חום כדור הארץ. אנרגיה גיאותרמית

29.09.2019

המונח "אנרגיה גיאותרמית" מגיע מהמילים היווניות לאדמה (גיאו) וחום (תרמית). למעשה, אנרגיה גיאותרמית מגיעה מכדור הארץ עצמו. חום מליבת כדור הארץ, בממוצע 3,600 מעלות צלזיוס, מקרין לעבר פני כדור הארץ.

חימום של מעיינות וגייזרים מתחת לאדמה בעומק של מספר קילומטרים יכול להתבצע באמצעות בארות מיוחדות שדרכן זורמים מים חמים (או קיטור מהם) אל פני השטח, שם ניתן להשתמש בהם ישירות כחום או בעקיפין לייצור חשמל על ידי הדלקה. טורבינות מסתובבות.

מכיוון שהמים מתחת לפני כדור הארץ מתמלאים כל הזמן, וליבה של כדור הארץ תמשיך לייצר חום יחסית חיי אדםאינסוף, אנרגיה גיאותרמית בסופו של דבר נקי ומתחדש.

שיטות לאיסוף משאבי האנרגיה של כדור הארץ

כיום ישנן שלוש שיטות עיקריות לאיסוף אנרגיה גיאותרמית: קיטור יבש, מים חמים והמחזור הבינארי. תהליך הקיטור היבש מניע ישירות את כונני הטורבינה של מחוללי חשמל. מים חמים זורמים מלמטה למעלה, ואז מותזים לתוך המיכל כדי ליצור קיטור להנעת הטורבינות. שתי השיטות הללו הן הנפוצות ביותר, ומייצרות מאות מגה וואט של חשמל בארה"ב, איסלנד, אירופה, רוסיה ומדינות אחרות. אבל המיקום מוגבל, מכיוון שמפעלים אלה פועלים רק באזורים טקטוניים שבהם הגישה למים מחוממים קלה יותר.

בעזרת טכנולוגיית מחזור בינארי, מעלים מים חמים (לאו דווקא חמים) אל פני השטח ומשולבים בוטאן או פנטאן, בעלי נקודת רתיחה נמוכה. נוזל זה נשאב דרך מחליף חום שם הוא מתאדה ונשלח דרך טורבינה לפני שהוא מוחזר חזרה למערכת. טכנולוגיות מחזור בינארי מספקות עשרות מגה וואט של חשמל בארצות הברית: קליפורניה, נבדה והוואי.

עקרון הפקת אנרגיה

חסרונות של אנרגיה גיאותרמית

ברמת השירות, תחנות כוח גיאותרמיות יקרות לבנייה ולתפעול. מציאת מיקום מתאים דורשת סקרי באר יקרים ללא ערובה לפגיעה בנקודה חמה תת-קרקעית פרודוקטיבית. עם זאת, אנליסטים צופים כי קיבולת זו תוכפל כמעט במהלך שש השנים הבאות.

בנוסף, אזורים עם טמפרטורה גבוההמקורות תת קרקעיים ממוקמים באזורים עם הרי געש גיאולוגיים וכימיים פעילים. ה"נקודות החמות" הללו נוצרות בגבולות הלוחות הטקטוניים במקומות שבהם הקרום דק למדי. באזור האוקיינוס השקט, המכונה לעתים קרובות טבעת האש של הרי געש רבים, יש נקודות חמות רבות, כולל באלסקה, קליפורניה ואורגון. בנבאדה יש מאות נקודות חמות המכסות חלק גדול מצפון ארצות הברית.

ישנם אזורים פעילים אחרים מבחינה סיסמית. רעידות אדמה ותנועת מאגמה מאפשרים למים להסתובב. במקומות מסוימים עולים מים אל פני השטח ומתרחשים מעיינות חמים וגייזרים טבעיים, כמו בקמצ'טקה. המים בגייזרים של קמצ'טקה מגיעים ל-95 מעלות צלזיוס.

אחת הבעיות של מערכת גייזרים פתוחה היא שחרור של מזהמי אוויר מסוימים. מימן גופרתי הוא גז רעיל בעל ריח "ביצה רקובה" מוכר מאוד - כמויות קטנות של ארסן ומינרלים המשתחררים עם הקיטור. מלח יכול גם להוות בעיה סביבתית.

בתחנות כוח גיאותרמיות ימיות מצטברות כמויות משמעותיות של מלח מפריע בצינורות. במערכות סגורות אין פליטות וכל הנוזל המובא לפני השטח מוחזר.

הפוטנציאל הכלכלי של משאב האנרגיה

נקודות פעילות מבחינה סייסמית אינם המקומות היחידים שבהם ניתן למצוא אנרגיה גיאותרמית. ישנה אספקה קבועה של חום שימושי למטרות חימום ישיר בעומקים שבין 4 מטרים למספר קילומטרים מתחת לפני השטח כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ. אפילו לאדמה בחצר האחורית שלך או בבית הספר המקומי יש פוטנציאל כלכלי בצורת חום שישוחרר לביתך או למבנים אחרים.

בנוסף, יש כמות עצומה של אנרגיה תרמית בתצורות סלע יבשות עמוק מאוד מתחת לפני השטח (4 – 10 ק"מ).

שימוש בטכנולוגיה החדשה עשוי להרחיב את המערכות הגיאותרמיות, שבהן אנשים יוכלו להשתמש בחום זה כדי לייצר חשמל בקנה מידה גדול בהרבה מטכנולוגיות קונבנציונליות. פרויקטי ההדגמה הראשונים של עיקרון זה של ייצור חשמל הוצגו בארצות הברית ובאוסטרליה עוד ב-2013.

אם ניתן יהיה לממש את מלוא הפוטנציאל הכלכלי של משאבים גיאותרמיים, זה יהווה מקור ענק של חשמל לכושר ייצור. מדענים מעריכים כי למקורות גיאותרמיים קונבנציונליים יש פוטנציאל של 38,000 מגה וואט, שיכול לייצר 380 מיליון מגה וואט של חשמל בשנה.

סלעים יבשים חמים מתרחשים בעומקים של 5 עד 8 ק"מ בכל מקום מתחת לאדמה ובעומקים רדודים יותר במקומות מסוימים. גישה למשאבים אלו כרוכה בהחדרת מים קרים, מחזור דרך סלעים חמים ופינוי מים מחוממים. כרגע אין יישומים מסחריים לטכנולוגיה זו. הטכנולוגיות הקיימות עדיין אינן מאפשרות התאוששות של אנרגיה תרמית ישירות ממאגמה, עמוק מאוד, אבל זה הכי הרבה משאב רב עוצמהאנרגיה גיאותרמית.

עם השילוב של משאבי אנרגיה ועקביות שלה, אנרגיה גיאותרמית יכולה למלא תפקיד הכרחי כמערכת אנרגיה נקייה ובת קיימא יותר.

מבנים של תחנת כוח גיאותרמית

אנרגיה גיאותרמיתהוא חום טהור ויציב מכדור הארץ. משאבים גדולים נמצאים בטווח של כמה קילומטרים מתחת לפני כדור הארץ, ואפילו עמוק יותר, לסלע מותך בטמפרטורה גבוהה הנקרא מאגמה. אבל כפי שתואר לעיל, אנשים עדיין לא הגיעו למאגמה.

שלושה עיצובים של תחנות כוח גיאותרמיות

הטכנולוגיה של היישום נקבעת על ידי המשאב. אם המים מגיעים מהבאר כקיטור, ניתן להשתמש בהם ישירות. אם המים החמים נמצאים בטמפרטורה גבוהה מספיק הם חייבים לעבור דרך מחליף חום.

הבאר הראשונה לייצור אנרגיה נקדח לפני 1924. קידוחים עמוקים יותר בוצעו בשנות ה-50, אך התפתחות אמיתית התרחשה בשנות ה-70 וה-80.

שימוש ישיר בחום גיאותרמי

ניתן להשתמש במקורות גיאותרמיים גם ישירות למטרות חימום. מים חמים משמשים לחימום מבנים, לגידול צמחים בחממות, לייבש דגים וגידולים, לשפר את שחזור השמן, לסיוע בתהליכים תעשייתיים כמו פסטור חלב וחימום מים בחוות דגים. בארצות הברית, Klamath Falls, אורגון ובויס, איידהו, השתמשו במים גיאותרמיים לחימום בתים ומבנים במשך יותר ממאה שנה. בחוף המזרחי, Warm Springs, וירג'יניה מקבל את החום שלו ישירות ממי המעיינות באמצעות מקורות חום באחד מאתרי הנופש המקומיים.

באיסלנד, כמעט כל בניין במדינה מחומם על ידי מי מעיינות חמים. למעשה, איסלנד מקבלת יותר מ-50 אחוז מהאנרגיה העיקרית שלה ממקורות גיאותרמיים. ברייקיאוויק, למשל (118 אלף תושבים), מים חמים מועברים באמצעות מסוע לאורך 25 קילומטרים, והתושבים משתמשים בהם לצורכי חימום וטבע.

ניו זילנד מקבלת 10% נוספים מהחשמל שלה. אינו מפותח, למרות נוכחותם של מים תרמיים.

