Temperatura unutar Zemlje. Korištenje zemljišta kao akumulatora toplote i hladnoće Zemljina temperatura na dubini od 2
Zamislite dom koji je uvijek podržan ugodna temperaturai nisu vidljivi sistemi grejanja i hlađenja. Ovaj sistem djeluje efikasno, ali ne zahtijeva složeno održavanje ili posebno znanje od vlasnika.
Svjež zrak, čuje se cvrkut ptica i vjetar koji se lijeno igra lišćem na drveću. Kuća prima energiju iz zemlje, poput lišća, koja dobiva energiju iz korijena. Lijepa slika, zar ne?
Geotermalni sistemi za grijanje i hlađenje čine ovu sliku stvarnošću. Geotermalni HVAC sistem (grijanje, ventilacija i klimatizacija) koristi temperaturu tla kako bi zimi osigurao grijanje, a ljeti hlađenje.
Kako funkcionira geotermalno grijanje i hlađenje
Temperatura okoline mijenja se sa godišnjim dobima, ali se temperatura podzemlja ne mijenja toliko zbog izolacijskih svojstava zemlje. Na dubini od 1,5-2 metra, temperatura ostaje relativno konstantna tokom cijele godine. Geotermalni sistem se obično sastoji od interne opreme za pročišćavanje, podzemnog cijevnog sistema koji se naziva podzemna petlja i / ili pumpe za cirkulaciju vode. Sistem koristi konstantnu temperaturu tla kako bi pružio "čistu i besplatnu" energiju.
(Nemojte brkati koncept geotermalnog NWC sustava s „geotermalnom energijom“, procesom u kojem se električna energija generira izravno iz topline u zemlji. U potonjem slučaju koriste se različite vrste opreme i drugi procesi čija je svrha obično zagrijavanje vode do tačke ključanja.)
Cijevi koje čine podzemnu petlju obično su izrađene od polietilena i mogu se postaviti vodoravno ili okomito ispod zemlje, ovisno o terenu. Ako je dostupan vodonosni sloj, inženjeri mogu dizajnirati sistem "otvorene petlje" bušenjem bunara do podzemne vode. Voda se ispumpava, prolazi kroz izmjenjivač topline, a zatim pumpa u isti vodonosni sloj "ponovnim ubrizgavanjem".
Zimi voda, prolazeći kroz podzemnu petlju, upija toplotu zemlje. Sobna oprema dodatno povisuje temperaturu i distribuira je u cijeloj zgradi. To je poput klima uređaja koji radi obrnuto. Ljeti geotermalni NWC sistem crpi vodu iz visoke temperature iz zgrade i provodi je podzemnom petljom / pumpom do bunara za ponovno ubrizgavanje, odakle voda ulazi u hladnije tlo / vodonosni sloj.
Za razliku od konvencionalnih sistema za grijanje i hlađenje, geotermalni NVC sistemi ne koriste fosilna goriva za proizvodnju toplote. Oni jednostavno uzimaju toplotu sa zemlje. Obično se električna energija koristi samo za pogon ventilatora, kompresora i pumpe.
Tri su glavne komponente geotermalnog sistema za hlađenje i grijanje: toplotna pumpa, fluid za razmenu toplote (otvoreni ili zatvoreni sistem) i sistem za dovod vazduha (sistem cevi).
Za toplotne pumpe sa zemaljskim izvorom, kao i za sve ostale vrste toplotnih pumpi, izmjeren je odnos njihove efikasnosti i energije potrošene za ovu akciju (efikasnost). Većina geotermalnih sistema toplotnih pumpi ima efikasnost između 3,0 i 5,0. To znači da sistem pretvara jednu jedinicu energije u 3-5 jedinica toplote.
Geotermalni sistemi su jednostavni za održavanje. Ispravno instalirana, što je vrlo važno, podzemna petlja može pravilno funkcionisati nekoliko generacija. Ventilator, kompresor i pumpa smješteni su u zatvorenom prostoru i zaštićeni su od promjenjivih vremenskim uvjetimastoga njihov životni vijek može trajati mnogo godina, često i decenijama. Redovne periodične provjere, pravovremena zamjena filtra i godišnje čišćenje namotaja jedino su potrebno održavanje.
Iskustvo u upotrebi geotermalnih NVK sistema
Geotermalni NVC sistemi koriste se više od 60 godina širom svijeta. Oni rade s prirodom, a ne protiv nje i ne emitiraju stakleničke plinove (kao što je ranije spomenuto, troše manje električne energije jer koriste konstantnu temperaturu zemlje).
Geotermalni NVC sistemi sve više postaju atributi održivih domova kao dio rastućeg pokreta zelene gradnje. Zeleni projekti činili su 20 posto svih američkih domova izgrađenih u protekloj godini. Članak u Wall Street Journal-u kaže da će budžet za zelenu gradnju rasti sa 36 milijardi dolara godišnje na 114 milijardi dolara do 2016. godine. To će činiti 30-40 posto ukupnog tržišta nekretnina.
Ali većina informacija o geotermalnom grijanju i hlađenju temelji se na zastarjelim podacima ili neutemeljenim mitovima.
Probijanje mitova o geotermalnim NVC sistemima
1. Geotermalni NVC sistemi nisu obnovljiva tehnologija jer koriste električnu energiju.
Činjenica: Geotermalni HVAC sistemi koriste samo jednu jedinicu električne energije za proizvodnju do pet jedinica hlađenja ili grejanja.
2. Solarna energija i energija vjetra povoljnije su obnovljive tehnologije od geotermalnih NVC sistema.
Činjenica: Geotermalni HVAC sistemi recikliraju četiri puta više kilovat-sati za jedan dolar od solarne ili energije vjetra za isti dolar. Ove tehnologije mogu naravno igrati važna uloga za okoliš, ali geotermalni NVC sistem je često najefikasniji i najekonomičniji način za smanjenje utjecaja na okoliš.
3. Geotermalni NVC sistem zahtijeva puno prostora za smještaj polietilenskih cijevi podzemne petlje.
Činjenica: Ovisno o terenu, podzemna petlja se može postaviti vertikalno, što znači da je potrebna mala površina. Ako postoji pristupačni vodonosni sloj, tada je na površini potrebno samo nekoliko četvornih metara. Imajte na umu da se voda vraća u isti vodonosni sloj iz kojeg je uzeta nakon prolaska kroz izmjenjivač topline. Dakle, voda nije otpadna voda i ne zagađuje vodonosni sloj.
4. Toplotne pumpe sa zemaljskim izvorom NVK su bučne.
Činjenica: Sistemi su vrlo tihi i vani nema opreme koja ne bi ometala komšije.
5. Geotermalni sistemi će na kraju biti izbrisani.
Činjenica: Podzemne petlje mogu trajati generacijama. Oprema za prenos toplote obično traje decenijama jer je zaštićena u zatvorenom. Kada dođe vrijeme za potrebnu zamjenu opreme, troškovi takve zamjene znatno su manji od nove. geotermalni sistemjer su podzemna petlja i bušotina najskuplji dijelovi. Nova tehnička rješenja eliminiraju problem zadržavanja toplote u zemlji, tako da sistem može razmjenjivati \u200b\u200btemperature u neograničenoj količini. U prošlosti je bilo slučajeva pogrešno izračunanih sistema koji su se doista pregrijali ili prehladili zemlju do te mjere da više nije postojala temperaturna razlika potrebna da bi sistem mogao funkcionirati.
