Maasoojusenergia ja selle kasutamine, maasoojusenergia väljavaated

Maa sees on tohutult palju soojusenergiat. Hinnangud on siin ikka üsna erinevad, kuid kui piirduda 3 km sügavusega, siis kõige konservatiivsemate hinnangute järgi 8 x 1017 kJ maasoojusenergiaga. Samal ajal on selle tegeliku rakendamise ulatus meie riigis ja kogu maailmas tähtsusetu. Milles siin probleem on ja millised on geotermilise energia kasutamise väljavaated?

Geotermiline energia on Maa soojusenergia. Maa looduslikust soojusest vabanevat energiat nimetatakse geotermiliseks energiaks. Energiaallikana võib Maa soojus koos olemasolevate tehnoloogiatega katta inimkonna vajadusi palju-palju aastaid. Ja see ei puuduta isegi soojust, mis voolab liiga sügavale, seni kättesaamatutesse piirkondadesse.

Miljoneid aastaid eraldub see soojus meie planeedi soolestikust ja südamiku jahutuskiirus ei ületa 400 ° C miljardi aasta kohta! Samal ajal ei ole Maa tuuma temperatuur erinevate allikate kohaselt praegu madalam kui 6650 ° C ja väheneb järk-järgult selle pinna suunas. Maast kiirgub pidevalt 42 triljonit vatti soojust, millest vaid 2% asub maakoores.

Maa sisemine soojusenergia avaldub aeg-ajalt ähvardavalt tuhandete vulkaanide pursete, maavärinate, maakoore liikumiste ja muude vähem märgatavate, kuid mitte vähem globaalsete looduslike protsesside näol.

Teaduslik seisukoht selle nähtuse põhjuste kohta on see, et Maa soojuse tekkimine on seotud uraani, tooriumi ja kaaliumi radioaktiivse lagunemise pideva protsessiga planeedi sisemuses, samuti aine gravitatsioonilise eraldumisega. selle tuumas.

Maakoore graniidikiht, mis asub 20 000 meetri sügavusel, on mandrite radioaktiivse lagunemise peamine tsoon ja ookeanide jaoks on ülemine vahevöö kõige aktiivsem kiht. Teadlased usuvad, et mandritel on umbes 10 000 meetri sügavusel maakoore põhja temperatuur umbes 700 ° C, samas kui ookeanides ulatub temperatuur vaid 200 ° C-ni.

Kaks protsenti maapõues leiduvast geotermilisest energiast on konstantselt 840 miljardit vatti ja see on tehnoloogiliselt kättesaadav energia. Parimad kohad selle energia ammutamiseks on alad mandrilaamade servade lähedal, kus maakoor on palju õhem, ning seismilise ja vulkaanilise aktiivsusega alad – kus maasoojus avaldub maapinnale väga lähedal.

Kus ja millisel kujul maasoojusenergia tekib?

Praegu tegeletakse aktiivselt geotermilise energia arendamisega: USA, Island, Uus-Meremaa, Filipiinid, Itaalia, El Salvador, Ungari, Jaapan, Venemaa, Mehhiko, Kenya ja teised riigid, kus soojust tuleb planeedi soolestikust. tõuseb pinnale auru ja kuuma vee kujul, väljudes temperatuuril kuni 300 ° C.

Ilmekate näidetena võib tuua kuulsad Islandi ja Kamtšatka geisrid, aga ka kuulsa Yellowstone'i rahvuspargi, mis asub Ameerika Ühendriikide Wyomingi, Montana ja Idaho osariikides ja mille pindala on ligi 9000 ruutkilomeetrit.

Maasoojusenergiast rääkides on väga oluline meeles pidada, et see on enamasti madala potentsiaaliga ehk kaevust väljuva vee või auru temperatuur ei ole kõrge. Ja see mõjutab oluliselt sellise energia kasutamise efektiivsust.

Fakt on see, et elektrienergia tootmiseks on tänapäeval majanduslikult otstarbekas, et jahutusvedeliku temperatuur oleks vähemalt 150 ° C. Sel juhul saadetakse see otse turbiini.

On seadmeid, mis kasutavad madalama temperatuuriga vett. Nendes soojendab geotermiline vesi sekundaarset jahutusvedelikku (näiteks freooni), millel on madal keemistemperatuur. Tekkiv aur pöörab turbiini. Kuid selliste seadmete võimsus on väike (10–100 kW) ja seetõttu on energiakulu kõrgem kui kõrge temperatuuriga vett kasutavatel elektrijaamadel.

GeoPP Uus-Meremaal

Geotermilised ladestused on kuuma veega täidetud poorsed kivimid. Need on sisuliselt looduslikud maasoojuskateld.

Aga mis siis, kui maapinnale kulunud vett ei visata ära, vaid tagastatakse boilerisse? Tsirkulatsioonisüsteemi loomine? Sel juhul ei kasutata mitte ainult termaalvee soojust, vaid ka ümbritsevaid kive. Selline süsteem suurendab selle koguarvu 4-5 korda. Soolase veega keskkonnareostuse probleem eemaldatakse, kuna see naaseb maa-alusesse horisonti.

Soojus toimetatakse kuuma vee või auruna pinnale, kus seda kasutatakse kas otse hoonete ja majade kütmiseks või elektri tootmiseks. Kasulik on ka Maa pinnasoojus, milleni jõutakse tavaliselt puurkaevude abil, kus gradient suureneb iga 36 meetri järel 1 °C võrra.

Selle soojuse neelamiseks kasutavad nad soojuspumbad… Kuuma vett ja auru kasutatakse elektri tootmiseks ja otsekütteks ning vee puudumisel sügavale koondunud soojus muundatakse soojuspumpade abil kasulikuks vormiks. Magma energiat ja vulkaanide alla kogunevat soojust ammutatakse sarnasel viisil.

Üldiselt on maasoojuselektrijaamades elektri tootmiseks mitmeid standardseid meetodeid, kuid jällegi kas otse või soojuspumbalaadses skeemis.

Lihtsamal juhul juhitakse aur lihtsalt torujuhtme kaudu elektrigeneraatori turbiini. Kompleksses skeemis on aur eelnevalt puhastatud, nii et lahustunud ained ei hävita torusid. Segaskeemis eemaldatakse vees lahustunud gaasid pärast auru kondenseerumist vees.

Lõpuks on olemas binaarskeem, kus teine ​​madala keemistemperatuuriga vedelik (soojusvaheti skeem) toimib jahutusvedelikuna (soojuse võtmiseks ja generaatori turbiini pööramiseks).

Kõige lootustandvamad on vee ja liitiumkloriidiga vaakum-absorptsioonsoojuspumbad. Esimesed tõstavad termaalvee temperatuuri vaakumveepumba elektritarbimise tõttu.

Vaakumaurustisse siseneb kaevu vesi, mille temperatuur on 60–90 ° C. Tekkiv aur surutakse kokku turboülelaaduriga. Rõhk valitakse sõltuvalt jahutusvedeliku nõutavast temperatuurist.

Kui vesi läheb otse küttesüsteemi, siis on see 90 — 95 ° C, kui soojusvõrkudesse, siis 120 — 140 ° C. Kondensaatoris annab kondenseerunud aur oma soojuse linnaküttes ringlevale veele. võrgud, küttesüsteemid ja soe vesi .

Milliseid muid võimalusi on maasoojusenergia kasutamise suurendamiseks?

Üks suundi on seotud suures osas ammendunud nafta- ja gaasimaardlate kasutamisega.

Nagu teate, toimub selle tooraine tootmine vanadel põldudel vee üleujutamise meetodil, see tähendab, et kaevudesse pumbatakse vett, mis tõrjub reservuaari pooridest välja nafta ja gaasi.

Ammendumise edenedes täituvad poorsed reservuaarid veega, mis omandab ümbritsevate kivimite temperatuuri ja nii muudetakse maardlad maasoojuskatlaks, millest on võimalik üheaegselt ammutada õli ja saada kütteks vett.

Loomulikult tuleb puurida lisakaevud ja luua tsirkulatsioonisüsteem, kuid see tuleb palju odavam kui uue maasoojusvälja arendamine.

Teine võimalus on eraldada kuivadest kivimitest soojust tehislike läbilaskvate tsoonide moodustamise teel. Meetodi olemus on poorsuse tekitamine kuivades kivimites plahvatuste abil.

Soojuse eraldamine sellistest süsteemidest toimub järgmiselt: kaks kaevu puuritakse üksteisest teatud kaugusel. Ühte pumbatakse vesi, mis läbi moodustunud pooride ja pragude teise poole liikudes eemaldab kivimitelt soojuse, soojeneb ja tõuseb seejärel pinnale.

Sellised katsesüsteemid juba toimivad Ameerika Ühendriikides ja Inglismaal. Los Alamoses (USA) on kaks kaevu – üks sügavusega 2700 m ja teine ​​– 2300 m, ühendatud hüdraulilise purustamisega ja täidetud tsirkuleeriva veega, mis on kuumutatud temperatuurini 185 °C. Inglismaal Rosemeniuses karjäär, vesi kuumutatakse 80 °C-ni.

Geotermiline elektrijaam

Planeedi soojus kui energiaressurss

Itaalia Larederello linna lähedal kulgeb elektriraudtee, mis töötab kaevu kuiva auruga. Süsteem on töötanud alates 1904. aastast.

Geiseriväljad Jaapanis ja San Franciscos on veel kaks kuulsat kohta maailmas, mis kasutavad elektri tootmiseks ka kuiva kuuma auru. Niiske auru osas on selle ulatuslikumad põllud Uus-Meremaal ja pindalalt väiksemad - Jaapanis, Venemaal, El Salvadoris, Mehhikos, Nicaraguas.

Kui käsitleda maasoojust energiaressursina, siis selle varud on kümneid miljardeid kordi suuremad kui inimkonna aastane energiatarbimine kogu maailmas.

Vaid 1% maakoore soojusenergiast, mis on võetud 10 000 meetri sügavuselt, oleks piisav, et katta sadu kordi inimkonna poolt pidevalt toodetavate fossiilkütuste, nagu nafta ja gaas, varud, mis viib aluspinnase ja keskkonnareostuse suhtes.

See on tingitud majanduslikest põhjustest. Kuid geotermilistel elektrijaamadel on süsinikdioksiidi heitkogused väga mõõdukad, umbes 122 kg toodetud elektri megavatt-tunni kohta, mis on oluliselt väiksem kui fossiilkütuste elektritootmise heitkogused.

Industrial GeoPE ja geotermilise energia väljavaated

Esimene tööstuslik geoPE võimsusega 7,5 MW ehitati 1916. aastal Itaalias. Sellest ajast peale on kogunenud hindamatuid kogemusi.

1975. aasta seisuga oli GeoPP kogu installeeritud võimsus maailmas 1278 MW ja 1990. aastal juba 7300 MW. Suurimad geotermilise energia arendamise mahud on Ameerika Ühendriikides, Mehhikos, Jaapanis, Filipiinidel ja Itaalias.

Esimene geoPE NSV Liidu territooriumil ehitati Kamtšatkas 1966. aastal, selle võimsus on 12 MW.

Alates 2003. aastast töötab Venemaal Mutnovskaja geograafiline elektrijaam, mille võimsus on praegu 50 MW — see on hetkel Venemaa võimsaim geoelektrijaam.

Maailma suurim GeoPP on Olkaria IV Keenias, võimsusega 140 MW.

Tulevikus kasutatakse suure tõenäosusega magma soojusenergiat nendes planeedi piirkondades, kus see ei asu liiga sügaval Maa pinnast, aga ka kuumutatud kristalsete kivimite soojusenergiat külma vee korral. pumbatakse mitme kilomeetri sügavusele puuritud auku ja soe vesi lastakse tagasi pinnale või aurule, misjärel need saavad kütte või toodavad elektrit.

Tekib küsimus – miks on praegu nii vähe teostatud maasoojusenergiat kasutavaid projekte? Esiteks seetõttu, et need asuvad soodsates kohtades, kus vesi kas valgub maapinnale või asub väga madalal. Sellistel juhtudel ei ole vaja puurida sügavaid puurauke, mis on maasoojusenergia arendamise kõige kallim osa.

Termovee kasutamine soojusvarustuseks on palju suurem kui elektri tootmiseks, kuid see on siiski väike ega mängi energiasektoris olulist rolli.

Soojusenergeetika teeb alles esimesi samme ja selle edasise arengu mastaabile peaksid vastuse andma senised uuringud, eksperimentaal-tööstuslik töö.