Matagal nang alam ng mga tao ang tungkol sa mga kusang pagpapakita ng napakalaking enerhiya na nakatago sa kailaliman ng globo. Ang alaala ng sangkatauhan ay nagpapanatili ng mga alamat tungkol sa mga sakuna na pagsabog ng bulkan na ikinamatay ng milyun-milyon buhay ng tao, na nagbago sa hitsura ng maraming lugar sa Earth na hindi na makilala. Ang kapangyarihan ng pagsabog ng kahit na isang medyo maliit na bulkan ay napakalaki, ito ay maraming beses na mas malaki kaysa sa kapangyarihan ng pinakamalaking. mga planta ng kuryente nilikha ng mga kamay ng tao. Totoo, hindi na kailangang pag-usapan ang direktang paggamit ng enerhiya ng mga pagsabog ng bulkan: ang mga tao ay wala pang kakayahang pigilan ang mapanghimagsik na elementong ito, at, sa kabutihang palad, ang mga pagsabog na ito ay medyo bihirang mga kaganapan. Ngunit ito ay mga pagpapakita ng enerhiya na nakatago sa mga bituka ng lupa, kapag ang isang maliit na bahagi lamang ng hindi mauubos na enerhiya na ito ay nakahanap ng paglabas sa pamamagitan ng mga butas ng mga bulkan na humihinga ng apoy.

Ang maliit na bansang Europeo ng Iceland ("ang lupain ng yelo" sa literal na pagsasalin) ay ganap na sapat sa sarili sa mga kamatis, mansanas at maging saging! Maraming Icelandic greenhouse ang tumatanggap ng enerhiya mula sa init ng lupa; halos walang ibang lokal na pinagmumulan ng enerhiya sa Iceland. Ngunit ang bansang ito ay napakayaman mga hot spring at sikat na geyser - mga bukal ng mainit na tubig, na may katumpakan ng isang chronometer na sumabog sa lupa. At bagaman ang mga taga-Iceland ay walang priyoridad sa paggamit ng init ng mga pinagmumulan sa ilalim ng lupa (kahit ang mga sinaunang Romano ay nagdala ng tubig mula sa ilalim ng lupa patungo sa mga sikat na paliguan - ang Baths of Caracalla), ang mga naninirahan sa maliit na hilagang bansang ito. ang underground boiler room ay pinapatakbo nang napakatindi. Ang kabiserang lungsod ng Reykjavik, kung saan nakatira ang kalahati ng populasyon ng bansa, ay pinainit lamang ng mga pinagmumulan sa ilalim ng lupa. Ang Reykjavik ay ang perpektong panimulang punto para tuklasin ang Iceland: mula dito maaari kang pumunta sa pinakakawili-wili at iba't ibang mga ekskursiyon sa anumang sulok ng natatanging bansang ito: mga geyser, bulkan, talon, rhyolite mountains, fjords... Kahit saan sa Reykjavik mararamdaman mong PURO ENERGY - ang thermal energy ng mga geyser na nagmumula sa ilalim ng lupa, ang enerhiya ng kadalisayan at espasyo ng perpektong luntiang lungsod, ang enerhiya ng masaya at makulay na nightlife ng Reykjavik sa buong taon.

Ngunit ang mga tao ay kumukuha ng enerhiya mula sa kailaliman ng lupa hindi lamang para sa pagpainit. Ang mga power plant na gumagamit ng mga hot underground spring ay matagal nang gumagana. Ang unang naturang planta ng kuryente, na napakababa pa rin ng kapangyarihan, ay itinayo noong 1904 sa maliit na bayan ng Italyano ng Larderello, na ipinangalan sa Pranses na inhinyero na si Larderelli, na noong 1827 ay gumawa ng isang proyekto para sa paggamit ng maraming mainit na bukal sa lugar. Unti-unti, lumago ang kapangyarihan ng planta ng kuryente, parami nang parami ang mga bagong yunit na inilagay sa pagpapatakbo, ginamit ang mga bagong mapagkukunan ng mainit na tubig, at ngayon ang kapangyarihan ng istasyon ay umabot na sa isang kahanga-hangang halaga - 360 libong kilowatts. Sa New Zealand, mayroong isang planta ng kuryente sa lugar ng Wairakei, ang kapasidad nito ay 160 libong kilowatts. 120 km mula sa San Francisco sa USA, ang isang geothermal station na may kapasidad na 500 libong kilowatts ay gumagawa ng kuryente.

Enerhiya ng geothermal

Matagal nang alam ng mga tao ang tungkol sa mga kusang pagpapakita ng napakalaking enerhiya na nakatago sa kailaliman ng mundo. Ang memorya ng sangkatauhan ay naglalaman ng mga alamat tungkol sa mga sakuna na pagsabog ng bulkan na kumitil sa milyun-milyong buhay ng tao at nagbago sa hitsura ng maraming lugar sa Earth na hindi na makilala. Napakalaki ng kapangyarihan ng pagsabog ng kahit isang maliit na bulkan; ito ay maraming beses na mas malaki kaysa sa kapangyarihan ng pinakamalaking power plant na nilikha ng mga kamay ng tao. Totoo, hindi na kailangang pag-usapan ang direktang paggamit ng enerhiya ng mga pagsabog ng bulkan - ang mga tao ay wala pang kakayahang pigilan ang mapanghimagsik na elementong ito, at, sa kabutihang palad, ang mga pagsabog na ito ay medyo bihirang mga kaganapan. Ngunit ito ay mga pagpapakita ng enerhiya na nakatago sa mga bituka ng lupa, kapag ang isang maliit na bahagi lamang ng hindi mauubos na enerhiya na ito ay nakahanap ng paglabas sa pamamagitan ng mga butas ng mga bulkan na humihinga ng apoy.