חום כדור הארץ. מקורות סבירים לחום פנימי

גיאותרמיה- מדע החוקר את השדה התרמי של כדור הארץ. לטמפרטורה הממוצעת של פני כדור הארץ יש נטייה כללית לרדת. לפני שלושה מיליארד שנים, הטמפרטורה הממוצעת על פני כדור הארץ הייתה 71 o, עכשיו היא 17 o. מקורות חום (תרמית ) שדות כדור הארץ הם תהליכים פנימיים וחיצוניים. החום של כדור הארץ נגרם מקרינת השמש ומקורו בבטן כדור הארץ. סדרי הגודל של זרם החום משני המקורות אינם שווים ביותר מבחינה כמותית ותפקידיהם בחיי כדור הארץ שונים. חימום השמש של כדור הארץ מהווה 99.5% מכמות החום הכוללת המתקבלת על פני השטח שלו, והחימום הפנימי מהווה 0.5%. בנוסף, זרימת החום הפנימי מפוזרת בצורה מאוד לא אחידה על פני כדור הארץ ומתרכזת בעיקר במקומות שבהם מתרחשת געשיות.

מקור חיצוני הוא קרינת השמש . מחצית מאנרגיית השמש נספגת על ידי פני השטח, הצמחייה ובשכבה התת-קרקעית של קרום כדור הארץ. החצי השני משתקף אל המרחב העולמי. קרינת השמש שומרת על טמפרטורת פני כדור הארץ בממוצע כ-0 0 C. השמש מחממת את שכבת כדור הארץ הקרובה לפני השטח לעומק של 8 - 30 מ' בממוצע, עם עומק ממוצע של 25 מ', ההשפעה של חום השמש נפסק והטמפרטורה הופכת קבועה (שכבה ניטרלית). עומק זה הוא מינימלי באזורים עם אקלים ימי ומקסימום באזור התת-קוטבי. מתחת לגבול זה יש אזור של טמפרטורה קבועה התואמת לטמפרטורה השנתית הממוצעת של האזור. לדוגמה, במוסקבה, על שטח חקלאי. אקדמיה על שם Timiryazev, בעומק של 20 מ', הטמפרטורה מאז 1882 נשארה תמיד שווה ל-4.2 o C. בפריז, בעומק של 28 מ', מד החום הראה בעקביות 11.83 o C במשך יותר מ-100 שנים. טמפרטורה קבועה היא העמוקה ביותר שבה רב שנתי (פרמאפרוסט. מתחת לאזור הטמפרטורה הקבועה נמצא האזור הגיאותרמי, המאופיין בחום שנוצר על ידי כדור הארץ עצמו.

מקורות פנימיים הם המעיים של כדור הארץ. כדור הארץ מקרין לחלל יותר חום ממה שהוא קולט מהשמש. מקורות פנימיים כוללים חום שיורי מהתקופה שבה כדור הארץ הותך, חום של תגובות תרמו-גרעיניות המתרחשות בבטן כדור הארץ, חום הדחיסה הכבידה של כדור הארץ בהשפעת כוח הכבידה, חום של תגובות כימיות ותהליכי התגבשות. וכו' (למשל חיכוך גאות ושפל). חום מהפנים מגיע בעיקר מאזורים נעים. העלייה בטמפרטורה עם העומק קשורה לקיומם של מקורות חום פנימיים - ריקבון איזוטופ רדיואקטיבי– U, Th, K, בידול כבידתי של חומר, חיכוך גאות ושפל, חיזור אקסותרמי תגובה כימית, מטמורפיזם ומעברי פאזה. קצב עליית הטמפרטורה עם העומק נקבע על ידי מספר גורמים - מוליכות תרמית, חדירות סלעים, קרבת מקורות געשיים וכו'.

מתחת לחגורת הטמפרטורות הקבועות יש עלייה בטמפרטורה, בממוצע 1 o לכל 33 מ' ( שלב גיאותרמי) או 3 o כל 100 מ' ( שיפוע גיאותרמי). ערכים אלה הם אינדיקטורים לשדה התרמי של כדור הארץ. ברור שהערכים הללו הם ממוצעים ומשתנים בגודלם תחומים שוניםאו אזורים של כדור הארץ. השלב הגיאותרמי שונה בנקודות שונות על פני כדור הארץ. לדוגמה, במוסקבה - 38.4 מ', בלנינגרד 19.6, בארכנגלסק - 10. אז, בעת קידוח באר עמוק בחצי האי קולה בעומק של 12 ק"מ, ההנחה היא שהטמפרטורה היא 150 o, במציאות התברר להיות בערך 220 מעלות. בעת קידוח בארות באזור צפון הים הכספי בעומק של 3000 מ', הונח הטמפרטורה להיות 150 o מעלות, אך התברר שהיא 108 o.

יש לציין כי המאפיינים האקלימיים של האזור והטמפרטורה השנתית הממוצעת אינם משפיעים על השינוי בערכו של השלב הגיאותרמי, הסיבות לכך נעוצות:

1) במוליכות התרמית השונה של סלעים המרכיבים אזור מסוים. המדד של מוליכות תרמית הוא כמות החום בקלוריות המועברות תוך שנייה אחת. דרך חתך של 1 ס"מ 2 עם שיפוע טמפרטורה של 1 o C;

2) ברדיואקטיביות של סלעים, ככל שהמוליכות התרמית והרדיואקטיביות גדולות יותר, כך השלב הגיאותרמי נמוך יותר;

3) בתנאים שונים של התרחשות סלעים וגיל ההפרעה להתרחשותם; תצפיות הראו כי הטמפרטורה עולה מהר יותר בשכבות הנאספות בקפלים, לעתים קרובות הן מכילות אי סדרים (סדקים), שדרכם מקלה על הגישה לחום מהמעמקים;

4) אופי מי התהום: זרימות של מי תהום חמים מחממות סלעים, זרימות קרות מצננות אותם;

5) מרחק מהאוקיינוס: ליד האוקיינוס עקב התקררות הסלעים על ידי מסת המים, המדרגה הגיאותרמית גדולה יותר, ובמגע היא קטנה יותר.

הכרת הערך הספציפי של המדרגה הגיאותרמית היא בעלת חשיבות מעשית רבה.

1. זה חשוב בעת תכנון מוקשים. במקרים מסוימים, יהיה צורך לנקוט באמצעים להורדה מלאכותית של הטמפרטורה בעבודות עמוקות (טמפרטורה - 50 o C היא הגבול לבני אדם באוויר יבש ו-40 o C באוויר לח); באחרים, ניתן יהיה לבצע עבודות בעומק רב.

2. להערכת תנאי הטמפרטורה בעת חפירת מנהרות באזורים הרריים ישנה חשיבות רבה.

3. חקר התנאים הגיאותרמיים של פנים כדור הארץ מאפשר להשתמש בקיטור ובמעיינות חמים העולים על פני כדור הארץ. חום תת קרקעי משמש, למשל, באיטליה, איסלנד; ברוסיה נבנתה בקמצ'טקה תחנת כוח תעשייתית ניסיונית תוך שימוש בחום טבעי.

בעזרת נתונים על גודל הצעד הגיאותרמי, נוכל להניח כמה הנחות לגבי תנאי הטמפרטורה של האזורים העמוקים של כדור הארץ. אם ניקח את הערך הממוצע של הצעד הגיאותרמי כ-33 מ' ונניח שהטמפרטורה עולה באופן אחיד עם העומק, אזי בעומק של 100 ק"מ תהיה טמפרטורה של 3000 o C. טמפרטורה זו עולה על נקודות ההיתוך של כל החומרים הידועים. על פני כדור הארץ, לכן בעומק זה אמורות להיות מסות מותכות. אבל בגלל הלחץ העצום של 31,000 אטמוספירה. למסות מחוממות-על אין מאפיינים של נוזלים, אלא ניחנים במאפיינים של מוצק.

עם העומק, השלב הגיאותרמי כנראה צריך לגדול באופן משמעותי. אם נניח שהמפלס לא משתנה עם העומק, אז הטמפרטורה במרכז כדור הארץ צריכה להיות בערך 200,000 o מעלות, ולפי חישובים היא לא יכולה לעלות על 5,000 - 10,000 o.

עבור רוסיה, אנרגיית החום של כדור הארץ יכולה להפוך למקור קבוע ואמין של חשמל וחום זולים ובמחיר סביר, תוך שימוש בטכנולוגיות חדשות, גבוהות וידידותיות לסביבה להפקתה ואספקה לצרכן. זה נכון במיוחד בימינו

משאבים מוגבלים של חומרי גלם אנרגיה מאובנים

הביקוש לחומרי גלם אנרגיה אורגניים גדול במדינות מתועשות ומתפתחות (ארה"ב, יפן, מדינות אירופה המאוחדת, סין, הודו ועוד). יחד עם זאת, משאבי הפחמימנים של מדינות אלו עצמן אינם מספיקים או שמורים, ומדינה, למשל ארה"ב, קונה חומרי גלם אנרגיה בחו"ל או מפתחת מרבצים במדינות אחרות.

ברוסיה, אחת המדינות העשירות ביותר במונחים של משאבי אנרגיה, הצרכים הכלכליים לאנרגיה מסופקים עד כה על ידי האפשרויות של שימוש במשאבי טבע. עם זאת, הפקת פחמימנים מאובנים מתת הקרקע מתרחשת בקצב מהיר מאוד. אם בשנות ה-40-1960. אזורי הפקת הנפט העיקריים היו "באקו השני" באזור הוולגה ובאוראל, ואז, משנות ה-70 ועד היום, אזור כזה היה מערב סיביר. אבל גם כאן יש ירידה משמעותית בייצור פחמימנים מאובנים. עידן הגז הקנומני ה"יבש" הופך לנחלת העבר. שלב קודם של פיתוח כרייה נרחב גז טבעיהגיע לסיומו. ההתאוששות שלה מפיקדונות ענק כמו Medvezhye, Urengoyskoye ו-Yamburgskoye הסתכמה ב-84, 65 ו-50%, בהתאמה. גם חלקן של עתודות הנפט המועדפות לפיתוח הולך ופוחת עם הזמן.

