Ako môže Zem slúžiť ako zdroj nevyčerpateľnej energie

Geotermálnej energie

Už z názvu je zrejmé, že predstavuje teplo zemského vnútra. Pod zemskou kôrou je vrstva magmy, čo je ohnivá tekutá silikátová tavenina. Podľa údajov z výskumu je energetický potenciál tohto tepla oveľa vyšší ako energia svetových zásob zemného plynu a ropy. Magma - láva vychádza na povrch. Navyše najväčšia aktivita sa pozoruje v tých vrstvách Zeme, na ktorých sú hranice tektonických dosiek, ako aj v miestach, kde je zemská kôra charakterizovaná tenkosťou. Geotermálna energia Zeme sa získava týmto spôsobom: láva a vodné zdroje planéty sa dostanú do kontaktu, v dôsledku čoho sa voda začne prudko zahrievať. To vedie k erupcii gejzíru, vzniku takzvaných horúcich jazier a podvodných prúdov. Teda presne k tým prírodným javom, ktorých vlastnosti sa aktívne využívajú ako nevyčerpateľný zdroj energie.

Účinnosť geotermálnej elektrárne

V skutočnosti sa nedá povedať, že geotermálne elektrárne sú veľmi účinné, pretože ich účinnosť je iba 7-10 percent. To je veľmi málo v porovnaní so zariadeniami, kde sa energia získava zo spaľovania paliva. Preto nemôžete jednoducho vykopať jamu, vložiť do nej rúrku a ísť odpočívať. Systém musí byť vysoko efektívny a na zvýšenie produktivity používať viac cyklov, inak získaná energia nebude stačiť ani na prevádzku čerpadiel používaných na dodávanie kvapaliny na povrch.

Kľúčom k úspechu geotermálnych elektrární v porovnaní s veternou a slnečnou je ich konzistencia. Sú schopní pracovať 24 hodín denne 7 dní v týždni pri rovnakej intenzite a na prácu spotrebujú menej energie, ako produkujú na výstupe. Ďalším plusom je možnosť získavania tepla použitého na vykurovanie domov a objektov v najbližšom okolí. A k tomu všetkému nemusíte spaľovať drahé palivo.

Umelé geotermálne pramene

Energia obsiahnutá v útrobách Zeme musí byť využívaná s rozumom. Napríklad existuje myšlienka vytvoriť podzemné kotly. Aby ste to dosiahli, musíte vyvŕtať dve studne s dostatočnou hĺbkou, ktoré budú spojené dole. To znamená, že sa ukazuje, že takmer v každom kúte krajiny je možné priemyselne získať geotermálnu energiu: cez studňu sa bude do nádrže čerpať studená voda a cez druhú studená voda alebo para. Umelé zdroje tepla budú prospešné a racionálne, ak výsledné teplo poskytne viac energie. Para môže smerovať do turbínových generátorov, ktoré budú vyrábať elektrinu.

Zvolené teplo je samozrejme iba zlomkom toho, čo je k dispozícii v celkových rezervách. Malo by sa však pamätať na to, že hlboké teplo sa bude neustále doplňovať v dôsledku procesov rádioaktívneho rozpadu, stlačenia hornín, stratifikácie vnútorností. Podľa odborníkov sa v zemskej kôre akumuluje teplo, ktorého celkové množstvo je 5 000-krát väčšie ako výhrevnosť všetkých fosílnych zdrojov Zeme ako celku. Ukazuje sa, že prevádzková doba takto umelo vytvorených geotermálnych staníc môže byť neobmedzená.

Globálna distribúcia geotermálnej energie

Hrúbka zemskej kôry, závislosť teploty jej vnútorných vrstiev od hĺbky, a teda aj dostupnosť geotermálnej energie v rôznych oblastiach planéty sa veľmi líšia.

Nad hranicami litosférických dosiek, v horských oblastiach a na pobreží oceánov, sú zdroje geotermálnej energie oveľa prístupnejšie. V literatúre je veľa máp, diagramov a obrázkov ilustrujúcich túto nerovnosť.

Numerickým ukazovateľom dostupnosti geotermálnej energie môže byť gradient nárastu teploty prostredia v závislosti od hĺbky. Podľa tohto ukazovateľa možno regióny Zeme rozdeliť do niekoľkých kategórií:

1. Geotermálna, ktorá sa nachádza v blízkosti hraníc kontinentálnych dosiek. Teplotný gradient nad 80 ° C / km. Príkladom je obec Larderello v talianskej provincii Pisa, kde je postavená prvá geotermálna elektráreň na svete, oblasti s horúcimi gejzírmi na Islande, Kamčatke, Údolí gejzírov v americkom národnom parku Yellowstone.
2. Polotermické s teplotným gradientom 40-80 ° C / km. Ako príklad môžu slúžiť niektoré časti Francúzska. Bežné, s teplotným gradientom menej ako 40 ° C / km - väčšina povrchu Zeme.

Distribúcia oblastí s vysokým výskytom vysokoteplotných vrstiev kôry po zemskom povrchu do značnej miery určuje koncentráciu v určitých regiónoch priemyselných podnikov využívajúcich prírodné teplo. Takže okrem už spomínaného Islandu a industrializovaného Japonska sa veľká časť týchto podnikov nachádza na Filipínach.

V Rusku možno okrem Ďalekého východu pobrežia Sachalinu a Kurilských ostrovov takmer úplne identifikovať oblasti s vyššou geotermálnou aktivitou s horskými oblasťami pozdĺž južných hraníc krajiny, na Kaukaze a na východnej Sibíri.

