водород, можете да получите вода, която се разлага на кислород и водород. Самият водороден пламък е безвреден, тоест няма да навреди на околната среда. Особеността на този елемент е, че има висока калоричност.

Какво предстои в бъдещето?

Разбира се енергията магнитно полеЗемя или тази, която е получена върху атомни електроцентрали, не може напълно да задоволи всички нужди на човечеството, които нарастват всяка година. Експертите обаче казват, че няма причина за безпокойство, тъй като горивните ресурси на планетата все още са достатъчни. Освен това се използват все повече и повече нови източници, щадящи околната среда и възобновяеми.

Проблемът със замърсяването остава околен святи расте експоненциално бързо. Количеството вредни емисии излиза извън мащаба, съответно въздухът, който дишаме, е вреден, водата има опасни примеси, а почвата постепенно се изчерпва. Ето защо е толкова важно да се изследва своевременно такова явление като енергията в недрата на Земята, за да се търсят начини за намаляване на нуждата от изкопаеми горива и по-активно използване нетрадиционни източнициенергия.

От древни времена хората са знаели за стихийните прояви на гигантска енергия, спотайваща се в дълбините Глобусът. Паметта на човечеството пази легенди за катастрофални вулканични изригвания, отнели милиони човешки животи, променили неузнаваемо облика на много места на Земята. Силата на изригването дори на сравнително малък вулкан е колосална, многократно надвишава силата на най-големия електроцентралисъздадени от човешки ръце. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията на вулканичните изригвания: хората все още нямат възможност да ограничат този непокорен елемент и, за щастие, тези изригвания са доста редки събития. Но това са проявления на спотайващата се енергия недрата на земятакогато само малка част от тази неизчерпаема енергия намира изход през огнедишащите отвори на вулканите.

малък европейска странаИсландия ("земята на леда" в буквален превод) напълно се осигурява с домати, ябълки и дори банани! Много исландски оранжерии се захранват от топлината на земята, в Исландия практически няма други местни източници на енергия. Но тази страна е много богата горещи извори и известни гейзери - фонтани с топла вода,с точността на хронометър, избягал от земята. И въпреки че исландците нямат приоритет при използването на топлината от подземни източници (дори древните римляни са донесли вода изпод земята до известните бани - баните на Каракала), жителите на тази малка северна страна експлоатират подземната котелна централа много интензивно. Столицата Рейкявик, където живее половината от населението на страната, се отоплява само от подземни източници. Рейкявик е идеалната отправна точка за изследване на Исландия: оттук можете да отидете на най-интересните и разнообразни екскурзии до всяко кътче на тази уникална страна: гейзери, вулкани, водопади, риолитни планини, фиорди ... Навсякъде в Рейкявик ще се почувствате ЧИСТИ ЕНЕРГИЯ - топлинната енергия на гейзерите, бликащи от под земята, енергията на чистотата и простора на идеално зеления град, енергията на веселия и запалителен нощен животРейкявик през цялата година.

Но не само за отопление хората черпят енергия от дълбините на земята. Електроцентралите, използващи горещи подземни извори, работят от дълго време.Първата такава електроцентрала, все още с доста ниска мощност, е построена през 1904 г. в малкото италианско градче Лардерело, кръстено на френския инженер Лардерели, който още през 1827 г. изготвя проект за използване на множество горещи извори в района. Постепенно капацитетът на електроцентралата нараства, влизат в експлоатация все повече и повече нови блокове, използват се нови източници на топла вода и днес мощността на централата вече достига внушителна стойност - 360 хиляди киловата. В Нова Зеландия има такава електроцентрала в района на Wairakei, нейният капацитет е 160 000 киловата. Геотермална централа с мощност 500 000 киловата произвежда електроенергия на 120 км от Сан Франциско в САЩ.

