Energie geotermală

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 5 octombrie 2018; verificările necesită 105 de modificări .

Energia geotermală  este o direcție a energiei bazată pe utilizarea energiei termice din interiorul Pământului pentru a produce energie electrică la centralele geotermale sau direct, pentru încălzire sau alimentare cu apă caldă . De obicei se referă la surse alternative de energie care utilizează resurse regenerabile de energie .

Rezervele de căldură ale Pământului sunt practic inepuizabile - atunci când doar nucleul Pământului se răcește (fără a număra mantaua și crusta ), se vor elibera 2 * 10 20 kWh de energie la 1 ° C , care este de 10.000 de ori mai mult decât este conținut. în toți combustibilii fosili explorați și de milioane de ori mai mult decât consumul anual de energie al omenirii. În acest caz, temperatura centrală depășește 6000 °C, iar viteza de răcire este estimată la 300–500 °C pe miliard de ani.

Fluxul de căldură care curge din intestinele Pământului prin suprafața sa este de 47 ± 2 TW de căldură (400 mii TWh pe an, ceea ce este de 17 ori mai mult decât întreaga producție mondială și echivalează cu arderea a 46 de miliarde de tone de cărbune ), iar puterea termică generată Pământul din cauza dezintegrarii radioactive a uraniului , toriului și potasiului-40 este estimată la 33 ± 20 TW, adică până la 70% din pierderea de căldură a Pământului este completată [1] . Utilizarea chiar și a 1% din această capacitate este echivalentă cu câteva sute de centrale puternice. Cu toate acestea, densitatea fluxului de căldură în acest caz este mai mică de 0,1 W/m 2 (de mii și zeci de mii de ori mai mică decât densitatea radiației solare), ceea ce îl face dificil de utilizat.

În regiunile vulcanice , apa care circulă se supraîncălzește peste punctul de fierbere la adâncimi relativ mici și se ridică prin fisuri la suprafață, manifestându-se uneori sub formă de gheizere . Accesul la apa caldă subterană este posibil cu ajutorul forării puțurilor adânci . Mai mult decât astfel de abur-terme, rocile uscate la temperatură înaltă sunt larg răspândite, a căror energie este disponibilă prin pomparea și apoi retragerea apei supraîncălzite din ele. Orizonturile înalte de roci cu temperaturi sub +100 °C sunt, de asemenea, comune în multe zone inactive din punct de vedere geologic, așa că cea mai promițătoare este utilizarea geotermei ca sursă de căldură.

Utilizarea economică a surselor geotermale este comună în Islanda și Noua Zeelandă , Italia și Franța , Lituania , Mexic , Nicaragua , Costa Rica , Filipine , Indonezia , China , Japonia , Kenya și Tadjikistan .

Energia geotermală este împărțită în două domenii: energia petrotermală și energia hidrotermală. Energia hidrotermală este descrisă mai jos [2] .

Clasificare

Conform metodei de extragere a lichidului de răcire: [3]

După tipul de resurse utilizate: [4]

Resurse

Mai multe zone vulcanice ale planetei, inclusiv Kamchatka , Insulele Kuril , Insulele Japoneze și Filipine , vastele teritorii ale Cordillerei și Anzilor , au surse promițătoare de apă supraîncălzită .

Rusia În 2006, în Rusia au fost explorate
56 de zăcăminte de ape termale cu un debit de peste 300 mii m³/zi. Exploatarea industrială se desfășoară în douăzeci de zăcăminte, printre care: Paratunskoye ( Kamchatka ), Cherkesskoye și Kazminskoye ( Karachay-Cherkessia și Teritoriul Stavropol ), Kizlyarskoye și Makhachkalinskoye ( Daghestan ), Mostovskoye și Voznesenskoye ( Teritoriul Krasnodar ).