6. Geotermalni HVAC sistemi rade samo za grijanje.
Činjenica: Oni jednako efikasno rade i za hlađenje i mogu biti dizajnirani da eliminišu potrebu za dodatnim rezervnim izvorom toplote. Iako neki kupci odluče da je isplativije imati mali sistem sigurnosnih kopija za najhladnija vremena. To znači da će njihova podzemna petlja biti manja, a samim tim i jeftinija.
7. Geotermalni HVAC sistemi ne mogu istovremeno zagrijavati potrošnu vodu, zagrijavati vodu u bazenu i grijati dom.
Činjenica: Sistemi mogu biti dizajnirani za istodobno izvršavanje mnogih funkcija.
8. Geotermalni NVH sistemi zagađuju zemlju rashladnim sredstvima.
Činjenica: Većina sistema koristi vodu samo u šarkama.
9. Geotermalni NVC sistemi troše puno vode.
Činjenica: Geotermalni sistemi zapravo ne troše vodu. Ako se podzemna voda koristi za izmjenu temperature, tada se sva voda vraća u isti vodonosni sloj. U prošlosti je zaista bilo nekih sistema koji su trošili vodu nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline, ali takvi se sistemi danas gotovo ne koriste. S komercijalne tačke gledišta, geotermalni NVC sistemi zapravo štede milione litara vode koja bi isparila u tradicionalnim sistemima.
10. Geotermalna NVK tehnologija nije finansijski izvediva bez državnih i regionalnih poreznih poticaja.
Činjenica: Nacionalni i regionalni poticaji obično se kreću od 30 do 60 posto ukupnih troškova geotermalnog sistema, što početnu cijenu često može dovesti do približne cijene konvencionalne opreme. Standardni klimatizacijski sustavi HVAC koštaju približno 3.000 USD po toni toplote ili hladnoće (domovi obično koriste jednu do pet tona). Cijena geotermalnih NVK sistema kreće se od približno 5.000 USD po toni do 8.000 - 9.000 USD. Međutim, nove metode instalacije značajno smanjuju troškove, sve do cijene konvencionalnih sistema.
Troškove možete smanjiti i popustima na opremu za javnu ili komercijalnu upotrebu, pa čak i za velike narudžbe domaće prirode (posebno velikih marki kao što su Bosch, Carrier i Trane). Otvorene petlje, koristeći pumpu i bunare za ponovno ubrizgavanje, jeftinije je instalirati od zatvorenih sistema.
Na osnovu materijala: energyblog.nationalgeographic.com
U našoj zemlji, bogatoj ugljikovodicima, geotermalna energija je egzotičan resurs koji, s obzirom na trenutno stanje stvari, nije vjerojatno da će se nadmetati s naftom i plinom. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svugdje i prilično je učinkovit.
Geotermalna energija je toplina unutrašnjosti zemlje. Proizvodi se u dubinama, a na površinu Zemlje dolazi u različitim oblicima i različitim intenzitetima.
Temperatura gornjih slojeva tla uglavnom ovisi o vanjskim (egzogenim) faktorima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Ljeti i danju tlo se zagrijava na određene dubine, a zimi i noću se hladi prateći promjenu temperature zraka i s određenim kašnjenjem, povećavajući se sa dubinom. Uticaj dnevnih kolebanja temperature vazduha završava na dubinama od nekoliko do nekoliko desetina centimetara. Sezonske fluktuacije pokrivaju dublje slojeve tla - do desetina metara.
Na određenoj dubini - od desetina do stotina metara - temperatura tla se održava konstantnom, jednakom prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka na površini Zemlje. To je lako provjeriti spuštanjem u dovoljno duboku pećinu.
Kada je prosječna godišnja temperatura zraka u određenom području ispod nule, to se manifestira kao permafrost (tačnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutih tla tokom cijele godine mjestimice doseže 200-300 m.
Iz određene dubine (vlastite za svaku točku na karti), djelovanje Sunca i atmosfere toliko slabi da endogeni (unutrašnji) faktori izlaze na vrh, a unutrašnjost zemlje zagrijava se iznutra, tako da temperatura počinje rasti s dubinom.
Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje uglavnom je povezano s raspadanjem radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se i drugi izvori toplote nazivaju, na primjer, fizičko-hemijskim, tektonskim procesima u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. Ali bez obzira na razlog, temperatura stijena i pripadajućih tečnih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari se suočavaju s ovom pojavom - u dubokim je rudnicima uvijek vruće. Na dubini od 1 km vrućina od trideset stepeni je normalna, a dublje temperatura još veća.
Protok toplote u unutrašnjosti Zemlje, dostižući Zemljinu površinu, mali je - njegova snaga je u proseku 0,03–0,05 W / m 2 ili oko 350 W · h / m 2 godišnje. U pozadini toplotnog toka Sunca i zraka koji se njime zagrijava, ovo je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, to je u prosjeku, s ogromnim širenjem između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o ostalim klimatskim i vremenskim faktorima).
Neznačajnost protoka toplote iz unutrašnjosti na površinu na većini planete povezana je sa niskom toplotnom provodljivošću stijena i osobenostima geološke strukture. Ali postoje izuzeci - mjesta na kojima je protok toplote velik. To su, prije svega, povećane zone tektonskih rasjeda seizmička aktivnost i vulkanizam, gdje energija unutrašnjosti zemlje pronalazi izlaz. Ove zone karakteriziraju toplotne anomalije litosfere, ovdje toplotni tok koji dopire do Zemljine površine može biti nekoliko puta, pa čak i reda veličine, snažniji od "uobičajenog". Vulkanske erupcije i vrući izvori nose ogromnu količinu toplote na površinu u tim zonama.
Upravo su ta područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na teritoriji Rusije to su prije svega Kamčatka, Kurilska ostrva i Kavkaz.
Istodobno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo svugdje, budući da je porast temperature s dubinom sveprisutan fenomen, a zadatak je "vaditi" toplinu iz crijeva, baš kao što se odatle izvlače mineralne sirovine.
U prosjeku temperatura raste s dubinom za 2,5–3 ° C na svakih 100 m. Odnos temperaturne razlike između dviju točaka na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.
Recipročni je geotermalni korak ili interval dubine na kojem temperatura raste za 1 ° C.
Što je veći gradijent i, shodno tome, niži stepen, to se toplina zemaljskih dubina približava površini i ovo je područje perspektivnije za razvoj geotermalne energije.
U različitim područjima, ovisno o geološkoj strukturi i ostalim regionalnim i lokalnim uvjetima, brzina porasta temperature sa dubinom može dramatično varirati. Na Zemljinoj skali, fluktuacije veličina geotermalnih gradijenata i stepenica dosežu 25 puta. Na primjer, u Oregonu (SAD) gradijent je 150 ° C po km, a u Južnoj Africi 6 ° C po km.
Pitanje je koja je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperature na dubini od 10 km trebale bi u prosjeku iznositi oko 250–300 ° C. To manje-više potvrđuju izravna opažanja u naddubokim bušotinama, iako je slika mnogo složenija od linearnog povećanja temperature.
Na primjer, u super dubokoj bušotini Kola, izbušenoj u baltičkom kristalnom štitu, temperatura do dubine od 3 km mijenja se brzinom od 10 ° C / 1 km, a tada geotermalni gradijent postaje 2–2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120 ° C, na dubini od 10 km - 180 ° C, a na dubini od 12 km - 220 ° C.
Drugi primjer je bušotina izbušena u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je zabilježena temperatura od 42 ° C na dubini od 500 m, 70 ° C na 1,5 km, 80 ° C na 2 km i 108 ° C na 3 km.
Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počev od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km pretpostavljene temperature su oko 1300-1500 ° C, na dubini od 400 km - 1600 ° C, u jezgri Zemlje (dubine preko 6000 km) - 4000-5000 ° C.
Na dubinama od 10–12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; tamo gdje ih nema, indirektnim znakovima se određuje na isti način kao i na većim dubinama. Takvi indirektni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura odljevne lave.
Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još uvijek nisu od praktičnog interesa.
Na dubinama od nekoliko kilometara ima puno vrućine, ali kako je podići? Ponekad nam taj problem sama priroda rješava uz pomoć prirodnog nosača toplote - zagrijanih termalnih voda koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim se slučajevima voda u dubini zagrijava do stanja pare.
Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". Oni u pravilu podrazumijevaju vruću podzemnu vodu u tečnom stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje na površinu Zemlje izlaze s temperaturom iznad 20 ° C, što je u pravilu više od temperature zraka.
Toplo podzemne vode, para, mješavine vode i pare je hidrotermalna energija. U skladu s tim, energija zasnovana na njenoj upotrebi naziva se hidrotermalna.
Situacija je složenija kod izvlačenja toplote direktno iz suvih stijena - petrotermalna energija, pogotovo jer prilično visoke temperature u pravilu počinju s dubine od nekoliko kilometara.
Na teritoriji Rusije potencijal petrotermalne energije sto puta je veći od hidrotermalne energije - odnosno 3500, odnosno 35 biliona tona standardnog goriva. To je sasvim prirodno - toplina dubina Zemlje je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očiglednih tehničkih poteškoća za proizvodnju toplotne i električne energije, trenutno se uglavnom koriste termalne vode.
Vode s temperaturama između 20-30 ° C i 100 ° C pogodne su za grijanje, temperature između 150 ° C i više - i za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.
Generalno, geotermalni resursi u Rusiji u tonama ekvivalentnog goriva ili bilo koje druge jedinice mjere energije približno su 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.
Teoretski, samo geotermalna energija može u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi to trenutno na većini njene teritorije nije izvedivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.
U svijetu je upotreba geotermalne energije najčešće povezana s Islandom, zemljom smještenom na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u izuzetno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerovatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyjafjallajokull ( Eyjafjallajökull) u 2010. godini.
Zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island posjeduje ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući tople izvore koji izlaze na površinu Zemlje, pa čak i izbijaju u obliku gejzira.
Na Islandu se preko 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući geotermalne izvore obezbeđuje 90% grejanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajemo da se ostatak električne energije u zemlji proizvodi u hidroelektranama, odnosno također se koristi obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao neka vrsta globalnog ekološkog standarda.
'Pripitomljavanje' geotermalne energije u 20. stoljeću pomoglo je Islandu primjetno ekonomski. Do sredine prošlog stoljeća bila je vrlo siromašna zemlja, sada je na prvom mjestu u svijetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po stanovniku i nalazi se u prvih deset po apsolutnoj vrijednosti instaliranog kapaciteta geotermalnih elektrana. Međutim, njegova populacija broji samo 300 hiljada ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potrebe za njom uglavnom su malene.
Pored Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnom bilansu proizvodnje električne energije pruža se na Novom Zelandu i ostrvskim državama jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemljama Srednje Amerike i Istočne Afrike, čiju teritoriju karakteriše i visoka seizmička i vulkanska aktivnost. Za ove zemlje, s obzirom na njihov trenutni nivo razvoja i potrebe, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.
Korištenje geotermalne energije ima vrlo dugu istoriju. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u provinciji Toskana, koja se danas zove Larderello, gdje su se već početkom 19. stoljeća lokalne vruće termalne vode, koje su se prirodno izlijevale ili vadile iz plitkih bunara, koristile u energetske svrhe.
Podzemna voda bogata borom ovdje je korištena za dobivanje borne kiseline. U početku se ova kiselina dobivala isparavanjem u gvozdenim kotlovima, a obično gorivo za ogrev iz obližnjih šuma uzimalo se kao gorivo, ali 1827. godine Francesco Larderel stvorio je sistem koji je radio na vrućini samih voda. Istovremeno, energija prirodne vodene pare počela se koristiti za rad bušaćih postrojenja, a početkom 20. vijeka i za grijanje lokalnih kuća i staklenika. Na istom mjestu, u Larderellu, 1904. godine, termalna vodena para postala je izvor energije za proizvodnju električne energije.
Neke druge zemlje slijedile su primjer Italije krajem 19. i početkom 20. vijeka. Na primjer, 1892. godine termalne vode su se prvi put koristile za lokalno grijanje u Sjedinjenim Državama (Boise, Idaho), 1919. - u Japanu, 1928. - na Islandu.
U SAD-u se prva hidrotermalna elektrana pojavila u Kaliforniji početkom 1930-ih, na Novom Zelandu 1958., u Meksiku 1959., u Rusiji (prva binarna GeoPP na svijetu) 1965. ...
Stari princip o novom izvoru
Za proizvodnju električne energije potrebna je viša temperatura izvora vode nego za grijanje - više od 150 ° C. Princip rada geotermalne elektrane (GeoPP) sličan je principu rada konvencionalne termoelektrane (TE). Zapravo, geotermalna elektrana je vrsta termoelektrane.
U TE, ugljen, plin ili mazut u pravilu djeluju kao primarni izvor energije, a vodena para služi kao radni fluid. Gorivo, sagorijevajući, zagrijava vodu do stanja pare koja okreće parnu turbinu i ona stvara električnu energiju.
Razlika između GeoPP-a je u tome što je ovdje primarni izvor energije toplota zemljine unutrašnjosti, a radni fluid u obliku pare dovodi se u lopatice turbina električnog generatora u "gotovom" obliku direktno iz proizvodne bušotine.
Tri su glavne sheme rada GeoPP-a: direktna, koristeći suhu (geotermalnu) paru; indirektni, na bazi hidrotermalne vode i mješoviti ili binarni.
Upotreba određene sheme ovisi o agregatnom stanju i temperaturi nosača energije.
Najjednostavnija i stoga prva savladana šema je ravna linija u kojoj para koja dolazi iz bunara prolazi direktno kroz turbinu. Prvi geoPP na svijetu u Larderellu također je djelovao na suvoj pari 1904. godine.
GeoPP-ovi s indirektnom shemom rada najčešći su u naše vrijeme. Koriste vruću podzemnu vodu koja se pod visokim pritiskom upumpava u isparivač, gdje dio isparava, a rezultirajuća para okreće turbinu. U nekim su slučajevima potrebni dodatni uređaji i krugovi za pročišćavanje geotermalne vode i pare od agresivnih spojeva.
Potrošena para ulazi u injekcijsku bušotinu ili se koristi za grijanje prostora - u ovom slučaju princip je isti kao i u radu kogeneracije.
Kod binarnih GeoPP-ova, vruća termalna voda stupa u interakciju s drugom tečnošću koja djeluje kao radni fluid s nižom tačkom ključanja. Obje tečnosti prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radni fluid čija para rotira turbinu.
Ovaj sistem je zatvoren, što rješava problem emisije u atmosferu. Pored toga, radne tečnosti sa relativno niskom tačkom ključanja omogućavaju upotrebu ne baš vrućih termalnih voda kao primarnog izvora energije.
Sve tri sheme koriste hidrotermalni izvor, ali petrotermalna energija se takođe može koristiti za proizvodnju električne energije.
Šematski dijagram je u ovom slučaju takođe prilično jednostavan. Potrebno je izbušiti dvije međusobno povezane bušotine - ubrizgavanje i proizvodnju. Voda se pumpa u injekcijski bunar. U dubini se zagrijava, a zatim se zagrijana voda ili para nastala kao rezultat jakog zagrijavanja dovodi kroz proizvodni bunar na površinu. Dalje, sve ovisi o tome kako se petrotermalna energija koristi - za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Moguć je zatvoreni ciklus ubrizgavanjem otpadne pare i vode natrag u injekcijski bunar ili drugim načinom odlaganja.
Nedostatak takvog sistema je očit: za postizanje dovoljno visoke temperature radne tečnosti potrebno je bušiti bunare do velike dubine. A ovo je ozbiljan trošak i rizik od značajnih gubitaka topline kada se tekućina kreće prema gore. Stoga su petrotermalni sistemi još uvijek rjeđi od hidrotermalnih, iako je potencijal petrotermalne energije za redove veličine veći.
Trenutno je lider u stvaranju takozvanih petrotermalnih cirkulacionih sistema (PCS) Australija. Pored toga, ovaj se smjer geotermalne energije aktivno razvija u SAD-u, Švicarskoj, Velikoj Britaniji i Japanu.
Poklon lorda Kelvina
Izum toplotne pumpe fizičara Williama Thompsona (zvani Lord Kelvin) 1852. godine pružio je čovječanstvu stvarnu priliku da koristi toplotu niskog potencijala gornjih slojeva tla. Sistem toplotne pumpe, ili, kako ga je Thompson nazvao, multiplikator toplote, zasnovan je na fizičkom procesu prenosa toplote iz okoline u rashladno sredstvo. Zapravo koristi isti princip kao u petrotermalnim sistemima. Razlika je u izvoru topline, u vezi s čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj se mjeri toplotna pumpa može smatrati geotermalnim sistemom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od desetina do stotina metara, kamenje i tečnosti sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor toplote, premda se uzima, kao u geotermalnim sistemima, sa zemlje.
Rad toplotne pumpe zasnovan je na kašnjenju zagrijavanja i hlađenja tla u odnosu na atmosferu, uslijed čega se formira temperaturni gradijent između površinskih i dubljih slojeva, koji zadržavaju toplinu i zimi, slično onome što se događa u vodenim tijelima. Glavna svrha dizalica topline je grijanje prostora. U stvari, to je "obrnuti hladnjak". I dizalica topline i hladnjak međusobno djeluju s tri komponente: unutarnjim okolišem (u prvom slučaju - grijanom sobom, u drugom - rashlađenom komorom hladnjaka), vanjskim okolišem - izvorom energije i rashladnim sredstvom (rashladnim sredstvom), to je ujedno i nosač topline koji osigurava prijenos topline ili hladno.
Tvar s niskom tačkom ključanja djeluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućuje da uzima toplinu iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.
U hladnjaku tečno rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator pritiska), gdje zbog naglog smanjenja pritiska tekućina isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva vanjsku apsorpciju topline. Kao rezultat, toplina se uzima iz unutrašnjih zidova isparivača, što osigurava efekt hlađenja u komori hladnjaka. Dalje, iz isparivača rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u agregatno tečno stanje. Ovo je obrnuti postupak koji dovodi do oslobađanja uklonjene toplote u vanjsko okruženje. U pravilu se baca u sobu, a stražnji dio hladnjaka je relativno topao.
Toplotna pumpa radi na približno isti način, s tom razlikom što se toplota uzima iz vanjskog okruženja i kroz isparivač ulazi u unutarnje okruženje - sistem grijanja prostorije.
U pravoj toplotnoj pumpi voda se zagrijava, prolazeći kroz vanjski krug, položen u zemlju ili u rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.
U isparivaču se toplina prenosi u unutarnji krug ispunjen rashladnim sredstvom s niskom tačkom ključanja, koje prolazeći kroz isparivač iz tekućeg prelazi u plinovito stanje oduzimajući toplinu.
Dalje, plinovito rashladno sredstvo ulazi u kompresor, gdje se komprimira na visoki pritisak i temperaturu, te ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između vrućeg plina i rashladne tečnosti iz sistema grijanja.
Za rad kompresora potrebna je električna energija, međutim, odnos transformacije (odnos potrošene i proizvedene energije) u modernim sistemima je dovoljno visok da osigura njihovu efikasnost.
Danas se toplotne pumpe široko koriste za grejanje prostora, uglavnom u ekonomski razvijenim zemljama.
Ekološki ispravna energija
Geotermalna energija se smatra ekološkom, što je općenito tačno. Prije svega, koristi obnovljivi i praktično neiscrpni resurs. Geotermalna energija ne zahtijeva velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, i ne zagađuje atmosferu, za razliku od energije ugljikovodika. U prosjeku GeoPP zauzima 400 m 2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Ista vrijednost za elektranu na ugalj, na primjer, iznosi 3600 m 2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i malu potrošnju vode - 20 litara svježe vode na 1 kW, dok TE i NE zahtijevaju oko 1000 litara. Imajte na umu da su ovo ekološki pokazatelji „prosječnog“ GeoPP-a.
Ali negativno nuspojave još uvijek su dostupni. Među njima se najčešće izdvajaju buka, termičko zagađenje atmosfere i hemijsko zagađenje - vode i tla, kao i stvaranje čvrstog otpada.
Glavni izvor hemijskog zagađenja okoline je stvarna termalna voda (sa visokom temperaturom i mineralizacijom), koja često sadrži velike količine toksična jedinjenja, u vezi s kojima postoji problem odlaganja otpadnih voda i opasnih supstanci.
Negativni efekti geotermalne energije mogu se pratiti u nekoliko faza, počevši od bušenja bušotina. Ovdje se javljaju iste opasnosti kao kod bušenja bilo kojeg izvora: uništavanje tla i vegetacijskog pokrivača, zagađenje tla i podzemnih voda.
U fazi rada GeoPP-a i dalje postoje problemi sa zagađenjem životne sredine. Termalne tečnosti - voda i para - obično sadrže ugljen-dioksid (CO 2), sumpor-sulfid (H 2 S), amonijak (NH 3), metan (CH 4), kuhinjsku sol (NaCl), bor (B), arsen (As ), živa (Hg). Kada se puste u okoliš, postaju izvori zagađenja. Pored toga, agresivno hemijsko okruženje može prouzrokovati korozijsko oštećenje struktura GeoTPP-a.
Istovremeno, emisije zagađivača na GeoPP-ima su u prosjeku niže nego na TE. Na primjer, emisije ugljen-dioksida za svaki kilovat-sat proizvedene električne energije iznose do 380 g u TE, 1042 g u TE na ugalj, 906 g u loživom ulju i 453 g u TE.
Postavlja se pitanje: šta raditi sa otpadnom vodom? Sa slanom slanošću, može se ispustiti u površinske vode nakon hlađenja. Drugi način je ubrizgavanje natrag u vodonosni sloj kroz injekcionu bušotinu, koja je danas poželjna i pretežno se koristi.
Vađenje termalne vode iz vodonosnika (kao i ispumpavanje obične vode) može prouzrokovati slijeganje i kretanje tla, druge deformacije geoloških slojeva, mikro-zemljotrese. Vjerovatnoća za takve pojave u pravilu je mala, iako su zabilježeni pojedinačni slučajevi (na primjer, u GeoPP u Staufen im Breisgau u Njemačkoj).
Treba naglasiti da se većina GeoPP-a nalazi u relativno slabo naseljenim područjima i u zemljama trećeg svijeta, gdje su ekološki zahtjevi manje strogi nego u razvijenim zemljama. Pored toga, trenutno su broj GeoPP-a i njihovi kapaciteti relativno mali. Opsežnijim razvojem geotermalne energije rizici po životnu sredinu mogu se povećavati i umnožavati.
Koliko je energija Zemlje?
Investicijski troškovi za izgradnju geotermalnih sistema variraju u vrlo širokom rasponu - od 200 do 5000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije su mogućnosti usporedive s troškovima izgradnje termoelektrane. Oni zavise, pre svega, od uslova pojave termalnih voda, njihovog sastava, dizajna sistema. Bušenjem do velikih dubina, stvaranjem zatvorenog sistema s dva bunara, potreba za pročišćavanjem vode može višestruko povećati troškove.
Na primjer, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sustava (PCS) procjenjuju se na 1,6–4 tisuće dolara po 1 kW instalirane snage, što premašuje troškove izgradnje nuklearne elektrane i usporedivo je s troškovima izgradnje vjetroelektrana i solarnih elektrana.
Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatan nosač energije. Za usporedbu, u strukturi troškova tekuće TE ili NE, gorivo čini 50–80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama za nosače energije. Otuda još jedna prednost geotermalnog sistema: operativni troškovi su stabilniji i predvidljiviji, jer ne ovise o vanjskoj konjunkturi cijena energije. Generalno, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2-10 centi (60 kopejki - 3 ruble) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.
Druga najveća (nakon nosača energije) (i vrlo značajna) stavka izdataka su, po pravilu, plaće osoblja u pogonu, koje se mogu radikalno razlikovati među zemljama i regijama.
U prosjeku su troškovi 1 kWh geotermalne energije usporedivi s troškovima za TE (u ruskim uvjetima - oko 1 RUB / 1 kWh) i deset puta veći od troškova proizvodnje električne energije na HE (5-10 kopejki / 1 kWh) ).
Dio razloga za visoku cijenu leži u činjenici da, za razliku od termo i hidroelektrana, GeoTPP ima relativno mali kapacitet. Pored toga, potrebno je uporediti sisteme koji se nalaze u istoj regiji i u sličnim uslovima. Na primjer, na Kamčatki, prema riječima stručnjaka, 1 kWh geotermalne električne energije košta 2-3 puta manje od električne energije proizvedene u lokalnim termoelektranama.
Pokazatelji ekonomske efikasnosti geotermalnog sistema ovise, na primjer, o tome je li potrebno zbrinjavati otpadne vode i na koji se način to radi, je li moguća kombinirana upotreba resursa. Dakle, hemijski elementi a spojevi ekstrahirani iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: tamo je bila primarna kemijska proizvodnja, a upotreba geotermalne energije u početku je bila pomoćna.
Geotermalna energija prema naprijed
Geotermalna energija se razvija nešto drugačije od vjetra i sunca. Trenutno to u mnogo većoj mjeri ovisi o prirodi samog resursa, koji se naglo razlikuje po regijama, a najveće koncentracije vezane su za uske zone geotermalnih anomalija, povezane, u pravilu, s područjima tektonskih rasjeda i vulkanizma.
Uz to, geotermalna energija je tehnološki manje kapacitivna u usporedbi s vjetrom, a još više sa solarnom energijom: sustavi geotermalnih stanica prilično su jednostavni.
U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije, geotermalna komponenta čini manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njen udio doseže 25-30%. Zbog vezivanja za geološki uslovi značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentriran je u zemljama trećeg svijeta, gdje postoje tri klastera najvećeg razvoja industrije - ostrva Jugoistočne Azije, Srednje Amerike i Istočne Afrike. Prve dvije regije su uključene u pacifički "zemaljski vatreni pojas", treća je vezana za istočnoafričku pukotinu. Geotermalna energija će se najvjerovatnije i dalje razvijati u tim pojasevima. Udaljenija perspektiva je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplotu slojeva zemlje, koji leže na dubini od nekoliko kilometara. Ovo je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva velike troškove, pa se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.
Generalno, s obzirom na sveprisutnu raspodjelu geotermalnih resursa i prihvatljiv nivo ekološke sigurnosti, postoji razlog za vjerovanje da geotermalna energija ima dobre izglede za razvoj. Pogotovo s rastućom prijetnjom nestašice tradicionalnih izvora energije i porastom cijena za njih.
Od Kamčatke do Kavkaza
U Rusiji razvoj geotermalne energije ima prilično dugu istoriju i na nizu pozicija smo među svjetskim liderima, iako je udio geotermalne energije u ukupnom energetskom bilansu ogromne države još uvijek zanemariv.
Dvije regije - Kamčatka i Sjeverni Kavkaz - postale su pioniri i centri za razvoj geotermalne energije u Rusiji, i ako se u prvom slučaju radi prvenstveno o elektroenergetskoj industriji, onda u drugom - o upotrebi toplotne energije termalne vode.
Na Sjevernom Kavkazu - u Krasnodarski teritorij, Čečenija, Dagestan - toplota termalne vode u energetske svrhe koristila se i prije Velike Britanije Otadžbinski rat... Osamdesetih i devedesetih godina, razvoj geotermalne energije u regiji iz očiglednih razloga je zastao i još uvijek nije izašao iz stanja stagnacije. Bez obzira na to, opskrba geotermalnom vodom na Sjevernom Kavkazu pruža toplinu za oko 500 hiljada ljudi, a, primjerice, grad Labinsk u Krasnodarskom kraju sa populacijom od 60 hiljada ljudi u potpunosti se zagrijava geotermalnim vodama.
Na Kamčatki je istorija geotermalne energije povezana prvenstveno sa izgradnjom GeoPP-a. Prva od njih, koja još uvijek radi na stanicama Pauzhetskaya i Paratunskaya, izgrađene su 1965.-1967., Dok je Paratunskaya GeoPP snage 600 kW postala prva stanica na svijetu s binarnim ciklusom. Bio je to razvoj sovjetskih naučnika S. S. Kutateladzea i A. M. Rosenfelda iz Instituta za termofiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka, koji su 1965. dobili autorsku potvrdu za vađenje električne energije iz vode temperature 70 ° C. Ova tehnologija je kasnije postala prototip za više od 400 binarnih GeoPP-ova u svijetu.
Kapacitet Pauzhetskaya GeoPP-a, puštenog u rad 1966. godine, u početku je bio 5 MW, a zatim je povećan na 12 MW. Trenutno se na stanici gradi binarni blok, koji će povećati svoj kapacitet za još 2,5 MW.
Razvoj geotermalne energije u SSSR-u i Rusiji bio je ometan dostupnošću tradicionalnih nosača energije - nafte, plina, uglja, ali nikada nije zaustavljen. Najveća geotermalna energetska postrojenja u ovom trenutku su Geoelektrana Verkhne-Mutnovskaya sa ukupnim kapacitetom od 12 MW, puštena u rad 1999. godine, i Mutnovskaya GeoPP s kapacitetom od 50 MW (2002).
Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya GeoPP jedinstveni su objekti ne samo za Rusiju, već i na globalnom nivou. Stanice se nalaze u podnožju vulkana Mutnovski, na nadmorskoj visini od 800 metara, i rade u ekstremnim klimatskim uslovima, gdje je zima 9-10 mjeseci u godini. Oprema Mutnovskog GeoPP-a, trenutno jednog od najmodernijih na svijetu, u potpunosti je stvorena u domaćim preduzećima u elektroenergetici.
Trenutno je udio Mutnovskih postrojenja u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Centralne Kamčatke 40%. Povećanje kapaciteta planirano je u narednim godinama.
Odvojeno, treba reći o ruskom petrotermalnom razvoju. Još nemamo velike DSP-ove, ali postoje napredne tehnologije za duboko bušenje (oko 10 km), koje također nemaju analoge u svijetu. Njihov daljnji razvoj omogućit će drastično smanjenje troškova stvaranja petrotermalnih sistema. Programeri ovih tehnologija i projekata su N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geološki institut, RAS), A. S. Nekrasov (Institut za ekonomsko predviđanje, RAS) i stručnjaci iz Kaluga turbine. Projekat petrotermalnog cirkulacijskog sistema u Rusiji trenutno je u eksperimentalnoj fazi.
U Rusiji postoje izgledi za geotermalnu energiju, premda relativno udaljeni: trenutno je potencijal prilično velik, a pozicije tradicionalne energije su jake. U isto vrijeme, u brojnim udaljenim regijama zemlje, upotreba geotermalne energije je ekonomski isplativa i sada je potražnja za njom. To su teritorije s visokim geoenergetskim potencijalom (Čukotka, Kamčatka, Kurile - ruski dio pacifičkog "Zemljinog vatrogasnog pojasa", planine Južnog Sibira i Kavkaza), a istovremeno udaljene i odsječene od centraliziranog opskrbe energijom.
Vjerovatno će se u sljedećim decenijama geotermalna energija u našoj zemlji razvijati u takvim regijama.
Kirill Degtyarev, istraživač, Moskva državno univerzitet njih. M.V.Lomonosov.
U našoj zemlji, bogatoj ugljikovodicima, geotermalna energija je egzotičan resurs koji, s obzirom na trenutno stanje stvari, teško može konkurirati nafti i plinu. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svugdje i prilično je učinkovit.
Foto Igor Konstantinov.
Promjena temperature tla s dubinom.
Porast temperature termalnih voda i njihovih dubina suvih stijena.
Promjena temperature s dubinom u različitim regijama.
Erupcija islandskog vulkana Eyjafjallajokull ilustracija je nasilnih vulkanskih procesa koji se javljaju u aktivnim tektonskim i vulkanskim zonama sa snažnim protokom toplote iz unutrašnjosti zemlje.
Instalirani kapaciteti geotermalnih elektrana po zemljama svijeta, MW.
Distribucija geotermalnih resursa u Rusiji. Prema riječima stručnjaka, rezerve geotermalne energije nekoliko su puta veće od rezervi organskih fosilnih goriva. Prema Udruženju "Društvo geotermalne energije".
Geotermalna energija je toplina unutrašnjosti zemlje. Proizvodi se u dubinama, a na površinu Zemlje dolazi u različitim oblicima i različitim intenzitetima.
Temperatura gornjih slojeva tla uglavnom ovisi o vanjskim (egzogenim) faktorima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Ljeti i danju tlo se zagrijava na određene dubine, a zimi i noću se hladi prateći promjenu temperature zraka i s određenim kašnjenjem, povećavajući se sa dubinom. Uticaj dnevnih kolebanja temperature vazduha završava na dubinama od nekoliko do nekoliko desetina centimetara. Sezonske fluktuacije pokrivaju dublje slojeve tla - do desetina metara.
Na određenoj dubini - od desetina do stotina metara - temperatura tla se održava konstantnom, jednakom prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka na površini Zemlje. To je lako provjeriti spuštanjem u dovoljno duboku pećinu.
Kada je prosječna godišnja temperatura zraka u određenom području ispod nule, to se manifestira kao permafrost (tačnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutih tla tokom cijele godine mjestimice doseže 200-300 m.
Iz određene dubine (vlastite za svaku točku na karti), djelovanje Sunca i atmosfere toliko slabi da endogeni (unutrašnji) faktori izlaze na vrh, a unutrašnjost zemlje zagrijava se iznutra, tako da temperatura počinje rasti s dubinom.
Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje uglavnom je povezano s raspadanjem radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se i drugi izvori toplote nazivaju, na primjer, fizičko-hemijskim, tektonskim procesima u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. Ali bez obzira na razlog, temperatura stijena i pripadajućih tečnih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari se suočavaju s ovom pojavom - u dubokim je rudnicima uvijek vruće. Na dubini od 1 km vrućina od trideset stepeni je normalna, a dublje temperatura još veća.
Protok toplote u unutrašnjosti Zemlje, dostižući Zemljinu površinu, mali je - njegova snaga je u prosjeku 0,03-0,05 W / m 2,
ili oko 350 Wh / m 2 godišnje. U pozadini toplotnog toka od Sunca i zraka koji se njime zagrijava, ovo je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, to je u prosjeku, s ogromnim širenjem između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o ostalim klimatskim i vremenskim faktorima).
Neznačajnost protoka toplote iz dubina na površinu na većini planete povezana je s niskom toplotnom provodljivošću stijena i osobenostima geološke strukture. Ali postoje izuzeci - mjesta na kojima je protok toplote velik. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, povećane seizmičke aktivnosti i vulkanizma, gdje energija unutrašnjosti zemlje pronalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju toplotne anomalije litosfere, ovdje toplotni tok koji doseže površinu Zemlje može biti nekoliko puta, pa čak i reda veličine, snažniji od "uobičajenog". Vulkanske erupcije i izvori vruće vode donose ogromne količine toplote na površinu u tim zonama.
Upravo su ta područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na teritoriji Rusije to su prije svega Kamčatka, Kurilska ostrva i Kavkaz.
Istodobno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo svugdje, budući da je porast temperature s dubinom sveprisutan fenomen, a zadatak je "vaditi" toplinu iz crijeva, baš kao što se odatle izvlače mineralne sirovine.
U prosjeku temperatura raste s dubinom za 2,5-3 ° C na svakih 100 m. Odnos temperaturne razlike između dviju točaka na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.
Recipročni je geotermalni korak ili interval dubine na kojem temperatura raste za 1 o C.
Što je veći gradijent i, shodno tome, niži stepen, to se toplina zemaljskih dubina približava površini i ovo je područje perspektivnije za razvoj geotermalne energije.
U različitim područjima, ovisno o geološkoj strukturi i ostalim regionalnim i lokalnim uvjetima, brzina porasta temperature sa dubinom može dramatično varirati. Na skali Zemlje, fluktuacije veličina geotermalnih gradijenata i stepenica dosežu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150 ° C po km, a u Južnoj Africi - 6 ° C po km.
Pitanje je koja je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperatura na dubini od 10 km trebala bi u prosjeku iznositi oko 250-300 o C. To je više-manje potvrđeno izravnim opažanjima u dubokim bunarima, iako je slika mnogo kompliciranija od linearnog porasta temperature.
Na primjer, u super dubokoj bušotini Kola izbušenoj u baltičkom kristalnom štitu temperatura do dubine od 3 km mijenja se brzinom od 10 o S / 1 km, a tada geotermalni gradijent postaje 2-2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120 o C, na 10 km - 180 o C, a na 12 km - 220 o C.
Drugi primjer je bušotina u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je na dubini od 500 m zabilježena temperatura od 42 o C, na 1,5 km - 70 o C, na 2 km - 80 o C, na 3 km - 108 o C.
Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počev od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km pretpostavljene temperature su oko 1300-1500 o S, na dubini od 400 km - 1600 o S, u jezgri Zemlje (dubine preko 6000 km) - 4000-5000 o OD.
Na dubinama do 10-12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bunare; tamo gdje ih nema, indirektnim znakovima se određuje na isti način kao i na većim dubinama. Takvi indirektni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja istječe.
Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još uvijek nisu od praktičnog interesa.
Na dubinama od nekoliko kilometara ima puno vrućine, ali kako je podići? Ponekad nam taj problem sama priroda rješava uz pomoć prirodnog nosača toplote - zagrijanih termalnih voda koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim se slučajevima voda u dubini zagrijava do stanja pare.
Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". U pravilu se podrazumijeva vruća podzemna voda u tečnom stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje na površinu Zemlje izlaze s temperaturom iznad 20 ° C, što je u pravilu više od temperature zraka.
Toplina podzemne vode, pare, mješavine vodene pare je hidrotermalna energija. U skladu s tim, energija zasnovana na njenoj upotrebi naziva se hidrotermalna.
Situacija je složenija kod izvlačenja toplote direktno iz suvih stijena - petrotermalna energija, pogotovo jer prilično visoke temperature u pravilu počinju s dubine od nekoliko kilometara.
Na teritoriji Rusije potencijal petrotermalne energije sto puta je veći od hidrotermalne energije - odnosno 3500, odnosno 35 biliona tona standardnog goriva. To je sasvim prirodno - toplina dubina Zemlje je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očiglednih tehničkih poteškoća za proizvodnju toplotne i električne energije, trenutno se uglavnom koriste termalne vode.
Vode s temperaturom od 20-30 do 100 ° C pogodne su za grijanje, temperature od 150 ° C i više - i za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.
Generalno, geotermalni resursi u Rusiji u tonama ekvivalentnog goriva ili bilo koje druge jedinice mjere energije približno su 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.
Teoretski, samo geotermalna energija može u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi to trenutno na većini njene teritorije nije izvedivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.
U svijetu je upotreba geotermalne energije najčešće povezana s Islandom - zemljom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u izuzetno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerovatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyjafjallajökull 2010. godine.
Zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island posjeduje ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući tople izvore koji izlaze na površinu Zemlje, pa čak i izbijaju u obliku gejzira.
Na Islandu se preko 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući geotermalne izvore obezbeđuje 90% grejanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajemo da se ostatak električne energije u zemlji proizvodi u hidroelektranama, odnosno također se koristi obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao neka vrsta globalnog ekološkog standarda.
'Pripitomljavanje' geotermalne energije u 20. stoljeću pomoglo je Islandu primjetno ekonomski. Do sredine prošlog stoljeća bila je vrlo siromašna zemlja, sada je na prvom mjestu u svijetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po stanovniku i nalazi se u prvih deset po apsolutnoj vrijednosti instaliranog kapaciteta geotermalnih elektrana. Međutim, njegova populacija broji samo 300 hiljada ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potrebe za njom uglavnom su malene.
Pored Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnom bilansu proizvodnje električne energije pruža se na Novom Zelandu i ostrvskim državama jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemljama Srednje Amerike i Istočne Afrike, čiju teritoriju karakteriše i visoka seizmička i vulkanska aktivnost. Za ove zemlje, s obzirom na njihov trenutni nivo razvoja i potrebe, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.
(Slijedi završetak.)
Jedna od najboljih, najracionalnijih tehnika u izgradnji kapitalnih staklenika je podzemni termos staklenik.
Korištenje ove činjenice postojanosti temperature zemlje na dubini u uređaju staklenika daje ogromne uštede u troškovima grijanja u hladnoj sezoni, olakšava održavanje, čini mikroklimu stabilnijom.
Takav staklenik djeluje u najžešćim mrazima, omogućava vam proizvodnju povrća, uzgajanje cvijeća tijekom cijele godine.
Pravilno opremljen ukopani plastenik omogućava uzgoj, uključujući južne usjeve koji vole toplotu. Praktično nema ograničenja. U stakleniku se agrumi, pa čak i ananas mogu osjećati sjajno.
Ali da bi sve u praksi moglo pravilno funkcionirati, neophodno je poštivati \u200b\u200bvremenski provjerene tehnologije pomoću kojih su izgrađeni podzemni staklenici. Napokon, ova ideja nije nova, čak i pod carem u Rusiji, u zakopanim staklenicima proizvodili su se plodovi ananasa, koje su poduzetni trgovci izvozili u Evropu na prodaju.
Iz nekog razloga gradnja takvih staklenika kod nas nije našla široku rasprostranjenost, u velikoj mjeri se jednostavno zaboravlja, iako je dizajn idealan upravo za našu klimu.
Vjerojatno je tu ulogu imala potreba za kopanjem duboke jame i popunjavanjem temelja. Izgradnja zakopanog staklenika prilično je skupa, ovo je daleko od staklenika prekrivenog polietilenom, ali je povratak iz staklenika mnogo veći.
Sa produbljivanjem u tlo, ukupna unutrašnja rasvjeta se ne gubi, može izgledati čudno, ali u nekim je slučajevima zasićenje svjetlom čak veće od zasićenja klasičnih staklenika.
Nemoguće je ne spomenuti snagu i pouzdanost konstrukcije, neusporedivo je čvršća od uobičajene, lakše podnosi orkanske udare vjetra, dobro se odupire tuči i hrpe snijega neće postati prepreka.
1. Pit
Stvaranje staklenika započinje kopanjem jame. Da bi toplina zemlje koristila za zagrijavanje unutrašnjosti, staklenik mora biti dovoljno dubok. Što je dublje, zemlja postaje toplija.
Temperatura se tokom godine gotovo ne mijenja na udaljenosti 2-2,5 metara od površine. Na dubini od 1 m temperatura tla više varira, ali zimi njegova vrijednost ostaje pozitivna, obično je u srednjoj traci temperatura 4-10 C, ovisno o sezoni.
Ugradni staklenik se gradi u jednoj sezoni. Odnosno, zimi će već moći funkcionirati i ostvarivati \u200b\u200bprihod. Izgradnja nije jeftina, ali koristeći domišljatost, kompromisne materijale, moguće je uštedjeti doslovno čitav red veličine izradom svojevrsne ekonomske verzije staklenika, počevši od jame.
Na primjer, radite bez uključivanja građevinske opreme. Iako je dio vremena koji oduzima najviše vremena - kopanje temeljne jame -, naravno, najbolje prepustiti bageru. Teško je i dugotrajno ručno ukloniti takav volumen zemlje.
Dubina jame temeljne jame mora biti najmanje dva metra. Na ovoj dubini, zemlja će početi dijeliti svoju toplinu i raditi poput svojevrsne termosice. Ako je dubina manja, tada će u principu ideja raditi, ali mnogo manje efikasno. Stoga se preporučuje da ne štedite napor i novac za produbljivanje budućeg staklenika.
Duljina podzemnih staklenika može biti bilo koja, ali bolje je održavati širinu unutar 5 metara, ako je širina veća, tada se karakteristike kvaliteta grijanja i refleksije svjetlosti pogoršavaju.
Na bočnim stranama horizonta, podzemni staklenici moraju biti orijentirani, poput običnih staklenika i staklenika, od istoka prema zapadu, odnosno tako da jedna od bočnih stranica bude okrenuta prema jugu. U ovom položaju, biljke će dobiti maksimalnu količinu sunčeve energije.
2. Zidovi i krov
Duž oboda jame izlijeva se temelj ili postavljaju blokovi. Temelj služi kao osnova za zidove i okvir konstrukcije. Zidove je bolje napraviti od materijala s dobrim karakteristikama toplinske izolacije, a termoblokovi su izvrsna opcija.
Krovni okvir je često izrađen od drveta, od šipki impregniranih antiseptičkim sredstvima. Krovna konstrukcija je obično ravan zabat. U središtu konstrukcije učvršćena je grebenasta šipka, za što su centralni nosači postavljeni na podu cijelom dužinom staklenika.
Grebenasta greda i zidovi povezani su nizom rogova. Okvir se može izraditi bez visokih nosača. Zamjenjuju se malim koji su postavljeni na poprečne grede koje povezuju suprotne strane staklenika - ovaj dizajn čini unutarnji prostor slobodnijim.
Bolje je uzeti ćelijski polikarbonat kao krovni pokrivač - popularan savremeni materijal... Razmak između rogova tijekom gradnje prilagođava se širini polikarbonatnih limova. Prikladno je raditi s materijalom. Premaz se dobiva s malim brojem spojeva, jer se limovi proizvode u dužini od 12 m.
Na okvir su pričvršćeni samoreznim vijcima, bolje ih je odabrati s glavom u obliku podloške. Da biste izbjegli pucanje lima, ispod svakog samoreza morate bušiti rupu odgovarajućeg promjera. Sa odvijačem ili uobičajenom bušilicom s Phillipsovim nastavkom, radovi zastakljivanja kreću se vrlo brzo. Kako ne bi bilo praznina, dobro je unaprijed položiti rogove na vrh brtvom od meke gume ili drugog prikladnog materijala i tek onda uvrtati limove. Vrh krova duž grebena mora biti postavljen mekom izolacijom i pritisnut nekom vrstom ugla: plastikom, limom ili drugim prikladnim materijalom.
Za dobru toplotnu izolaciju krov se ponekad pravi dvostrukim slojem polikarbonata. Iako je prozirnost smanjena za oko 10%, to je pokriveno izvrsnim karakteristikama toplotne izolacije. Treba napomenuti da se snijeg na takvom krovu ne topi. Stoga nagib mora biti pod dovoljnim uglom, najmanje 30 stepeni, kako se snijeg ne bi nakupio na krovu. Pored toga, instaliran je električni vibrator za tresenje, koji će zaštititi krov u slučaju da se snijeg nakuplja.
Dvostruko staklo se vrši na dva načina:
Između dva lista umetnut je poseban profil, listovi su pričvršćeni na okvir odozgo;
Prvo je donji sloj ostakljenja pričvršćen na okvir iznutra, na donju stranu rogova. Krov je pokriven drugim slojem, kao i obično, odozgo.
Nakon završetka posla, poželjno je sve spojeve zalijepiti trakom. Gotov krov izgleda vrlo impresivno: bez nepotrebnih spojeva, gladak, bez isturenih dijelova.
3. Izolacija i grijanje
Izolacija zidova vrši se na sljedeći način. Prvo trebate temeljito premazati otopinom sve spojeve i šavove zida, ovdje možete nanijeti i poliuretanska pjena... Unutrašnja strana zidova prekrivena je termoizolacijskom folijom.
U hladnijim dijelovima zemlje dobro je koristiti debeli folijski film koji dvostrukim slojem prekriva zid.
Temperatura u dubini stakleničkog tla je iznad smrzavanja, ali hladnija od temperature vazduha neophodne za rast biljaka. Gornji sloj zagrijavaju sunčeve zrake i zrak staklenika, ali tlo i dalje oduzima toplinu, stoga podzemni staklenici često koriste tehnologiju "toplih podova": grijaći element - električni kabel - zaštićen je metalnom rešetkom ili preliven betonom.
U drugom slučaju, tlo za gredice prelijeva se betonom ili se povrće uzgaja u saksijama i saksijama.
Upotreba podnog grijanja može biti dovoljna za grijanje cijelog staklenika, ako ima dovoljno energije. Ali biljkama je učinkovitije i ugodnije koristiti kombinirano grijanje: topli pod + grijanje na zrak. Za dobar rast potrebna im je temperatura zraka od 25-35 stepeni pri temperaturi zemlje od oko 25 C.
ZAKLJUČAK
Naravno, izgradnja udubljenog staklenika bit će skuplja i bez napora od izgradnje sličnog staklenika s konvencionalnim dizajnom. No, sredstva uložena u staklenik-termos s vremenom su opravdana.
Prvo, štedi energiju za grijanje. Bez obzira na to kako se uobičajeni prizemni plastenik grije zimi, uvijek će biti skuplji i teži od sličnog načina grijanja u podzemnom stakleniku. Drugo, uštede u rasvjeti. Folijska izolacija zidova, reflektujući svjetlost, udvostručuje osvjetljenje. Mikroklima u dubokom stakleniku zimi biće povoljnija za biljke, što će sigurno uticati na prinos. Sadnice će se lako ukorijeniti, osjetljive biljke će se osjećati sjajno. Takav staklenik garantuje stabilan, visok prinos bilo koje biljke tokom cijele godine.