Երկրի միջուկային ջերմություն. Երկրի ջերմությունը. Ներքին ջերմության հնարավոր աղբյուրները

Հին ժամանակներից մարդիկ գիտեին խորքերում թաքնված հսկա էներգիայի տարերային դրսևորումների մասին երկրագունդը. Մարդկության հիշողությունը լեգենդներ է պահում աղետալի հրաբխային ժայթքումների մասին, որոնք խլեցին միլիոնավոր մարդկային կյանքեր, անճանաչելիորեն փոխեցին Երկրի վրա շատ վայրերի տեսքը: Նույնիսկ համեմատաբար փոքր հրաբխի ժայթքման ուժը հսկայական է, այն շատ անգամ գերազանցում է մարդու ձեռքով ստեղծված ամենամեծ էլեկտրակայանների հզորությունը: Ճիշտ է, հրաբխային ժայթքումների էներգիայի ուղղակի օգտագործման մասին խոսելն ավելորդ է. մարդիկ դեռ հնարավորություն չունեն զսպելու այս անսանձ տարրը, և, բարեբախտաբար, այդ ժայթքումները բավականին հազվադեպ իրադարձություններ են։ Բայց սրանք երկրագնդի աղիքներում թաքնված էներգիայի դրսևորումներ են, երբ այս անսպառ էներգիայի միայն չնչին մասն է ելք գտնում հրաբուխների կրակ-շնչառական անցքերի միջով:

Փոքր Եվրոպական երկիրԻսլանդիան (բառացի թարգմանությամբ՝ «սառույցի երկիր») լիովին ինքնաբավ է լոլիկի, խնձորի և նույնիսկ բանանի մեջ: Բազմաթիվ իսլանդական ջերմոցներ աշխատում են երկրի ջերմությունից, Իսլանդիայում էներգիայի այլ տեղական աղբյուրներ գործնականում չկան: Բայց այս երկիրը շատ հարուստ է տաք աղբյուրներ և հայտնի գեյզերներ՝ տաք ջրի շատրվաններ,գետնից փախչող քրոնոմետրի ճշգրտությամբ։ Եվ թեև իսլանդացիները առաջնահերթություն չունեն ստորգետնյա աղբյուրների ջերմությունն օգտագործելու հարցում (նույնիսկ հին հռոմեացիները հայտնի բաղնիքներ- Կարակալլայի բաղնիքները, - նրանք ջուր էին բերում գետնի տակից), հյուսիսային այս փոքրիկ երկրի բնակիչները. շատ ինտենսիվ շահագործել ստորգետնյա կաթսայատունը. Մայրաքաղաք Ռեյկյավիկը, որտեղ ապրում է երկրի բնակչության կեսը, ջեռուցվում է միայն ստորգետնյա աղբյուրներով։ Ռեյկյավիկը Իսլանդիան ուսումնասիրելու իդեալական մեկնարկային կետն է. այստեղից դուք կարող եք գնալ ամենահետաքրքիր և բազմազան էքսկուրսիաները դեպի այս եզակի երկրի ցանկացած անկյուն՝ գեյզերներ, հրաբուխներ, ջրվեժներ, ռիոլիտ լեռներ, ֆյորդներ... Ամենուր Ռեյկյավիկում դուք ձեզ մաքուր կզգաք: ԷՆԵՐԳԻԱ - ստորգետնից բխող գեյզերների ջերմային էներգիա, իդեալական կանաչ քաղաքի մաքրության և տարածության էներգիա, ուրախ և հրահրող էներգիա գիշերային կյանքՌեյկյավիկ ամբողջ տարին.

Բայց ոչ միայն ջեռուցման համար մարդիկ էներգիա են վերցնում երկրի խորքերից: Տաք ստորգետնյա աղբյուրներով էլեկտրակայանները գործում են երկար ժամանակ։Առաջին նման էլեկտրակայանը, դեռևս շատ ցածր էներգիայով, կառուցվել է 1904 թվականին իտալական փոքրիկ Լարդերելլո քաղաքում, որն անվանվել է ֆրանսիացի ինժեներ Լարդերելիի անունով, որը դեռ 1827 թվականին մշակել է այդ տարածքում բազմաթիվ տաք աղբյուրների օգտագործման նախագիծ: Աստիճանաբար էլեկտրակայանի հզորությունը մեծացավ, ավելի ու ավելի շատ նոր բլոկներ գործարկվեցին, օգտագործվեցին տաք ջրի նոր աղբյուրներ, և այսօր կայանի հզորությունն արդեն հասել է տպավորիչ արժեքի՝ 360 հազար կիլովատ։ Նոր Զելանդիայում նման էլեկտրակայան կա Վայրաքեյի շրջանում, դրա հզորությունը 160 000 կիլովատ է։ 500 000 կիլովատ հզորությամբ երկրաջերմային կայանը էլեկտրաէներգիա է արտադրում ԱՄՆ Սան Ֆրանցիսկոյից 120 կմ հեռավորության վրա։

երկրաջերմային էներգիա

Հին ժամանակներից մարդիկ գիտեին երկրագնդի աղիքներում թաքնված հսկա էներգիայի ինքնաբուխ դրսևորումների մասին: Մարդկության հիշողությունը լեգենդներ է պահում աղետալի հրաբխային ժայթքումների մասին, որոնք խլեցին միլիոնավոր մարդկային կյանքեր, անճանաչելիորեն փոխեցին Երկրի վրա շատ վայրերի տեսքը: Նույնիսկ համեմատաբար փոքր հրաբխի ժայթքման ուժը հսկայական է, այն շատ անգամ գերազանցում է մարդու ձեռքով ստեղծված ամենամեծ էլեկտրակայանների հզորությունը: Ճիշտ է, հրաբխային ժայթքումների էներգիայի ուղղակի օգտագործման մասին խոսելն ավելորդ է. մինչ այժմ մարդիկ հնարավորություն չունեն զսպելու այս անհնազանդ տարրը, և, բարեբախտաբար, այդ ժայթքումները բավականին հազվադեպ իրադարձություններ են: Բայց սրանք էներգիայի դրսևորումներ են, որոնք թաքնված են երկրի աղիքներում, երբ այս անսպառ էներգիայի միայն մի չնչին մասն է ելք գտնում հրաբուխների կրակ-շնչառական անցքերի միջով:

Գեյզերն է տաք գարուն, որն իր ջուրը ժայթքում է դեպի կանոնավոր կամ անկանոն բարձունքներ, ինչպես շատրվան։ Անունը գալիս է իսլանդերեն «pours» բառից։ Գեյզերների հայտնվելը պահանջում է որոշակի բարենպաստ միջավայր, որը ստեղծվում է երկրագնդի միայն մի քանի վայրերում, ինչը հանգեցնում է նրանց բավականին հազվադեպ առկայությանը։ Գեյզերների գրեթե 50%-ը գտնվում է ազգային պարկ Yellowstone (ԱՄՆ). Գեյզերի գործունեությունը կարող է դադարեցվել աղիների փոփոխությունների, երկրաշարժերի և այլ գործոնների պատճառով: Գեյզերի գործողությունն առաջանում է ջրի հետ մագմայի հետ շփումից, որից հետո ջուրն արագ տաքանում է և երկրաջերմային էներգիայի ազդեցությամբ ուժով նետվում դեպի վեր։ Ժայթքումից հետո գեյզերի ջուրը աստիճանաբար սառչում է, ներթափանցում է դեպի մագմա և նորից հորդում։ Տարբեր գեյզերների ժայթքման հաճախականությունը տատանվում է մի քանի րոպեից մինչև մի քանի ժամ: Գեյզերի շահագործման համար մեծ էներգիայի անհրաժեշտություն. հիմնական պատճառընրանց հազվադեպությունը. Հրաբխային տարածքներում կարող են լինել տաք աղբյուրներ, ցեխի հրաբուխներ, ֆումարոլներ, բայց շատ քիչ տեղեր կան, որտեղ գեյզերներ են գտնվում։ Փաստն այն է, որ եթե անգամ հրաբխի ակտիվության վայրում գոյանա գեյզեր, հետագա ժայթքումները կկործանեն երկրի մակերեսը և կփոխեն դրա վիճակը, ինչը կհանգեցնի գեյզերի անհետացմանը:

Երկրի էներգիա ( երկրաջերմային էներգիա) հիմնված է Երկրի բնական ջերմության օգտագործման վրա։ Երկրի աղիքները հղի են էներգիայի հսկայական, գրեթե անսպառ աղբյուրով: Մեր մոլորակի ներքին ջերմության տարեկան ճառագայթումը կազմում է 2,8 * 1014 միլիարդ կՎտժ: Այն մշտապես փոխհատուցվում է որոշ իզոտոպների ռադիոակտիվ քայքայմամբ երկրի ընդերքը.

Երկրաջերմային էներգիայի աղբյուրները կարող են լինել երկու տեսակի. Առաջին տեսակը բնական ջերմային կրիչների ստորգետնյա լողավազաններն են՝ տաք ջուր (հիդրոջերմային աղբյուրներ), կամ գոլորշու (գոլորշու ջերմային աղբյուրներ) կամ գոլորշու ջրի խառնուրդ։ Ըստ էության, դրանք ուղղակիորեն պատրաստ օգտագործման «ստորգետնյա կաթսաներ» են, որտեղից կարելի է ջուր կամ գոլորշի դուրս բերել սովորական հորատանցքերի միջոցով: Երկրորդ տեսակը տաքի ջերմությունն է ժայռեր. Ջուրը նման հորիզոններ մղելով՝ կարելի է նաև գոլորշի կամ գերտաքացած ջուր ստանալ էներգետիկ նպատակներով հետագա օգտագործման համար։

Բայց երկու դեպքում էլ օգտագործեք հիմնական թերությունըընկած է, հավանաբար, երկրաջերմային էներգիայի շատ թույլ կոնցենտրացիայի մեջ: Այնուամենայնիվ, յուրահատուկ երկրաջերմային անոմալիաների ձևավորման վայրերում, որտեղ տաք աղբյուրները կամ ժայռերը համեմատաբար մոտ են մակերեսին, և որտեղ ջերմաստիճանը բարձրանում է 30-40 ° C-ով յուրաքանչյուր 100 մ-ի համար, երկրաջերմային էներգիայի կոնցենտրացիաները կարող են պայմաններ ստեղծել դրա տնտեսական օգտագործման համար: Կախված ջրի, գոլորշու կամ գոլորշու ջրի խառնուրդի ջերմաստիճանից՝ երկրաջերմային աղբյուրները բաժանվում են ցածր և միջին ջերմաստիճանի (մինչև 130 - 150 ° C ջերմաստիճանով) և բարձր ջերմաստիճանի (ավելի քան 150 °): Նրանց օգտագործման բնույթը մեծապես կախված է ջերմաստիճանից:

Կարելի է պնդել, որ երկրաջերմային էներգիաունի չորս շահավետ տարբերակիչ առանձնահատկություններ.

Նախ՝ նրա պաշարները գործնականում անսպառ են։ 70-ականների վերջի գնահատականներով՝ 10 կմ խորության վրա դրանք կազմում են պաշարներից 3,5 հազար անգամ ավելի մեծ արժեք։ ավանդական տեսակներհանքային վառելիք.

