Init ng Lupa. Malamang na pinagmumulan ng panloob na init. Nuklear na init ng lupa

Sa ating bansa, na mayaman sa hydrocarbons, ang geothermal na enerhiya ay isang uri ng kakaibang mapagkukunan, na, dahil 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. Ito ay ginawa sa kalaliman at umabot 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 mga 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 nakakaapekto sa mas malalim na mga layer ng lupa - hanggang sampu-sampung metro.

Sa ilang lalim - mula sampu hanggang daan-daang metro - ang temperatura ng lupa ay nananatiling pare-pareho, katumbas ng average na taunang temperatura ng hangin sa ibabaw ng Earth. Madali mong ma-verify ito 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 nagyelo na mga lupa sa ilang mga lugar ay umabot sa 200-300 m.

Mula sa isang tiyak na lalim (naiiba para sa bawat punto sa mapa), ang pagkilos ng Araw at ng atmospera ay humihina nang husto na ang mga endogenous (panloob) na mga kadahilanan ay mauna at ang loob ng lupa ay uminit mula sa loob, upang ang temperatura ay nagsimulang tumaas may lalim.

Ang pag-init ng malalim na mga layer ng Earth ay nauugnay pangunahin sa pagkabulok ng mga radioactive na elemento na matatagpuan doon, bagaman ang iba pang mga pinagmumulan ng init ay tinatawag din, halimbawa, physicochemical, tectonic na proseso sa malalim na mga layer ng crust at mantle ng earth. 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 daigdig na umaabot sa ibabaw ng Earth ay maliit - sa karaniwan ang kapangyarihan nito ay 0.03–0.05 W/m2, o humigit-kumulang 350 Wh/m2 bawat taon. Laban sa background ng daloy ng init mula sa Araw at sa hangin na pinainit nito, ito ay isang hindi kapansin-pansing halaga: ang Araw ay nagbibigay sa bawat metro kuwadrado ng ibabaw ng lupa ng halos 4000 kWh taun-taon, iyon ay, 10,000 beses na higit pa (siyempre, ito ay sa karaniwan, na may malaking pagkalat sa pagitan ng polar at equatorial latitude at depende sa iba pang klimatiko at mga salik ng panahon).

Ang kawalang-halaga ng daloy ng init mula sa loob 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 loob ng lupa ay nakakahanap ng isang labasan. Ang mga nasabing zone ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga thermal anomalya ng lithosphere; dito ang daloy ng init na umaabot sa ibabaw ng Earth ay maaaring ilang beses at kahit na mga order ng magnitude na mas malakas kaysa sa "karaniwan". Malaking halaga Ang mga pagsabog ng bulkan at mga mainit na bukal ay nagdudulot ng init sa ibabaw sa mga zone na ito.

Ito ang mga lugar na 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 enerhiya ng geothermal ay posible halos lahat ng dako, dahil ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay isang unibersal na kababalaghan, at ang gawain ay "kunin" ang init mula sa kalaliman, tulad ng mga hilaw na materyales ng mineral 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 yugto, mas malapit ang init ng kalaliman 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 isang sukat ng Earth, ang mga pagbabago sa magnitude ng geothermal gradient at mga hakbang ay umaabot ng 25 beses. Halimbawa, sa 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 na humigit-kumulang 250–300°C. Ito ay higit pa o hindi gaanong nakumpirma ng mga direktang obserbasyon sa mga ultra-deep na balon, bagaman ang larawan ay mas kumplikado kaysa sa isang linear na pagtaas ng temperatura.

Halimbawa, sa Kola superdeep well, na na-drill sa Baltic crystalline shield, ang temperatura sa lalim na 3 km ay nagbabago sa bilis na 10°C/1 km, at pagkatapos ay ang geothermal gradient ay nagiging 2-2.5 beses na mas mataas. 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 well drilled sa Northern Caspian region, kung saan sa lalim na 500 m ay naitala ang temperatura na 42°C, 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 tinatayang temperatura ay humigit-kumulang 1300–1500°C, sa lalim na 400 km - 1600°C, sa Earth's core (malalim na higit sa 6000 km) - 4000–5000° C.

Sa lalim ng 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 pagbuhos ng 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 ilalim ng 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 ilalim ng 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 pagkuha ng init nang direkta mula sa mga tuyong bato - petrothermal energy, lalo na dahil ang medyo 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 magagamit sa lahat ng dako, at ang mga thermal water ay matatagpuan sa lokal. Gayunpaman, dahil sa mga halatang teknikal na kahirapan, ang mga thermal water ay kasalukuyang kadalasang ginagamit upang makabuo ng init at kuryente.

Ang mga tubig na may temperatura mula 20–30 hanggang 100°C ay angkop para sa pagpainit, ang mga temperatura mula 150°C pataas ay angkop para sa pagbuo ng kuryente sa mga geothermal power plant.

Sa pangkalahatan, ang mga mapagkukunang geothermal sa Russia, sa mga tuntunin ng tonelada ng katumbas na gasolina o anumang iba pang yunit ng pagsukat ng enerhiya, ay humigit-kumulang 10 beses na mas mataas kaysa sa mga reserbang fossil fuel.

Sa teorya, sa pamamagitan lamang ng geothermal na enerhiya ay posible na ganap na masiyahan pangangailangan ng enerhiya mga bansa. Sa pagsasagawa, sa ngayon, sa karamihan ng teritoryo nito ay 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 ay naaalala ng lahat ang malakas na pagsabog ng Eyjafjallajökull volcano ( Eyjafjallajökull) noong 2010 taon.

Ito ay salamat sa geological specificity na ang Iceland ay may malaking reserba ng geothermal na enerhiya, kabilang ang mga mainit na bukal na lumalabas 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 nagmumula sa Earth. Kasama dahil sa pinagmumulan ng geothermal 90% ng pagpainit at 30% ng pagbuo ng kuryente ay ibinibigay. Idagdag pa natin na ang natitirang kuryente ng bansa ay ginawa ng mga hydroelectric power plant, iyon ay, gumagamit din ng renewable energy source, na ginagawang ang Iceland ay parang isang uri ng pandaigdigang pamantayan sa kapaligiran.

Ang domestication ng geothermal energy noong ika-20 siglo ay lubos na nakinabang 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 energy sa kabuuang balanse ng produksyon ng kuryente ay ibinibigay sa New Zealand at mga isla na bansa. Timog-silangang Asya(Philippines at Indonesia), mga bansa ng Central America at East Africa, ang teritoryo kung saan 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 tubig, natural na dumadaloy o nakuha mula sa mababaw na balon, ay ginamit para sa mga layunin ng enerhiya.

Ang tubig mula sa mga bukal 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 iron boiler, at ang ordinaryong kahoy mula sa kalapit na kagubatan ay kinuha bilang gasolina, ngunit noong 1827 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 upang patakbuhin ang mga drilling rig, at sa simula ng ika-20 siglo - para sa pagpainit ng mga lokal na bahay at greenhouses. Doon, sa Larderello, noong 1904, ang thermal water vapor ay naging mapagkukunan ng enerhiya para sa pagbuo ng kuryente.

Ang halimbawa ng Italya ay sinundan ng ilang iba pang mga bansa sa pagtatapos ng ika-19 at simula ng ika-20 siglo. Halimbawa, noong 1892, ang mga thermal water ay unang ginamit para sa lokal na pagpainit sa USA (Boise, Idaho), noong 1919 sa Japan, at noong 1928 sa Iceland.

Sa USA, ang unang planta ng kuryente na nagpapatakbo sa hydrothermal energy 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 .