Ang geyser ay isang mainit na bukal na nagbubuga ng tubig nito sa regular o hindi regular na taas, tulad ng isang fountain. Ang pangalan ay nagmula sa salitang Icelandic para sa "ibuhos". Ang hitsura ng mga geyser ay nangangailangan ng isang tiyak na kanais-nais na kapaligiran, na nilikha lamang sa ilang mga lugar sa mundo, na ginagawang medyo bihira. Halos 50% ng mga geyser ay matatagpuan sa Yellowstone National Park (USA). Ang aktibidad ng isang geyser ay maaaring tumigil dahil sa mga pagbabago sa ilalim ng lupa, lindol at iba pang mga kadahilanan. Ang pagkilos ng isang geyser ay sanhi ng pakikipag-ugnay ng tubig sa magma, pagkatapos nito ang tubig ay mabilis na uminit at, sa ilalim ng impluwensya ng geothermal energy, ay itinapon paitaas nang may lakas. Pagkatapos ng pagsabog, ang tubig sa geyser ay unti-unting lumalamig, bumabalik sa magma, at bumubulusok muli. Ang dalas ng mga pagsabog ng iba't ibang geyser ay nag-iiba mula sa ilang minuto hanggang ilang oras. Pangangailangan ng pagkakaroon mataas na enerhiya para sa pagkilos ng geyser - pangunahing dahilan ang kanilang pambihira. Ang mga lugar ng bulkan ay maaaring may mga hot spring, mud volcanoes, fumaroles, ngunit kakaunti ang mga lugar kung saan matatagpuan ang mga geyser. Ang katotohanan ay kahit na ang isang geyser ay nabuo sa isang lugar ng aktibidad ng bulkan, ang mga kasunod na pagsabog ay sisira sa ibabaw ng mundo at magbabago sa kondisyon nito, na hahantong sa paglaho ng geyser.

Ang enerhiya ng lupa (geothermal energy) ay batay sa paggamit natural na init Lupa. Ang bituka ng Earth ay naglalaman ng napakalaki, halos hindi mauubos na mapagkukunan ng enerhiya. Ang taunang radiation ng panloob na init sa ating planeta ay 2.8 * 1014 bilyon kW * oras. Ito ay patuloy na binabayaran ng radioactive decay ng ilang isotopes sa crust ng lupa.

Ang mga mapagkukunan ng geothermal na enerhiya ay maaaring may dalawang uri. Ang unang uri ay mga underground pool ng mga natural na coolant - mainit na tubig (hydrothermal spring), o singaw (steam thermal spring), o isang steam-water mixture. Sa esensya, ang mga ito ay handa nang gamitin na "underground boiler" kung saan maaaring makuha ang tubig o singaw gamit ang mga kumbensyonal na borehole. Ang pangalawang uri ay ang init ng mainit na mga bato. Sa pamamagitan ng pagbomba ng tubig sa gayong mga horizon, posible ring makakuha ng singaw o sobrang init na tubig para sa karagdagang paggamit para sa mga layunin ng enerhiya.

Ngunit sa parehong mga kaso ng paggamit pangunahing sagabal namamalagi, marahil, sa isang napakahinang konsentrasyon ng geothermal energy. Gayunpaman, sa mga lugar kung saan nabubuo ang mga kakaibang geothermal anomalya, kung saan ang mga mainit na bukal o mga bato ay medyo malapit sa ibabaw at kung saan, kapag nalulubog nang mas malalim sa bawat 100 m, ang temperatura ay tumataas ng 30-40 ° C, ang mga konsentrasyon ng geothermal na enerhiya ay maaaring lumikha ng mga kondisyon para sa paggamit nito sa ekonomiya. Depende sa temperatura ng tubig, singaw o steam-water mixture, ang mga geothermal na pinagmumulan ay nahahati sa mababa at katamtamang temperatura (na may temperaturang hanggang 130 - 150° C) at mataas na temperatura (higit sa 150°). Ang likas na katangian ng kanilang paggamit ay higit sa lahat ay nakasalalay sa temperatura.

Ito ay maaaring argued na enerhiyang geothermal ay may apat na kapaki-pakinabang na natatanging katangian.

Una, ang mga reserba nito ay halos hindi mauubos. Ayon sa mga pagtatantya mula sa huling bahagi ng 70s, hanggang sa lalim na 10 km, ang halaga nila ay 3.5 libong beses na mas malaki kaysa sa mga reserba ng tradisyonal na uri ng mineral na gasolina.

Pangalawa, medyo laganap ang geothermal energy. Ang konsentrasyon nito ay pangunahing nauugnay sa mga sinturon ng aktibong aktibidad ng seismic at bulkan, na sumasakop sa 1/10 ng lugar ng Earth. Sa loob ng mga sinturong ito, matutukoy namin ang ilan sa mga pinaka-maaasahan na "geothermal na lugar", ang mga halimbawa nito ay ang California sa USA, New Zealand, Japan, Iceland, Kamchatka, North Caucasus sa Russia. Lamang sa dating USSR Sa simula ng 90s, humigit-kumulang 50 underground na mainit na tubig at steam pool ang nabuksan.

Pangatlo, ang paggamit ng geothermal energy ay hindi nangangailangan ng malalaking gastos, dahil V sa kasong ito Pinag-uusapan natin ang tungkol sa "ready-to-use" na mga mapagkukunan ng enerhiya na nilikha ng kalikasan mismo.

Panghuli, pang-apat, ang geothermal na enerhiya ay ganap na hindi nakakapinsala mula sa isang kapaligirang pananaw at hindi nagpaparumi sa kapaligiran.

Matagal nang ginagamit ng tao ang enerhiya ng panloob na init ng Earth (tandaan, halimbawa, ang sikat na Roman bath), ngunit ang komersyal na paggamit nito ay nagsimula lamang noong 20s ng ating siglo sa pagtatayo ng unang geoelectric power plant sa Italya, at pagkatapos ay sa ibang mga bansa. Sa simula ng 80s, mayroong humigit-kumulang 20 na mga istasyon sa mundo na may kabuuang kapasidad na 1.5 milyong kW. Ang pinakamalaking sa kanila ay ang istasyon ng Geysers sa USA (500 thousand kW).

