Sa ating bansa, na mayaman sa hydrocarbons, ang geothermal energy ay isang uri ng kakaibang mapagkukunan na, sa kasalukuyang estado ng mga gawain, ay malamang na hindi makipagkumpitensya sa langis at gas. Gayunpaman, ito alternatibong pananaw maaaring gamitin ang enerhiya sa halos lahat ng dako at medyo mahusay.
Ang geothermal energy ay ang init ng loob ng daigdig. Ginagawa ito sa kalaliman at dumarating sa ibabaw ng Earth sa iba't ibang anyo at may iba't ibang intensity.
Temperatura itaas na mga layer Ang lupa ay higit na nakasalalay sa panlabas (exogenous) na mga kadahilanan - sikat ng araw at temperatura ng hangin. Sa tag-araw at sa araw, ang lupa ay umiinit hanggang sa ilang kalaliman, at sa taglamig at gabi ay lumalamig ito kasunod ng pagbabago sa temperatura ng hangin at may ilang pagkaantala, na tumataas nang may lalim. Ang impluwensya ng pang-araw-araw na pagbabagu-bago sa temperatura ng hangin ay nagtatapos sa lalim mula sa ilang hanggang ilang sampu-sampung sentimetro. Ang mga pana-panahong pagbabagu-bago ay nakakakuha ng mas malalim na mga layer ng lupa - hanggang sampu-sampung metro.
Sa isang tiyak na lalim - mula sampu hanggang daan-daang metro - ang temperatura ng lupa ay pinananatiling pare-pareho, katumbas ng average na taunang temperatura ng hangin malapit sa ibabaw ng Earth. Ito ay madaling i-verify sa pamamagitan ng pagpunta sa isang medyo malalim na kuweba.
Kapag ang average na taunang temperatura ng hangin sa isang partikular na lugar ay mas mababa sa zero, ito ay nagpapakita ng sarili bilang permafrost (mas tiyak, permafrost). Sa Silangang Siberia, ang kapal, iyon ay, ang kapal, ng buong taon na mga frozen na lupa ay umabot sa 200-300 m sa mga lugar.
Mula sa isang tiyak na lalim (sa sarili nito para sa bawat punto sa mapa), ang epekto ng Araw at ang atmospera ay humihina nang labis na ang mga endogenous (panloob) na mga kadahilanan ay mauna at ang loob ng lupa ay pinainit mula sa loob, upang ang temperatura ay nagsimulang tumaas nang may lalim.
Ang pag-init ng malalim na mga layer ng Earth ay pangunahing nauugnay sa pagkabulok ng mga radioactive na elemento na matatagpuan doon, kahit na ang iba pang mga mapagkukunan ng init ay tinatawag din, halimbawa, physicochemical, tectonic na proseso sa malalim na mga layer. crust ng lupa at mga damit. Ngunit anuman ang dahilan, ang temperatura ng mga bato at nauugnay na likido at gas na mga sangkap ay tumataas nang may lalim. Ang mga minero ay nahaharap sa hindi pangkaraniwang bagay na ito - ito ay palaging mainit sa malalim na mga minahan. Sa lalim na 1 km, ang tatlumpung degree na init ay normal, at mas malalim ang temperatura ay mas mataas pa.
Ang daloy ng init ng loob ng lupa, na umaabot sa ibabaw ng Earth, ay maliit - sa karaniwan, ang kapangyarihan nito ay 0.03–0.05 W / m 2, o humigit-kumulang 350 W h / m 2 bawat taon. Laban sa background ng daloy ng init mula sa Araw at ang hangin na pinainit nito, ito ay isang hindi mahahalata na halaga: ang Araw ay nagbibigay sa bawat square meter ng ibabaw ng mundo ng halos 4,000 kWh taun-taon, iyon ay, 10,000 beses na higit pa (siyempre, ito ay nasa karaniwan, na may malaking pagkalat sa pagitan ng polar at equatorial latitude at depende sa iba pang klimatiko at lagay ng panahon).
Ang kawalang-halaga ng daloy ng init mula sa kalaliman hanggang sa ibabaw sa karamihan ng planeta ay nauugnay sa mababang thermal conductivity ng mga bato at ang mga kakaibang istraktura ng geological. Ngunit may mga pagbubukod - mga lugar kung saan mataas ang daloy ng init. Ito ay, una sa lahat, mga zone ng tectonic faults, tumaas na aktibidad ng seismic at volcanism, kung saan ang enerhiya ng panloob na lupa ay nakakahanap ng isang paraan. Ang ganitong mga zone ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga thermal anomalya ng lithosphere, dito ang daloy ng init na umaabot sa ibabaw ng Earth ay maaaring maraming beses at kahit na mga order ng magnitude na mas malakas kaysa sa "karaniwan". Malaking halaga ang init ay dinadala sa ibabaw sa mga zone na ito sa pamamagitan ng mga pagsabog ng bulkan at mga hot water spring.
Ang mga lugar na ito ang pinaka-kanais-nais para sa pagbuo ng geothermal energy. Sa teritoryo ng Russia, ito ay, una sa lahat, Kamchatka, Kuril Islands at Caucasus.
Kasabay nito, ang pag-unlad ng geothermal na enerhiya ay posible halos lahat ng dako, dahil ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay isang ubiquitous phenomenon, at ang gawain ay "kunin" ang init mula sa mga bituka, tulad ng mineral na hilaw na materyales ay nakuha mula doon.
Sa karaniwan, ang temperatura ay tumataas nang may lalim ng 2.5–3°C para sa bawat 100 m. Ang ratio ng pagkakaiba ng temperatura sa pagitan ng dalawang puntong nasa magkaibang lalim sa pagkakaiba ng lalim sa pagitan ng mga ito ay tinatawag na geothermal gradient.
Ang reciprocal ay ang geothermal step, o ang depth interval kung saan tumaas ang temperatura ng 1°C.
Kung mas mataas ang gradient at, nang naaayon, mas mababa ang hakbang, mas malapit ang init ng lalim ng Earth sa ibabaw at mas promising ang lugar na ito para sa pagbuo ng geothermal energy.
Sa iba't ibang lugar, depende sa geological structure at iba pang rehiyonal at lokal na kondisyon, ang rate ng pagtaas ng temperatura na may lalim ay maaaring mag-iba nang husto. Sa sukat ng Earth, ang mga pagbabago sa mga halaga ng geothermal gradients at mga hakbang ay umaabot ng 25 beses. Halimbawa, sa estado ng Oregon (USA) ang gradient ay 150°C bawat 1 km, at sa Timog Africa- 6°C bawat 1 km.
Ang tanong ay, ano ang temperatura sa napakalalim - 5, 10 km o higit pa? Kung magpapatuloy ang trend, ang mga temperatura sa lalim na 10 km ay dapat na nasa average sa paligid ng 250–300°C. Ito ay higit pa o hindi gaanong nakumpirma ng mga direktang obserbasyon sa mga ultradeep na balon, bagaman ang larawan ay mas kumplikado kaysa sa linear na pagtaas ng temperatura.
Halimbawa, sa Kola superdeep well na na-drill sa Baltic Crystalline Shield, nagbabago ang temperatura sa bilis na 10°C/1 km sa lalim na 3 km, at pagkatapos ay nagiging 2–2.5 beses na mas mataas ang geothermal gradient. Sa lalim na 7 km, ang temperaturang 120°C ay naitala na, sa 10 km - 180°C, at sa 12 km - 220°C.
Ang isa pang halimbawa ay isang balon na inilatag sa Northern Caspian, kung saan sa lalim na 500 m ang temperatura na 42°C ay naitala, sa 1.5 km - 70°C, sa 2 km - 80°C, sa 3 km - 108°C.
Ipinapalagay na bumababa ang geothermal gradient simula sa lalim na 20–30 km: sa lalim na 100 km, ang tinantyang temperatura ay humigit-kumulang 1300–1500°C, sa lalim na 400 km - 1600°C, sa core ng Earth (depth na higit sa 60.0°C) sa 60.0°C.
Sa lalim na hanggang 10–12 km, ang temperatura ay sinusukat sa pamamagitan ng mga drilled well; kung saan wala ang mga ito, ito ay tinutukoy ng hindi direktang mga palatandaan sa parehong paraan tulad ng sa mas malalim. ganyan hindi direktang mga palatandaan maaaring ang likas na katangian ng pagdaan ng mga seismic wave o ang temperatura ng sumasabog na lava.
Gayunpaman, para sa mga layunin ng geothermal energy, ang data sa mga temperatura sa lalim na higit sa 10 km ay hindi pa praktikal na interes.