Lumang prinsipyo sa isang bagong pinagmulan

Ang pagbuo ng kuryente ay nangangailangan ng mas mataas na temperatura ng hydrosource kaysa sa pagpainit - higit sa 150°C. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang geothermal power plant (GeoPP) ay katulad ng operating principle ng isang conventional thermal power plant (CHP). Sa katunayan, ang geothermal power plant ay isang uri ng thermal power plant.

Sa mga thermal power plant, ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya ay karaniwang karbon, gas o gasolina, at ang gumaganang likido ay singaw ng tubig. Ang gasolina, kapag sinunog, ay nagpapainit ng tubig sa singaw, na nagpapaikot ng steam turbine, na bumubuo ng kuryente.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang GeoPP ay ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya dito ay ang init ng loob ng lupa at ang gumaganang likido sa anyo ng singaw ay ibinibigay sa mga turbine blades ng electric generator sa isang "handa" na anyo nang direkta mula sa produksyon na balon .

May tatlong pangunahing operating scheme para sa mga 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 temperatura ng carrier ng enerhiya.

Ang pinakasimpleng at samakatuwid ang una sa mga pinagkadalubhasaan na mga scheme ay direkta, kung saan ang singaw na nagmumula sa balon ay direktang dumaan sa turbine. Ang unang geoelectric power station sa mundo sa Larderello noong 1904 ay nagpapatakbo din sa tuyong singaw.

Ang mga GeoPP na may hindi direktang operating scheme 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 sa lugar - sa kasong ito ang prinsipyo ay kapareho ng kapag nagpapatakbo ng isang thermal power plant.

Sa binary GeoPPs, ang mainit na thermal water ay nakikipag-ugnayan sa isa pang likido na gumaganap ng mga function ng isang gumaganang fluid na may mas mababang boiling point. Ang parehong mga likido ay dumaan sa isang heat exchanger, kung saan ang thermal water ay sumisingaw sa gumaganang likido, ang mga singaw na kung saan ay umiikot sa turbine.

Prinsipyo ng pagpapatakbo ng binary GeoPP. Ang mainit na thermal water ay nakikipag-ugnayan sa isa pang likido na gumaganap ng mga function ng isang gumaganang likido at may mas mababang punto ng kumukulo. Ang parehong mga likido ay ipinapasa sa pamamagitan ng isang heat exchanger, kung saan ang thermal water ay sumisingaw sa gumaganang likido, ang mga singaw nito, sa turn, 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 pinainit, pagkatapos ay ang pinainit na tubig o singaw na nabuo bilang isang resulta ng malakas na pag-init ay ibinibigay sa ibabaw sa pamamagitan ng balon ng produksyon. Pagkatapos ang lahat ay nakasalalay sa kung paano ginagamit ang petrothermal energy - para sa pagpainit o para sa pagbuo ng kuryente. Posible ang isang closed cycle sa pagbomba ng basurang singaw at tubig pabalik sa balon ng iniksyon o ibang paraan ng pagtatapon.

Scheme ng pagpapatakbo ng isang petrothermal system. Ang sistema ay batay sa paggamit ng gradient ng temperatura sa pagitan ng ibabaw ng lupa at ng loob nito, kung saan mas mataas ang temperatura. Ang tubig mula sa ibabaw ay ibinobomba sa isang balon ng iniksyon at pinainit sa lalim, pagkatapos ay ang pinainit na tubig o ang singaw na nabuo bilang resulta ng pag-init ay ibinibigay sa ibabaw sa pamamagitan ng balon ng produksyon.

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 napakalalim. At ito ay malubhang gastos at ang panganib ng makabuluhang pagkawala ng init kapag ang likido ay gumagalaw paitaas. Samakatuwid, ang mga sistema ng petrothermal ay hindi gaanong laganap kumpara 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 circulation systems (PCS) ay ang Australia. Bilang karagdagan, ang lugar na 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 isang tunay na pagkakataon na gamitin ang mababang antas ng init ng itaas na mga layer ng lupa. Ang isang heat pump system, o heat multiplier bilang tawag dito ni Thompson, ay batay sa pisikal na proseso ng paglilipat ng init mula sa kapaligiran patungo sa isang nagpapalamig. Sa esensya, ginagamit nito ang parehong prinsipyo gaya ng mga petrothermal system. Ang pagkakaiba ay nasa pinagmumulan ng init, na maaaring magtaas ng terminolohikal na tanong: hanggang saan ang isang heat pump maituturing na isang geothermal system? Ang punto ay na sa itaas na mga layer, hanggang sa lalim ng sampu hanggang daan-daang metro, ang mga bato at ang mga likidong nilalaman nito ay pinainit hindi ng malalim na init ng lupa, kundi ng araw. Kaya, ang araw sa 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, na nagreresulta sa pagbuo ng gradient ng temperatura sa pagitan ng ibabaw at mas malalim na mga layer na nagpapanatili ng init kahit na sa taglamig, tulad ng nangyayari sa mga reservoir . Ang pangunahing layunin ng mga heat pump ay pagpainit ng espasyo. Sa esensya, ito ay isang "reverse refrigerator". 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 - ang cooled na silid ng refrigerator), ang panlabas na kapaligiran - isang mapagkukunan ng enerhiya at isang nagpapalamig (nagpapalamig) , na isa ring coolant na nagsisiguro ng paglipat ng init o lamig.

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 dumadaloy sa pamamagitan ng isang throttle (pressure regulator) papunta sa evaporator, kung saan dahil sa isang matalim na pagbaba sa presyon, ang likido ay sumingaw. Ang evaporation ay isang endothermic na proseso na nangangailangan ng pagsipsip ng init mula sa labas. Bilang isang resulta, ang init ay inalis mula sa panloob na mga dingding ng evaporator, na nagbibigay ng epekto sa paglamig sa silid ng refrigerator. Susunod, ang nagpapalamig ay inilabas mula sa pangsingaw patungo sa compressor, kung saan ito ay ibinalik sa likido estado ng pagsasama-sama. Ito ay isang baligtad na proseso na humahantong sa paglabas ng inalis na init sa panlabas na kapaligiran. Bilang isang tuntunin, ito ay itinapon sa loob ng bahay, at pader sa likod medyo mainit ang refrigerator.

Ang isang heat pump ay gumagana sa halos parehong paraan, na may pagkakaiba na ang init ay kinukuha mula sa panlabas na kapaligiran at pumapasok sa pamamagitan ng evaporator panloob na kapaligiran- sistema ng pag-init ng silid.

Sa isang tunay na heat pump, ang tubig ay pinainit sa pamamagitan ng pagdaan sa isang panlabas na circuit na inilagay sa lupa o reservoir, at pagkatapos ay pumapasok sa evaporator.

Sa evaporator, ang init ay inililipat sa isang panloob na circuit na puno ng mababang boiling point na nagpapalamig, na, na dumadaan sa evaporator, ay pumasa mula sa estado ng likido sa gaseous form, inaalis ang init.

Ang gaseous refrigerant pagkatapos ay pumapasok sa compressor, kung saan ito ay na-compress sa mataas na presyon at temperatura, at pumapasok sa condenser, kung saan nangyayari 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 (ratio ng natupok at nabuong enerhiya) sa makabagong sistema sapat na mataas upang matiyak ang kanilang pagiging 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 na enerhiya ay hindi nangangailangan ng malalaking lugar, hindi tulad ng malalaking hydroelectric power station o wind farm, at hindi nagpaparumi sa kapaligiran, hindi katulad ng hydrocarbon energy. Sa karaniwan, ang isang GeoPP ay sumasakop sa 400 m 2 sa mga tuntunin ng 1 GW ng nabuong kuryente. Ang parehong figure para sa isang coal-fired thermal power plant, halimbawa, ay 3600 m2. Kasama rin sa mga bentahe sa kapaligiran ng GeoPP ang mababang pagkonsumo ng tubig - 20 litro sariwang tubig bawat 1 kW, habang ang mga thermal power plant at nuclear power plant ay nangangailangan ng humigit-kumulang 1000 litro. Tandaan na ito ang mga tagapagpahiwatig ng kapaligiran ng "average" na GeoPP.