Ang geothermal energy ay ginagamit upang makabuo ng kuryente, mga bahay ng init, mga greenhouse, atbp. Ang tuyong singaw, sobrang init na tubig o anumang coolant na may mababang kumukulo (ammonia, freon, atbp.) ay ginagamit bilang isang coolant.

Ang enerhiya na ito ay kabilang sa mga alternatibong mapagkukunan. Sa ngayon, lalo nilang binabanggit ang mga posibilidad na makuha ang mga mapagkukunan na ibinibigay sa atin ng planeta. Masasabi nating nabubuhay tayo sa panahon ng uso para sa renewable energy. Maraming mga teknikal na solusyon, plano, at teorya ang ginagawa sa lugar na ito.

Matatagpuan ito sa kailaliman ng lupa at may mga katangian ng pag-renew, sa madaling salita, ito ay walang katapusan. Ang mga klasikong mapagkukunan, ayon sa mga siyentipiko, ay nagsisimula nang maubusan, ang langis, karbon, at gas ay matutuyo.

Nesjavellir Geothermal Power Plant, Iceland

Samakatuwid, maaari tayong unti-unting maghanda upang magpatibay ng bago mga alternatibong pamamaraan produksyon ng enerhiya. Sa ilalim ng crust ng lupa mayroong isang malakas na core. Ang temperatura nito ay mula 3000 hanggang 6000 degrees. Ang paggalaw ng mga lithospheric plate ay nagpapakita ng napakalaking kapangyarihan nito. Ito ay nagpapakita ng sarili sa anyo ng isang bulkan na pagsabog ng magma. Ang radioactive decay ay nangyayari sa kalaliman, kung minsan ay nag-uudyok ng mga natural na sakuna.

Karaniwan, pinapainit ng magma ang ibabaw nang hindi lumalampas dito. Lumilikha ito ng mga geyser o mainit na pool ng tubig. Para magamit mo mga pisikal na proseso para sa mga kinakailangang layunin para sa sangkatauhan.

Mga uri ng geothermal na pinagmumulan ng enerhiya

Ito ay karaniwang nahahati sa dalawang uri: hydrothermal at petrothermal energy. Ang una ay nabuo dahil sa mainit na pinagmumulan, at ang pangalawang uri ay ang pagkakaiba sa temperatura sa ibabaw at malalim sa lupa. Sa pagpapaliwanag sa sarili mong salita, ang hydrothermal source ay binubuo ng singaw at mainit na tubig, habang ang isang petrothermal source ay nakatago nang malalim sa ilalim ng lupa.

Mapa ng geothermal energy development potential sa mundo

Para sa enerhiya ng petrothermal, kinakailangan na mag-drill ng dalawang balon, punan ang isa ng tubig, pagkatapos ay magaganap ang isang proseso ng steaming, na darating sa ibabaw. May tatlong klase ng geothermal na lugar:

• Geothermal – matatagpuan malapit sa continental plates. Temperature gradient na higit sa 80C/km. Bilang halimbawa, ang Italian commune ng Larderello. May power plant doon
• Semi-thermal – temperatura 40 – 80 C/km. Ito ay mga likas na aquifer na binubuo ng mga pira-pirasong bato. Sa ilang lugar sa France, ang mga gusali ay pinainit sa ganitong paraan.
• Normal – gradient na mas mababa sa 40 C/km. Ang representasyon ng naturang mga lugar ay pinaka-karaniwan

Ang mga ito ay isang mahusay na mapagkukunan para sa pagkonsumo. Ang mga ito ay matatagpuan sa bato sa isang tiyak na lalim. Tingnan natin ang pag-uuri nang mas detalyado:

• Epithermal - temperatura mula 50 hanggang 90 C
• Mesothermal - 100 - 120 s
• Hypothermal - higit sa 200 s

Ang mga species na ito ay binubuo ng iba't ibang komposisyon ng kemikal. Depende dito, ang tubig ay maaaring gamitin para sa iba't ibang layunin. Halimbawa, sa produksyon ng kuryente, supply ng init (mga ruta ng init), hilaw na materyal na base.

Video: Geothermal Energy

Proseso ng pag-init

Ang temperatura ng tubig ay 50 -60 degrees, na pinakamainam para sa pagpainit at mainit na supply ng mga lugar ng tirahan. Ang pangangailangan para sa mga sistema ng pag-init ay nakasalalay sa lokasyon ng heograpiya at mga kondisyon ng klimatiko. At ang mga tao ay patuloy na nangangailangan ng mainit na supply ng tubig. Para sa prosesong ito, ang GTS (geothermal thermal stations) ay itinayo.

Kung ang isang boiler house na kumonsumo ng solid o panggatong ng gas, pagkatapos ang produksyong ito ay gumagamit ng geyser source. Ang teknikal na proseso ay napaka-simple, ang parehong mga komunikasyon, thermal ruta at kagamitan. Ito ay sapat na upang mag-drill ng isang balon, linisin ito ng mga gas, pagkatapos ay ipadala ito gamit ang mga sapatos na pangbabae sa boiler room, kung saan ang iskedyul ng temperatura ay pananatilihin, at pagkatapos ay papasok ito sa heating main.

Ang pangunahing pagkakaiba ay hindi na kailangang gumamit ng fuel boiler. Ito ay makabuluhang binabawasan ang gastos ng thermal energy. Sa taglamig, ang mga tagasuskribi ay tumatanggap ng supply ng init at mainit na tubig, at sa tag-araw ay mainit na supply lamang ng tubig.