Vlastnosti zdrojov

Zdroje, ktoré poskytujú geotermálnu energiu, sú takmer nemožné využiť v plnom rozsahu. Existujú vo viac ako 60 krajinách sveta, pričom väčšina suchozemských sopiek sa nachádza v tichomorskom vulkanickom okruhu. V praxi sa však ukazuje, že geotermálne zdroje v rôznych regiónoch sveta sa svojimi vlastnosťami úplne líšia, a to priemernou teplotou, mineralizáciou, zložením plynu, kyslosťou atď.

Gejzíry sú zdroje energie na Zemi, ktorých zvláštnosťou je, že chrlia vriacu vodu v pravidelných intervaloch. Po výbuchu je bazén zbavený vody, na jeho dne vidíte kanál, ktorý vedie hlboko do zeme. Gejzíry sa používajú ako zdroje energie v regiónoch ako Kamčatka, Island, Nový Zéland a Severná Amerika a solitéry sa nachádzajú v niekoľkých ďalších oblastiach.

Vyhliadky geotermálnych elektrární

Viac ako sto rokov po prvej ukážke možností využitia geotermálnej energie sú stanice fungujúce na tomto „palive“ sľubné a pre niektoré regióny nenahraditeľné. Napríklad v Rusku sú takmer všetky stanice umiestnené na Kamčatke. V USA hovoríme o Kalifornii a v Nemecku o niektorých alpských oblastiach.

Krajiny sú lídrami vo výrobe energie z geotermálnych zdrojov.

Medzi päť lídrov z hľadiska objemu energie vyrobenej GeoTPP patria USA, Indonézia, Filipíny, Taliansko a Nový Zéland. Je ľahké vidieť, že ide o krajiny s úplne odlišnou úrovňou rozvoja. Ukazuje sa, že geotermálna energia je k dispozícii všetkým a každý sa o ňu zaujíma. S postupujúcim technologickým pokrokom, zvyšovaním účinnosti zariadení a znižovaním dodávok neobnoviteľných zdrojov energie bude geotermálna energia čoraz viac dopytovaná.

Pre tých, ktorí sa obávajú teploty planéty, treba povedať, že pri teplote stredu Zeme najmenej 6800 stupňov Celzia sa za miliardu rokov ochladí iba o 300-500 stupňov. Myslím si, že sa toho netreba obávať.

Odkiaľ pochádza energia?

Nechladená magma sa nachádza veľmi blízko zemského povrchu. Uvoľňujú sa z neho plyny a pary, ktoré stúpajú a prechádzajú pozdĺž trhlín. Pri zmiešaní s podzemnou vodou spôsobujú ich ohrev, samy sa menia na horúcu vodu, v ktorej je rozpustených veľa látok.Takáto voda sa uvoľňuje na povrch Zeme vo forme rôznych geotermálnych prameňov: horúce pramene, minerálne pramene, gejzíry atď. Podľa vedcov sú horúcimi útrobami Zeme jaskyne alebo komory spojené chodbami, trhlinami a kanálmi. Sú len naplnené podzemnou vodou a centrá magmy sa nachádzajú veľmi blízko nich. Týmto spôsobom sa tepelná energia Zeme formuje prirodzeným spôsobom.

Geotermálne vykurovanie doma

Schéma geotermálneho vykurovania

Najprv musíte pochopiť princípy získavania tepelnej energie. Vychádzajú z nárastu teploty, keď idete hlbšie do zeme. Na prvý pohľad je zvýšenie stupňa ohrevu zanedbateľné. Ale vďaka príchodu nových technológií sa vykurovanie domu pomocou zemského tepla stalo skutočnosťou.

Hlavnou podmienkou organizácie geotermálneho vykurovania je teplota najmenej 6 ° C. Je to typické pre stredné a hlboké vrstvy pôdy a vodných útvarov. Posledne menované veľmi závisia od ukazovateľa vonkajšej teploty, preto sa používajú veľmi zriedka. Ako je možné organizovať vykurovanie domu energiou Zeme?

K tomu je potrebné vyrobiť 3 okruhy naplnené kvapalinami s rôznymi technickými vlastnosťami:

• Vonkajšie... Častejšie v ňom koluje nemrznúca zmes. K jeho zahriatiu na teplotu nie nižšiu ako 6 ° С dochádza v dôsledku energie zeme;
• Tepelné čerpadlo... Bez nej je ohrev z energie zeme nemožný. Nosič tepla z vonkajšieho okruhu pomocou výmenníka tepla odovzdáva svoju energiu chladivu. Jeho teplota odparovania je menej ako 6 ° C. Potom vstúpi do kompresora, kde po stlačení teplota stúpne na 70 ° C;
• Vnútorný obrys... Podobná schéma sa používa na prenos tepla zo stlačeného chladiva do vody v prekonávacom systéme. Ohrev z útrob zeme teda prebieha s minimálnymi nákladmi.

Napriek zjavným výhodám sú takéto systémy zriedkavé. Je to spôsobené vysokými nákladmi na nákup zariadenia a organizáciu vonkajšieho okruhu na príjem tepla.

Najlepšie je zveriť výpočet vykurovania z tepla zeme odborníkom. Efektívnosť celého systému bude závisieť od správnosti výpočtov.

Elektrické pole Zeme

V prírode existuje ďalší alternatívny zdroj energie, ktorý sa vyznačuje obnoviteľnosťou, ohľaduplnosťou k životnému prostrediu a ľahkým používaním. Je pravda, že tento zdroj sa doteraz iba študuje a v praxi sa neuplatňuje. Takže potenciálna energia Zeme je skrytá v jej elektrickom poli. Energiu je možné získať týmto spôsobom štúdiom základných zákonov elektrostatiky a charakteristík elektrického poľa Zeme. V skutočnosti je naša planéta z elektrického hľadiska sférický kondenzátor nabitý až 300 000 voltov. Jeho vnútorná sféra má záporný náboj a vonkajšia, ionosféra, je kladná. Zemská atmosféra je izolátor. Cez ňu prúdi konštantný tok iónových a konvekčných prúdov, ktoré dosahujú silu niekoľko tisíc ampérov. Potenciálny rozdiel medzi doskami sa však v tomto prípade neznižuje.