Ngunit mayroon pa ring mga negatibong epekto. Kabilang sa mga ito, ang ingay, thermal pollution ng atmospera at kemikal na polusyon ng tubig at lupa, pati na rin ang pagbuo ng solidong basura, ay kadalasang nakikilala.

Pangunahing pinagkukunan kemikal na polusyon medium - thermal water mismo (na may mataas na temperatura at mineralization), kadalasang naglalaman ng malalaking dami nakakalason na mga compound, at samakatuwid ay may 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 pagbabarena ng mga balon. Ang parehong mga panganib ay lumitaw dito tulad ng kapag ang pagbabarena ng anumang balon: pagkasira ng lupa at takip ng mga halaman, kontaminasyon ng lupa at tubig sa lupa.

Mga problema sa polusyon sa yugto ng pagpapatakbo ng GeoPP kapaligiran ay naligtas. Ang mga thermal fluid - tubig at singaw - 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 panlabas na kapaligiran, nagiging mapagkukunan sila ng polusyon. Bilang karagdagan, ang isang agresibong kemikal na kapaligiran ay maaaring magdulot ng kinakaing unti-unting pagkasira ng mga istruktura ng geothermal power plant.

Kasabay nito, ang mga emisyon ng mga pollutant mula sa mga GeoPP ay nasa average na mas mababa kaysa sa mga thermal power plant. Halimbawa, ang mga emisyon carbon dioxide para sa bawat kilowatt-hour ng nabuong kuryente ay hanggang 380 g sa GeoPPs, 1042 g sa coal-fired thermal power plants, 906 g sa oil-fired power plant at 453 g sa gas-fired thermal power plants.

Ang tanong ay lumitaw: ano ang gagawin sa basurang tubig? Kung mababa ang mineralization, maaari itong i-discharge sa ibabaw ng tubig pagkatapos ng paglamig. Ang isa pang paraan ay ang pagbomba nito pabalik sa aquifer sa pamamagitan ng isang balon ng iniksyon, na mas mabuti at kadalasang ginagamit 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. Ang posibilidad ng gayong mga kababalaghan ay, bilang panuntunan, ay mababa, bagaman ang mga nakahiwalay na kaso ay naitala (halimbawa, sa GeoPP sa Staufen im Breisgau sa Alemanya).

Dapat itong bigyang-diin karamihan ng Ang mga GeoPP ay matatagpuan sa mga lugar na medyo kakaunti ang populasyon at sa mga third world na bansa, 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 na enerhiya, 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 gastos 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 nang napakalalim, ang paglikha ng saradong sistema na may dalawang balon, at ang pangangailangang maglinis ng tubig ay maaaring tumaas ang gastos nang maraming beses.

Halimbawa, ang mga pamumuhunan sa paglikha ng isang petrothermal circulation system (PCS) ay tinatantya sa 1.6–4 na libong dolyar bawat 1 kW ng naka-install na kapasidad, na lumalampas sa mga gastos sa pagtatayo ng isang nuclear power plant at maihahambing sa mga gastos sa paggawa ng hangin at solar power plants.

Ang halatang bentahe sa ekonomiya ng GeoTES ay libreng 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. Kaya isa pang bentahe ng geothermal system: ang mga gastos sa pagpapatakbo ay mas matatag at mahuhulaan, dahil hindi sila nakadepende sa mga kondisyon ng presyo ng panlabas na enerhiya. Sa pangkalahatan, ang mga gastos sa pagpapatakbo ng geothermal power plant ay tinatantya sa 2–10 cents (60 kopecks–3 rubles) bawat 1 kWh ng power na ginawa.

Ang pangalawang pinakamalaking item sa gastos pagkatapos ng enerhiya (at napakahalaga) 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 para 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 isang hydroelectric power station (5–10). kopecks/1 kWh ).

Bahagi ng dahilan ng mataas na gastos ay, hindi tulad ng thermal at hydraulic power plants, ang geothermal power plants ay may medyo maliit na kapangyarihan. Bilang karagdagan, kinakailangan upang ihambing ang mga sistema na matatagpuan sa parehong rehiyon at sa ilalim ng mga katulad na kondisyon. Halimbawa, sa Kamchatka, ayon sa mga eksperto, ang 1 kWh ng geothermal na kuryente ay nagkakahalaga ng 2-3 beses na mas mababa kaysa sa kuryente na ginawa sa mga lokal na thermal power plant.

Ang mga tagapagpahiwatig ng kahusayan sa ekonomiya ng isang geothermal system ay nakasalalay, halimbawa, sa kung ang basurang tubig ay kailangang itapon at sa kung anong mga paraan ito ginagawa, at kung ang pinagsamang paggamit ng mapagkukunan ay posible. Kaya, mga elemento ng kemikal at ang mga compound na nakuha mula sa thermal water ay maaaring magbigay ng karagdagang kita. Alalahanin natin ang halimbawa ng Larderello: ang paggawa ng kemikal ay pangunahin doon, at ang paggamit ng geothermal na enerhiya sa una ay pantulong na kalikasan.

Ang geothermal na enerhiya ay pasulong

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 nag-iiba nang husto ayon sa rehiyon, at ang pinakamataas na konsentrasyon ay nauugnay 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 intensive kumpara sa hangin at, lalo na, solar energy: ang geothermal station system ay medyo simple.

SA pangkalahatang istraktura Ang bahaging geothermal ay bumubuo ng mas mababa sa 1% ng pandaigdigang produksyon ng kuryente, ngunit sa ilang mga rehiyon at bansa ang bahagi nito ay umaabot sa 25–30%. Dahil sa koneksyon sa mga geological na kondisyon, ang isang makabuluhang bahagi ng kapasidad ng geothermal na enerhiya ay puro sa mga bansa sa ikatlong mundo, kung saan mayroong tatlong kumpol ng pinakamalaking pag-unlad ng industriya - ang mga isla ng Timog-silangang Asya, Central America at East Africa. Ang unang dalawang rehiyon ay kasama sa Pacific "belt of fire of the Earth", ang pangatlo ay nakatali sa East African Rift. Malamang na 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 ng 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 malawakang distribusyon ng mga mapagkukunang geothermal at isang katanggap-tanggap na antas ng kaligtasan sa kapaligiran, may dahilan upang maniwala na ang enerhiyang geothermal ay may magagandang inaasahang pag-unlad. Lalo na sa lumalaking banta ng kakulangan ng tradisyonal na mapagkukunan 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 malaking bansa ay bale-wala pa rin.

Dalawang rehiyon ang naging mga pioneer at sentro para sa pagpapaunlad ng geothermal energy sa Russia - 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 mula sa mainit na tubig.

Sa North Caucasus - sa Rehiyon ng Krasnodar, Chechnya, Dagestan - ang init ng mga thermal water ay ginamit para sa mga layunin ng enerhiya kahit na bago ang Great Patriotic War. Noong 1980–1990s, ang pagbuo ng geothermal energy sa rehiyon para sa mga malinaw na dahilan natigil at hindi pa umaalis sa estado ng pagwawalang-kilos. Gayunpaman, ang supply ng geothermal na tubig sa North Caucasus ay nagbibigay ng init 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 konektado, una sa lahat, sa pagtatayo ng GeoPPs. Ang una sa kanila, ang nagpapatakbo pa rin ng mga istasyon ng Pauzhetskaya at Paratunka, ay itinayo noong 1965–1967, habang ang Paratunka GeoPP na may kapasidad na 600 kW ay naging unang istasyon sa mundo na may binary cycle. Ito ang pag-unlad ng mga siyentipikong Sobyet na sina S.S. Kutateladze at A.M. Rosenfeld mula sa Institute of Thermophysics SB RAS, na noong 1965 ay nakatanggap ng sertipiko ng may-akda 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 nadagdagan sa 12 MW. Sa kasalukuyan, isang binary unit ang itinatayo sa istasyon, na tataas ang kapasidad nito ng isa pang 2.5 MW.