Maraming init sa lalim ng ilang kilometro, ngunit paano ito itataas? Minsan nalulutas mismo ng kalikasan ang problemang ito para sa atin sa tulong ng isang natural na coolant - pinainit na thermal na tubig na lumalabas sa ibabaw o nakahiga sa lalim na naa-access sa atin. Sa ilang mga kaso, ang tubig sa kalaliman ay pinainit hanggang sa estado ng singaw.
Walang mahigpit na kahulugan ng konsepto ng "thermal waters". Bilang isang patakaran, ang ibig nilang sabihin ay mainit na tubig sa lupa sa isang likidong estado o sa anyo ng singaw, kabilang ang mga dumarating sa ibabaw ng Earth na may temperatura na higit sa 20 ° C, iyon ay, bilang panuntunan, mas mataas kaysa sa temperatura ng hangin.
Ang init ng tubig sa lupa, singaw, steam-water mixtures ay hydrothermal energy. Alinsunod dito, ang enerhiya batay sa paggamit nito ay tinatawag na hydrothermal.
Ang sitwasyon ay mas kumplikado sa paggawa ng init nang direkta mula sa mga tuyong bato - petrothermal energy, lalo na dahil ang sapat na mataas na temperatura, bilang panuntunan, ay nagsisimula mula sa lalim ng ilang kilometro.
Sa teritoryo ng Russia, ang potensyal ng petrothermal energy ay isang daang beses na mas mataas kaysa sa hydrothermal energy - 3,500 at 35 trilyon tonelada ng karaniwang gasolina, ayon sa pagkakabanggit. Ito ay medyo natural - ang init ng kalaliman ng Earth ay nasa lahat ng dako, at ang mga thermal water ay matatagpuan sa lokal. Gayunpaman, dahil sa mga halatang teknikal na kahirapan, ang init at kuryente ay kasalukuyang ginagamit para sa pinaka-bahagi mainit na tubig.
Ang mga temperatura ng tubig mula 20-30 hanggang 100°C ay angkop para sa pagpainit, mga temperatura mula 150°C pataas - at para sa pagbuo ng kuryente sa mga geothermal power plant.
Sa pangkalahatan, ang mga geothermal na mapagkukunan sa teritoryo ng Russia, sa mga tuntunin ng tonelada ng karaniwang gasolina o anumang iba pang yunit ng pagsukat ng enerhiya, ay halos 10 beses na mas mataas kaysa sa mga reserbang fossil fuel.
Theoretically, dahil lamang sa geothermal energy, magiging posible na ganap na masiyahan pangangailangan ng enerhiya mga bansa. Halos naka-on sa sandaling ito sa karamihan ng teritoryo nito, hindi ito magagawa para sa teknikal at pang-ekonomiyang mga kadahilanan.
Sa mundo, ang paggamit ng geothermal energy ay kadalasang nauugnay sa Iceland - isang bansang matatagpuan sa hilagang dulo ng Mid-Atlantic Ridge, sa isang napakaaktibong tectonic at volcanic zone. Marahil naaalala ng lahat ang malakas na pagsabog ng bulkang Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) noong 2010 taon.
Ito ay salamat sa geological specificity na ang Iceland ay may malaking reserba ng geothermal energy, kabilang ang mga hot spring na dumarating sa ibabaw ng Earth at kahit na bumubulusok sa anyo ng mga geyser.
Sa Iceland, higit sa 60% ng lahat ng enerhiya na natupok ay kasalukuyang kinukuha mula sa Earth. Kabilang ang dahil sa mga geothermal na pinagmumulan, 90% ng heating at 30% ng pagbuo ng kuryente ay ibinibigay. Idinagdag namin na ang natitirang bahagi ng kuryente sa bansa ay ginawa ng mga hydroelectric power plant, iyon ay, gumagamit din ng isang nababagong mapagkukunan ng enerhiya, salamat sa kung saan ang Iceland ay mukhang isang uri ng pandaigdigang pamantayan sa kapaligiran.
Ang "pagpaamo" ng geothermal energy noong ika-20 siglo ay nakatulong nang malaki sa ekonomiya ng Iceland. Hanggang sa kalagitnaan ng huling siglo, ito ay isang napakahirap na bansa, ngayon ito ay nangunguna sa ranggo sa mundo sa mga tuntunin ng naka-install na kapasidad at produksyon ng geothermal energy per capita, at nasa nangungunang sampung sa mga tuntunin ng ganap na naka-install na kapasidad ng geothermal power plants. Gayunpaman, ang populasyon nito ay 300 libong mga tao lamang, na nagpapadali sa gawain ng paglipat sa mga mapagkukunan ng enerhiya sa kapaligiran: ang pangangailangan para dito ay karaniwang maliit.
Bilang karagdagan sa Iceland, ang isang mataas na bahagi ng geothermal na enerhiya sa kabuuang balanse ng produksyon ng kuryente ay ibinibigay sa New Zealand at mga isla na estado. Timog-silangang Asya(Philippines at Indonesia), ang mga bansa ng Central America at East Africa, na ang teritoryo ay nailalarawan din ng mataas na aktibidad ng seismic at bulkan. Para sa mga bansang ito, sa kanilang kasalukuyang antas ng pag-unlad at pangangailangan, ang enerhiyang geothermal ay gumagawa ng malaking kontribusyon sa pag-unlad ng sosyo-ekonomiko.
Ang paggamit ng geothermal energy ay may napakahabang kasaysayan. Isa sa mga una sikat na mga halimbawa- Italya, isang lugar sa lalawigan ng Tuscany, na ngayon ay tinatawag na Larderello, kung saan, sa simula ng ika-19 na siglo, ang mga lokal na mainit na thermal water, natural na umaagos o nakuha mula sa mababaw na balon, ay ginamit para sa mga layunin ng enerhiya.
Ang tubig mula sa mga pinagmumulan sa ilalim ng lupa, na mayaman sa boron, ay ginamit dito upang makakuha ng boric acid. Sa una, ang acid na ito ay nakuha sa pamamagitan ng pagsingaw sa mga bakal na boiler, at ang ordinaryong kahoy na panggatong ay kinuha bilang gasolina mula sa kalapit na kagubatan, ngunit noong 1827 si Francesco Larderel ay lumikha ng isang sistema na nagtrabaho sa init ng tubig mismo. Kasabay nito, ang enerhiya ng natural na singaw ng tubig ay nagsimulang gamitin para sa pagpapatakbo ng mga drilling rig, at sa simula ng ika-20 siglo, para sa pagpainit ng mga lokal na bahay at greenhouses. Sa parehong lugar, sa Larderello, noong 1904, ang thermal water vapor ay naging mapagkukunan ng enerhiya para sa pagbuo ng kuryente.
Ang halimbawa ng Italya sa pagtatapos ng ika-19 at simula ng ika-20 siglo ay sinundan ng ilang iba pang mga bansa. Halimbawa, noong 1892, ang mga thermal water ay unang ginamit para sa lokal na pagpainit sa Estados Unidos (Boise, Idaho), noong 1919 - sa Japan, noong 1928 - sa Iceland.
Sa Estados Unidos, ang unang hydrothermal power plant ay lumitaw sa California noong unang bahagi ng 1930s, sa New Zealand - noong 1958, sa Mexico - noong 1959, sa Russia (ang unang binary GeoPP sa mundo) - noong 1965.
Isang lumang prinsipyo sa isang bagong pinagmulan
Ang pagbuo ng kuryente ay nangangailangan ng mas mataas na temperatura ng pinagmumulan ng tubig kaysa sa pagpainit, higit sa 150°C. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang geothermal power plant (GeoES) ay katulad ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang conventional thermal power plant (TPP). Sa katunayan, ang geothermal power plant ay isang uri ng thermal power plant.
Sa mga thermal power plant, bilang panuntunan, ang coal, gas o fuel oil ay kumikilos bilang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya, at ang singaw ng tubig ay nagsisilbing working fluid. Ang gasolina, nasusunog, ay nagpapainit ng tubig sa isang estado ng singaw, na umiikot steam turbine at ito ay bumubuo ng kuryente.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng GeoPP ay ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya dito ay ang init ng loob ng lupa at ang gumaganang likido sa anyo ng singaw ay pumapasok sa mga blades ng turbine ng electric generator sa isang "handa" na anyo nang direkta mula sa balon ng produksyon.
Mayroong tatlong pangunahing scheme ng pagpapatakbo ng GeoPP: direkta, gamit ang tuyo (geothermal) na singaw; hindi direkta, batay sa hydrothermal na tubig, at halo-halong, o binary.