עקב הצריכה הפעילה של דלקים פחמימנים, מאגרי הנפט והגז הטבעי ביבשה ירדו באופן משמעותי. כעת השמורות העיקריות שלהם מרוכזות על המדף היבשתי. ולמרות שבסיס חומרי הגלם של תעשיית הנפט והגז עדיין מספיק להפקת נפט וגז ברוסיה כרכים נדרשים, בעתיד הקרוב הוא יובטח במידה הולכת וגוברת באמצעות פיתוח מרבצים בעלי תנאי כרייה וגיאולוגיים מורכבים. עלות הפקת הפחמימנים תגדל.

רוב המשאבים הלא מתחדשים המופקים מתת הקרקע משמשים כדלק עבור תחנות כוח. קודם כל, זהו , חלקו במבנה הדלק הוא 64%.

ברוסיה, 70% מהחשמל מופק בתחנות כוח תרמיות. מפעלי האנרגיה במדינה שורפים כ-500 מיליון טון פחם מדי שנה. ט על מנת להפיק חשמל וחום, בעוד הפקת החום צורכת פי 3-4 יותר דלק פחמימני מאשר ייצור חשמל.

כמות החום המתקבלת משריפת נפחים אלו של חומרי גלם פחמימניים שווה ערך לשימוש במאות טונות של דלק גרעיני - ההבדל הוא עצום. עם זאת, אנרגיה גרעינית מחייבת הבטחת בטיחות סביבתית (כדי למנוע חזרה של צ'רנוביל) והגנה עליה מפני פעולות טרור אפשריות, כמו גם השבתה בטוחה ויקרה של יחידות תחנת כוח גרעיניות מיושנות ופג תוקפן. מאגרי אורניום מוכחים בעולם הם כ-3 מיליון 400 אלף טון במהלך כל התקופה הקודמת (עד 2007) כרו כ-2 מיליון טון.

RES כעתיד האנרגיה העולמית

גדל פנימה העשורים האחרוניםבעולם, ההתעניינות במקורות אנרגיה מתחדשים חלופיים (RES) נגרמת לא רק מהתרוקנות מאגרי הדלק הפחמימניים, אלא גם מהצורך לפתור בעיות סביבתיות. גורמים אובייקטיביים (מאגרי דלק מאובנים ואורניום, כמו גם שינויים סביבתיים הקשורים לשימוש באש ואנרגיה גרעינית מסורתית) ומגמות פיתוח אנרגיה מצביעות על כך שהמעבר לשיטות וצורות חדשות של ייצור אנרגיה הוא בלתי נמנע. כבר במחצית הראשונה של המאה ה-21. יהיה מעבר מלא או כמעט מלא למקורות אנרגיה לא מסורתיים.

ככל שתקדים פריצת דרך בכיוון זה, כך היא תפחת את כל החברה כולה ותועיל יותר למדינה שבה יינקטו צעדים מכריעים בכיוון זה.

הכלכלה העולמית כבר קבעה מסלול למעבר לשילוב רציונלי של מקורות אנרגיה מסורתיים וחדשים. צריכת האנרגיה בעולם עד שנת 2000 הסתכמה ביותר מ-18 מיליארד tce. t., וצריכת האנרגיה עד 2025 עשויה לעלות ל-30-38 מיליארד tce. לפי התחזיות, עד שנת 2050 אפשרית צריכה ברמה של 60 מיליארד tce. מגמות אופייניות בהתפתחות הכלכלה העולמית בתקופה הנסקרת הן ירידה שיטתית בצריכת דלקים מאובנים ועלייה מקבילה בשימוש בדלקים לא מסורתיים. משאבי אנרגיה. אנרגיית תרמיתכדור הארץ תופס את אחד המקומות הראשונים ביניהם.

נכון לעכשיו, משרד האנרגיה של הפדרציה הרוסית אימץ תוכנית לפיתוח אנרגיה לא מסורתית, הכוללת 30 פרויקטים גדולים לשימוש ביחידות משאבת חום (HPU), שעיקרון הפעולה שלה מבוסס על צריכת אנרגיה נמוכה. -אנרגיה תרמית פוטנציאלית של כדור הארץ.

אנרגיית חום בדרגה נמוכה של כדור הארץ ומשאבות חום

המקורות לאנרגיית חום בעלת פוטנציאל נמוך של כדור הארץ הם קרינת השמש ו קרינה תרמיתפנים מחומם של הפלנטה שלנו. נכון לעכשיו, השימוש באנרגיה כזו הוא אחד מתחומי האנרגיה המתפתחים ביותר באופן דינמי המבוסס על מקורות אנרגיה מתחדשים.

ניתן להשתמש בחום של כדור הארץ סוגים שוניםמבנים ומבנים לחימום, אספקת מים חמים, מיזוג אוויר (קירור), וכן לחימום שבילים בחורף, מניעת הקרח, חימום שדות באצטדיונים פתוחים ועוד. בספרות הטכנית באנגלית, מערכות המנצלות את כדור הארץ. חום במערכות אספקת חום ומיזוג אוויר מוגדרים כ-GHP - "משאבות חום גיאותרמיות" (משאבות חום גיאותרמיות). המאפיינים האקלימיים של מדינות מרכז וצפון אירופה, שיחד עם ארה"ב וקנדה הן האזורים העיקריים לשימוש בחום נמוך מכדור הארץ, קובעים זאת בעיקר לצורכי חימום; קירור אוויר אפילו ב תקופת הקיץנדרש באופן נדיר יחסית. לכן, בניגוד לארה"ב, משאבות חום במדינות אירופה פועלות בעיקר במצב חימום. בארה"ב, הם משמשים לעתים קרובות יותר במערכות חימום אוויר בשילוב אוורור, המאפשר הן חימום והן קירור של אוויר בחוץ. במדינות אירופה, משאבות חום משמשות בדרך כלל במערכות חימום מים. מכיוון שהיעילות שלהם עולה ככל שהפרש הטמפרטורה בין המאייד למעבה יורד, מערכות חימום תת רצפתי משמשות לרוב לחימום מבנים, שבהם נוזל קירור מסתובב בטמפרטורה נמוכה יחסית (35-40 מעלות צלזיוס).

סוגי מערכות לשימוש באנרגיית חום בפוטנציאל נמוך מכדור הארץ

באופן כללי, ניתן להבחין בין שני סוגים של מערכות לשימוש באנרגיית חום בעלת פוטנציאל נמוך מכדור הארץ:

- מערכות פתוחות: מי תהום המסופקים ישירות למשאבות חום משמשים כמקור לאנרגיה תרמית בדרגה נמוכה;

- מערכות סגורות: מחליפי חום ממוקמים במסת הקרקע; כאשר נוזל קירור עם טמפרטורה נמוכה יותר ביחס לאדמה מסתובב דרכם, אנרגיה תרמית "נבחרת" מהקרקע ומועברת למאייד של משאבת החום (או כאשר משתמשים בנוזל קירור עם טמפרטורה גבוהה יותר ביחס לקרקע, הוא מְקוֹרָר).

החסרונות של מערכות פתוחות הם שהבארות דורשות תחזוקה. בנוסף, השימוש במערכות כאלה אינו אפשרי בכל התחומים. הדרישות העיקריות לקרקע ומי תהום הן כדלקמן:

- חדירות מספקת של הקרקע, המאפשרת לחדש עתודות מים;

- טוב תרכובת כימיתמי תהום (למשל תכולת ברזל נמוכה), הימנעות מבעיות הקשורות להיווצרות משקעים על קירות הצינורות וקורוזיה.

מערכות סגורות לשימוש באנרגיית חום בפוטנציאל נמוך מכדור הארץ

מערכות סגורות יכולות להיות אופקיות או אנכיות (איור 1).

אורז. 1. תכנית של מתקן משאבת חום גיאותרמית עם: a – אופקי

ו-b - מחליפי חום אנכיים בקרקע.

מחליף חום קרקע אופקי

במערב ומרכז אירופה, מחליפי חום קרקע אופקיים הם בדרך כלל צינורות בודדים המונחים בצורה הדוקה יחסית ומחוברים זה לזה בסדרה או במקביל (איור 2).

אורז. 2. מחליפי חום קרקעיים אופקיים עם: א – סדרתי ו

ב - חיבור מקבילי.

כדי להציל את השטח שבו מוסר חום פותחו סוגים משופרים של מחליפי חום, למשל מחליפי חום בצורת ספירלה (איור 3), הממוקמים אופקית או אנכית. צורה זו של מחליפי חום נפוצה בארה"ב.

בארצנו, העשירה בפחמימנים, אנרגיה גיאותרמית היא סוג של משאב אקזוטי, אשר בהתחשב במצב העניינים הנוכחי, לא סביר שיתחרה בנפט ובגז. עם זאת, סוג אלטרנטיבי זה של אנרגיה יכול לשמש כמעט בכל מקום ודי ביעילות.

אנרגיה גיאותרמית היא החום של פנים כדור הארץ. הוא מיוצר במעמקים ומגיע אל פני כדור הארץ ב צורות שונותובעוצמות שונות.

טמפרטורת השכבות העליונות של הקרקע תלויה בעיקר בגורמים חיצוניים (אקסוגניים) - תאורת השמש וטמפרטורת האוויר. בקיץ וביום האדמה מתחממת לעומקים מסוימים, ובחורף ובלילה היא מתקררת בעקבות שינויים בטמפרטורת האוויר ובאיחור מסוים שעולה עם העומק. השפעתן של תנודות יומיות בטמפרטורת האוויר מסתיימת בעומקים מכמה עד כמה עשרות סנטימטרים. תנודות עונתיות משפיעות על שכבות אדמה עמוקות יותר - עד עשרות מטרים.

