יש אוצר גדול בבטן האדמה. זה לא זהב, זה לא כסף, זה לא אבנים יקרותהוא מקור עצום של אנרגיה גיאותרמית.
רוב האנרגיה הזו מאוחסנת בשכבות של סלע מותך הנקראות מאגמה. החום של כדור הארץ הוא אוצר אמיתי, מכיוון שהוא מקור אנרגיה נקי, ויש לו יתרונות על פני אנרגיית הנפט, הגז והאטום.
עמוק מתחת לאדמה הטמפרטורות מגיעות למאות ואף אלפי מעלות צלזיוס. ההערכה היא שכמות החום התת-קרקעי שעולה על פני השטח מדי שנה, במונחים של מגה-ואט-שעה, היא 100 מיליארד. זוהי פי כמה מכמות החשמל הנצרכת ברחבי העולם. איזה כוח! עם זאת, לא קל לאלף אותה.

איך מגיעים לאוצר
קצת חום נמצא באדמה, אפילו קרוב לפני השטח של כדור הארץ. ניתן לחלץ אותו באמצעות משאבות חום המחוברות לצינורות תת קרקעיים. האנרגיה של פנים כדור הארץ יכולה לשמש הן לחימום בתים בחורף והן למטרות אחרות. אנשים החיים ליד מעיינות חמים או באזורים שבהם מתרחשים תהליכים גיאולוגיים פעילים מצאו דרכים אחרות להשתמש בחום של כדור הארץ. בימי קדם, הרומאים, למשל, השתמשו בחום של מעיינות חמים לאמבטיות.
אבל רובהחום מרוכז מתחת לקרום כדור הארץ בשכבה הנקראת המעטפת. עובי ממוצע קרום כדור הארץהוא 35 קילומטרים, וטכנולוגיות קידוח מודרניות אינן מאפשרות חדירה לעומק כזה. עם זאת, קרום כדור הארץ מורכב מלוחות רבים, ובמקומות מסוימים, במיוחד בצומת שלהם, הוא דק יותר. במקומות אלו, מאגמה עולה קרוב יותר לפני השטח של כדור הארץ ומחממת את המים שנפלו לתוך השכבות. סלעים. שכבות אלה שוכנות בדרך כלל בעומק של שניים עד שלושה קילומטרים בלבד מפני השטח של כדור הארץ. בעזרת טכנולוגיות קידוח חדישות אפשר בהחלט לחדור לשם. ניתן להפיק את האנרגיה של מקורות גיאותרמיים ולהשתמש בהם בצורה שימושית.

אנרגיה בשירות האדם
בגובה פני הים, המים הופכים לקיטור ב-100 מעלות צלזיוס. אבל מתחת לאדמה, היכן שהלחץ גבוה בהרבה, המים נשארים במצב נוזלי בטמפרטורות גבוהות יותר. נקודת הרתיחה של המים עולה ל-230, 315 ו-600 מעלות צלזיוס בעומק של 300, 1525 ו-3000 מטר בהתאמה. אם טמפרטורת המים בבאר הקודחת היא מעל 175 מעלות צלזיוס, ניתן להשתמש במים אלה להפעלת גנרטורים חשמליים.
מים בטמפרטורות גבוהות נמצאים בדרך כלל באזורים של פעילות געשית לאחרונה, למשל, בחגורה הגאו-סינקלינאלית של האוקיינוס ​​השקט - שם, באיי האוקיינוס ​​השקט, יש הרבה הרי געש פעילים וכבויים. הפיליפינים נמצאים באזור זה. ובתוך השנים האחרונותמדינה זו עשתה התקדמות משמעותית בשימוש במקורות גיאותרמיים לייצור חשמל. הפיליפינים הפכו לאחד מיצרני האנרגיה הגיאותרמית הגדולים בעולם. יותר מ-20 אחוז מכלל החשמל שצורכת המדינה מתקבל בצורה זו.
כדי ללמוד עוד על האופן שבו חום כדור הארץ משמש לייצור חשמל, בקר בתחנת הכוח הגיאותרמית הגדולה McBan במחוז הפיליפיני לגונה. הספק של תחנת הכוח הוא 426 מגה וואט.