Ang paggamit ng isa o ibang scheme ay depende sa estado ng pagsasama-sama at ang temperatura ng carrier ng enerhiya.
Ang pinakasimpleng at samakatuwid ang una sa mga pinagkadalubhasaan na mga scheme ay ang direktang isa, kung saan ang singaw na nagmumula sa balon ay direktang dumaan sa turbine. Ang unang GeoPP sa mundo sa Larderello noong 1904 ay nagpatakbo din sa tuyong singaw.
Ang mga GeoPP na may hindi direktang pamamaraan ng pagpapatakbo ay ang pinakakaraniwan sa ating panahon. Gumagamit sila ng mainit na tubig sa ilalim ng lupa, na ibinobomba sa ilalim ng mataas na presyon sa isang evaporator, kung saan ang bahagi nito ay sumingaw, at ang nagresultang singaw ay umiikot sa isang turbine. Sa ilang mga kaso, ang mga karagdagang aparato at circuit ay kinakailangan upang linisin ang geothermal na tubig at singaw mula sa mga agresibong compound.
Ang singaw ng tambutso ay pumapasok nang maayos sa iniksyon o ginagamit para sa pagpainit ng espasyo - sa kasong ito, ang prinsipyo ay kapareho ng sa panahon ng pagpapatakbo ng isang CHP.
Sa binary GeoPPs, ang mainit na thermal water ay nakikipag-ugnayan sa isa pang likido na gumaganap bilang isang gumaganang likido na may mas mababang punto ng kumukulo. Ang parehong mga likido ay dumaan sa isang heat exchanger, kung saan ang thermal water ay sumisingaw sa gumaganang likido, ang mga singaw nito ay umiikot sa turbine.
Ang sistemang ito ay sarado, na lumulutas sa problema ng mga emisyon sa kapaligiran. Bilang karagdagan, ginagawang posible ng mga gumaganang likido na may medyo mababa ang kumukulo na tubig na hindi masyadong mainit bilang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya.
Ang lahat ng tatlong scheme ay gumagamit ng hydrothermal source, ngunit ang petrothermal energy ay maaari ding gamitin upang makabuo ng kuryente.
Ang circuit diagram sa kasong ito ay medyo simple din. Kinakailangan na mag-drill ng dalawang magkakaugnay na balon - iniksyon at produksyon. Ang tubig ay binomba sa balon ng iniksyon. Sa lalim, ito ay umiinit, pagkatapos ay pinainit na tubig o singaw na nabuo bilang isang resulta ng malakas na pag-init ay ibinibigay sa ibabaw sa pamamagitan ng isang balon ng produksyon. Dagdag pa, ang lahat ay nakasalalay sa kung paano ginagamit ang petrothermal energy - para sa pagpainit o para sa produksyon ng kuryente. Available saradong loop sa pagbomba ng singaw ng tambutso at tubig pabalik sa balon ng iniksyon o ibang paraan ng pagtatapon.
Ang kawalan ng naturang sistema ay halata: upang makakuha ng sapat na mataas na temperatura ng gumaganang likido, kinakailangan na mag-drill ng mga balon sa isang mahusay na lalim. At ito ay isang malubhang gastos at ang panganib ng makabuluhang pagkawala ng init kapag ang likido ay gumagalaw pataas. Samakatuwid, ang mga petrothermal system ay hindi gaanong karaniwan kaysa sa mga hydrothermal, bagama't ang potensyal ng petrothermal na enerhiya ay mga order ng magnitude na mas mataas.
Sa kasalukuyan, ang nangunguna sa paglikha ng tinatawag na petrothermal circulating systems (PCS) ay ang Australia. Bilang karagdagan, ang direksyong ito ng geothermal energy ay aktibong umuunlad sa USA, Switzerland, Great Britain, at Japan.
Regalo mula kay Lord Kelvin
Ang pag-imbento ng heat pump noong 1852 ng physicist na si William Thompson (aka Lord Kelvin) ay nagbigay sa sangkatauhan ng tunay na pagkakataon paggamit ng mababang antas ng init ng itaas na mga layer ng lupa. Ang heat pump system, o heat multiplier bilang tawag dito ni Thompson, ay batay sa pisikal na proseso ng paglilipat ng init mula sa kapaligiran sa coolant. Sa katunayan, ginagamit nito ang parehong prinsipyo tulad ng sa mga petrothermal system. Ang pagkakaiba ay nasa pinagmumulan ng init, na may kaugnayan kung saan maaaring lumitaw ang isang terminolohikal na tanong: hanggang saan ang isang heat pump ay maaaring ituring na isang geothermal system? Ang punto ay na sa itaas na mga layer, sa lalim ng sampu hanggang daan-daang metro, ang mga bato at ang mga likidong nakapaloob sa mga ito ay pinainit hindi ng malalim na init ng lupa, kundi ng araw. Kaya, ito ay ang araw kasong ito- ang pangunahing pinagmumulan ng init, bagaman ito ay kinuha, tulad ng sa mga geothermal system, mula sa lupa.
Ang pagpapatakbo ng isang heat pump ay batay sa pagkaantala sa pag-init at paglamig ng lupa kumpara sa atmospera, bilang isang resulta kung saan ang isang gradient ng temperatura ay nabuo sa pagitan ng ibabaw at mas malalim na mga layer, na nagpapanatili ng init kahit na sa taglamig, katulad ng kung paano ito nangyayari sa mga reservoir. Ang pangunahing layunin ng mga heat pump ay pagpainit ng espasyo. Sa katunayan, ito ay isang "refrigerator in reverse". Parehong ang heat pump at ang refrigerator ay nakikipag-ugnayan sa tatlong bahagi: ang panloob na kapaligiran (sa unang kaso - isang pinainit na silid, sa pangalawa - isang cooled refrigerator chamber), ang panlabas na kapaligiran - isang mapagkukunan ng enerhiya at isang nagpapalamig (nagpapalamig), na isa ring coolant na nagbibigay ng init o malamig na paglipat.
Ang isang sangkap na may mababang punto ng kumukulo ay kumikilos bilang isang nagpapalamig, na nagpapahintulot dito na kumuha ng init mula sa isang pinagmumulan na kahit na medyo mababa ang temperatura.
Sa refrigerator, ang likidong nagpapalamig ay pumapasok sa evaporator sa pamamagitan ng isang throttle (pressure regulator), kung saan, dahil sa isang matalim na pagbaba sa presyon, ang likido ay sumingaw. Ang evaporation ay isang endothermic na proseso na nangangailangan ng init na masipsip mula sa labas. Bilang resulta, ang init ay kinukuha mula sa panloob na mga dingding ng pangsingaw, na nagbibigay ng epekto sa paglamig sa silid ng refrigerator. Dagdag pa mula sa evaporator, ang nagpapalamig ay sinipsip sa compressor, kung saan ito ay bumalik sa likidong estado ng pagsasama-sama. Ito ang kabaligtaran na proseso, na humahantong sa paglabas ng kinuhang init sa panlabas na kapaligiran. Bilang isang tuntunin, ito ay itinapon sa silid, at pader sa likod medyo mainit ang refrigerator.
Ang heat pump ay gumagana sa halos parehong paraan, na may pagkakaiba na ang init ay kinuha mula sa panlabas na kapaligiran at pumapasok sa panloob na kapaligiran sa pamamagitan ng evaporator - ang sistema ng pag-init ng silid.
Sa isang tunay na heat pump, ang tubig ay pinainit, na dumadaan sa isang panlabas na circuit na inilatag sa lupa o isang reservoir, pagkatapos ay pumapasok sa evaporator.
Sa evaporator, ang init ay inililipat sa isang panloob na circuit na puno ng isang nagpapalamig na may mababang punto ng kumukulo, na, na dumadaan sa evaporator, ay nagbabago mula sa isang likidong estado sa isang gas na estado, na kumukuha ng init.
Susunod, ang gaseous refrigerant ay pumapasok sa compressor, kung saan ito ay naka-compress sa mataas na presyon at temperatura, at pumapasok sa condenser, kung saan nagaganap ang pagpapalitan ng init sa pagitan ng mainit na gas at ng coolant mula sa sistema ng pag-init.
Ang compressor ay nangangailangan ng kuryente upang gumana, gayunpaman, ang ratio ng pagbabago (ang ratio ng natupok at nabuong enerhiya) sa makabagong sistema sapat na mataas upang maging epektibo.
Sa kasalukuyan, ang mga heat pump ay malawakang ginagamit para sa pagpainit ng espasyo, pangunahin sa mga bansang binuo ng ekonomiya.
