Căldura Pământului. Surse probabile căldură interioară

Geotermie- o știință care studiază câmpul termic al Pământului. Temperatura medie a suprafeței Pământului are tendința generală a reduce. Cu trei miliarde de ani în urmă, temperatura medie pe suprafața Pământului era de 71 °, acum este de 17 °. Surse de termice (termice ) Câmpurile Pământului sunt procese interne și externe. Căldura Pământului este cauzată de radiația solară și își are originea în intestinele planetei. Mărimile fluxului de căldură din ambele surse sunt cantitativ extrem de diferite, iar rolurile lor în viața planetei sunt diferite. Încălzirea solară a Pământului este de 99,5% din cantitatea totală de căldură primită de suprafața sa, iar ponderea încălzirii interne este de 0,5%. În plus, fluxul de căldură internă este distribuit foarte neuniform pe Pământ și este concentrat în principal în locurile în care apare vulcanismul.

Sursa externă este radiația solară . Jumătate din energia soarelui este absorbită de suprafață, vegetație și stratul aproape de suprafață crustă... Cealaltă jumătate se reflectă în spațiul mondial. Radiatie solara menține temperatura suprafeței Pământului la o medie de aproximativ 0 0 C. Soarele încălzește stratul apropiat al suprafeței Pământului la o adâncime de 8-30 m în medie, cu o adâncime medie de 25 m, influența căldura solară se oprește și temperatura devine constantă (strat neutru). Această adâncime este minimă în zonele cu climă maritimă și maximă în regiunea subpolară. Sub această limită, există o centură de temperatură constantă corespunzătoare temperaturii medii anuale a unei zone date. Deci, de exemplu, la Moscova pe teritoriul agriculturii. academia lor. Timiryazev, la o adâncime de 20 m, temperatura a rămas invariabil egală cu 4,2 ° C din 1882. La Paris, la o adâncime de 28 m, termometrul a arătat în mod constant 11,83 ° C de mai bine de 100 de ani. temperatura constantă este cea mai adâncă unde perene (permafrost. Sub centura de temperatură constantă, există o zonă geotermală, care se caracterizează prin căldura generată chiar de Pământ.

Sursele interne sunt intestinele Pământului. Pământul radiază mai multă căldură în spațiul mondial decât primește de la Soare. Sursele interne includ căldura reziduală din momentul topirii planetei, căldura reacții termonucleare care curge în intestinele Pământului, căldura comprimării gravitaționale a Pământului sub influența gravitației, căldura reacțiilor chimice și a proceselor de cristalizare etc. (de exemplu, frecare mareică). Căldura din intestine provine în principal din zonele mobile. Creșterea temperaturii cu adâncimea este asociată cu existența surse interne căldură - descompunere izotopi radioactivi- U, Th, K, diferențierea gravitațională a materiei, frecarea mareelor, redox exoterm reacții chimice, metamorfism și tranziții de fază... Rata de creștere a temperaturii cu adâncimea este determinată de o serie de factori - conductivitatea termică, permeabilitatea rocii, apropierea focarelor vulcanice etc.

Sub centura de temperaturi constante, există o creștere a temperaturii, în medie 1 o la 33 m ( etapa geotermală) sau 3 aproximativ la fiecare 100 m ( gradient geotermic). Aceste valori sunt indicatori ai câmpului termic al Pământului. Este clar că aceste valori sunt medii și diferite ca mărime în diferite zone sau zone ale Pământului. Etapa geotermală în diferite puncte Pământul este diferit. De exemplu, la Moscova - 38,4 m, la Leningrad - 19,6, la Arhanghelsk - 10. Deci, la forarea unei puțuri adânci în Peninsula Kola la o adâncime de 12 km, s-a presupus o temperatură de 150 o, dar în realitate s-a transformat la aproximativ 220 de grade. La forarea puțurilor din regiunea nordică Caspică la o adâncime de 3000 m, s-a presupus o temperatură de 150 o grade, dar s-a dovedit a fi 108 o.

Trebuie remarcat faptul că caracteristicile climatice ale zonei și temperatura medie anuală nu afectează modificarea amplorii pasului geotermal, motivele sunt următoarele:

1) în diferite conductivități termice ale rocilor care alcătuiesc o anumită zonă. Măsura conductivității termice este înțeleasă ca cantitatea de căldură din calorii transmise în 1 secundă. Printr-o secțiune de 1 cm 2 cu un gradient de temperatură de 1 aproximativ C;

2) în radioactivitatea rocilor, cu cât conductivitatea termică și radioactivitatea sunt mai mari, cu atât stadiul geotermal este mai scăzut;

3) în condiții diferite așternut de roci și vârsta de tulburare a așternutului lor; observațiile au arătat că temperatura crește mai repede în straturile colectate în pliuri, există mai des perturbări (fisuri) în ele, de-a lungul cărora este facilitat accesul căldurii din adâncimi;

4) natura apelor subterane: fluxuri de ape subterane fierbinți roci calde, reci reci;

5) îndepărtarea de ocean: în apropierea oceanului datorită răcirii rocilor cu o masă de apă, etapa geotermală este mai mare, iar la contact este mai mică.