To naznačuje, že v prírode existuje generátor, ktorého úlohou je neustále doplňovať únik nábojov z kondenzátorových dosiek. Úlohu takého generátora zohráva magnetické pole Zeme, ktoré rotuje s našou planétou v prúde slnečného vetra. Energiu magnetického poľa Zeme je možné získať iba pripojením spotrebiča energie k tomuto generátoru. Aby ste to dosiahli, musíte vykonať spoľahlivú uzemňovaciu inštaláciu.

Ako je to užitočné?

Zem je symbolom hmotného sveta. Zo všetkých prvkov je to zem, ktorá je človeku najbližšia. Je to oživujúca sila, centrum a podpora pre všetko živé. Dáva život, živí sa, konzervuje, stará sa o ľudí.

Energia Zeme je nasmerovaná tak, aby vyživovala všetky časti tela na molekulárnej úrovni. Umožňuje vám obnoviť vnútornú rovnováhu, cítiť spojenie s rodinou a získať od nej podporu.Dáva človeku základnú kvalitu - udržateľnosť.

Hrá dôležitú úlohu pri udržiavaní zdravia, pri normalizácii materiálnej, duchovnej a sexuálnej sféry života. Pomocou pozemskej energie môžete rozvíjať také vlastnosti ako schopnosť pohotovej reakcie, milosrdenstvo, láskavosť, harmónia, pokoj.

Nedostatok energie zo Zeme vedie človeka do depresívneho a nervového stavu. Radosť zo života zmizne, stabilita a stabilita zmiznú. Plány sa zrútia, problémy sa začnú v sexuálnej sfére a v oblasti financií.

Pozemská energia je nevyhnutná najmä pre ženy. Dáva schopnosť prežívať radosť z pocitu, že sa nachádzate vo svojom tele, z pohybov, zo sexuálnych vzťahov.

Uzemnenie dodáva energetickú silu, umožňuje vám konať na základe vnútorných potrieb. Pozemská energia pomáha žene riešiť materiálne problémy, zostať múdrou, starostlivou a milujúcou matkou a manželkou.

Obnoviteľné zdroje

Ako populácia na našej planéte neustále rastie, potrebujeme čoraz viac energie na podporu populácie. Energia obsiahnutá v útrobách Zeme môže byť veľmi odlišná. Napríklad existujú obnoviteľné zdroje: veterná, solárna a vodná energia. Sú šetrné k životnému prostrediu, a preto ich môžete používať bez obáv z poškodenia životného prostredia.

Nízka tepelná energia Zeme a tepelné čerpadlá

Zdrojmi nízkopotenciálnej energie zemského tepla sú slnečné žiarenie a tepelné žiarenie zo zahriatych útrob našej planéty. V súčasnosti je využitie tejto energie jednou z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich oblastí energie založenej na obnoviteľných zdrojoch energie.

Teplo Zeme je možné využiť v rôznych druhoch budov a konštrukcií na vykurovanie, zásobovanie teplou vodou, klimatizáciu (chladenie), ako aj na vykurovacie cesty v zimnom období, zabraňujúce námraze, vykurovacie polia na otvorených štadiónoch atď. využívajúce teplo Zeme v systémoch dodávky tepla a klimatizácie sa označujú ako GHP - „geotermálne tepelné čerpadlá“ (geotermálne tepelné čerpadlá). Klimatické charakteristiky krajín strednej a severnej Európy, ktoré sú spolu s USA a Kanadou hlavnými oblasťami využívania nízkopotenciálneho tepla Zeme, to určujú hlavne na vykurovacie účely; ochladzovanie vzduchu aj v lete je pomerne zriedkavé. Na rozdiel od USA preto tepelné čerpadlá v európskych krajinách fungujú hlavne v režime vykurovania. V Spojených štátoch sa častejšie používajú v systémoch vykurovania vzduchu kombinovaných s vetraním, ktoré umožňuje ohrievať aj ochladzovať vonkajší vzduch. V európskych krajinách sa tepelné čerpadlá bežne používajú v teplovodných vykurovacích systémoch. Pretože ich účinnosť rastie s poklesom teplotného rozdielu medzi výparníkom a kondenzátorom, systémy podlahového kúrenia sa často používajú na vykurovanie budov, v ktorých cirkuluje chladivo pri relatívne nízkej teplote (35–40 ° C).

Energia vody

Táto metóda sa používa už mnoho storočí. Dnes je vybudované obrovské množstvo priehrad, nádrží, v ktorých sa voda používa na výrobu elektriny. Podstata tohto mechanizmu je jednoduchá: pod vplyvom toku rieky sa kolesá turbín otáčajú, respektíve sa energia vody premieňa na elektrickú.

Dnes existuje veľké množstvo vodných elektrární, ktoré premieňajú energiu prúdenia vody na elektrinu. Zvláštnosťou tejto metódy je, že sa obnovujú vodné zdroje, respektíve také štruktúry majú nízke náklady. Preto napriek tomu, že výstavba vodných elektrární trvá už dosť dlho, a samotný postup je veľmi nákladný, napriek tomu tieto štruktúry výrazne prekonávajú energeticky náročné odvetvia.