геотермална енергия

От древни времена хората са знаели за спонтанните прояви на гигантска енергия, спотайваща се в недрата на земното кълбо. Паметта на човечеството пази легенди за катастрофални вулканични изригвания, отнели милиони човешки животи, променили неузнаваемо облика на много места на Земята. Силата на изригването дори на сравнително малък вулкан е колосална, многократно надвишава силата на най-големите електроцентрали, създадени от човешки ръце. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията на вулканичните изригвания - досега хората нямат възможност да обуздаят този непокорен елемент и, за щастие, тези изригвания са доста редки събития. Но това са прояви на енергията, таяща се в недрата на земята, когато само малка част от тази неизчерпаема енергия намира изход през огнедишащите отвори на вулканите.

Гейзерът е гореща пролет, който изригва водата си до правилни или неравномерни височини, като фонтан. Името идва от исландската дума за "излива". Появата на гейзери изисква определено благоприятна среда, който е създаден само на няколко места по земята, което води до доста рядкото им присъствие. Почти 50% от гейзерите се намират в Националния парк Йелоустоун (САЩ). Дейността на гейзера може да спре поради промени в червата, земетресения и други фактори. Действието на гейзера се дължи на контакта на водата с магмата, след което водата бързо се нагрява и под въздействието на геотермална енергия се изхвърля нагоре със сила. След изригването водата в гейзера постепенно се охлажда, просмуква се обратно към магмата и отново блика. Честотата на изригванията на различни гейзери варира от няколко минути до няколко часа. Необходимостта от голяма енергия за работата на гейзер - главната причинатяхната рядкост. Вулканичните райони може да имат горещи извори, кални вулкани, фумароли, но има много малко места, където се намират гейзери. Факт е, че дори ако на мястото на вулканична дейност се е образувал гейзер, последващите изригвания ще разрушат повърхността на земята и ще променят нейното състояние, което ще доведе до изчезването на гейзера.

Енергията на земята ( геотермална енергия) се основава на използването на естествената топлина на Земята. Недрата на Земята са изпълнени с колосален, почти неизчерпаем източник на енергия. Годишното излъчване на вътрешна топлина на нашата планета е 2,8 * 1014 милиарда kWh. Постоянно се компенсира от радиоактивния разпад на някои изотопи в земната кора.

Източниците на геотермална енергия могат да бъдат два вида. Първият тип са подземни басейни от естествени топлоносители - гореща вода (хидротермални извори), или пара (парни термални извори), или пароводна смес. По същество това са директно готови за използване "подземни котли", от които може да се извлича вода или пара с обикновени сондажи. Вторият тип е топлината на горещите скали. Чрез изпомпване на вода в такива хоризонти може да се получи пара или прегрята вода за по-нататъшно използване за енергийни цели.

Но и в двата случая на употреба основен недостатъксе крие вероятно в много слаба концентрация на геотермална енергия. Въпреки това, в местата на формиране на особени геотермални аномалии, където горещи извори или скали идват относително близо до повърхността и където температурата се повишава с 30-40 ° C на всеки 100 m дълбочина, концентрациите на геотермална енергия могат да създадат условия за нейното икономично използване . В зависимост от температурата на водата, парата или пароводната смес, геотермалните източници се делят на ниско и среднотемпературни (с температури до 130 - 150°C) и високотемпературни (над 150°). Естеството на тяхното използване до голяма степен зависи от температурата.

Може да се твърди, че геотермалната енергия има четири полезни свойства.

Първо, запасите му са практически неизчерпаеми. Според оценки от края на 70-те години, до дълбочина от 10 км те възлизат на стойност, която е 3,5 хиляди пъти по-висока от запасите традиционни видовеминерално гориво.

Второ, геотермалната енергия е доста широко разпространена. Концентрацията му се свързва главно с активни сеизмични и вулканична дейност, които заемат 1/10 от площта на Земята. В рамките на тези пояси могат да се разграничат някои от най-обещаващите "геотермални региони", примери за които са Калифорния в САЩ, Нова Зеландия, Япония, Исландия, Камчатка, Северен Кавказв Русия. Само в бившия СССРдо началото на 90-те години са открити около 50 подземни басейна с топла вода и пара.

Трето, използването на геотермална енергия не изисква големи разходи, т.к. в този случай говорим сиза вече „готови за използване” източници на енергия, създадени от самата природа.

И накрая, четвърто, геотермалната енергия е екологично напълно безвредна и не замърсява околната среда.

