Ранее, я рассказывал о солнечной энергии. Оказывается, потенциальный источник энергии мы можем увидеть не только, если поднимем глаза вверх, но и если опустим их к себе под ноги.
В недрах Земли сосредоточено сердце Мордора колоссальное количество тепловой энергии. В среднем изменение температуры на определенном участке земной толщи составляет 3 градуса Цельсия на каждые 100 м. Условно, на глубине 2 км температура будет равняться 60 градусам. Однако у тектонических разломов и зонах вулканической активности, для достижения аналогичной температуры достаточно пробурить от нескольких сотен метров до нескольких километров.
Но проклятые технологические трудности и высокие затраты не позволяют сегодня рассматривать эти энергоресурсы в качестве реального источника энергии повсеместно. Конец. Спасибо за внимание.
Как бы не так! Существуют более доступные для использования ресурсы - гидрогеотермальные:
- Термальные воды
- Пароводяные смеси
- Сухой пар
Если говорить максимально простым языком, то существует естественный источник энергии, найденный под поверхностью земли, который существовал веками. Под землей, далеко под нами, есть лужи воды, нагретые магмой (или расплавленными камнями). Эти водоемы составляют наши гидрогеотермальные резервуары. А использование энергии Земли для обогрева или охлаждения наших домов и предприятий является сущностью современной геотермальной энергии.
По данным Ассоциации геотермальной энергии, в настоящее время геотермальные электростанции находятся более чем в 80 странах. Преуспевают в этом деле в Венгрии, Исландии, Италии, Мексики, Новой Зеландии, России, Японии. А самое крупное геотермальное поле расположено в горах Майякамас к северу от Сан-Франциско в США. В настоящее время там находится 22 геотермальные электростанции, известные как Комплекс Гейзеров. Мощнейшая в мире ГеоТЭС (50 МВт) построена тоже в США – ГеоТЭС Хебер.
Геотермальная энергия не требует сжигания какого-либо ископаемого топлива. Горячая вода или использованный пар возвращаются на землю после использования, где они могут использоваться снова, что также делает их возобновляемым источником энергии.
Что же касается принципа работы, то тут все элементарно Ватсон: из недр земли по трубе поднимается горячий сухой пар, который раскручивает турбину генератора, а после конденсируется в воду и возвращается в землю через нагнетательную скважину. Такой принцип является самым распространенным и занимает более 50% от всех имеющихся ГеоТЭС.
Установки мгновенного парообразования отличаются от сухого пара, потому что они поднимают горячую воду, а не пар, прямо на поверхность. Горячая вода поднимается под высоким давлением из-под земли в резервуар на поверхности. Сам резервуар имеет более низкую температуру, в результате чего жидкость быстро превращается в пар. Вырабатываемый пар приводит в движение турбину, затем охлаждается и конденсируется в воду, где он закачивается обратно в землю через нагнетательную скважину.
Если вашему дачному посёлку не повезло с горячими источниками - например, если температура воды из-под земли составляет меньше 100 градусов по Цельсию на экономически приемлемой глубине, - а ГеоТЭС иметь очень хочется, то потребуется строить сложную бинарную геотермальную станцию, цикл которой был изобретен в СССР. В ней жидкость из скважины вообще не подается на турбину ни в каком виде. Вместо этого вода из геотермальных резервуаров прокачивается через теплообменник, где она нагревает вторую жидкость, такую как изобутен (которая кипит при более низкой температуре, чем вода). В роли таких рабочих жидкостей может выступать и, например, фреон, один из видов которого (фтордихлорбромметан) кипит уже при 51,9 °C. Эта вторая жидкость перегревается в пар, который питает турбины, которые приводят в движение генератор. Горячая вода из земли возвращается в землю через нагнетательную скважину, а вторая жидкость возвращается в теплообменник, где ее можно использовать снова.
Терпи, боец, мы почти закончили! Осталась последняя петротермальная станция.
Разогретые подземные источники - весьма редкое явление в масштабах планеты, что резко ограничивает потенциальную область внедрения геотермальной энергетики, поэтому был разработан альтернативный подход: если в горячей глубине земной коры нет воды, значит, ее нужно туда закачать. Петротермальный принцип подразумевает закачку воды в глубокую скважину с разогретой породой, где жидкость превращается в пар и возвращается обратно на турбину электростанции. Необходимо пробурить как минимум две скважины: в одну с поверхности будет подаваться вода, чтобы от тепла пород превратиться в пар и выйти через другую скважину. А далее процесс получения электроэнергии будет полностью аналогичен гидротермальной станции.
Естественно, соединить под землей на глубине нескольких километров две скважины нереально - вода между ними сообщается за счет разломов, образующихся в результате закачивания жидкости под огромным давлением (гидроразрыв). Чтобы расщелины и пустоты не закрылись со временем, к воде добавляют гранулы, например, песок.
В среднем одна скважина для петротермального процесса дает поток пароводяной смеси, достаточный для генерации 3-5 МВт энергии. Пока такие системы на промышленном уровне нигде не реализованы, так как являются не слишком рентабельным, как я и говорил в начале статьи. Но работы ведутся, в частности, в Японии и Австралии.
На этом, что касается станций и основ, по данной теме всё. Но в следующей статье я напишу, как используются геотермальные ресурсы в системах отопления и горячего водоснабжения в частных домах.
Поскольку геотермальная энергия является возобновляемым природным ресурсом, думайте о ней как о подарке от Земли. А у меня всё, спасибо за внимание :-)
