Геотермальная энергетика — это альтернативное направление выработки электроэнергии за счет использования естественного тепла недр Земли. Согласно данным научных исследований, потенциал этого тепла намного выше энергии мировых запасов углеводородов. Под землей располагается слой огненно-жидкой магмы, а на поверхность выходит лава. Наибольшая активность наблюдается на границах тектонических плит, а также там, где земная кора наиболее тонкая. Геотермальная энергия земли рождается следующим образом: лава и вода начинают взаимодействовать, в результате чего вода нагревается. Это приводит к извержению гейзера, формированию так называемых горячих озер и подводных течений.
Человечество узнало о существовании тепловой энергии еще до нашей эры, в Древнем Риме активно использовались термальные источники при строительстве бань. Но первый геотермальный электрогенератор был запущен в итальянской коммуне Лардерелло только в 1904 году. С его помощью отапливали дома и теплицы, подогревали воду. Эта станция работает и в настоящее время. Первая промышленная геотермальная электростанция, «Мацукава», открылась в Японии в 1966 году. Турбину и генератор для неё изготовила компания Toshiba, объем выработанной электроэнергии составил 23,5 МВт.
В настоящее время геотермальная энергия применяется в сельском хозяйстве для обогрева и полива оранжерей, теплиц, установок аква- и гидрокультуры в Израиле, Мексике, Греции и Кении. Её активно используют в США и Китае — эти страны сейчас бесспорные лидеры в данном направлении. Успешно используются геотермальные источники на Филиппинах, в Индонезии и Новой Зеландии. С развитием технологий геотермальная энергетика может стать еще более доступной и устойчивой технологией.
Основные виды геотермальных электростанций
1. Бинарные — наиболее распространенный тип геотермальных электростанций в мире. Они используют гейзеры с низкотемпературным водяным паром, приводящим в движение закрытую систему из двух рабочих жидкостей, таких как фреон и изобутилен. Рабочая жидкость нагревается до высокой температуры и затем приводит генератор в движение.
2. Циклические — подходят для месторождений с более высокотемпературным водяным паром, необходимым для приведения в движение турбин. Этот тип станций использует закрытую систему двух жидкостей, в которой тепловой носитель находится в круговом цикле, передавая тепло между системой и гейзером для генерации электричества.
3. Центральные — используются в крупных месторождениях гейзеров с высокой температурой пара. Эти станции дают большой выход электроэнергии и включают в себя открытый цикл, в котором тепловой носитель — обычно это вода — выпускается прямо в гейзер, где он нагревается до пара. Один такой гейзер может генерировать до 25 МВт электроэнергии, поэтому центральные станции могут генерировать до 200 МВт, обеспечивая электричеством десятки тысяч домов или даже целые города.
Геотермальное отопление в частном доме
Чтобы запустить геотермальное отопление в частном доме, нужно организовать систему, которая будет собирать тепло из почвы или воды и передавать его в контур отопления. На глубине шести метров начинается зона, где температура остается стабильной круглый год. Она сохраняется на уровне средней годовой температуры атмосферы в данной местности.
Для организации отопления из земли используют вертикальные скважины – самый популярный вариант, подходящий для небольших участков. Рядом с домом пробивают две геотермальные скважины по 80-90 м, в каждую помещают геотермальный зонд. Тепловой насос поднимает нагретую воду, она проходит через теплообменник и отдает тепло во внутренний контур дома. Вертикальный контур отличается наибольшей энергетической эффективностью и сроком эксплуатации.
Второй способ подразумевает использование горизонтального коллектора и подходит для участков большой площади. Чтобы получить исправно работающий коллектор, с помощью экскаватора подготавливают траншеи глубиной 2-2,5 м, куда укладывают ПНД (полиэтиленовые) трубы. Площадь участка, с которого будет собираться тепло, соизмерима с площадью жилья.
Также геотермальная станция может быть использована в частных домах и в других целях:
- Подогрев воды. Геотермальные насосы могут использоваться для производства горячей воды, что может сократить стоимость потребленной электроэнергии и снизить счета за газ.
- Охлаждение дома. Геотермальные насосы могут использоваться для охлаждения дома в жаркие летние месяцы, работая в обратном режиме, используя землю, чтобы отводить тепло из дома.
- Производство электроэнергии. Геотермальные насосы могут использоваться для обеспечения потребностей в электроэнергии в доме.
- Резервный источник питания в экстренных ситуациях. Обеспечение питанием критически важных систем, таких как системы безопасности, медицинское оборудование или системы обогрева в холодную погоду.
Эти методы позволят сэкономить на оплате коммунальных услуг, снижая стоимость отопления, электроэнергии, обеспечивая более экологичный и эффективный способ использования природных ресурсов. Использование геотермальной энергии в частном секторе становится популярнее с каждым годом. Однако при довольно дешевой эксплуатации высокая начальная стоимость оборудования является существенной преградой для массового потребителя.
Преимущества геотермальной энергетики
Возобновляемый источник энергии. Тепло вырабатывается в недрах земли и его не надо транспортировать на большие расстояния. При правильном использовании оно может стать почти бесконечным источником энергии. При остывании только ядра Земли на 1 °C выделится 2*1020 кВт⋅ч энергии, что в миллионы раз больше годового энергопотребления человечества, и в 10000 раз больше, чем содержится во всем разведанном ископаемом топливе. Несмотря на это для производства электроэнергии в мире используется лишь 15% известных запасов геотермальной энергии, и суммарная мощность этих установок равна всего 13 ГВт.
Низкие затраты на эксплуатацию. После установки геотермальной системы затраты на ее эксплуатацию крайне низкие. Главная причина заключается в самой конструкции — это минимальное количество движущихся деталей и самостоятельная работа системы без участия человека.
Экологичность. Геотермальная энергия не загрязняет окружающую среду и не выбрасывает в атмосферу вредные вещества.
Геотермальные системы имеют компактный размер и не мешают повседневному использованию здания.
Экономическая целесообразность. Затраты на строительство геотермальной системы могут быть высокими, но они окупятся за несколько лет благодаря низкой стоимости работы системы и отсутствия необходимости платить за электроэнергию, газ или другой вид энергии, которая обычно используется для отопления и обслуживания зданий.
Компактность. Нет необходимости в больших земельных участках, для размещения геотермальных систем не нужно много пространства, поэтому такая система может использоваться даже на маленьких объектах недвижимости.