Човекът отдавна използва енергията на вътрешната топлина на Земята (да си припомним известните римски бани), но търговското й използване започва едва през 20-те години на нашия век с изграждането на първите геоелектрически централи в Италия , а след това и в други страни. До началото на 80-те години на миналия век в света работят около 20 такива станции с обща мощност от 1,5 милиона kW. Най-голямата от тях е станцията Geysers в САЩ (500 хиляди kW).

Геотермалната енергия се използва за производство на електричество, отопление на домове, оранжерии и др. Като топлоносител се използва суха пара, прегрята вода или друг топлоносител с ниска точка на кипене (амоняк, фреон и др.).

геотермална енергия- това е енергията на топлината, която се отделя от вътрешните зони на Земята в продължение на стотици милиони години. Според геоложки и геофизични изследвания температурата в ядрото на Земята достига 3000-6000 °C, като постепенно намалява в посока от центъра на планетата към нейната повърхност. Изригването на хиляди вулкани, движението на блокове от земната кора, земетресенията свидетелстват за действието на мощен вътрешна енергияЗемята. Учените смятат, че топлинното поле на нашата планета се дължи на радиоактивен разпад в нейните дълбини, както и на гравитационното отделяне на материята на ядрото.
Основните източници на отопление на недрата на планетата са уран, торий и радиоактивен калий. Процесите на радиоактивно разпадане на континентите протичат главно в гранитния слой на земната кора на дълбочина 20-30 km или повече, в океаните - в горната мантия. Предполага се, че в дъното на земната кора на дълбочина 10-15 km вероятната стойност на температурата на континентите е 600-800 ° C, а в океаните - 150-200 ° C.
Човек може да използва геотермална енергия само там, където тя се проявява близо до повърхността на Земята, т.е. в райони на вулканични и сеизмична активност. Сега геотермалната енергия се използва ефективно от такива страни като САЩ, Италия, Исландия, Мексико, Япония, Нова Зеландия, Русия, Филипините, Унгария, Ел Салвадор. Тук вътрешната топлина на земята се издига до самата повърхност под формата на гореща вода и пара с температура до 300 ° C и често избухва като топлина от бликащи източници (гейзери), например известните гейзери на Йелоустоунския парк в САЩ, гейзерите на Камчатка, Исландия.
Геотермални източници на енергияразделени на суха гореща пара, мокра гореща пара и гореща вода. добре, което е важен източникенергия за ел железопътна линияв Италия (близо до град Лардерело), ​​от 1904 г. захранва суха гореща пара. Други две добре известни места в света с гореща суха пара са находището Мацукава в Япония и гейзерното поле близо до Сан Франциско, където геотермалната енергия също се използва ефективно от дълго време. Най-много в света на влажна гореща пара се намира в Нова Зеландия (Wairakei), геотермални полета с малко по-малка мощност - в Мексико, Япония, Ел Салвадор, Никарагуа, Русия.
По този начин могат да се разграничат четири основни вида геотермални енергийни ресурси:
повърхностна топлина на земята, използвана от термопомпи;
енергийни ресурси на пара, гореща и топла водаблизо до повърхността на земята, които сега се използват в производството електрическа енергия;
топлина, концентрирана дълбоко под повърхността на земята (може би при липса на вода);
магма енергия и топлина, която се натрупва под вулкани.