Power generation

Ang mga hot spring at geyser ay nagsisilbing pangunahing bahagi sa paggawa ng kuryente. Para sa layuning ito, maraming mga scheme ang ginagamit, at ang mga espesyal na power plant ay itinayo. GTS device:

• tangke ng DHW
• Pump
• Gas separator
• Steam separator
• Pagbuo ng turbine
• Kapasitor
• Palakasin ang bomba
• Panlamig ng tangke

Tulad ng nakikita natin, ang pangunahing elemento ng circuit ay ang steam converter. Pinapayagan ka nitong makakuha ng purified steam, dahil naglalaman ito ng mga acid na sumisira sa mga kagamitan sa turbine. Posibleng gumamit ng halo-halong pamamaraan sa teknolohikal na cycle, iyon ay, tubig at singaw ay kasangkot sa proseso. Ang likido ay dumadaan sa buong yugto ng paglilinis mula sa mga gas, tulad ng singaw.

Binary source circuit

Ang gumaganang bahagi ay isang likido na may mababang punto ng kumukulo. Ang thermal water ay kasangkot din sa paggawa ng kuryente at nagsisilbing pangalawang hilaw na materyal.

Sa tulong nito, nabuo ang singaw mula sa isang mababang kumukulo na mapagkukunan. Ang GTS na may ganoong operating cycle ay maaaring ganap na awtomatiko at hindi nangangailangan ng mga tauhan sa pagpapanatili. Ang mas makapangyarihang mga istasyon ay gumagamit ng dual-circuit circuit. Ang ganitong uri ng power plant ay nagbibigay-daan sa pag-abot sa kapasidad na 10 MW. Dobleng istraktura ng circuit:

• Generator ng singaw
• Turbine
• Kapasitor
• Ejector
• Feed pump
• Economizer
• Evaporator

Praktikal na paggamit

Ang malaking reserba ng mga mapagkukunan ay maraming beses na mas malaki kaysa sa taunang pagkonsumo ng enerhiya. Ngunit isang maliit na bahagi lamang ang ginagamit ng sangkatauhan. Ang pagtatayo ng mga istasyon ay nagsimula noong 1916. Ang unang geothermal power plant na may kapasidad na 7.5 MW ay nilikha sa Italya. Ang industriya ay aktibong umuunlad sa mga bansa tulad ng USA, Iceland, Japan, Pilipinas, at Italy.

Ang aktibong paggalugad ng mga potensyal na lokasyon at mas maginhawang paraan ng pagkuha ay isinasagawa. Ang kapasidad ng produksyon ay lumalaki taun-taon. Kung isasaalang-alang natin ang tagapagpahiwatig ng ekonomiya, kung gayon ang halaga ng naturang industriya ay katumbas ng mga planta ng thermal power na pinaputok ng karbon. Halos ganap na sakop ng Iceland ang stock ng pabahay nito na may pinagmumulan ng GT. 80% ng mga bahay ay ginagamit para sa pagpainit mainit na tubig mula sa mga balon. Sinasabi ng mga eksperto mula sa USA na sa wastong pag-unlad, ang mga geothermal power plant ay maaaring makagawa ng 30 beses na higit pang taunang pagkonsumo. Kung pag-uusapan natin ang tungkol sa potensyal, 39 na bansa sa mundo ang ganap na makakapagbigay sa kanilang sarili ng kuryente kung gagamitin nila ang 100 porsiyento ng ilalim ng lupa.

2. Thermal na rehimen ng Earth

Ang Earth ay isang malamig na cosmic body. Ang temperatura sa ibabaw ay pangunahing nakasalalay sa init na nagmumula sa labas. 95% ng init ng itaas na layer ng Earth ay panlabas (solar) init, at 5% lamang ang init panloob , na nagmumula sa bituka ng Earth at may kasamang ilang mapagkukunan ng enerhiya. Sa loob ng Earth, ang temperatura ay tumataas nang may lalim mula 1300 o C (sa itaas na mantle) hanggang 3700 o C (sa gitna ng core).

Panlabas na init. Ang init ay dumarating sa ibabaw ng Earth pangunahin mula sa Araw. Ang bawat square centimeter ng ibabaw ay tumatanggap ng humigit-kumulang 2 calories ng init sa loob ng isang minuto. Ang dami na ito ay tinatawag solar constant at tinutukoy ang kabuuang dami ng init na pumapasok sa Earth mula sa Araw. Para sa isang taon ito ay umaabot sa 2.26·10 21 calories. Ang lalim ng pagtagos ng init ng araw sa mga bituka ng Earth ay higit sa lahat ay nakasalalay sa dami ng init na bumabagsak sa bawat unit na lugar sa ibabaw at sa thermal conductivity ng mga bato. Ang pinakamataas na lalim kung saan tumagos ang panlabas na init ay 200 m sa mga karagatan, at mga 40 m sa lupa.

init sa loob. Sa lalim, ang pagtaas ng temperatura ay sinusunod, na nangyayari nang hindi pantay sa iba't ibang mga lugar. Ang pagtaas ng temperatura ay sumusunod sa batas ng adiabatic at nakadepende sa compression ng substance sa ilalim ng pressure kapag imposible ang pagpapalitan ng init sa kapaligiran.

Ang pangunahing pinagmumulan ng init sa loob ng Earth:

Inilabas ang init sa panahon ng radioactive decay ng mga elemento.

Ang natitirang init ay napanatili mula noong nabuo ang Earth.

Gravitational heat na inilabas sa panahon ng compression ng Earth at ang pamamahagi ng matter ayon sa density.

Ang init na nabuo dahil sa mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa kailaliman ng crust ng lupa.

Init na inilabas ng tidal friction ng Earth.

Mayroong 3 temperatura zone:

ako— variable na temperatura zone . Ang mga pagbabago sa temperatura ay tinutukoy ng klima ng lugar. Ang pang-araw-araw na pagbabagu-bago ay halos namamatay sa lalim na humigit-kumulang 1.5 m, at taunang pagbabagu-bago sa lalim na 20...30 m. Ia - nagyeyelong zone.