Cunoașterea magnitudinii specifice a etapei geotermale este de o mare importanță practică.

1. Acest lucru este important la proiectarea minelor. În unele cazuri, va fi necesar să se ia măsuri pentru a reduce în mod artificial temperatura în minele adânci (temperatura - 50 ° C este maximă pentru o persoană în aer uscat și 40 ° C în aer umed); în altele, va fi posibil să lucrăm la adâncimi mari.

2. Mare importanță are o evaluare a condițiilor de temperatură în timpul tunelării în zonele montane.

3. Studierea condițiilor geotermale din interiorul Pământului face posibilă utilizarea aburului și a izvoarelor termale care ies la suprafața Pământului. Căldura subterană este utilizată, de exemplu, în Italia, Islanda; în Rusia, o centrală industrială experimentală a fost construită pe căldură naturală în Kamchatka.

Folosind date despre amploarea pasului geotermal, se pot face câteva presupuneri despre condiții de temperatură zonele adânci ale Pământului. Dacă luăm valoarea medie a pasului geotermal la 33 m și presupunem că creșterea temperaturii cu adâncimea are loc uniform, atunci la o adâncime de 100 km va exista o temperatură de 3000 ° C. Această temperatură depășește punctul de topire al tuturor substanțele cunoscute pe Pământ, prin urmare, la această adâncime trebuie să existe mase topite ... Dar datorită presiunii uriașe de 31.000 atm. Masele supraîncălzite nu au caracteristicile lichidelor, dar sunt dotate cu caracteristicile unui solid.

Odată cu adâncimea, pasul geotermal ar trebui să crească în mod semnificativ. Dacă presupunem că pasul nu se schimbă odată cu adâncimea, atunci temperatura din centrul Pământului ar trebui să fie de aproximativ 200.000 o grade și, conform calculelor, nu poate depăși 5000 - 10.000 o.

Odată cu dezvoltarea și formarea societății, omenirea a început să caute modalități mai moderne și, în același timp, economice de a obține energie. Pentru aceasta, astăzi se construiesc diverse stații, dar în același timp, energia conținută în măruntaiele pământului este utilizată pe scară largă. Cum este? Să încercăm să ne dăm seama.

Energie geotermală

Deja din nume este clar că reprezintă căldura interiorului pământului. Sub scoarța terestră este un strat de magmă, care este o topire de silicat lichid de foc. Conform cercetărilor, potențial energetic această căldură este mult mai mare decât energia rezervelor mondiale gaz natural precum și uleiul. Magma - lava iese la suprafață. Mai mult, cea mai mare activitate se observă în acele straturi ale pământului pe care se află limitele plăcilor tectonice, precum și în cazul în care scoarța terestră se caracterizează prin subțire. Energia geotermală a pământului este obținută în felul următor: lava și resursele de apă ale planetei intră în contact, drept urmare apa începe să se încălzească brusc. Acest lucru duce la erupția unui gheizer, la formarea așa-numitelor lacuri fierbinți și a curenților subacvatici. Adică tocmai acelor fenomene naturale, ale căror proprietăți sunt utilizate în mod activ ca energii.

Izvoare geotermale artificiale

Energia conținută în măruntaiele pământului trebuie folosită cu înțelepciune. De exemplu, există o idee de a crea cazane subterane. Pentru a face acest lucru, trebuie să găuriți două puțuri cu adâncime suficientă, care vor fi conectate în partea de jos. Adică se dovedește că în aproape orice colț al pământului puteți obține energie geotermală. industrial: apa rece va fi pompată în rezervor printr-un puț, iar prin al doilea, va fi extrasă apa fierbinte sau abur. Sursele artificiale de căldură vor fi benefice și raționale dacă căldura rezultată furnizează mai multă energie. Aburul poate fi direcționat către generatoarele de turbine, care vor genera electricitate.

Desigur, căldura selectată este doar o fracțiune din ceea ce este disponibil în rezervele totale. Dar trebuie amintit că căldura profundă va fi complet alimentată în mod constant datorită proceselor de comprimare a rocilor, stratificarea subsolului. Potrivit experților, scoarța terestră acumulează căldură, a cărei cantitate totală este de 5.000 de ori mai mare. valoare calorica toate resursele minerale ale pământului în ansamblu. Se pare că timpul de funcționare al unor astfel de stații geotermale create artificial poate fi nelimitat.

Caracteristicile surselor

Sursele care furnizează energie geotermală sunt aproape imposibil de utilizat în totalitate. Acestea există în peste 60 de țări ale lumii, majoritatea vulcanilor terestre din inelul de foc vulcanic din Pacific. Dar, în practică, se dovedește că sursele geotermale din diferite regiuni lumea este complet diferită prin proprietățile lor, și anume temperatura medie, salinitatea, compoziția gazelor, aciditatea și așa mai departe.

Gheizerele sunt surse de energie pe Pământ, a căror particularitate este că aruncă apă clocotită la intervale regulate. După ce a avut loc erupția, piscina devine liberă de apă, în partea de jos a acesteia puteți vedea un canal care merge adânc în pământ. Gheizerele sunt utilizate ca surse de energie în regiuni precum Kamchatka, Islanda, Noua Zeelandă și America de Nord iar gheizerele solitare se găsesc și în alte zone.