Геотермалните топлинни резерви (~ 8 * 1030J) са 35 милиарда пъти повече от годишното световно потребление на енергия. Само 1% от геотермалната енергия на земната кора (дълбочина 10 km) може да осигури количество енергия, което е 500 пъти по-голямо от всички световни запаси от нефт и газ. Днес обаче само малка част от тези ресурси могат да бъдат използвани и това се дължи преди всичко на икономически причини. Началото на индустриалното развитие на геотермалните ресурси (енергия на горещи дълбоки води и пара) е поставено през 1916 г., когато в Италия е пусната в експлоатация първата геотермална електроцентрала с мощност 7,5 MW. През изминалото време е натрупан значителен опит в областта на практическото развитие на геотермалните енергийни ресурси. Общата инсталирана мощност на действащите геотермални електроцентрали (ГеоТЕЦ) е: 1975 г. - 1278 MW, през 1990 г. - 7300 MW. Най-голям напредък по този въпрос са постигнали САЩ, Филипините, Мексико, Италия и Япония.
Техническите и икономически параметри на ГеоТЕЦ варират в доста широк диапазон и зависят от геоложки характеристикитерен (дълбочина на поява, параметри на работния флуид, неговия състав и др.). За по-голямата част от пуснатите в експлоатация геоТЕЦ цената на електроенергията е подобна на цената на електроенергията, произведена в ТЕЦ, работещи с въглища, и възлиза на 1200 ... 2000 щатски долара / MW.
В Исландия 80% от жилищните сгради се отопляват с гореща вода, извлечена от геотермални кладенци под град Рейкявик. В западните Съединени щати около 180 домове и ферми се отопляват с геотермална гореща вода. Според експерти между 1993 г. и 2000 г. световното производство на електроенергия от геотермална енергия се е увеличило повече от два пъти. В Съединените щати има толкова много запаси от геотермална топлина, че теоретично може да осигури 30 пъти повече енергия, отколкото държавата консумира в момента.
В бъдеще е възможно да се използва топлината на магмата в тези области, където тя се намира близо до повърхността на Земята, както и сухата топлина на нагретите кристални скали. В последния случай се пробиват кладенци на няколко километра, студената вода се изпомпва надолу и горещата се връща обратно.

Терминът „геотермална енергия“ идва от гръцките думи земя (гео) и термален (топлинен). Всъщност, геотермалната енергия идва от самата земя. Топлината от ядрото на земята, чиято средна температура е 3600 градуса по Целзий, се излъчва към повърхността на планетата.

Подгряването на извори и гейзери под земята на дълбочина от няколко километра може да се извърши с помощта на специални кладенци, през които гореща вода (или пара от нея) тече към повърхността, където може да се използва директно като топлина или индиректно за генериране на електричество чрез включване въртящи се турбини.

Тъй като водата под повърхността на земята непрекъснато се допълва и ядрото на Земята ще продължи да генерира топлина относително човешки животбезкрайно, геотермална енергия, в крайна сметка чисти и възобновяеми.

Методи за събиране на енергийните ресурси на Земята

Днес има три основни метода за събиране на геотермална енергия: суха пара, гореща вода и бинарен цикъл. Процесът със суха пара директно задвижва турбинните задвижвания на електрогенераторите. Горещата вода влиза отдолу нагоре, след което се пръска в резервоара, за да създаде пара, която да задвижва турбините. Тези два метода са най-често срещаните, генериращи стотици мегавати електроенергия в САЩ, Исландия, Европа, Русия и други страни. Но местоположението е ограничено, тъй като тези централи работят само в тектонични региони, където е по-лесен достъпът до топла вода.

С технологията на бинарния цикъл топла (не непременно гореща) вода се извлича на повърхността и се комбинира с бутан или пентан, който има ниска температуракипене. Тази течност се изпомпва през топлообменник, където се изпарява и се изпраща през турбина, преди да бъде рециркулирана обратно в системата. Технологията на бинарния цикъл осигурява десетки мегавати електроенергия в САЩ: Калифорния, Невада и Хавайските острови.

Принципът на получаване на енергия

Недостатъци на получаването на геотермална енергия

На полезно ниво геотермалните електроцентрали са скъпи за изграждане и експлоатация. За търсене подходящо мястоизискват се скъпи сондажни проучвания без гаранция за постигане на продуктивна подземна гореща точка. Въпреки това анализаторите очакват този капацитет почти да се удвои през следващите шест години.

Освен това райони с висока температура на подземен източник се намират в райони с активни геоложки и химически вулкани. Тези "горещи точки" се образуват на границите на тектоничните плочи на места, където кората е доста тънка. тихоокеански, често наричан огнен пръстен за много вулкани, където има много горещи точки, включително тези в Аляска, Калифорния и Орегон. Невада покрива стотици горещи точки повечетосеверната част на САЩ.