Sila sopiek: ako zemské teplo dodáva ľuďom energiu

Všetci dobre vieme, že alternatívna energia je pre životné prostredie bezpečnejšia ako tradičná energia. Vieme, že jeho zdrojmi sú Slnko, vietor, príliv a odliv, biomasa. V modernom informačnom svete sa však málo pozornosti venuje inému zdroju alternatívnej energie - sopkám. Úspechy na tomto poli nie sú čiastočne také významné.

Keby sme sa ale naučili využívať silu sopiek aspoň na 50 percent, nepotrebovali by sme na získanie svetla a tepla ani plyn, ani ropu. Faktom je, že sopky môžu ľuďom dodať také množstvo energie, ktoré tisíckrát prevyšuje energiu zo svetových zásob plynu a ropy.

Odkiaľ pochádza energia sopiek?

Našu planétu možno do istej miery prirovnať k vajcu: najskôr existuje „tvrdá škrupina“ nazývaná litosféra, potom „viskózny proteín“ - plášť a hustý (pravdepodobne) „žĺtok“ - jadro.

Hrúbka "tvrdej škrupiny" na súši aj v oceáne sa líši: v prvom prípade dosahuje 50 - 70 km, v druhom prípade to môže byť 5 - 20 km. Celá litosféra je rozdelená na bloky, ktoré dohromady pripomínajú mozaiku rozrezanú poruchami a prasklinami - vedci takéto bloky nazývajú litosférické platne.

Foto: geographyofrussia.com/ Vnútorná štruktúra Zeme

Pokiaľ ide o plášť, je veľmi horúci, jeho teplota sa pohybuje od niekoľkých stoviek do niekoľkých tisíc stupňov: čím bližšie k jadru, tým vyššia teplota, a teda čím bližšie k litosfére, tým nižšia. Teplotný rozdiel je dôvodom, prečo sa látky v plášti miešajú: chladnejšie hmoty klesajú a horúce stúpajú. Aj keď je plášť zahriaty na vysoké teploty, nie je tekutý, ale ako sme už povedali vyššie, viskózny v dôsledku silného tlaku vo vnútri Zeme.

Bloky našej „tvrdej škrupiny“ ležia na plášti a mierne sa do nich ponárajú pod váhou svojej váhy. Keď vyhriata hmota plášťa vystúpi na povrch, začne sa pohybovať pod litosférickými „mozaikovými“ platňami a núti ich, aby ju nedobrovoľne nasledovali.

Ak je súčasne časť jednej platne stlačená zhora ďalším litosférickým blokom, potom sa táto časť postupne ponorí hlbšie a hlbšie do plášťa a roztaví sa, v dôsledku čoho dôjde k tekutine magma

- roztavené horniny s vodnou parou a plynom.

Pretože magma je ľahšia ako okolité horniny, začína pomaly stúpať nahor a hromadiť sa v magmatických komorách pozdĺž kolíznych línií dosiek. Jeho teplota je v tomto okamihu približne 900 - 1 200 ° C.

Foto: shilchik.livejournal.com/ Keď magma dosiahne povrch, ochladí sa, stratí plyny a stane sa lávou

Správanie rozžeravenej magmy v takýchto komorách sa dá do istej miery porovnať s kvasnicovým cestom: magma zväčšuje objem, zaberá všetok voľný priestor a stúpa z hĺbky pozdĺž trhlín a snaží sa vymaniť (ak je magma bohatá na hliník a kremík) , môže tuhnúť priamo v kôre a vytvárať hlboké vyvreté horniny). Keď cesto zdvihne veko hrnca a vyteká cez okraj, magma sa zdvihne a potom prerazí zemskú kôru na najslabších miestach a vylomí sa na povrch. Takto prebiehajú erupcie.

Keď sa skala topí hlboko v podzemí, v priebehu chemických reakcií a rádioaktívneho rozpadu prvkov sa uvoľňuje teplo, ktoré rovnako ako magma stúpa k zemi a zhasína. Hustota tepelného toku klesá, keď sa blíži k povrchu.

Teplo z útrob zeme zaujíma mnohých výskumníkov, pretože s jeho pomocou je možné poskytnúť ľuďom energiu na obrovské množstvo času. Tento druh energie vo vede sa nazýva geotermálna.

Ako sa človek snaží skrotiť energiu sopiek

Tepelný tok, ktorý sa dostáva na povrch vo väčšine oblastí planéty, je malý: jeho výkon je približne 0,06 wattu na meter štvorcový, alebo niečo okolo 355 Wh / m2 za rok. Vedci to pripisujú zvláštnej geologickej štruktúre a možno nízkej tepelnej vodivosti hornín na veľkej časti Zeme. Ale ak tieto tepelné toky idú cez trhliny a poruchy, ako aj existujúce sopky v zónach so zvýšenou sopečnou a seizmickou aktivitou planéty, sú spravidla stokrát silnejšie ako obvykle, pretože menej hrubá „škrupina“ „sa stretávajú na ich ceste, a v dôsledku toho nie je termický sprej taký silný. Samotné erupcie aj horúce podzemné vody vynášajú na povrch tepelné toky, niekedy k tomu dochádza vo forme pary (vody ležia v hĺbkach, do ktorých sa môžeme dostať, kde sú ohrievané magmou, zvyčajne do stavu pary).

Takéto aktívne oblasti priťahujú pozornosť geológov z celého sveta a práve tu, v blízkosti sopiek, sú postavené špeciálne geotermálne stanice, ktoré krotia podzemné teplo a vyrábajú z neho elektrinu a energiu na vykurovanie domov.