בעומק מסוים - מעשרות עד מאות מטרים - טמפרטורת הקרקע נשארת קבועה, שווה לטמפרטורת האוויר השנתית הממוצעת על פני כדור הארץ. אתה יכול לאמת זאת בקלות על ידי ירידה למערה עמוקה למדי.

כאשר טמפרטורת האוויר השנתית הממוצעת באזור נתון היא מתחת לאפס, היא מתבטאת כפרמאפרסט (ליתר דיוק, פרמאפרוסט). במזרח סיביר, העובי, כלומר העובי, של קרקעות קפואות כל השנה מגיע במקומות מסוימים ל-200–300 מ'.

מעומק מסוים (שונה לכל נקודה במפה), פעולת השמש והאטמוספירה נחלשת עד כדי כך שגורמים אנדוגניים (פנימיים) קודמים לראש ופנימי כדור הארץ מתחמם מבפנים, כך שהטמפרטורה מתחילה לעלות. עם עומק.

חימום השכבות העמוקות של כדור הארץ קשור בעיקר להתפרקות היסודות הרדיואקטיביים המצויים שם, אם כי מקורות חום אחרים נקראים גם, למשל, תהליכים פיזיקוכימיים, טקטוניים בשכבות העמוקות של קרום כדור הארץ ומעטפת כדור הארץ. אבל תהיה הסיבה אשר תהיה, הטמפרטורה של סלעים וחומרים נוזליים וגזים נלווים עולה עם העומק. כורים מתמודדים עם התופעה הזו - תמיד חם במכרות עמוקים. בעומק של 1 ק"מ, חום של שלושים מעלות הוא נורמלי, ועמוק יותר הטמפרטורה גבוהה עוד יותר.

זרימת החום של פנים כדור הארץ המגיעה אל פני כדור הארץ קטנה - בממוצע הספק שלה הוא 0.03–0.05 W/m2, או כ-350 Wh/m2 בשנה. על רקע זרימת החום מהשמש והאוויר המחומם על ידה, זהו ערך בלתי מורגש: השמש נותנת לכולם מטר מרובעפני כדור הארץ הם כ-4000 קילוואט-שעה בשנה, כלומר פי 10,000 יותר (כמובן שזה בממוצע, עם פיזור עצום בין קווי הרוחב הקוטביים והמשווניים ובהתאם לגורמי אקלים ומזג אוויר אחרים).

חוסר המשמעות של זרימת החום מהפנים אל פני השטח ברוב כדור הארץ קשורה למוליכות תרמית נמוכה של סלעים ולמוזרויות של המבנה הגיאולוגי. אבל יש יוצאים מן הכלל - מקומות שבהם זרימת החום גבוהה. אלה הם, קודם כל, אזורים של תקלות טקטוניות, פעילות סייסמית מוגברת ווולקניות, שבהם האנרגיה של פנים כדור הארץ מוצאת פורקן. אזורים כאלה מאופיינים בחריגות תרמיות של הליתוספירה; כאן זרימת החום המגיעה לפני כדור הארץ יכולה להיות חזקה פי כמה ואפילו בסדרי גודל מה"רגיל". התפרצויות געשיות ומעיינות חמים מביאים כמויות אדירות של חום אל פני השטח באזורים אלה.

אלו הם האזורים המועדפים ביותר לפיתוח אנרגיה גיאותרמית. על שטחה של רוסיה, אלה הם, קודם כל, קמצ'טקה, איי קוריל והקווקז.

יחד עם זאת, התפתחות האנרגיה הגיאותרמית אפשרית כמעט בכל מקום, שכן עלייה בטמפרטורה עם העומק היא תופעה אוניברסלית, והמשימה היא "לחלץ" חום מהמעמקים, בדיוק כפי שמופקים משם חומרי גלם מינרליים.

בממוצע, הטמפרטורה עולה עם העומק ב-2.5-3 מעלות צלזיוס עבור כל 100 מ'. היחס בין הפרש הטמפרטורה בין שתי נקודות השוכנות בעומקים שונים להפרש העומק ביניהן נקרא שיפוע גיאותרמי.

ההדדיות היא הצעד הגיאותרמי, או מרווח העומק שבו הטמפרטורה עולה ב-1 מעלות צלזיוס.

ככל שהשיפוע גבוה יותר, ובהתאם, ככל שהשלב נמוך יותר, כך חום מעמקי כדור הארץ מתקרב אל פני השטח ואזור זה מבטיח יותר לפיתוח אנרגיה גיאותרמית.

באזורים שונים, בהתאם למבנה הגיאולוגי ולתנאים אזוריים ומקומיים אחרים, קצב עליית הטמפרטורה עם העומק יכול להשתנות באופן דרמטי. בקנה מידה של כדור הארץ, התנודות בגדלים של שיפועים ומדרגות גיאותרמיות מגיעות לפי 25. לדוגמה, באורגון (ארה"ב) השיפוע הוא 150 מעלות צלזיוס לכל 1 ק"מ, וכן ב דרום אפריקה- 6 מעלות צלזיוס לכל ק"מ אחד.

השאלה היא מהי הטמפרטורה בעומקים גדולים - 5, 10 ק"מ או יותר? אם המגמה תימשך, הטמפרטורות בעומק של 10 ק"מ אמורות להיות בממוצע כ-250-300 מעלות צלזיוס. זה פחות או יותר אושר על ידי תצפיות ישירות בבארות עמוקות במיוחד, אם כי התמונה הרבה יותר מסובכת מעלייה ליניארית בטמפרטורה.

לדוגמה, בבאר הסופר-עמוק של קולה, שנקדחה במגן הגבישי הבלטי, הטמפרטורה לעומק של 3 ק"מ משתנה בקצב של 10°C/1 ק"מ, ואז השיפוע הגיאותרמי הופך לגדול פי 2-2.5. בעומק של 7 ק"מ כבר נרשמה טמפרטורה של 120 מעלות צלזיוס, ב-10 ק"מ - 180 מעלות צלזיוס וב-12 ק"מ - 220 מעלות צלזיוס.

דוגמה נוספת היא באר שנקדחה באזור צפון הים הכספי, שבה בעומק של 500 מ' נרשמה טמפרטורה של 42 מעלות צלזיוס, ב-1.5 ק"מ - 70 מעלות צלזיוס, ב-2 ק"מ - 80 מעלות צלזיוס, ב-3 ק"מ - 108 מעלות צלזיוס. .

ההנחה היא שהשיפוע הגיאותרמי יורד החל מעומק של 20-30 ק"מ: בעומק של 100 ק"מ הטמפרטורות המשוערות הן כ-1300-1500 מעלות צלזיוס, בעומק של 400 ק"מ - 1600 מעלות צלזיוס, בכדור הארץ. ליבה (עומק של יותר מ-6000 ק"מ) - 4000-5000 מעלות צלזיוס.

בעומקים של עד 10-12 ק"מ, הטמפרטורה נמדדת דרך בארות קדומות; כאשר הם אינם נוכחים, זה נקבע על ידי סימנים עקיפים באותו אופן כמו בעומקים גדולים יותר. כגון סימנים עקיפיםיכול להיות אופי המעבר של גלים סיסמיים או הטמפרטורה של הלבה הנשפכת.

עם זאת, למטרות אנרגיה גיאותרמית, נתונים על טמפרטורות בעומקים של יותר מ-10 ק"מ עדיין אינם בעלי עניין מעשי.

יש הרבה חום בעומקים של כמה קילומטרים, אבל איך להעלות אותו? לפעמים הטבע עצמו פותר לנו את הבעיה הזו בעזרת נוזל קירור טבעי – מים תרמיים מחוממים שעולים לפני השטח או שוכנים בעומק נגיש לנו. במקרים מסוימים, המים במעמקים מחוממים למצב של קיטור.

אין הגדרה קפדנית למושג "מים תרמיים". ככלל, הם מתכוונים למים תת-קרקעיים חמים במצב נוזלי או בצורת קיטור, לרבות אלה המגיעים אל פני כדור הארץ עם טמפרטורה מעל 20 מעלות צלזיוס, כלומר, ככלל, גבוהה מטמפרטורת האוויר. .

החום של מים תת קרקעיים, קיטור, תערובות קיטור מים הוא אנרגיה הידרותרמית. בהתאם לכך, אנרגיה המבוססת על השימוש בה נקראת הידרותרמית.

המצב מסובך יותר עם הפקת חום ישירות מסלעים יבשים - אנרגיה פטרו-תרמית, במיוחד מאחר שטמפרטורות גבוהות למדי, ככלל, מתחילות מעומקים של מספר קילומטרים.

בשטחה של רוסיה, הפוטנציאל של אנרגיה פטרו-תרמית גבוה פי מאה מזה של אנרגיה הידרותרמית - 3,500 ו-35 טריליון טונות של דלק סטנדרטי, בהתאמה. זה די טבעי - החום של מעמקי כדור הארץ זמין בכל מקום, ומים תרמיים נמצאים במקום. עם זאת, עקב קשיים טכניים ברורים, מים תרמיים משמשים כיום בעיקר לייצור חום וחשמל.

מים בטמפרטורות שבין 20-30 ל-100 מעלות צלזיוס מתאימים לחימום, טמפרטורות מ-150 מעלות ומעלה מתאימות להפקת חשמל בתחנות כוח גיאותרמיות.

באופן כללי, משאבים גיאותרמיים ברוסיה, במונחים של טונות של דלק שווה ערך או כל יחידת מדידה אחרת של אנרגיה, גבוהים בערך פי 10 ממאגרי הדלק המאובנים.

תיאורטית, רק אנרגיה גיאותרמית יכולה לספק את צרכי האנרגיה של המדינה במלואה. כמעט על הרגע הזהברוב שטחה זה לא אפשרי מסיבות טכניות וכלכליות.

בעולם, השימוש באנרגיה גיאותרמית קשור לרוב לאיסלנד, מדינה הממוקמת בקצה הצפוני של הרכס האמצע-אטלנטי, באזור טקטוני ווולקני פעיל במיוחד. כנראה כולם זוכרים את ההתפרצות העוצמתית של הר הגעש אייאפיאטלאיוקול ( Eyjafjallajökull) בשנת 2010.

בזכות הספציפיות הגיאולוגית הזו יש לאיסלנד מאגרים עצומים של אנרגיה גיאותרמית, כולל מעיינות חמים שצומחים על פני כדור הארץ ואף פורצים החוצה בצורה של גייזרים.

באיסלנד, למעלה מ-60% מכל האנרגיה הנצרכת כיום מגיעה מכדור הארץ. מקורות גיאותרמיים מספקים 90% מהחימום ו-30% מייצור החשמל. נוסיף כי שאר החשמל במדינה מיוצר על ידי תחנות כוח הידרואלקטריות, כלומר, גם באמצעות מקור אנרגיה מתחדש, מה שגורם לאיסלנד להיראות כמו סוג של תקן סביבתי עולמי.

ביות האנרגיה הגיאותרמית במאה ה-20 הועיל מאוד לאיסלנד מבחינה כלכלית. עד אמצע המאה הקודמת היא הייתה מדינה ענייה מאוד, כיום היא מדורגת במקום הראשון בעולם מבחינת יכולת מותקנת וייצור אנרגיה גיאותרמית לנפש ונמצאת בעשירייה הראשונה מבחינת קיבולת מותקנת מוחלטת של תחנות כוח גיאותרמיות. . עם זאת, אוכלוסייתה מונה רק 300 אלף איש, מה שמפשט את משימת המעבר למקורות אנרגיה ידידותיים לסביבה: הצורך בה הוא בדרך כלל קטן.

בנוסף לאיסלנד, נתח גבוה של אנרגיה גיאותרמית במאזן הכולל של ייצור החשמל מסופק בניו זילנד ובמדינות האיים של דרום מזרח אסיה (פיליפינים ואינדונזיה), מדינות מרכז אמריקה ומזרח אפריקה, ששטחן הוא גם מאופיין בפעילות סיסמית וולקנית גבוהה. עבור מדינות אלו, ברמת הפיתוח והצרכים הנוכחיים שלהן, האנרגיה הגיאותרמית תורמת תרומה משמעותית לפיתוח כלכלי-חברתי.

לשימוש באנרגיה גיאותרמית יש היסטוריה ארוכה מאוד. אחת הדוגמאות הידועות הראשונות היא איטליה, מקום במחוז טוסקנה, הנקרא כיום לדרלו, שבו בתחילת המאה ה-19 נעשה שימוש במים תרמיים חמים מקומיים, הזורמים באופן טבעי או שהופקו מבארות רדודות, למטרות אנרגיה.

מים ממקורות תת-קרקעיים, עשירים בבור, שימשו כאן להשגה חומצה בורית. בתחילה, חומצה זו התקבלה על ידי אידוי בדודי ברזל, ועץ רגיל מיערות סמוכים נלקח כדלק, אך בשנת 1827 יצר פרנצ'סקו לדרל מערכת שעבדה על חום המים עצמם. במקביל, האנרגיה של אדי המים הטבעיים החלה לשמש להפעלת אסדות קידוח, ובתחילת המאה ה-20 - לחימום בתים מקומיים וחממות. שם, בלדרלו, בשנת 1904, אדי מים תרמיים הפכו למקור אנרגיה לייצור חשמל.

בעקבות הדוגמה של איטליה הגיעו כמה מדינות נוספות בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20. לדוגמה, בשנת 1892, מים תרמיים שימשו לראשונה לחימום מקומי בארה"ב (בואיז, איידהו), בשנת 1919 ביפן וב-1928 באיסלנד.

בארה"ב, תחנת הכוח הראשונה הפועלת על אנרגיה הידרותרמית הופיעה בקליפורניה בתחילת שנות ה-30, בניו זילנד - ב-1958, במקסיקו - ב-1959, ברוסיה (ה-GeoPP הבינארי הראשון בעולם) - ב-1965.

עקרון ישן על מקור חדש

ייצור חשמל מצריך טמפרטורת הידרו-מקור גבוהה יותר מאשר לחימום - יותר מ-150 מעלות צלזיוס. עקרון הפעולה של תחנת כוח גיאותרמית (GeoPP) דומה לעקרון הפעולה של תחנת כוח תרמית קונבנציונלית (CHP). למעשה, תחנת כוח גיאותרמית היא סוג של תחנת כוח תרמית.

בתחנות כוח תרמיות, מקור האנרגיה העיקרי הוא בדרך כלל פחם, גז או מזוט, ונוזל העבודה הוא אדי מים. דלק, כאשר נשרף, מחמם מים לקיטור, המסובב טורבינת קיטור, המייצרת חשמל.

ההבדל בין GeoPP הוא שמקור האנרגיה העיקרי כאן הוא החום של פנים כדור הארץ ונוזל העבודה בצורת קיטור מסופק ללבי הטורבינה של הגנרטור החשמלי בצורה "מוכנה" ישירות מבאר הייצור. .

ישנן שלוש תוכניות הפעלה עיקריות עבור GeoPPs: ישיר, שימוש בקיטור יבש (גיאותרמי); עקיף, מבוסס על מים הידרותרמיים, ומעורב, או בינארי.

השימוש בתכנית כזו או אחרת תלוי במצב הצבירה ובטמפרטורה של נושא האנרגיה.

הפשוטה ביותר, ולכן הראשונה מבין התוכניות המאסטרות היא ישירה, שבה קיטור המגיע מהבאר מועבר ישירות דרך הטורבינה. תחנת הכוח הגיאואלקטרית הראשונה בעולם בלדרלו בשנת 1904 פעלה אף היא על קיטור יבש.

GeoPPs עם תוכנית הפעלה עקיפה הם הנפוצים ביותר בתקופתנו. הם משתמשים במים תת קרקעיים חמים, הנשאבים בלחץ גבוה למאייד, שם חלק מהם מתאדה, והקיטור שנוצר מסובב טורבינה. במקרים מסוימים, נדרשים התקנים ומעגלים נוספים לטיהור מים גיאותרמיים וקיטור מתרכובות אגרסיביות.

קיטור הפליטה נכנס לבאר ההזרקה או משמש לחימום המקום - במקרה זה העיקרון זהה להפעלת תחנת כוח תרמית.

ב-GeoPPs בינאריים, מים תרמיים חמים מקיימים אינטראקציה עם נוזל אחר שמבצע את הפונקציות של נוזל עבודה עם נקודת רתיחה נמוכה יותר. שני הנוזלים מועברים דרך מחליף חום, שבו מים תרמיים מאדים את נוזל העבודה, שאדיו מסובבים את הטורבינה.

עקרון הפעולה של GeoPP בינארי. מים תרמיים חמים מקיימים אינטראקציה עם נוזל אחר שמבצע את הפונקציות של נוזל עבודה ויש לו נקודת רתיחה נמוכה יותר. שני הנוזלים מועברים דרך מחליף חום, שבו מים תרמיים מאדים את נוזל העבודה, שאדיו, בתורם, מסובבים את הטורבינה

מערכת זו סגורה, מה שפותר את בעיית הפליטות לאטמוספירה. בנוסף, נוזלי עבודה בעלי נקודת רתיחה נמוכה יחסית מאפשרים להשתמש במים תרמיים לא חמים במיוחד כמקור אנרגיה ראשוני.

כל שלוש הסכימות משתמשות במקור הידרותרמי, אך ניתן להשתמש באנרגיה פטרו-תרמית גם לייצור חשמל.

תרשים המעגל במקרה זה הוא גם די פשוט. יש צורך לקדוח שתי בארות מחוברות זו לזו - הזרקה והפקה. מים נשאבים לתוך באר ההזרקה. בעומק הוא מחומם, ואז המים המחוממים או הקיטור הנוצרים כתוצאה מחימום חזק מסופקים אל פני השטח דרך באר הייצור. ואז הכל תלוי בשימוש באנרגיה פטרו-תרמית - לחימום או לייצור חשמל. מחזור סגור אפשרי עם שאיבת קיטור פסולת ומים חזרה לבאר ההזרקה או שיטת סילוק אחרת.

תכנית הפעולה של מערכת פטרו-תרמית. המערכת מבוססת על שימוש בשיפוע טמפרטורה בין פני כדור הארץ לפנים שלו, שם הטמפרטורה גבוהה יותר. מים מהמשטח נשאבים לבאר הזרקה ומחוממים לעומק, לאחר מכן המים המחוממים או הקיטור הנוצרים כתוצאה מחימום מסופקים אל פני השטח דרך באר הייצור.

החיסרון של מערכת כזו ברור: כדי להשיג טמפרטורה גבוהה מספיק של נוזל העבודה, יש צורך לקדוח בארות לעומקים גדולים. ואלה עלויות רציניות והסיכון לאובדן חום משמעותי כאשר הנוזל נע כלפי מעלה. לכן, מערכות פטרו-תרמיות עדיין פחות נפוצות בהשוואה למערכות הידרותרמיות, אם כי הפוטנציאל של אנרגיה פטרו-תרמית גבוה בסדרי גודל.