Eco-correct na enerhiya
Ang geothermal energy ay itinuturing na environment friendly, na sa pangkalahatan ay totoo. Una sa lahat, ito ay gumagamit ng nababagong at halos hindi mauubos na mapagkukunan. Ang geothermal energy ay hindi nangangailangan ng malalaking lugar, hindi tulad ng malalaking hydroelectric power plant o wind farm, at hindi nagpaparumi sa kapaligiran, hindi katulad ng hydrocarbon energy. Sa karaniwan, sinasakop ng GeoPP ang 400 m 2 sa mga tuntunin ng 1 GW ng kuryenteng nabuo. Ang parehong figure para sa isang coal-fired thermal power plant, halimbawa, ay 3600 m 2. Kasama rin sa mga benepisyo sa kapaligiran ng mga GeoPP ang mababang pagkonsumo ng tubig - 20 litro ng sariwang tubig bawat 1 kW, habang nangangailangan ng humigit-kumulang 1000 litro ang mga thermal power plant at nuclear power plant. Tandaan na ito ang mga environmental indicator ng "average" na GeoPP.
Ngunit negatibo side effects meron pa naman. Kabilang sa mga ito, ang ingay, thermal pollution ng kapaligiran at kemikal na polusyon ng tubig at lupa, pati na rin ang pagbuo ng solidong basura ay madalas na nakikilala.
Pangunahing pinagkukunan kemikal na polusyon kapaligiran - thermal tubig mismo (na may mataas na temperatura at mineralization), madalas na naglalaman malalaking dami nakakalason na mga compound, na may kaugnayan kung saan mayroong problema sa pagtatapon ng basurang tubig at mga mapanganib na sangkap.
Ang mga negatibong epekto ng geothermal energy ay maaaring masubaybayan sa ilang yugto, simula sa mga balon sa pagbabarena. Dito, ang parehong mga panganib ay lumitaw tulad ng kapag ang pagbabarena ng anumang balon: pagkasira ng lupa at takip ng mga halaman, polusyon sa lupa at tubig sa lupa.
Sa yugto ng pagpapatakbo ng GeoPP, nagpapatuloy ang mga problema ng polusyon sa kapaligiran. Ang mga thermal fluid - tubig at singaw - ay karaniwang naglalaman ng carbon dioxide (CO 2), sulfur sulfide (H 2 S), ammonia (NH 3), methane (CH 4), asin(NaCl), boron (B), arsenic (As), mercury (Hg). Kapag inilabas sa kapaligiran, nagiging mapagkukunan sila ng polusyon. Bilang karagdagan, ang isang agresibong kemikal na kapaligiran ay maaaring magdulot ng pagkasira ng kaagnasan sa mga istruktura ng GeoTPP.
Kasabay nito, ang mga pollutant emissions sa GeoPPs ay nasa average na mas mababa kaysa sa TPPs. Halimbawa, ang mga emisyon carbon dioxide para sa bawat kilowatt-hour ng kuryente na nabuo, ang mga ito ay umaabot sa 380 g sa GeoPPs, 1042 g - sa coal-fired thermal power plants, 906 g - sa fuel oil at 453 g - sa gas thermal power plants.
Ang tanong ay lumitaw: ano ang gagawin sa basurang tubig? Sa mababang mineralization, pagkatapos ng paglamig, maaari itong itapon sa ibabaw ng tubig. Ang iba pang paraan ay ang pagbomba nito pabalik sa aquifer sa pamamagitan ng isang balon ng iniksyon, na siyang mas gusto at nangingibabaw na pagsasanay sa kasalukuyan.
Ang pagkuha ng thermal water mula sa mga aquifer (pati na rin ang pagbomba ng ordinaryong tubig) ay maaaring magdulot ng paghupa at paggalaw ng lupa, iba pang mga deformasyon ng mga geological layer, at micro-earthquakes. Karaniwang mababa ang posibilidad ng ganitong mga kababalaghan, bagama't naitala ang mga indibidwal na kaso (halimbawa, sa GeoPP sa Staufen im Breisgau sa Germany).
Dapat bigyang-diin na ang karamihan sa mga GeoPP ay matatagpuan sa mga lugar na medyo kakaunti ang populasyon at sa mga bansa sa ikatlong mundo, kung saan ang mga kinakailangan sa kapaligiran ay hindi gaanong mahigpit kaysa sa mga binuo na bansa. Bilang karagdagan, sa ngayon ang bilang ng mga GeoPP at ang kanilang mga kapasidad ay medyo maliit. Sa mas malaking pag-unlad ng geothermal energy, maaaring tumaas at dumami ang mga panganib sa kapaligiran.
Magkano ang enerhiya ng Earth?
Ang mga gastos sa pamumuhunan para sa pagtatayo ng mga geothermal system ay nag-iiba sa napakalawak na hanay - mula 200 hanggang 5000 dolyar bawat 1 kW ng naka-install na kapasidad, iyon ay, ang mga pinakamurang opsyon ay maihahambing sa halaga ng pagtatayo ng thermal power plant. Nakasalalay sila, una sa lahat, sa mga kondisyon ng paglitaw ng mga thermal water, ang kanilang komposisyon, at ang disenyo ng system. Ang pagbabarena sa napakalalim, ang paglikha ng isang saradong sistema na may dalawang balon, ang pangangailangan para sa paggamot ng tubig ay maaaring magparami ng gastos.
Halimbawa, ang mga pamumuhunan sa paglikha ng isang petrothermal circulation system (PTS) ay tinatantya sa 1.6–4 na libong dolyar bawat 1 kW ng naka-install na kapasidad, na lumampas sa mga gastos sa pagtatayo ng nuclear power plant at maihahambing sa mga gastos sa pagtatayo ng wind at solar power plants.
Ang halatang bentahe sa ekonomiya ng GeoTPP ay isang libreng carrier ng enerhiya. Para sa paghahambing, sa istraktura ng gastos ng isang operating thermal power plant o nuclear power plant, ang gasolina ay nagkakahalaga ng 50–80% o higit pa, depende sa kasalukuyang mga presyo ng enerhiya. Samakatuwid, ang isa pang bentahe ng geothermal system: ang mga gastos sa pagpapatakbo ay mas matatag at mahuhulaan, dahil hindi sila nakadepende sa panlabas na pagkakaugnay ng mga presyo ng enerhiya. Sa pangkalahatan, ang mga gastos sa pagpapatakbo ng GeoTPP ay tinatantya sa 2–10 cents (60 kopecks–3 rubles) bawat 1 kWh ng nabuong kapasidad.
Ang pangalawang pinakamalaki (at napakahalaga) na item ng paggasta pagkatapos ng carrier ng enerhiya ay, bilang panuntunan, sahod mga tauhan ng planta, na maaaring mag-iba nang malaki sa mga bansa at rehiyon.
Sa karaniwan, ang halaga ng 1 kWh ng geothermal energy ay maihahambing sa mga thermal power plant (sa mga kondisyon ng Russia, mga 1 ruble/1 kWh) at sampung beses na mas mataas kaysa sa halaga ng pagbuo ng kuryente sa hydroelectric power plant (5–10 kopecks/1 kWh).
Bahagi ng dahilan ng mataas na gastos ay, hindi tulad ng thermal at hydraulic power plants, medyo maliit ang kapasidad ng GeoTPP. Bilang karagdagan, kinakailangan upang ihambing ang mga system na matatagpuan sa parehong rehiyon at sa mga katulad na kondisyon. Kaya, halimbawa, sa Kamchatka, ayon sa mga eksperto, ang 1 kWh ng geothermal na kuryente ay nagkakahalaga ng 2-3 beses na mas mura kaysa sa kuryente na ginawa sa mga lokal na thermal power plant.
Ang mga tagapagpahiwatig ng kahusayan sa ekonomiya ng geothermal system ay nakasalalay, halimbawa, sa kung kinakailangan upang itapon ang basurang tubig at sa kung anong mga paraan ito ginagawa, kung posible ang pinagsamang paggamit ng mapagkukunan. Kaya, mga elemento ng kemikal at ang mga compound na nakuha mula sa thermal water ay maaaring magbigay ng karagdagang kita. Alalahanin ang halimbawa ng Larderello: ito ay kemikal na produksyon ang pangunahin doon, at ang paggamit ng geothermal na enerhiya sa una ay pantulong na kalikasan.
Geothermal Energy Forward
Medyo naiiba ang pagbuo ng geothermal energy kaysa sa hangin at solar. Sa kasalukuyan, ito ay higit na nakasalalay sa likas na katangian ng mapagkukunan mismo, na naiiba nang husto sa pamamagitan ng rehiyon, at ang pinakamataas na konsentrasyon ay nakatali sa makitid na mga zone ng geothermal anomalya, kadalasang nauugnay sa mga lugar ng tectonic faults at volcanism.
