A geotermikus energia és felhasználása, a geotermikus energia kilátásai

Hatalmas hőenergia van a Föld belsejében. A becslések itt még egészen eltérőek, de a legóvatosabb becslések szerint, ha 3 km-es mélységre korlátozzuk magunkat, akkor 8 x 1017 kJ geotermikus energiát. Ugyanakkor valós alkalmazásának mértéke hazánkban és világszerte elenyésző. Mi itt a probléma, és milyen kilátások vannak a geotermikus energia felhasználására?

A geotermikus energia a Föld hőenergiája. A Föld természetes hőjéből felszabaduló energiát geotermikus energiának nevezzük. A Föld hője energiaforrásként a meglévő technológiákkal kombinálva sok-sok éven át képes kielégíteni az emberiség szükségleteit. És ez még csak nem is érinti azt a meleget, amely túlságosan mélyre száll, az eddig elérhetetlen területeken.

Évmilliókon át ez a hő szabadul fel bolygónk beléből, és a mag hűtési sebessége nem haladja meg a 400 ° C-ot milliárd évenként! Ugyanakkor a Föld magjának hőmérséklete különböző források szerint jelenleg nem alacsonyabb, mint 6650 ° C, és fokozatosan csökken a felszíne felé. A Föld folyamatosan 42 billió watt hőt sugároz ki, ennek mindössze 2%-a van a földkéregben.

A Föld belső hőenergiája időről időre fenyegetően megnyilvánul vulkánok ezreinek kitörésében, földrengésekben, a földkéreg mozgásában és egyéb, kevésbé észrevehető, de nem kevésbé globális természeti folyamatokban.

A jelenség okairól a tudományos álláspont az, hogy a Föld hőjének eredete összefügg a bolygó belsejében zajló urán, tórium és kálium radioaktív bomlásának folyamatos folyamatával, valamint az anyag gravitációs szétválásával. Magjában.

A földkéreg gránitrétege 20 000 méter mélyen a kontinensek radioaktív bomlási zónája, az óceánok esetében pedig a felső köpeny a legaktívabb réteg. A tudósok úgy vélik, hogy a kontinenseken körülbelül 10 000 méteres mélységben a kéreg alján a hőmérséklet körülbelül 700 ° C, míg az óceánokban a hőmérséklet csak a 200 ° C-ot éri el.

A földkéreg geotermikus energiájának két százaléka állandóan 840 milliárd watt, és ez technológiailag elérhető energia. A legjobb helyek ennek az energiának a kinyerésére a kontinentális lemezek széleihez közeli területek, ahol a kéreg sokkal vékonyabb, valamint a szeizmikus és vulkáni aktivitású területek – ahol a föld hője a felszínhez nagyon közel mutatkozik meg.

Hol és milyen formában jelenik meg a geotermikus energia?

Jelenleg a geotermikus energia fejlesztése aktívan részt vesz: az USA, Izland, Új-Zéland, a Fülöp-szigetek, Olaszország, Salvador, Magyarország, Japán, Oroszország, Mexikó, Kenya és más országok, ahol a hő a bolygó beléből származik. gőz és forró víz formájában emelkedik a felszínre, kimegy, 300 ° C-ot elérő hőmérsékleten.

Élénk példaként említhetjük Izland és Kamcsatka híres gejzírjeit, valamint az amerikai Wyoming, Montana és Idaho államokban található híres Yellowstone Nemzeti Parkot, amely közel 9000 négyzetkilométeres területen fekszik.

Amikor geotermikus energiáról beszélünk, nagyon fontos megjegyezni, hogy az többnyire alacsony potenciálú, vagyis a kútból kilépő víz vagy gőz hőmérséklete nem magas. És ez jelentősen befolyásolja az ilyen energia felhasználásának hatékonyságát.

Az a tény, hogy a villamos energia előállításához ma gazdaságosan célszerű a hűtőfolyadék hőmérséklete legalább 150 ° C. Ebben az esetben közvetlenül a turbinába küldik.

Vannak olyan berendezések, amelyek alacsonyabb hőmérsékletű vizet használnak. Bennük a geotermikus víz felmelegíti a másodlagos hűtőközeget (például freont), amelynek alacsony forráspontja van. A keletkező gőz megforgatja a turbinát. De az ilyen létesítmények kapacitása kicsi (10-100 kW), ezért az energiaköltség magasabb lesz, mint a magas hőmérsékletű vizet használó erőművekben.