נכון לעכשיו, המובילה ביצירת מה שנקרא מערכות מחזור פטרו-תרמיות (PCS) היא אוסטרליה. בנוסף, אזור זה של אנרגיה גיאותרמית מתפתח באופן פעיל בארה"ב, שוויץ, בריטניה ויפן.

מתנה מהלורד קלווין

המצאת משאבת החום ב-1852 על ידי הפיזיקאי וויליאם תומפסון (המכונה לורד קלווין) סיפקה לאנושות הזדמנות אמיתית להשתמש בחום הנמוך של השכבות העליונות של האדמה. מערכת משאבת חום, או מכפיל חום כפי שכינה אותה תומפסון, מבוססת על התהליך הפיזי של העברת חום מהסביבה לקירור. בעיקרו של דבר, הוא משתמש באותו עיקרון כמו מערכות פטרו-תרמיות. ההבדל הוא במקור החום, מה שעשוי להעלות שאלה טרמינולוגית: עד כמה משאבת חום יכולה להיחשב כמערכת גיאותרמית? העובדה היא שבשכבות העליונות, לעומקים של עשרות עד מאות מטרים, הסלעים והנוזלים שהם מכילים מתחממים לא על ידי החום העמוק של כדור הארץ, אלא על ידי השמש. לפיכך, השמש נמצאת בפנים במקרה הזה- מקור החום העיקרי, למרות שהוא נלקח, כמו במערכות גיאותרמיות, מהקרקע.

פעולת משאבת חום מבוססת על עיכוב בחימום וקירור הקרקע בהשוואה לאטמוספירה, וכתוצאה מכך נוצר שיפוע טמפרטורה בין פני השטח לשכבות עמוקות יותר השומרות חום גם בחורף, בדיוק כפי שקורה במאגרים. . המטרה העיקרית של משאבות חום היא חימום חלל. במהותו, זהו "מקרר הפוך". גם משאבת החום וגם המקרר מקיימים אינטראקציה עם שלושה מרכיבים: הסביבה הפנימית (במקרה הראשון - חדר מחומם, במקרה השני - החדר המקורר של המקרר), הסביבה החיצונית - מקור אנרגיה וקירור (קרר) , שהוא גם נוזל קירור המבטיח העברת חום או קור.

חומר בעל נקודת רתיחה נמוכה פועל כחומר קירור, המאפשר לו לקחת חום ממקור שיש לו אפילו טמפרטורה נמוכה יחסית.

במקרר נוזל קירור נוזלי זורם דרך מצערת (ווסת לחץ) לתוך המאייד, שם עקב ירידה חדה בלחץ הנוזל מתאדה. אידוי הוא תהליך אנדותרמי הדורש ספיגת חום מבחוץ. כתוצאה מכך, חום מסולק מהדפנות הפנימיות של המאייד, מה שמספק אפקט קירור בתא המקרר. לאחר מכן, נוזל הקירור נשאב מהמאייד לתוך המדחס, שם הוא מוחזר למצב נוזלי. זֶה תהליך הפוך, המוביל לשחרור חום שהוסר לסביבה החיצונית. ככלל, הוא נזרק בתוך הבית, ו קיר אחוריהמקרר חם יחסית.

משאבת חום פועלת כמעט באותו אופן, בהבדל שחום נלקח מהסביבה החיצונית ונכנס דרך המאייד סביבה פנימית- מערכת חימום לחדר.

במשאבת חום אמיתית, המים מחוממים על ידי מעבר דרך מעגל חיצוני המוצב באדמה או במאגר, ואז נכנסים למאייד.

במאייד מועבר חום למעגל פנימי מלא בקרור עם נקודת רתיחה נמוכה, שעובר דרך המאייד עובר מ. מצב נוזלילצורת גז, מסיר חום.

לאחר מכן, נוזל הקירור הגזי נכנס למדחס, לשם הוא נדחס אליו לחץ גבוהוטמפרטורה, ונכנס למעבה, שם מתרחש חילופי חום בין הגז החם לנוזל הקירור ממערכת החימום.

המדחס דורש חשמל כדי לפעול, אך יחס הטרנספורמציה (יחס האנרגיה הנצרכת לאנרגיה המופקת) במערכות מודרניות גבוה מספיק כדי להבטיח את יעילותן.

נכון לעכשיו, משאבות חום נמצאות בשימוש נרחב למדי לחימום חלל, בעיקר במדינות מפותחות מבחינה כלכלית.

אנרגיה אקולוגית נכונה

אנרגיה גיאותרמית נחשבת ידידותית לסביבה, וזה נכון בדרך כלל. קודם כל, הוא משתמש במשאב מתחדש וכמעט בלתי נדלה. אנרגיה גיאותרמית אינה דורשת שטחים גדולים, בניגוד לתחנות כוח הידרואלקטריות גדולות או חוות רוח, ואינה מזהמת את האטמוספירה, בניגוד לאנרגיה פחמימנית. בממוצע, GeoPP תופס 400 מ"ר במונחים של 1 GW של חשמל מופק. אותו נתון עבור תחנת כוח תרמית פחמית, למשל, הוא 3600 מ"ר. היתרונות הסביבתיים של GeoPPs כוללים גם צריכת מים נמוכה - 20 ליטר מים מתוקים ל-1 קילוואט, בעוד שתחנות כוח תרמיות ותחנות כוח גרעיניות דורשות כ-1000 ליטר. שימו לב שאלו הם האינדיקטורים הסביבתיים של ה-GeoPP "הממוצע".

אבל שלילי תופעות לוואיעדיין קיים. ביניהם מזוהים לרוב רעש, זיהום תרמי של האטמוספירה וזיהום כימי של מים וקרקע וכן היווצרות פסולת מוצקה.

המקור העיקרי לזיהום כימי של הסביבה הוא מים תרמיים עצמם (עם טמפרטורה גבוהה ומינרליזציה), המכילים לרוב כמויות גדולותתרכובות רעילות, ולכן ישנה בעיה של סילוק שפכים וחומרים מסוכנים.

ניתן לאתר את ההשפעות השליליות של אנרגיה גיאותרמית במספר שלבים, החל מקידוח בארות. נוצרות כאן אותן סכנות כמו בעת קידוח כל באר: הרס קרקע וכיסוי צמחייה, זיהום קרקע ומי תהום.

בשלב ההפעלה של GeoPP נותרו בעיות של זיהום סביבתי. נוזלים תרמיים - מים וקיטור - מכילים בדרך כלל פחמן דו חמצני (CO 2), גופרית גופרית (H 2 S), אמוניה (NH 3), מתאן (CH 4), מלח שולחני (NaCl), בורון (B), ארסן (As). ), כספית (Hg). כשהם משתחררים לסביבה החיצונית הם הופכים למקורות זיהום. בנוסף, אגרסיבי סביבה כימיתעלול לגרום להרס קורוזיבי של מבני תחנת כוח גיאותרמית.

יחד עם זאת, פליטת מזהמים מ-GeoPPs נמוכה בממוצע מאשר מתחנות כוח תרמיות. לדוגמה, פליטת פחמן דו חמצני עבור כל קילוואט-שעה של חשמל שנוצרת היא עד 380 גרם ב-GeoPPs, 1042 גרם בתחנות כוח תרמיות פחמיות, 906 גרם בתחנות כוח מופעלות נפט ו-453 גרם בתחנות כוח תרמיות מופעלות בגז. .

נשאלת השאלה: מה עושים עם שפכים? אם המינרליזציה נמוכה, ניתן להזרים אותו למים עיליים לאחר הקירור. דרך נוספת היא לשאוב אותו בחזרה לתוך האקוויפר דרך באר הזרקה, שעדיף ובעיקר משמשת כיום.

הפקת מים תרמיים מאקוויפרים (כמו גם שאיבת מים רגילים) עלולה לגרום לשקיעה ותנועות קרקע, לעיוותים אחרים של שכבות גיאולוגיות ולרעידות אדמה מיקרו. הסבירות להתרחשויות כאלה היא בדרך כלל נמוכה, אם כי מקרים בודדיםהוקלט (לדוגמה, ב-GeoPP ב-Staufen im Breisgau בגרמניה).

יש להדגיש כי רוב ה-GeoPPs ממוקמים באזורים דלילים יחסית ובמדינות עולם שלישי, בהן הדרישות הסביבתיות פחות מחמירות מאשר במדינות מפותחות. בנוסף, כרגע מספר ה-GeoPPs והיכולות שלהם קטנות יחסית. עם פיתוח בקנה מידה גדול יותר של אנרגיה גיאותרמית, הסיכונים הסביבתיים עשויים לגדול ולהתרבות.

כמה היא האנרגיה של כדור הארץ?

עלויות ההשקעה לבניית מערכות גיאותרמיות משתנות בטווח רחב מאוד - בין 200 ל-5000 דולר לכל 1 קילוואט של הספק מותקן, כלומר, האפשרויות הזולות ביותר משתוות לעלות הקמת תחנת כוח תרמית. הם תלויים, קודם כל, בתנאי התרחשותם של מים תרמיים, בהרכבם ובעיצוב המערכת. קידוח לעומק רב, יצירת מערכת סגורה עם שתי בארות והצורך בטיהור מים עלולים לייקר את העלות פי כמה.

לדוגמה, ההשקעות ביצירת מערכת מחזור פטרו-תרמית (PCS) נאמדות ב-1.6–4 אלף דולר לכל 1 קילוואט של הספק מותקן, העולה על עלויות הקמת תחנת כוח גרעינית וניתן להשוות לעלויות הקמת רוח ו. תחנות כוח סולאריות.