De unde vine energia?

Magma răcită este situată foarte aproape de suprafața pământului. Din el sunt eliberate gaze și vapori, care se ridică și trec de-a lungul fisurilor. Se amestecă cu panza freatica, îi fac să se încălzească, ei înșiși se transformă în apă fierbinte, în care se dizolvă multe substanțe. O astfel de apă este eliberată pe suprafața pământului sub formă de diferite izvoare geotermale: taste rapide, izvoare minerale, gheizere și așa mai departe. Potrivit oamenilor de știință, intestinele fierbinți ale pământului sunt peșteri sau camere conectate prin pasaje, fisuri și canale. Acestea sunt doar umplute cu apă subterană, iar centrele de magmă sunt situate foarte aproape de ele. În acest fel, energia termică a pământului se formează într-un mod natural.

Câmpul electric al Pământului

Există o altă sursă de energie alternativă în natură, care se distinge prin reînnoire, respectarea mediului și ușurința utilizării. Este adevărat, până în prezent această sursă este doar studiată și nu aplicată în practică. Deci, energia potențială a Pământului este ascunsă în câmpul său electric. Energia poate fi obținută în acest mod prin studierea legilor de bază ale electrostaticii și a caracteristicilor câmpului electric al Pământului. De fapt, planeta noastră din punct de vedere electric este un condensator sferic încărcat până la 300.000 de volți. Sfera sa interioară are o sarcină negativă, iar cea exterioară, ionosfera, este pozitivă. este un izolator. Prin el există un flux constant de curenți ionici și convectivi, care ating o forță de multe mii de amperi. Cu toate acestea, diferența de potențial între plăci nu scade în acest caz.

Acest lucru sugerează că există un generator în natură, al cărui rol este să umple în mod constant scurgerile de sarcini de pe plăcile condensatorului. Rolul unui astfel de generator îl joacă câmpul magnetic al Pământului, care se rotește odată cu planeta noastră în fluxul vântului solar. Energia câmpului magnetic al Pământului poate fi obținută doar prin conectarea unui consumator de energie la acest generator. Pentru a face acest lucru, trebuie să efectuați o instalare de împământare fiabilă.

Surse regenerabile

Pe măsură ce populația planetei noastre crește constant, avem nevoie de tot mai multă energie pentru a sprijini populația. Energia conținută în intestinele pământului poate fi foarte diferită. De exemplu, există surse regenerabile: energia eoliană, solară și apă. Sunt ecologice și, prin urmare, le puteți folosi fără teama de a provoca daune mediului.

Energia apei

Această metodă a fost folosită de mai multe secole. Construită astăzi o cantitate mare baraje, rezervoare în care apa este utilizată pentru a genera electricitate. Esența acestui mecanism este simplă: sub influența fluxului râului, roțile turbinelor se rotesc, respectiv energia apei este transformată în energie electrică.

Astăzi există un numar mare de hidrocentrale, care transformă energia fluxului de apă în electricitate. Particularitatea acestei metode este că reînnoite, respectiv, astfel de structuri au un cost redus. De aceea, în ciuda faptului că construcția centralelor hidroelectrice se desfășoară de destul de mult timp, iar procesul în sine este foarte costisitor, cu toate acestea, aceste structuri depășesc semnificativ industriile cu consum intensiv de energie.

Energia soarelui: modernă și rezistentă la viitor

Cu toate acestea, energia solară provine din panourile solare tehnologii moderne vă permit să utilizați noi metode pentru aceasta. Cel mai mare din lume este un sistem construit în deșertul din California. El alimentează pe deplin 2.000 de case. Proiectarea funcționează după cum urmează: razele soarelui sunt reflectate de oglinzi, care sunt trimise la cazanul central cu apă. Fierbe și se transformă în abur care acționează turbina. La rândul ei, ea este conectată la un generator electric. Vântul poate fi folosit și ca energie pe care ne-o dă Pământul. Vântul suflă pânzele, întoarce morile. Și acum poate fi folosit pentru a crea dispozitive care vor genera energie electrică. Prin rotirea lamelor morii de vânt, acesta acționează arborele turbinei, care, la rândul său, este conectat la un generator electric.

Energia interioară a Pământului

A apărut ca urmare a mai multor procese, dintre care principalele sunt acreția și radioactivitatea. Potrivit oamenilor de știință, formarea Pământului și a masei sale a avut loc pe parcursul a câteva milioane de ani, iar acest lucru s-a întâmplat datorită formării planetesimalelor. S-au lipit împreună, respectiv, masa Pământului a devenit din ce în ce mai mult. După ce planeta noastră a început să aibă masă modernă, dar era încă lipsită de atmosferă, corpurile meteorice și de asteroizi au căzut pe ea fără obstacole. Acest proces se numește precis acreție și a condus la eliberarea de energie gravitațională semnificativă. Și cu cât corpurile au căzut mai mari pe planetă, cu atât este mai mare cantitatea de energie eliberată, conținută în intestinele Pământului.

Această diferențiere gravitațională a dus la faptul că substanțele au început să se stratifice: substanțele grele pur și simplu s-au înecat, iar cele ușoare și volatile pluteau în sus. Diferențierea a afectat și eliberarea suplimentară de energie gravitațională.