GeoPP Új-Zélandon

A geotermikus lerakódások forró vízzel töltött porózus kőzetek. Ezek alapvetően természetes geotermikus kazánok.

De mi van akkor, ha a föld felszínén elköltött vizet nem kidobjuk, hanem visszatesszük a kazánba? Keringési rendszer kialakítása? Ebben az esetben nemcsak a termálvíz melegét, hanem a környező kőzeteket is felhasználják. Egy ilyen rendszer 4-5-szörösére növeli a teljes számát. A sós vízzel való környezetszennyezés kérdése megszűnik, mivel az visszatér a földalatti horizontba.

Forró víz vagy gőz formájában a hőt a felszínre juttatják, ahol vagy közvetlenül épületek és házak fűtésére, vagy elektromos áram előállítására használják fel. Hasznos még a Föld felszíni hője, amelyet általában fúró kutak segítségével érnek el, ahol 36 méterenként 1 °C-kal nő a gradiens.

Ennek a hőnek az elnyelésére használják hőszivattyúk… A meleg vizet és a gőzt elektromos áram előállítására és közvetlen fűtésre használják, a víz hiányában mélyen koncentrált hőt pedig hőszivattyúk alakítják hasznos formává. A magma energiáját és a vulkánok alatt felhalmozódó hőt hasonló módon nyerik ki.

Általánosságban elmondható, hogy számos szabványos módszer létezik a geotermikus erőművekben történő villamosenergia-termelésre, de itt is vagy közvetlenül, vagy hőszivattyú-szerű rendszerben.

A legegyszerűbb esetben a gőzt egyszerűen egy csővezetéken keresztül egy elektromos generátor turbinájához irányítják. Egy összetett rendszerben a gőzt előtisztítják, hogy az oldott anyagok ne roncsolják a csöveket. Vegyes rendszerben a vízben oldott gázokat a gőz vízben történő lecsapódása után eltávolítják.

Végül van egy bináris séma, ahol egy másik alacsony forráspontú folyadék (hőcserélő rendszer) működik hűtőközegként (hő felvételére és a generátor turbinájának forgatására).

A legígéretesebbek a vízzel és lítium-kloriddal működő vákuum-abszorpciós hőszivattyúk. Az előbbiek a vákuumos vízszivattyúban lévő villamos energia fogyasztás miatt növelik a termálvíz hőmérsékletét.

A vákuumpárologtatóba 60-90 °C hőmérsékletű kútvíz kerül. A keletkezett gőzt turbófeltöltő sűríti. A nyomást a hűtőfolyadék kívánt hőmérsékletétől függően választjuk meg.

Ha a víz közvetlenül a fűtési rendszerbe kerül, akkor 90 — 95 °C, ha a fűtési hálózatba, akkor 120 — 140 °C. A kondenzátorban a kondenzált gőz a városi fűtésben keringő víznek adja a hőjét. hálózatok, fűtési rendszerek és melegvíz .

Milyen egyéb lehetőségek vannak a geotermikus energia felhasználásának növelésére?

Az egyik irány a nagyrészt kimerült olaj- és gázlelőhelyek felhasználásával kapcsolatos.

Mint ismeretes, ennek a nyersanyagnak a termelése a régi mezőkön vízárasztásos módszerrel történik, vagyis vizet szivattyúznak a kutakba, ami kiszorítja az olajat és a gázt a tározó pórusaiból.

A kimerülés előrehaladtával a porózus tározók megtelnek vízzel, amely felveszi a környező kőzetek hőmérsékletét, és így a lerakódások geotermikus kazánná alakulnak, amelyből egyszerre lehet olajat nyerni és vizet nyerni a fűtéshez.

Természetesen további kutakat kell fúrni és keringtető rendszert kialakítani, de ez sokkal olcsóbb lesz, mint egy új geotermikus mező fejlesztése.

Egy másik lehetőség a hő kivonása a száraz kőzetekből mesterséges áteresztő zónák kialakításával. A módszer lényege, hogy száraz kőzetekben robbantással porozitást hoznak létre.