Bilang karagdagan, ang geothermal energy ay hindi gaanong teknolohikal na kapasidad kumpara sa hangin at higit pa sa solar energy: ang mga sistema ng geothermal station ay medyo simple.
SA pangkalahatang istraktura Ang bahagi ng geothermal ay nagkakahalaga ng mas mababa sa 1% ng pandaigdigang produksyon ng kuryente, ngunit sa ilang mga rehiyon at bansa ang bahagi nito ay umabot sa 25-30%. Dahil sa pagkakaugnay sa mga kondisyong geological, isang makabuluhang bahagi ng mga kapasidad ng geothermal na enerhiya ay puro sa mga bansa sa ikatlong daigdig, kung saan mayroong tatlong kumpol ng pinakamalaking pag-unlad ng industriya - ang mga isla ng Timog-silangang Asya, Gitnang Amerika at Silangang Aprika. Ang unang dalawang rehiyon ay bahagi ng Pacific "Fire Belt of the Earth", ang pangatlo ay nakatali sa East African Rift. Sa pinakamalaking posibilidad, ang geothermal energy ay patuloy na bubuo sa mga sinturong ito. Ang isang mas malayong pag-asa ay ang pagbuo ng petrothermal energy, gamit ang init ng mga layer ng lupa na nakahiga sa lalim na ilang kilometro. Ito ay halos lahat ng mga mapagkukunan, ngunit ang pagkuha nito ay nangangailangan ng mataas na gastos, kaya ang petrothermal na enerhiya ay pangunahing umuunlad sa mga pinaka-ekonomiko at makapangyarihang mga bansa sa teknolohiya.
Sa pangkalahatan, dahil sa ubiquity ng geothermal resources at isang katanggap-tanggap na antas ng kaligtasan sa kapaligiran, may dahilan upang maniwala na ang geothermal energy ay may magandang prospect ng pag-unlad. Lalo na sa lumalaking banta ng kakulangan ng mga tradisyunal na carrier ng enerhiya at pagtaas ng mga presyo para sa kanila.
Mula sa Kamchatka hanggang sa Caucasus
Sa Russia, ang pag-unlad ng geothermal energy ay may medyo mahabang kasaysayan, at sa ilang mga posisyon ay kabilang tayo sa mga pinuno ng mundo, kahit na ang bahagi ng geothermal energy sa kabuuang balanse ng enerhiya ng isang malaking bansa ay bale-wala pa rin.
Ang mga pioneer at sentro para sa pagpapaunlad ng geothermal energy sa Russia ay dalawang rehiyon - Kamchatka at North Caucasus, at kung sa unang kaso pinag-uusapan natin ang tungkol sa industriya ng kuryente, pagkatapos ay sa pangalawa - tungkol sa paggamit ng thermal energy ng thermal water.
Sa North Caucasus, sa Teritoryo ng Krasnodar, Chechnya, Dagestan - ang init ng mga thermal water para sa mga layunin ng enerhiya ay ginamit kahit bago ang Great Patriotic War. Noong 1980s–1990s, ang pagbuo ng geothermal energy sa rehiyon naiintindihan na mga dahilan natigil at hindi pa lumabas mula sa isang estado ng pagwawalang-kilos. Gayunpaman, ang supply ng geothermal na tubig sa North Caucasus ay nagbibigay ng init para sa halos 500 libong mga tao, at, halimbawa, ang lungsod ng Labinsk sa Teritoryo ng Krasnodar na may populasyon na 60 libong mga tao ay ganap na pinainit ng geothermal na tubig.
Sa Kamchatka, ang kasaysayan ng geothermal energy ay pangunahing nauugnay sa pagtatayo ng GeoPP. Ang una sa kanila, na nagpapatakbo pa rin ng mga istasyon ng Pauzhetskaya at Paratunskaya, ay itinayo noong 1965–1967, habang ang Paratunskaya GeoPP na may kapasidad na 600 kW ay naging unang istasyon sa mundo na may binary cycle. Ito ay ang pagbuo ng mga siyentipiko ng Sobyet na sina S. S. Kutateladze at A. M. Rosenfeld mula sa Institute of Thermal Physics ng Siberian Branch ng Russian Academy of Sciences, na nakatanggap noong 1965 ng isang sertipiko ng copyright para sa pagkuha ng kuryente mula sa tubig na may temperatura na 70 ° C. Ang teknolohiyang ito ay naging prototype ng higit sa 400 binary GeoPP sa mundo.
Ang kapasidad ng Pauzhetskaya GeoPP, na kinomisyon noong 1966, sa una ay 5 MW at pagkatapos ay tumaas sa 12 MW. Sa kasalukuyan, ang istasyon ay nasa ilalim ng pagtatayo ng isang binary block, na tataas ang kapasidad nito ng isa pang 2.5 MW.
Ang pag-unlad ng geothermal na enerhiya sa USSR at Russia ay nahadlangan ng pagkakaroon ng tradisyonal na mapagkukunan ng enerhiya - langis, gas, karbon, ngunit hindi tumigil. Ang pinakamalaking geothermal power facility sa ngayon ay ang Verkhne-Mutnovskaya GeoPP na may kabuuang kapasidad na 12 MW power units, na kinomisyon noong 1999, at ang Mutnovskaya GeoPP na may kapasidad na 50 MW (2002).
Ang Mutnovskaya at Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ay mga natatanging bagay hindi lamang para sa Russia, kundi pati na rin sa isang pandaigdigang saklaw. Ang mga istasyon ay matatagpuan sa paanan ng bulkang Mutnovsky, sa taas na 800 metro sa ibabaw ng antas ng dagat, at nagpapatakbo sa matinding klimatiko na kondisyon, kung saan ito ay taglamig sa loob ng 9-10 buwan sa isang taon. Ang kagamitan ng Mutnovsky GeoPPs, na kasalukuyang isa sa pinakamoderno sa mundo, ay ganap na nilikha sa mga domestic enterprise ng power engineering.
Sa kasalukuyan, ang bahagi ng mga istasyon ng Mutnovsky sa pangkalahatang istraktura ng pagkonsumo ng enerhiya ng sentro ng enerhiya ng Central Kamchatka ay 40%. Ang pagtaas ng kapasidad ay binalak sa mga darating na taon.
Hiwalay, dapat itong sabihin tungkol sa mga pagpapaunlad ng petrothermal ng Russia. Wala pa kaming malaking PDS, gayunpaman, may mga advanced na teknolohiya para sa pagbabarena sa napakalalim (mga 10 km), na wala ring mga analogue sa mundo. Ang kanilang karagdagang pag-unlad ay lubhang magbabawas sa gastos ng paglikha ng mga petrothermal system. Ang mga nag-develop ng mga teknolohiya at proyektong ito ay N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Geological Institute ng Russian Academy of Sciences), A. S. Nekrasov (Institute of Economic Forecasting ng Russian Academy of Sciences) at mga espesyalista mula sa Kaluga Turbine Plant. Sa kasalukuyan, ang proyekto ng petrothermal circulation system sa Russia ay nasa pilot stage.
May mga prospect para sa geothermal energy sa Russia, kahit na medyo malayo sila: sa ngayon, ang potensyal ay medyo malaki at ang posisyon ng tradisyonal na enerhiya ay malakas. Kasabay nito, sa isang numero liblib na lugar mga bansa, ang paggamit ng geothermal energy ay kumikita sa ekonomiya at hinihiling sa ngayon. Ito ang mga teritoryo na may mataas na potensyal na geoenergy (Chukotka, Kamchatka, ang Kuriles - ang bahagi ng Russia ng Pacific "Fire Belt of the Earth", ang mga bundok ng Southern Siberia at Caucasus) at sa parehong oras ay malayo at pinutol mula sa sentralisadong suplay ng enerhiya.
Malamang sa mga darating na dekada, tiyak na uunlad ang geothermal energy sa ating bansa sa mga naturang rehiyon.
Upang magmodelo ng mga patlang ng temperatura at para sa iba pang mga kalkulasyon, kinakailangang malaman ang temperatura ng lupa sa isang partikular na lalim.
Ang temperatura ng lupa sa lalim ay sinusukat gamit ang exhaust soil-deep thermometers. Ito nakaplanong pag-aaral na regular na nagsasagawa ng mga istasyon ng meteorolohiko. Ang data ng pananaliksik ay nagsisilbing batayan para sa mga atlase ng klima at dokumentasyon ng regulasyon.