Foto: elementy.ru/ Princíp fungovania geotermálnej elektrárne na suchú paru

Ako sme už povedali, čím bližšie k jadru planéty, tým vyššia je teplota, čo znamená, že sa zvyšuje výkon tepelného toku. Napríklad v magmatickej komore, ktorá sa nachádza v hĺbke niečo viac ako 5 kilometrov pod sopkou Avachinsky na Kamčatke, sa nahromadilo približne 7 x 10 (na 14. výkon) kcal / km3 tepla, čo by poskytovalo energiu pre státisíce domov.

Preto sa pri stavbe geotermálnych elektrární snažia inžinieri vŕtať studne čo najhlbšie, čo vám umožní dostať sa na vyššie teploty a získať výkonnejšie tepelné toky vo forme suchej a mokrej pary alebo horúcej vody, ktoré potom v „hotovom“ stave forme ísť do výparníkov alebo turbín a potom do generátorov.

Počas vŕtania teplota rastie s každým kilometrom priemerne o 20 - 30 ° C a v závislosti od geologickej stavby sa v rôznych oblastiach Zeme môže rýchlosť zvyšovania teploty líšiť.

Je zaujímavé, že teplá voda s teplotou 20 - 30 až 100 ° C je vhodná na vykurovanie priestorov a od 150 ° C na výrobu elektriny.

V súčasnosti sú najhlbšie geotermálne vrty, ktoré ľudia dokázali vyvŕtať, dlhé iba 2 - 4 km. Vďaka nim a napríklad geotermálnym elektrárňam v Rusku a v USA sa v roku 2010 podarilo získať inštalovaný výkon o niečo viac ako 80 MW, respektíve 3086 MW. Je zaujímavé, že konvenčná jadrová elektráreň produkuje v priemere 1 000 - 2 000 MW ročne.

V súčasnosti sa uvažuje o projektoch, ktoré umožňujú vyrezávanie otvorov hlbokých až 5 kilometrov priamo v sopkách a získavanie energie z magmy (nezabudnite, že teplota v takej hĺbke v magmatických komorách môže dosiahnuť 900 - 1 200 ° C). Pokusy ukazujú, že dnes existujú stavebné výrobky, ktoré sa dajú úspešne použiť v magmatických komorách, najmä žiaruvzdorné zliatiny Inconel 718 a 310 (môžu sa používať do 980 ° C).

Foto: gazeta.ru/ Vŕtanie geotermálneho vrtu na Islande

V roku 2000 bol na Islande zahájený Islandský vrtný projekt. O deväť rokov neskôr sa pri vŕtaní prvej studne podarilo špecialistom dosiahnuť magmatickú komoru v hĺbke 2 kilometrov a vytvoriť najteplejší geotermálny tok pri 450 ° C.

V roku 2020 začal Island s vrtnou súpravou Tor (pomenovanou po škandinávskom bohovi hromov a búrok) vŕtať druhú studňu v hĺbke 5 kilometrov. Práce pokračovali na polostrove Reykjanes a skončili o rok neskôr. Vďaka tejto inštalácii boli Islanďania schopní preniknúť 4659 metrov do hlbokých vodných vrstiev v kontakte s magmou a dosiahnuť prietok 427 ° C.

V takejto hĺbke je voda v superkritickom stave (to znamená, že sa nespráva ako kvapalina alebo plyn), dokáže akumulovať obrovské množstvo tepla a produkovať niekoľkonásobne viac energie ako suchá a vlhká para alebo horúca podzemná voda .

Táto studňa je podľa niektorých vedcov schopná dodať až 50 MW energie, teda 10-násobok energie oproti konvenčnému geotermálnemu vrtu, a poskytnúť energiu o 50 tisíc domov viac.

Geotermálne projekty v Rusku a USA

Island nie je jedinou krajinou na svete, ktorá využíva sopečnú energiu. Geotermálne pramene sa rozvíjajú v Taliansku, Japonsku, Mexiku, Rusku, USA, na Havaji, v afrických krajinách, to znamená na miestach sopečnej a seizmickej aktivity.

V Rusku existuje 5 geotermálnych elektrární, ktoré sa nachádzajú hlavne na Kamčatke. Najmocnejšou z nich je Mutnovskaya. V roku 2020 bol jeho inštalovaný výkon 50 MW.

Je to však len malá časť, Rusko prakticky nevyužíva svoj potenciál v tejto oblasti. Podľa výskumov vedcov má naša krajina 10-krát viac geotermálnych zdrojov ako zásoby ropy a plynu. Iba na úkor jednej geotermálnej formy energie mohlo Rusko plne uspokojiť svoj „energetický apetít“. Ale z ekonomických a technických dôvodov sa to nedá urobiť. V súčasnosti zostáva podiel geotermálnej energie na celkovom energetickom sektore v krajine zanedbateľný.

V Spojených štátoch je to oveľa lepšie. Vyvíja sa tam geotermálna energia. Napríklad 116 kilometrov od San Franciska, na hranici kalifornských okresov Lake a Sonoma, iba jedna skupina geotermálnych elektrární (celkovo ich je 22) je schopná prijať inštalovaný výkon až 1 520 MW ročne.

Americké spoločnosti sú svetovými lídrami v priemysle geotermálnej energie, aj keď tento sektor sa v Spojených štátoch začal objavovať len nedávno. Podľa amerického ministerstva obchodu je vývoz geotermálnej energie z tejto krajiny väčší ako dovoz (rovnaká situácia je aj s technológiami pre tento druh energie).

Problémy s ťažbou energie z útrob Zeme

Geotermálna energia patrí k ekologicky šetrným zdrojom a špeciálne elektrárne na jej výrobu nevyžadujú veľké plochy (v priemere jedna stanica zaberá 400 metrov štvorcových na 1 GW vyrobenej energie).