Energie Atomică

Utilizarea energiei pământului se poate întâmpla în moduri diferite. De exemplu, prin ridicarea centrale nucleare când energia termică este eliberată din cauza dezintegrării celor mai mici particule de atomi de materie. Principalul combustibil este uraniul, care este conținut în scoarța terestră. Mulți cred că această metodă specială de obținere a energiei este cea mai promițătoare, dar aplicarea sa este plină de o serie de probleme. În primul rând, uraniul emite radiații care ucid toate organismele vii. În plus, dacă această substanță pătrunde în sol sau atmosferă, atunci este reală dezastru tehnologic. Consecințe triste accident pe Centrală nucleară de la Cernobîl trăim până în prezent. Pericolul constă în faptul că deșeurile radioactive pot amenința foarte, foarte, toate viețuitoarele perioadă lungă de timp, milenii întregi.

Timp nou - idei noi

Desigur, oamenii nu se opresc aici și în fiecare an se fac tot mai multe încercări de a găsi noi modalități de a obține energie. Dacă energia căldurii pământului se obține destul de simplu, atunci unele metode nu sunt atât de simple. De exemplu, ca sursă de energie, este foarte posibil să se utilizeze gaz biologic, care se obține din deșeurile putrezite. Poate fi folosit pentru încălzirea caselor și încălzirea apei.

Din ce în ce mai mult, acestea sunt ridicate atunci când barajele și turbinele sunt instalate pe gurile rezervoarelor, care sunt acționate de fluxul și fluxul respectiv, respectiv, se obține electricitate.

Arderea gunoiului, obținem energie

O altă metodă, care este deja utilizată în Japonia, este crearea de incineratoare. Astăzi sunt construite în Anglia, Italia, Danemarca, Germania, Franța, Țările de Jos și Statele Unite, dar numai în Japonia aceste întreprinderi au început să fie utilizate nu numai pentru scopul propus, ci și pentru generarea de energie electrică. Fabricile locale ard 2/3 din toate deșeurile, în timp ce fabricile sunt echipate cu turbine cu abur... În consecință, furnizează căldură și electricitate zonelor înconjurătoare. În același timp, în ceea ce privește costurile, este mult mai profitabil să construiești o astfel de întreprindere decât să construiești o cogenerare.

Mai tentant este perspectiva utilizării căldurii Pământului acolo unde vulcanii sunt concentrați. În acest caz, nu va trebui să găuriți Pământul prea adânc, deoarece deja la o adâncime de 300-500 de metri temperatura va fi de cel puțin două ori punctul de fierbere al apei.

Există, de asemenea, o astfel de metodă de generare a energiei electrice precum hidrogenul - cea mai simplă și mai ușoară element chimic- poate fi considerat un combustibil ideal, deoarece este acolo unde este apă. Dacă ardeți hidrogen, puteți obține apă, care se descompune în oxigen și hidrogen. Flacăra de hidrogen în sine este inofensivă, adică nu va exista niciun rău mediului. Particularitatea acestui element este că are o putere calorică ridicată.

Ce este în viitor?

Desigur, energie camp magnetic Terenul sau cel pe care se primește centrale nucleare, nu poate satisface pe deplin toate nevoile omenirii, care cresc în fiecare an. Cu toate acestea, experții spun că nu există motive de îngrijorare, deoarece resursele de combustibil ale planetei sunt încă suficiente. Mai mult, sunt utilizate din ce în ce mai multe surse noi, ecologice și regenerabile.

Problema poluării rămâne mediu inconjurator, și crește catastrofal rapid. Cantitatea de emisii dăunătoare scade, respectiv, aerul pe care îl respirăm este dăunător, apa are impurități periculoase și solul este epuizat treptat. De aceea, este atât de important să ne angajăm în timp util în studiul unui astfel de fenomen precum energia din intestinele Pământului pentru a căuta modalități de a reduce nevoia de combustibil fosil și de a utiliza mai activ surse neconvenționale energie.

De mult timp, oamenii știu despre manifestările spontane ale energiei gigantice care se ascund în adâncuri globul... Amintirea omenirii păstrează legende despre erupțiile vulcanice catastrofale care au provocat milioane de vieți umane, care au schimbat de nerecunoscut aspectul multor locuri de pe Pământ. Puterea erupției chiar și a unui vulcan relativ mic este colosală, este de multe ori mai mare decât puterea celui mai mare centrale electrice creat de mâini umane. Este adevărat, nu este nevoie să vorbim despre utilizarea directă a energiei erupțiilor vulcanice: până acum oamenii nu au posibilitatea de a reduce acest element rebel și, din fericire, erupțiile sunt evenimente destul de rare. Dar acestea sunt manifestări ale energiei care se ascunde măruntaie pământului, când doar o mică parte din această energie inepuizabilă găsește o ieșire prin orificiile de respirație a focului vulcanilor.