Ang pag-unlad ng geothermal na enerhiya sa USSR at Russia ay nahahadlangan ng pagkakaroon ng tradisyonal na mapagkukunan ng enerhiya - langis, gas, karbon, ngunit hindi tumigil. Ang pinakamalaking pasilidad ng geothermal na enerhiya sa ngayon ay ang Verkhne-Mutnovskaya GeoPP na may kabuuang kapasidad ng mga power unit na 12 MW, na kinomisyon noong 1999, at ang Mutnovskaya GeoPP na may kapasidad na 50 MW (2002).

Ang Mutnovskaya at Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs ay mga natatanging bagay hindi lamang para sa Russia, kundi pati na rin sa pandaigdigang saklaw. Ang mga istasyon ay matatagpuan sa paanan ng Mutnovsky volcano, sa taas na 800 metro sa ibabaw ng antas ng dagat, at nagpapatakbo sa matinding klimatiko na kondisyon, kung saan mayroong taglamig sa loob ng 9-10 buwan ng taon. Ang kagamitan ng Mutnovsky GeoPPs, na kasalukuyang isa sa pinakamoderno sa mundo, ay ganap na nilikha sa mga domestic power engineering enterprise.

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%. May mga planong dagdagan ang kapasidad sa mga darating na taon.

Ang espesyal na pagbanggit ay dapat gawin tungkol sa mga pagpapaunlad ng petrothermal ng Russia. Wala pa kaming malalaking sentro ng pagbabarena, ngunit mayroon kaming 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 radikal na bawasan ang mga gastos sa 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 National Economic Forecasting ng Russian Academy of Sciences) at mga espesyalista mula sa Kaluga Turbine Plant. Sa kasalukuyan, ang proyekto ng sistema ng sirkulasyon ng petrothermal sa Russia ay nasa pang-eksperimentong yugto.

Ang geothermal energy ay may mga prospect 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 bilang ng liblib na lugar mga bansa, ang paggamit ng geothermal energy ay kumikita sa ekonomiya at hinihiling ngayon. Ito ang mga teritoryo na may mataas na potensyal na geoenergy (Chukotka, Kamchatka, Kuril Islands - 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 naputol mula sa sentralisadong mga supply ng enerhiya.

Marahil, sa mga darating na dekada, ang geothermal energy sa ating bansa ay tiyak na bubuo sa mga naturang rehiyon.

Kirill Degtyarev,
Mananaliksik, Moscow State University M. V. Lomonosova
“Science and Life” No. 9, No. 10 2013

Sa ating bansa, na mayaman sa hydrocarbons, ang geothermal na enerhiya ay isang uri ng kakaibang mapagkukunan, na, dahil sa kasalukuyang estado ng mga gawain, ay malamang na hindi makipagkumpitensya sa langis at gas. Gayunpaman, ang alternatibong uri ng enerhiya na ito ay maaaring gamitin sa halos lahat ng dako at medyo epektibo.

Ang geothermal energy ay ang init ng loob ng daigdig. Ito ay ginawa sa kalaliman at umabot sa ibabaw ng Earth sa iba't ibang anyo at may iba't ibang intensity.

Ang temperatura ng itaas na mga layer ng lupa ay higit sa lahat ay nakasalalay sa panlabas (exogenous) na mga kadahilanan - pag-iilaw ng solar 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 mga 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 nakakaapekto sa mas malalim na mga layer ng lupa - hanggang sampu-sampung metro.

Ang kawalang-halaga ng daloy ng init mula sa loob 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 loob ng lupa ay nakakahanap ng isang labasan. Ang mga nasabing zone ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga thermal anomalya ng lithosphere; dito ang daloy ng init na umaabot sa ibabaw ng Earth ay maaaring ilang beses at kahit na mga order ng magnitude na mas malakas kaysa sa "karaniwan". Ang mga pagsabog ng bulkan at mga hot spring ay nagdudulot ng napakalaking init sa ibabaw sa mga zone na ito.

Ito ang mga lugar na pinaka-kanais-nais para sa pagbuo ng geothermal energy. Sa teritoryo ng Russia, ito ay, una sa lahat, Kamchatka, Kuril Islands at Caucasus.

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 yugto, mas malapit ang init ng kalaliman 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 na istraktura at iba pang rehiyon at lokal na kondisyon, ang rate ng pagtaas ng temperatura na may lalim ay maaaring mag-iba nang malaki. Sa isang sukat ng Earth, ang mga pagbabago sa magnitude ng geothermal gradient at mga hakbang ay umaabot ng 25 beses. Halimbawa, sa Oregon (USA) ang gradient ay 150°C bawat 1 km, at sa South Africa - 6°C bawat 1 km.

Ang isa pang halimbawa ay isang well drilled sa Northern Caspian region, kung saan sa lalim na 500 m ay naitala ang temperatura na 42°C, sa 1.5 km - 70°C, sa 2 km - 80°C, sa 3 km - 108°C. .

Sa lalim ng 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. Ang ganitong mga hindi direktang palatandaan ay maaaring ang likas na katangian ng pagpasa ng mga seismic wave o ang temperatura ng pag-aalsa ng 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.

Ang init ng tubig sa ilalim ng lupa, singaw, steam-water mixtures ay hydrothermal energy. Alinsunod dito, ang enerhiya batay sa paggamit nito ay tinatawag na hydrothermal.

Ang mga tubig na may temperatura mula 20–30 hanggang 100°C ay angkop para sa pagpainit, ang mga temperatura mula 150°C pataas ay angkop para sa pagbuo ng kuryente sa mga geothermal power plant.

Sa teorya, tanging ang geothermal na enerhiya lamang ang ganap na makakatugon sa mga pangangailangan ng enerhiya ng bansa. Sa pagsasagawa, sa ngayon, sa karamihan ng teritoryo nito ay hindi ito magagawa para sa teknikal at pang-ekonomiyang mga kadahilanan.

Sa Iceland, higit sa 60% ng lahat ng enerhiya na natupok ay kasalukuyang nagmumula sa Earth. Ang mga geothermal na mapagkukunan ay nagbibigay ng 90% ng pag-init at 30% ng pagbuo ng kuryente. Idagdag pa natin na ang natitirang kuryente ng bansa ay ginawa ng mga hydroelectric power plant, iyon ay, gumagamit din ng renewable energy source, na ginagawang ang Iceland ay parang isang uri ng pandaigdigang pamantayan sa kapaligiran.

Bilang karagdagan sa Iceland, ang isang mataas na bahagi ng geothermal energy sa kabuuang balanse ng produksyon ng kuryente ay ibinibigay sa New Zealand at sa mga isla na bansa ng Timog-silangang Asya (Philippines at Indonesia), mga bansa ng Central America at East Africa, ang teritoryo kung saan ay din nailalarawan sa pamamagitan 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. Ang isa sa mga unang kilalang halimbawa ay ang 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 tubig, natural na dumadaloy o nakuha mula sa mababaw na balon, ay ginamit para sa mga layunin ng enerhiya.

Lumang prinsipyo sa isang bagong pinagmulan

Sa mga thermal power plant, ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya ay karaniwang karbon, gas o gasolina, at ang gumaganang likido ay singaw ng tubig. Ang gasolina, kapag sinunog, ay nagpapainit ng tubig sa estado ng singaw, na umiikot steam turbine, at ito ay bumubuo ng kuryente.

May tatlong pangunahing operating scheme para sa mga 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 temperatura ng carrier ng enerhiya.

Ang singaw ng tambutso ay pumapasok nang maayos sa iniksyon o ginagamit para sa pagpainit sa lugar - sa kasong ito ang prinsipyo ay kapareho ng kapag nagpapatakbo ng isang thermal power plant.

Ang lahat ng tatlong scheme ay gumagamit ng hydrothermal source, ngunit ang petrothermal energy ay maaari ding gamitin upang makabuo ng kuryente.

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 isang tunay na pagkakataon na gamitin ang mababang antas ng init ng itaas na mga layer ng lupa. Ang isang heat pump system, o heat multiplier bilang tawag dito ni Thompson, ay batay sa pisikal na proseso ng paglilipat ng init mula sa kapaligiran patungo sa isang nagpapalamig. Sa esensya, ginagamit nito ang parehong prinsipyo gaya ng mga petrothermal system. Ang pagkakaiba ay nasa pinagmumulan ng init, na maaaring magtaas ng terminolohikal na tanong: hanggang saan ang isang heat pump maituturing na isang geothermal system? Ang katotohanan ay na sa itaas na mga layer, hanggang sa lalim ng sampu hanggang daan-daang metro, ang mga bato at ang mga likidong nilalaman nito ay pinainit hindi ng malalim na init ng lupa, kundi ng araw. Kaya, ang araw sa kasong ito ang pangunahing pinagmumulan ng init, bagaman ito ay kinuha, tulad ng sa mga geothermal system, mula sa lupa.

Sa refrigerator, ang likidong nagpapalamig ay dumadaloy sa pamamagitan ng isang throttle (pressure regulator) papunta sa evaporator, kung saan dahil sa isang matalim na pagbaba sa presyon, ang likido ay sumingaw. Ang evaporation ay isang endothermic na proseso na nangangailangan ng pagsipsip ng init mula sa labas. Bilang isang resulta, ang init ay inalis mula sa panloob na mga dingding ng evaporator, na nagbibigay ng epekto sa paglamig sa silid ng refrigerator. Susunod, ang nagpapalamig ay iginuhit mula sa evaporator papunta sa compressor, kung saan ito ay ibinalik sa isang likidong estado. Ito ay isang baligtad na proseso na humahantong sa paglabas ng inalis na init sa panlabas na kapaligiran. Bilang isang patakaran, ito ay itinapon sa loob ng bahay, at ang likod na dingding ng refrigerator ay medyo mainit.

Ang isang heat pump ay gumagana sa halos parehong paraan, na may pagkakaiba na ang init ay kinuha mula sa panlabas na kapaligiran at sa pamamagitan ng evaporator ay pumapasok sa panloob na kapaligiran - ang sistema ng pag-init ng silid.

Sa isang tunay na heat pump, ang tubig ay pinainit sa pamamagitan ng pagdaan sa isang panlabas na circuit na inilagay sa lupa o reservoir, at pagkatapos ay pumapasok sa evaporator.

Sa evaporator, ang init ay inililipat sa isang panloob na circuit na puno ng isang mababang-boiling point na nagpapalamig, na, na dumadaan sa evaporator, ay nagbabago mula sa isang likido patungo sa isang gas na estado, na nag-aalis ng init.

Susunod, ang gaseous refrigerant ay pumapasok sa compressor, kung saan ito ay na-compress sa mataas na presyon at temperatura, at pumapasok sa condenser, kung saan ang pagpapalitan ng init ay nangyayari sa pagitan ng mainit na gas at ang coolant mula sa sistema ng pag-init.

Ang compressor ay nangangailangan ng kuryente upang gumana, ngunit ang ratio ng pagbabagong-anyo (ang ratio ng enerhiya na natupok sa enerhiya na ginawa) sa mga modernong sistema ay sapat na mataas upang matiyak ang kanilang kahusayan.

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 na enerhiya ay hindi nangangailangan ng malalaking lugar, hindi tulad ng malalaking hydroelectric power station o wind farm, at hindi nagpaparumi sa kapaligiran, hindi katulad ng hydrocarbon energy. Sa karaniwan, ang isang GeoPP ay sumasakop sa 400 m 2 sa mga tuntunin ng 1 GW ng nabuong kuryente. Ang parehong figure para sa isang coal-fired thermal power plant, halimbawa, ay 3600 m2. Kasama rin sa mga bentahe sa kapaligiran ng GeoPP ang mababang pagkonsumo ng tubig - 20 litro ng sariwang tubig kada 1 kW, habang nangangailangan ng humigit-kumulang 1000 litro ang mga thermal power plant at nuclear power plant. Tandaan na ito ang mga tagapagpahiwatig ng kapaligiran ng "average" na GeoPP.

Ang pangunahing pinagmumulan ng kemikal na polusyon sa kapaligiran ay ang thermal water mismo (na may mataas na temperatura at mineralization), kadalasang naglalaman ng malalaking dami ng mga nakakalason na compound, at samakatuwid ay may problema sa pagtatapon ng basurang tubig at mga mapanganib na sangkap.

Sa yugto ng pagpapatakbo ng GeoPP, nananatili ang mga problema sa polusyon sa kapaligiran. Ang mga thermal fluid - tubig at singaw - kadalasang naglalaman ng carbon dioxide (CO 2), sulfur sulfide (H 2 S), ammonia (NH 3), methane (CH 4), table salt (NaCl), boron (B), arsenic (As). ), mercury (Hg). Kapag inilabas sa panlabas na kapaligiran, nagiging mapagkukunan sila ng polusyon. Bilang karagdagan, ang isang agresibong kemikal na kapaligiran ay maaaring magdulot ng kinakaing unti-unting pagkasira ng mga istruktura ng geothermal power plant.

Kasabay nito, ang mga emisyon ng mga pollutant mula sa mga GeoPP ay nasa average na mas mababa kaysa sa mga thermal power plant. Halimbawa, ang carbon dioxide emissions para sa bawat kilowatt-hour ng kuryenteng nabuo ay hanggang 380 g sa GeoPPs, 1042 g sa coal-fired thermal power plants, 906 g sa oil-fired power plant at 453 g sa gas-fired thermal power plants .

Ang tanong ay lumitaw: ano ang gagawin sa basurang tubig? Kung ang mineralization ay mababa, pagkatapos ng paglamig maaari itong ma-discharge sa ibabaw ng tubig. Ang isa pang paraan ay ang pagbomba nito pabalik sa aquifer sa pamamagitan ng isang balon ng iniksyon, na mas mabuti at kadalasang ginagamit sa kasalukuyan.

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 na enerhiya, 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 gastos 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. Pagbabarena sa napakalalim, paglikha saradong sistema sa dalawang balon, ang pangangailangang maglinis ng tubig ay maaaring tumaas ang gastos nang maraming beses.

Ang pangalawang pinakamalaking gastos pagkatapos ng enerhiya (at isang napakahalaga) ay, bilang panuntunan, ang sahod ng mga tauhan ng planta, na maaaring mag-iba nang malaki sa mga bansa at rehiyon.

Ang mga tagapagpahiwatig ng kahusayan sa ekonomiya ng isang geothermal system ay nakasalalay, halimbawa, sa kung ang basurang tubig ay kailangang itapon at sa kung anong mga paraan ito ginagawa, at kung ang pinagsamang paggamit ng mapagkukunan ay posible. Kaya, ang mga kemikal na elemento at compound na nakuha mula sa thermal water ay maaaring magbigay ng karagdagang kita. Alalahanin natin ang halimbawa ng Larderello: ang paggawa ng kemikal ay pangunahin doon, at ang paggamit ng geothermal na enerhiya sa una ay pantulong na kalikasan.

Ang geothermal na enerhiya ay pasulong

Bilang karagdagan, ang geothermal energy ay hindi gaanong teknolohikal na intensive kumpara sa hangin at, lalo na, solar energy: ang geothermal station system ay medyo simple.

Sa pangkalahatang istraktura ng pandaigdigang produksyon ng kuryente, ang bahagi ng geothermal ay nagkakahalaga ng mas mababa sa 1%, ngunit sa ilang mga rehiyon at bansa ang bahagi nito ay umabot sa 25-30%. Dahil sa koneksyon sa mga geological na kondisyon, ang isang makabuluhang bahagi ng kapasidad ng geothermal na enerhiya ay puro sa mga bansa sa ikatlong mundo, kung saan mayroong tatlong kumpol ng pinakamalaking pag-unlad ng industriya - ang mga isla ng Timog-silangang Asya, Central America at East Africa. Ang unang dalawang rehiyon ay kasama sa Pacific "belt of fire of the Earth", ang pangatlo ay nakatali sa East African Rift. Malamang na 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 ng 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.

Mula sa Kamchatka hanggang sa Caucasus

Sa North Caucasus - sa Krasnodar Territory, Chechnya, Dagestan - ang init ng thermal water ay ginamit para sa mga layunin ng enerhiya kahit na bago ang Great Patriotic War. Noong 1980–1990s, ang pag-unlad ng geothermal energy sa rehiyon, para sa malinaw na mga kadahilanan, ay tumigil at hindi pa lumabas mula sa estado ng pagwawalang-kilos. Gayunpaman, ang supply ng geothermal na tubig sa North Caucasus ay nagbibigay ng init 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.

Ang geothermal energy ay may mga prospect 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 ilang malalayong lugar ng bansa, ang paggamit ng geothermal energy ay kumikita sa ekonomiya at hinihiling na. Ito ang mga teritoryo na may mataas na potensyal na geoenergy (Chukotka, Kamchatka, Kuril Islands - 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 naputol mula sa sentralisadong mga supply ng enerhiya.

Marahil, sa mga darating na dekada, ang geothermal energy sa ating bansa ay tiyak na bubuo sa mga naturang rehiyon.

Init ng Lupa. Malamang na pinagmumulan ng panloob na init

Geothermy- isang agham na nag-aaral ng thermal field ng Earth. Ang average na temperatura ng ibabaw ng Earth ay may pangkalahatang ugali na bumaba. Tatlong bilyong taon na ang nakalilipas, ang average na temperatura sa ibabaw ng Earth ay 71 o, ngayon ay 17 o. Pinagmumulan ng init (thermal ) Ang mga patlang ng Earth ay panloob at panlabas na mga proseso. Ang init ng Earth ay sanhi ng solar radiation at nagmumula sa bituka ng planeta. Ang magnitude ng pag-agos ng init mula sa parehong pinagmumulan ay lubhang hindi pantay at ang kanilang mga tungkulin sa buhay ng planeta ay iba. Ang solar heating ng Earth ay nagkakahalaga ng 99.5% ng kabuuang dami ng init na natanggap ng ibabaw nito, at ang panloob na pag-init ay nagkakahalaga ng 0.5%. Bilang karagdagan, ang pag-agos ng panloob na init ay napaka hindi pantay na ipinamamahagi sa Earth at puro pangunahin sa mga lugar kung saan nangyayari ang bulkanismo.

Ang panlabas na mapagkukunan ay solar radiation . Ang kalahati ng enerhiya ng araw ay hinihigop ng ibabaw, mga halaman at ang subsurface layer ng crust ng lupa. Ang iba pang kalahati ay makikita sa kalawakan ng mundo. Ang solar radiation ay nagpapanatili ng temperatura ng ibabaw ng Earth sa average na humigit-kumulang 0 0 C. Ang araw ay nagpainit sa malapit-ibabaw na layer ng Earth sa lalim ng average na 8 - 30 m, na may average na lalim na 25 m, ang impluwensya ng solar heat ay huminto at ang temperatura ay nagiging pare-pareho (neutral na layer). Ang lalim na ito ay minimal sa mga lugar na may klimang dagat at pinakamataas sa rehiyon ng Subpolar. Sa ibaba ng hangganang ito mayroong isang zone ng pare-pareho ang temperatura na naaayon sa average na taunang temperatura ng lugar. Halimbawa, sa Moscow, sa teritoryo ng agrikultura. Academy na pinangalanan Timiryazev, sa lalim na 20 m, ang temperatura mula noong 1882 ay palaging nananatiling katumbas ng 4.2 o C. Sa Paris, sa lalim na 28 m, ang thermometer ay patuloy na nagpapakita ng 11.83 o C sa loob ng higit sa 100 taon. Ang layer na may isang Ang pare-parehong temperatura ay ang pinakamalalim kung saan ang pangmatagalan ( permafrost. Sa ibaba ng zone ng pare-pareho ang temperatura ay ang geothermal zone, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng init na nabuo ng Earth mismo.

Ang mga panloob na mapagkukunan ay ang bituka ng Earth. Ang Earth ay naglalabas ng mas maraming init sa kalawakan kaysa sa natatanggap nito mula sa Araw. Kasama sa mga panloob na mapagkukunan ang natitirang init mula sa panahon kung kailan ang planeta ay natunaw, ang init mga reaksiyong thermonuclear, na nagaganap sa bituka ng Earth, ang init ng gravitational compression ng Earth sa ilalim ng impluwensya ng gravity, ang init ng mga kemikal na reaksyon at mga proseso ng crystallization, atbp. (halimbawa, tidal friction). Ang init mula sa loob ay pangunahing nagmumula sa mga gumagalaw na zone. Ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay nauugnay sa pagkakaroon ng mga panloob na pinagmumulan ng init - pagkabulok radioactive isotopes– U, Th, K, gravitational differentiation ng matter, tidal friction, exothermic redox mga reaksiyong kemikal, metamorphism at mga phase transition. Ang rate ng pagtaas ng temperatura na may lalim ay tinutukoy ng isang bilang ng mga kadahilanan - thermal conductivity, permeability ng mga bato, kalapitan ng mga mapagkukunan ng bulkan, atbp.

Sa ilalim ng sinturon pare-pareho ang temperatura Mayroong pagtaas sa temperatura, sa average na 1 o bawat 33 m ( yugto ng geothermal) o 3 o bawat 100 m ( geothermal gradient). Ang mga halagang ito ay mga tagapagpahiwatig ng thermal field ng Earth. Malinaw na ang mga halagang ito ay karaniwan at nag-iiba sa magnitude sa iba't ibang mga rehiyon o zone ng Earth. Ang geothermal stage ay naiiba sa iba't ibang mga punto sa Earth. Halimbawa, sa Moscow - 38.4 m, sa Leningrad 19.6, sa Arkhangelsk - 10. Kaya, kapag nag-drill ng malalim na balon sa Kola Peninsula sa lalim na 12 km, ang temperatura ay ipinapalagay na 150 o, sa katotohanan ito ay lumabas. upang maging tungkol sa 220 degrees. Kapag ang pagbabarena ng mga balon sa hilagang rehiyon ng Caspian sa lalim na 3000 m, ang temperatura ay ipinapalagay na 150 o degrees, ngunit ito ay naging 108 o.

Dapat pansinin na ang mga tampok na klimatiko ng lugar at ang average na taunang temperatura ay hindi nakakaapekto sa pagbabago sa halaga ng yugto ng geothermal; ang mga dahilan ay nakasalalay sa mga sumusunod:

1) sa iba't ibang thermal conductivity ng mga bato na bumubuo sa isang partikular na lugar. Ang sukatan ng thermal conductivity ay ang dami ng init sa mga calorie na inilipat sa 1 segundo. Sa pamamagitan ng isang cross section na 1 cm 2 na may temperatura na gradient na 1 o C;

2) sa radioactivity ng mga bato, mas malaki ang thermal conductivity at radioactivity, mas mababa ang geothermal stage;

3) sa iba't ibang kondisyon paglitaw ng mga bato at edad ng kaguluhan ng kanilang paglitaw; ipinakita ng mga obserbasyon na ang temperatura ay tumataas nang mas mabilis sa mga layer na nakolekta sa mga fold, madalas silang naglalaman ng mga iregularidad (mga bitak), kung saan ang pag-access ng init mula sa kalaliman ay pinadali;

4) ang likas na katangian ng tubig sa lupa: ang mga daloy ng mainit na tubig sa lupa ay nagpapainit sa mga bato, ang mga malamig na daloy ay nagpapalamig sa kanila;

5) distansya mula sa karagatan: malapit sa karagatan dahil sa paglamig ng mga bato sa pamamagitan ng masa ng tubig, ang geothermal na hakbang ay mas malaki, at sa pakikipag-ugnay ay mas kaunti.

Ang kaalaman sa partikular na halaga ng geothermal step ay may malaking praktikal na kahalagahan.

1. Ito ay mahalaga kapag nagdidisenyo ng mga minahan. Sa ilang mga kaso, kakailanganing gumawa ng mga hakbang upang artipisyal na mapababa ang temperatura sa malalim na paggana (temperatura - 50 o C ang limitasyon para sa mga tao sa tuyong hangin at 40 o C sa mahalumigmig na hangin); sa iba, magiging posible na magsagawa ng trabaho sa napakalalim.

2. Pinakamahalaga ay may pagtatasa ng mga kondisyon ng temperatura sa panahon ng tunneling sa mga bulubunduking lugar.

3. Ang pag-aaral ng geothermal na kondisyon ng loob ng Earth ay ginagawang posible na gumamit ng singaw at mga hot spring na umuusbong sa ibabaw ng Earth. Ang init sa ilalim ng lupa ay ginagamit, halimbawa, sa Italya, Iceland; Sa Russia, isang pang-eksperimentong planta ng kuryente ang itinayo gamit ang natural na init sa Kamchatka.

Gamit ang data sa magnitude ng geothermal step, maaari tayong gumawa ng ilang mga pagpapalagay tungkol sa mga kondisyon ng temperatura ng malalim na mga zone ng Earth. Kung gagawin natin ang average na halaga ng geothermal na hakbang bilang 33 m at ipagpalagay na ang temperatura ay tumataas nang pantay sa lalim, pagkatapos ay sa lalim na 100 km magkakaroon ng temperatura na 3000 o C. Ang temperatura na ito ay lumampas sa mga punto ng pagkatunaw ng lahat ng mga sangkap na kilala sa Earth, samakatuwid sa lalim na ito ay dapat magkaroon ng mga natunaw na masa . Ngunit dahil sa napakalaking presyon ng 31,000 atm. Ang sobrang init na masa ay walang mga katangian ng mga likido, ngunit pinagkalooban ng mga katangian ng isang solid.

Sa lalim, ang geothermal stage ay tila dapat tumaas nang malaki. Kung ipagpalagay natin na ang antas ay hindi nagbabago nang may lalim, kung gayon ang temperatura sa gitna ng Earth ay dapat na mga 200,000 o degrees, at ayon sa mga kalkulasyon ay hindi ito maaaring lumampas sa 5,000 - 10,000 o.

Enerhiya ng geothermal- ito ang init na enerhiya na inilabas mula sa panloob na mga zone Earth sa daan-daang milyong taon. Ayon sa geological at geophysical studies, ang temperatura sa core ng Earth ay umabot sa 3,000-6,000 °C, unti-unting bumababa sa direksyon mula sa gitna ng planeta hanggang sa ibabaw nito. Ang pagsabog ng libu-libong mga bulkan, ang paggalaw ng mga bloke ng crust ng lupa, ang mga lindol ay nagpapahiwatig ng pagkilos ng isang malakas na panloob na enerhiya Lupa. Naniniwala ang mga siyentipiko na ang thermal field ng ating planeta ay dahil sa radioactive decay sa kalaliman nito, pati na rin ang gravitational separation ng core matter.
Ang pangunahing pinagmumulan ng pag-init sa loob ng planeta ay uranium, thorium at radioactive potassium. Ang mga proseso ng radioactive decay sa mga kontinente ay nangyayari pangunahin sa granite layer ng crust ng lupa sa lalim na 20-30 km o higit pa, sa mga karagatan - sa itaas na mantle. Ipinapalagay na sa base ng crust ng lupa sa lalim na 10-15 km, ang posibleng halaga ng temperatura sa mga kontinente ay 600-800 ° C, at sa mga karagatan - 150-200 ° C.
Magagamit lamang ng tao ang geothermal energy kung saan ito nagpapakita ng sarili malapit sa ibabaw ng Earth, i.e. sa mga lugar ng aktibidad ng bulkan at seismic. Ngayon ang geothermal energy ay epektibong ginagamit ng mga bansang tulad ng USA, Italy, Iceland, Mexico, Japan, New Zealand, Russia, Pilipinas, Hungary, El Salvador. Dito ang init ng panloob na lupa ay tumataas sa ibabaw mismo sa anyo mainit na tubig at singaw na may temperatura na hanggang 300 ° C at madalas na sumasabog bilang init ng mga bumubulusok na mapagkukunan (geysers), halimbawa, ang mga sikat na geyser ng Yellowstone Park sa USA, mga geyser ng Kamchatka, Iceland.
Mga mapagkukunan ng geothermal na enerhiya nahahati sa dry hot steam, wet hot steam at mainit na tubig. Isang balon, na isang mahalagang pinagkukunan ng enerhiya para sa elektrikal riles sa Italya (malapit sa lungsod ng Larderello), mula noong 1904 ito ay nagpapakain ng tuyo na mainit na singaw. Ang dalawa pang sikat na hot dry steam site sa mundo ay ang Matsukawa Field sa Japan at ang Geyser Field malapit sa San Francisco, na mayroon ding mahaba at epektibong paggamit ng geothermal energy. Ang pinakabasa-basa na mainit na singaw sa mundo ay matatagpuan sa New Zealand (Wairakei), ang mga geothermal na field na may bahagyang mas kaunting kapangyarihan ay nasa Mexico, Japan, El Salvador, Nicaragua, at Russia.
Kaya, apat na pangunahing uri ng geothermal na mapagkukunan ng enerhiya ang maaaring makilala:
init sa ibabaw ng lupa na ginagamit ng mga heat pump;
mapagkukunan ng enerhiya ng singaw, mainit at maligamgam na tubig malapit sa ibabaw ng lupa, na ngayon ay ginagamit sa paggawa ng elektrikal na enerhiya;
init na puro malalim sa ilalim ng ibabaw ng lupa (marahil sa kawalan ng tubig);
enerhiya ng magma at init na naiipon sa ilalim ng mga bulkan.