Stále však má niektoré ekologické nevýhody. Predovšetkým tvorba tuhého odpadu, určité chemické znečistenie vody a pôdy, ako aj tepelné znečistenie atmosféry.

Hlavným zdrojom chemického znečistenia sú horúce podvodné vody, ktoré pomerne často obsahujú veľké množstvo toxických zlúčenín, čo zase spôsobuje problém pri zneškodňovaní odpadových vôd.

Alebo napríklad vŕtanie studní. Počas tohto procesu vzniká rovnaké nebezpečenstvo ako pri vŕtaní konvenčnej studne: pôda a vegetačný kryt sú zničené.

Foto: wikipedia.org/ Plynný oblak zo sopky Augustin v roku 2006, ktorý sa nachádza na rovnomennom ostrove neďaleko Aljašky

Para zapojená do prevádzky geotermálnych elektrární môže tiež obsahovať amoniak, oxid uhličitý a ďalšie látky, a keď sa uvoľní do atmosféry, stane sa zdrojom jej znečistenia.

Je pravda, že tieto emisie sú oveľa nižšie ako v tepelných elektrárňach. Ak porovnáme emisie oxidu uhličitého, potom na kWh vyrobenej elektriny dosahujú 380 g na geotermálnej stanici oproti 1042 pre uhlie a 453 g pre plyn.

Problém s odpadovou vodou už dostal jednoduché riešenie. S nízkou slanosťou po ochladení sa voda čerpá späť do zvodnenej vrstvy injektážnou studňou bez poškodenia prírody, ktorá sa v súčasnosti používa.

Geotermálna energia v budúcnosti v Rusku

Sopky sú obrovským zdrojom energie pod našimi nosmi, čo je dosť pre všetkých so záujmom.Aby sme zvládli teplo vo vnútri Zeme, musíme sa naučiť ako vŕtať hlboké studne a bez problémov prenášať podzemné teplo na povrch. Bude to ťažké bez investícií, vzájomnej pomoci štátov a zavádzania inovatívnych nápadov.

Príroda nám poskytuje obrovské zásoby podzemného tepla - alternatívny zdroj energie, ktorý sa dá využiť v prospech človeka a nie na úkor planéty, a tento dar, bohužiaľ, ignorujeme z dvoch jednoduchých dôvodov: chamtivosť a neochota vziať si zodpovednosť za to, čo robíme so životným prostredím.

Našli ste chybu? Vyberte kúsok textu a stlačte Ctrl + Enter.

+3

0

Energia slnka: moderná a budúcnosť

Solárna energia sa získava pomocou solárnych panelov, ale moderná technológia vám umožňuje používať na tento účel nové metódy. Najväčšou slnečnou elektrárňou na svete je systém vybudovaný v kalifornskej púšti. Má plný výkon 2 000 domov. Návrh funguje nasledovne: slnečné lúče sa odrážajú od zrkadiel, ktoré sú s vodou vysielané do centrálneho kotla. Varí sa a mení sa na paru, ktorá poháňa turbínu. Ona je zase pripojená k elektrickému generátoru. Vietor možno tiež použiť ako energiu, ktorú nám dáva Zem. Vietor fúka plachty, otáča mlyny. A teraz sa z neho dajú vytvárať zariadenia, ktoré budú generovať elektrickú energiu. Otáčaním lopatiek veterného mlyna poháňa hriadeľ turbíny, ktorá je zase spojená s elektrickým generátorom.

Aplikácie

Využívanie geotermálnej energie sa datuje do 19. storočia. Prvou boli skúsenosti Talianov žijúcich v provincii Toskánsko, ktorí na vykurovanie používali teplú vodu zo zdrojov. S jej pomocou fungovali nové vrtné súpravy na studne.

Toskánska voda je bohatá na bór a po odparení, ktoré sa zmenilo na kyselinu boritú, kotly pôsobili na teplo svojich vlastných vôd. Na začiatku 20. storočia (1904) Toskánci zašli ďalej a spustili parnú elektráreň. Dôležitým zážitkom pre USA, Japonsko, Island sa stal príklad Talianov.

Poľnohospodárstvo a záhradníctvo

Geotermálna energia sa používa v poľnohospodárstve, zdravotníctve a domácnostiach v 80 krajinách sveta.

Prvá vec, na ktorú sa termálna voda používala a používa, je vykurovanie skleníkov a skleníkov, čo umožňuje zber zeleniny, ovocia a kvetov aj v zime. Na polievanie prišla vhod aj teplá voda.

Pestovanie plodín v hydropónii sa považuje za perspektívny smer pre poľnohospodárskych výrobcov. Niektoré rybie farmy používajú na chov plôdikov a rýb ohrievanú vodu v umelých nádržiach.

Odporúčame vám prečítať si: Aký je najlepší spôsob likvidácie vianočného stromčeka?

Tieto technológie sú bežné v Izraeli, Keni, Grécku, Mexiku.

Priemysel a bývanie a komunálne služby

Pred viac ako storočím bola už horúca tepelná para základom pre výrobu elektriny. Odvtedy slúži priemyslu a verejným službám.

Na Islande je 80% bývania vykurovaných termálnou vodou.

Boli vyvinuté tri schémy výroby elektriny:

1. Priamka pomocou vodnej pary. Najjednoduchšie: používa sa tam, kde je priamy prístup ku geotermálnym parám.
2. Nepriamo, nepoužíva paru, ale vodu. Privedie sa do výparníka, technickým spôsobom sa prevedie na paru a odošle sa do turbínového generátora.