Minion Țară europeană Islanda ("țara de gheață" în traducere literala) este complet autosuficient în roșii, mere și chiar în banane! Numeroase sere islandeze își obțin energia din căldura pământului; practic nu există alte surse locale de energie în Islanda. Dar această țară este foarte bogată izvoare termale și gheizere celebre - fântâni cu apă caldă, cu precizia unui cronometru care izbucnește din pământ. Și deși non-islandezii au prioritate în utilizarea căldurii surselor subterane (chiar și vechii romani aduceau apă din subteran în faimoasele băi - băile termale din Caracalla), locuitorii acestei mici țări din nord să exploateze o căldare subterană foarte intens... Capitala Reykjavik, care găzduiește jumătate din populația țării, este încălzită doar de surse subterane. Reykjavik este un punct de plecare ideal pentru explorarea Islandei: de aici puteți face cele mai interesante și mai variate excursii în orice colț al acestei țări unice: gheizere, vulcani, cascade, munți riolitici, fiorduri ... Oriunde în Reykjavik veți experimenta CLEAN ENERGIE - energia termică a gheizerelor, bătând din pământ, energia curățeniei și spațiului unui oraș ideal verde, energia unui vesel și incendiar viata de noapte Reykjavik tot timpul anului.

Dar nu numai pentru încălzire, oamenii trag energie din adâncurile pământului. Centrale electrice care folosesc izvoare subterane fierbinți funcționează de mult timp. Prima astfel de centrală electrică, încă foarte mică, a fost construită în 1904 în micul oraș italian Larderello, numit după inginerul francez Larderelli, care în 1827 a elaborat un proiect de utilizare a numeroaselor izvoare termale din zonă. Treptat, capacitatea centralei a crescut, au fost puse în funcțiune tot mai multe unități noi, au fost folosite noi surse de apă caldă, iar astăzi puterea stației a atins deja o valoare impresionantă - 360 de mii de kilowați. În Noua Zeelandă, există o astfel de centrală electrică în regiunea Wairakei, cu o capacitate de 160 mii kilowați. La 120 km de San Francisco, în Statele Unite, o stație geotermală cu o capacitate de 500 mii kilowați produce electricitate.

Energie geotermală

De mult timp, oamenii știu despre manifestările spontane ale energiei gigantice care se ascund în intestinele globului. Amintirea omenirii păstrează legende despre erupțiile vulcanice catastrofale care au provocat milioane de vieți umane, care au schimbat de nerecunoscut aspectul multor locuri de pe Pământ. Puterea erupției chiar și a unui vulcan relativ mic este colosală, este de multe ori mai mare decât puterea celor mai mari centrale electrice create de mâinile omului. Este adevărat, nu este nevoie să vorbim despre utilizarea directă a energiei erupțiilor vulcanice - până acum oamenii nu au posibilitatea de a reduce acest element rebel și, din fericire, erupțiile sunt evenimente destul de rare. Dar acestea sunt manifestări ale energiei care se ascunde în intestinele pământului, când doar o mică parte din această energie inepuizabilă găsește o ieșire prin orificiile de respirație a focului vulcanilor.

Geyser este izvor fierbinte care își aruncă apa la o înălțime regulată sau neregulată, ca o fântână. Numele provine din cuvântul islandez „toarnă”. Apariția gheizerelor necesită o anumită mediu favorabil, care este creat doar în câteva locuri de pe pământ, ceea ce determină prezența lor destul de rară. Aproape 50% dintre gheizere se află în Parcul Național Yellowstone (SUA). Activitatea gheizerului se poate opri din cauza modificărilor intestinelor, cutremurelor și altor factori. Acțiunea gheizerului este cauzată de contactul apei cu magma, după care apa se încălzește rapid și, sub acțiunea energiei geotermale, este aruncată violent în sus. După erupție, apa din gheizer se răcește treptat, se scurge din nou în magmă și țâșnește din nou. Frecvența erupțiilor diverselor gheizere variază de la câteva minute la câteva ore. Nevoia unei energii mari pentru funcționarea unui gheizer - Motivul principal raritatea lor. Zonele vulcanice pot avea izvoare termale, vulcani noroiosi, fumarole, dar sunt foarte puține locuri în care se află gheizerele. Faptul este că, chiar dacă s-a format un gheizer în locul de activitate al unui vulcan, erupțiile ulterioare vor distruge suprafața pământului și îi vor schimba starea, ceea ce va duce la dispariția gheizerului.

Energia pământului ( energie geotermală) se bazează pe utilizarea căldurii naturale a Pământului. Intestinele Pământului sunt pline de o sursă de energie colosală, practic inepuizabilă. Radiația anuală a căldurii interne de pe planeta noastră este de 2,8 * 1014 miliarde kWh. Este compensat în mod constant de decăderea radioactivă a unor izotopi din scoarța terestră.

Sursele de energie geotermală pot fi de două tipuri. Primul tip este bazinele subterane de suporturi naturale de căldură - apă fierbinte (izvoare hidrotermale), sau abur (izvoare termale cu aburi) sau un amestec de abur-apă. În esență, acestea sunt „cazane subterane” direct gata de utilizare, de unde se poate produce apă sau abur folosind foraje convenționale. Al doilea tip este căldura rocilor fierbinți. Prin pomparea apei în astfel de orizonturi, puteți obține, de asemenea, abur sau apă supraîncălzită pentru o utilizare ulterioară în scopuri energetice.