Երկրորդ՝ երկրաջերմային էներգիան բավականին տարածված է։ Դրա կոնցենտրացիան հիմնականում կապված է ակտիվ սեյսմիկ և հրաբխային ակտիվություն, որոնք զբաղեցնում են Երկրի տարածքի 1/10-ը։ Այս գոտիներում կարելի է առանձնացնել մի քանի առավել խոստումնալից «երկրաջերմային շրջաններ», որոնց օրինակներն են Կալիֆոռնիան ԱՄՆ-ում, Նոր Զելանդիան, Ճապոնիան, Իսլանդիան, Կամչատկան, Հյուսիսային ԿովկասՌուսաստանում. Միայն նախկին ԽՍՀՄ-ում 90-ականների սկզբին բացվեցին տաք ջրի և գոլորշու մոտ 50 ստորգետնյա լողավազան։

Երրորդ, երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը մեծ ծախսեր չի պահանջում, քանի որ. այս դեպքում մենք խոսում ենքբնության կողմից ստեղծված արդեն իսկ «օգտագործման համար պատրաստ» էներգիայի աղբյուրների մասին։

Վերջապես, չորրորդը, երկրաջերմային էներգիան էկոլոգիապես լիովին անվնաս է և չի աղտոտում շրջակա միջավայրը:

Մարդը երկար ժամանակ օգտագործում է Երկրի ներքին ջերմության էներգիան (հիշենք, օրինակ, հայտնի հռոմեական բաղնիքները), սակայն դրա առևտրային օգտագործումը սկսվել է միայն մեր դարի 20-ական թվականներին Իտալիայում առաջին երկրաէլեկտրակայանների կառուցմամբ։ , իսկ հետո այլ երկրներում։ 1980-ականների սկզբին աշխարհում գործում էր մոտ 20 նման կայան՝ 1,5 մլն կՎտ ընդհանուր հզորությամբ։ Դրանցից ամենամեծը ԱՄՆ-ի Գեյզեր կայանն է (500 հազար կՎտ)։

Երկրաջերմային էներգիան օգտագործվում է էլեկտրաէներգիա արտադրելու, տների, ջերմոցների տաքացման համար և այլն: Որպես ջերմային կրիչ օգտագործվում է չոր գոլորշի, գերտաքացած ջուր կամ ցածր եռման կետով ցանկացած ջերմակիր (ամոնիակ, ֆրեոն և այլն)։

Ածխաջրածիններով հարուստ մեր երկրում երկրաջերմային էներգիան մի տեսակ էկզոտիկ ռեսուրս է, որն իրերի ներկա վիճակում դժվար թե մրցակցի նավթի ու գազի հետ։ Այնուամենայնիվ, էներգիայի այս այլընտրանքային ձևը կարելի է օգտագործել գրեթե ամենուր և բավականին արդյունավետ։

Երկրաջերմային էներգիան երկրագնդի ներքին ջերմությունն է: Այն առաջանում է խորքերում և դուրս գալիս Երկրի մակերևույթ տարբեր ձևերև տարբեր ինտենսիվությամբ։

Հողի վերին շերտերի ջերմաստիճանը հիմնականում կախված է արտաքին (էկզոգեն) գործոններից՝ արևի լույսից և օդի ջերմաստիճանից։ Ամռանը և ցերեկը հողը տաքանում է մինչև որոշակի խորություններ, իսկ ձմռանը և գիշերը սառչում է օդի ջերմաստիճանի փոփոխության հետևանքով և որոշակի ուշացումով՝ խորության հետ մեծանալով։ Օդի ջերմաստիճանի ամենօրյա տատանումների ազդեցությունն ավարտվում է մի քանի տասնյակ սանտիմետր խորություններում։ Սեզոնային տատանումները գրավում են հողի ավելի խորը շերտերը` մինչև տասնյակ մետր:

Որոշակի խորության վրա՝ տասնյակից մինչև հարյուրավոր մետր, հողի ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն՝ հավասար Երկրի մակերեսին մոտ օդի միջին տարեկան ջերմաստիճանին։ Սա հեշտ է ստուգել՝ իջնելով բավականին խորը քարանձավ:

Երբ տվյալ տարածքում օդի միջին տարեկան ջերմաստիճանը զրոյից ցածր է, դա դրսևորվում է որպես մշտական ​​սառույց (ավելի ճիշտ՝ հավերժական սառույց): Արևելյան Սիբիրում ամբողջ տարվա ընթացքում սառեցված հողերի հաստությունը, այսինքն՝ հաստությունը, տեղ-տեղ հասնում է 200–300 մ-ի։

Որոշակի խորությունից (քարտեզի յուրաքանչյուր կետի համար իր սեփականը) Արեգակի և մթնոլորտի գործողությունն այնքան է թուլանում, որ առաջին տեղում են էնդոգեն (ներքին) գործոնները, և երկրագնդի ներսը տաքանում է ներսից, այնպես որ ջերմաստիճանը սկսում է բարձրանալ։ բարձրանալ խորությամբ:

Երկրի խորքային շերտերի տաքացումը հիմնականում կապված է այնտեղ տեղակայված ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման հետ, թեև ջերմության այլ աղբյուրներ նույնպես կոչվում են, օրինակ՝ ֆիզիկաքիմիական, տեկտոնական պրոցեսները երկրակեղևի և թիկնոցի խորը շերտերում։ Բայց ինչ էլ որ լինի պատճառը, ապարների և հարակից հեղուկ և գազային նյութերի ջերմաստիճանը խորության հետ մեծանում է: Հանքագործները բախվում են այս երևույթին. խորը հանքերում միշտ շոգ է: 1 կմ խորության վրա երեսուն աստիճան տաքությունը նորմալ է, իսկ ավելի խորը ջերմաստիճանն էլ ավելի բարձր է։

Երկրի ներսի ջերմային հոսքը, հասնելով Երկրի մակերևույթին, փոքր է. միջինում դրա հզորությունը կազմում է 0,03–0,05 Վտ / մ 2 կամ մոտավորապես 350 Վտժ / մ 2 տարեկան: Արեգակից ջերմային հոսքի և նրանով տաքացվող օդի ֆոնին սա աննկատելի արժեք է՝ Արևը տալիս է բոլորին. քառակուսի մետրԵրկրի մակերևույթը տարեկան կազմում է մոտ 4000 կՎտժ, այսինքն՝ 10000 անգամ ավելի (իհարկե, դա միջին հաշվով բևեռային և հասարակածային լայնությունների միջև հսկայական տարածում է և կախված այլ կլիմայական և եղանակային գործոններից):

Ջերմային հոսքի աննշանությունը խորքից դեպի մակերևույթ մոլորակի մեծ մասում կապված է ապարների և առանձնահատկությունների ցածր ջերմահաղորդականության հետ։ երկրաբանական կառուցվածքը. Բայց կան բացառություններ՝ վայրեր, որտեղ ջերմային հոսքը բարձր է։ Դրանք առաջին հերթին ոլորտներ են տեկտոնական խզվածքներ, ավելացել է սեյսմիկ ակտիվությունև հրաբխային, որտեղ երկրի ներքին էներգիան ելք է գտնում: Նման գոտիներին բնորոշ են լիթոսֆերայի ջերմային անոմալիաները, այստեղ Երկրի մակերեսին հասնող ջերմային հոսքը կարող է բազմապատիկ և նույնիսկ մեծության կարգերով ավելի հզոր լինել, քան «սովորականը»։ Հսկայական քանակությամբ ջերմություն այս գոտիներում մակերևույթ է դուրս բերվում հրաբխային ժայթքումներով և ջրի տաք աղբյուրներով:

Հենց այս տարածքներն են առավել բարենպաստ երկրաջերմային էներգիայի զարգացման համար։ Ռուսաստանի տարածքում սա, առաջին հերթին, Կամչատկան է, Կուրիլյան կղզիներև Կովկասը։

Միևնույն ժամանակ, երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը հնարավոր է գրեթե ամենուր, քանի որ խորության հետ ջերմաստիճանի բարձրացումը ամենուր տարածված երևույթ է, և խնդիրն աղիքներից ջերմություն «արդյունահանելն» է, ինչպես հանքային հումք են արդյունահանվում այնտեղից։

Միջին հաշվով, ջերմաստիճանը բարձրանում է 2,5–3°C-ով յուրաքանչյուր 100 մ-ի համար: Տարբեր խորություններում գտնվող երկու կետերի միջև ջերմաստիճանի տարբերության հարաբերությունը դրանց խորության տարբերությանը կոչվում է երկրաջերմային գրադիենտ:

Փոխադարձը երկրաջերմային քայլն է կամ խորության միջակայքը, որի դեպքում ջերմաստիճանը բարձրանում է 1°C-ով:

Որքան բարձր է գրադիենտը և, համապատասխանաբար, որքան ցածր է աստիճանը, այնքան Երկրի խորության ջերմությունը մոտենում է մակերեսին և այնքան խոստումնալից է այս տարածքը երկրաջերմային էներգիայի զարգացման համար։

Տարբեր տարածքներում, կախված երկրաբանական կառուցվածքից և տարածաշրջանային և տեղական այլ պայմաններից, ջերմաստիճանի բարձրացման տեմպերը խորության հետ կարող են կտրուկ տարբերվել: Երկրի մասշտաբով երկրաջերմային գրադիենտների և աստիճանների արժեքների տատանումները հասնում են 25 անգամ։ Օրինակ՝ Օրեգոն նահանգում (ԱՄՆ) գրադիենտը 1 կմ-ի վրա 150°C է, իսկ Հարավային Աֆրիկայում՝ 6°C 1 կմ-ի վրա։

Հարցն այն է, թե ինչպիսի՞ն է ջերմաստիճանը մեծ խորություններում՝ 5, 10 կմ կամ ավելի։ Եթե ​​միտումը շարունակվի, 10 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը միջինը պետք է լինի մոտ 250–300°C: Դա քիչ թե շատ հաստատվում է գերխոր հորերի ուղիղ դիտարկումներով, թեև պատկերը շատ ավելի բարդ է, քան ջերմաստիճանի գծային աճը։

Օրինակ՝ Կոլայում ծայրահեղ խորը ջրհոր, հորատված Բալթյան բյուրեղային վահանում, մինչև 3 կմ խորության ջերմաստիճանը փոխվում է 10°C/1 կմ արագությամբ, իսկ հետո երկրաջերմային գրադիենտը դառնում է 2–2,5 անգամ ավելի։ 7 կմ խորության վրա արդեն գրանցվել է 120°C ջերմաստիճան, 10 կմ-ում՝ 180°C, իսկ 12 կմ-ում՝ 220°C։

Մեկ այլ օրինակ է Հյուսիսային Կասպից ծովի ջրհորը, որտեղ 500 մ խորության վրա գրանցվել է 42°C ջերմաստիճան, 1,5 կմ-ում՝ 70°C, 2 կմ-ում՝ 80°C, 3 կմ-ում՝ 108°C։

Ենթադրվում է, որ երկրաջերմային գրադիենտը նվազում է՝ սկսած 20–30 կմ խորությունից. 100 կմ խորության վրա գնահատված ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 1300–1500°C, 400 կմ խորության վրա՝ 1600°C, Երկրի վրա։ միջուկը (6000 կմ-ից ավելի խորություններ) – 4000–5000°C։

Մինչև 10–12 կմ խորությունների վրա ջերմաստիճանը չափվում է հորատված հորերի միջոցով. որտեղ դրանք չկան, այն որոշվում է անուղղակի նշաններով այնպես, ինչպես ավելի մեծ խորություններում: Նման անուղղակի նշաններ կարող են լինել սեյսմիկ ալիքների անցման բնույթը կամ ժայթքող լավայի ջերմաստիճանը:

Այնուամենայնիվ, երկրաջերմային էներգիայի նպատակների համար 10 կմ-ից ավելի խորություններում ջերմաստիճանի տվյալները դեռ գործնական հետաքրքրություն չեն ներկայացնում:

Մի քանի կիլոմետր խորության վրա շատ ջերմություն կա, բայց ինչպե՞ս բարձրացնել այն: Երբեմն բնությունն ինքն է լուծում այս խնդիրը մեզ համար բնական հովացուցիչ նյութի օգնությամբ՝ տաքացվող ջերմային ջրեր, մակերես դուրս գալը կամ մեզ հասանելի խորության վրա պառկելը։ Որոշ դեպքերում խորքում ջուրը տաքացվում է գոլորշու վիճակի։

«Ջերմային ջրեր» հասկացության խիստ սահմանում չկա։ Որպես կանոն, դրանք նշանակում են տաք ստորերկրյա ջրեր հեղուկ վիճակում կամ գոլորշու տեսքով, այդ թվում՝ Երկրի մակերևույթ դուրս եկող 20 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանով, այսինքն, որպես կանոն, օդի ջերմաստիճանից բարձր:

Ստորերկրյա ջրերի, գոլորշու, գոլորշի-ջուր խառնուրդների ջերմությունը հիդրոթերմային էներգիա է։ Համապատասխանաբար, դրա օգտագործման հիման վրա էներգիան կոչվում է հիդրոթերմալ։

Իրավիճակն ավելի բարդ է ուղղակիորեն չոր ապարներից ջերմության արտադրության հետ կապված՝ նավթաջերմային էներգիա, հատկապես, որ բավականաչափ բարձր ջերմաստիճանները, որպես կանոն, սկսվում են մի քանի կիլոմետր խորություններից:

Ռուսաստանի տարածքում նավթաջերմային էներգիայի պոտենցիալը հարյուր անգամ գերազանցում է հիդրոթերմային էներգիայինը՝ համապատասխանաբար 3500 և 35 տրիլիոն տոննա ստանդարտ վառելիք։ Սա միանգամայն բնական է. Երկրի խորքերի ջերմությունն ամենուր է, իսկ ջերմային ջրերը տեղային են: Սակայն ակնհայտ տեխնիկական դժվարությունների պատճառով ներկայումս օգտագործվում է ջերմություն և էլեկտրաէներգիա մեծ մասի համարջերմային ջրեր.