תחנת כוח גיאותרמית
הדרך מובילה לשדה גיאותרמי. מתקרבים לתחנה, מוצאים את עצמכם בממלכה של צינורות גדולים דרכם נכנסים אל הגנרטור קיטור מבארות גיאותרמיות. הקיטור זורם גם דרך הצינורות מהגבעות הסמוכות. במרווחים קבועים מכופפים צינורות ענקיים ללולאות מיוחדות המאפשרות להם להתרחב ולהתכווץ כשהם מתחממים ומתקררים.
ליד המקום הזה נמצא המשרד של "Philippine Geothermal, Inc.". לא רחוק מהמשרד יש כמה בארות הפקה. התחנה משתמשת באותה שיטת קידוח כמו הפקת הנפט. ההבדל היחיד הוא שהבארות הללו הן בקוטר גדול יותר. בארות הופכות לצינורות שדרכם עולים מים חמים וקיטור בלחץ אל פני השטח. התערובת הזו היא שנכנסת לתחנת הכוח. הנה שתי בארות קרובות מאוד זו לזו. הם מתקרבים רק על פני השטח. מתחת לאדמה, אחד מהם יורד אנכית למטה, והשני מונחה על ידי צוות התחנה לפי שיקול דעתם. מכיוון שהקרקע יקרה, הסדר כזה מועיל מאוד - בארות סערה קרובות זו לזו, וחוסכות כסף.
אתר זה משתמש ב"טכנולוגיית אידוי הבזק". עומק הבאר העמוקה ביותר כאן הוא 3,700 מטר. מים חמים נמצאים מתחת לחץ גבוהעמוק מתחת לאדמה. אבל כשהמים עולים לפני השטח, הלחץ יורד ורוב המים הופכים מיד לאדים, ומכאן השם.
מים נכנסים למפריד דרך הצינור. כאן הקיטור מופרד מהמים החמים או התמלחת הגיאותרמית. אבל גם לאחר מכן, הקיטור עדיין לא מוכן להיכנס לגנרטור החשמלי - טיפות מים נשארות בזרם הקיטור. טיפות אלו מכילות חלקיקים של חומרים שעלולים להיכנס לטורבינה ולפגוע בה. לכן, לאחר המפריד, הקיטור נכנס למנקה הגז. כאן מנקים את הקיטור מהחלקיקים הללו.
צינורות גדולים ומבודדים מובילים את הקיטור המטוהרים לתחנת כוח במרחק של כקילומטר משם. לפני שהקיטור נכנס לטורבינה ומניע את הגנרטור, הוא מועבר דרך מקרצף גז אחר כדי להסיר את הקונדנסט שנוצר.
אם תטפסו לראש הגבעה, אז כל האתר הגיאותרמי ייפתח לעיניכם.
השטח הכולל של אתר זה הוא כשבעה קמ"ר. יש כאן 102 בארות, 63 מהן הן בארות הפקה. רבים אחרים משמשים לשאיבת מים בחזרה לתוך המעיים. כל שעה זה מעובד כמות גדולהמים חמים וקיטור, שיש צורך להחזיר את המים המופרדים בחזרה למעיים כדי לא לפגוע בסביבה. וגם תהליך זה עוזר לשחזר את השדה הגיאותרמי.
כיצד משפיעה תחנת כוח גיאותרמית על הנוף? יותר מכל, זה מזכיר את הקיטור שיוצא מטורבינות קיטור. סביב תחנת הכוח צומחים דקלי קוקוס ועצים אחרים. בעמק, הממוקם למרגלות הגבעה, נבנו מבני מגורים רבים. לכן, בשימוש נכון, אנרגיה גיאותרמית יכולה לשרת אנשים מבלי לפגוע בסביבה.
תחנת כוח זו משתמשת רק בקיטור בטמפרטורה גבוהה לייצור חשמל. עם זאת, לא כל כך מזמן ניסו להשיג אנרגיה באמצעות נוזל שהטמפרטורה שלו מתחת ל-200 מעלות צלזיוס. וכתוצאה מכך הייתה תחנת כוח גיאותרמית עם מחזור כפול. במהלך הפעולה, תערובת הקיטור והמים החמים משמשת להמרת נוזל העבודה למצב גזי, אשר בתורו מניע את הטורבינה.