II – pare-pareho ang temperatura zone , na matatagpuan sa lalim na 15...40 m depende sa rehiyon.

III – zone ng pagtaas ng temperatura .

Ang temperatura ng rehimen ng mga bato sa kailaliman ng crust ng lupa ay karaniwang ipinahayag bilang isang geothermal gradient at isang geothermal na hakbang.

Ang halaga ng pagtaas ng temperatura para sa bawat 100 m lalim ay tinatawag geothermal gradient. Sa Africa sa field ng Witwatersrand ito ay 1.5 °C, sa Japan (Echigo) - 2.9 °C, sa South Australia - 10.9 °C, sa Kazakhstan (Samarinda) - 6.3 °C, sa Kola Peninsula - 0.65 °C.

kanin. 3. Mga zone ng temperatura sa crust ng lupa: I - variable temperature zone, Ia - freezing zone; II - zone ng pare-pareho ang temperatura; III - zone ng pagtaas ng temperatura.

Ang lalim kung saan tumataas ang temperatura ng 1 degree ay tinatawag yugto ng geothermal. Ang mga numerical value ng geothermal stage ay hindi pare-pareho hindi lamang sa iba't ibang latitude, kundi pati na rin sa iba't ibang lalim ng parehong punto sa rehiyon. Ang laki ng geothermal step ay nag-iiba mula 1.5 hanggang 250 m. Sa Arkhangelsk ito ay 10 m, sa Moscow - 38.4 m, at sa Pyatigorsk - 1.5 m. Theoretically, ang average na halaga ng hakbang na ito ay 33 m.

Sa isang balon na na-drill sa Moscow hanggang sa lalim na 1630 m, ang temperatura sa ibaba ay 41 °C, at sa isang minahan na na-drill sa Donbass hanggang sa lalim na 1545 m, ang temperatura ay 56.3 °C. Ang pinakamataas na temperatura na naitala sa USA ay nasa isang balon na 7136 m ang lalim, kung saan ito ay 224 °C. Ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng malalalim na istruktura.Ayon sa mga kalkulasyon, sa lalim na 400 km ang temperatura ay dapat umabot sa 1400...1700 °C. Ang pinakamataas na temperatura (mga 5000 °C) ay nakuha para sa core ng Earth.

Init ng Lupa. Malamang na pinagmumulan panloob na init

Geothermy- isang agham na nag-aaral ng thermal field ng Earth. Ang average na temperatura ng ibabaw ng Earth ay may pangkalahatang ugali na bumaba. Tatlong bilyong taon na ang nakalilipas Katamtamang temperatura sa ibabaw ng Earth ay 71 o, ngayon – 17 o. Pinagmumulan ng init (thermal ) Ang mga patlang ng Earth ay panloob at panlabas na mga proseso. Ang init ng Earth ay sanhi ng solar radiation at nagmumula sa bituka ng planeta. Ang magnitude ng pag-agos ng init mula sa parehong pinagmumulan ay lubhang hindi pantay at ang kanilang mga tungkulin sa buhay ng planeta ay iba. Ang solar heating ng Earth ay nagkakahalaga ng 99.5% ng kabuuang dami ng init na natanggap ng ibabaw nito, at ang panloob na pag-init ay nagkakahalaga ng 0.5%. Bilang karagdagan, ang pag-agos ng panloob na init ay napaka hindi pantay na ipinamamahagi sa Earth at puro pangunahin sa mga lugar kung saan nangyayari ang bulkanismo.

Ang panlabas na mapagkukunan ay solar radiation . Ang kalahati ng enerhiya ng araw ay hinihigop ng ibabaw, mga halaman at ang subsurface layer ng crust ng lupa. Ang iba pang kalahati ay makikita sa kalawakan ng mundo. Ang solar radiation ay nagpapanatili ng temperatura ng ibabaw ng Earth sa average na humigit-kumulang 0 0 C. Ang araw ay nagpainit sa malapit-ibabaw na layer ng Earth sa lalim ng average na 8 - 30 m, na may average na lalim na 25 m, ang impluwensya ng solar heat ay huminto at ang temperatura ay nagiging pare-pareho (neutral na layer). Ang lalim na ito ay minimal sa mga lugar na may klimang dagat at pinakamataas sa rehiyon ng Subpolar. Sa ibaba ng hangganang ito mayroong isang zone ng pare-pareho ang temperatura na naaayon sa average na taunang temperatura ng lugar. Halimbawa, sa Moscow, sa teritoryo ng agrikultura. Academy na pinangalanan Timiryazev, sa lalim na 20 m, ang temperatura mula noong 1882 ay palaging nananatiling katumbas ng 4.2 o C. Sa Paris, sa lalim na 28 m, ang thermometer ay patuloy na nagpapakita ng 11.83 o C sa loob ng higit sa 100 taon. Ang layer na may isang Ang pare-parehong temperatura ay ang pinakamalalim kung saan ang pangmatagalan ( permafrost. Sa ibaba ng zone ng pare-pareho ang temperatura ay ang geothermal zone, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng init na nabuo ng Earth mismo.

Ang mga panloob na mapagkukunan ay ang bituka ng Earth. Ang Earth ay naglalabas ng mas maraming init sa kalawakan kaysa sa natatanggap nito mula sa Araw. Ang mga panloob na mapagkukunan ay kinabibilangan ng natitirang init mula sa oras na ang planeta ay natunaw, ang init ng mga thermonuclear na reaksyon na nagaganap sa bituka ng Earth, ang init ng gravitational compression ng Earth sa ilalim ng impluwensya ng gravity, ang init ng mga reaksiyong kemikal at mga proseso ng crystallization , atbp. (halimbawa, tidal friction). Ang init mula sa loob ay pangunahing nagmumula sa mga gumagalaw na zone. Ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay nauugnay sa pagkakaroon panloob na mga mapagkukunan init - pagkabulok radioactive isotopes– U, Th, K, gravitational differentiation ng matter, tidal friction, exothermic redox mga reaksiyong kemikal, metamorphism at mga phase transition. Ang rate ng pagtaas ng temperatura na may lalim ay tinutukoy ng isang bilang ng mga kadahilanan - thermal conductivity, permeability ng mga bato, kalapitan ng mga mapagkukunan ng bulkan, atbp.