Rezerve mari de ape termale subterane sunt situate în Daghestan , Osetia de Nord , Cecenia , Ingușetia , Kabardino-Balkaria , Transcaucazia , teritoriile Stavropol și Krasnodar , Kamchatka și o serie de alte regiuni ale Rusiei.

Avantaje și dezavantaje

Avantaje

Principalul avantaj al energiei geotermale este inepuizabilitatea sa practică și independența completă față de condițiile de mediu, ora din zi și anul. Factorul de utilizare a capacității instalate a GeoTPP poate ajunge la 80%, ceea ce este de neatins pentru orice altă energie alternativă (cu excepția TPP pe bază de biocombustibil ).

Dezavantaje

Fezabilitatea economică a puțurilor

Pentru a converti energia termică în energie electrică folosind un fel de motor termic (de exemplu, o turbină cu abur ), este necesar ca temperatura apei geotermale să fie suficient de ridicată, altfel randamentul motorului termic va fi prea scăzut ( de exemplu, la o temperatură a apei de 40 ° C și o temperatură ambientală de 20 ° C, eficiența unui motor termic ideal va fi de numai 6%, iar eficiența mașinilor reale este și mai mică, în plus, o parte din energie va fi să fie cheltuită pentru nevoile proprii ale fabricii, de exemplu, pentru funcționarea pompelor care pompează lichidul de răcire din puț și pompează înapoi lichidul de răcire uzat). Pentru a genera energie electrică, este recomandabil să folosiți apă geotermală cu o temperatură de 150 ° C și peste. Chiar și pentru încălzire și apă caldă, este necesară o temperatură de cel puțin 50 °C. Cu toate acestea, temperatura Pământului crește destul de lent odată cu adâncimea, de obicei , gradientul geotermal este de numai 30 ° C la 1 km, adică chiar și alimentarea cu apă caldă va necesita o fântână mai mare de un kilometru adâncime și câțiva kilometri pentru a genera electricitate. Forarea unor astfel de puțuri adânci este costisitoare, în plus, pomparea lichidului de răcire prin ele necesită și energie, așa că utilizarea energiei geotermale este departe de a fi recomandabilă peste tot. Aproape toate GeoPP-urile mari sunt situate în locuri cu vulcanism crescut - Kamchatka , Islanda , Filipine , Kenya , câmpuri de gheizere din California , etc., unde gradientul geotermal este mult mai mare, iar apele geotermale sunt aproape de suprafață.

Ecologia lichidului de răcire

Una dintre problemele care apar la utilizarea apelor termale subterane este necesitatea unui ciclu regenerabil de alimentare (injectare) a apei (de obicei epuizate) într-un acvifer subteran , care necesită consum de energie. Apele termale conțin o cantitate mare de săruri ale diferitelor metale toxice (de exemplu, plumb , zinc , cadmiu ), nemetale (de exemplu, bor , arsenic ) și compuși chimici ( amoniac , fenoli ), ceea ce exclude evacuarea acestor ape. în sistemele naturale de apă situate la suprafață. Salinitatea ridicată contribuie, de asemenea, la coroziunea conductei și la depunerea de sare. De asemenea, este necesară injectarea apei uzate pentru ca presiunea din acvifer să nu scadă, ceea ce va duce la scăderea producției unei stații geotermale sau la inoperabilitatea completă a acesteia.

Pe de altă parte, apele geotermale conțin elemente valoroase precum litiul și există proiecte de extragere a acestora [5] .

De cel mai mare interes sunt apele termale de înaltă temperatură sau ieșirile de abur care pot fi utilizate pentru producerea de energie electrică și furnizarea de căldură.