יתרונות וחסרונות
לשימוש באנרגיה גיאותרמית יתרונות רבים. מדינות שבהן הוא מיושם פחות תלויות בנפט. כל עשרה מגה וואט של חשמל המיוצר על ידי תחנות כוח גיאותרמיות חוסך מדי שנה 140,000 חביות נפט גולמי בשנה. בנוסף, המשאבים הגיאותרמיים הם עצומים, והסיכון להתרוקנותם נמוך פי כמה מאשר במקרה של משאבי אנרגיה רבים אחרים. השימוש באנרגיה גיאותרמית פותר את בעיית הזיהום הסביבתי. בנוסף, עלותו נמוכה למדי בהשוואה להרבה סוגי אנרגיה אחרים.
יש כמה חסרונות סביבתיים. קיטור גיאותרמי מכיל בדרך כלל מימן גופרתי, שהוא רעיל בכמויות גדולות, ולא נעים בכמויות קטנות בגלל ריח הגופרית. עם זאת, מערכות המסלקות גז זה יעילות ויעילות יותר ממערכות בקרת פליטות בתחנות כוח של דלק מאובנים. בנוסף, החלקיקים בזרם אדי המים מכילים לעיתים כמויות קטנות של ארסן וחומרים רעילים אחרים. אבל כששואבים פסולת לאדמה, הסכנה מצטמצמת למינימום. גם האפשרות של זיהום מי תהום עלולה לעורר דאגה. כדי למנוע זאת, יש "לחבוש" בארות גיאותרמיות שנקדחו לעומק רב במסגרת של פלדה ומלט.

יתרונות וחסרונות אנרגיה גיאותרמית

אנרגיה גיאותרמית תמיד משכה אנשים עם הזדמנויות. יישום שימושי. היתרון העיקרי של אנרגיה גיאותרמית הוא חוסר התכלה המעשית שלה ועצמאות מוחלטת מתנאי הסביבה, שעות היום והשנה. אנרגיה גיאותרמית חייבת את ה"עיצוב" שלה לליבה המרכזית הלוהטת של כדור הארץ, עם אספקה ​​עצומה של אנרגיה תרמית. רק בשכבה העליונה של שלושת הקילומטרים של כדור הארץ מאוחסנת כמות אנרגיה תרמית השווה לאנרגיה של כ-300 מיליארד טון פחם. לחום של הליבה המרכזית של כדור הארץ יש יציאה ישירה אל פני כדור הארץ דרך פתחי האוורור של הרי געש ובצורת מים חמים וקיטור.

בנוסף, מאגמה מעבירה את החום שלה לסלעים, ועם הגדלת העומק, הטמפרטורה שלהם עולה. על פי נתונים זמינים, הטמפרטורה של הסלעים עולה בממוצע של 1 מעלות צלזיוס עבור כל 33 מ' של עומק (צעד גיאותרמי). המשמעות היא שבעומק של 3-4 ק"מ המים רותחים; ובעומק של 10-15 ק"מ, הטמפרטורה של הסלעים יכולה להגיע ל-1000-1200 מעלות צלזיוס. אבל לפעמים למדרגה הגיאותרמית יש משמעות אחרת, למשל, באזור שבו נמצאים הרי געש, טמפרטורת הסלעים עולה ב-1 מעלות צלזיוס עבור כל 2-3 מ'. באזור צפון הקווקז, המדרגה הגיאותרמית היא 15- 20 מ' מדוגמאות אלו ניתן להסיק כי קיים מגוון ניכר של תנאי טמפרטורה של מקורות אנרגיה גיאותרמית, אשר יקבעו את האמצעים הטכניים לשימוש בו, וכי הטמפרטורה היא הפרמטר העיקרי המאפיין את החום הגיאותרמי.

קיימות האפשרויות הבסיסיות הבאות לשימוש בחום של מעמקי כדור הארץ. מים או תערובת של מים וקיטור, בהתאם לטמפרטורה שלהם, יכולים לשמש עבור אספקת מים חמים וחום, לייצור חשמל, או לכל שלוש המטרות בו זמנית. רצוי להשתמש בחום בטמפרטורה גבוהה של האזור הכמעט-וולקני וסלעים יבשים לייצור חשמל ואספקת חום. מאיזה מקור של גיאותרמית אנרגיה בשימוש, תלוי במכשיר של התחנה.

אם באזור זה יש מקורות של מים תרמיים תת-קרקעיים, אז רצוי להשתמש בהם לאספקת חום ואספקת מים חמים. לדוגמה, על פי נתונים זמינים, במערב סיביר יש ים תת קרקעי בשטח של 3 מיליון מ"ר עם טמפרטורת מים של 70-90 מעלות צלזיוס. שמורות גדולות של מים תרמיים תת-קרקעיים ממוקמות בדאגסטן, צפון אוסטיה, צ'צ'נו-אינגושטיה, קברדינו-בלקריה, טרנס-קווקזיה, סטברופול וקרסנודר, קזחסטן, קמצ'טקה ומספר אזורים אחרים של רוסיה.