Dar în ambele cazuri de utilizare principalul dezavantaj este, poate, o concentrație foarte slabă de energie geotermală. Cu toate acestea, în locurile în care se formează anomalii geotermale deosebite, în care izvoarele termale sau rocile se apropie relativ de suprafață și unde, când sunt scufundate în adâncime, temperatura crește cu 30-40 ° C pentru fiecare 100 m, concentrația energiei geotermale poate să creeze condiții pentru utilizarea sa economică. În funcție de temperatura apei, aburului sau amestecului abur-apă, sursele geotermale sunt împărțite în temperaturi scăzute și medii (cu temperaturi de până la 130 - 150 ° C) și temperaturi ridicate (peste 150 °). Natura utilizării lor depinde în mare măsură de temperatură.

Se poate argumenta că energia geotermală are patru caracteristici benefice.

În primul rând, rezervele sale sunt practic inepuizabile. Conform estimărilor de la sfârșitul anilor 70, la o adâncime de 10 km, acestea au o valoare care este de 3,5 mii de ori mai mare decât rezervele specii tradiționale combustibil mineral.

În al doilea rând, energia geotermală este destul de răspândită. Concentrația sa este asociată în principal cu centurile de seismic activ și activitate vulcanica, care ocupă 1/10 din aria Pământului. În cadrul acestor centuri, pot fi identificate unele dintre cele mai promițătoare „regiuni geotermale”, dintre care California sunt SUA, Noua Zeelandă, Japonia, Islanda, Kamchatka, Caucazul de Nord in Rusia. Numai în fosta URSS la începutul anilor 90, erau deschise aproximativ 50 de bazine subterane de apă caldă și abur.

În al treilea rând, utilizarea energiei geotermale nu necesită costuri ridicate, deoarece în acest caz este vorba despre sursele de energie „gata de utilizare” create chiar de natură.

În sfârșit, în al patrulea rând, energia geotermală este complet inofensivă din punct de vedere ecologic și nu poluează mediul.

Omul folosește de multă vreme energia căldurii interne a Pământului (amintiți-vă, cel puțin faimoasele Băi Romane), dar utilizarea sa comercială a început abia în anii 1920, odată cu construirea primelor centrale geoelectrice din Italia și apoi din alte țări. . La începutul anilor 1980, aproximativ 20 de astfel de stații cu o capacitate totală de 1,5 milioane kW funcționau în lume. Cea mai mare dintre ele este stația Geysers din SUA (500 mii kW).

Energia geotermală este utilizată pentru a genera electricitate, încălzi case, sere etc. Aburul uscat, apa supraîncălzită sau orice agent de răcire cu un punct de fierbere scăzut (amoniac, freon etc.) este utilizat ca purtător de căldură.

Energie geotermală- Aceasta este energia căldurii, care este eliberată din zonele interioare ale Pământului de-a lungul a sute de milioane de ani. Conform studiilor geologice și geofizice, temperatura din miezul Pământului atinge 3000-6000 ° C, scăzând treptat în direcția de la centrul planetei la suprafața sa. Erupția a mii de vulcani, mișcarea blocurilor din scoarța terestră, cutremurele indică acțiunea unui puternic energie interna Pământ. Oamenii de știință cred că câmpul termic al planetei noastre se datorează decăderii radioactive din interiorul acesteia, precum și separării gravitaționale a materialului de bază.
Principalele surse de încălzire a interiorului planetei sunt uraniul, toriul și potasiul radioactiv. Procesele de dezintegrare radioactivă de pe continente au loc în principal în stratul de granit al scoarței terestre la o adâncime de 20-30 km sau mai mult, în oceane - în mantaua superioară. Se presupune că la baza scoarței terestre la o adâncime de 10-15 km, valoarea probabilă a temperaturilor pe continente este de 600-800 ° C, iar în oceane - 150-200 ° C.
O persoană poate folosi energia geotermală numai acolo unde se manifestă aproape de suprafața Pământului, adică în zonele vulcanice și activitate seismică... Acum energia geotermală este utilizată în mod eficient de țări precum SUA, Italia, Islanda, Mexic, Japonia, Noua Zeelandă, Rusia, Filipine, Ungaria, El Salvador. Aici, căldura internă a pământului se ridică la suprafață sub formă de apă fierbinte și abur cu o temperatură de până la 300 ° C și de multe ori izbucnește ca căldura izvoarelor țâșnitoare (gheizerele), de exemplu, faimoasele gheizere din Yellowstone Parcați în SUA, gheizerele din Kamchatka, Islanda.
Surse de energie geotermală Sunt clasificate în abur fierbinte uscat, abur fierbinte umed și apă fierbinte. Un puț care este sursă importantă energie pentru electricitate cale feratăîn Italia (lângă Larderello), din 1904 alimentează abur fierbinte uscat. Alte două locuri renumite cu abur uscat fierbinte în lume sunt câmpul Matsukawa din Japonia și câmpul de gheizeruri de lângă San Francisco, unde energia geotermală a fost de asemenea utilizată eficient de mult timp. Cea mai mare parte a aburului umed fierbinte din lume se găsește în Noua Zeelandă (Wairakei), câmpuri geotermale cu putere puțin mai mică - în Mexic, Japonia, El Salvador, Nicaragua și Rusia.
Astfel, se pot distinge patru tipuri principale de resurse de energie geotermală:
căldura de suprafață a pământului utilizată de pompele de căldură;
resurse energetice de abur, fierbinte și apa calda lângă suprafața pământului, care sunt acum utilizate în producție energie electrica;
căldură concentrată adânc sub suprafața pământului (posibil în absența apei);
energie din magmă și căldură care se acumulează sub vulcani.