Sa ilalim ng sinturon ng pare-pareho ang temperatura ay may pagtaas sa temperatura, sa average na 1 o bawat 33 m ( yugto ng geothermal) o 3 o bawat 100 m ( geothermal gradient). Ang mga halagang ito ay mga tagapagpahiwatig ng thermal field ng Earth. Malinaw na ang mga halagang ito ay karaniwan at nag-iiba sa magnitude sa iba't ibang lugar o mga zone ng Earth. Ang geothermal stage ay naiiba sa iba't ibang mga punto sa Earth. Halimbawa, sa Moscow - 38.4 m, sa Leningrad 19.6, sa Arkhangelsk - 10. Kaya, kapag nag-drill ng malalim na balon sa Kola Peninsula sa lalim na 12 km, ang temperatura ay ipinapalagay na 150 o, sa katotohanan ito ay lumabas. upang maging tungkol sa 220 degrees. Kapag ang pagbabarena ng mga balon sa hilagang rehiyon ng Caspian sa lalim na 3000 m, ang temperatura ay ipinapalagay na 150 o degrees, ngunit ito ay naging 108 o.

Dapat pansinin na ang mga tampok na klimatiko ng lugar at ang average na taunang temperatura ay hindi nakakaapekto sa pagbabago sa halaga ng yugto ng geothermal; ang mga dahilan ay nakasalalay sa mga sumusunod:

1) sa iba't ibang thermal conductivity ng mga bato na bumubuo sa isang partikular na lugar. Ang sukatan ng thermal conductivity ay ang dami ng init sa mga calorie na inilipat sa 1 segundo. Sa pamamagitan ng isang cross section na 1 cm 2 na may temperatura na gradient na 1 o C;

2) sa radioactivity ng mga bato, mas malaki ang thermal conductivity at radioactivity, mas mababa ang geothermal stage;

3) sa iba't ibang kondisyon paglitaw ng mga bato at edad ng kaguluhan ng kanilang paglitaw; ipinakita ng mga obserbasyon na ang temperatura ay tumataas nang mas mabilis sa mga layer na nakolekta sa mga fold, madalas silang naglalaman ng mga iregularidad (mga bitak), kung saan ang pag-access ng init mula sa kalaliman ay pinadali;

4) ang likas na katangian ng tubig sa lupa: ang mga daloy ng mainit na tubig sa lupa ay nagpapainit sa mga bato, ang mga malamig na daloy ay nagpapalamig sa kanila;

5) distansya mula sa karagatan: malapit sa karagatan dahil sa paglamig ng mga bato sa pamamagitan ng masa ng tubig, ang geothermal na hakbang ay mas malaki, at sa pakikipag-ugnay ay mas kaunti.

Ang kaalaman sa partikular na halaga ng geothermal step ay may malaking praktikal na kahalagahan.

1. Ito ay mahalaga kapag nagdidisenyo ng mga minahan. Sa ilang mga kaso, kakailanganing gumawa ng mga hakbang upang artipisyal na mapababa ang temperatura sa malalim na paggana (temperatura - 50 o C ang limitasyon para sa mga tao sa tuyong hangin at 40 o C sa mahalumigmig na hangin); sa iba, magiging posible na magsagawa ng trabaho sa napakalalim.

2. Pinakamahalaga ay may pagtatasa ng mga kondisyon ng temperatura sa panahon ng tunneling sa mga bulubunduking lugar.

3. Ang pag-aaral ng geothermal na kondisyon ng loob ng Earth ay ginagawang posible na gumamit ng singaw at mga hot spring na umuusbong sa ibabaw ng Earth. Ang init sa ilalim ng lupa ay ginagamit, halimbawa, sa Italya, Iceland; Sa Russia, isang pang-eksperimentong planta ng kuryente ang itinayo gamit ang natural na init sa Kamchatka.

Gamit ang data sa magnitude ng geothermal step, maaari tayong gumawa ng ilang mga pagpapalagay tungkol sa mga kondisyon ng temperatura ng malalim na mga zone ng Earth. Kung gagawin natin ang average na halaga ng geothermal na hakbang bilang 33 m at ipagpalagay na ang temperatura ay tumataas nang pantay sa lalim, pagkatapos ay sa lalim na 100 km magkakaroon ng temperatura na 3000 o C. Ang temperatura na ito ay lumampas sa mga punto ng pagkatunaw ng lahat ng mga sangkap na kilala sa Earth, samakatuwid sa lalim na ito ay dapat magkaroon ng mga natunaw na masa . Ngunit dahil sa napakalaking presyon ng 31,000 atm. Ang sobrang init na masa ay walang mga katangian ng mga likido, ngunit pinagkalooban ng mga katangian ng isang solid.

Sa lalim, ang geothermal stage ay tila dapat tumaas nang malaki. Kung ipagpalagay natin na ang antas ay hindi nagbabago nang may lalim, kung gayon ang temperatura sa gitna ng Earth ay dapat na mga 200,000 o degrees, at ayon sa mga kalkulasyon ay hindi ito maaaring lumampas sa 5,000 - 10,000 o.