Ջրի ջերմաստիճանը 20-30-ից մինչև 100°C հարմար է ջեռուցման, 150°C և բարձր ջերմաստիճանների և երկրաջերմային էլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Ընդհանուր առմամբ, Ռուսաստանի տարածքում գտնվող երկրաջերմային պաշարները տոննաներով ստանդարտ վառելիքի կամ էներգիայի չափման ցանկացած այլ միավորի առումով մոտ 10 անգամ գերազանցում են հանածո վառելիքի պաշարները։

Տեսականորեն միայն երկրաջերմային էներգիան կարող էր լիովին բավարարել էներգիայի կարիքներըերկրները։ Գործնականում այս պահին, իր տարածքի մեծ մասում, դա իրագործելի չէ տեխնիկական և տնտեսական պատճառներով։

Աշխարհում երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը ամենից հաճախ կապված է Իսլանդիայի հետ, մի երկիր, որը գտնվում է Միջինատլանտյան լեռնաշղթայի հյուսիսային ծայրում, բացառիկ ակտիվ տեկտոնական և տեկտոնական պայմաններում: հրաբխային գոտի. Հավանաբար բոլորը հիշում են Էյյաֆիաթլայոկուդլ հրաբխի հզոր ժայթքումը ( Էյաֆջալաջոկուլ) 2010 թ.

Այս երկրաբանական առանձնահատկությունի շնորհիվ է, որ Իսլանդիան ունի երկրաջերմային էներգիայի հսկայական պաշարներ, ներառյալ տաք աղբյուրները, որոնք դուրս են գալիս Երկրի մակերևույթ և նույնիսկ հորդում են գեյզերների տեսքով:

Իսլանդիայում սպառվող էներգիայի ավելի քան 60%-ը ներկայումս վերցվում է Երկրից: Այդ թվում երկրաջերմային աղբյուրների շնորհիվ ապահովված է ջեռուցման 90%-ը և էլեկտրաէներգիայի արտադրության 30%-ը։ Հավելում ենք, որ երկրի մնացած էլեկտրաէներգիան արտադրվում է հիդրոէլեկտրակայանների կողմից, այսինքն՝ օգտագործելով նաև վերականգնվող էներգիայի աղբյուր, ինչի շնորհիվ Իսլանդիան մի տեսակ համաշխարհային բնապահպանական ստանդարտի տեսք ունի։

20-րդ դարում երկրաջերմային էներգիայի «սանձումը» զգալիորեն օգնեց Իսլանդիային տնտեսապես։ Մինչև անցյալ դարի կեսերը այն շատ աղքատ երկիր էր, այժմ աշխարհում առաջին տեղն է զբաղեցնում մեկ շնչին ընկնող դրված հզորությամբ և երկրաջերմային էներգիայի արտադրությամբ, իսկ երկրաջերմային էներգիայի բացարձակ դրվածքային հզորությամբ առաջին տասնյակում է։ բույսեր. Այնուամենայնիվ, նրա բնակչությունը կազմում է ընդամենը 300 հազար մարդ, ինչը հեշտացնում է էկոլոգիապես մաքուրին անցնելու խնդիրը: մաքուր աղբյուրներէներգիա. դրա կարիքը հիմնականում փոքր է:

Իսլանդիայից բացի, երկրաջերմային էներգիայի մեծ մասնաբաժին էլեկտրաէներգիայի արտադրության ընդհանուր հաշվեկշռում ապահովված է Նոր Զելանդիայում և կղզու նահանգներում։ Հարավարեւելյան Ասիա(Ֆիլիպիններ և Ինդոնեզիա), Կենտրոնական Ամերիկայի և Արևելյան Աֆրիկայի երկրները, որոնց տարածքը նույնպես բնութագրվում է բարձր սեյսմիկ և հրաբխային ակտիվությամբ։ Այս երկրների համար, իրենց ներկայիս զարգացման մակարդակով և կարիքներով, երկրաջերմային էներգիան զգալի ներդրում ունի սոցիալ-տնտեսական զարգացման մեջ:

Երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը շատ երկար պատմություն ունի։ Առաջին հայտնի օրինակներից մեկը Իտալիան է, մի վայր Տոսկանայի նահանգում, որն այժմ կոչվում է Լարդերելլո, որտեղ դեռևս 19-րդ դարի սկզբին տեղական տաք ջերմային ջրերը, որոնք բնական հոսում էին կամ արդյունահանվում էին ծանծաղ հորերից, օգտագործվում էին էներգիայի համար: նպատակներ։

Այստեղ բորաթթու ստանալու համար օգտագործվել է ստորգետնյա աղբյուրներից բորով հարուստ ջուր։ Սկզբում այս թթուն ստացվում էր երկաթե կաթսաներում գոլորշիացման արդյունքում, իսկ սովորական վառելափայտը որպես վառելիք վերցվում էր մոտակա անտառներից, բայց 1827 թվականին Ֆրանչեսկո Լարդերելը ստեղծեց համակարգ, որն աշխատում էր հենց ջրերի ջերմության վրա: Միաժամանակ բնական ջրային գոլորշու էներգիան սկսեց օգտագործվել հորատման սարքերի շահագործման համար, իսկ 20-րդ դարի սկզբին՝ տեղական տներն ու ջերմոցները տաքացնելու համար։ Նույն տեղում՝ Լարդերելոյում, 1904 թվականին ջերմային ջրի գոլորշին դարձավ էներգիայի աղբյուր՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։

19-րդ դարի վերջի և 20-րդ դարի սկզբի Իտալիայի օրինակին հետևեցին մի շարք այլ երկրներ։ Օրինակ, 1892 թվականին ջերմային ջրերն առաջին անգամ օգտագործվել են տեղային ջեռուցման համար ԱՄՆ-ում (Բոիզ, Այդահո), 1919 թվականին՝ Ճապոնիայում, 1928 թվականին՝ Իսլանդիայում։

ԱՄՆ-ում առաջին հիդրոթերմալ էլեկտրակայանը հայտնվել է Կալիֆորնիայում 1930-ականների սկզբին, Նոր Զելանդիայում՝ 1958 թվականին, Մեքսիկայում՝ 1959 թվականին, Ռուսաստանում (աշխարհի առաջին երկուական GeoPP-ն)՝ 1965 թվականին։

Հին սկզբունք նոր աղբյուրում

Էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը պահանջում է ջրի աղբյուրի ավելի բարձր ջերմաստիճան, քան ջեռուցումը, ավելի քան 150°C: Երկրաջերմային էլեկտրակայանի (GeoES) շահագործման սկզբունքը նման է սովորական ՋԷԿ-ի շահագործման սկզբունքին: Իրականում երկրաջերմային էլեկտրակայանը ՋԷԿ-ի տեսակ է։

ՋԷԿ-երում, որպես կանոն, էներգիայի հիմնական աղբյուր են հանդիսանում ածուխը, գազը կամ մազութը, իսկ որպես աշխատանքային հեղուկ՝ ջրային գոլորշին: Վառելիքը, այրվելով, ջուրը տաքացնում է գոլորշու վիճակի, որը պտտում է շոգետուրբինը, և այն արտադրում է էլեկտրականություն։

GeoPP-ի տարբերությունն այն է, որ այստեղ էներգիայի առաջնային աղբյուրը երկրագնդի ներսի ջերմությունն է, և գոլորշու տեսքով աշխատող հեղուկը «պատրաստ» ձևով մտնում է էլեկտրական գեներատորի տուրբինային շեղբեր անմիջապես արտադրական ջրհորից:

Գոյություն ունեն GeoPP-ի շահագործման երեք հիմնական սխեմաներ՝ ուղղակի, չոր (երկրաջերմային) գոլորշու օգտագործմամբ; անուղղակի, հիդրոթերմալ ջրի վրա հիմնված և խառը կամ երկուական:

Այս կամ այն ​​սխեմայի օգտագործումը կախված է ագրեգացման վիճակից և էներգիայի կրիչի ջերմաստիճանից:

Ամենապարզը և, հետևաբար, յուրացված սխեմաներից առաջինը ուղիղն է, որի դեպքում ջրհորից եկող գոլորշին անմիջապես անցնում է տուրբինի միջով։ Աշխարհի առաջին GeoPP-ը Լարդերելոյում 1904 թվականին նույնպես աշխատում էր չոր գոլորշու վրա:

Գործողության անուղղակի սխեմայով GeoPP-ները մեր ժամանակներում ամենատարածվածն են: Նրանք օգտագործում են տաք ստորգետնյա ջրեր, որը բարձր ճնշման տակ ներարկվում է գոլորշիչի մեջ, որտեղ դրա մի մասը գոլորշիացվում է, և ստացված գոլորշին պտտում է տուրբինը։ Որոշ դեպքերում լրացուցիչ սարքեր և սխեմաներ են պահանջվում ագրեսիվ միացություններից երկրաջերմային ջուրը և գոլորշին մաքրելու համար:

Արտանետվող գոլորշին մտնում է ներարկման ջրհոր կամ օգտագործվում է տարածքի ջեռուցման համար. այս դեպքում սկզբունքը նույնն է, ինչ CHP-ի շահագործման ժամանակ:

Երկուական GeoPP-ներում տաք ջերմային ջուրը փոխազդում է մեկ այլ հեղուկի հետ, որը գործում է որպես աշխատանքային հեղուկ՝ ավելի ցածր եռման կետով: Երկու հեղուկներն էլ անցնում են ջերմափոխանակիչով, որտեղ ջերմային ջուրը գոլորշիացնում է աշխատող հեղուկը, որի գոլորշիները պտտում են տուրբինը։

Այս համակարգը փակ է, որը լուծում է մթնոլորտ արտանետումների խնդիրը։ Բացի այդ, համեմատաբար ցածր եռման կետով աշխատող հեղուկները հնարավորություն են տալիս որպես էներգիայի առաջնային աղբյուր օգտագործել ոչ շատ տաք ջերմային ջրերը։

Բոլոր երեք սխեմաներն օգտագործում են հիդրոթերմալ աղբյուր, սակայն նավթաջերմային էներգիան կարող է օգտագործվել նաև էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Շղթայի դիագրամն այս դեպքում նույնպես բավականին պարզ է. Անհրաժեշտ է հորատել երկու փոխկապակցված հորեր՝ ներարկման և արտադրական: Ջուրը մղվում է ներարկման ջրհորի մեջ: Խորության վրա այն տաքանում է, ապա ուժեղ տաքացման արդյունքում առաջացած տաքացած ջուրը կամ գոլորշին արտադրական հորի միջոցով մատակարարվում է մակերեսին։ Ավելին, ամեն ինչ կախված է նրանից, թե ինչպես է օգտագործվում նավթաջերմային էներգիան՝ ջեռուցման, թե էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար։ Փակ ցիկլը հնարավոր է արտանետվող գոլորշու և ջրի պոմպով ներարկման ջրհորի մեջ կամ հեռացման այլ եղանակով:

Նման համակարգի թերությունն ակնհայտ է. աշխատանքային հեղուկի բավականաչափ բարձր ջերմաստիճան ստանալու համար անհրաժեշտ է հորատել հորեր. մեծ խորություն. Եվ սա լուրջ ծախս է և ջերմության զգալի կորստի վտանգ, երբ հեղուկը բարձրանում է: Հետևաբար, նավթաջերմային համակարգերը դեռևս ավելի քիչ են տարածված, քան հիդրոթերմայինները, թեև նավթաջերմային էներգիայի ներուժը մեծության կարգերով ավելի մեծ է:

Ներկայում այսպես կոչված նավթաջերմային շրջանառության համակարգերի (PCS) ստեղծման առաջատարը Ավստրալիան է։ Բացի այդ, երկրաջերմային էներգիայի այս ուղղությունը ակտիվորեն զարգանում է ԱՄՆ-ում, Շվեյցարիայում, Մեծ Բրիտանիայում և Ճապոնիայում։

Նվեր լորդ Քելվինից

1852 թվականին ֆիզիկոս Ուիլյամ Թոմփսոնի (նույն ինքը՝ Լորդ Քելվին) ջերմային պոմպի գյուտը մարդկությանը իրական հնարավորություն ընձեռեց օգտագործելու հողի վերին շերտերի ցածր աստիճանի ջերմությունը։ Ջերմային պոմպի համակարգը կամ ջերմության բազմապատկիչը, ինչպես այն անվանել է Թոմսոնը, հիմնված է ֆիզիկական գործընթացջերմության փոխանցումը միջավայրըհովացուցիչ նյութին: Փաստորեն, այն օգտագործում է նույն սկզբունքը, ինչ նավթաջերմային համակարգերում: Տարբերությունը ջերմության աղբյուրի մեջ է, ինչի կապակցությամբ կարող է առաջանալ տերմինաբանական հարց՝ որքանո՞վ կարելի է ջերմային պոմպը համարել երկրաջերմային համակարգ։ Բանն այն է, որ վերին շերտերում տասնյակ կամ հարյուրավոր մետր խորություններում ժայռերն ու դրանցում պարունակվող հեղուկները տաքանում են ոչ թե երկրի խորը ջերմությունից, այլ արևից։ Այսպիսով, այս դեպքում արևն է ջերմության առաջնային աղբյուրը, թեև այն վերցված է, ինչպես երկրաջերմային համակարգերում, երկրից:

Ջերմային պոմպի շահագործումը հիմնված է մթնոլորտի համեմատությամբ հողի տաքացման և հովացման հետաձգման վրա, որի արդյունքում մակերեսի և ավելի խորը շերտերի միջև ձևավորվում է ջերմաստիճանի գրադիենտ, որոնք ջերմություն են պահպանում նույնիսկ ձմռանը, ինչպես ինչ է կատարվում ջրամբարներում. Ջերմային պոմպերի հիմնական նպատակը տարածքի ջեռուցումն է: Իրականում դա «հակադարձ սառնարան» է։ Ե՛վ ջերմային պոմպը, և՛ սառնարանը փոխազդում են երեք բաղադրիչների հետ՝ ներքին միջավայր (առաջին դեպքում՝ ջեռուցվող սենյակ, երկրորդում՝ սառեցված սառնարան), արտաքին միջավայր՝ էներգիայի աղբյուր և սառնագենտի (սառնագենտ), որը։ նաև հովացուցիչ նյութ է, որն ապահովում է ջերմության փոխանցում կամ սառը:

Ցածր եռման կետ ունեցող նյութը հանդես է գալիս որպես սառնագենտ, որը թույլ է տալիս ջերմություն վերցնել նույնիսկ համեմատաբար ցածր ջերմաստիճան ունեցող աղբյուրից:

Սառնարանում հեղուկ սառնագենտը շնչափողի (ճնշման կարգավորիչի) միջոցով մտնում է գոլորշիացուցիչ, որտեղ ճնշման կտրուկ նվազման պատճառով հեղուկը գոլորշիանում է։ Գոլորշիացումը էնդոթերմիկ գործընթաց է, որը պահանջում է ջերմություն դրսից ներծծվելու համար: Արդյունքում, գոլորշիչի ներքին պատերից ջերմություն է վերցվում, որն ապահովում է սառնարանային խցիկում սառեցնող ազդեցություն: Գոլորշիատորից այն կողմ սառնագենտը ներծծվում է կոմպրեսոր, որտեղ այն վերադառնում է ագրեգացման հեղուկ վիճակի: Սա հակառակ գործընթացն է, որը հանգեցնում է վերցված ջերմության արտանետմանը արտաքին միջավայր: Որպես կանոն, այն նետվում է սենյակ, իսկ սառնարանի հետևի պատը համեմատաբար տաք է։

Ջերմային պոմպը աշխատում է գրեթե նույն կերպ, այն տարբերությամբ, որ ջերմությունը վերցվում է արտաքին միջավայրից և ներթափանցում ներքին միջավայր գոլորշիչի միջոցով՝ սենյակի ջեռուցման համակարգով։

Իրական ջերմային պոմպում ջուրը տաքացվում է, անցնելով գետնին կամ ջրամբարի մեջ դրված արտաքին շղթայով, այնուհետև մտնում է գոլորշիացուցիչ:

Գոլորշիատորում ջերմությունը փոխանցվում է ցածր եռման ջերմաստիճան ունեցող սառնագենտի միջոցով լցված ներքին շղթայի, որը, անցնելով գոլորշիատորի միջով, հեղուկ վիճակից անցնում է գազային՝ ընդունելով ջերմություն։

Այնուհետև, գազային սառնագենտը մտնում է կոմպրեսոր, որտեղ այն սեղմվում է մինչև բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի, և մտնում է կոնդենսատոր, որտեղ ջերմափոխանակությունը տեղի է ունենում տաք գազի և ջեռուցման համակարգից ջերմափոխադրողի միջև:

Գործելու համար կոմպրեսորը պահանջում է էլեկտրաէներգիա, սակայն ժամանակակից համակարգերում փոխակերպման հարաբերակցությունը (սպառված և արտադրվող էներգիայի հարաբերակցությունը) բավականաչափ բարձր է դրանց արդյունավետությունն ապահովելու համար:

Ներկայումս ջերմային պոմպերը բավականին լայնորեն օգտագործվում են տարածքի ջեռուցման համար, հիմնականում՝ տնտեսապես զարգացած երկրներ.

Էկո-ճիշտ էներգիա

Երկրաջերմային էներգիան համարվում է էկոլոգիապես մաքուր, ինչը, ընդհանուր առմամբ, ճիշտ է: Առաջին հերթին այն օգտագործում է վերականգնվող և գործնականում անսպառ ռեսուրս։ Երկրաջերմային էներգիան չի պահանջում մեծ տարածքներ՝ ի տարբերություն խոշոր հիդրոէլեկտրակայանների կամ հողմակայանների, և չի աղտոտում մթնոլորտը՝ ի տարբերություն ածխաջրածնային էներգիայի։ Միջին հաշվով, GeoPP-ը զբաղեցնում է 400 մ 2՝ արտադրված 1 ԳՎտ էլեկտրաէներգիայի դիմաց։ Նույն ցուցանիշը, օրինակ, ածուխով աշխատող ՋԷԿ-ի համար կազմում է 3600 մ 2: GeoPP-ի բնապահպանական առավելությունները ներառում են նաև ջրի ցածր սպառումը` 20 լիտր քաղցրահամ ջուր 1 կՎտ-ի դիմաց, մինչդեռ ՋԷԿ-երը և ատոմակայանները պահանջում են մոտ 1000 լիտր: Նշենք, որ սրանք «միջին» GeoPP-ի բնապահպանական ցուցանիշներն են։

Բայց բացասական կողմնակի ազդեցությունդեռ կան։ Դրանցից առավել հաճախ առանձնանում են աղմուկը, մթնոլորտի ջերմային աղտոտումը և ջրի ու հողի քիմիական աղտոտումը, ինչպես նաև պինդ թափոնների առաջացումը։

Շրջակա միջավայրի քիմիական աղտոտման հիմնական աղբյուրը հենց ջերմային ջուրն է (բարձր ջերմաստիճանով և հանքայնացումով), որը հաճախ պարունակում է մեծ քանակությամբ թունավոր միացություններ, հետևաբար առաջանում է կեղտաջրերի և վտանգավոր նյութերի հեռացման խնդիր։

Երկրաջերմային էներգիայի բացասական ազդեցություններին կարելի է հետևել մի քանի փուլով` սկսած հորատանցքերից: Այստեղ առաջանում են նույն վտանգները, ինչ ցանկացած հորատանցք հորատելիս՝ հողի և բուսածածկույթի ոչնչացում, հողի և ստորերկրյա ջրերի աղտոտում։

ԳեոՊԷԿ-ի շահագործման փուլում պահպանվում են շրջակա միջավայրի աղտոտվածության խնդիրները։ Ջերմային հեղուկները՝ ջուրը և գոլորշին, սովորաբար պարունակում են ածխածնի երկօքսիդ (CO 2), ծծմբի սուլֆիդ (H 2 S), ամոնիակ (NH 3), մեթան (CH 4), սովորական աղ (NaCl), բոր (B), մկնդեղ (As): ), սնդիկ (Hg): Երբ արձակվում են շրջակա միջավայր, դրանք դառնում են աղտոտման աղբյուր: Բացի այդ, ագրեսիվ քիմիական միջավայրը կարող է կոռոզիայից վնաս պատճառել GeoTPP-ի կառույցներին:

Միևնույն ժամանակ, ԳեոԷԿ-երում աղտոտիչների արտանետումները միջինում ավելի ցածր են, քան ՋԷԿ-երում: Օրինակ՝ արտանետումները ածխաթթու գազարտադրված էլեկտրաէներգիայի յուրաքանչյուր կիլովատ/ժամում դրանք կազմում են 380 գ ԳեոԷԿ-երում, 1042 գ՝ ածուխով աշխատող ջերմաէլեկտրակայաններում, 906 գ՝ մազութում և 453 գ՝ գազային ջերմաէլեկտրակայաններում։

Հարց է առաջանում՝ ի՞նչ անել կեղտաջրերի հետ։ Ցածր հանքայնացման դեպքում սառչելուց հետո այն կարող է թափվել մակերեսային ջուր. Մյուս ճանապարհը ներարկման ջրհորի միջոցով հետ մղելն է ջրատար շերտ, որը ներկայումս նախընտրելի և գերակշռող պրակտիկա է:

Ջրատար հորիզոններից ջերմային ջրի արդյունահանումը (ինչպես նաև սովորական ջրի դուրս մղումը) կարող է առաջացնել սուզումներ և գետնի տեղաշարժեր, երկրաբանական շերտերի այլ դեֆորմացիաներ և միկրոերկրաշարժեր: Նման երևույթների հավանականությունը սովորաբար ցածր է, թեև առանձին դեպքեր են գրանցվել (օրինակ, Գերմանիայի Շտաուֆեն իմ Բրեյսգաու քաղաքի GeoPP-ում):

Պետք է ընդգծել, որ GeoPP-ների մեծ մասը գտնվում է համեմատաբար նոսր բնակեցված տարածքներում և երրորդ աշխարհի երկրներում, որտեղ բնապահպանական պահանջներն ավելի քիչ խիստ են, քան զարգացած երկրներում: Բացի այդ, այս պահին GeoPP-ների թիվը և դրանց հզորությունները համեմատաբար փոքր են։ Երկրաջերմային էներգիայի ավելի մեծ զարգացման դեպքում բնապահպանական ռիսկերը կարող են աճել և բազմապատկվել:

Որքա՞ն է Երկրի էներգիան:

Երկրաջերմային համակարգերի կառուցման համար ներդրումային ծախսերը տատանվում են շատ լայն շրջանակում՝ 200-ից 5000 դոլար 1 կՎտ դրված հզորության համար, այսինքն՝ առավելագույնը. էժան տարբերակներհամեմատելի է ջերմաէլեկտրակայանի կառուցման արժեքի հետ։ Դրանք առաջին հերթին կախված են ջերմային ջրերի առաջացման պայմաններից, դրանց բաղադրությունից և համակարգի նախագծումից։ Մեծ խորություններում հորատումը, երկու հորերով փակ համակարգ ստեղծելը, ջրի մաքրման անհրաժեշտությունը կարող է բազմապատկել ծախսերը:

Օրինակ՝ ներդրումները նավթաջերմային էներգիայի ստեղծման համար շրջանառության համակարգ(PTsS) գնահատվում է 1,6-4 հազար դոլար 1 կՎտ դրված հզորության համար, ինչը գերազանցում է շինարարական ծախսերը։ ատոմակայանև համեմատելի հողմային և արևային էլեկտրակայանների կառուցման արժեքի հետ:

GeoTPP-ի ակնհայտ տնտեսական առավելությունն անվճար էներգակիրն է։ Համեմատության համար նշենք, որ գործող ջերմաէլեկտրակայանի կամ ատոմակայանի ինքնարժեքի կառուցվածքում վառելիքը կազմում է 50–80% կամ նույնիսկ ավելին՝ կախված էներգիայի ընթացիկ գներից: Այսպիսով, երկրաջերմային համակարգի մեկ այլ առավելություն. գործառնական ծախսերն ավելի կայուն և կանխատեսելի են, քանի որ դրանք կախված չեն էներգիայի գների արտաքին կոնյուկտուրայից: Ընդհանուր առմամբ, ԳեոՋԷԿ-ի շահագործման ծախսերը գնահատվում են 2–10 ցենտ (60 կոպեկ–3 ռուբլի) 1 կՎտ/ժ արտադրվող հզորության համար։

Էներգակիրից հետո ծախսերի երկրորդ խոշորագույն (և շատ նշանակալի) հոդվածը, որպես կանոն, հանդիսանում է. աշխատավարձգործարանի անձնակազմը, որը կարող է կտրուկ տարբերվել տարբեր երկրներում և տարածաշրջաններում:

Միջին հաշվով, 1 կՎտժ երկրաջերմային էներգիայի արժեքը համեմատելի է ջերմային էլեկտրակայանների հետ (ռուսական պայմաններում՝ մոտ 1 ռուբլի / 1 կՎտժ) և տասն անգամ ավելի բարձր, քան հիդրոէլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության արժեքը (5–10 կոպեկ): / 1 կՎտժ):

Բարձր արժեքի պատճառն այն է, որ, ի տարբերություն ջերմային և հիդրոէլեկտրակայանների, ԳեոՋԷԿ-ն ունի համեմատաբար փոքր հզորություն: Բացի այդ, անհրաժեշտ է համեմատել նույն տարածաշրջանում և նմանատիպ պայմաններում տեղակայված համակարգերը: Այսպես, օրինակ, Կամչատկայում, ըստ մասնագետների, 1 կՎտժ երկրաջերմային էլեկտրաէներգիան 2-3 անգամ ավելի էժան է, քան տեղական ՋԷԿ-երում արտադրվող էլեկտրաէներգիան։

Ցուցանիշներ տնտեսական արդյունավետությունըԵրկրաջերմային համակարգի աշխատանքը կախված է, օրինակ, նրանից, թե արդյոք անհրաժեշտ է հեռացնել կեղտաջրերը և ինչ եղանակներով է դա արվում, հնարավո՞ր է արդյոք ռեսուրսի համատեղ օգտագործումը: Այսպիսով, քիմիական տարրերիսկ ջերմային ջրից արդյունահանվող միացությունները կարող են լրացուցիչ եկամուտ ապահովել։ Հիշենք Լարդերելլոյի օրինակը՝ առաջնայինը քիմիական արտադրություն, իսկ երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումն ի սկզբանե կրել է օժանդակ բնույթ։

Երկրաջերմային էներգիայի ֆորվարդներ

Երկրաջերմային էներգիան մի փոքր այլ կերպ է զարգանում, քան քամին և արևը: Նա ներկայումս զգալի վիճակում է ավելինկախված է բուն ռեսուրսի բնույթից, որը կտրուկ տարբերվում է տարբեր տարածաշրջաններում, և ամենաբարձր կոնցենտրացիաները կապված են երկրաջերմային անոմալիաների նեղ գոտիների հետ, որոնք, որպես կանոն, կապված են տեկտոնական խզվածքների և հրաբխային տարածքների հետ:

Բացի այդ, երկրաջերմային էներգիան տեխնոլոգիապես ավելի քիչ տարողունակ է քամու համեմատ, և առավել ևս արևային էներգիայի դեպքում. երկրաջերմային կայանների համակարգերը բավականին պարզ են:

AT ընդհանուր կառուցվածքըԵրկրաջերմային բաղադրիչը կազմում է էլեկտրաէներգիայի համաշխարհային արտադրության 1%-ից պակաս, սակայն որոշ տարածաշրջաններում և երկրներում դրա մասնաբաժինը հասնում է 25-30%-ի: Երկրաբանական պայմանների հետ կապվածության պատճառով երկրաջերմային էներգիայի հզորության զգալի մասը կենտրոնացած է երրորդ աշխարհի երկրներում, որտեղ կան արդյունաբերության ամենամեծ զարգացման երեք կլաստերներ՝ Հարավարևելյան Ասիայի, Կենտրոնական Ամերիկայի և Արևելյան Աֆրիկայի կղզիները: Առաջին երկու շրջանները Խաղաղօվկիանոսյան «Երկրի կրակային գոտու» մաս են կազմում, երրորդը կապված է Արևելաաֆրիկյան ճեղքվածքի հետ։ Ամենամեծ հավանականությամբ այս գոտիներում երկրաջերմային էներգիան կշարունակի զարգանալ։ Ավելին հեռավոր հեռանկար- նավթաջերմային էներգիայի զարգացում՝ օգտագործելով մի քանի կիլոմետր խորության վրա գտնվող երկրային շերտերի ջերմությունը։ Սա գրեթե ամենուր տարածված ռեսուրս է, սակայն դրա արդյունահանումը պահանջում է բարձր ծախսեր, ուստի նավթաջերմային էներգիան զարգանում է հիմնականում տնտեսապես և տեխնոլոգիապես ամենահզոր երկրներում:

Ընդհանուր առմամբ, հաշվի առնելով երկրաջերմային ռեսուրսների համատարածությունը և շրջակա միջավայրի անվտանգության ընդունելի մակարդակը, հիմքեր կան ենթադրելու, որ երկրաջերմային էներգիան լավ հեռանկարներզարգացում. Հատկապես ավանդական էներգակիրների պակասի և դրանց գների աճի սպառնալիքի պայմաններում:

Կամչատկայից Կովկաս

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը բավականին երկար պատմություն ունի, և մի շարք դիրքերում մենք համաշխարհային առաջատարներից ենք, թեև երկրաջերմային էներգիայի մասնաբաժինը հսկայական երկրի ընդհանուր էներգետիկ հաշվեկշռում դեռևս աննշան է:

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացման ռահվիրաներն ու կենտրոնները եղել են երկու շրջաններ՝ Կամչատկան և Հյուսիսային Կովկասը, և եթե առաջին դեպքում խոսքը գնում է հիմնականում էլեկտրաէներգիայի, ապա երկրորդում՝ ջերմային էներգիայի օգտագործման մասին։ ջերմային ջուր.

Հյուսիսային Կովկասում, ք Կրասնոդարի երկրամաս, Չեչնիա, Դաղստան - ջերմային ջրերի ջերմությունը էներգետիկ նպատակներով օգտագործվել է դեռևս Մեծից առաջ Հայրենական պատերազմ. 1980-1990-ական թվականներին երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը տարածաշրջանում, հասկանալի պատճառներով, կանգ առավ և դեռ չի վերականգնվել լճացման վիճակից: Այնուամենայնիվ, Հյուսիսային Կովկասում երկրաջերմային ջրամատակարարումը ջերմություն է ապահովում մոտ 500 հազար մարդու համար, իսկ, օրինակ, Կրասնոդարի երկրամասի Լաբինսկ քաղաքը 60 հազար բնակչությամբ ամբողջությամբ ջեռուցվում է երկրաջերմային ջրերով։

Կամչատկայում երկրաջերմային էներգիայի պատմությունը հիմնականում կապված է GeoPP-ի կառուցման հետ: Դրանցից առաջինները, որոնք դեռ աշխատում են Պաուժեցկայա և Պարատունսկայա կայանները, կառուցվել են դեռևս 1965-1967 թվականներին, մինչդեռ 600 կՎտ հզորությամբ Paratunskaya GeoPP-ը դարձավ երկուական ցիկլով աշխարհում առաջին կայանը: Դա Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի Սիբիրյան մասնաճյուղի ջերմային ֆիզիկայի ինստիտուտի խորհրդային գիտնականներ Ս. Ս. Կուտաթելաձեի և Ա. Մ. Այս տեխնոլոգիան հետագայում դարձավ աշխարհում ավելի քան 400 երկուական GeoPP-ների նախատիպը:

1966 թվականին շահագործման հանձնված Pauzhetskaya GeoPP-ի հզորությունը սկզբում եղել է 5 ՄՎտ, իսկ այնուհետև ավելացել է մինչև 12 ՄՎտ: Ներկայումս կայանը երկուական բլոկի կառուցման փուլում է, որի հզորությունը կավելանա եւս 2,5 ՄՎտ-ով։

ԽՍՀՄ-ում և Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացմանը խոչընդոտում էր էներգիայի ավանդական աղբյուրների առկայությունը՝ նավթ, գազ, ածուխ, բայց այդպես էլ չդադարեց։ Այս պահին երկրաջերմային էներգիայի ամենամեծ օբյեկտներն են Վերխնե-Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-ը՝ 12 ՄՎտ ընդհանուր հզորությամբ էներգաբլոկներ, շահագործման հանձնված 1999 թվականին, և Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-ը՝ 50 ՄՎտ հզորությամբ (2002 թ.):

Mutnovskaya-ն և Verkhne-Mutnovskaya GeoPP-ը եզակի օբյեկտներ են ոչ միայն Ռուսաստանի համար, այլև համաշխարհային մասշտաբով։ Կայարանները գտնվում են Մուտնովսկի հրաբխի ստորոտում՝ ծովի մակարդակից 800 մետր բարձրության վրա, գործում են ծայրահեղ կլիմայական պայմաններում, որտեղ ձմեռ է տարեկան 9-10 ամիս։ Mutnovsky GeoPP-ների սարքավորումները, որոնք ներկայումս աշխարհում ամենաժամանակակիցներից են, ամբողջությամբ ստեղծվել են էներգետիկայի ներքին ձեռնարկություններում:

Ներկայումս Մուտնովսկու կայանների մասնաբաժինը Կենտրոնական Կամչատկայի էներգիայի սպառման ընդհանուր կառուցվածքում էներգետիկ հանգույցկազմում է 40%: Առաջիկա տարիներին նախատեսվում է հզորությունների ավելացում։

Առանձին-առանձին պետք է ասել ռուսական նավթաջերմային զարգացումների մասին։ Մենք դեռ չունենք մեծ PDS, այնուամենայնիվ, կան մեծ խորություններում (մոտ 10 կմ) հորատման առաջադեմ տեխնոլոգիաներ, որոնք նույնպես աշխարհում նմանը չունեն։ Նրանց հետագա զարգացումկտրուկ կնվազեցնի նավթաջերմային համակարգերի ստեղծման ծախսերը։ Այս տեխնոլոգիաների և նախագծերի մշակողներն են Ն. Ներկայումս Ռուսաստանում նավթաջերմային շրջանառության համակարգի նախագիծը փորձնական փուլում է։

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի հեռանկարներ կան, թեև դրանք համեմատաբար հեռու են. այս պահին ներուժը բավականին մեծ է, իսկ ավանդական էներգիայի դիրքերը՝ ամուր։ Միաժամանակ, երկրի մի շարք հեռավոր շրջաններում երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը տնտեսապես շահավետ է և պահանջարկ ունի նաև այժմ։ Սրանք բարձր գեոէներգետիկ պոտենցիալ ունեցող տարածքներ են (Չուկոտկա, Կամչատկա, Կուրիլես - Ռուսական մասԽաղաղօվկիանոսյան «Երկրի կրակային գոտին», Հարավային Սիբիրի և Կովկասի լեռները) և միևնույն ժամանակ հեռավոր և անջատված էներգամատակարարման կենտրոնացված մատակարարումից:

Հավանական է, որ առաջիկա տասնամյակների ընթացքում երկրաջերմային էներգիան մեր երկրում կզարգանա հենց նման տարածաշրջաններում։

2. Երկրի ջերմային ռեժիմը

Երկիրը սառը տիեզերական մարմին է։ Մակերեւույթի ջերմաստիճանը հիմնականում կախված է դրսից մատակարարվող ջերմությունից։ Երկրի վերին շերտի ջերմության 95%-ը կազմում է արտաքին (արևային) ջերմություն և միայն 5% ջերմություն ներքին , որը գալիս է Երկրի աղիքներից և ներառում է էներգիայի մի քանի աղբյուրներ։ Երկրի աղիքներում ջերմաստիճանը խորության հետ բարձրանում է 1300 o C-ից (վերին թիկնոցում) մինչև 3700 o C (միջուկի կենտրոնում):

արտաքին ջերմություն. Ջերմությունը Երկրի մակերես է գալիս հիմնականում Արեգակից։ Մակերեւույթի յուրաքանչյուր քառակուսի սանտիմետրը մեկ րոպեի ընթացքում ստանում է մոտ 2 կալորիա ջերմություն։ Այս արժեքը կոչվում է արեգակնային հաստատուն և որոշում է Արեգակից Երկիր եկող ջերմության ընդհանուր քանակը: Մեկ տարվա համար այն կազմում է 2,26 10 21 կալորիա: Արեգակնային ջերմության ներթափանցման խորությունը Երկրի աղիքներ հիմնականում կախված է ջերմության քանակից, որն ընկնում է մակերեսի միավորի վրա և ապարների ջերմահաղորդականությունից: Առավելագույն խորությունը, որով թափանցում է արտաքին ջերմությունը, օվկիանոսներում 200 մ է, իսկ ցամաքում՝ մոտ 40 մ:

ներքին ջերմություն. Խորության հետ նկատվում է ջերմաստիճանի բարձրացում, որը տեղի է ունենում շատ անհավասարաչափ տարբեր տարածքներում։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը հետևում է ադիաբատիկ օրենքին և կախված է ճնշման տակ նյութի սեղմումից, երբ շրջակա միջավայրի հետ ջերմափոխանակումն անհնար է:

Երկրի ներսում ջերմության հիմնական աղբյուրները.

Տարրերի ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ արտազատվող ջերմություն։

Երկրի գոյացումից մնացած մնացորդային ջերմություն։

Երկրի սեղմման և նյութի խտությամբ բաշխման ժամանակ արտանետվող գրավիտացիոն ջերմությունը։

Ջերմություն, որն առաջանում է երկրակեղևի խորքերում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների արդյունքում:

Երկրի մակընթացային շփման արդյունքում արտանետվող ջերմություն:

Կան 3 ջերմաստիճանային գոտիներ.

Ես- փոփոխական ջերմաստիճանի գոտի . Ջերմաստիճանի փոփոխությունը որոշվում է տարածքի կլիմայական պայմաններով։ Ամենօրյա տատանումները գործնականում մահանում են մոտ 1,5 մ խորության վրա, իսկ տարեկան տատանումները 20 ... 30 մ խորության վրա: Ia - սառեցման գոտի.

II - մշտական ​​ջերմաստիճանի գոտի գտնվում է 15…40 մ խորության վրա՝ կախված տարածաշրջանից:

III - տաք գոտի .

Երկրակեղևի ընդերքի ապարների ջերմաստիճանային ռեժիմը սովորաբար արտահայտվում է երկրաջերմային գրադիենտով և երկրաջերմային աստիճանով։

Ջերմաստիճանի բարձրացման քանակությունը յուրաքանչյուր 100 մ խորության համար կոչվում է երկրաջերմային գրադիենտ. Աֆրիկայում՝ Վիտվաթերսռանդ դաշտում, 1,5 °С է, Ճապոնիայում (Էչիգո)՝ 2,9 °С, Հարավային Ավստրալիայում՝ 10,9 °С, Ղազախստանում (Սամարինդա)՝ 6,3 °С, Կոլա թերակղզում՝ 0,65 °С։ .

Բրինձ. 3. Ջերմաստիճանային գոտիներ երկրակեղևում. I - փոփոխական ջերմաստիճանների գոտի, Ia - սառցակալման գոտի; II - մշտական ​​ջերմաստիճանների գոտի; III - ջերմաստիճանի բարձրացման գոտի.

Այն խորությունը, որում ջերմաստիճանը բարձրանում է 1 աստիճանով, կոչվում է երկրաջերմային քայլ.Երկրաջերմային քայլի թվային արժեքները հաստատուն չեն ոչ միայն տարբեր լայնություններում, այլև տարածաշրջանի նույն կետի տարբեր խորություններում: Երկրաջերմային քայլի արժեքը տատանվում է 1,5-ից 250 մ, Արխանգելսկում այն ​​10 մ է, Մոսկվայում՝ 38,4 մ, իսկ Պյատիգորսկում՝ 1,5 մ, տեսականորեն այս քայլի միջին արժեքը 33 մ է։

Մոսկվայում 1630 մ խորության վրա հորատված ջրհորում հատակի ջերմաստիճանը եղել է 41 °C, իսկ Դոնբասում 1545 մ խորության վրա հորատված հանքում ջերմաստիճանը եղել է 56,3 °C։ Ամենաբարձր ջերմաստիճանը գրանցվել է ԱՄՆ-ում՝ 7136 մ խորությամբ ջրհորում, որտեղ այն հավասար է 224 °C։ Խորքային կառույցները նախագծելիս պետք է հաշվի առնել խորության հետ ջերմաստիճանի բարձրացումը։Հաշվարկների համաձայն՝ 400 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը պետք է հասնի 1400...1700 °C։ Ամենաբարձր ջերմաստիճանը (մոտ 5000 °C) ստացվել է Երկրի միջուկի համար։

«Երկրաջերմային էներգիա» տերմինը ծագել է հունարեն երկիր (geo) և ջերմային (ջերմային) բառերից: Իրականում, երկրաջերմային էներգիան բխում է հենց երկրից. Երկրի միջուկից ջերմությունը, որի միջին ջերմաստիճանը 3600 աստիճան Ցելսիուս է, տարածվում է դեպի մոլորակի մակերես։

Ջեռուցման աղբյուրները և գեյզերները ստորգետնյա մի քանի կիլոմետր խորության վրա կարող են իրականացվել հատուկ հորերի միջոցով, որոնց միջոցով տաք ջուրը (կամ դրանից գոլորշին) հոսում է մակերես, որտեղ այն կարող է օգտագործվել ուղղակիորեն որպես ջերմություն կամ անուղղակիորեն էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար՝ միացնելով պտտվող տուրբինները։ .

Քանի որ երկրի մակերևույթի տակ գտնվող ջուրը մշտապես համալրվում է, և Երկրի միջուկը կշարունակի համեմատաբար ջերմություն առաջացնել: մարդկային կյանքանվերջ, երկրաջերմային էներգիա, ի վերջո մաքուր և վերականգնվող:

Երկրի էներգետիկ ռեսուրսների հավաքման մեթոդներ

Այսօր երկրաջերմային էներգիայի հավաքման երեք հիմնական եղանակ կա՝ չոր գոլորշու, տաք ջուր և երկուական ցիկլ: Չոր գոլորշու պրոցեսն ուղղակիորեն մղում է էներգիայի գեներատորների տուրբինային շարժիչները: Տաք ջուրը մտնում է ներքևից վեր, այնուհետև ցողվում է տանկի մեջ՝ գոլորշի առաջացնելու տուրբինները քշելու համար: Այս երկու մեթոդները ամենատարածվածն են՝ արտադրելով հարյուրավոր մեգավատ էլեկտրաէներգիա ԱՄՆ-ում, Իսլանդիայում, Եվրոպայում, Ռուսաստանում և այլ երկրներում: Սակայն գտնվելու վայրը սահմանափակ է, քանի որ այս կայանները գործում են միայն տեկտոնական շրջաններում, որտեղ ավելի հեշտ է մուտք գործել ջեռուցվող ջուր:

Երկուական ցիկլի տեխնոլոգիայով տաք (պարտադիր չէ, որ տաք) ջուրը արդյունահանվում է դեպի մակերես և զուգակցվում բութանի կամ պենտանի հետ, որն ունի ցածր եռման կետ: Այս հեղուկը մղվում է ջերմափոխանակիչի միջոցով, որտեղ այն գոլորշիանում և ուղարկվում է տուրբինի միջով, նախքան համակարգ վերաշրջանառվելը: Երկուական ցիկլի տեխնոլոգիան ապահովում է տասնյակ մեգավատ էլեկտրաէներգիա ԱՄՆ-ում՝ Կալիֆոռնիա, Նևադա և Հավայան կղզիներում:

Էներգիայի ստացման սկզբունքը

Երկրաջերմային էներգիա ստանալու թերությունները

Կոմունալ ծառայությունների մակարդակով երկրաջերմային էլեկտրակայանների կառուցումը և շահագործումը ծախսատար է: Հարմար տեղ գտնելը պահանջում է ջրհորների ծախսատար հետազոտություններ՝ առանց արդյունավետ ստորգետնյա թեժ կետի հարվածելու երաշխիքի: Այնուամենայնիվ, վերլուծաբաններն ակնկալում են, որ առաջիկա վեց տարիների ընթացքում այս հզորությունը գրեթե կկրկնապատկվի:

Բացի այդ, ստորգետնյա աղբյուրի բարձր ջերմաստիճան ունեցող տարածքները գտնվում են ակտիվ երկրաբանական և քիմիական հրաբուխներով տարածքներում: Այս «թեժ կետերը» առաջացել են տեկտոնական թիթեղների սահմաններում այն ​​վայրերում, որտեղ ընդերքը բավականին բարակ է։ Խաղաղ օվկիանոս, որը հաճախ կոչվում է կրակի օղակ շատ հրաբուխների համար, որտեղ կան բազմաթիվ թեժ կետեր, ներառյալ Ալյասկայում, Կալիֆոռնիայում և Օրեգոնում: Նևադան ունի հարյուրավոր թեժ կետեր, որոնք ընդգրկում են ԱՄՆ հյուսիսի մեծ մասը:

Կան նաև այլ սեյսմիկ ակտիվ տարածքներ։ Երկրաշարժերը և մագմայի շարժումը թույլ են տալիս ջրի շրջանառությունը: Որոշ վայրերում ջուրը բարձրանում է մակերես և առաջանում են բնական տաք աղբյուրներ և գեյզերներ, ինչպես օրինակ Կամչատկայում։ Կամչատկայի գեյզերներում ջուրը հասնում է 95°C-ի։

Խնդիրներից մեկը բաց համակարգգեյզերները օդի որոշ աղտոտիչների արտազատումն է: Ջրածնի սուլֆիդ - թունավոր գազ, որը շատ ճանաչելի է «փտած ձվի» հոտով - գոլորշու հետ արտազատվող փոքր քանակությամբ մկնդեղ և հանքանյութեր: Աղը կարող է նաև բնապահպանական խնդիր ստեղծել։

Ծովում տեղակայված երկրաջերմային էլեկտրակայաններում զգալի գումարխանգարող աղը կուտակվում է խողովակներում. Փակ համակարգերում արտանետումներ չկան, և մակերես դուրս բերված ամբողջ հեղուկը հետ է վերադարձվում:

Էներգետիկ ռեսուրսի տնտեսական ներուժը

Սեյսմիկ ակտիվ կետերը միակ վայրերը չեն, որտեղ կարելի է գտնել երկրաջերմային էներգիա: Երկրի գրեթե ցանկացած կետում 4 մետրից մինչև մի քանի կիլոմետր խորության վրա առկա է օգտագործելի ջերմության մշտական ​​մատակարարում ուղղակի ջեռուցման նպատակներով: Նույնիսկ սեփական բակում կամ տեղական դպրոցում գտնվող հողատարածքն ունի տան կամ այլ շենքերի ջերմություն ապահովելու տնտեսական ներուժ:

Բացի այդ, կա մեծ գումարջերմային էներգիա մակերևույթից շատ խորը (4 - 10 կմ) չոր ապարների գոյացումներում։

Նոր տեխնոլոգիաների օգտագործումը կարող է ընդլայնել երկրաջերմային համակարգերը, որտեղ մարդիկ կարող են օգտագործել այդ ջերմությունը՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար շատ ավելի մեծ մասշտաբով, քան սովորական տեխնոլոգիաները: Էլեկտրաէներգիայի արտադրության այս սկզբունքի առաջին ցուցադրական նախագծերը ցուցադրվում են ԱՄՆ-ում և Ավստրալիայում արդեն 2013թ.