Rezervele de căldură geotermală (~ 8 * 1030J) sunt de 35 de miliarde de ori mai mari decât consumul anual de energie mondial. Doar 1% din energia geotermală a scoarței terestre (10 km adâncime) poate furniza o cantitate de energie de 500 de ori mai mare decât toate rezervele mondiale de petrol și gaze. Cu toate acestea, astăzi doar o mică parte din aceste resurse pot fi utilizate, iar acest lucru se datorează, în primul rând, motive economice... Dezvoltarea industrială a resurselor geotermale (energia apei calde adânci și a aburului) a început în 1916, când a fost pusă în funcțiune prima centrală geotermală cu o capacitate de 7,5 MW în Italia. De-a lungul timpului, sa acumulat o experiență considerabilă în domeniul dezvoltării practice a resurselor de energie geotermală. Capacitatea totală instalată a centralelor geotermale în funcțiune (centrale geotermale) a fost: 1975 - 1.278 MW, în 1990 - 7.300 MW. Statele Unite, Filipine, Mexic, Italia și Japonia au făcut cele mai mari progrese în această chestiune.
Parametrii tehnici și economici ai centralei geotermale variază într-o gamă destul de largă și depind de caracteristici geologice terenul (adâncimea de apariție, parametrii fluidului de lucru, compoziția acestuia etc.). Pentru majoritatea centralelor geotermale comandate, costul energiei electrice este similar cu cel al electricității obținute la centralele termice pe cărbune și se ridică la 1200 ... 2000 dolari SUA / MW.
În Islanda, 80% din clădirile rezidențiale sunt încălzite cu apă caldă extrasă din puțurile geotermale din apropierea orașului Reykjavik. În vestul Statelor Unite, apele calde geotermale sunt folosite pentru a încălzi aproximativ 180 de case și ferme. Potrivit experților, între 1993 și 2000, producția globală de electricitate din energie geotermală s-a dublat mai mult. Există atât de multe rezerve de căldură geotermală în Statele Unite încât, în teorie, poate furniza de 30 de ori mai multă energie decât statul o consumă în prezent.
În viitor, este posibil să se utilizeze căldura magmei în acele regiuni în care se află aproape de suprafața Pământului, precum și căldura uscată a rocilor cristaline încălzite. În acest din urmă caz, puțurile sunt forate pentru câțiva kilometri, apa rece este pompată în jos și apa caldă este obținută înapoi.

Termenul de energie geotermală provine din cuvântul grecesc pentru pământ (geo) și termic (termic). De fapt, energia geotermală provine chiar de pe pământ... Căldura din miezul pământului, care are în medie 3.600 de grade Celsius, radiază spre suprafața planetei.

Încălzirea izvoarelor și gheizerelor subterane la o adâncime de câțiva kilometri poate fi realizată folosind puțuri speciale prin care curge apă fierbinte (sau abur din acesta) la suprafață, unde poate fi utilizată direct ca căldură sau indirect pentru a genera electricitate prin rotire pe turbine rotative.

Deoarece apa de sub suprafața pământului se alimentează în mod constant, iar miezul Pământului va continua să genereze relativ căldură viata umana la nesfârșit, energia geotermală în cele din urmă curat și regenerabil.

Metode de colectare a resurselor energetice ale Pământului

Astăzi există trei metode principale de recoltare a energiei geotermale: abur uscat, apă fierbinte și ciclu binar. Procesul de abur uscat rotește direct acționările turbinei generatoarelor de energie. Apa fierbinte intră de jos în sus, apoi este pulverizată în rezervor pentru a crea abur pentru a acționa turbinele. Aceste două metode sunt cele mai frecvente, generând sute de megawați de energie electrică în Statele Unite, Islanda, Europa, Rusia și alte țări. Însă locația este limitată, deoarece aceste fabrici funcționează numai în regiuni tectonice unde este mai ușor accesul la apă încălzită.

Cu tehnologia ciclului binar, apa caldă (nu neapărat fierbinte) este extrasă la suprafață și combinată cu butan sau pentan, care are temperatura scazuta fierbere. Acest lichid este pompat printr-un schimbător de căldură unde este vaporizat și trimis printr-o turbină înainte de a fi recirculat înapoi în sistem. Tehnologia ciclului binar furnizează zeci de megawați de electricitate în Statele Unite: California, Nevada și Insulele Hawaii.

Principiul obținerii energiei

Dezavantaje ale obținerii de energie geotermală

La nivel de utilitate, centralele geotermale sunt scumpe de construit și de operat. Pentru căutare loc potrivit este necesară o anchetă scumpă a puțului, fără nicio garanție de a atinge un punct fierbinte subteran productiv. Cu toate acestea, analiștii se așteaptă ca această capacitate să se dubleze aproape în următorii șase ani.