כבר בדאגסטן הרבה זמןמים תרמיים משמשים לאספקת חום. במשך 15 שנים, יותר מ-97 מיליון מ"ק של מים תרמיים נשאבו לאספקת חום, מה שאפשר לחסוך 638 אלף טונות של דלק שווה ערך.

בנייני מגורים מחוממים במים תרמיים במחצ'קלה עם שטח כולל 24 אלף מ"ר, בקיזליאר - 185 אלף מ"ר. עתודות המים התרמיים בג'ורג'יה מבטיחות, המאפשרות צריכה של 300-350 אלף מ"ר ליום עם טמפרטורה של עד 80 שעות. .בירת ג'ורג'יה ממוקמת מעל המרבץ של מים תרמיים עם הרכב מתאן-חנקן ומימן גופרתי וטמפרטורה של עד 100 מעלות צלזיוס.

אילו בעיות מתעוררות בעת שימוש במים תרמיים תת קרקעיים? העיקרית שבהן היא הצורך בהזרקה חוזרת של מי שפכים לאקוויפר תת קרקעי. מים תרמיים מכילים כמות גדולה של מלחים של מתכות רעילות שונות (לדוגמה, בורון, עופרת, אבץ, קדמיום, ארסן) ותרכובות כימיות (אמוניה, פנולים), מה שלא כולל את הזרמת מים אלה למערכות מים טבעיות הממוקמות על פני השטח. . לדוגמה, המים התרמיים של מרבץ בולשבאנויה (על נהר באנאיה, 60 ק"מ מפטרופבלובסק-קמצ'צקי) מכילים מלחים שונים עד 1.5 גרם לליטר, פלואור - עד 9 מ"ג לליטר, חומצה סיליקית - עד 300 מ"ג / ל. המים התרמיים של מרבץ פאוז'צקי באותו אזור (טמפרטורה J44 - 200 מעלות צלזיוס, לחץ בראש הבאר 2-4 אטמוספירה) מכילים בין 1.0 ל-3.4 גרם לליטר של מלחים שונים, חומצה סיליקית - 250 מ"ג לליטר, חומצה בורית - 15 מ"ג לליטר, גזים מומסים: פחמן דו חמצני - 500 מ"ג לליטר, מימן גופרתי - 25 מ"ג לליטר, אמוניה -15 מ"ג לליטר. המים הגיאותרמיים של שדה Tarumovskoye בדאגסטן (טמפרטורה 185 מעלות צלזיוס, לחץ 150-200 אטמוספירה) מכילים עד 200 גרם/ליטר מלחים ו-3.5-4 מ"ק מתאן ב תנאים רגיליםלכל 1 מ"ק מים.

/ המעניינים ביותר הם מים תרמיים או יציאות קיטור בטמפרטורה גבוהה, שיכולים לשמש לייצור חשמל ואספקת חום. בארצנו מופעלת תחנת הכוח הגיאותרמית הניסיונית Pauzhetskaya (GeoTPP) בהספק חשמלי מותקן של 11 MW, שנבנתה בשנת 1967 בקמצ'טקה.)

עם זאת, תפקידה באספקת האנרגיה של האזור לא היה משמעותי. בנוסף, בשנת 1967, הופעל GeoTPP ניסיוני בהספק של 0.75 MW בשדה גיאותרמי ברמה נמוכה (טמפרטורת מים 80 מעלות צלזיוס).

אז, היתרונות של אנרגיה גיאותרמית יכולים להיחשב כבלתי נדלה המעשית של משאבים, עצמאות מתנאים חיצוניים, שעות היום והשנה, האפשרות של שימוש משולב במים תרמיים לצרכים של כוח תרמי ורפואה. החסרונות שלו הם מינרליזציה גבוהה של מים תרמיים של רוב המרבצים ונוכחות של תרכובות רעילות ומתכות, שברוב המקרים שוללת את הזרמת המים התרמיים למאגרים טבעיים.

מדי שנה, הפקת הדלק הפחמימני הופכת מסובכת יותר ויותר: הרזרבות "העליון" כמעט מתרוקנות, וקידוח בארות עמוקות דורש לא רק טכנולוגיות חדשות, אלא גם משמעותיות. השקעות פיננסיות. בהתאם, החשמל גם מתייקר, מכיוון שהוא מתקבל בעיקר באמצעות עיבוד של דלקים פחמימניים.

בנוסף, הבעיה של הגנת הסביבה מ השפעה שליליתהתעשייה רוכשת הכל ערך גדול יותר. וזה כבר מובן מאליו: על ידי שימור השיטות המסורתיות להשגת אנרגיה (בעזרת דלק פחמימני), האנושות צועדת לקראת משבר אנרגיה משולב עם קטסטרופה סביבתית.