Para sa Russia, ang enerhiya ng init ng Earth ay maaaring maging isang pare-pareho, maaasahang pinagmumulan ng mura at abot-kayang kuryente at init gamit ang mga bagong mataas, kapaligirang friendly na teknolohiya para sa pagkuha at supply nito sa mamimili. Ito ay totoo lalo na sa panahon ngayon

Limitadong mapagkukunan ng mga hilaw na materyales ng fossil energy

Ang pangangailangan para sa mga hilaw na materyales ng organikong enerhiya ay mahusay sa mga industriyalisado at umuunlad na mga bansa (USA, Japan, mga bansa ng nagkakaisang Europa, China, India, atbp.). Kasabay nito, ang sariling mga mapagkukunan ng hydrocarbon ng mga bansang ito ay hindi sapat o nakalaan, at ang isang bansa, halimbawa ang Estados Unidos, ay bumibili ng mga hilaw na materyales ng enerhiya sa ibang bansa o bumuo ng mga deposito sa ibang mga bansa.

Sa Russia, isa sa pinakamayamang bansa sa mga tuntunin ng mga mapagkukunan ng enerhiya, ang mga pang-ekonomiyang pangangailangan para sa enerhiya ay nasiyahan sa mga posibilidad ng paggamit ng mga likas na yaman. Gayunpaman, ang pagkuha ng fossil hydrocarbons mula sa ilalim ng lupa ay nangyayari sa napakabilis na bilis. Kung noong 1940–1960s. Ang mga pangunahing lugar na gumagawa ng langis ay ang "Ikalawang Baku" sa rehiyon ng Volga at ang mga Urals, pagkatapos, mula 1970s hanggang sa kasalukuyan, ang naturang lugar ay ang Western Siberia. Ngunit dito, masyadong, mayroong isang makabuluhang pagbaba sa produksyon ng fossil hydrocarbons. Ang panahon ng "tuyo" na Cenomanian gas ay nagiging isang bagay ng nakaraan. Nakaraang yugto ng malawakang pag-unlad ng pagmimina natural na gas ay natapos na. Ang pagbawi nito mula sa mga higanteng deposito tulad ng Medvezhye, Urengoyskoye at Yamburgskoye ay umabot sa 84, 65 at 50%, ayon sa pagkakabanggit. Ang bahagi ng mga reserbang langis na paborable para sa pag-unlad ay bumababa rin sa paglipas ng panahon.

Dahil sa aktibong pagkonsumo ng mga hydrocarbon fuel, ang onshore oil at natural gas reserves ay nabawasan nang malaki. Ngayon ang kanilang mga pangunahing reserba ay puro sa continental shelf. At kahit na ang hilaw na materyal na base ng industriya ng langis at gas ay sapat pa rin para sa produksyon ng langis at gas sa Russia sa kinakailangang mga volume, sa malapit na hinaharap ito ay masisiguro sa isang pagtaas ng lawak sa pamamagitan ng pagbuo ng mga deposito na may kumplikadong pagmimina at geological na mga kondisyon. Tataas ang halaga ng produksyon ng hydrocarbon.

Karamihan sa mga hindi nababagong mapagkukunan na nakuha mula sa ilalim ng lupa ay ginagamit bilang panggatong para sa mga planta ng kuryente. Una sa lahat, ito ay , ang bahagi nito sa istraktura ng gasolina ay 64%.

Sa Russia, 70% ng kuryente ay nabuo sa mga thermal power plant. Ang mga negosyo ng enerhiya ng bansa ay nagsusunog ng humigit-kumulang 500 milyong tonelada ng karbon taun-taon. t. upang makabuo ng kuryente at init, habang ang produksyon ng init ay kumukonsumo ng 3-4 na beses na mas maraming hydrocarbon fuel kaysa sa pagbuo ng kuryente.

Ang halaga ng init na nakuha mula sa pagkasunog ng mga volume na ito ng mga hilaw na materyales ng hydrocarbon ay katumbas ng paggamit ng daan-daang tonelada ng nuclear fuel - ang pagkakaiba ay malaki. Gayunpaman, ang enerhiyang nuklear ay nangangailangan ng pagtiyak ng kaligtasan sa kapaligiran (upang maiwasan ang pag-ulit ng Chernobyl) at pagprotekta nito mula sa mga posibleng pagkilos ng terorista, pati na rin ang ligtas at mahal na pag-decommissioning ng mga lipas na at nag-expire na nuclear power plant unit. Ang mga napatunayang nare-recover na reserbang uranium sa mundo ay humigit-kumulang 3 milyon 400 libong tonelada. Sa buong nakaraang panahon (hanggang 2007), humigit-kumulang 2 milyong tonelada ang namina.

RES bilang kinabukasan ng pandaigdigang enerhiya

Itinaas sa huling mga dekada Sa mundo, ang interes sa alternatibong renewable energy sources (RES) ay sanhi hindi lamang ng pagkaubos ng mga reserbang hydrocarbon fuel, kundi pati na rin ng pangangailangang malutas Problemang pangkalikasan. Layunin na mga kadahilanan (fossil fuel at uranium reserves, pati na rin ang mga pagbabago kapaligiran na nauugnay sa paggamit ng tradisyunal na sunog at enerhiyang nuklear) at mga uso sa pagbuo ng enerhiya ay nagmumungkahi na ang paglipat sa mga bagong pamamaraan at anyo ng paggawa ng enerhiya ay hindi maiiwasan. Nasa unang kalahati na ng ika-21 siglo. Magkakaroon ng kumpleto o halos kumpletong paglipat sa hindi tradisyonal na mga mapagkukunan ng enerhiya.

Kung mas maaga ang isang tagumpay sa direksyong ito, hindi gaanong masakit para sa buong lipunan at mas kapaki-pakinabang para sa bansa kung saan ang mga mapagpasyang hakbang ay gagawin sa direksyong ito.