Voda si vyžaduje ďalšie čistenie, pretože obsahuje agresívne zlúčeniny, ktoré môžu zničiť pracovné mechanizmy. Odpadová, ale ešte nie ochladená para je vhodná na vykurovanie.

1. Zmiešané (binárne). Voda nahradzuje palivo, ktoré ohrieva inú tekutinu s vyšším prenosom tepla. Poháňa turbínu.

Binárny systém využíva turbínu, ktorá sa aktivuje energiou ohriatej vody.
Hydrotermálnu energiu využívajú USA, Rusko, Japonsko, Nový Zéland, Turecko a ďalšie krajiny.

Geotermálne vykurovacie systémy pre domácnosť

Na vykurovanie bývania je vhodný tepelný nosič ohriaty na +50 - 600 ° C, geotermálna energia túto požiadavku spĺňa. Mestá s niekoľko desiatkami tisíc obyvateľmi môžu byť ohrievané teplom zemského vnútra. Napríklad: vykurovanie mesta Labinsk na Krasnodarskom území beží na zemné palivo.

Schéma geotermálneho systému na vykurovanie domu

Nie je potrebné strácať čas a energiu na ohrev vody a výstavbu kotolne. Chladiaca kvapalina sa odoberá priamo zo zdroja gejzíru. Rovnaká voda je vhodná aj na prívod teplej vody. V prvom a druhom prípade prechádza nevyhnutným predbežným technickým a chemickým čistením.

Výsledná energia stojí dvakrát až trikrát lacnejšie. Objavili sa inštalácie pre súkromné ​​domy. Sú drahšie ako tradičné kotly na palivo, ale v procese prevádzky odôvodňujú náklady.

Výhody a nevýhody využívania geotermálnej energie na vykurovanie domu.

Vnútorná energia Zeme

Ukázalo sa to ako výsledok niekoľkých procesov, z ktorých hlavné sú narastanie a rádioaktivita. Podľa vedcov k formovaniu Zeme a jej masy došlo niekoľko miliónov rokov a stalo sa tak v dôsledku formovania planetesimál. Prilepili sa k sebe, respektíve hmota Zeme sa stávala čoraz viac. Keď naša planéta začala mať modernú hmotu, ale stále bola bez atmosféry, bez prekážok na ňu padali meteorické a asteroidové telesá. Tento proces sa nazýva narastanie a viedol k uvoľneniu významnej gravitačnej energie. A čím väčšie telesá padali na planétu, tým väčšie bolo množstvo uvoľnenej energie obsiahnutej v útrobách Zeme.

Táto gravitačná diferenciácia viedla k tomu, že látky začali stratifikovať: ťažké látky sa jednoducho utopili a ľahké a prchavé vyplávali hore. Diferenciácia ovplyvnila aj ďalšie uvoľňovanie gravitačnej energie.

Atómová energia

Využitie energie Zeme sa môže stať rôznymi spôsobmi. Napríklad pri výstavbe jadrových elektrární, keď sa tepelná energia uvoľňuje v dôsledku rozpadu najmenších častíc hmoty atómov. Hlavným palivom je urán, ktorý je obsiahnutý v zemskej kôre. Mnohí veria, že táto konkrétna metóda získavania energie je najsľubnejšia, ale jej použitie je spojené s množstvom problémov. Po prvé, urán vyžaruje žiarenie, ktoré zabíja všetky živé organizmy. Ak sa navyše táto látka dostane do pôdy alebo atmosféry, vznikne skutočná katastrofa spôsobená človekom. Stále zažívame smutné následky havárie v černobyľskej jadrovej elektrárni. Nebezpečenstvo spočíva v tom, že rádioaktívny odpad môže veľmi, veľmi dlho, celé tisícročia ohrozovať všetko živé.

Chemická energia

Skrz

Chemická energia sa ukladá vo väzbách medzi atómami.

Chemická energia je forma potenciálna energia, ktorá je uložená vo väzbách medzi atómami v dôsledku príťažlivých síl medzi nimi.

Počas chemickej reakcie sa jedna alebo viac zlúčenín nazývaných reagencie prevádza na ďalšie zlúčeniny nazývané produkty. Tieto transformácie sú dôsledkom rozbitia alebo tvorby chemických väzieb, ktoré spôsobujú zmeny chemickej energie.

Energia sa uvoľňuje pri rozbití väzieb počas chemických reakcií. Toto je známe ako exotermická reakcia... Napríklad autá používajú chemickú energiu benzínu na výrobu tepelnej energie, ktorá sa používa na pohon automobilu. Rovnako aj potraviny skladujú chemickú energiu, ktorú používame na fungovanie živých vecí.

Po vytvorení spojenia je potrebná energia; to endotermická reakcia... Fotosyntéza je endotermická reakcia, ktorej energia pochádza zo slnka.

Nový čas - nové nápady

Ľudia tým samozrejme nezostávajú a každý rok sa objavujú ďalšie a ďalšie pokusy o hľadanie nových spôsobov získavania energie. Ak sa energia zemského tepla získa celkom jednoducho, potom niektoré metódy nie sú také jednoduché. Napríklad ako zdroj energie je celkom možné použiť biologický plyn, ktorý sa získava z tlejúceho odpadu. Môže byť použitý na vykurovanie domov a ohrev vody.

Stále viac sa budujú prílivové elektrárne, keď sú cez ústie nádrží inštalované priehrady a turbíny, ktoré sú poháňané prílivom a odlivom, pričom sa získava elektrina.

Vesmírne solárne stanice.

Každú hodinu dostane Zem toľko slnečnej energie, než ju používajú pozemšťania za celý rok. Jedným zo spôsobov, ako využiť túto energiu, je vybudovanie obrovských solárnych fariem, ktoré budú zhromažďovať časť nepretržitého slnečného žiarenia vysokej intenzity.