לכן טכנולוגיות המאפשרות להשיג חום וחשמל ממקורות מתחדשים זוכות לחשיבות כזו. טכנולוגיות אלו כוללות גם אנרגיה גיאותרמית, המאפשרת לקבל אנרגיה חשמלית ו/או תרמית באמצעות החום הכלול בפנים כדור הארץ.

מהם מקורות אנרגיה גיאותרמית

ככל שיותר עמוק לתוך האדמה, כך חם יותר. זו אקסיומה המוכרת לכולם. בטן האדמה מכילים אוקיינוסים של חום שאדם יכול להשתמש בהם מבלי להפריע לאקולוגיה של הסביבה. טכנולוגיות חדישותלאפשר שימוש יעיל באנרגיה גיאותרמית, באופן ישיר (אנרגיה תרמית) או המרה לאנרגיה חשמלית (תחנת כוח גיאותרמית).

מקורות אנרגיה גיאותרמית מתחלקים לשני סוגים: פטרו-תרמית והידרותרמי. אנרגיה פטרו-תרמית מבוססת על שימוש בהפרש בטמפרטורות הקרקע על פני השטח ובעומק, בעוד שאנרגיה הידרותרמית משתמשת בטמפרטורה הגבוהה של מי התהום.

סלעים יבשים בטמפרטורה גבוהה נפוצים יותר ממקורות מים חמים, אך ניצולם לצורך השגת אנרגיה קשור בקשיים מסוימים: יש צורך לשאוב מים לתוך הסלעים, ולאחר מכן לקחת חום מהמים שחוממו בטמפרטורה גבוהה. סלעים. מעיינות הידרותרמיים "מספקים" מיד מים מחוממים, מהם ניתן לקחת חום.

אפשרות נוספת לקבלת אנרגיה תרמית היא הפקת חום בטמפרטורה נמוכה בעומקים רדודים (משאבות חום). עקרון הפעולה של משאבת חום זהה לזה של מתקנים תעשייתיים הפועלים באזורים תרמיים, ההבדל היחיד הוא שחומר קירור מיוחד עם נקודת רתיחה נמוכה משמש כמוביל חום בציוד מסוג זה, מה שהופך אותו ניתן להשיג אנרגיה תרמית על ידי חלוקה מחדש של חום בטמפרטורה נמוכה.

בעזרת משאבות חום, אתה יכול לקבל אנרגיה לחימום בתים קטנים, קוטג'ים. מכשירים כאלה כמעט ולא משמשים לייצור תעשייתי של אנרגיה תרמית (טמפרטורות נמוכות יחסית מונעות שימוש תעשייתי), עם זאת, הם הוכיחו את עצמם היטב בארגון אספקת חשמל אוטונומית לבתים פרטיים, במיוחד במקומות שבהם קשה להתקין קווי מתח. במקביל, עבור עבודה יעילהעבור משאבת חום, מספיקה טמפרטורת קרקע או מי תהום (בהתאם לסוג הציוד המשמש) של בערך + 8 מעלות צלזיוס, כלומר, מספיק עומק רדוד להתקנת מעגל חיצוני (רק לעתים רחוקות העומק עולה על 4 מ') .

סוג האנרגיה המתקבלת ממקור גיאותרמי תלוי בטמפרטורה שלו: חום ממקורות בטמפרטורה נמוכה ובינונית משמש בעיקר לאספקת מים חמים (כולל אספקת חום), וחום ממקורות בטמפרטורה גבוהה משמש לייצור חשמל. כמו כן, ניתן להשתמש בחום של מקורות בטמפרטורה גבוהה לייצור בו זמנית של חשמל ומים חמים. תחנות כוח גיאותרמיות משתמשות בעיקר במקורות הידרותרמיים - טמפרטורת המים באזורים תרמיים עלולה לעלות משמעותית על נקודת הרתיחה של המים (במקרים מסוימים התחממות יתר מגיעה ל-400 מעלות צלזיוס - עקב לחץ מוגבר במעמקים), מה שהופך את ייצור החשמל ליעיל מאוד.

יתרונות וחסרונות של אנרגיה גיאותרמית

מקורות אנרגיה גיאותרמית מעוררים עניין רב בעיקר בשל העובדה שהם משאבים מתחדשים, כלומר כמעט בלתי נדלים. אבל דלק פחמימני, שהוא כיום המקור העיקרי להשגת סוגים שונים של אנרגיה, הוא משאב שאינו מתחדש, ועל פי התחזיות הוא מוגבל מאוד. בנוסף, השגת אנרגיה גיאותרמית היא הרבה יותר ידידותית לסביבה משיטות מסורתיות המבוססות על דלקים פחמימניים.