Ang ekonomiya ng mundo ay nagtakda na ngayon ng kurso para sa paglipat sa isang makatwirang kumbinasyon ng tradisyonal at bagong mga mapagkukunan ng enerhiya. Ang pagkonsumo ng enerhiya sa mundo noong 2000 ay umabot sa higit sa 18 bilyong tce. t., at pagkonsumo ng enerhiya sa 2025 ay maaaring tumaas sa 30–38 bilyong tce. t., ayon sa mga pagtataya, sa pamamagitan ng 2050 pagkonsumo sa antas ng 60 bilyong tce ay posible. t. Ang mga katangiang uso sa pag-unlad ng ekonomiya ng daigdig sa panahong sinusuri ay isang sistematikong pagbaba sa pagkonsumo ng fossil fuels at isang kaukulang pagtaas sa paggamit ng hindi tradisyonal. Pinanggagalingan ng enerhiya. Thermal na enerhiya Sinasakop ng Earth ang isa sa mga unang lugar sa kanila.

Sa kasalukuyan, ang Ministri ng Enerhiya ng Russian Federation ay nagpatibay ng isang programa para sa pagpapaunlad ng di-tradisyonal na enerhiya, kabilang ang 30 malalaking proyekto para sa paggamit ng mga heat pump unit (HPU), ang prinsipyo ng pagpapatakbo kung saan ay batay sa pagkonsumo ng mababang - potensyal na thermal energy ng Earth.

Mababang-grade na enerhiya ng init ng Earth at mga heat pump

Ang mga pinagmumulan ng low-potential heat energy ng Earth ay solar radiation at thermal radiation pinainit na loob ng ating planeta. Sa kasalukuyan, ang paggamit ng naturang enerhiya ay isa sa mga pinaka-dynamic na pag-unlad ng mga lugar ng enerhiya batay sa renewable energy sources.

Maaaring gamitin ang init ng Earth sa iba't ibang uri mga gusali at istruktura para sa pagpainit, supply ng mainit na tubig, air conditioning (pagpapalamig), pati na rin para sa mga daanan ng pagpainit sa panahon ng taglamig taon, pag-iwas sa pag-icing, pag-init ng mga field sa mga bukas na stadium, atbp. Sa Ingles na teknikal na literatura, ang mga system na gumagamit ng init ng Earth sa mga sistema ng pagpainit at air conditioning ay itinalaga bilang GHP - "geothermal heat pump" (geothermal heat pump). Ang mga klimatiko na katangian ng mga bansa ng Gitnang at Hilagang Europa, na, kasama ang USA at Canada, ay ang mga pangunahing lugar para sa paggamit ng mababang antas ng init mula sa Earth, tinutukoy ito pangunahin para sa mga layunin ng pagpainit; paglamig ng hangin kahit sa loob panahon ng tag-init Kinakailangan medyo bihira. Samakatuwid, hindi tulad ng USA, ang mga heat pump sa mga bansang Europa ay pangunahing gumagana sa heating mode. Sa USA, mas madalas silang ginagamit sa mga sistema ng pagpainit ng hangin na sinamahan ng bentilasyon, na nagpapahintulot sa parehong pagpainit at paglamig ng hangin sa labas. Sa mga bansang Europa, ang mga heat pump ay karaniwang ginagamit sa mga sistema ng pagpainit ng tubig. Dahil ang kanilang kahusayan ay tumataas habang bumababa ang pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng evaporator at condenser, ang mga underfloor heating system ay kadalasang ginagamit upang magpainit ng mga gusali, kung saan ang isang coolant ay umiikot sa medyo mababang temperatura (35–40 o C).

Mga uri ng mga sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init mula sa Earth

Sa pangkalahatan, ang dalawang uri ng mga sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init mula sa Earth ay maaaring makilala:

– bukas na mga sistema: ang tubig sa lupa na direktang ibinibigay sa mga heat pump ay ginagamit bilang pinagmumulan ng mababang uri ng thermal energy;

– saradong mga sistema: ang mga heat exchanger ay matatagpuan sa masa ng lupa; kapag ang isang coolant na may mas mababang temperatura na may kaugnayan sa lupa ay umiikot sa kanila, ang thermal energy ay "pinili" mula sa lupa at inilipat sa evaporator ng heat pump (o kapag gumagamit ng isang coolant na may mas mataas na temperatura na may kaugnayan sa lupa, ito ay pinalamig).

Ang mga disadvantages ng mga bukas na sistema ay ang mga balon ay nangangailangan ng pagpapanatili. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga naturang sistema ay hindi posible sa lahat ng mga lugar. Ang mga pangunahing kinakailangan para sa lupa at tubig sa lupa ay ang mga sumusunod:

– sapat na pagkamatagusin ng lupa, na nagpapahintulot sa mga reserbang tubig na mapunan;

- mabuti komposisyong kemikal tubig sa lupa (hal. mababang nilalaman ng bakal), pag-iwas sa mga problema na nauugnay sa pagbuo ng mga deposito sa mga dingding ng mga tubo at kaagnasan.

Mga saradong sistema para sa paggamit ng mababang potensyal na enerhiya ng init mula sa Earth

Ang mga saradong sistema ay maaaring pahalang o patayo (Larawan 1).

kanin. 1. Scheme ng pag-install ng geothermal heat pump na may: a – pahalang

at b – vertical ground heat exchangers.

Pahalang na pagpapalitan ng init sa lupa

Sa Kanluran at Gitnang Europa, ang mga pahalang na pagpapalitan ng init sa lupa ay karaniwang mga indibidwal na tubo na inilatag nang medyo mahigpit at konektado sa isa't isa sa serye o kahanay (Larawan 2).

kanin. 2. Horizontal ground heat exchangers na may: a – serial at

b - parallel na koneksyon.

Upang i-save ang lugar kung saan inalis ang init, ang mga pinahusay na uri ng mga heat exchanger ay binuo, halimbawa, mga heat exchanger sa hugis ng isang spiral (Larawan 3), na matatagpuan nang pahalang o patayo. Ang ganitong uri ng mga heat exchanger ay karaniwan sa USA.