Obrovské zrkadlá budú odrážať slnečné lúče na menšie kolektory. Táto energia sa potom bude prenášať na zem pomocou mikrovlnných alebo laserových lúčov.

Jedným z dôvodov, prečo je tento projekt v štádiu nápadu, sú jeho enormné náklady. Napriek tomu sa to môže stať skutočnosťou nie tak dávno vďaka vývoju gélových technológií a zníženiu nákladov na prepravu nákladu do vesmíru.

Horiaci odpad, získavame energiu

Ďalšou metódou, ktorá sa už v Japonsku používa, je vytváranie spaľovní. Dnes sú postavené v Anglicku, Taliansku, Dánsku, Nemecku, Francúzsku, Holandsku a Spojených štátoch, ale iba v Japonsku sa tieto podniky začali využívať nielen na určený účel, ale aj na výrobu elektriny. Miestne továrne spaľujú 2/3 všetkého odpadu, zatiaľ čo továrne sú vybavené parnými turbínami. Podľa toho dodávajú teplo a elektrinu do okolitých oblastí. Zároveň je z hľadiska nákladov oveľa výhodnejšie vybudovať takýto podnik ako postaviť kombinovanú výrobu elektriny a tepla.

Vyhliadka na využitie zemského tepla tam, kde sú sústredené sopky, vyzerá lákavejšie. V takom prípade nie je potrebné vrtať Zem príliš hlboko, pretože už v hĺbke 300 - 500 metrov bude teplota najmenej dvojnásobkom bodu varu vody.

Existuje tiež taká metóda výroby elektriny ako vodíková energia. Vodík - najjednoduchší a najľahší chemický prvok - možno považovať za ideálne palivo, pretože sa nachádza tam, kde je voda. Ak spaľujete vodík, môžete získať vodu, ktorá sa rozkladá na kyslík a vodík. Samotný vodíkový plameň je neškodný, to znamená, že nepoškodí životné prostredie. Zvláštnosťou tohto prvku je, že má vysokú výhrevnosť.

Krajiny využívajúce teplo planéty

Nesporným lídrom v oblasti využívania geo-zdrojov sú USA - v roku 2012 dosiahla výroba energie v tejto krajine 16,792 milióna megawatthodín. V tom istom roku dosiahla celková kapacita všetkých geotermálnych elektrární v Spojených štátoch 3386 MW.

Geotermálne elektrárne v USA sa nachádzajú v štátoch Kalifornia, Nevada, Utah, Havaj, Oregon, Idaho, Nové Mexiko, Aljaška a Wyoming. Najväčšia skupina tovární sa volá „Gejzíry“ a nachádza sa neďaleko San Francisca.

Okrem USA sú v prvej desiatke lídrov (od roku 2013) aj Filipíny, Indonézia, Taliansko, Nový Zéland, Mexiko, Island, Japonsko, Keňa a Turecko. Zároveň na Islande poskytujú zdroje geotermálnej energie 30% z celkového dopytu krajiny, na Filipínach - 27% a v Spojených štátoch - menej ako 1%.

Čo bude v budúcnosti?

Energia magnetického poľa Zeme alebo energia získaná v jadrových elektrárňach samozrejme nemôže plne uspokojiť všetky potreby ľudstva, ktoré každoročne rastú.Odborníci však tvrdia, že nie sú dôvody na obavy, pretože palivové zdroje planéty sú stále dostatočné. Okrem toho sa využíva čoraz viac nových ekologických a obnoviteľných zdrojov.

Problém znečistenia životného prostredia zostáva a katastroficky rastie. Množstvo škodlivých emisií klesá z rozsahu, vzduch, ktorý dýchame, je škodlivý, voda má nebezpečné nečistoty a pôda sa postupne vyčerpáva. Preto je také dôležité včas študovať taký jav, ako je energia v útrobách Zeme, aby sme hľadali spôsoby, ako znížiť dopyt po fosílnych palivách a aktívnejšie využívať nekonvenčné zdroje energie.

Ako získať geotermálnu energiu a kde sa používa

Najprirodzenejším spôsobom využitia geotermálnej energie je jej využitie na vykurovanie. Princíp fungovania a vybavenia takejto tepelnej stanice zostáva prakticky nezmenený, rozdiel spočíva v neprítomnosti alebo zníženom výkone kotla na vykurovaciu vodu a v potrebe chemického čistenia termálnej vody, často obsahujúcej aktívne nečistoty, pred jej nasmerovaním vykurovacie potrubie. Takže v našej krajine na Krasnodarskom území je celá dedina (Mostovskoy), ktorá je vykurovaná výlučne geotermálnymi zdrojmi.

Pri dostatočne vysokej teplote termálnej vody sa z nej dá vyrábať elektrina na princípe tepelných elektrární. V najjednoduchšom prípade sa para generovaná priamo z tepelného zdroja privádza do turbíny. Pokiaľ je teplota termálnej vody príliš nízka na intenzívne vytváranie pary rotujúcej turbínu, je dodatočne ohrievaná.

Ak je teplota termálnej vody nedostatočná na intenzívne odparovanie, môže sa uplatniť aj takzvaný binárny princíp: horúca termálna voda sa používa na ohrev a odparovanie ďalšej kvapaliny s nízkym bodom varu, ako je napríklad freón, ktorá tvorí pracovnú paru, ktorá otáča turbínu. Tento princíp je v Rusku zakomponovaný do experimentálneho zariadenia, ktoré je súčasťou geotermálneho komplexu na Kamčatke.