Եթե ​​հնարավոր լինի իրացնել երկրաջերմային ռեսուրսների ողջ տնտեսական ներուժը, այն կներկայացնի էլեկտրաէներգիայի հսկայական աղբյուր արտադրական հզորությունների համար։ Գիտնականները ենթադրում են, որ սովորական երկրաջերմային աղբյուրներն ունեն 38000 ՄՎտ պոտենցիալ, որը կարող է տարեկան արտադրել 380 մլն ՄՎտ էլեկտրաէներգիա։

Տաք չոր ժայռերը հանդիպում են 5-ից 8 կմ խորության վրա ամենուր՝ ստորգետնյա և ավելի փոքր խորություններում՝ առանձին վայրերում: Այս ռեսուրսների հասանելիությունը ներառում է տաք ժայռերի միջով շրջանառվող սառը ջրի ներմուծում և ջեռուցվող ջրի հեռացում: Ներկայումս ոչ կոմերցիոն հայտայս տեխնոլոգիան. Առկա տեխնոլոգիաները դեռ թույլ չեն տալիս վերականգնել ջերմային էներգիաանմիջապես մագմայից, շատ խորը, բայց դա երկրաջերմային էներգիայի ամենահզոր աղբյուրն է.

Էներգետիկ ռեսուրսների և դրա հետևողականության համակցությամբ երկրաջերմային էներգիան կարող է անփոխարինելի դեր խաղալ որպես ավելի մաքուր և կայուն էներգետիկ համակարգ:

Երկրաջերմային էլեկտրակայանների կառուցում

Երկրաջերմային էներգիան մաքուր և կայուն ջերմություն է Երկրից: Ավելի մեծ ռեսուրսները տատանվում են երկրագնդի մակերեւույթից մի քանի կիլոմետր ներքև և նույնիսկ ավելի խորը, մինչև մագմա կոչվող բարձր ջերմաստիճանի հալած ապարները: Բայց ինչպես նկարագրվեց վերևում, մարդիկ դեռ չեն հասել մագմայի:

Երեք երկրաջերմային էլեկտրակայանների նախագծեր

Կիրառման տեխնոլոգիան որոշվում է ռեսուրսով: Եթե ​​ջուրը գալիս է ջրհորից որպես գոլորշի, այն կարող է ուղղակիորեն օգտագործվել: Եթե ​​տաք ջուրը բավականաչափ բարձր է, այն պետք է անցնի ջերմափոխանակիչով:

Էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար առաջին հորատանցքը հորատվել է մինչև 1924 թվականը։ Ավելի խորը հորեր են հորատվել 1950-ականներին, սակայն իրական զարգացումը տեղի է ունենում 1970-ական և 1980-ական թվականներին:

Երկրաջերմային ջերմության ուղղակի օգտագործումը

Երկրաջերմային աղբյուրները կարող են օգտագործվել նաև ուղղակիորեն ջեռուցման նպատակով: Տաք ջուրն օգտագործվում է շենքերը տաքացնելու, ջերմոցներում բույսեր աճեցնելու, ձկների և մշակաբույսերի չորացման, նավթի արտադրությունը բարելավելու, արդյունաբերական գործընթացներին, ինչպիսիք են կաթի պաստերիզատորները, և ձկնաբուծարաններում ջուրը տաքացնելու համար: ԱՄՆ-ում Կլամաթ Ֆոլս, Օրեգոն և Բոյս, Այդահո նահանգները ավելի քան մեկ դար օգտագործել են երկրաջերմային ջուր տները և շենքերը տաքացնելու համար: Արևելյան ափին, Վիրջինիա նահանգի Ուորմ Սփրինգս քաղաքը ջերմություն է ստանում անմիջապես աղբյուրի ջրից՝ օգտագործելով տեղական հանգստավայրերից մեկի ջերմային աղբյուրները:

Իսլանդիայում երկրի գրեթե բոլոր շենքերը ջեռուցվում են տաք աղբյուրի ջրով: Փաստորեն, Իսլանդիան իր առաջնային էներգիայի ավելի քան 50 տոկոսը ստանում է երկրաջերմային աղբյուրներից: Օրինակ, Ռեյկյավիկում (ժող. 118,000) տաք ջուրը տեղափոխվում է 25 կիլոմետր երկարությամբ կոնվեյերով, և բնակիչներն այն օգտագործում են ջեռուցման և բնական կարիքների համար։

Նոր Զելանդիան լրացուցիչ ստանում է իր էլեկտրաէներգիայի 10%-ը։ թերզարգացած է, չնայած ջերմային ջրերի առկայությանը։

ՆՐԱՆՔ. Կապիտոնովը

Երկրի միջուկային ջերմությունը

Երկրի ջերմություն

Երկիրը բավականին ուժեղ տաքացած մարմին է և ջերմության աղբյուր է։ Այն տաքանում է հիմնականում կլանում արևային ճառագայթման շնորհիվ: Բայց Երկիրն ունի նաև իր ջերմային ռեսուրսը, որը համեմատելի է Արեգակից ստացվող ջերմության հետ։ Ենթադրվում է, որ Երկրի այս սեփական էներգիան ունի հետևյալ ծագումը. Երկիրն առաջացել է մոտ 4,5 միլիարդ տարի առաջ՝ Արեգակի ձևավորումից հետո՝ իր շուրջը պտտվող և խտացող նախամոլորակային գազ-փոշու սկավառակից: Իր ձևավորման վաղ փուլում երկրային նյութը տաքացել է համեմատաբար դանդաղ գրավիտացիոն սեղմման պատճառով։ Երկրի ջերմային հավասարակշռության մեջ կարևոր դեր է խաղացել նաև նրա վրա տիեզերական փոքր մարմինների անկման ժամանակ արձակված էներգիան։ Հետևաբար, երիտասարդ Երկիրը հալված էր: Սառչելով՝ այն աստիճանաբար հասել է իր ներկայիս վիճակին պինդ մակերեսով, որի մի զգալի մասը ծածկված է օվկիանոսային և. ծովային ջրեր. Այս կոշտ արտաքին շերտը կոչվում է երկրակեղևըիսկ հողատարածքների վրա դրա հաստությունը միջինը կազմում է մոտ 40 կմ, իսկ ցածր օվկիանոսի ջրերը- 5-10 կմ. Երկրի ավելի խորը շերտը, որը կոչվում է թիկնոցնույնպես բաղկացած է պինդ. Այն տարածվում է գրեթե 3000 կմ խորության վրա և պարունակում է Երկրի նյութի հիմնական մասը։ Վերջապես, Երկրի ամենաներքին մասը դա է միջուկ. Այն բաղկացած է երկու շերտից՝ արտաքին և ներքին։ արտաքին միջուկըսա հալած երկաթի և նիկելի շերտ է 4500-6500 Կ ջերմաստիճանի 2000-2500 կմ հաստությամբ: ներքին միջուկը 1000-1500 կմ շառավղով պինդ երկաթ-նիկելի համաձուլվածք է, որը ջեռուցվում է մինչև 4000-5000 Կ ջերմաստիճանի մոտ 14 գ / սմ 3 խտությամբ, որն առաջացել է հսկայական (գրեթե 4 միլիոն բար) ճնշման տակ:
Բացի Երկրի ներքին ջերմությունից, որը ժառանգվել է նրա ձևավորման ամենավաղ փուլից, և որի քանակությունը ժամանակի ընթացքում պետք է նվազի, կա ևս մեկ երկարաժամկետ, որը կապված է միջուկների ռադիոակտիվ քայքայման հետ երկար կիսա- կյանքը, առաջին հերթին, 232 Th, 235 U, 238 U և 40 K: Այս քայքայման արդյունքում թողարկված էներգիան, որը կազմում է երկրագնդի ռադիոակտիվ էներգիայի գրեթե 99%-ը, անընդհատ լրացնում է Երկրի ջերմային պաշարները: Վերոնշյալ միջուկները պարունակվում են ընդերքի և թիկնոցի մեջ: Նրանց քայքայումը հանգեցնում է Երկրի ինչպես արտաքին, այնպես էլ ներքին շերտերի տաքացմանը:
Երկրի ներսում պարունակվող հսկայական ջերմության մի մասը անընդհատ դուրս է գալիս նրա մակերես, հաճախ շատ լայնածավալ հրաբխային գործընթացներով: Հայտնի է Երկրի խորքից նրա մակերեսով հոսող ջերմային հոսքը։ Այն (47±2)·10 12 վտ է, որը համարժեք է ջերմությանը, որը կարող է առաջացնել 50 հազար ատոմակայանները (մեկ ատոմակայանի միջին հզորությունը մոտ 10 9 վտ է)։ Հարց է առաջանում, թե ռադիոակտիվ էներգիան ինչ-որ էական դեր ունի՞ Երկրի ընդհանուր ջերմային բյուջեում, և եթե այո, ապա ի՞նչ դեր: Այս հարցերի պատասխանը երկար ժամանակովմնաց անհայտ: Այժմ այս հարցերին պատասխանելու հնարավորություններ կան։ Այստեղ առանցքային դերը պատկանում է նեյտրիններին (հակինեյտրինոներին), որոնք ծնվում են Երկրի նյութը կազմող միջուկների ռադիոակտիվ քայքայման գործընթացներում և որոնք կոչվում են. գեո-նեյտրինո.

Գեո-նեյտրինո

Գեո-նեյտրինոնեյտրինոների կամ հականեյտրինոների համակցված անվանումն է, որոնք արտանետվում են երկրի մակերեսի տակ գտնվող միջուկների բետա քայքայման արդյունքում։ Ակնհայտ է, որ աննախադեպ ներթափանցման ունակության շնորհիվ դրանց (և միայն նրանց) գրանցումը ցամաքային նեյտրինո դետեկտորների կողմից կարող է օբյեկտիվ տեղեկատվություն ապահովել Երկրի խորքում տեղի ունեցող ռադիոակտիվ քայքայման գործընթացների մասին: Նման քայքայման օրինակ է 228 Ra միջուկի β - քայքայումը, որը երկարակյաց 232 Th միջուկի α քայքայման արտադրյալն է (տես աղյուսակը).