În plus, zonele cu o temperatură ridicată a sursei subterane sunt situate în zone cu vulcani geologici activi. Aceste „puncte fierbinți” s-au format la limitele plăcilor tectonice în locuri în care scoarța este destul de subțire. Regiunea Pacificului, denumit adesea un inel de foc pentru mulți vulcani cu multe puncte fierbinți, inclusiv Alaska, California și Oregon. Nevada are sute de hotspoturi care acoperă cel mai nordul Statelor Unite.

Există și alte regiuni active seismic. Cutremurele și mișcarea magmatică permit apei să circule. În unele locuri, apa se ridică la suprafață și apar izvoare termale naturale și gheizere, cum ar fi în Kamchatka. Apa din gheizerele din Kamchatka atinge 95 ° C.

Una dintre probleme sistem deschis gheizerele sunt eliberarea unor poluanți atmosferici. Sulfura de hidrogen este un gaz toxic cu un miros foarte recunoscut de „ou putred” - o cantitate mică de arsenic și minerale eliberate cu abur. Sarea poate pune, de asemenea, o problemă de mediu.

Centrale geotermale offshore cantitate semnificativă sarea interferentă se acumulează în conducte. În sistemele închise, nu există emisii și tot lichidul adus la suprafață este returnat.

Potențialul economic al resursei energetice

Seismic puncte fierbinți nu sunt singurele locuri pentru a găsi energie geotermală. Există o sursă constantă de căldură utilizabilă pentru încălzire directă, oriunde de la 4 metri la câțiva kilometri sub suprafața practic oriunde pe pământ. Chiar și terenul pe cont propriu curtea din spate sau școala locală are potențialul economic sub formă de căldură pentru a fi furnizat unei case sau alte clădiri.

În plus, există o cantitate imensă de energie termică în formațiunile de roci uscate foarte adânci sub suprafață (4-10 km).

Utilizare tehnologie nouă ar putea extinde sistemele geotermale în care oamenii pot folosi această căldură pentru a genera electricitate la o scară mult mai mare decât tehnologia convențională. Primele proiecte demonstrative ale acestui principiu de generare a energiei electrice au fost prezentate în Statele Unite și Australia în 2013.

Dacă se poate realiza întregul potențial economic al resurselor geotermale, atunci acesta va reprezenta o sursă uriașă de energie electrică pentru instalațiile de producție. Oamenii de știință estimează că sursele geotermale convenționale au un potențial de 38.000 MW, care poate genera 380 milioane MW de electricitate pe an.

Roci uscate fierbinți apar la adâncimi de 5 până la 8 km peste tot sub pământ și la o adâncime mai mică în interior anumite locuri... Accesul la aceste resurse implică introducerea apei reci care circulă prin rocile fierbinți și îndepărtarea apei încălzite. În prezent nr uz comercial această tehnologie. Tehnologiile existente nu permit încă restaurarea energie termală direct din magmă, foarte adânc, dar este cea mai puternică resursă de energie geotermală.

Prin combinarea resurselor energetice și a consistenței sale, energia geotermală poate juca un rol de neînlocuit ca sistem energetic mai curat și mai durabil.

Structuri de centrale geotermale

Energia geotermală este căldură curată și durabilă de pe Pământ. Resurse mari se găsesc în intervalul de câțiva kilometri sub suprafața pământului, și chiar mai adânc, până la temperatura ridicată a rocii topite numită magmă. Dar așa cum s-a descris mai sus, oamenii nu au ajuns încă la magmă.

Trei modele de centrale geotermale

Tehnologia aplicației este determinată de resursă. Dacă apa provine din fântână și din abur, aceasta poate fi utilizată direct. Dacă apa fierbinte este suficient de fierbinte, trebuie să treacă printr-un schimbător de căldură.

Primul puț pentru generarea energiei electrice a fost forat înainte de 1924. Mai mult fântâni adânci au fost forate în anii 1950, dar dezvoltarea reală are loc în anii 1970 și 1980.

Utilizarea directă a căldurii geotermale

Sursele geotermale pot fi, de asemenea, utilizate direct pentru încălzire. Apa fierbinte este utilizată pentru încălzirea clădirilor, creșterea plantelor în sere, uscarea peștilor și a culturilor, îmbunătățirea producției de petrol, ajutorarea proceselor industriale ca pasteurizatori de lapte și încălzirea apei în fermele piscicole. În SUA, Klamath Falls, Oregon și Boise, Idaho, apa geotermală a fost folosită pentru încălzirea caselor și clădirilor de peste un secol. Pe coasta de est, orașul Warm Springs, Virginia, primește căldură direct din apa de izvor, folosind surse de căldură la una dintre stațiunile locale.

În Islanda, aproape fiecare clădire din țară este încălzită de apă caldă de izvor. De fapt, Islanda obține peste 50% din energia sa primară din surse geotermale. De exemplu, în Reykjavik (118 mii de locuitori), apa caldă este transportată pe o distanță de 25 de kilometri, iar locuitorii o folosesc pentru încălzire și necesități naturale.

Noua Zeelandă primește încă 10% din energia electrică. este subdezvoltat, în ciuda prezenței apelor termale.