Az ilyen rendszerekből a hő kinyerése a következőképpen történik: két kutat fúrnak egy bizonyos távolságra egymástól. Az egyikbe vizet pumpálnak, amely a kialakult pórusokon és repedéseken át a második felé haladva hőt von el a sziklákról, felmelegszik, majd a felszínre emelkedik.

Az Egyesült Államokban és Angliában már működnek ilyen kísérleti rendszerek. Los Alamosban (USA) két kút – az egyik 2700 m, a másik pedig 2300 m mély – hidraulikus rétegrepesztéssel van összekötve, és 185 °C-ra melegített keringető vízzel töltik meg. Angliában, a Rosemeniusban kőbánya, a vizet 80 °C-ra melegítik fel.

Geotermikus erőmű

A bolygó hője, mint energiaforrás

Az olaszországi Larederello város közelében egy kútból származó száraz gőzzel működő elektromos vasút fut. A rendszer 1904 óta működik.

A Japánban és San Franciscóban található gejzírmezők két másik híres hely a világon, ahol szintén száraz forró gőzt használnak elektromos áram előállítására. Ami a nedves gőzt illeti, kiterjedtebb területei Új-Zélandon vannak, és kisebb területei - Japánban, Oroszországban, El Salvadorban, Mexikóban, Nicaraguában.

Ha a geotermikus hőt energiaforrásnak tekintjük, akkor annak készletei több tízmilliárdszor nagyobbak, mint az emberiség éves energiafogyasztása világszerte.

A földkéreg 10 000 méteres mélységből vett hőenergiájának mindössze 1%-a elegendő lenne ahhoz, hogy az emberiség által folyamatosan termelt fosszilis tüzelőanyagok, például olaj és gáz készleteinek százszorosát fedje, ami visszafordíthatatlan kimerüléséhez vezet. az altalaj és a környezetszennyezés.

Ennek gazdasági okai vannak. A geotermikus erőművek szén-dioxid-kibocsátása azonban nagyon mérsékelt, körülbelül 122 kg/megawattóra megtermelt villamos energia, ami lényegesen kevesebb, mint a fosszilis tüzelésű energiatermelésből származó kibocsátás.

Ipari GeoPE és geotermikus energia kilátások

Az első ipari geoPE 7,5 MW kapacitással 1916-ban épült Olaszországban. Azóta felbecsülhetetlen értékű tapasztalat gyűlt össze.

1975-ben a GeoPP teljes beépített teljesítménye a világon 1278 MW volt, 1990-ben pedig már 7300 MW. A legnagyobb volumenű geotermikus energiafejlesztés az Egyesült Államokban, Mexikóban, Japánban, a Fülöp-szigeteken és Olaszországban történik.

A Szovjetunió területén az első geoPE 1966-ban épült Kamcsatkában, kapacitása 12 MW.

2003 óta működik Oroszországban a Mutnovszkaja földrajzi erőmű, amelynek teljesítménye jelenleg 50 MW – jelenleg ez a legerősebb geoelektromos erőmű Oroszországban.

A világ legnagyobb GeoPP-je a kenyai Olkaria IV, 140 MW kapacitással.

A jövőben nagyon valószínű, hogy a magma hőenergiáját a bolygó azon részein fogják felhasználni, ahol nem túl mélyen a Föld felszíne alatt, valamint a felhevült kristályos kőzetek hőenergiáját, amikor hideg víz több kilométeres mélységben egy fúrt lyukba szivattyúzzák és a meleg vizet visszavezetik a felszínre, vagy gőzt, ami után felfűtik vagy áramot termelnek.

Felmerül a kérdés: miért van jelenleg olyan kevés a geotermikus energiát használó projekt? Először is azért, mert kedvező helyeken helyezkednek el, ahol a víz vagy a föld felszínére ömlik, vagy nagyon sekélyen helyezkedik el. Ilyenkor nem szükséges mély kutakat fúrni, amelyek a geotermikus energiafejlesztés legdrágább részét képezik.

A termálvizek hőellátásra való felhasználása jóval nagyobb, mint a villamosenergia-termelésre, de még mindig kicsik, és nem töltenek be jelentős szerepet az energiaszektorban.

A hőenergia még csak az első lépéseket teszi, és a jelenlegi kutatások, kísérleti-ipari munkák választ adnak továbbfejlesztésének mértékére.