Upang makuha ang temperatura ng lupa sa isang naibigay na lalim, maaari mong subukan, halimbawa, dalawa mga simpleng paraan. Ang parehong mga pamamaraan ay batay sa paggamit ng sangguniang literatura:
- Para sa tinatayang pagpapasiya ng temperatura, maaari mong gamitin ang dokumentong TsPI-22. "Mga transisyon mga riles mga pipeline." Dito, sa loob ng balangkas ng pamamaraan para sa pagkalkula ng heat engineering ng mga pipeline, ang Talahanayan 1 ay ibinigay, kung saan para sa ilang mga klimatiko na rehiyon, ang mga temperatura ng lupa ay ibinibigay depende sa lalim ng pagsukat. Iniharap ko ang talahanayang ito sa ibaba.
Talahanayan 1
- Talaan ng mga temperatura ng lupa sa iba't ibang kalaliman mula sa isang mapagkukunan "upang matulungan ang isang manggagawa sa industriya ng gas" mula sa panahon ng USSR
Normative freezing depth para sa ilang lungsod:
Ang lalim ng pagyeyelo ng lupa ay depende sa uri ng lupa:
Sa tingin ko ang pinakamadaling opsyon ay ang gamitin ang reference na data sa itaas at pagkatapos ay i-interpolate.
Ang pinaka-maaasahang opsyon para sa tumpak na mga kalkulasyon gamit ang mga temperatura sa lupa - gamitin ang data ng mga serbisyong meteorolohiko. Sa batayan ng mga serbisyong meteorolohiko, gumagana ang ilang mga online na direktoryo. Halimbawa, http://www.atlas-yakutia.ru/.
Narito ito ay sapat na upang piliin ang settlement, ang uri ng lupa at maaari kang makakuha ng isang mapa ng temperatura ng lupa o ang data nito sa tabular form. Sa prinsipyo, ito ay maginhawa, ngunit tila ang mapagkukunang ito ay binabayaran.
Kung alam mo ang higit pang mga paraan upang matukoy ang temperatura ng lupa sa isang partikular na lalim, mangyaring sumulat ng mga komento.
Maaaring interesado ka sa sumusunod na materyal:
Ang temperatura ng lupa ay patuloy na nagbabago sa lalim at oras. Ito ay nakasalalay sa isang bilang ng mga kadahilanan, marami sa mga ito ay mahirap isaalang-alang. Ang huli, halimbawa, ay kinabibilangan ng: ang likas na katangian ng mga halaman, ang pagkakalantad ng slope sa mga kardinal na punto, pagtatabing, takip ng niyebe, ang likas na katangian ng mga lupa mismo, ang pagkakaroon ng supra-permafrost na tubig, atbp. Gayunpaman, ang temperatura ng lupa, kapwa sa magnitude at sa likas na katangian ng pamamahagi, ay nananatiling matatag sa bawat taon, at ang temperatura dito ay nananatiling may mapagpasyang impluwensya.
Temperatura ng lupa sa iba't ibang lalim at sa iba't ibang panahon taon ay maaaring makuha sa pamamagitan ng direktang mga sukat sa thermal wells, na kung saan ay inilatag sa proseso ng pagtilingin. Ngunit ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng pangmatagalang mga obserbasyon at makabuluhang gastos, na hindi palaging makatwiran. Ang data na nakuha mula sa isa o dalawang balon ay kumalat sa malalaking lugar at haba, na makabuluhang binabaluktot ang katotohanan upang ang kinakalkula na data sa temperatura ng lupa sa maraming mga kaso ay nagiging mas maaasahan.
Permafrost na temperatura ng lupa sa anumang lalim (hanggang 10 m mula sa ibabaw) at para sa anumang panahon ng taon ay maaaring matukoy ng formula:
tr = mt°, (3.7)
kung saan ang z ay ang lalim na sinusukat mula sa VGM, m;
tr ay ang temperatura ng lupa sa lalim z, deg.
τr – oras na katumbas ng isang taon (8760 h);
Ang τ ay ang oras na binibilang pasulong (hanggang Enero 1) mula sa sandali ng simula ng taglagas na pagyeyelo ng lupa hanggang sa sandali kung saan ang temperatura ay sinusukat, sa mga oras;
exp x ay ang exponent (ang exponential function exp ay kinuha mula sa mga talahanayan);
m - koepisyent depende sa panahon ng taon (para sa panahon ng Oktubre - Mayo m = 1.5-0.05z, at para sa panahon ng Hunyo-Setyembre m = 1)
Ang pinaka mababang temperatura sa isang naibigay na lalim ay magiging kapag ang cosine sa formula (3.7) ay naging katumbas ng -1, i.e. pinakamababang temperatura lupa bawat taon sa isang naibigay na lalim ay magiging
tr min = (1.5-0.05z) t°, (3.8)
Ang pinakamataas na temperatura ng lupa sa lalim na z ay kapag ang cosine ay kumuha ng halaga na katumbas ng isa, i.e.
tr max = t°, (3.9)
Sa lahat ng tatlong formula, ang halaga ng volumetric heat capacity C m ay dapat kalkulahin para sa temperatura ng lupa t ° gamit ang formula (3.10).
С 1 m = 1/W, (3.10)
Temperatura ng lupa sa layer ng pana-panahong lasaw ay maaari ding matukoy sa pamamagitan ng pagkalkula, na isinasaalang-alang na ang pagbabago ng temperatura sa layer na ito ay medyo tumpak na tinatantya ng isang linear na pagdepende para sa mga sumusunod na gradient ng temperatura (Talahanayan 3.1).
Ang pagkakaroon ng pagkalkula ayon sa isa sa mga formula (3.8) - (3.9) ang temperatura ng lupa sa antas ng VGM, i.e. paglalagay ng Z=0 sa mga pormula, pagkatapos gamit ang Talahanayan 3.1 matutukoy natin ang temperatura ng lupa sa isang partikular na lalim sa pana-panahong pagtunaw na layer. Sa pinakamataas na layer ng lupa, hanggang sa halos 1 m mula sa ibabaw, ang likas na katangian ng pagbabagu-bago ng temperatura ay napaka-kumplikado.
Talahanayan 3.1
Temperature gradient sa seasonal thaw layer sa lalim na mas mababa sa 1 m mula sa ibabaw ng lupa
Tandaan. Ang tanda ng gradient ay ipinapakita patungo sa ibabaw.
Upang makuha ang kinakalkula na temperatura ng lupa sa isang metrong layer mula sa ibabaw, maaari kang magpatuloy bilang mga sumusunod. Kalkulahin ang temperatura sa lalim na 1 m at ang temperatura ng pang-araw na ibabaw ng lupa, at pagkatapos, sa pamamagitan ng interpolation mula sa dalawang halagang ito, matukoy ang temperatura sa isang naibigay na lalim.
Ang temperatura sa ibabaw ng lupa t p sa malamig na panahon ay maaaring kunin na katumbas ng temperatura ng hangin. SA panahon ng tag-init:
t p \u003d 2 + 1.15 t in, (3.11)
kung saan ang t p ay ang temperatura sa ibabaw sa deg.
t sa - temperatura ng hangin sa deg.
Temperatura ng lupa na may non-confluent permafrost ay kinakalkula nang iba kaysa kapag pinagsama. Sa pagsasagawa, maaari nating ipagpalagay na ang temperatura sa antas ng WGM ay magiging 0°C sa buong taon. temperatura ng disenyo Ang permafrost na lupa sa isang partikular na lalim ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng interpolation, sa pag-aakalang ito ay nag-iiba sa lalim ayon sa isang linear na batas mula t° sa lalim na 10 m hanggang 0°C sa lalim ng VGM. Ang temperatura sa lasaw na layer h t ay maaaring kunin mula 0.5 hanggang 1.5°C.
Sa seasonal freezing layer h p, ang temperatura ng lupa ay maaaring kalkulahin sa parehong paraan tulad ng para sa seasonal thawing layer ng merging permafrost zone, i.e. sa layer h p - 1 m kasama ang temperatura gradient (Talahanayan 3.1), isinasaalang-alang ang temperatura sa lalim h p katumbas ng 0 ° C sa malamig na panahon at 1 ° C sa panahon ng tag-init. Sa upper meter layer ng lupa, ang temperatura ay natutukoy sa pamamagitan ng interpolation sa pagitan ng temperatura sa lalim na 1 m at ng temperatura sa ibabaw.