היתרון הכלכלי הברור של GeoTES הוא אנרגיה חופשית. לשם השוואה, במבנה העלויות של תחנת כוח תרמית או תחנת כוח גרעינית, הדלק מהווה 50%–80% ואף יותר, בהתאם למחירי האנרגיה הנוכחיים. מכאן יתרון נוסף של המערכת הגיאותרמית: עלויות התפעול יציבות וצפויות יותר, מאחר שאינן תלויות בתנאי מחיר האנרגיה החיצוניים. באופן כללי, עלויות התפעול של תחנות כוח גיאותרמיות מוערכות ב-2-10 סנט (60 קופיקות-3 רובל) לכל 1 קילוואט-שעה של חשמל.

סעיף ההוצאה השני בגודלו אחרי אנרגיה (ומשמעותי מאוד) הוא, ככלל, שָׂכָראנשי המפעל, שיכולים להשתנות באופן דרמטי בין מדינות ואזורים.

בממוצע, העלות של 1 קוט"ש של אנרגיה גיאותרמית דומה לעלות של תחנות כוח תרמיות (בתנאים רוסים - בערך 1 רובל/1 קוט"ש) וגבוהה פי עשרה מעלות ייצור החשמל בתחנת כוח הידרואלקטרית (5-10 קופיקות/1 קילוואט).

חלק מהסיבה לעלות הגבוהה היא שבניגוד לתחנות כוח תרמיות והידראוליות, לתחנות כוח גיאותרמיות קיבולת קטנה יחסית. בנוסף, יש צורך להשוות בין מערכות הממוקמות באותו אזור ובתנאים דומים. לדוגמה, בקמצ'טקה, לפי מומחים, 1 קילו-וואט של חשמל גיאותרמי עולה פי 2-3 פחות מחשמל המיוצר בתחנות כוח תרמיות מקומיות.

אינדיקטורים ליעילות הכלכלית של מערכת גיאותרמית תלויים, למשל, בשאלה האם יש לפנות שפכים ובאילו דרכים זה נעשה, והאם ניתן להשתמש במשאב משולב. כך, יסודות כימייםותרכובות המופקות ממים תרמיים יכולות לספק הכנסה נוספת. הבה נזכיר את הדוגמה של לדרלו: הייצור הכימי היה עיקרי שם, והשימוש באנרגיה גיאותרמית היה בתחילה בעל אופי עזר.

אנרגיה גיאותרמית קדימה

אנרגיה גיאותרמית מתפתחת בצורה שונה במקצת מרוח ושמש. נכון להיום, הדבר תלוי במידה רבה יותר באופי המשאב עצמו, המשתנה בחדות לפי אזור, והריכוזים הגבוהים ביותר קשורים לאזורים צרים של חריגות גיאותרמיות, הקשורות בדרך כלל לאזורים של תקלות טקטוניות ווולקניות.

חוץ מזה, אנרגיה גיאותרמיתפחות אינטנסיבי מבחינה טכנולוגית בהשוואה לרוח ועוד יותר אנרגיה סולארית: מערכות של תחנות גיאותרמיות הן די פשוטות.

במבנה הכולל של ייצור החשמל העולמי, המרכיב הגיאותרמי מהווה פחות מ-1%, אך בחלק מהאזורים והמדינות חלקו מגיע ל-25–30%. בשל הקשר לתנאים גיאולוגיים, חלק ניכר מיכולת האנרגיה הגיאותרמית מרוכז במדינות עולם שלישי, בהן ישנם שלושה מקבצים של הפיתוח הגדול ביותר של התעשייה - האיים של דרום מזרח אסיה, מרכז אמריקה ומזרח אפריקה. שני האזורים הראשונים כלולים ב"חגורת האש של כדור הארץ" באוקיינוס השקט, והשלישי קשור לבקע המזרח אפריקאי. סביר להניח שאנרגיה גיאותרמית תמשיך להתפתח בחגורות אלו. סיכוי רחוק יותר הוא פיתוח אנרגיה פטרו-תרמית, תוך שימוש בחום של שכבות כדור הארץ השוכנות בעומק של מספר קילומטרים. זהו משאב כמעט בכל מקום, אך מיצויו דורש עלויות גבוהות, ולכן אנרגיה פטרו-תרמית מתפתחת בעיקר במדינות החזקות ביותר מבחינה כלכלית וטכנולוגית.

באופן כללי, בהתחשב בחלוקה הנרחבת של משאבים גיאותרמיים ורמה מקובלת של בטיחות סביבתית, יש סיבה להאמין שלאנרגיה גיאותרמית יש סיכויי פיתוח טובים. במיוחד עם האיום הגובר של מחסור במשאבי אנרגיה מסורתיים ועליית המחירים עבורם.

מקמצ'טקה לקווקז

ברוסיה, לפיתוח האנרגיה הגיאותרמית יש היסטוריה ארוכה למדי, ובמספר עמדות אנו בין המובילים בעולם, אם כי חלקה של האנרגיה הגיאותרמית במאזן האנרגיה הכולל של המדינה הענקית עדיין זניח.

שני אזורים הפכו לחלוצים ומרכזים לפיתוח אנרגיה גיאותרמית ברוסיה - קמצ'טקה וצפון הקווקז, ואם במקרה הראשון אנחנו מדברים בעיקר על תעשיית החשמל, אז בשני - על השימוש באנרגיה תרמית מ. מים תרמיים.

בצפון הקווקז - בטריטוריית קרסנודר, צ'צ'ניה, דאגסטן - החום של המים התרמיים שימש למטרות אנרגיה עוד לפני המלחמה הפטריוטית הגדולה. בשנות ה-80-1990, התפתחות האנרגיה הגיאותרמית באזור, מסיבות ברורות, נתקעה ועדיין לא יצאה ממצב הקיפאון. עם זאת, אספקת מים גיאותרמית בצפון הקווקז מספקת חום לכ-500 אלף איש, ולדוגמא, העיר לבינסק בטריטוריית קרסנודר עם אוכלוסייה של 60 אלף איש מחוממת לחלוטין על ידי מים גיאותרמיים.

בקמצ'טקה, ההיסטוריה של האנרגיה הגיאותרמית קשורה, קודם כל, לבניית GeoPPs. הראשונה שבהן, תחנות Pauzhetskaya ו-Paratunka שעדיין פועלות, נבנו בשנים 1965–1967, בעוד Paratunka GeoPP בהספק של 600 קילוואט הפכה לתחנה הראשונה בעולם עם מחזור בינארי. זה היה הפיתוח של המדענים הסובייטים S.S. Kutateladze ו- A.M. Rosenfeld מהמכון לתרמופיזיקה SB RAS, שקיבלו בשנת 1965 תעודת מחבר להפקת חשמל ממים בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס. טכנולוגיה זו הפכה לאחר מכן לאב-טיפוס של יותר מ-400 GeoPPs בינאריים בעולם.

הקיבולת של ה- Pauzhetskaya GeoPP, שהוקמה ב-1966, הייתה בתחילה 5 מגה-וואט ולאחר מכן הוגדלה ל-12 מגה-וואט. בימים אלה נבנית בתחנה יחידה בינארית שתגדיל את הקיבולת שלה בעוד 2.5 מגוואט.

התפתחות האנרגיה הגיאותרמית בברית המועצות וברוסיה נבלמה על ידי הזמינות של מקורות אנרגיה מסורתיים - נפט, גז, פחם, אך מעולם לא נעצרה. מתקני האנרגיה הגיאותרמית הגדולים ביותר כרגע הם Verkhne-Mutnovskaya GeoPP עם קיבולת כוללת של יחידות כוח של 12 MW, שהופעל בשנת 1999, ו-Mutnovskaya GeoPP בהספק של 50 MW (2002).

Mutnovskaya ו- Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs הם אובייקטים ייחודיים לא רק עבור רוסיה, אלא גם בקנה מידה עולמי. התחנות ממוקמות למרגלות הר הגעש מוטנובסקי, בגובה 800 מטר מעל פני הים, ופועלות בתנאי אקלים קיצוניים, בהם יש חורף במשך 9–10 חודשים בשנה. הציוד של Mutnovsky GeoPPs, כיום אחד המודרניים בעולם, נוצר כולו במפעלי הנדסת חשמל ביתיים.

נכון לעכשיו, חלקן של תחנות מוטנובסקי במבנה צריכת האנרגיה הכולל של מרכז האנרגיה המרכזי של קמצ'טקה הוא 40%. ישנן תוכניות להגדלת הקיבולת בשנים הקרובות.

יש לציין במיוחד את ההתפתחויות הפטרו-תרמיות ברוסיה. אין לנו עדיין מרכזי קידוח גדולים, אבל יש לנו טכנולוגיות מתקדמות לקידוח לעומקים גדולים (כ-10 ק"מ), שגם להם אין אנלוגים בעולם. המשך הפיתוח שלהם יפחית באופן קיצוני את העלויות של יצירת מערכות פטרו-תרמיות. מפתחי הטכנולוגיות והפרויקטים הללו הם N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (המכון הגיאולוגי של האקדמיה הרוסית למדעים), A. S. Nekrasov (המכון הלאומי לחיזוי כלכלי של האקדמיה הרוסית למדעים) ומומחים ממפעל הטורבינות של Kaluga. נכון לעכשיו, פרויקט מערכת המחזור הפטרו-תרמית ברוסיה נמצא בשלב הניסוי.