אם נשווה אנרגיה גיאותרמית לסוגים חלופיים אחרים של הפקת אנרגיה, אז יש יתרונות גם כאן. אז, אנרגיה גיאותרמית אינה תלויה בתנאים חיצוניים, היא אינה מושפעת מטמפרטורת הסביבה, שעה ביום, עונה וכן הלאה. יחד עם זאת, אנרגיית הרוח, השמש והידרו, כמו גם אנרגיה גיאותרמית הפועלת עם מקורות אנרגיה מתחדשים ובלתי נדלים, תלויים מאוד בסביבה. כך למשל, היעילות של תחנות סולאריות תלויה ישירות ברמת הבידוד בקרקע, שתלויה לא רק בקו הרוחב, אלא גם בשעה ביום ובעונה, וההבדל הוא מאוד מאוד משמעותי. אותו דבר עם סוגים אחרים. אנרגיה חלופית. אבל היעילות של תחנת כוח גיאותרמית תלויה אך ורק בטמפרטורת המקור התרמי ונשארת ללא שינוי, ללא קשר לזמן השנה ולמזג האוויר בחוץ.

היתרונות כוללים את היעילות הגבוהה של תחנות גיאותרמיות. לדוגמה, כאשר משתמשים באנרגיה גיאותרמית ליצירת חום, היעילות גדולה מ-1.

אחד החסרונות העיקריים בהשגת אנרגיה ממקורות הידרותרמיים הוא הצורך לשאוב פסולת (מקורר) מים לאופקים תת קרקעיים, מה שמפחית את היעילות של תחנת כוח גיאותרמית ומגדיל את עלויות התפעול. הזרמה של מים אלה למים קרובים לפני השטח ולמי פני השטח אינה נכללת, מכיוון שהם מכילים כמות גדולה של חומרים רעילים.

כמו כן, החסרונות כוללים מספר מוגבל של אזורים תרמיים שמישים. מנקודת המבט של השגת אנרגיה זולה, מרבצים הידרותרמיים מעניינים במיוחד, שבהם מים מחוממים ו/או קיטור קרובים מספיק לפני השטח (קידוח עמוק של בארות כדי להגיע לאזור התרמי מגדיל משמעותית את עלויות התפעול ומגדיל את העלות של האנרגיה שהתקבלה). אין הרבה פיקדונות כאלה. עם זאת, חקירה פעילה של מרבצים חדשים מתבצעת כל הזמן, אזורים תרמיים חדשים מתגלים, וכמות האנרגיה המתקבלת ממקורות גיאותרמיים עולה כל הזמן. במדינות מסוימות, אנרגיה הידרותרמית מהווה עד 30% מכלל האנרגיה (לדוגמה, הפיליפינים, איסלנד). ברוסיה יש גם מספר אזורים תרמיים המופעלים, ומספרם הולך וגדל.

סיכויים לאנרגיה גיאותרמית

קשה לצפות שאנרגיה גיאותרמית תעשייתית תוכל להחליף את מקורות האנרגיה המסורתיים כיום, ולו רק בגלל השטחים התרמיים המצומצמים, הקשיים בקידוח עמוק וכו'. יתר על כן, ישנם סוגים חלופיים אחרים של אנרגיה זמינים בכל מקום בעולם. עם זאת, האנרגיה הגיאותרמית תופסת ותמשיך לתפוס מקום משמעותי בשיטות השגת אנרגיה מסוגים שונים (חשמל ו/או תרמית).

יחד עם זאת, יש הרבה יותר סיכויים לאנרגיה גיאותרמית המבוססת על חלוקה מחדש של חום ממקורות בטמפרטורה נמוכה. סוג זה של אנרגיה גיאותרמית אינו דורש אזורים תרמיים עם מים מחוממים, קיטור או סלע יבש. משאבות חום הופכות אופנתיות יותר ויותר ומותקנות באופן פעיל בבניית קוטג'ים מודרניים ובתים המכונה "פעילים" (בתים עם מקורות אנרגיה אוטונומיים). אם לשפוט לפי המגמות הנוכחיות, אנרגיה גיאותרמית תמשיך להתפתח באופן פעיל בצורות "קטנות" - לאספקת חשמל אוטונומית של בתים או משקי בית בודדים, יחד עם אנרגיית רוח ושמש.

סופיה ורגן

אנרגיה גיאותרמית- זוהי אנרגיית החום המשתחררת מהאזורים הפנימיים של כדור הארץ במשך מאות מיליוני שנים. על פי מחקרים גיאולוגיים וגיאופיזיים, הטמפרטורה בליבת כדור הארץ מגיעה ל-3,000-6,000 מעלות צלזיוס, כשהיא יורדת בהדרגה בכיוון ממרכז כוכב הלכת אל פני השטח שלו. התפרצותם של אלפי הרי געש, תנועת גושי קרום כדור הארץ, רעידות אדמה מעידות על פעולת האנרגיה הפנימית החזקה של כדור הארץ. מדענים מאמינים שהשדה התרמי של כוכב הלכת שלנו נובע מהתפרקות רדיואקטיבית במעמקיו, כמו גם מההפרדה הכבידתית של חומר הליבה.
המקורות העיקריים לחימום המעיים של כדור הארץ הם אורניום, תוריום ואשלגן רדיואקטיבי. תהליכי ההתפרקות הרדיואקטיבית ביבשות מתרחשים בעיקר בשכבה הגרניטית של קרום כדור הארץ בעומק של 20-30 ק"מ או יותר, באוקיינוסים - במעטפת העליונה. ההנחה היא שבקרקעית קרום כדור הארץ בעומק של 10-15 ק"מ, ערך הטמפרטורה הסביר ביבשות הוא 600-800 מעלות צלזיוס, ובאוקיינוסים - 150-200 מעלות צלזיוס.
אדם יכול להשתמש באנרגיה גיאותרמית רק במקום שבו היא באה לידי ביטוי קרוב לפני השטח של כדור הארץ, כלומר. באזורים של פעילות וולקנית וסיסמית. כעת משתמשים באנרגיה גיאותרמית ביעילות על ידי מדינות כמו ארה"ב, איטליה, איסלנד, מקסיקו, יפן, ניו זילנד, רוסיה, הפיליפינים, הונגריה, אל סלבדור. כאן, החום הפנימי של כדור הארץ עולה אל פני השטח בצורה של מים חמים וקיטור בטמפרטורה של עד 300 מעלות צלזיוס ולעיתים קרובות פורץ כחום של מקורות שוצפים (גייזרים), למשל, הגייזרים המפורסמים של פארק ילוסטון בארה"ב, הגייזרים של קמצ'טקה, איסלנד.
מקורות אנרגיה גיאותרמיתמחולקים לאדים חמים יבשים, אדים חמים רטובים ומים חמים. הבאר, המהווה מקור אנרגיה חשוב למסילת הרכבת החשמלית באיטליה (ליד לדרלו), מופעלת על ידי קיטור חם יבש מאז 1904. שני מקומות ידועים נוספים בעולם עם קיטור יבש חם הם שדה Matsukawa ביפן ושדה הגייזרים ליד סן פרנסיסקו, שם גם נעשה שימוש יעיל באנרגיה גיאותרמית מזה זמן רב. רוב הקיטור החם הרטוב בעולם ממוקם בניו זילנד (Wairakei), שדות גיאותרמיים בעלי קיבולת מעט נמוכה יותר - במקסיקו, יפן, אל סלבדור, ניקרגואה, רוסיה.
לפיכך, ניתן להבחין בין ארבעה סוגים עיקריים של משאבי אנרגיה גיאותרמית:
חום פני השטח של כדור הארץ בשימוש על ידי משאבות חום;
משאבי אנרגיה של קיטור, מים חמים וחמים על פני כדור הארץ, המשמשים כיום להפקת אנרגיה חשמלית;
חום מרוכז עמוק מתחת לפני השטח של כדור הארץ (אולי בהיעדר מים);
אנרגיית מאגמה וחום המצטברים מתחת להרי געש.

עתודות חום גיאותרמיות (~ 8 * 1030J) הן פי 35 מיליארד מצריכת האנרגיה העולמית השנתית. רק 1% מהאנרגיה הגיאותרמית של קרום כדור הארץ (עומק של 10 ק"מ) יכול לספק כמות אנרגיה שגדולה פי 500 מכל מאגרי הנפט והגז בעולם. עם זאת, כיום ניתן להשתמש רק בחלק קטן ממשאבים אלו, והדבר נובע בעיקר מסיבות כלכליות. הַתחָלָה פיתוח תעשייתימשאבים גיאותרמיים (אנרגיה של מים עמוקים חמים וקיטור) הונחו בשנת 1916, כאשר הופעלה באיטליה תחנת הכוח הגיאותרמית הראשונה בהספק של 7.5 MW. במהלך הזמן האחרון, נצבר ניסיון רב בתחום הפיתוח המעשי של משאבי אנרגיה גיאותרמית. סך קיבולת ההפעלה המותקנת תחנות כוח גיאותרמיות(GeoTPP) היה: 1975 - 1,278 MW, בשנת 1990 - 7,300 MW. ארצות הברית, הפיליפינים, מקסיקו, איטליה ויפן השיגו את ההתקדמות הגדולה ביותר בעניין זה.
הפרמטרים הטכניים והכלכליים של ה-GeoTPP משתנים על פני טווח רחב למדי ותלויים במאפיינים הגיאולוגיים של האזור (עומק ההתרחשות, פרמטרים של נוזל העבודה, הרכבו וכו'). עבור רוב ה-GeoTPPs המוזמנים, עלות החשמל דומה לעלות החשמל המיוצר ב-TPPs פחם, ומסתכמת ב-1200 ... 2000 דולר ארה"ב / MW.
באיסלנד, 80% ממבני המגורים מחוממים במים חמים המופקים מבארות גיאותרמיות מתחת לעיר רייקיאוויק. במערב ארצות הברית, כ-180 בתים וחוות מחוממים על ידי מים חמים גיאותרמיים. לדברי מומחים, בין השנים 1993 ל-2000, ייצור החשמל העולמי מאנרגיה גיאותרמית הוכפל יותר מהכפיל. יש כל כך הרבה עתודות של חום גיאותרמי בארצות הברית שהוא יכול לספק תיאורטית פי 30 יותר אנרגיה ממה שהמדינה צורכת כיום.
בעתיד, ניתן להשתמש בחום המאגמה באותם אזורים שבהם היא ממוקמת קרוב לפני השטח של כדור הארץ, וכן בחום היבש של סלעים גבישיים מחוממים. במקרה האחרון, קודחים בארות למספר קילומטרים, מים קרים נשאבים למטה ומים חמים מוחזרים בחזרה.

זהו מבנה מורכב שמשתמש בחום העמוק של כדור הארץ לייצור חשמל. המתחם, ככלל, כולל: קידוחים המביאים תערובת קיטור-מים או קיטור מחומם על פני האדמה, עם מערכת של צינורות והתקני הפרדה; גנרטורים; חדר מכונות, שבו ממוקמים טורבינות קיטור, עיבוי ומתקנים אחרים; מערכת אספקת מים טכנית קירור טורבינות מעבים; ציוד חשמלי במתח גבוה. ל תחנות כוח גיאותרמיותעומק הבארות, ככלל, אינו עולה על 3 ק"מ. לכן, לא ניתן להתקין אותם בכל מקום, אלא רק במקום שבו בעומקים רדודים יחסית כבר יש את הטמפרטורה הרצויה. אלה הם מקומות עגינה של לוחות טקטוניים, גייזרים, אזורים עם פעילות סיסמית.אנרגיה גיאותרמית היא משאב קריטי באזורים פעילים מבחינה געשית כמו איסלנד וניו זילנד. עד כמה כלכלית זה יהיה תלוי בטמפרטורה שאליה יחוממו המים. בתורו, זה יהיה תלוי במידת החום של הסלעים, וכמה מים נשאב אליהם. באזור חם נשאבים מים לבאר, וכשהם עולים בלחץ הם עולים לפני השטח והופכים לקיטור. הקיטור יכול לשמש עבור גנרטור טורבינה או דרך מחליף חום לחימום בתים. יש לנקות קיטור לפני אספקת הטורבינה.

לאנרגיה גיאותרמית יש יתרונות וחסרונות.

יתרונות:

- אין זיהום סביבתי;

- אין אפקט חממה;

- תחנת כוח גיאותרמית תופסת מעט מקום;

- לא צורכים דלק;

- לאחר בנייה תחנת כוח גיאותרמית , מתקבלת כמעט אנרגיה חופשית.

יש את החסרונות הבאים:

- בנייה תחנות כוח גיאותרמיות אולי לא בכל מקום;

- יש צורך בסוג המתאים של אבנים חמות, זמינותן; מתאים רק סוג של סלע שניתן לקדוח בקלות;

- גזים ומינרלים מסוכנים עלולים להגיע אל פני האדמה וייתכן שיש בעיה בסילוקם הבטוח. חֲדָשׁוֹת