Upang makalkula kung anong mga halaga ang naabot ng presyon sa loob ng Earth, na sanhi ng bigat ng mga bato na bumubuo sa iba't ibang mga shell, kailangan mong malaman ang density ng mga bato sa lahat ng kalaliman at ang magnitude ng gravity din sa lahat ng kalaliman hanggang sa gitna.
Tulad ng nakita natin, ang density ng mga bato ay tumataas nang may lalim, bagaman hindi pantay. Mula sa 2.5 sa ibabaw, umaakyat ito sa 3.4 sa lalim na humigit-kumulang 100 km at hanggang 6.0 sa 2900 km sa ibaba ng ibabaw. Dito, sa hangganan ng core, ang isang pagtalon ay sinusunod sa halaga ng density: agad itong umabot sa isang halaga ng 9.5 (humigit-kumulang), at pagkatapos ay muling lumalaki nang pantay, na umaabot sa 12.5 sa gitna ng core (ayon sa M. S. Molodensky, 1955) (tingnan ang Fig. 8).
kanin. 8. Pagbabago ng density sa loob ng Earth.
Kung tungkol sa gravity, ang mga sumusunod ay masasabi tungkol dito. Ang gravity ay ang puwersa kung saan ang Earth ay umaakit sa lahat ng mga katawan sa sarili nito. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersang ito, ang mga katawan sa isang malayang estado (halimbawa, sa hangin) ay bumagsak sa Earth, ibig sabihin, lumipat patungo sa gitna ng Earth, unti-unting bumibilis, ibig sabihin, tumatanggap ng "pagpabilis". Ang magnitude ng "acceleration of gravity" ay maaaring kalkulahin. Sa ibabaw ng Earth, ang acceleration dahil sa gravity ay humigit-kumulang 9.8 m/s 2; sa kailaliman ng Earth, ito ay bahagyang tumataas, na umaabot sa pinakamataas na malapit sa ibabaw ng core, at pagkatapos ay mabilis na bumababa, na umaabot sa zero sa gitna ng Earth (Larawan 9). Ito ay nauunawaan: ang isang puntong matatagpuan sa gitna ng globo ay naaakit ng lahat ng bahaging nakapalibot dito, na may parehong puwersa sa lahat ng radii, at bilang resulta, ang resulta ay magiging katumbas ng zero.
kanin. 9. Pagbabago sa acceleration ng gravity sa loob ng Earth.
Gamit ang impormasyong ito, maaari naming kalkulahin ang bigat ng isang haligi ng mga bato na may cross section na 1 square. sentimetro, at isang haba na katumbas ng radius ng Earth o anumang bahagi nito. Ito ang magiging presyon na ibibigay ng bigat ng mga nakapatong na bato sa elementarya na lugar (1 sq. cm) malalim sa lupa. Ang mga kalkulasyon ay humahantong sa mga sumusunod na numero: sa "paa" ng crust ng lupa, ibig sabihin, sa base ng sialic shell (sa lalim na 50 km) - mga 13 libong atmospheres, i.e. mga 13 tonelada bawat square centimeter; sa hangganan ng core - mga 1.4 milyong atmospheres; sa gitna ng Earth - mga 3 milyong atmospheres (Larawan 10). Ang tatlong milyong atmospheres ay humigit-kumulang tatlong libong tonelada bawat square centimeter. Ito ay isang malaking halaga. Wala pang laboratoryo ang nakakamit ng mga ganitong pressure.
kanin. 10. Mga pagbabago sa presyon sa loob ng Earth.
Lumipat tayo sa temperatura. Ayon sa mga sukat sa mga boreholes, pati na rin sa mga minahan, natagpuan na ang temperatura ay tumataas nang may lalim, tumataas ng humigit-kumulang 3 ° para sa bawat 100 metro. Ang isang katulad na rate ng paglago ng temperatura ay nagpapatuloy sa lahat ng dako, sa lahat ng mga kontinente, ngunit sa mga panlabas na bahagi lamang ng Earth, malapit sa mismong ibabaw nito. Sa lalim, bumababa ang magnitude ng "geothermal gradient" (geothermal gradient - pagbabago ng temperatura sa degrees per centimeter). Ang mga kalkulasyon batay sa thermal conductivity ng mga bato ay nagpapakita na ang geothermal gradient na kilala sa mga panlabas na bahagi ng globo ay nagpapatuloy nang hindi hihigit sa unang 20 km; sa ibaba, ang pagtaas ng temperatura ay bumagal nang husto. Sa talampakan ng sialic sheath, ang temperatura ay malamang na hindi higit sa 900°; sa lalim na 100 km - mga 1500°; Dagdag pa, mas bumagal ang paglaki nito. Tulad ng para sa mga gitnang bahagi ng Earth, lalo na ang core, napakahirap magbigay ng anumang bagay tungkol sa kanila nang may katiyakan. Ang mga eksperto na nag-aral ng isyung ito ay naniniwala na ang loob ng Earth ay pinainit nang hindi mas mataas kaysa sa 2-3 thousand degrees (Larawan 11).
kanin. 11. Pagbabago ng temperatura sa loob ng Earth.
Maaaring kawili-wiling alalahanin para sa paghahambing na sa gitna ng Araw ang temperatura ay tinatantya sa 1 milyong degrees, sa ibabaw ng Araw - mga 6000 °. Ang buhok ng isang nasusunog na electric light bulb ay pinainit hanggang 3000°.
Ang mga kagiliw-giliw na data ay magagamit sa tanong ng mga mapagkukunan ng init at ang thermal na rehimen ng mundo. Minsan ay pinaniniwalaan na ang Earth ay nagpapanatili ng "orihinal" na init na naiwan dito na "minana" ng Araw, at unti-unting nawawala ito, lumalamig at lumiliit sa dami. Ang pagkatuklas ng mga radioactive na elemento ay nagbago ng mga naunang ideya. Lumalabas na ang mga batong bumubuo sa crust ng lupa ay naglalaman ng mga radioactive elements na kusang at patuloy na naglalabas ng init. Ang halaga ng init na ito ay tinatantya sa humigit-kumulang 6 na milyon ng isang maliit na calorie bawat 1 kubiko sentimetro ng bato bawat taon, at upang masakop ang buong pagkonsumo ng init na na-radiated ibabaw ng lupa sa kalawakan ng daigdig, kinakailangan na ang parehong elementarya na kubo ng bato ay naglalabas lamang ng tatlong sampung-milyong bahagi ng isang maliit na calorie bawat taon. Sa madaling salita, walang dahilan upang maniwala na ang globo ay lumalamig. Sa halip, sa kabaligtaran, maaari itong magpainit. Sa batayan na ito, sa mga nakaraang taon ang mga bagong hypotheses ay iminungkahi para sa pagbuo ng crust ng lupa at ang pinagmulan ng mga paggalaw na naranasan nito.
Dahil sa pagkakaroon ng mataas na temperatura sa mga bituka ng Earth, may karapatan kaming ibigay ang sumusunod na tanong: sa anong pisikal na estado ("pinagsama-sama") ang mga panloob na bahagi ng Earth? Sa solid o likido, o marahil sa gas?
pinakabagong bersyon, ibig sabihin, ang ideya ng estado ng gas bagay sa loob ng Earth, ay maaaring agad na tanggihan. Upang gawing gas ang mga mineral na bumubuo sa Earth ay nangangailangan ng mas mataas na temperatura kaysa sa kung saan ay tinatanggap, batay sa data na ipinakita sa itaas.
Ngunit ang mga bato ay maaaring nasa likidong estado. Kilala, halimbawa, na ang "acidic" na mga bato ay natutunaw sa 1000°C, ang "basic" na mga bato ay natutunaw sa 1000–1200°C, at ang "ultrabasic" na mga bato ay natutunaw sa 1300–1400°C. Nangangahulugan ito na nasa lalim na ng 100–130 km dapat matunaw ang mga bato. Ngunit mayroong napakataas na presyon, at pinapataas ng presyon ang punto ng pagkatunaw. Kaninong impluwensya ang magiging mas malaki: mataas na temperatura o mataas na presyon?
Dito kailangan nating bumaling muli sa tulong ng seismic observations. Ang mga longitudinal at transverse wave ay malayang dumaan sa lahat ng mga shell ng Earth, na nakapaloob sa pagitan ng ibabaw ng Earth at ng hangganan ng core; dahil dito, kahit saan dito ang bagay ay kumikilos na parang solid. Ang konklusyon na ito ay naaayon sa konklusyon ng mga astronomo at geophysicist, na nagpakita na ang katigasan ng Earth sa kabuuan ay malapit sa tigas ng bakal. Ayon sa mga kalkulasyon ng V. F. Bonchkovsky, ang katigasan ng Earth ay tinatantya sa 12 10 11 dynes bawat square centimeter, na apat na beses na mas malaki kaysa sa tigas ng granite.
Kaya, ang kabuuan ng modernong data ay nagmumungkahi na ang lahat ng mga shell ng Earth (maliban sa core nito!) ay dapat isaalang-alang na nasa isang solidong estado. Ang likidong estado ng bagay ay maaaring ipagpalagay lamang para sa medyo hindi gaanong mahalagang mga lugar sa kapal ng crust ng lupa, kung saan ang mga bulkan ay direktang konektado.
Dito nai-publish ang dynamics ng mga pagbabago sa taglamig (2012-13) na temperatura ng lupa sa lalim na 130 sentimetro sa ilalim ng bahay (sa ilalim ng panloob na gilid ng pundasyon), pati na rin sa antas ng lupa at ang temperatura ng tubig na nagmumula sa balon. Ang lahat ng ito - sa riser na nagmumula sa balon.Ang tsart ay nasa ibaba ng artikulo.
Dacha (sa hangganan ng New Moscow at rehiyon ng Kaluga) taglamig, pana-panahong pagbisita (2-4 beses sa isang buwan sa loob ng ilang araw).
Ang bulag na lugar at ang basement ng bahay ay hindi insulated, mula noong taglagas sila ay sarado na may heat-insulating plugs (10 cm ng foam). Ang pagkawala ng init ng veranda kung saan pupunta ang riser noong Enero ay nagbago. Tingnan ang Tala 10.
Ang mga sukat sa lalim na 130 cm ay ginawa ng Xital GSM system (), discrete - 0.5 * C, idagdag. ang error ay tungkol sa 0.3 * C.
Ang sensor ay naka-install sa isang 20 mm HDPE pipe na hinangin mula sa ibaba malapit sa riser, (na may sa labas thermal insulation ng riser, ngunit sa loob ng 110mm pipe).
Ang abscissa ay nagpapakita ng mga petsa, ang ordinate ay nagpapakita ng mga temperatura.
Tandaan 1:
Susubaybayan ko rin ang temperatura ng tubig sa balon, pati na rin sa antas ng lupa sa ilalim ng bahay, sa mismong riser na walang tubig, ngunit pagdating lamang. Ang error ay tungkol sa + -0.6 * C.
Tandaan 2:
Temperatura sa antas ng lupa sa ilalim ng bahay, sa riser ng supply ng tubig, sa kawalan ng mga tao at tubig, bumaba na ito sa minus 5 * C. Iminumungkahi nito na hindi ko ginawa ang system nang walang kabuluhan - Sa pamamagitan ng paraan, ang termostat na nagpakita -5 * C ay mula lamang sa sistemang ito (RT-12-16).
Tandaan 3:
Ang temperatura ng tubig "sa balon" ay sinusukat ng parehong sensor (ito rin ay nasa Tandaan 2) bilang "sa antas ng lupa" - ito ay nakatayo mismo sa riser sa ilalim ng thermal insulation, malapit sa riser sa antas ng lupa. Ang dalawang sukat na ito ay ginawa sa magkaibang oras. "Sa antas ng lupa" - bago pumping ng tubig sa riser at "sa balon" - pagkatapos pumping tungkol sa 50 liters para sa kalahating oras na may mga pagkagambala.
Tandaan 4:
Ang temperatura ng tubig sa balon ay maaaring medyo underestimated, dahil. Hindi ko mahanap ang fucking asymptote na ito, walang katapusang pumping water (mine)... I play as best I can.
Tandaan 5: Hindi nauugnay, tinanggal.
Tandaan 6:
Ang error sa pag-aayos ng temperatura ng kalye ay humigit-kumulang + - (3-7) * С.
Tandaan 7:
Ang rate ng paglamig ng tubig sa antas ng lupa (nang hindi binubuksan ang bomba) ay humigit-kumulang 1-2 * C bawat oras (ito ay nasa minus 5 * C sa antas ng lupa).
Tandaan 8:
Nakalimutan kong ilarawan kung paano inayos at insulated ang aking underground riser. Dalawang medyas ng pagkakabukod ay inilalagay sa PND-32 sa kabuuan - 2 cm. kapal (marahil polyethylene foam), ang lahat ng ito ay ipinasok sa 110mm tubo ng imburnal at doon ito bumubula hanggang sa lalim na 130cm. Totoo, dahil ang PND-32 ay hindi napunta sa gitna ng ika-110 na tubo, at gayundin ang katotohanan na sa gitna nito ang masa ng ordinaryong bula ay maaaring hindi tumigas nang mahabang panahon, at samakatuwid ay hindi nagiging pampainit, masidhi akong nagdududa sa naturang karagdagang pagkakabukod ... Marahil, mas mahusay na gumamit ng dalawang sangkap na foam, ang pagkakaroon kung saan nalaman ko lamang sa ibang pagkakataon ...
Tandaan 9:
Nais kong iguhit ang atensyon ng mga mambabasa sa pagsukat ng temperatura "Sa antas ng lupa" na may petsang 01/12/2013. at napetsahan noong Enero 18, 2013. Dito, sa aking opinyon, ang halaga ng +0.3 * C ay mas mataas kaysa sa inaasahan. Sa palagay ko ito ay isang kinahinatnan ng operasyon na "Pagpuno sa basement sa riser ng niyebe", na isinagawa noong 12/31/2012.
Tandaan 10:
Mula Enero 12 hanggang Pebrero 3, gumawa siya ng karagdagang pagkakabukod ng veranda, kung saan napupunta ang underground riser.
Bilang resulta, ayon sa tinatayang mga pagtatantya, ang pagkawala ng init ng beranda ay nabawasan mula sa 100 W / sq.m. sahig hanggang halos 50 (ito ay nasa minus 20 * C sa kalye).
Ito ay makikita rin sa mga tsart. Tingnan ang temperatura sa antas ng lupa noong Pebrero 9: +1.4 * C at Pebrero 16: +1.1 - tulad mataas na temperatura ay hindi pa mula sa simula ng tunay na taglamig.
At isa pang bagay: mula Pebrero 4 hanggang 16, sa unang pagkakataon sa dalawang taglamig mula Linggo hanggang Biyernes, ang boiler ay hindi naka-on upang mapanatili ang itinakdang minimum na temperatura dahil hindi ito umabot sa minimum na ito ...
Tandaan 11:
Tulad ng ipinangako (para sa "order" at upang makumpleto ang taunang cycle), pana-panahon kong i-publish ang mga temperatura sa tag-araw. Ngunit - hindi sa iskedyul, upang hindi "malabo" ang taglamig, ngunit dito, sa Tandaan-11.
Mayo 11, 2013
Pagkatapos ng 3 linggo ng bentilasyon, ang mga lagusan ay sarado hanggang taglagas upang maiwasan ang paghalay.
Mayo 13, 2013(sa kalye sa loob ng isang linggo + 25-30 * C):
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 10.5 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130cm. +6*С,
Hunyo 12, 2013:
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 14.5 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130cm. +10*С.
- tubig sa balon mula sa lalim na 25 m na hindi mas mataas kaysa + 8 * C.
Hunyo 26, 2013:
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 16 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130cm. +11*С.
- ang tubig sa balon mula sa lalim na 25m ay hindi mas mataas sa +9.3*C.
Agosto 19, 2013:
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 15.5 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130 cm. +13.5*С.
- tubig sa balon mula sa lalim na 25m na hindi mas mataas sa +9.0*C.
Setyembre 28, 2013:
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 10.3 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130cm. +12*С.
- tubig sa balon mula sa lalim na 25m = + 8.0 * C.
Oktubre 26, 2013:
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 8.5 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130 cm. +9.5*С.
- tubig sa balon mula sa lalim na 25 m na hindi mas mataas kaysa + 7.5 * C.
Nobyembre 16, 2013:
- sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa + 7.5 * C,
- sa ilalim ng bahay sa lalim na 130 cm. +9.0*С.
- tubig sa balon mula sa lalim na 25m + 7.5 * C.
Pebrero 20, 2014:
Marahil ito huling record Sa artikulong ito.
Sa buong taglamig nakatira kami sa bahay sa lahat ng oras, ang punto sa pag-uulit ng mga sukat noong nakaraang taon ay maliit, kaya dalawang makabuluhang numero lamang:
- ang pinakamababang temperatura sa ilalim ng bahay sa antas ng lupa sa mismong frosts (-20 - -30 * C) isang linggo pagkatapos nilang magsimula, paulit-ulit na nahulog sa ibaba + 0.5 * C. Sa mga sandaling ito, nagtrabaho ako