Има и други сеизмично активни зони. Земетресенията и движението на магмата позволяват на водата да циркулира. На някои места водата излиза на повърхността и се появяват естествени горещи извори и гейзери, като например в Камчатка. Водата в гейзерите на Камчатка достига 95°C.

Един от проблемите отворена системагейзери е изпускането на някои замърсители на въздуха. Сероводород - токсичен газ с много разпознаваема миризма на "развалени яйца" - малки количества арсен и минерали, отделяни с пара. Солта също може да представлява екологичен проблем.

В геотермални централи, разположени в морето значителна сумапречещата сол се натрупва в тръбите. В затворените системи няма емисии и цялата течност, изведена на повърхността, се връща обратно.

Икономически потенциал на енергийния ресурс

сеизмично активни точкине са единствените места, където може да се намери геотермална енергия. Има постоянен запас от използваема топлина за директно отопление на дълбочини от 4 метра до няколко километра под повърхността практически навсякъде по земята. Дори самата земя заден дворили в местно училище има икономически потенциал под формата на топлина, която да осигури на дома или на други сгради.

В допълнение, има огромно количество топлинна енергия в сухи скални образувания много дълбоко под повърхността (4 - 10 km).

Използване нова технологияможе да разшири геотермалните системи, където хората могат да използват тази топлина за генериране на електричество в много по-голям мащаб от конвенционалната технология. Първите демонстрационни проекти на този принцип на генериране на електроенергия са показани в САЩ и Австралия още през 2013 г.

Ако пълният икономически потенциал на геотермалните ресурси може да бъде реализиран, той ще представлява огромен източник на електроенергия за производствен капацитет. Учените предполагат, че конвенционалните геотермални източници имат потенциал от 38 000 MW, което може да произвежда 380 милиона MW електроенергия годишно.

Горещи сухи скали се срещат на дълбочини от 5 до 8 km навсякъде под земята и на по-малки дълбочини определени места. Достъпът до тези ресурси включва въвеждането на студена вода, циркулираща през горещи скали, и отстраняването на нагрятата вода. В момента не търговско приложениетази технология. Съществуващите технологии все още не позволяват възстановяване Термална енергиядиректно от магмата, много дълбоко, но това е най-мощният източник на геотермална енергия.

С комбинацията от енергийни ресурси и своята последователност, геотермалната енергия може да играе незаменима роля като по-чиста и по-устойчива енергийна система.

Конструкции на геотермални електроцентрали

Геотермалната енергия е чиста и устойчива топлина от Земята. По-големите ресурси варират от няколко километра под земната повърхност и дори по-дълбоко до високотемпературна разтопена скала, наречена магма. Но както беше описано по-горе, хората все още не са достигнали магмата.

Три проекта на геотермални електроцентрали

Технологията на приложение се определя от ресурса. Ако водата идва от кладенеца като пара, тя може да се използва директно. Ако горещата вода е достатъчно висока, тя трябва да премине през топлообменника.

Първият кладенец за производство на електроенергия е пробит преди 1924 г. | Повече ▼ дълбоки кладенциса сондирани през 50-те години на миналия век, но истинското развитие се случва през 70-те и 80-те години на миналия век.

Директно използване на геотермална топлина

Геотермалните източници могат да се използват и директно за отопление. Горещата вода се използва за отопление на сгради, отглеждане на растения в оранжерии, сушене на риба и култури, подобряване на производството на масло, подпомагане на промишлени процеси като млечни пастьоризатори и затопляне на вода в рибни ферми. В САЩ Кламат Фолс, Орегон и Бойс, Айдахо използват геотермална вода за отопление на домове и сгради повече от век. На източното крайбрежие, град Уорм Спрингс, Вирджиния, получава топлина директно от изворна вода, използвайки източници на топлина в един от местните курорти.

В Исландия почти всяка сграда в страната се отоплява с гореща изворна вода. Всъщност Исландия получава повече от 50 процента от първичната си енергия от геотермални източници. В Рейкявик, например (население 118 000), топлата вода се пренася на 25 километра по конвейер и жителите я използват за отопление и природни нужди.

Нова Зеландия получава допълнително 10% от електроенергията си. е слабо развит, въпреки наличието на термални води.