Provocând cutremure

Fezabilitatea economică a infrastructurii de foraj și sonde face necesară alegerea unor locații cu un gradient geotermal mare. [6] Astfel de locuri sunt de obicei situate în zone active din punct de vedere seismic. [6] În plus, în timpul construcției stației GCC , se realizează stimularea hidraulică a rocilor, ceea ce face posibilă creșterea transferului de căldură al lichidului de răcire cu rocile din cauza fisurilor suplimentare. Cu toate acestea, conform rezultatelor studiului cutremurului din Pohang din 2017 , S-a dovedit că chiar și reglementarea folosind măsurători de la stații seismografice suplimentare nu este suficientă pentru a exclude cutremurele induse. [7] Provocat [7] de funcționarea unei centrale geotermale, cutremurul din Pohang s-a produs pe 15 noiembrie 2017, cu magnitudinea de 5,4 [8] , 135 de persoane au fost rănite și 1.700 au rămas fără adăpost. [6]

Industria energiei geotermale în lume

Capacitatea netă instalată a centralelor geotermale (GeoTPP) la sfârșitul anului 2018 este de 13155 MW sau 0,2% din capacitatea netă instalată a centralelor electrice ale lumii (în continuare, lumea include 179 de țări) [11] . Față de 1990, creșterea capacității instalate a GeoTPP-urilor a fost de 7454 MW sau 56,7%.Totodată, în structura capacității instalate a centralelor mondiale, ponderea GeoTPP-urilor în 2018 a scăzut cu 0,1% față de 1990. . În structura surselor de energie regenerabilă a lumii, ponderea GeoTPP la sfârșitul anului 2018 este de 0,6%. În 1990 și 2018, producția brută de energie electrică la GeoTPP a fost de [12] 36,4 și, respectiv, 87,9 miliarde kWh, sau 0,4% și 0,3% din producția brută de electricitate globală (179 de țări ale lumii) în 1990 și 2018.

Capacitatea instalată - producția netă și de energie electrică - brută a centralelor geotermale pe țară [13] [12]
Țară Capacitate instalată-net, MW Producția brută de energie electrică, mln kWh
1990 2018 1990 2018
Austria -- unu -- --
Chile -- 40 -- 214
Costa Rica -- 207 -- 969
Croaţia -- unu -- 2
El Salvador 95 204 419 1545
Etiopia -- 7 -- --
Franţa -- 16 -- 129
Germania -- 36 -- 178
Grecia 2 -- -- --
Guatemala -- 39 -- 250
Honduras -- 35 -- 297
Ungaria -- 3 -- 12
Islanda 46 756 300 6010
Indonezia 140 1981 1125 12804
Italia 496 767 3222 6105
Japonia 270 474 1741 2524
Kenya 45 627 336 5128
Mexic 700 1010 5124 5283
Noua Zeelanda 261 965 2131 7961
Nicaragua 70 155 386 801
Papua Noua Guinee -- 56 -- 425
Filipine 888 1944 5466 10435
Portugalia unu 29 patru 230
Rusia -- 74 -- 426
Taiwan -- -- 3 --
Tailanda -- -- unu unu
Curcan optsprezece 1283 80 7431
Statele Unite 2669 2444 16012 18773
Lumea (179 de țări) 5701 13154 36350 87933

Statele Unite ale Americii

Cel mai mare producător de energie electrică geotermală este Statele Unite, care au produs aproximativ 16 miliarde kWh de energie din surse regenerabile în 2005 . În 2009, capacitatea totală a 77 de centrale geotermale din Statele Unite a fost de 3086 MW [14] . Până în 2013 se preconizează construirea a peste 4400 MW. [ actualizare date ]

Cel mai puternic și cunoscut grup de centrale geotermale este situat la granița dintre comitatele Sonoma și Lake , la 116 km nord de San Francisco . Se numește „Geizere” („Geizere”) și este format din 22 de centrale geotermale cu o capacitate totală instalată de 1517 MW [15] . „Gheizerele reprezintă acum un sfert din toată energia alternativă [non-hidro] produsă în California” [16] . Alte zone industriale principale includ: nordul Mării Sărate din California centrală (570 MW capacitate instalată) și centrale geotermale din Nevada , a căror capacitate instalată ajunge la 235 MW.

Companiile americane sunt lideri mondiali în acest sector, în ciuda faptului că energia geotermală a început să se dezvolte activ în țară relativ recent. Potrivit Departamentului de Comerț , energia geotermală este una dintre puținele surse de energie regenerabilă ale căror exporturi din SUA sunt mai mari decât importurile lor. În plus, tehnologiile sunt și exportate. 60% [17] dintre companiile membre ale Asociației pentru Energie Geotermală se străduiesc în prezent să facă afaceri nu numai în Statele Unite, ci și în străinătate (în Turcia , Kenya , Nicaragua , Noua Zeelandă , Indonezia , Japonia etc.).

Industria energiei geotermale, ca una dintre sursele alternative de energie din țară, beneficiază de sprijin special de la guvern.

Filipine

În 2003, 1930 MW de energie electrică au fost instalați în Insulele Filipine , în Filipine , hidrotermele cu abur asigură producerea a aproximativ 27% din toată energia electrică din țară.

Mexic

Țara se afla în 2003 pe locul trei la producția de energie geotermală în lume, cu o capacitate instalată de 953 MW de centrale electrice. În cea mai importantă zonă geotermală din Cerro Prieto , există stații cu o capacitate totală de 750 MW.

Italia

În Italia, în 2003, erau în exploatare centrale electrice cu o capacitate totală de 790 MW.

Islanda

Islanda are cinci centrale geotermale de cogenerare cu o capacitate electrică totală de 570 MW (2008), care produc 25% din energia electrică a țării.

Una dintre aceste stații alimentează capitala Reykjavik. Stația folosește apă subterană, iar apa în exces este drenată într-o piscină uriașă.

În 2000, proiectul islandez de foraj adânc (IDDP) a fost lansat pentru a dezvolta tehnologii de valorificare a energiei fluidelor hidrotermale supercritice .

Kenya

În 2005, trei centrale geotermale au funcționat în Kenya cu o capacitate electrică totală de 160 MW și există planuri de creștere a capacității la 576 MW. Până în prezent, Kenya găzduiește cel mai puternic GeoPP din lume, Olkaria IV .

Rusia

Pentru prima dată în lume, vaporii care nu sunt de apă ca purtător de căldură au fost utilizați la Centrala Geotermală Paratunskaya în 1967. [optsprezece]

Astăzi, 40% din energia consumată în Kamchatka este generată din surse geotermale [19] .
Potrivit Institutului de Vulcanologie din Orientul Îndepărtat al Academiei Ruse de Științe , resursele geotermale din Kamchatka sunt estimate la 5.000 MW. [20] Potențialul rusesc a fost realizat doar în valoare de puțin peste 80 MW de capacitate instalată ( 2009 ) și aproximativ 450 milioane kWh de generare anuală (2009):

În Teritoriul Stavropol , la câmpul Kayasulinskoye, a fost începută și suspendată construcția unui GeoTPP experimental costisitor Stavropol, cu o capacitate de 3 MW.

12 câmpuri geotermale sunt exploatate în Teritoriul Krasnodar . [21]

În Daghestan , apele geotermale sunt folosite pentru încălzire și alimentare cu apă caldă. Cele mai mari trei zăcăminte geotermale - Makhachkala-Ternairskoye, Kizlyarskoye și Izberbashskoye - produc în total 4,4 milioane de tone de apă caldă (55-105 ° C) pe an, sau 148 milioane kWh de energie termică. 70% din populația orașului Kizlyar este asigurată cu încălzire și alimentare cu apă caldă din surse geotermale. Tariful pentru căldura geotermală în diferite câmpuri variază de la 195 la 680 de ruble la 1000 kWh [22] .

Japonia

În Japonia există 20 de centrale geotermale, dar energia geotermală joacă un rol minor în sectorul energetic al țării: în 2013, această metodă a produs 2596 GWh de energie electrică, ceea ce reprezintă aproximativ 0,25% din totalul furnizării de energie electrică a țării.

Clasificarea apelor geotermale [23]

După temperatură

termică scăzută până la +40 °C
Termic +40 până la +60 °C
termic ridicat +60 până la +100 °C
Supraîncălzit peste +100 °C

Prin mineralizare (reziduu uscat)

ultra-proaspete până la 0,1 g/l
insipid 0,1—1,0 g/l
usor salmastru 1,0—3,0 g/l
puternic salmastru 3,0—10,0 g/l
Sărat 10,0—35,0 g/l
saramură peste 35,0 g/l

După duritatea totală

foarte moale până la 1,2 mg-echiv/l
moale 1,2–2,8 mg-echiv/l
mediu 2,8-5,7 mg-echiv/l
greu 5,7–11,7 mg-echiv/l
foarte greu mai mult de 11,7 mg-eq/l

După aciditate, pH

puternic acid până la 3,5
acru 3,5—5,5
acrişor 5,5—6,8
neutru 6,8—7,2
usor alcalin 7,2—8,5
alcalin peste 8,5

După compoziția gazului

sulfat de hidrogen
hidrogen sulfurat-dioxid de carbon
carbonic
nitrico-carbonice
metan
azot-metan
azot

Prin saturație cu gaze

slab până la 100 mg/l
in medie 100-1000 mg/l
înalt peste 1000 mg/l

Energie petrotermală

Acest tip de energie este asociat cu temperaturile adânci ale Pământului, care încep să crească de la un anumit nivel. Rata medie a creșterii sale cu adâncimea este de aproximativ 2,5 °C la fiecare 100 m. La o adâncime de 5 km, temperatura este de aproximativ 125 °C, iar la 10 km, aproximativ 250 °C. Căldura este produsă prin forarea a două puțuri, dintre care una este pompată cu apă, care, atunci când este încălzită, intră în puțul adiacent și iese sub formă de abur. Problema acestei industrii energetice de astăzi este profitabilitatea acesteia . [2]

Vezi și

Note

  1. ↑ Kapitinov I.M. Nuclear heat of the Earth Arhiva copie din 4 octombrie 2018 la Wayback Machine // Manual „Radioactivity of Atomic Nuclei”, ed. B. S. Ișhanova. - KDU, Cartea universitară, Moscova, 2017. - S. 48-56.
  2. ↑ 1 2 Kirill Degtyarev. Energie petrotermală - începe în Rusia (link inaccesibil) . Societatea Geografică Rusă (24 octombrie 2011). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 20 noiembrie 2012. 
  3. ↑ Alkhasov, 2016 , p. 18, 98.
  4. ↑ Alkhasov, 2016 , p. 16-17.
  5. ↑ O metodă promițătoare pentru extragerea litiului din lichidul de răcire geotermal al depozitului hidrotermal cu abur Pauzhetsky . Preluat la 18 august 2021. Arhivat din original la 18 august 2021.
  6. ↑ 1 2 3 Cutremurul de la Pohang din 2017 a forțat o revizuire a abordărilor de evaluare a riscului energiei geotermale . Preluat la 3 iunie 2019. Arhivat din original la 3 iunie 2019.
  7. ↑ 1 2 Raport de sinteză al Comisiei guvernamentale coreene privind relațiile dintre cutremurul din Pohang din 2017 și proiectul EGS Arhivat 11 iulie 2019 la Wayback Machine  (coreeană)
  8. ↑ Cutremur din Coreea din 2017 declanșat de o centrală geotermală . Habrahabr (30 aprilie 2018). Preluat la 3 septembrie 2019. Arhivat din original la 3 septembrie 2019.
  9. ↑ Bertani, Ruggero (septembrie 2007), World Geothermal Generation in 2007 , Geo-Heat Center Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — V. 28(3): 8–19 , < http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf > . Extras 12 aprilie 2009. Arhivat 17 februarie 2012 la Wayback Machine 
  10. ↑ Fridleifsson, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst & Lund, John W. (2008-02-11), O. Hohmeyer și T. Trittin, ed., The possible role and contribution of geotermal energy to the mitigation of climate change | Conferința IPCC pentru stabilirea scopului privind sursele de energie regenerabilă , Luebeck, Germania, p. 59–80 , < http://www.iea-gia.org/documents/FridleifssonetalIPCCGeothermalpaper2008FinalRybach20May08_000.pdf > . Extras 6 aprilie 2009. Arhivat 8 martie 2010 la Wayback Machine 
  11. ↑ Capacitatea instalată a centralelor electrice . EES EAEC. World Energy (2021-22-07). Preluat la 30 septembrie 2021. Arhivat din original la 30 septembrie 2021.
  12. ↑ 1 2 Producția de energie electrică din surse regenerabile de energie și centrale de stocare prin pompare . EES EAEC. World Energy (2021-22-07). Preluat la 30 septembrie 2021. Arhivat din original la 30 septembrie 2021.
  13. ↑ Capacitatea instalată a GeoTPP și PSP . EES EAEC. World Energy (2021-22-07). Preluat la 30 septembrie 2021. Arhivat din original la 30 septembrie 2021.
  14. ↑ Proiecte geotermale în curs de dezvoltare în 70 de țări 25 mai 2010
  15. ↑ The Geysers Geothermal Field, California, Statele Unite ale Americii//www.power-technology.com - http://www.power-technology.com/projects/the-geysers-geothermal-california Arhivat 10 mai 2012 la Wayback Mașinărie
  16. ↑ Calpine and the Environment//www.geysers.com - http://www.geysers.com/environment.htm Arhivat 5 iulie 2012 la Wayback Machine
  17. ↑ Charles W. Thurston. Accelerarea creșterii geotermale prin inițiativele DOE//Renewable Energy World North America, mai, 2010//www.renewableenergyworld.com - http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth -through-doe-initiatives Arhivat la 17 octombrie 2012 la Wayback Machine
  18. ↑ L. A. Ogurechnikov. Resurse geotermale în energie . Nr. 11 (31) . Energie alternativă și ecologie (2005). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 20 noiembrie 2012.
  19. ↑ Până se epuizează uleiul // iunie 2016
  20. ↑ Energie geotermală . Revista Energosvet. Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 6 mai 2012.
  21. ↑ V. A. Butozov, G. V. Tomarov, V. Kh. Shetov. Sistem de incalzire geotermal cu energie solara si pompe de caldura . revista „Energy Saving” (3 noiembrie 2008). Consultat la 1 noiembrie 2012. Arhivat din original pe 6 decembrie 2012.
  22. ↑ Energia geotermală în termoficarea în Rusia. Experiența Daghestanului | ABOK . Preluat la 17 august 2021. Arhivat din original la 17 august 2021.
  23. ↑ VSN 56-87 „Alimentarea geotermală cu căldură și rece a clădirilor și structurilor rezidențiale și publice”

Literatură

  • Degtyarev K. Căldura pământului // Știință și viață . - 2013. - Nr. 9-10.
  • Dvorov I. M. Căldura adâncă a Pământului / Ed. ed. d.g.-m.s. A. V. Șcerbakov . — M .: Nauka , 1972. — 208 p. — ( Prezentul și viitorul umanității ). — 15.000 de exemplare.
  • Berman E., Mavritsky BF Energie geotermală. M.: Mir, 1978. 416 p.
  • Sevastopolsky A.E. Energie geotermală: Resurse, dezvoltare, utilizare: Per. din engleza. M.: Mir, 1975.
  • Baeva A. G., Moskvicheva V. N. Energia geotermală: probleme, resurse, utilizare. Index bibliografic. Editura Filialei Siberiei a Academiei de Științe a URSS, Institutul de Fizică Termică, 1979
  • Alkhasov A.B. Surse regenerabile de energie. - M . : Editura MPEI, 2016. - ISBN 978-5-383-00960-4 .

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice