אנרגיה גיאותרמית והשימוש בה, סיכויים לאנרגיה גיאותרמית

יש אנרגיית חום אדירה בתוך כדור הארץ. האומדנים כאן עדיין שונים למדי, אך על פי ההערכות השמרניות ביותר, אם אנו מגבילים את עצמנו לעומק של 3 ק"מ, אז 8 x 10¹⁷ kJ של אנרגיה גיאותרמית. יחד עם זאת, היקף היישום האמיתי שלה בארצנו ובעולם אינו משמעותי. מה העניין כאן ומה הסיכויים לשימוש באנרגיה גיאותרמית?

אנרגיה גיאותרמית היא אנרגיית החום של כדור הארץ. האנרגיה המשתחררת מהחום הטבעי של כדור הארץ נקראת אנרגיה גיאותרמית. כמקור לאנרגיה, החום של כדור הארץ, בשילוב עם טכנולוגיות קיימות, יכול לספק את צרכי האנושות במשך שנים רבות, רבות. וזה אפילו לא נוגע בחום העמוק מדי באזורים בלתי נגישים עד כה.

במשך מיליוני שנים החום הזה משתחרר ממעי הפלנטה שלנו, וקצב הקירור של הליבה אינו עולה על 400 מעלות צלזיוס למיליארד שנים! יחד עם זאת, הטמפרטורה של ליבת כדור הארץ, על פי מקורות שונים, היא כיום לא פחות מ- 6650 מעלות צלזיוס, ויורדת בהדרגה כלפי פני השטח שלה. 42 טריליון וואט של חום נפלטים כל הזמן על ידי כדור הארץ, רק 2% מהם נמצאים בקרום.

האנרגיה התרמית הפנימית של כדור הארץ מדי פעם מתבטאת בצורה מאיימת בצורה של התפרצויות של אלפי הרי געש, רעידות אדמה, תנועות של קרום כדור הארץ ותהליכים טבעיים אחרים, פחות בולטים, אך לא פחות גלובליים.

נקודת המבט המדעית על הגורמים לתופעה זו היא שמקור חום כדור הארץ קשור לתהליך מתמשך של ריקבון רדיואקטיבי של אורניום, תוריום ואשלגן במעיים של הפלנטה, כמו גם עם הפרדת הכבידה של החומר בבסיסו.

שכבת הגרניט של קרום כדור הארץ, בעומק של 20,000 מטרים, היא האזור העיקרי של ריקבון רדיואקטיבי ביבשות, ולגבי האוקיינוסים המעטפת העליונה היא השכבה הפעילה ביותר. מדענים מאמינים כי ביבשות, בעומק של כ -10,000 מטרים, הטמפרטורה של תחתית הקרום היא כ -700 מעלות צלזיוס, בעוד שבאוקיינוסים הטמפרטורה מגיעה ל -200 מעלות צלזיוס בלבד.

שני אחוזים מהאנרגיה הגיאותרמית בקרום כדור הארץ היא 840 מיליארד וואט קבועים, וזו אנרגיה זמינה טכנולוגית. המקומות הטובים ביותר להפקת אנרגיה זו הם אזורים הסמוכים לקצוות הלוחות היבשתיים, בהם הקרום דק בהרבה, ואזורי פעילות סיסמית וולקנית - בהם חום כדור הארץ מתבטא קרוב מאוד לפני השטח.

היכן ובאיזו צורה מופיעה אנרגיה גיאותרמית?

כרגע, פיתוח האנרגיה הגיאותרמית עוסק באופן פעיל ב: ארה"ב, איסלנד, ניו זילנד, הפיליפינים, איטליה, אל סלבדור, הונגריה, יפן, רוסיה, מקסיקו, קניה ומדינות אחרות, שבהן חום ממעיים של כוכב הלכת עולה אל פני השטח בצורה של אדים ומים חמים, הנמלטים החוצה, בטמפרטורות המגיעות ל -300 מעלות צלזיוס.

ניתן לציין כדוגמאות בולטות את הגייזרים המפורסמים של איסלנד וקמצ'טקה, כמו גם את הפארק הלאומי ילוסטון המפורסם, הממוקם במדינות ויומינג, מונטנה ואיידהו, בארצות הברית.

כשמדברים על אנרגיה גיאותרמית, חשוב מאוד לזכור כי היא לרוב בעלת פוטנציאל נמוך, כלומר, טמפרטורת המים או הקיטור היוצאים מהבאר אינם גבוהים. וזה משפיע באופן משמעותי על יעילות השימוש באנרגיה כזו.

העובדה היא כי לייצור חשמל כיום כדאי מבחינה כלכלית לטמפרטורת נוזל קירור של לפחות 150 מעלות צלזיוס. במקרה זה, הוא נשלח ישירות לטורבינה.

ישנם מתקנים המשתמשים במים בטמפרטורה נמוכה יותר. בהם, מים גיאותרמיים מחממים את נוזל הקירור המשני (למשל, פריאון), בעל נקודת רתיחה נמוכה. הקיטור שנוצר מסובב את הטורבינה. אבל הקיבולת של מתקנים כאלה קטנה (10 - 100 קילוואט), ולכן עלות האנרגיה תהיה גבוהה יותר מאשר בתחנות כוח המשתמשות במים עם טמפרטורה גבוהה.

מצבורים גיאותרמיים הם סלעים נקבוביים מלאים במים חמים. בעיקרו של דבר, הם דוודים גיאותרמיים טבעיים.

אך מה אם המים המופעלים על פני כדור הארץ אינם נזרקים, אלא מוחזרים לדוד? ליצור מערכת מחזור? במקרה זה, לא רק החום של המים התרמיים ישמש, אלא גם את הסלעים שמסביב. מערכת כזו תגדיל את המספר הכולל שלה פי 4-5. נושא זיהום הסביבה במים מלוחים מוסר מכיוון שהם חוזרים לאופק התת -קרקעי.

בצורה של מים חמים או אדים, החום מועבר אל פני השטח, שם הוא משמש ישירות לחימום בניינים ובתים, או לייצור חשמל. בנוסף, חום פני השטח של כדור הארץ שימושי גם הוא, שאליו מגיעים בדרך כלל באמצעות קידוחי בארות, שם השיפוע עולה ב -1 מעלות צלזיוס כל 36 מטרים.

כדי להטמיע את החום הזה, הם משתמשים משאבות חום... מים חמים ואדים משמשים לייצור חשמל ולחימום ישירות, וחום המרוכז עמוק בהעדר מים הופך לצורה שימושית על ידי משאבות חום. אנרגיית המגמה והחום המצטבר מתחת להר געש מופקים בדרכים דומות.

באופן כללי, ישנן מספר שיטות סטנדרטיות לייצור חשמל בתחנות כוח גיאותרמיות, אך שוב - ישירות או בתוכנית הדומה למשאבת חום.

במקרה הפשוט ביותר, הקיטור פשוט מופנה דרך צינור לטורבינה של גנרטור חשמלי. בתכנית מסובכת, האדים מטוהרים מראש כך שהחומרים המומסים לא יהרסו את הצינורות. בתכנית מעורבת, גזים מומסים במים מסולקים לאחר עיבוי קיטור למים.

לבסוף, קיימת תכנית בינארית, שבה נוזל אחר בעל נקודת רתיחה נמוכה (ערכה עם מחליף חום) פועל כנוזל קירור (ללקיחת חום ולסיבוב טורבינת הגנרטור).

המבטיחות ביותר הן משאבות חום לספיגת מים ואקום וליתיום כלוריד. הראשונים מעלים את טמפרטורת המים התרמיים עקב צריכת החשמל במשאבת המים-ואקום.

מים מהבאר בטמפרטורה של 60 - 90 ° C נכנסים למאייד הוואקום. הקיטור שנוצר נדחס על ידי מגדש טורבו. הלחץ נבחר בהתאם לטמפרטורה הנדרשת של נוזל הקירור.

אם המים עוברים ישירות למערכת החימום, אז זה 90 - 95 ° С, אם לרשתות החימום המחוזי, אז 120 - 140 ° С. במעבה, הקיטור הדחוס מוציא את החום שלו למים המסתובבים ברשתות חימום עירוניות, מערכות חימום ואספקת מים חמים.

אילו אפשרויות נוספות יש להגדיל את השימוש באנרגיה גיאותרמית?

אחד הכיוונים קשור לשימוש בשדות נפט וגז מדולדלים במידה רבה.

כידוע, ייצור חומר הגלם בשדות ישנים מתבצע בשיטת הזרמת המים, כלומר מים נשאבים לתוך הבארות, המרחיקות נפט וגז מנקבוביות המאגר.

ככל שהדלדול מתמשך, מאגרים נקבוביים מתמלאים במים, אשר מקבלים את טמפרטורת הסלעים שמסביב, וכך הפקדות הופכות לדוד גיאותרמי, שממנו ניתן להפיק בו זמנית שמן ולקבל מים לחימום.

כמובן שצריך לקדוח בארות נוספות וליצור מערכת זרימה, אך זה יהיה הרבה יותר זול מפיתוח שדה גיאותרמי חדש.

אפשרות נוספת היא הפקת חום מסלעים יבשים באמצעות היווצרות אזורים חדירים מלאכותיים. מהות השיטה היא ליצור נקבוביות באמצעות פיצוצים בסלעים יבשים.

מיצוי החום ממערכות כאלה מתבצע כדלקמן: שתי בארות נקדחות במרחק מסוים זו מזו. מים נשאבים לתוך אחד, שעובר לשני דרך הנקבוביות והסדקים שנוצרים, מסיר חום מהסלעים, מתחמם ואז עולה אל פני השטח.

מערכות ניסיוניות כאלה כבר פועלות בארצות הברית ובאנגליה. בלוס אלאמוס (ארה"ב) מחוברות שתי בארות - אחת עם עומק של 2700 מ 'והשנייה - 2300 מ' מחוברות באמצעות שבר הידראולי ומלא בחימום מים במחזור עד לטמפרטורה של 185 מעלות צלזיוס. באנגליה, במחצבת רוזמניוס, המים מחוממים ל -80 מעלות צלזיוס.

תחנת כוח גיאותרמית

החום של כדור הארץ כמשאב אנרגיה

מסילת רכבת חשמלית עוברת ליד העיר לדררו באיטליה, המונעת באדים יבשים מבאר. המערכת פועלת מאז 1904.

שדות גייזר ביפן ובסן פרנסיסקו הם שני מקומות מפורסמים נוספים בעולם שמשתמשים גם באדים חמים יבשים לייצור חשמל. באשר לאדים רטובים, השדות הנרחבים יותר שלה נמצאים בניו זילנד, וקטנים יותר בשטח - ביפן, רוסיה, אל סלבדור, מקסיקו, ניקרגואה.

אם ניקח בחשבון את החום הגיאותרמי כמשאב אנרגיה, אזי עתודותיו גבוהות פי עשרות מיליארדים מצריכת האנרגיה השנתית של האנושות ברחבי העולם.

רק 1% מהאנרגיה התרמית של קרום כדור הארץ, הנלקחת מעומק של 10,000 מטרים, תספיק כדי לחפוף מאות פעמים את עתודות הדלקים המאובנים, כגון נפט וגז, המיוצרים ברציפות על ידי האנושות, מה שמוביל לדלדול בלתי הפיך. של התת -קרקע ולזיהום סביבתי.

זה נובע מסיבות כלכליות. עם זאת, תחנות הכוח הגיאותרמיות בעלות פליטת פחמן דו חמצני ברמה מאוד מתונה, כ -122 ק"ג למגה-וואט-שעה של חשמל המיוצר, וזה פחות משמעותית מהפליטות המתרחשות בעת ייצור חשמל באמצעות דלקים מאובנים.

תחומי GeoPP תעשייתיים ואפשרויות אנרגיה גיאותרמית

ה- GeoPP התעשייתי הראשון בהספק של 7.5 מגוואט נבנה בשנת 1916 באיטליה. מאז נצבר ניסיון שלא יסולא בפז.

החל משנת 1975, סך כל הקיבולת המותקנת של GeoPP בעולם היה 1278 מגה -וואט, ובשנת 1990 הוא כבר היה 7300 מגוואט. הנפחים הגדולים ביותר של פיתוח אנרגיה גיאותרמית נמצאים בארצות הברית, מקסיקו, יפן, הפיליפינים ואיטליה.

ה- GeoPP הראשון בשטח ברית המועצות נבנה בקמצ'טקה בשנת 1966, קיבולתו הייתה 12 מגוואט.

משנת 2003 פועל ברוסיה ה- Mutnovskaya GeoPP, שהקיבולת שלו כעת היא 50 MW - זהו ה- GeoPP החזק ביותר ברוסיה כרגע.

ה- GeoPP הגדול בעולם הוא Olkaria IV בקניה, עם הספק של 140 מגה -וואט.

בעתיד, סביר מאוד כי האנרגיה התרמית של מגמה תשמש באזורים אלה על פני כדור הארץ שבהם הוא אינו עמוק מדי מתחת לפני השטח של כדור הארץ, כמו גם האנרגיה התרמית של סלעים גבישים מחוממים, כאשר מים קרים הוא נשאב לתוך חור קדוח בעומק של מספר קילומטרים, ומים חמים מוחזרים אל פני השטח. או קיטור, ואז הם מקבלים חימום או ייצור חשמל.

נשאלת השאלה - מדוע יש כל כך מעט פרויקטים מיושמים לשימוש באנרגיה גיאותרמית כרגע? קודם כל, כי הם ממוקמים במקומות נוחים, שבהם מים או נשפכים על פני כדור הארץ, או שהם ממוקמים מאוד רדודים. במקרים כאלה, אין צורך לקדוח בארות עמוקות, והן החלק היקר ביותר בפיתוח האנרגיה הגיאותרמית.

השימוש במים תרמיים לאספקת חום גדול בהרבה מאשר לייצור חשמל, אולם הם עדיין קטנים ואינם ממלאים תפקיד משמעותי בתחום האנרגיה.

זאנרגיה תרמית עושה רק את הצעדים הראשונים ומחקרים מתמשכים, עבודות ניסיוניות-תעשייתיות אמורות לתת מענה לגבי היקף ההתפתחות שלה.