228 Ra միջուկի կես կյանքը (T 1/2) կազմում է 5,75 տարի, իսկ արձակված էներգիան՝ մոտ 46 կՎ։ Անտինեյտրինոների էներգիայի սպեկտրը շարունակական է, որի վերին սահմանը մոտ է արձակված էներգիային:
232 Th, 235 U, 238 U միջուկների քայքայումները հաջորդական քայքայման շղթաներ են, որոնք կազմում են այսպես կոչված. ռադիոակտիվ շարք. Նման շղթաներում α-քայքայվում են β −-քայքայվածները, քանի որ α-քայքայման դեպքում վերջնական միջուկները, պարզվում է, տեղափոխվում են β-կայունության գծից դեպի նեյտրոններով գերբեռնված միջուկների շրջան։ Յուրաքանչյուր շարքի վերջում հաջորդական քայքայման շղթայից հետո ձևավորվում են կայուն միջուկներ՝ պրոտոնների և նեյտրոնների քանակով մոտ կամ հավասար կախարդական թվերին (Z. = 82,Ն= 126): Նման վերջնական միջուկները կապարի կամ բիսմութի կայուն իզոտոպներ են։ Այսպիսով, T 1/2-ի քայքայումն ավարտվում է կրկնակի կախարդական միջուկի ձևավորմամբ՝ 208 Pb, իսկ 232 Th → 208 Pb ճանապարհին տեղի են ունենում վեց α-քայքայումներ՝ փոխարինելով չորս β - քայքայմամբ (շղթայում 238 U → 206 Pb, ութ α- և վեց β - - քայքայվում է, կան յոթ α- և չորս β − քայքայումներ 235 U → 207 Pb շղթայում): Այսպիսով, յուրաքանչյուր ռադիոակտիվ շարքից հականեյտրինոների էներգիայի սպեկտրը մասնակի սպեկտրների սուպերպոզիցիա է առանձին β − քայքայվածներից, որոնք կազմում են այս շարքը: 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K քայքայված հականեյտրինոների սպեկտրները ներկայացված են Նկ. 1. 40 K քայքայումը մեկ β − քայքայումն է (տես աղյուսակը): Անտինեյտրինոները հասնում են իրենց ամենաբարձր էներգիան (մինչև 3,26 ՄէՎ) քայքայման ժամանակ
214 Bi → 214 Po, որը 238 U ռադիոակտիվ շարքի օղակ է: 232 Th → 208 Pb շարքի բոլոր քայքայված կապերի անցման ժամանակ թողարկված ընդհանուր էներգիան 42,65 ՄէՎ է: 235 U և 238 U ռադիոակտիվ շարքերի համար այս էներգիաները համապատասխանաբար 46,39 և 51,69 ՄէՎ են։ Էներգիան, որը թողարկվում է քայքայման ժամանակ
40 K → 40 Ca-ն 1,31 ՄէՎ է:

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K միջուկների բնութագրերը

Միջուկ	Կիսվել %ով խառնուրդի մեջ իզոտոպներ	Միջուկների քանակը վերաբերում է. Si միջուկներ	Տ 1/2 միլիարդ տարի	Առաջին հղումները քայքայումը
232-րդ	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6.48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40 հազար	0.0117	0.440	1.25

Գեոնեյտրինո հոսքի գնահատումը, որը կատարվել է Երկրի նյութի բաղադրության մեջ պարունակվող 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K միջուկների քայքայման հիման վրա, հանգեցնում է 10 6 սմ կարգի արժեքի։ -2 վրկ -1. Գրանցելով այս գեոնեյտրինոները՝ կարելի է տեղեկատվություն ստանալ ռադիոակտիվ ջերմության դերի մասին Երկրի ընդհանուր ջերմային հավասարակշռության մեջ և ստուգել մեր պատկերացումները երկրային նյութի բաղադրության մեջ երկարակյաց ռադիոիզոտոպների պարունակության մասին։

Բրինձ. 1. Անտինեյտրինոների էներգետիկ սպեկտրները միջուկային քայքայումից

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K նորմալացված մայր միջուկի մեկ քայքայման

Ռեակցիան օգտագործվում է էլեկտրոնային հականեյտրինների գրանցման համար

P → e + + n, (1)

որում իրականում հայտնաբերվել է այս մասնիկը։ Այս ռեակցիայի շեմը 1,8 ՄէՎ է: Հետևաբար, վերը նշված ռեակցիայում կարող են գրանցվել միայն 232 Th և 238 U միջուկներից սկսած քայքայման շղթաներում ձևավորված գեոնեյտրինոները։ Քննարկվող ռեակցիայի արդյունավետ խաչմերուկը չափազանց փոքր է՝ ս ≈ 10 -43 սմ 2: Այստեղից հետևում է, որ 1 մ 3 զգայուն ծավալով նեյտրինո դետեկտորը տարեկան գրանցում է ոչ ավելի, քան մի քանի իրադարձություն: Ակնհայտ է, որ գեո-նեյտրինո հոսքերի հուսալի ամրագրման համար անհրաժեշտ են մեծ ծավալի նեյտրինո դետեկտորներ, որոնք տեղակայված են ստորգետնյա լաբորատորիաներում՝ ֆոնից առավելագույն պաշտպանության համար: Գեոնեյտրինոների գրանցման համար արևային և ռեակտորային նեյտրինների ուսումնասիրման համար նախատեսված դետեկտորներ օգտագործելու գաղափարը ծագել է 1998 թվականին: Ներկայումս կան երկու մեծ ծավալի նեյտրինո դետեկտորներ, որոնք օգտագործում են հեղուկ ցինտիլատոր և հարմար են խնդիրը լուծելու համար: Սրանք KamLAND (Ճապոնիա, Ճապոնիա) և Բորեքսինո (Իտալիա, Իտալիա) փորձերի նեյտրինո դետեկտորներն են: Ստորև մենք դիտարկում ենք Borexino դետեկտորի սարքը և այս դետեկտորի վրա ստացված արդյունքները գեո-նեյտրինոների գրանցման վերաբերյալ:

Բորեքսինո դետեկտոր և գեո-նեյտրինոների գրանցում

Borexino նեյտրինո դետեկտորը գտնվում է Իտալիայի կենտրոնական մասում՝ Գրան Սասո լեռնաշղթայի տակ գտնվող ստորգետնյա լաբորատորիայում, որի լեռնագագաթները հասնում են 2,9 կմ-ի (նկ. 2):

Բրինձ. Նկար 2. Գրան Սասո լեռնաշղթայի տակ գտնվող նեյտրինո լաբորատորիայի տեղակայման դիագրամ (կենտրոնական Իտալիա)

Բորեքսինոն ոչ հատվածային զանգվածային դետեկտոր է, որի ակտիվ միջավայրն է
280 տոննա օրգանական հեղուկ ցինտիլատոր։ Այն լցրեց 8,5 մ տրամագծով նեյլոնե գնդաձև անոթ (նկ. 3): Սցինտիլյատորը պսեւդոկումեն էր (C 9 H 12) սպեկտրը փոխող PPO հավելումով (1,5 գ/լ): Սցինտիլյատորից լույսը հավաքվում է 2212 ութ դյույմանոց ֆոտոմուլտիպլիկատորներով (PMT), որոնք տեղադրված են չժանգոտվող պողպատից գնդի վրա (SSS):

Բրինձ. 3. Borexino դետեկտորի սարքի սխեման

Պսեւդոկումենով նեյլոնե անոթը ներքին դետեկտոր է, որի խնդիրն է գրանցել նեյտրինոները (հակինեյտրինո): Ներքին դետեկտորը շրջապատված է երկու համակենտրոն բուֆերային գոտիներով, որոնք պաշտպանում են այն արտաքին գամմա ճառագայթներից և նեյտրոններից։ Ներքին գոտին լցված է ոչ ցինտիլացնող միջավայրով, որը բաղկացած է 900 տոննա պսեւդոկումենից՝ դիմեթիլֆտալատային հավելումներով՝ ցինտիլացիաները մարելու համար: Արտաքին գոտին գտնվում է SNS-ի վերևում և իրենից ներկայացնում է ջրային Չերենկովյան դետեկտոր, որը պարունակում է 2000 տոննա գերմաքուր ջուր և անջատում է ազդանշանները մյուոններից, որոնք մտնում են հաստատություն դրսից: Ներքին դետեկտորում տեղի ունեցող յուրաքանչյուր փոխազդեցության համար որոշվում են էներգիան և ժամանակը: Դետեկտորի չափաբերումը տարբեր ռադիոակտիվ աղբյուրների միջոցով հնարավորություն է տվել շատ ճշգրիտ որոշել դրա էներգիայի մասշտաբը և լուսային ազդանշանի վերարտադրելիության աստիճանը:
Բորեքսինոն շատ բարձր ճառագայթման մաքրության դետեկտոր է: Բոլոր նյութերը խստորեն ընտրվել են, և ցինտիլյատորը մաքրվել է ներքին ֆոնը նվազագույնի հասցնելու համար: Իր բարձր ճառագայթային մաքրության պատճառով Borexino-ն հիանալի դետեկտոր է հականեյտրինոների հայտնաբերման համար:
Ռեակցիայում (1) պոզիտրոնը տալիս է ակնթարթային ազդանշան, որին որոշ ժամանակ անց հաջորդում է ջրածնի միջուկի կողմից նեյտրոնի գրավումը, ինչը հանգեցնում է 2,22 ՄէՎ էներգիայով γ-քվանտի առաջացմանը, որը ստեղծում է. ազդանշանը հետաձգվել է առաջինի համեմատ: Բորեքսինոյում նեյտրոնների գրավման ժամանակը մոտ 260 մկվ է: Ակնթարթային և հետաձգված ազդանշանները փոխկապակցված են տարածության և ժամանակի մեջ՝ ապահովելով e-ի հետևանքով առաջացած իրադարձության ճշգրիտ ճանաչում:
Ռեակցիայի (1) շեմը 1,806 ՄէՎ է և, ինչպես երևում է Նկ. 1, բոլոր գեոնեյտրինոները 40 K և 235 U-ի քայքայումից ցածր են այս շեմից, և 232 Th և 238 U-ի քայքայման արդյունքում առաջացած գեոնեյտրինոների միայն մի մասը կարող է հայտնաբերվել:
Borexino դետեկտորն առաջին անգամ հայտնաբերեց ազդանշաններ գեոնեյտրինոներից 2010 թվականին և վերջերս հրապարակեց նոր արդյունքներ՝ հիմնված 2056 օրվա դիտարկումների վրա՝ 2007 թվականի դեկտեմբերից մինչև 2015 թվականի մարտը: Ստորև ներկայացնում ենք ստացված տվյալները և դրանց քննարկման արդյունքները՝ հիմնված հոդվածի վրա:
Փորձարարական տվյալների վերլուծության արդյունքում բացահայտվել են էլեկտրոնային հականեյտրինոների 77 թեկնածուներ, որոնք անցել են ընտրության բոլոր չափանիշները։ e-ի նմանակող իրադարձությունների նախապատմությունը գնահատվել է . Այսպիսով, ազդանշան/ֆոն հարաբերակցությունը եղել է ≈100:
Հիմնական ֆոնային աղբյուրը ռեակտորային հականեյտրինոներն էին: Բորեքսինոյի համար իրավիճակը բավականին բարենպաստ էր, քանի որ Գրան Սասո լաբորատորիայի մոտ միջուկային ռեակտորներ չկան։ Բացի այդ, ռեակտորի հականեյտրինոներն ավելի էներգետիկ են, քան գեոնեյտրինոները, ինչը հնարավորություն է տվել այդ հականեյտրինոները պոզիտրոնից անջատել ազդանշանի ուժգնությամբ։ Գեոնեյտրինոների և ռեակտորային հականեյտրինոների ներդրման վերլուծության արդյունքները գրանցված իրադարձությունների ընդհանուր թվին e-ից ներկայացված են Նկ. 4. Այս վերլուծությամբ տրված գրանցված գեոնեյտրինոների թիվը (նկար 4-ում դրանց ստվերված տարածքը համապատասխանում է) հավասար է. . Վերլուծության արդյունքում արդյունահանված գեոնեյտրինոների սպեկտրում տեսանելի է երկու խումբ՝ պակաս էներգետիկ, ավելի ինտենսիվ և ավելի եռանդուն, ավելի քիչ ինտենսիվ։ Նկարագրված հետազոտության հեղինակներն այս խմբերը կապում են համապատասխանաբար թորիումի և ուրանի քայքայման հետ։
Քննարկվող վերլուծության մեջ մենք օգտագործել ենք թորիումի և ուրանի զանգվածների հարաբերակցությունը Երկրի հարցում.
m(Th)/m(U) = 3.9 (աղյուսակում այս արժեքը ≈3.8 է): Այս ցուցանիշը արտացոլում է այս քիմիական տարրերի հարաբերական պարունակությունը քոնդրիտներում՝ երկնաքարերի ամենատարածված խումբը (Երկրին ընկած երկնաքարերի ավելի քան 90%-ը պատկանում է այս խմբին): Ենթադրվում է, որ քոնդրիտների բաղադրությունը, բացառությամբ թեթև գազերի (ջրածին և հելիում), կրկնում է Արեգակնային համակարգի և նախամոլորակային սկավառակի կազմը, որից առաջացել է Երկիրը։

Բրինձ. Նկ. 4. Պոզիտրոններից լույսի ելքային սպեկտրը հականեյտրինո թեկնածու իրադարձությունների համար ֆոտոէլեկտրոնների թվի միավորներով (փորձարարական կետեր): Ստվերավորված տարածքը գեոնեյտրինոների ներդրումն է։ Հաստ գիծը ռեակտորի հականեյտրինոների ներդրումն է: