temperatura unutar zemlje. Korištenje zemlje kao akumulatora topline i hladnoće Temperatura Zemlje na dubini 2
Zamislite dom koji se uvijek održava ugodna temperatura, a sustavi grijanja i hlađenja nisu vidljivi. Ovaj sustav radi učinkovito, ali ne zahtijeva složeno održavanje ili posebna znanja vlasnika.
Svjež zrak, čuje se cvrkut ptica i vjetar kako se lijeno igra s lišćem na drveću. Kuća prima energiju iz zemlje, kao lišće, koje prima energiju iz korijena. Sjajna slika, zar ne?
Geotermalni sustavi grijanja i hlađenja čine to stvarnošću. Geotermalni HVAC (grijanje, ventilacija i klimatizacija) sustav koristi temperaturu tla za grijanje zimi i hlađenje ljeti.
Kako funkcionira geotermalno grijanje i hlađenje
Temperatura okoliš mijenja se s godišnjim dobima, ali se temperatura podzemlja ne mijenja toliko zbog izolacijskih svojstava zemlje. Na dubini od 1,5-2 metra temperatura ostaje relativno konstantna tijekom cijele godine. Geotermalni sustav se obično sastoji od opreme za unutarnju obradu, podzemnog sustava cijevi koji se naziva podzemna petlja i/ili cirkulacijske pumpe za vodu. Sustav koristi stalnu temperaturu Zemlje kako bi osigurao "čistu i besplatnu" energiju.
(Nemojte brkati koncept geotermalnog NHC sustava s "geotermalnom energijom" - procesom u kojem se električna energija proizvodi izravno iz topline u zemlji. U potonjem slučaju koristi se druga vrsta opreme i drugih procesa, svrha od kojih je obično zagrijavanje vode do točke vrenja.)
Cijevi koje čine podzemnu petlju obično su izrađene od polietilena i mogu se polagati vodoravno ili okomito ispod zemlje, ovisno o terenu. Ako je vodonosnik dostupan, tada inženjeri mogu projektirati sustav "otvorene petlje" bušenjem bušotine u podzemnoj vodi. Voda se ispumpava, prolazi kroz izmjenjivač topline, a zatim se "ponovnim ubrizgavanjem" ubrizgava u isti vodonosnik.
Zimi voda, prolazeći kroz podzemnu petlju, apsorbira toplinu zemlje. Unutarnja oprema dodatno podiže temperaturu i distribuira je po cijeloj zgradi. To je kao klima uređaj koji radi unatrag. Tijekom ljeta, geotermalni NWC sustav izvlači toplu vodu iz zgrade i prenosi je kroz podzemnu petlju/pumpu do bušotine za ponovno ubrizgavanje gdje se voda ispušta u hladnije tlo/vodonosnik.
Za razliku od konvencionalnih sustava grijanja i hlađenja, geotermalni HVAC sustavi ne koriste fosilna goriva za proizvodnju topline. Oni jednostavno uzimaju toplinu iz zemlje. Obično se električna energija koristi samo za rad ventilatora, kompresora i pumpe.
U geotermalnom sustavu hlađenja i grijanja postoje tri glavne komponente: toplinska pumpa, tekućina za izmjenu topline (otvoreni ili zatvoreni sustav) i sustav za dovod zraka (cijevni sustav).
Za geotermalne dizalice topline, kao i za sve ostale vrste dizalica topline, omjer njihova korisno djelovanje na energiju utrošenu za ovo djelovanje (učinkovitost). Većina geotermalnih sustava toplinskih pumpi ima učinkovitost od 3,0 do 5,0. To znači da sustav pretvara jednu jedinicu energije u 3-5 jedinica topline.
Geotermalni sustavi ne zahtijevaju složeno održavanje. Pravilno postavljena, što je vrlo važno, podzemna petlja može ispravno služiti nekoliko generacija. Ventilator, kompresor i pumpa smješteni su u zatvorenom prostoru i zaštićeni su od hlapljivosti vremenski uvjeti stoga njihov vijek trajanja može trajati godinama, često desetljećima. Rutinske periodične provjere, pravovremena zamjena filtera i godišnje čišćenje spirale jedino su potrebno održavanje.
Korisničko iskustvo geotermalni NEC sustava
Geotermalni NVC sustavi koriste se više od 60 godina diljem svijeta. Oni rade s prirodom, a ne protiv nje, i ne emitiraju stakleničke plinove (kao što je ranije navedeno, troše manje električne energije jer koriste stalnu temperaturu Zemlje).
Geotermalni NVC sustavi sve više postaju atributi zelenih domova, kao dio rastućeg pokreta zelene gradnje. Zeleni projekti činili su 20 posto svih kuća izgrađenih u SAD-u. prošle godine. Članak u Wall Street Journalu kaže da će do 2016. proračun zelenih zgrada porasti sa 36 milijardi dolara godišnje na 114 milijardi dolara. To će iznositi 30-40 posto cjelokupnog tržišta nekretnina.
No velik dio informacija o geotermalnom grijanju i hlađenju temelji se na zastarjelim podacima ili nepotkrijepljenim mitovima.
Uništavanje mitova o geotermalnim NWC sustavima
1. Geotermalni NVC sustavi nisu obnovljiva tehnologija jer koriste električnu energiju.
Činjenica: Geotermalni HVAC sustavi koriste samo jednu jedinicu električne energije za proizvodnju do pet jedinica za hlađenje ili grijanje.
2. Sunčeva energija i energija vjetra su povoljnije obnovljive tehnologije u odnosu na geotermalne NVC sustave.
Činjenica: Geotermalni NVC sustavi za jedan dolar obrađuju četiri puta više kilovata/sati nego što generiraju solarna ili energija vjetra za isti dolar. Ove tehnologije se, naravno, mogu igrati važna uloga za okoliš, ali geotermalni NVC sustav je često najučinkovitiji i najekonomičniji način za smanjenje utjecaja na okoliš.
3. Geotermalni NVC sustav zahtijeva puno prostora za smještaj polietilenske cijevi podzemna petlja.
Činjenica: Ovisno o terenu, podzemna petlja može se postaviti okomito, što znači da mala Zemljina površina. Ako postoji raspoloživ vodonosnik, tada je potrebno samo nekoliko četvornih metara površine. Imajte na umu da se voda vraća u isti vodonosnik iz kojeg je uzeta nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline. Dakle, voda ne otječe i ne zagađuje vodonosnik.
4. HVK geotermalne toplinske pumpe su bučne.
Činjenica: Sustavi su vrlo tihi i vani nema opreme da ne smeta susjedima.
5. Geotermalni sustavi se s vremenom istroše.
Činjenica: Podzemne petlje mogu trajati generacijama. Oprema za izmjenu topline obično traje desetljećima jer je zaštićena u zatvorenom prostoru. Kada dođe vrijeme za potrebnu zamjenu opreme, cijena takve zamjene je mnogo manja od nove. geotermalni sustav, budući da su podzemna petlja i bunar njeni najskuplji dijelovi. Nova tehnička rješenja otklanjaju problem zadržavanja topline u tlu, pa sustav može izmjenjivati temperature u neograničenim količinama. U prošlosti je bilo slučajeva pogrešno izračunatih sustava koji su zapravo pregrijavali ili pothlađivali tlo do točke u kojoj više nije postojala temperaturna razlika potrebna za rad sustava.
6. Geotermalni HVAC sustavi rade samo za grijanje.
Činjenica: jednako učinkovito rade za hlađenje i mogu se dizajnirati tako da nema potrebe za dodatnim rezervnim izvorom topline. Dok neki kupci smatraju da je isplativije imati mali rezervni sustav za najhladnija vremena. To znači da će njihova podzemna petlja biti manja, a time i jeftinija.
7. Geotermalni HVAC sustavi ne mogu istovremeno grijati vodu za kućanstvo, vodu u bazenu i grijati kuću.
Činjenica: Sustavi se mogu dizajnirati za obavljanje mnogih funkcija u isto vrijeme.
8. Geotermalni NHC sustavi zagađuju tlo rashladnim sredstvima.
Činjenica: većina sustava koristi samo vodu u šarkama.
9. Geotermalni NWC sustavi koriste puno vode.
Činjenica: Geotermalni sustavi zapravo ne troše vodu. Ako se podzemna voda koristi za izmjenu temperature, tada se sva voda vraća u isti vodonosnik. U prošlosti su se doista koristili neki sustavi koji su gubili vodu nakon što je prošla kroz izmjenjivač topline, no takvi se sustavi danas gotovo ne koriste. Gledajući na problem s komercijalnog stajališta, geotermalni NHC sustavi zapravo štede milijune litara vode koja bi isparila u tradicionalnim sustavima.
10. Geotermalna NVC tehnologija nije financijski izvediva bez državnih i regionalnih poreznih poticaja.
Činjenica: Državni i regionalni poticaji obično iznose 30 do 60 posto ukupnih troškova geotermalnog sustava, što često može početnu cijenu spustiti blizu cijene konvencionalne opreme. Standardni HVAC zračni sustavi koštaju otprilike 3000 USD po toni topline ili hladnoće (kuće obično koriste jednu do pet tona). Cijena geotermalnih NVC sustava kreće se od približno 5.000 USD po toni do 8.000-9.000 USD. Međutim, nove metode ugradnje značajno smanjuju troškove, sve do cijena konvencionalnih sustava.
Uštede se mogu postići i popustima na opremu za javnu ili komercijalnu uporabu, ili čak velikim narudžbama za dom (osobito velikih marki kao što su Bosch, Carrier i Trane). Otvorene petlje, korištenjem pumpe i bušotine za ponovno ubrizgavanje, jeftinije su za ugradnju od zatvorenih sustava.
Izvor: energyblog.nationalgeographic.com
U našoj zemlji, bogatoj ugljikovodicima, geotermalna energija je vrsta egzotičnog resursa koji, u sadašnjem stanju, teško da može konkurirati nafti i plinu. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svugdje i prilično učinkovito.
Geotermalna energija je toplina zemljine unutrašnjosti. Proizvodi se u dubinama i dolazi na površinu Zemlje u različitim oblicima i različitim intenzitetom.
Temperatura gornjih slojeva tla ovisi uglavnom o vanjskim (egzogenim) čimbenicima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Tlo se ljeti i danju zagrijava do određene dubine, a zimi i noću se hladi nakon promjene temperature zraka i s određenim zakašnjenjem, povećavajući se s dubinom. Utjecaj dnevnih kolebanja temperature zraka završava na dubinama od nekoliko do nekoliko desetaka centimetara. Sezonske fluktuacije zahvaćaju dublje slojeve tla - do nekoliko desetaka metara.
Na određenoj dubini - od desetaka do stotina metara - temperatura tla održava se konstantnom, jednakom prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka u blizini Zemljine površine. To je lako provjeriti spuštanjem u prilično duboku špilju.
Kada je prosječna godišnja temperatura zraka na određenom području ispod nule, to se očituje kao permafrost (točnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutog tla tijekom cijele godine mjestimično doseže 200-300 m.
S određene dubine (svoje za svaku točku na karti) djelovanje Sunca i atmosfere toliko slabi da su endogeni (unutarnji) čimbenici na prvom mjestu i Zemljina se unutrašnjost zagrijava iznutra, tako da temperatura počinje rasti. uzdizati se s dubinom.
Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje povezano je uglavnom s raspadom radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se nazivaju i drugi izvori topline, na primjer, fizikalno-kemijski, tektonski procesi u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. No, bez obzira na uzrok, temperatura stijena i povezanih tekućih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari se suočavaju s ovim fenomenom – u dubokim rudnicima uvijek je vruće. Na dubini od 1 km trideset stupnjeva vrućine je normalna, a dublje temperatura je još viša.
Toplinski tok zemljine unutrašnjosti, koji dopire do površine Zemlje, je mali - u prosjeku, njegova snaga je 0,03–0,05 W / m 2, odnosno približno 350 W h / m 2 godišnje. Na pozadini toplinskog toka sa Sunca i zraka koji se njime zagrijava, to je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, ovo je u prosjeku, s velikim rasponom između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o drugim klimatskim i vremenskim čimbenicima).
Neznačajnost toplinskog toka iz dubine prema površini u većem dijelu planeta povezana je s niskom toplinskom vodljivošću stijena i osobitostima geološke strukture. Ali postoje iznimke - mjesta gdje je protok topline visok. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, povećane seizmička aktivnost i vulkanizam, gdje energija unutrašnjosti zemlje nalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju toplinske anomalije litosfere, ovdje toplinski tok koji dopire do površine Zemlje može biti mnogo puta, pa čak i redova veličine, jači od "uobičajenog". U tim zonama ogromna količina topline izvlači se na površinu vulkanskim erupcijama i toplim izvorima vode.
Upravo su ta područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na području Rusije to su, prije svega, Kamčatka, Kurilski otoci i Kavkaz.
Istodobno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo posvuda, budući da je porast temperature s dubinom sveprisutan fenomen, a zadatak je "izvlačenje" topline iz utrobe, baš kao što se odatle crpe mineralne sirovine.
U prosjeku, temperatura raste s dubinom za 2,5-3°C na svakih 100 m. Omjer temperaturne razlike između dviju točaka koje leže na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.
Recipročna vrijednost je geotermalni korak ili interval dubine u kojem temperatura raste za 1°C.
Što je veći gradijent i, shodno tome, što je niži korak, toplina Zemljinih dubina se više približava površini i ovo je područje perspektivnije za razvoj geotermalne energije.
U različitim područjima, ovisno o geološkoj strukturi i drugim regionalnim i lokalnim uvjetima, brzina porasta temperature s dubinom može dramatično varirati. Na ljestvici Zemlje, fluktuacije u vrijednostima geotermalnih gradijenta i stepenica dosežu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150°C na 1 km, a u Južnoj Africi 6°C na 1 km.
Pitanje je kolika je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperature na dubini od 10 km bi u prosjeku trebale biti oko 250-300°C. To više-manje potvrđuju izravna opažanja u ultradubokim bušotinama, iako je slika puno kompliciranija od linearnog porasta temperature.
Na primjer, u superdubokoj bušotini Kola izbušenoj u Baltičkom kristalnom štitu, temperatura se mijenja brzinom od 10°C/1 km do dubine od 3 km, a zatim geotermalni gradijent postaje 2-2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120°C, na 10 km - 180°C, a na 12 km - 220°C.
Drugi primjer je bunar postavljen u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je na dubini od 500 m zabilježena temperatura od 42°C, na 1,5 km - 70°C, na 2 km - 80°C, na 3 km - 108°C.
Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počevši od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km procijenjene temperature su oko 1300-1500°C, na dubini od 400 km - 1600°C, u Zemljinoj jezgra (dubine preko 6000 km) - 4000–5000° C.
Na dubinama do 10–12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; gdje ih nema, određuje se posrednim znakovima na isti način kao i na većim dubinama. Takvi neizravni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja eruptira.
Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.
Na dubinama od nekoliko kilometara ima puno topline, ali kako je podići? Ponekad nam sama priroda taj problem rješava uz pomoć prirodnog rashladnog sredstva – zagrijane termalne vode koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.
Stroga definicija pojma " termalne vode"Ne U pravilu podrazumijevaju vruće podzemne vode u tekućem stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje na površinu Zemlje dolaze s temperaturom iznad 20 °C, odnosno u pravilu višom od temperature zraka.
Srdačno podzemne vode, para, mješavine pare i vode - ovo je hidrotermalna energija. Sukladno tome, energija koja se temelji na njezinoj upotrebi naziva se hidrotermalna.
Situacija je složenija s proizvodnjom topline izravno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer dovoljno visoke temperature, u pravilu, počinju s dubine od nekoliko kilometara.
Na teritoriju Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od potencijala hidrotermalne energije - 3500 odnosno 35 trilijuna tona standardnog goriva. To je sasvim prirodno - toplina Zemljinih dubina je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očitih tehničkih poteškoća, većina termalnih voda trenutno se koristi za proizvodnju toplinske i električne energije.
Temperature vode od 20-30 do 100°C pogodne su za grijanje, temperature od 150°C i više - te za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.
Općenito, geotermalni resursi na teritoriju Rusije, u smislu tona standardnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije, su oko 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.
Teoretski, samo geotermalna energija mogla bi u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi to trenutno na većem dijelu njezina teritorija nije izvedivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.
U svijetu se korištenje geotermalne energije najčešće povezuje s Islandom – državom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u iznimno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerojatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) u 2010.
Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući vruće izvore koji dolaze na površinu Zemlje i čak šikljaju u obliku gejzira.
Na Islandu se više od 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući i geotermalne izvore, osigurano je 90% grijanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajmo da ostatak električne energije u zemlji proizvode hidroelektrane, odnosno također koristeći obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao svojevrsni globalni ekološki standard.
“Ukroćenje” geotermalne energije u 20. stoljeću znatno je ekonomski pomoglo Islandu. Do sredine prošlog stoljeća bila je vrlo siromašna država, sada je na prvom mjestu u svijetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po stanovniku, a u prvih je deset po apsolutnom instaliranom kapacitetu geotermalne energije. bilje. Međutim, njegova populacija je samo 300 tisuća ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potreba za tim je općenito mala.
Osim Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnoj bilanci proizvodnje električne energije osiguravaju Novi Zeland i otočne države jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemlje Srednje Amerike i Istočne Afrike čiji je teritorij također karakterističan. visokom seizmičkom i vulkanskom aktivnošću. Za ove zemlje, na njihovoj sadašnjoj razini razvoja i potreba, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.
Korištenje geotermalne energije ima vrlo dugu povijest. Jedan od prvih poznatih primjera je Italija, mjesto u pokrajini Toskani, koje se danas zove Larderello, gdje su se već početkom 19. stoljeća za energiju koristile lokalne tople termalne vode, koje su tekle prirodno ili izvađene iz plitkih bunara. svrhe.
Za dobivanje se ovdje koristila voda iz podzemnih izvora, bogata borom Borna kiselina. U početku se ova kiselina dobivala isparavanjem u željeznim kotlovima, a obična drva za ogrjev uzimala su se kao gorivo iz obližnjih šuma, no 1827. Francesco Larderel stvorio je sustav koji je radio na toplinu samih voda. Istodobno se energija prirodne vodene pare počela koristiti za rad bušaćih uređaja, a početkom 20. stoljeća 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.
Primjer Italije s kraja 19. i početkom 20. stoljeća slijedile su i neke druge zemlje. Na primjer, 1892. godine termalna voda prvi put je korištena za lokalno grijanje u Sjedinjenim Državama (Boise, Idaho), 1919. - u Japanu, 1928. - na Islandu.
U Sjedinjenim Državama prva hidrotermalna elektrana pojavila se u Kaliforniji početkom 1930-ih, na Novom Zelandu - 1958., u Meksiku - 1959., u Rusiji (prvi binarni GeoPP) - 1965. godine.
Stari princip na novom izvoru
Proizvodnja električne energije zahtijeva višu temperaturu izvora vode od grijanja, preko 150°C. Princip rada geotermalne elektrane (GeoES) sličan je principu rada konvencionalne termoelektrane (TE). Zapravo, geotermalna elektrana je vrsta termoelektrane.
U termoelektranama u pravilu kao primarni izvor energije djeluju ugljen, plin ili loživo ulje, a vodena para kao radni fluid. Gorivo, gori, zagrijava vodu do stanja pare, koja rotira parnu turbinu, a ona proizvodi električnu energiju.
Razlika između GeoPP-a je u tome što je primarni izvor energije ovdje toplina unutrašnjosti zemlje i radni fluid u obliku pare ulazi u lopatice turbine elektrogeneratora u "spremnom" obliku izravno iz proizvodne bušotine.
Postoje tri glavne sheme rada GeoPP-a: izravna, korištenjem suhe (geotermalne) pare; neizravni, bazirani na hidrotermalnoj vodi, i mješoviti, ili binarni.
Korištenje jedne ili druge sheme ovisi o stanju agregacije i temperaturi energetskog nosača.
Najjednostavnija i stoga prva od svladanih shema je izravna, u kojoj se para koja dolazi iz bušotine prolazi izravno kroz turbinu. Prvi GeoPP na svijetu u Larderellu 1904. također je radio na suhoj pari.
GeoPP-ovi s neizravnom shemom rada najčešći su u naše vrijeme. Koriste toplu podzemnu vodu koja se pod visokim tlakom upumpava u isparivač, gdje se dio isparava, a nastala para okreće turbinu. U nekim slučajevima potrebni su dodatni uređaji i krugovi za pročišćavanje geotermalne vode i pare od agresivnih spojeva.
Ispušna para ulazi u bunar za ubrizgavanje ili se koristi za grijanje prostora - u ovom slučaju princip je isti kao i tijekom rada CHP-a.
Na binarnim GeoPP-ovima, vruća termalna voda stupa u interakciju s drugom tekućinom koja djeluje kao radni fluid s nižom točkom vrelišta. Obje tekućine prolaze kroz izmjenjivač topline, gdje termalna voda isparava radnu tekućinu, čije pare rotiraju turbinu.
Ovaj sustav je zatvoren, čime se rješava problem emisija u atmosferu. Osim toga, radne tekućine s relativno niskom točkom vrelišta omogućuju korištenje ne baš vruće termalne vode kao primarnog izvora energije.
Sve tri sheme koriste hidrotermalni izvor, ali petrotermalna energija se također može koristiti za proizvodnju električne energije.
Dijagram strujnog kruga u ovom slučaju je također prilično jednostavan. Potrebno je izbušiti dvije međusobno povezane bušotine – injekcijsku i proizvodnu. Voda se pumpa u injekcionu bušotinu. Na dubini se zagrijava, a zatim se zagrijana voda ili para nastala kao rezultat jakog zagrijavanja dovodi na površinu kroz proizvodni bunar. Nadalje, sve ovisi o tome kako se petrotermalna energija koristi - za grijanje ili za proizvodnju električne energije. Zatvoreni ciklus moguć je s pumpanjem ispušne pare i vode natrag u injektorsku bušotinu ili drugim načinom zbrinjavanja.
Nedostatak takvog sustava je očit: kako bi se dobila dovoljno visoka temperatura radnog fluida, potrebno je bušiti bušotine do velike dubine. A to je ozbiljan trošak i rizik od značajnog gubitka topline kada se tekućina pomakne prema gore. Stoga su petrotermalni sustavi još uvijek rjeđi od hidrotermalnih, iako je potencijal petrotermalne energije za redove veličine veći.
Trenutačno je predvodnik u stvaranju takozvanih petrotermalnih cirkulacijskih sustava (PCS) Australija. Osim toga, ovaj smjer geotermalne energije aktivno se razvija u SAD-u, Švicarskoj, Velikoj Britaniji i Japanu.
Dar od Lorda Kelvina
Izum toplinske pumpe 1852. godine od strane fizičara Williama Thompsona (poznatog kao Lord Kelvin) pružio je čovječanstvu pravu priliku da koristi nisku toplinu gornjih slojeva tla. Sustav toplinske pumpe, ili množitelj topline kako ga je nazvao Thompson, temelji se na fizičkom procesu prijenosa topline iz okoline na rashladno sredstvo. Zapravo, koristi isti princip kao u petrotermalnim sustavima. Razlika je u izvoru topline, u vezi s čime se može postaviti terminološko pitanje: u kojoj se mjeri toplinska pumpa može smatrati geotermalnim sustavom? Činjenica je da se u gornjim slojevima, do dubine od nekoliko desetaka ili stotina metara, stijene i tekućine sadržane u njima zagrijavaju ne dubokom toplinom zemlje, već suncem. Dakle, sunce je u ovom slučaju primarni izvor topline, iako se uzima, kao u geotermalnim sustavima, iz zemlje.
Rad toplinske pumpe temelji se na kašnjenju u zagrijavanju i hlađenju tla u odnosu na atmosferu, uslijed čega se stvara temperaturni gradijent između površinskih i dubljih slojeva koji zadržavaju toplinu i zimi, slično što se događa u rezervoarima. Glavna namjena toplinskih pumpi je grijanje prostora. Zapravo, to je "hladnjak u obrnutom smjeru". I toplinska pumpa i hladnjak su u interakciji s tri komponente: unutarnjim okruženjem (u prvom slučaju - grijana prostorija, u drugom - hlađenom komorom hladnjaka), vanjskim okruženjem - izvorom energije i rashladnim sredstvom (rashladnim sredstvom), koji je također rashladna tekućina koja osigurava prijenos topline ili hladnoće.
Tvar s niskom točkom vrelišta djeluje kao rashladno sredstvo, što joj omogućuje uzimanje topline iz izvora koji ima čak i relativno nisku temperaturu.
U hladnjaku tekuće rashladno sredstvo ulazi u isparivač kroz prigušnicu (regulator tlaka), gdje uslijed naglog smanjenja tlaka tekućina isparava. Isparavanje je endotermni proces koji zahtijeva apsorpciju topline izvana. Kao rezultat, toplina se uzima s unutarnjih stijenki isparivača, što osigurava učinak hlađenja u komori hladnjaka. Dalje od isparivača, rashladno sredstvo se usisava u kompresor, gdje se vraća u tekuće stanje agregacije. To je obrnut proces koji dovodi do oslobađanja preuzete topline u vanjski okoliš. U pravilu se baca u prostoriju, a stražnji zid hladnjaka je relativno topao.
Toplinska pumpa radi na gotovo isti način, s tom razlikom što se toplina uzima iz vanjskog okruženja i ulazi u unutarnji okoliš kroz isparivač – sustav grijanja prostorije.
U pravoj toplinskoj pumpi voda se zagrijava, prolazeći kroz vanjski krug položen u zemlju ili rezervoar, a zatim ulazi u isparivač.
U isparivaču se toplina prenosi na unutarnji krug ispunjen rashladnim sredstvom s niskim vrelištem, koje, prolazeći kroz isparivač, prelazi iz tekućeg u plinovito stanje, uzimajući toplinu.
Nadalje, plinovito rashladno sredstvo ulazi u kompresor, gdje se komprimira na visoki tlak i temperaturu, te ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između vrućeg plina i nosača topline iz sustava grijanja.
Kompresor zahtijeva električnu energiju za rad, međutim, omjer transformacije (omjer potrošene i proizvedene energije) u modernim sustavima je dovoljno visok da osigura njihovu učinkovitost.
Trenutno se toplinske pumpe široko koriste za grijanje prostora, uglavnom u ekonomski razvijenim zemljama.
Eko-ispravna energija
Geotermalna energija se smatra ekološki prihvatljivom, što je općenito točno. Prije svega, koristi se obnovljivim i praktički neiscrpnim resursom. Geotermalna energija ne zahtijeva velike površine, za razliku od velikih hidroelektrana ili vjetroelektrana, te ne zagađuje atmosferu, za razliku od energije ugljikovodika. GeoPP u prosjeku zauzima 400 m 2 u smislu 1 GW proizvedene električne energije. Ista brojka za termoelektranu na ugljen, na primjer, iznosi 3600 m 2. Ekološke prednosti GeoPP-a uključuju i nisku potrošnju vode - 20 litara slatke vode na 1 kW, dok termoelektrane i nuklearne elektrane zahtijevaju oko 1000 litara. Napominjemo da su ovo ekološki pokazatelji "prosječnog" GeoPP-a.
Ali negativno nuspojave ipak postoje. Među njima se najčešće izdvajaju buka, toplinsko onečišćenje atmosfere i kemijsko onečišćenje vode i tla, kao i stvaranje krutog otpada.
Glavni izvor kemijskog onečišćenja okoliša je sama termalna voda (visoke temperature i mineralizacije), često sadrži velike količine otrovnih spojeva, u vezi s kojima se javlja problem zbrinjavanja otpadnih voda i opasnih tvari.
Negativni učinci geotermalne energije mogu se pratiti u nekoliko faza, počevši od bušenja bušotina. Ovdje nastaju iste opasnosti kao i kod bušenja bilo koje bušotine: uništavanje tla i vegetacije, onečišćenje tla i podzemnih voda.
U fazi rada GeoPP-a i dalje postoje problemi onečišćenja okoliša. Termalne tekućine - voda i para - obično sadrže ugljični 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 ispuste u okoliš, postaju izvori onečišćenja. Osim toga, agresivno kemijsko okruženje može uzrokovati korozijsko oštećenje GeoTPP struktura.
Istodobno, emisije onečišćujućih tvari na GeoPP su u prosjeku niže nego na TE. Primjerice, emisije ugljičnog dioksida po kilovatsatu proizvedene električne energije iznose do 380 g u GeoPP, 1042 g u termoelektranama na ugljen, 906 g u loživim ulju i 453 g u termoelektranama na plin.
Postavlja se pitanje: što učiniti s otpadnom vodom? S niskim salinitetom, nakon hlađenja, može se ispuštati u površinske vode. Drugi način je pumpanje natrag u vodonosnik kroz injekcionu bušotinu, što je trenutno poželjna i prevladavajuća praksa.
Ekstrakcija termalne vode iz vodonosnika (kao i ispumpavanje obične vode) može uzrokovati slijeganje i pomicanje tla, druge deformacije geoloških slojeva i mikro-potrese. Vjerojatnost takvih pojava je obično niska, iako su zabilježeni pojedinačni slučajevi (primjerice, na GeoPP-u u Staufen im Breisgau u Njemačkoj).
Treba naglasiti da se većina GeoPP-ova nalazi u relativno slabo naseljenim područjima iu zemljama trećeg svijeta, gdje su zahtjevi za okoliš manje strogi nego u razvijenim zemljama. Osim toga, u ovom trenutku broj GeoPP-ova i njihovi kapaciteti su relativno mali. S većim razvojem geotermalne energije, rizici za okoliš mogu se povećati i umnožiti.
Kolika je energija Zemlje?
Troškovi ulaganja za izgradnju geotermalnih sustava variraju u vrlo širokom rasponu - od 200 do 5000 dolara po 1 kW instalirane snage, odnosno najjeftinije opcije su usporedive s cijenom izgradnje termoelektrane. One ovise, prije svega, o uvjetima nastanka termalnih voda, njihovom sastavu i dizajnu sustava. Bušenje na velike dubine, stvaranje zatvorenog sustava s dvije bušotine, potreba za pročišćavanjem vode može umnožiti trošak.
Primjerice, ulaganja u stvaranje petrotermalnog cirkulacijskog sustava (PTS) 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 vjetroelektrane i solarne elektrane.
Očigledna ekonomska prednost GeoTPP-a je besplatan nositelj energije. Za usporedbu, u strukturi troškova postojeće termoelektrane ili nuklearne elektrane gorivo čini 50-80% ili čak više, ovisno o trenutnim cijenama energije. Otuda još jedna prednost geotermalnog sustava: operativni troškovi su stabilniji i predvidljiviji, jer ne ovise o vanjskoj konjunkturi cijena energije. Općenito, operativni troškovi GeoTPP-a procjenjuju se na 2-10 centi (60 kopejki-3 rublje) po 1 kWh proizvedenog kapaciteta.
Druga najveća (i vrlo značajna) stavka rashoda nakon energenta je u pravilu plaća osoblje tvornice, koje se može dramatično razlikovati u različitim zemljama i regijama.
U prosjeku, trošak 1 kWh geotermalne energije usporediv je s onim za termoelektrane (in Ruski uvjeti- oko 1 rublja/1 kWh) i deset puta veća od cijene proizvodnje električne energije u HE (5-10 kopecks/1 kWh).
Dio razloga visoke cijene je taj što, za razliku od termo i hidrauličnih elektrana, GeoTPP ima relativno mali kapacitet. Osim toga, potrebno je usporediti sustave koji se nalaze u istoj regiji iu sličnim uvjetima. Tako, na primjer, na Kamčatki, prema stručnjacima, 1 kWh geotermalne električne energije košta 2-3 puta jeftinije od električne energije proizvedene u lokalnim termoelektranama.
Pokazatelji ekonomske učinkovitosti geotermalnog sustava ovise, na primjer, o tome je li potrebno zbrinjavati otpadne vode i na koji način se to čini, je li moguće kombinirano korištenje resursa. Tako, kemijski elementi a spojevi ekstrahirani iz termalne vode mogu pružiti dodatni prihod. Prisjetimo se primjera Larderella: tamo je primarna bila kemijska proizvodnja, a korištenje geotermalne energije u početku je bilo pomoćne prirode.
Geotermalna energija Forwards
Geotermalna energija se razvija nešto drugačije od vjetra i sunca. Trenutno to uvelike ovisi o prirodi samog resursa, koji se jako razlikuje po regijama, a najveće koncentracije vezane su za uske zone geotermalnih anomalija, obično povezane s područjima tektonskih rasjeda i vulkanizma.
Osim toga, geotermalna energija je tehnološki manje u usporedbi s vjetrom, a još više sa sunčevom energijom: sustavi geotermalnih stanica su prilično jednostavni.
U ukupnoj strukturi svjetske proizvodnje električne energije geotermalna komponenta čini manje od 1%, ali u nekim regijama i zemljama njezin udio doseže 25-30%. Zbog povezanosti sa geološki uvjeti značajan dio geotermalnih energetskih kapaciteta koncentriran je u zemljama trećeg svijeta, gdje postoje tri najrazvijenija klastera industrije - otoci jugoistočne Azije, srednje Amerike i istočne Afrike. Prve dvije regije dio su pacifičkog "vatrenog pojasa Zemlje", treća je vezana uz istočnoafrički rascjep. S najvećom vjerojatnošću geotermalna energija će se nastaviti razvijati u tim pojasevima. Dalji izgled je razvoj petrotermalne energije, koristeći toplinu zemljinih slojeva koji leže na dubini od nekoliko kilometara. Ovo je gotovo sveprisutan resurs, ali njegovo vađenje zahtijeva visoke troškove, pa se petrotermalna energija razvija prvenstveno u ekonomski i tehnološki najmoćnijim zemljama.
Općenito, s obzirom na sveprisutnost geotermalnih resursa i prihvatljivu razinu sigurnosti okoliša, postoji razlog za vjerovanje da geotermalna energija ima dobre izglede za razvoj. Pogotovo s rastućom prijetnjom nestašice tradicionalnih energenata i porastom cijena za njih.
Od Kamčatke do Kavkaza
U Rusiji razvoj geotermalne energije ima prilično dugu povijest, a po nizu smo pozicija među svjetskim liderima, iako je udio geotermalne energije u ukupnoj energetskoj bilanci ogromne zemlje još uvijek zanemariv.
Pioniri i središta razvoja geotermalne energije u Rusiji bile su dvije regije - Kamčatka i Sjeverni Kavkaz, i ako je u prvom slučaju prije svega riječ o elektroenergetskoj industriji, onda u drugom - o korištenju toplinske energije termalna voda.
Na Sjevernom Kavkazu, u Krasnodarski teritorij, Čečenija, Dagestan - toplina termalnih voda u energetske svrhe korištena je i prije Velikog Domovinski rat. U 1980-1990-ima razvoj geotermalne energije u regiji, iz očitih razloga, zastao je i još se nije oporavio od stanja stagnacije. Ipak, opskrba geotermalnom vodom na Sjevernom Kavkazu osigurava toplinu za oko 500 tisuća ljudi, a, na primjer, grad Labinsk na Krasnodarskom teritoriju sa 60 tisuća stanovnika u potpunosti se zagrijava geotermalnim vodama.
Na Kamčatki je povijest geotermalne energije povezana prvenstveno s izgradnjom GeoPP-a. Prve od njih, koje još uvijek rade stanice Pauzhetskaya i Paratunskaya, izgrađene su 1965.-1967., dok je Paratunskaya GeoPP kapaciteta 600 kW postala prva stanica na svijetu s binarnim ciklusom. Bio je to razvoj sovjetskih znanstvenika S. S. Kutateladzea i A. M. Rosenfelda s Instituta za toplinsku fiziku Sibirskog ogranka Ruske akademije znanosti, koji su 1965. godine dobili potvrdu o autorskim pravima za vađenje električne energije iz vode s temperaturom od 70 ° C. Ova tehnologija je kasnije postala prototip za više od 400 binarnih GeoPP-ova u svijetu.
Kapacitet Pauzhetskaya GeoPP, pušten u rad 1966., u početku je bio 5 MW, a zatim je povećan na 12 MW. Trenutno je stanica u izgradnji binarnog bloka, koji će povećati njen kapacitet za još 2,5 MW.
Razvoj geotermalne energije u SSSR-u i Rusiji bio je sputan dostupnošću tradicionalnih izvora energije - nafte, plina, ugljena, ali nikada nije prestao. Najveći geotermalni objekti u ovom trenutku su Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ukupne snage 12 MW elektrane, puštene u rad 1999. godine, i Mutnovskaya GeoPP snage 50 MW (2002.).
Mutnovskaya i Verkhne-Mutnovskaya GeoPP jedinstveni su objekti ne samo za Rusiju, već i na globalnoj razini. Postaje se nalaze u podnožju vulkana Mutnovsky, na nadmorskoj visini od 800 metara, i rade u ekstremnim uvjetima. klimatskim uvjetima, gdje je zima 9-10 mjeseci godišnje. Oprema Mutnovsky GeoPPs, trenutno jedne od najmodernijih u svijetu, u potpunosti je stvorena u domaćim elektroenergetskim poduzećima.
Trenutno je udio stanica Mutnovsky u ukupnoj strukturi potrošnje energije energetskog čvorišta Central Kamčatka 40%. U narednim godinama planira se povećanje kapaciteta.
Zasebno, treba reći o ruskom petrotermalnom razvoju. Još nemamo veliki PDS, međutim, postoje napredne tehnologije za bušenje na velike dubine (oko 10 km), koje također nemaju analoga u svijetu. Ih daljnji razvoj drastično će smanjiti troškove stvaranja petrotermalnih sustava. Programeri ovih tehnologija i projekata su N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geološki institut Ruske akademije znanosti), A. S. Nekrasov (Institut za ekonomska prognoza Ruske akademije znanosti) i stručnjaci iz Kaluške turbinske tvornice. Trenutno je projekt petrotermalnog cirkulacijskog sustava u Rusiji u pilot fazi.
Izgledi za geotermalnu energiju u Rusiji postoje, iako su relativno udaljeni: u ovom trenutku potencijal je prilično velik, a pozicija tradicionalne energije je jaka. Istodobno, u brojnim udaljenim regijama zemlje korištenje geotermalne energije je ekonomski isplativo i traženo je i sada. To su područja s visokim geoenergetskim potencijalom (Čukotka, Kamčatka, Kurili - ruski dio pacifički „vatreni pojas Zemlje“, planine južnog Sibira i Kavkaza) i istovremeno udaljene i odsječene od centralizirane opskrbe energijom.
Vjerojatno će se u narednim desetljećima geotermalna energija u našoj zemlji razvijati upravo u takvim regijama.
Kirill Degtyarev, istraživač, Moskva Državno sveučilište ih. M. V. Lomonosov.
U našoj zemlji, bogatoj ugljikovodicima, geotermalna energija je vrsta egzotičnog resursa koji, u sadašnjem stanju, teško da može konkurirati nafti i plinu. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svugdje i prilično učinkovito.
Fotografija Igora Konstantinova.
Promjena temperature tla s dubinom.
Povećanje temperature termalnih voda i suhih stijena koje ih sadrže s dubinom.
Promjena temperature s dubinom u različitim regijama.
Erupcija islandskog vulkana Eyjafjallajökull ilustracija je nasilnih vulkanskih procesa koji se odvijaju u aktivnim tektonskim i vulkanskim zonama uz snažan toplinski tok iz unutrašnjosti Zemlje.
Instalirani kapaciteti geotermalnih elektrana po zemljama svijeta, MW.
Distribucija geotermalnih resursa na teritoriju Rusije. Zalihe geotermalne energije, prema mišljenju stručnjaka, nekoliko su puta veće od energetskih rezervi organskih fosilnih goriva. Prema Udruzi Geotermalne energije.
Geotermalna energija je toplina zemljine unutrašnjosti. Proizvodi se u dubinama i dolazi na površinu Zemlje u različitim oblicima i različitim intenzitetom.
Temperatura gornjih slojeva tla ovisi uglavnom o vanjskim (egzogenim) čimbenicima - sunčevoj svjetlosti i temperaturi zraka. Tlo se ljeti i danju zagrijava do određene dubine, a zimi i noću se hladi nakon promjene temperature zraka i s određenim zakašnjenjem, povećavajući se s dubinom. Utjecaj dnevnih kolebanja temperature zraka završava na dubinama od nekoliko do nekoliko desetaka centimetara. Sezonske fluktuacije zahvaćaju dublje slojeve tla - do nekoliko desetaka metara.
Na određenoj dubini - od desetaka do stotina metara - temperatura tla održava se konstantnom, jednakom prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka u blizini Zemljine površine. To je lako provjeriti spuštanjem u prilično duboku špilju.
Kada je prosječna godišnja temperatura zraka na određenom području ispod nule, to se očituje kao permafrost (točnije, permafrost). U istočnom Sibiru debljina, odnosno debljina smrznutog tla tijekom cijele godine mjestimično doseže 200-300 m.
S određene dubine (svoje za svaku točku na karti) djelovanje Sunca i atmosfere toliko slabi da su endogeni (unutarnji) čimbenici na prvom mjestu i Zemljina se unutrašnjost zagrijava iznutra, tako da temperatura počinje rasti. uzdizati se s dubinom.
Zagrijavanje dubokih slojeva Zemlje povezano je uglavnom s raspadom radioaktivnih elemenata koji se tamo nalaze, iako se nazivaju i drugi izvori topline, na primjer, fizikalno-kemijski, tektonski procesi u dubokim slojevima zemljine kore i plašta. No, bez obzira na uzrok, temperatura stijena i povezanih tekućih i plinovitih tvari raste s dubinom. Rudari se suočavaju s ovim fenomenom – u dubokim rudnicima uvijek je vruće. Na dubini od 1 km trideset stupnjeva vrućine je normalna, a dublje temperatura je još viša.
Toplinski tok zemljine unutrašnjosti, koji doseže površinu Zemlje, je mali - u prosjeku, njegova snaga je 0,03-0,05 W / m 2,
ili oko 350 Wh/m 2 godišnje. Na pozadini toplinskog toka sa Sunca i zraka koji se njime zagrijava, to je neprimjetna vrijednost: Sunce daje svakom kvadratnom metru zemljine površine oko 4000 kWh godišnje, odnosno 10 000 puta više (naravno, ovo je u prosjeku, s velikim rasponom između polarnih i ekvatorijalnih širina i ovisno o drugim klimatskim i vremenskim čimbenicima).
Neznačajnost toplinskog toka iz dubine prema površini u većem dijelu planeta povezana je s niskom toplinskom vodljivošću stijena i osobitostima geološke strukture. Ali postoje iznimke - mjesta gdje je protok topline visok. To su, prije svega, zone tektonskih rasjeda, pojačane seizmičke aktivnosti i vulkanizma, gdje energija unutrašnjosti zemlje nalazi izlaz. Takve zone karakteriziraju toplinske anomalije litosfere, ovdje toplinski tok koji dopire do površine Zemlje može biti mnogo puta, pa čak i redova veličine, jači od "uobičajenog". U tim zonama ogromna količina topline izvlači se na površinu vulkanskim erupcijama i toplim izvorima vode.
Upravo su ta područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na području Rusije to su, prije svega, Kamčatka, Kurilski otoci i Kavkaz.
Istodobno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo posvuda, budući da je porast temperature s dubinom sveprisutan fenomen, a zadatak je "izvlačenje" topline iz utrobe, baš kao što se odatle crpe mineralne sirovine.
U prosjeku, temperatura raste s dubinom za 2,5-3 o C na svakih 100 m. Omjer temperaturne razlike između dviju točaka koje leže na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.
Recipročan je geotermalni korak, odnosno dubinski interval u kojem temperatura raste za 1 o C.
Što je veći gradijent i, shodno tome, što je niži korak, toplina Zemljinih dubina se više približava površini i ovo je područje perspektivnije za razvoj geotermalne energije.
U različitim područjima, ovisno o geološkoj strukturi i drugim regionalnim i lokalnim uvjetima, brzina porasta temperature s dubinom može dramatično varirati. Na ljestvici Zemlje, fluktuacije u vrijednostima geotermalnih gradijenta i stepenica dosežu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150 o C na 1 km, a u Južnoj Africi 6 o C na 1 km.
Pitanje je kolika 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 više-manje potvrđuju izravna opažanja u ultradubokim bušotinama, iako je slika puno kompliciranija 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 zatim 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 bunar postavljen 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 počevši od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km procijenjene temperature su oko 1300-1500 o C, na dubini od 400 km - 1600 o C, u Zemljinoj jezgra (dubine veće od 6000 km) - 4000-5000 o SO.
Na dubinama do 10-12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; gdje ih nema, određuje se posrednim znakovima na isti način kao i na većim dubinama. Takvi neizravni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja eruptira.
Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.
Na dubinama od nekoliko kilometara ima puno topline, ali kako je podići? Ponekad nam sama priroda taj problem rješava uz pomoć prirodnog rashladnog sredstva – zagrijane termalne vode koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.
Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". U pravilu se podrazumijevaju vruće podzemne vode u tekućem stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje na površinu Zemlje izlaze s temperaturom iznad 20 °C, odnosno u pravilu višom od temperature zraka .
Toplina podzemne vode, pare, mješavine pare i vode je hidrotermalna energija. Sukladno tome, energija koja se temelji na njezinoj upotrebi naziva se hidrotermalna.
Situacija je složenija s proizvodnjom topline izravno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer dovoljno visoke temperature, u pravilu, počinju s dubine od nekoliko kilometara.
Na teritoriju Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od potencijala hidrotermalne energije - 3500 odnosno 35 trilijuna tona standardnog goriva. To je sasvim prirodno - toplina Zemljinih dubina je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očitih tehničkih poteškoća, većina termalnih voda trenutno se koristi za proizvodnju toplinske i električne energije.
Temperature vode od 20-30 do 100 o C pogodne su za grijanje, temperature od 150 o C i više - te za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.
Općenito, geotermalni resursi na teritoriju Rusije, u smislu tona standardnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije, su oko 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.
Teoretski, samo geotermalna energija mogla bi u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi to trenutno na većem dijelu njezina teritorija nije izvedivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.
U svijetu se korištenje geotermalne energije najčešće povezuje s Islandom – državom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u iznimno aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerojatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyjafjallajökull 2010. godine.
Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući vruće izvore koji dolaze na površinu Zemlje i čak šikljaju u obliku gejzira.
Na Islandu se više od 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući i geotermalne izvore, osigurano je 90% grijanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajmo da ostatak električne energije u zemlji proizvode hidroelektrane, odnosno također koristeći obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao svojevrsni globalni ekološki standard.
“Ukroćenje” geotermalne energije u 20. stoljeću znatno je ekonomski pomoglo Islandu. Do sredine prošlog stoljeća bila je vrlo siromašna država, sada je na prvom mjestu u svijetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po stanovniku, a u prvih je deset po apsolutnom instaliranom kapacitetu geotermalne energije. bilje. Međutim, njegova populacija je samo 300 tisuća ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potreba za tim je općenito mala.
Osim Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnoj bilanci proizvodnje električne energije osiguravaju Novi Zeland i otočne države jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemlje Srednje Amerike i Istočne Afrike čiji je teritorij također karakterističan. visokom seizmičkom i vulkanskom aktivnošću. Za ove zemlje, na njihovoj sadašnjoj razini razvoja i potreba, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.
(Slijedi završetak.)
Jedna od najboljih, racionalnih metoda u izgradnji kapitalnih staklenika je podzemni termos staklenik.
Korištenje ove činjenice postojanosti zemljine temperature na dubini u izgradnji staklenika daje ogromne uštede u troškovima grijanja u hladnoj sezoni, olakšava njegu, čini mikroklimu stabilnijom.
Takav staklenik radi u najtežim mrazima, omogućuje vam proizvodnju povrća, uzgoj cvijeća tijekom cijele godine.
Pravilno opremljen ukopani staklenik omogućuje uzgoj, između ostalog, južnih usjeva koji vole toplinu. Ograničenja praktički nema. Agrumi, pa čak i ananas, mogu se osjećati sjajno u stakleniku.
No, kako bi sve u praksi funkcioniralo kako treba, imperativ je slijediti provjerene tehnologije po kojima su izgrađeni podzemni staklenici. Uostalom, ova ideja nije nova, čak i pod carem u Rusiji, zakopani staklenici dali su usjeve ananasa, koje su poduzetni trgovci izvozili u Europu na prodaju.
Iz nekog razloga, izgradnja takvih staklenika nije našla široku rasprostranjenost u našoj zemlji, uglavnom, jednostavno je zaboravljena, iako je dizajn idealan samo za našu klimu.
Vjerojatno je tu ulogu igrala potreba za kopanjem duboke jame i izlijevanjem temelja. Izgradnja ukopanog staklenika je prilično skupa, daleko je od staklenika prekrivenog polietilenom, ali povrat staklenika je puno veći.
Od produbljivanja u tlo, cjelokupno unutarnje osvjetljenje se ne gubi, to se može činiti čudnim, ali u nekim je slučajevima zasićenost svjetla čak i veća od one u klasičnim staklenicima.
Nemoguće je ne spomenuti snagu i pouzdanost konstrukcije, neusporedivo je jača nego inače, lakše podnosi orkanske navale vjetra, dobro se odupire tuči, a blokade snijega neće biti prepreka.
1. Jama
Izrada staklenika počinje kopanjem temeljne jame. Za korištenje topline zemlje za zagrijavanje unutarnjeg volumena, staklenik mora biti dovoljno produbljen. Što dublje zemlja postaje toplija.
Temperatura se gotovo ne mijenja tijekom godine na udaljenosti od 2-2,5 metara od površine. Na dubini od 1 m temperatura tla više varira, ali zimi njena vrijednost ostaje pozitivna, obično u srednjoj traci temperatura je 4-10 C, ovisno o godišnjem dobu.
Ukopani staklenik se gradi u jednoj sezoni. Odnosno, zimi će već moći funkcionirati i ostvarivati prihod. Izgradnja nije jeftina, ali korištenjem domišljatosti, kompromisnih materijala moguće je uštedjeti doslovno cijeli red veličine izradom svojevrsne ekonomske opcije za staklenik, počevši od temeljne jame.
Na primjer, učiniti bez uključivanja građevinske opreme. Iako je najdugovječniji dio posla - kopanje jame - bolje je, naravno, dati bageru. Ručno uklanjanje takve količine zemljišta je teško i dugotrajno.
Dubina jame za iskop treba biti najmanje dva metra. Na takvoj dubini, zemlja će početi dijeliti svoju toplinu i raditi kao neka vrsta termosa. Ako je dubina manja, tada će u načelu ideja funkcionirati, ali osjetno manje učinkovito. Stoga se preporuča da ne štedite trud i novac na produbljivanju budućeg staklenika.
Podzemni staklenici mogu biti bilo koje duljine, ali bolje je zadržati širinu unutar 5 metara, ako je širina veća, tada se karakteristike kvalitete grijanja i refleksije svjetlosti pogoršavaju.
Na stranama horizonta, podzemni staklenici trebaju biti orijentirani, poput običnih staklenika i staklenika, od istoka prema zapadu, odnosno tako da jedna od strana bude okrenuta prema jugu. U ovom položaju biljke će dobiti maksimalnu količinu sunčeve energije.
2. Zidovi i krov
Duž perimetra jame izlije se temelj ili se postavljaju blokovi. Temelj služi kao osnova za zidove i okvir strukture. Zidovi su najbolje izrađeni od materijala s dobrim karakteristikama toplinske izolacije, termoblokovi su izvrsna opcija.
Krovni okvir često je izrađen od drveta, od šipki impregniranih antiseptičkim sredstvima. Krovna konstrukcija je obično ravna zabatna. U sredini konstrukcije pričvršćena je grebena greda, za to se na podu postavljaju središnji nosači duž cijele duljine staklenika.
Sljemenska greda i zidovi povezani su nizom rogova. Okvir se može izraditi bez visokih oslonaca. Oni se zamjenjuju malim, koji se postavljaju na poprečne grede koje povezuju suprotne strane staklenika - ovaj dizajn čini unutarnji prostor slobodnijim.
Kao krovni pokrov, bolje je uzeti stanični polikarbonat - popularan moderni materijal. Razmak između rogova tijekom izgradnje prilagođava se širini polikarbonatnih listova. Pogodno je raditi s materijalom. Premaz se dobiva s malim brojem spojeva, jer se listovi proizvode u duljinama od 12 m.
Na okvir su pričvršćeni samoreznim vijcima, bolje ih je odabrati s kapom u obliku podloške. Kako biste izbjegli pucanje lima, ispod svakog samoreznog vijka bušilicom mora se izbušiti rupa odgovarajućeg promjera. S odvijačem ili konvencionalnom bušilicom s Phillips svrdlom, rad na staklu odvija se vrlo brzo. Kako bi se izbjegle praznine, dobro je unaprijed položiti rogove uz vrh brtvilom od mekane gume ili drugog prikladnog materijala i tek onda zašrafiti limove. Vrh krova duž grebena mora biti položen mekom izolacijom i pritisnut nekom vrstom kuta: plastikom, kositrom ili drugim prikladnim materijalom.
Za dobru toplinsku izolaciju krov se ponekad izrađuje s dvostrukim slojem polikarbonata. Iako je prozirnost smanjena za oko 10%, ali to je pokriveno izvrsnim performansama toplinske izolacije. Valja napomenuti da se snijeg na takvom krovu ne topi. Stoga nagib mora biti pod dovoljnim kutom, najmanje 30 stupnjeva, kako se snijeg ne bi nakupljao na krovu. Dodatno je ugrađen i električni vibrator za tresenje, koji će spasiti krov u slučaju da se snijeg i dalje nakuplja.
Dvostruko staklo se izvodi na dva načina:
Između dva lista umetnut je poseban profil, listovi su pričvršćeni na okvir odozgo;
Prvo, donji sloj ostakljenja pričvršćen je na okvir s unutarnje strane, na donju stranu rogova. Krov je prekriven drugim slojem, kao i obično, odozgo.
Nakon završetka rada, poželjno je sve spojeve zalijepiti trakom. Završeni krov izgleda vrlo impresivno: bez nepotrebnih spojeva, glatko, bez istaknutih dijelova.
3. Zagrijavanje i grijanje
Izolacija zidova provodi se na sljedeći način. Prvo morate pažljivo premazati sve spojeve i šavove zida otopinom, ovdje se također možete primijeniti montažna pjena. Unutarnja strana zidova prekrivena je termoizolacijskim filmom.
U hladnim dijelovima zemlje, dobro je koristiti foliju debelog filma, prekrivajući zid dvostrukim slojem.
Temperatura duboko u tlu staklenika je iznad nule, ali hladnija od temperature zraka potrebne za rast biljaka. Gornji sloj zagrijavaju sunčeve zrake i zrak staklenika, ali tlo ipak oduzima toplinu, pa se često u podzemnim staklenicima koristi tehnologija "toplih podova": grijaći element - električni kabel - zaštićen je metalni roštilj ili izliven betonom.
U drugom slučaju, tlo za krevete prelijeva se betonom ili se zelje uzgaja u loncima i saksijama.
Korištenje podnog grijanja može biti dovoljno za zagrijavanje cijelog staklenika ako ima dovoljno snage. Ali za biljke je učinkovitije i ugodnije koristiti kombinirano grijanje: podno grijanje + grijanje zraka. Za dobar rast potrebna im je temperatura zraka od 25-35 stupnjeva pri temperaturi zemlje od oko 25 C.
ZAKLJUČAK
Naravno, izgradnja ukopanog staklenika koštat će više, a bit će potrebno više truda nego kod izgradnje sličnog staklenika konvencionalnog dizajna. No, sredstva uložena u staklenik-termos vremenom su opravdana.
Prvo, štedi energiju na grijanju. Bez obzira na to kako se zimi grije običan prizemni staklenik, uvijek će biti skuplji i teži od sličnog načina grijanja u podzemnom stakleniku. Drugo, ušteda na rasvjeti. Folija toplinska izolacija zidova, reflektirajući svjetlost, udvostručuje osvjetljenje. Mikroklima u dubokom stakleniku zimi će biti povoljnija za biljke, što će svakako utjecati na prinos. Sadnice će se lako ukorijeniti, nježne biljke će se osjećati sjajno. Takav staklenik jamči stabilan, visok prinos svih biljaka tijekom cijele godine.