לאנרגיה גיאותרמית יש סיכויים ברוסיה, אם כי הם רחוקים יחסית: כרגע הפוטנציאל די גדול והעמדה של האנרגיה המסורתית חזקה. יחד עם זאת, במספר אזורים מרוחקים בארץ השימוש באנרגיה גיאותרמית משתלם כלכלית וכבר מבוקש. מדובר בטריטוריות עם פוטנציאל גיאו-אנרגיה גבוה (צ'וקוטקה, קמצ'טקה, איי הקוריל - החלק הרוסי של "חגורת האש של כדור הארץ", הרי דרום סיביר והקווקז) ובו זמנית מרוחקים ומנותקים מריכוזי אספקת אנרגיה.

ככל הנראה, בעשורים הקרובים, אנרגיה גיאותרמית בארצנו תתפתח דווקא באזורים כאלה.

קיריל דגטיארב,
חוקר, אוניברסיטת מוסקבה M. V. Lomonosova
"מדע וחיים" מס' 9, מס' 10 2013

זרימת החום של פנים כדור הארץ המגיעה אל פני כדור הארץ קטנה - בממוצע הספק שלה הוא 0.03–0.05 W/m2, או כ-350 Wh/m2 בשנה. על רקע זרימת החום מהשמש והאוויר המחומם על ידה, זהו ערך בלתי מורגש: השמש נותנת לכל מטר מרובע של פני כדור הארץ כ-4000 קילוואט-שעה בשנה, כלומר פי 10,000 יותר (כמובן, זהו בממוצע, עם פיזור עצום בין קווי הרוחב הקוטביים והמשווניים ובהתאם לגורמי אקלים ומזג אוויר אחרים).

ההדדיות היא הצעד הגיאותרמי, או מרווח העומק שבו הטמפרטורה עולה ב-1 מעלות צלזיוס.

באזורים שונים, בהתאם למבנה הגיאולוגי ולתנאים אזוריים ומקומיים אחרים, קצב עליית הטמפרטורה עם העומק יכול להשתנות באופן דרמטי. בקנה מידה של כדור הארץ, התנודות בגדלים של שיפועים ומדרגות גיאותרמיות מגיעות לפי 25. לדוגמה, באורגון (ארה"ב) השיפוע הוא 150 מעלות צלזיוס לק"מ אחד, ובדרום אפריקה - 6 מעלות צלזיוס לכל ק"מ אחד.

בעומקים של עד 10-12 ק"מ, הטמפרטורה נמדדת דרך בארות קדומות; כאשר הם אינם נוכחים, זה נקבע על ידי סימנים עקיפים באותו אופן כמו בעומקים גדולים יותר. סימנים עקיפים כאלה עשויים להיות אופי המעבר של גלים סיסמיים או הטמפרטורה של הלבה המתפרצת.

עם זאת, למטרות אנרגיה גיאותרמית, נתונים על טמפרטורות בעומקים של יותר מ-10 ק"מ עדיין אינם בעלי עניין מעשי.

תיאורטית, רק אנרגיה גיאותרמית יכולה לספק את צרכי האנרגיה של המדינה במלואה. בפועל, כרגע, ברוב שטחה זה לא אפשרי מסיבות טכניות וכלכליות.

מים ממעיינות תת-קרקעיים, עשירים בבור, שימשו כאן להשגת חומצת בור. בתחילה, חומצה זו התקבלה על ידי אידוי בדודי ברזל, ועץ רגיל מיערות סמוכים נלקח כדלק, אך בשנת 1827 יצר פרנצ'סקו לדרל מערכת שעבדה על חום המים עצמם. במקביל, האנרגיה של אדי המים הטבעיים החלה לשמש להפעלת אסדות קידוח, ובתחילת המאה ה-20 - לחימום בתים מקומיים וחממות. שם, בלדרלו, בשנת 1904, אדי מים תרמיים הפכו למקור אנרגיה לייצור חשמל.

עקרון ישן על מקור חדש

השימוש בתכנית כזו או אחרת תלוי במצב הצבירה ובטמפרטורה של נושא האנרגיה.

קיטור הפליטה נכנס לבאר ההזרקה או משמש לחימום המקום - במקרה זה העיקרון זהה להפעלת תחנת כוח תרמית.

כל שלוש הסכימות משתמשות במקור הידרותרמי, אך ניתן להשתמש באנרגיה פטרו-תרמית גם לייצור חשמל.

מתנה מהלורד קלווין

המצאת משאבת החום ב-1852 על ידי הפיזיקאי וויליאם תומפסון (המכונה לורד קלווין) סיפקה לאנושות הזדמנות אמיתית להשתמש בחום הנמוך של השכבות העליונות של האדמה. מערכת משאבת חום, או מכפיל חום כפי שכינה אותה תומפסון, מבוססת על התהליך הפיזי של העברת חום מהסביבה לקירור. בעיקרו של דבר, הוא משתמש באותו עיקרון כמו מערכות פטרו-תרמיות. ההבדל הוא במקור החום, מה שעשוי להעלות שאלה טרמינולוגית: עד כמה משאבת חום יכולה להיחשב כמערכת גיאותרמית? העובדה היא שבשכבות העליונות, לעומקים של עשרות עד מאות מטרים, הסלעים והנוזלים שהם מכילים מתחממים לא על ידי החום העמוק של כדור הארץ, אלא על ידי השמש. לפיכך, השמש במקרה זה היא המקור העיקרי לחום, למרות שהיא נלקחת, כמו במערכות גיאותרמיות, מהקרקע.

חומר בעל נקודת רתיחה נמוכה פועל כחומר קירור, המאפשר לו לקחת חום ממקור שיש לו אפילו טמפרטורה נמוכה יחסית.

במקרר נוזל קירור נוזלי זורם דרך מצערת (ווסת לחץ) לתוך המאייד, שם עקב ירידה חדה בלחץ הנוזל מתאדה. אידוי הוא תהליך אנדותרמי הדורש ספיגת חום מבחוץ. כתוצאה מכך, חום מסולק מהדפנות הפנימיות של המאייד, מה שמספק אפקט קירור בתא המקרר. לאחר מכן, נוזל הקירור נשאב מהמאייד לתוך המדחס, שם הוא מוחזר למצב נוזלי. זהו תהליך הפוך המוביל לשחרור חום שהוסר לסביבה החיצונית. ככלל, הוא נזרק בתוך הבית, והקיר האחורי של המקרר חם יחסית.

משאבת חום פועלת כמעט באותה צורה, בהבדל שחום נלקח מהסביבה החיצונית ודרך המאייד נכנס לסביבה הפנימית – מערכת חימום החדר.

במשאבת חום אמיתית, המים מחוממים על ידי מעבר דרך מעגל חיצוני המוצב באדמה או במאגר, ואז נכנסים למאייד.

במאייד מועבר חום למעגל פנימי מלא בקרור בעל נקודת רתיחה נמוכה, שעובר דרך המאייד משתנה ממצב נוזלי למצב גזי, ולוקח חום.

לאחר מכן, נוזל הקירור הגזי נכנס למדחס, שם הוא נדחס ללחץ וטמפרטורה גבוהים, ונכנס למעבה, שם מתרחש חילופי חום בין הגז החם לנוזל הקירור ממערכת החימום.

נכון לעכשיו, משאבות חום נמצאות בשימוש נרחב למדי לחימום חלל, בעיקר במדינות מפותחות מבחינה כלכלית.

אנרגיה אקולוגית נכונה

אבל עדיין יש תופעות לוואי שליליות. ביניהם מזוהים לרוב רעש, זיהום תרמי של האטמוספירה וזיהום כימי של מים וקרקע וכן היווצרות פסולת מוצקה.

המקור העיקרי לזיהום כימי של הסביבה הוא מים תרמיים עצמם (עם טמפרטורה ומינרליזציה גבוהים), המכילים לרוב כמויות גדולות של תרכובות רעילות, ולכן ישנה בעיה של סילוק שפכים וחומרים מסוכנים.

בשלב ההפעלה של GeoPP נותרו בעיות של זיהום סביבתי. נוזלים תרמיים - מים וקיטור - מכילים בדרך כלל פחמן דו חמצני (CO 2), גופרית גופרית (H 2 S), אמוניה (NH 3), מתאן (CH 4), מלח שולחני (NaCl), בורון (B), ארסן (As). ), כספית (Hg). כשהם משתחררים לסביבה החיצונית הם הופכים למקורות זיהום. בנוסף, סביבה כימית אגרסיבית עלולה לגרום להרס קורוזיבי של מבני תחנות כוח גיאותרמיות.

הפקת מים תרמיים מאקוויפרים (כמו גם שאיבת מים רגילים) עלולה לגרום לשקיעה ותנועות קרקע, לעיוותים אחרים של שכבות גיאולוגיות ולרעידות אדמה מיקרו. ההסתברות לתופעות כאלה היא, ככלל, נמוכה, אם כי נרשמו מקרים בודדים (לדוגמה, ב-GeoPP ב-Staufen im Breisgau בגרמניה).

כמה היא האנרגיה של כדור הארץ?

סעיף ההוצאה השני בגודלו אחרי אנרגיה (ומשמעותי מאוד) הוא, ככלל, השכר של אנשי המפעל, שיכול להשתנות באופן דרמטי בין מדינות ואזורים.

אינדיקטורים ליעילות הכלכלית של מערכת גיאותרמית תלויים, למשל, בשאלה האם יש לפנות שפכים ובאילו דרכים זה נעשה, והאם ניתן להשתמש במשאב משולב. לפיכך, יסודות כימיים ותרכובות המופקים ממים תרמיים יכולים לספק הכנסה נוספת. הבה נזכיר את הדוגמה של לדרלו: הדבר העיקרי שם היה בדיוק ייצור כימי, והשימוש באנרגיה גיאותרמית היה בתחילה בעל אופי עזר.