Ang geothermal heat reserves (~ 8 * 1030J) ay 35 bilyong beses na mas malaki kaysa sa taunang global na pagkonsumo ng enerhiya. 1% lang ng geothermal energy sa crust ng earth (10 km depth) ang makakapagbigay ng dami ng enerhiya na 500 beses na mas malaki kaysa sa lahat ng reserbang langis at gas sa mundo. Gayunpaman, ngayon ay isang maliit na bahagi lamang ng mga mapagkukunang ito ang maaaring gamitin, at ito ay dahil sa mga kadahilanang pang-ekonomiya. Ang industriyal na pag-unlad ng geothermal resources (ang enerhiya ng mainit na malalim na tubig at singaw) ay nagsimula noong 1916, nang ang unang geothermal power plant na may kapasidad na 7.5 MW ay itinalaga sa Italya. Sa nakalipas na panahon, malaking karanasan ang naipon sa larangan ng praktikal na pag-unlad ng mga mapagkukunan ng geothermal na enerhiya. Ang kabuuang naka-install na kapasidad ng mga kasalukuyang geothermal power plant (GeoTES) ay: 1975 - 1,278 MW, noong 1990 - 7,300 MW. Ang pinakamalaking pag-unlad sa bagay na ito ay nakamit ng USA, Pilipinas, Mexico, Italy, at Japan.
Ang mga teknikal at pang-ekonomiyang parameter ng geothermal power plant ay nag-iiba sa isang medyo malawak na hanay at nakasalalay sa mga geological na katangian ng lugar (lalim ng paglitaw, mga parameter ng gumaganang likido, komposisyon nito, atbp.). Para sa karamihan ng mga geothermal power plant na inilagay sa operasyon, ang halaga ng kuryente ay katulad ng halaga ng kuryente na ginawa sa mga coal-fired power plant at umaabot sa 1200 ... 2000 US dollars / MW.
Sa Iceland, 80% ng mga tahanan ay pinainit gamit ang mainit na tubig na kinuha mula sa mga geothermal well malapit sa lungsod ng Reykjavik. Sa kanluran ng Estados Unidos, humigit-kumulang 180 bahay at bukid ang pinainit gamit ang geothermal na mainit na tubig. Ayon sa mga eksperto, sa pagitan ng 1993 at 2000, ang pandaigdigang henerasyon ng kuryente mula sa geothermal na enerhiya ay higit sa doble. Napakaraming reserba ng geothermal heat sa Estados Unidos na maaari itong, sa teorya, magbigay ng 30 beses na mas maraming enerhiya kaysa sa kasalukuyang ginagamit ng estado.
Sa hinaharap, posibleng gamitin ang init ng magma sa mga lugar kung saan ito matatagpuan malapit sa ibabaw ng Earth, pati na rin ang tuyong init ng pinainit na mala-kristal na mga bato. Sa huling kaso, ang mga balon ay binubugahan ng ilang kilometro at ibinubomba pababa malamig na tubig, at ibalik itong mainit.

2. Thermal na rehimen ng Earth

Ang Earth ay isang malamig na cosmic body. Ang temperatura sa ibabaw ay pangunahing nakasalalay sa init na nagmumula sa labas. 95% ng init ng itaas na layer ng Earth ay panlabas (solar) init, at 5% lamang ang init panloob , na nagmumula sa bituka ng Earth at may kasamang ilang mapagkukunan ng enerhiya. Sa loob ng Earth, ang temperatura ay tumataas nang may lalim mula 1300 o C (sa itaas na mantle) hanggang 3700 o C (sa gitna ng core).

Panlabas na init. Ang init ay dumarating sa ibabaw ng Earth pangunahin mula sa Araw. Ang bawat square centimeter ng ibabaw ay tumatanggap ng humigit-kumulang 2 calories ng init sa loob ng isang minuto. Ang dami na ito ay tinatawag solar constant at tumutukoy kabuuan init na dumarating sa Earth mula sa Araw. Para sa isang taon ito ay umaabot sa 2.26·10 21 calories. Ang lalim ng pagtagos ng init ng araw sa mga bituka ng Earth ay higit sa lahat ay nakasalalay sa dami ng init na bumabagsak sa bawat unit na lugar sa ibabaw at sa thermal conductivity ng mga bato. Ang pinakamataas na lalim kung saan tumagos ang panlabas na init ay 200 m sa mga karagatan, at mga 40 m sa lupa.

init sa loob. Sa lalim, ang pagtaas ng temperatura ay sinusunod, na nangyayari nang hindi pantay sa iba't ibang mga lugar. Ang pagtaas ng temperatura ay sumusunod sa batas ng adiabatic at depende sa compression ng substance sa ilalim ng pressure kapag imposible ang pagpapalitan ng init sa kapaligiran.

Ang pangunahing pinagmumulan ng init sa loob ng Earth:

Inilabas ang init sa panahon ng radioactive decay ng mga elemento.

Ang natitirang init ay napanatili mula noong nabuo ang Earth.

Gravitational heat na inilabas sa panahon ng compression ng Earth at ang pamamahagi ng matter sa pamamagitan ng density.

Ang init na nabuo dahil sa mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa kailaliman ng crust ng lupa.

Init na inilabas ng tidal friction ng Earth.

Mayroong 3 temperatura zone:

ako— variable na temperatura zone . Ang mga pagbabago sa temperatura ay tinutukoy ng klima ng lugar. Ang pang-araw-araw na pagbabagu-bago ay halos namamatay sa lalim na humigit-kumulang 1.5 m, at taunang pagbabagu-bago sa lalim na 20...30 m. Ia - nagyeyelong zone.

II – pare-pareho ang temperatura zone , na matatagpuan sa lalim na 15...40 m depende sa rehiyon.

III – zone ng pagtaas ng temperatura .

Ang temperatura ng rehimen ng mga bato sa kailaliman ng crust ng lupa ay karaniwang ipinahayag bilang isang geothermal gradient at isang geothermal na hakbang.

Ang halaga ng pagtaas ng temperatura para sa bawat 100 m lalim ay tinatawag geothermal gradient. Sa Africa sa field ng Witwatersrand ito ay 1.5 °C, sa Japan (Echigo) - 2.9 °C, sa South Australia - 10.9 °C, sa Kazakhstan (Samarinda) - 6.3 °C, sa Kola Peninsula - 0.65 °C.

kanin. 3. Mga zone ng temperatura sa crust ng lupa: I – variable temperature zone, Ia – freezing zone; II - zone ng pare-pareho ang temperatura; III - zone ng pagtaas ng temperatura.

Ang lalim kung saan tumataas ang temperatura ng 1 degree ay tinatawag yugto ng geothermal. Ang mga numerical value ng geothermal stage ay hindi pare-pareho hindi lamang sa iba't ibang latitude, kundi pati na rin sa iba't ibang lalim ng parehong punto sa rehiyon. Ang laki ng geothermal step ay nag-iiba mula 1.5 hanggang 250 m. Sa Arkhangelsk ito ay 10 m, sa Moscow - 38.4 m, at sa Pyatigorsk - 1.5 m. Theoretically, ang average na halaga ng hakbang na ito ay 33 m.

Sa isang balon na na-drill sa Moscow hanggang sa lalim na 1630 m, ang temperatura sa ibaba ay 41 °C, at sa isang minahan na na-drill sa Donbass hanggang sa lalim na 1545 m, ang temperatura ay 56.3 °C. Ang pinakamataas na temperatura na naitala sa USA ay nasa isang balon na 7136 m ang lalim, kung saan ito ay 224 °C. Ang pagtaas ng temperatura na may lalim ay dapat isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng malalalim na istruktura.Ayon sa mga kalkulasyon, sa lalim na 400 km ang temperatura ay dapat umabot sa 1400...1700 °C. Ang pinakamataas na temperatura (mga 5000 °C) ay nakuha para sa core ng Earth.