IT News
Дата Категория: Физика
В недрах Земли на глубине шестнадцати километров практически неисчерпаемый источник энергии ждет, когда его поставят на службу человеку.
Это не нефть, не уголь и не природный газ, а энергия слагающих земную кору пород, температура которых может превышать 420°С (800°F).
Идущая из недр Земли теплота, называемая обычно геотермальной энергией, превращает подземную воду в пар, который извергается из гейзеров, таких, как «Олд фейсфул» (Old Faithful) в Йеллоустонском национальном парке в США.
Подземный пар приводит также в действие паровые турбины электростанций, построенных над гейзерами в Калифорнии, Италии и Новой Зеландии.
Такие природные кладовые пара, расположенные в нескольких километрах от поверхности, слишком редки, чтобы обеспечивать повсеместно людей большим количеством геотермальной энергии.
Однако скважины, пробуренные на глубину 16 километров, дают возможность извлекать геотермальную энергию и получать пар в любом месте, где необходимо строительство электростанции.
Существует две схемы бурения скважин для извлечения геотермальной энергии, каждая из которых предполагает бурение на глубину 15 и более километров. В первой схеме используется одиночная скважина диаметром около 60 сантиметров.
Холодная вода, закачиваемая в скважину, нагревается окружающими породами и возвращается в виде пара через теплоизолированную внутреннюю трубу. Вторая схема предполагает использование нескольких более узких скважин.
Вода, закачиваемая в одну из скважин, просачивается через горячие породы и возвращается на поверхность в виде пара по теплоизолированным трубам, установленным в других скважинах, работающих на «подъем».
Получение пара из глубин Земли
Вода, закачиваемая в геотермальную скважину, возвращается на поверхность в виде смеси пара высокого давления и кипятка. Эта смесь поступает в циклонный сепаратор — устройство, которое отделяет жидкие фракции воды и направляет пар в турбину.
Пар вращает рабочие колеса турбины, а те, в свою очередь, вращают ротор генератора, вырабатывая электроэнергию.
Отсепарированная вода, прежде чем она будет снова закачана под землю, также может быть полезно использована, например, для теплоснабжения жилых домов и предприятий.
Двухконтурная выработка энергии
Электростанция такого типа вырабатывает электроэнергию, используя горячую геотермальную воду для испарения химического соединения (на схеме фиолетовое) с температурой кипения намного меньшей, чем у воды. Пары этого химического соединения под давлением поступают на турбину, приводя ее во вращение.
Паро-водяной цикл
Такая электростанция использует для приведения турбины во вращение пар из паровой скважины (на схеме сиреневый), предварительно отпрепарированный от поднимающейся вместе с ним горячей воды (на схеме розовая). Горячая вода снова закачивается в землю. Отработанный пар конденсируется и используется в системе рециркуляции воды.
Источник: http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/244-chto-takoe-geotermalnaya-elektrostantsiya
Геотермальная энергетика Исландии
Извлечение энергии из недр земли стало возможным благодаря наличию в неглубоких пластах воды, нагретой выше температуры кипения вследствие вулканической активности.
Пронедра писали ранее, что температура породы повышается каждые 36 метров в глубину на один градус по Цельсию.
Процессы использования геотермальных источников имеют преимущество перед многими другими технологиями альтернативной энергетики, поскольку характеризуются стабильностью результата и не подвержены сезонным или погодным колебаниям.
Доступ к нагретому теплоносителю осуществляется как путём бурения скважин, так и с помощью непосредственного использования горячей воды из источников на поверхности грунта. Более эффективной является глубинная геотермия, благодаря которой вырабатываются электроэнергия и тепло как для бытовых, так и для промышленных потребителей.
Тепло извлекается по двум разным методикам, предусматривающим получение горячих вод (гидротермальные источники) или же использование сухих нагретых пород (петротермальные источники).
Первая распространена на территориях, на которых осуществляется природный нагрев воды до температуры не ниже 100 градусов по Цельсию.
Водяной пар, получаемый из скважины, приводит в действие турбины электростанций или же используется напрямую как теплоноситель для систем отопления. После охлаждения вода поступает через реинъекционные скважины обратно под землю.
Принцип работы геотермальной электростанции: 1 — геотермальный слой; 2 — рабочая скважина; 3 — теплообменник; 4 — тепловая сеть; 5 — паровая турбина; 6 — генератор; 7 — электрическая сеть; 8 — реинъекционная скважина
Что касается станций петротермальной энергетики, то они работают по принципу закачки воды в нагретые подземные породы, расположенные на глубинах от трёх километров и нагретые до температуры минимум 150 градусов по Цельсию. После нагрева закачанной воды последняя извлекается и используется аналогичным образом, как и в случае с гидротермальными системами.
Обе технологии использования геотермальных источников предусматривают наличие определённых природных условий в районах генерации, чем и обусловлено широкое развитие отрасли в регионах с высокой вулканической активностью, в число которых входит и Исландия.
Территория страны геологически формировалась в течение последних 20 млн лет путём излития на поверхность базальтовых пластов, образовавших слои до семи километров толщиной. Наличие большого количества вод в недрах Исландии объясняется пористостью пород, впитывающих влагу осадков.
Гейзеры в долине Хаукадалур, Исландия
Непосредственно исландский остров расположен на Средне-Атлантическом хребте между Евроазиатской и Североамериканской тектоническими плитами. Вследствие сформировавшихся геологических особенностей на острове возникли порядка 150 вулканов, из которых около 40 — до сих пор действующие. В зоне вулканов расположились два десятка геотермальных зон с температурой парообразования воды в среднем 600 градусов по Цельсию.
Ключевое же преимущество Исландии заключается в том, что она является единственной территорией в мире, где геотермальные источники расположены в легкодоступных районах, в то время, как в других регионах мира они, как правило, находятся в гористой местности.
История геотермальной энергетики Исландии
Исландия — регион, характеризующийся суровым климатом, поэтому со времён его заселения люди активно использовали открытые геотермальные источники для приготовления пищи, стирки белья и купания. Нагретая в недрах вода в качестве теплоносителя, тем не менее, стала использоваться для отопления отдельных жилищ довольно поздно — в начале 20-го века. До тех пор для отопления использовались природные материалы — торф и водоросли.
Хотя первые попытки бурения геотермальных скважин предпринимались ещё двумя столетиями ранее, первая полноценная теплотрасса протяжённостью в три километра, работающая на геотермальных источниках, была построена только в 1930 году. В регионе отапливались таким образом уже 60 домов, включая здание школы.
Источник: https://mir-puteshestviy.com/geotermalnaya-energetika-islandii/
Геотермальные источники энергии
Монтаж котельной без учета бурильных работ
100 000 р.
Каждый человек мечтает экономить денежные средства, не ущемляя себя при этом в возможности полноценно использовать все ресурсы Умного Дома в полном объеме. Обогрев коттеджа или загородного дома, нагревание воды и теплого пола, отапливание бани и сауны – все это возможно осуществить благодаря установке отопления от геотермального источника энергии.
Суть этой технологии заключается в том, что вода, которая течет на достаточно большой глубине, обычно прогрета до 80°C. С помощью геотермального насоса горячая вода может быть доставлена в отопительную систему дома.
Такой метод обогрева помещения имеет очень много преимуществ. Среди них:
— возможность иметь постоянный источник тепла;
— полная автономность дома и независимость от внешних коммуникаций;
— бесплатное пользование геотермальным источником энергии;
— экологичность;
— снижение оплатыкоммунальных услуг.
Как работает геотермальное отопление
Геотермальное отопление работает на основе природных источников тепла. Принцип функционирования системы можно сравнить с работой холодильных установок. Различие заключается лишь в том, что рефрижератор холодильника при переработке энергии охлаждает воздух, а вот геотермальный насос генерирует энергию тепла. Он может нормально функционировать даже при сильном морозе.
При работе теплового насоса при помощи компрессора осуществляется сжатие фреона и его нагрев до 70 – 80 °C. В теплообменнике вода нагревается, чтобы отапливать помещения дома. Затем фреон проходит сквозь испаритель, расширяется и охлаждается. После этого цикл повторяется сначала.
Фреон можно успешно прогреть даже самой лютой зимой. Например, когда температура на улице составляет 30 градусов ниже нуля, в земле на глубине 30 метров она держится на отметке, примерно, 10 градусов тепла по Цельсию постоянно. Такой температуры вполне достаточно для прогревания фреона. Геотермальный насос просто прогонит холодную воду по земляному контуру и вернет в дом теплую воду.
Нужно отметить, что зимой система геотермального отопления нагревает воздух. Летом она способна охлаждать его, подобно кондиционеру. Благодаря этой особенности в доме всегда обеспечивается наиболее комфортный тепловой режим.
Системы геотермального отопления функционируют по одному и тому же принципу, независимо от производителя. Различные геотермальные насосы отличаются друг от друга по виду и дизайну, но у них одинаковый коэффициент производства тепла.
Виды источников геотермальной энергии
- Самый экономичный вид геотермальных установок возможен при наличии около дома небольшого водоема глубиной 2,5 – 3 м и площадью не менее 200 м2. Он называется водоемный контур. Технология подразумевает укладку спиралей труб на дно.
- Второй вид геотермального источника энергии называется вертикальный контур.
Ему не нужна большая площадь, но для установки нужно пробурить глубокую скважину (максимум 200 метров, минимум 40). Можно также пробурить несколько менее глубоких скважин. Такой метод обойдется дороже, чем первый, но он очень удобен при ограниченной площади участка.
Единственным недостатком такой системы отопления является ее дороговизна на начальном этапе. Чтобы пробурить очень глубокую скважину (порядка 40 метров) и установить насосное оборудование, придется вложить некоторые денежные средства.
Зато на протяжении всего срока использования данной скважины Вы будете только подсчитывать сэкономленные на оплате коммунальных платежей деньги, и радоваться автономной и компактной установке во дворе.
Управлять такой системой отопления очень легко с помощью интеллектуальной системы «Умный дом», которая будет следить за температурой поступающей воды, а также обеспечивать комфорт в доме.
Монтаж котельной без учета бурильных работ
100 000 р.
Источник: http://dom-automation.ru/teplo/geotermalnye-istochniki-energii.html
Великобритания геотермальная: кипение под поверхностью?
В новом докладе Британской геологической службы (BGS) говорится, что единственный способ, которым Великобритания может достичь своего целевого показателя чистых нулевых выбросов к 2050 году, — это исследовать под поверхностью Земли, используя геотермальную энергию для достижения своей цели. Но как много геотермальной энергии находится в Великобритании?
Геотермальный потенциал Великобритании известен уже на протяжении десятилетий. В то время как высокая стоимость и опасения по поводу его связи с сейсмической активностью исторически заставляли инвесторов опасаться, новый толчок для ресурса находится на горизонте.
Исследователи BGS присоединились к геологам со всей страны в докладе, опубликованном в журнале Petroleum Geoscience, в котором содержится настоятельный призыв к поставщикам энергии обратить свое внимание на этот неиспользованный ресурс, обозначив геотермальную энергию, улавливание и хранение углерода и биоэнергию с улавливанием и хранением углерода как «критические» для продвижения Великобритании к своей цели.
Тем не менее, необходима дальнейшая фундаментальная работа, прежде чем геотермальная энергия сможет полностью раскрыть свой потенциал, а также проведение исследований в области недр страны для лучшего понимания ее ресурсов и свойств. Даже имея такую информацию, все еще есть те, кто поддерживает источник энергии, который может удовлетворить лишь небольшую часть потребностей страны в электроэнергии. Итак, как на самом деле выглядит геотермальный ландшафт в Великобритании?
Толчок к геотермальным работам
«Великобритания пережила эпоху дешевого газа, широко используемого для отопления», — говорит доктор Джон Басби, специалист по геотермальной энергии в BGS. «Это изначально шло из Северного моря, но с истощением этого источника энергии и необходимостью декарбонизации возникла острая необходимость в замене природного газа.”
Предыдущие геотермальные проекты не были реализованы из-за финансовых проблем, однако причины для развития этого ресурса остаются столь же сильными, как и прежде.
В зависимости от более стабильного источника энергии, чем солнечная или ветровая, геотермальные станции работают более чем в 90% случаев и используют гораздо меньше земли на МВт, чем другие возобновляемые источники энергии.
Как говорится в докладе BGS, с 99,9% планеты при температуре выше 100°C, геотермальные является возобновляемым ресурсом с большим потенциалом.
«Геотермальная энергия для отопления может играть важную роль, — говорит Басби, — поступающая либо из глубоких осадочных водоносных горизонтов, где вода достаточно горячая, чтобы использоваться непосредственно для отопления, либо из неглубоких грунтовых тепловых насосов.”
«Большая часть технологии, используемой для геотермального отопления, является зрелой, — добавляет он, — но необходимы исследования, чтобы применить эту технологию к геологическим условиям Великобритании.
Существуют риски, связанные с бурением скважин для получения доступа к глубоким геотермальным ресурсам, и эти риски необходимо количественно оценить для привлечения инвестиций из энергетического сектора.
Геотермальная энергия требует бурения скважин для пересечения глубоких разломов, но природа и ориентация этих разломов недостаточно изучены для быстрого внедрения этой технологии.”
Геоэнергетические обсерватории строятся в Кардиффе, Глазго и Чешире – по заказу Совета по исследованию природной среды, чтобы получить представление о недрах Великобритании.
Информация, собранная с этих объектов, будет способствовать информированию о развитии геотермальных технологий, причем объекты в Кардиффе и Глазго будут конкретно ориентированы на мелководные геотермальные источники.
Такие исследования рассматриваются как единственный способ увидеть источник энергии в более широком масштабе, и Басби говорит, что этот тип исследований «предоставляет данные, необходимые для планирования и разработки будущих схем.”
Где эта технология используется в настоящее время?
По вопросу о том, где нужно искать для установки геотермальных установок, Басби говорит, что в то время как наземные тепловые насосы могут быть установлены практически в любом месте, не все регионы подходят для глубокой геотермальной энергетики.
«Прямое использование глубоких геотермальных вод для нагрева требует наличия горных пород на глубине, с которой вода может быть забрана и повторно введена после использования”, — говорит он.
«Для производства геотермальной энергии требуется температура 160 градусов по Цельсию или выше на глубинах, которые не слишком глубоки, поскольку в противном случае затраты на бурение слишком высоки.
В настоящее время это ограничивается областями, где в пределах земной коры встречаются граниты с высоким тепловыделением.”
С учетом этих особенностей юго-запад Англии является наиболее благоприятным регионом. Корнуолл в частности является главным местом для геотермальной активности, с одним исследованием, показывающим обширный гранит графства, он мог бы обеспечить пятую часть власти Великобритании, если правильно использовать его.
В настоящее время геотермальная электростанция разрабатывается в Юнайтед-Даунс, где в зоне разлома были пробурены две скважины.
Более поздняя установка электростанции мощностью 1-3 МВт ожидается, если испытания циркуляции окажутся успешными, с прогнозами, указывающими, что завод может сократить выбросы парниковых газов более чем на 3000 тонн в год, по сравнению с обычной генерацией.
https://www.youtube.com/watch?v=rFRYbmLj2HY
В настоящее время в регионе также осуществляется геотермальный проект Eden. Проект промышленных исследований пробурит скважину глубиной 4,5 км в проекте Eden, используемую для обогрева его биомов, теплиц и офисов на первом этапе двухэтапного проекта.
Есть ли какие-то ограничения?
В докладе Международного энергетического агентства, высоко оценив усилия Великобритании по декарбонизации, было рекомендовано стране продолжать уделять основное внимание нефти и газу как ведущим источникам энергии.
Агентство поддержало продолжение импорта этих видов топлива в дополнение к добыче любых остающихся внутренних запасов, заявив, что эти ресурсы, вероятно, останутся важнейшей частью энергетического баланса страны.
Кроме того, Басби сказал, что даже при наличии необходимых исследований в области геотермальной энергии, она, вероятно, будет ограничена для использования на внутреннем, местном уровнях.
«Геотермальная энергия вряд ли когда-либо будет генерировать более нескольких процентов потребностей Великобритании, — говорит он, — но она может способствовать местным, устойчивым решениям в области зеленой энергетики.”
При этом не стоит недооценивать значение геотермальных источников на мелкомасштабном уровне. Яркий пример его преимуществ можно увидеть на примере проекта BGS в Кардиффе. Здесь, пилотная схема подземного отопления изучила использование геотермальных источников для обогрева здания школы, с городской Гео-обсерваторией, собирающей данные из проекта.
Хотя существуют физические ограничения на количество воды и тепла, которые могут быть извлечены, общие выводы показывают, что даже небольшое количество тепла из запасов может обеспечить низкоуглеродистый нагревательный раствор. Исследователи говорят, что это может быть применено в масштабах всего района как в жилых, так и в коммерческих зданиях.
Хотя геотермальная энергия, по-видимому, остается слишком специфичной для использования на национальном уровне, результаты BGS указывают на то, что этот ресурс все еще может принести значительные выгоды Великобритании, и при правильном проведении исследований страна может занять лидирующее место в этой многообещающей глобальной отрасли.
Источник: https://energosmi.ru/archives/42075
Геотермальная энергия станет доступна каждому
Крупная энергетическая компания Канады Eavor Technologies разработала новый тип системы получения геотермальной энергии. По словам специалистов, реализация задуманного проекта будет иметь колоссальный успех.
Новейшая разработка обошлась Eavor-Loop приблизительно в 10 млн. долларов. Компания уже занимается строительством испытательного образца по-настоящему революционной геотермальной станции, для работы которой не требуется использование воды или фрекинг.
Станция в канадской провинции Альберта превосходит уже эксплуатируемые системы получения чистой энергии в том, что не загрязняет окружающую среду выбросами парниковых газов в атмосферу. По сути ученые создали особую замкнутую систему, которая функционирует по типу радиатора, используя с помощью неординарных методов абсолютно традиционные составляющие.
Инновационная разработка станет доступной для домашних хозяйств примерно на 80% территории планеты, в то время как сейчас геотермальные станции используются лишь на 5%.
Принцип действия Eavor-Loop
Президент Eavor Technologies Джон Редферн подробно описал новую модель геотермальной станции. Так, вместо фрекинга или воды в системе будет использована специальная жидкость. Ее функция заключается во впитывании тепла из недр земли с глубины до 3 км. Перспектива использования нового типа альтернативных станции поражает. Выработка тепла из недр земли позволяет стране пользоваться методом так званого «канадского колодца» для обогрева зимой и охлаждения летом.
Данный метод, в отличие от обычного бурения скважин, предусматривает пересечение с другими колодцами. Процесс бурения организован так, чтобы скважина находилась в нескольких километрах от соседней. После углубления на несколько километров шахты поворачивают навстречу друг другу и соединяются в виде буквы U. Таким образом и достигается эффект радиатора.
Дальнейшее развитие и использование геотермальной станции
По итогам проведения исследований Eavor Technologies планирует запустить масштабное строительство новых геотермальных станций не только в Канаде, но по всему миру. Удобное расположение всей системы под землей позволит размещать их даже на заднем дворе дома, что не всегда доступно для солнечных панелей и тем более ветряков.
Тепловой насос нового поколения Dandelion Energy
Кроме того, стремительное развитие рынка геотермальной энергии способствует снижению использования ископаемого топлива частными потребителями. Так, несколько лет назад ученые из Alphabet X начали тестировать энергетический стартап Dandelion Energy. Команда инженеров работает над созданием новаторского теплового насоса.
Технология позиционируется как доступный и эффективный метод обогрева и охлаждения жилья на основе энергии из геотермальных источников тепла. Компания предлагает новый метод бурения скважин без проведения масштабных разведывательных работ – достаточно лишь нескольких глубоких отверстий диаметром до 10 см.
Значительно уменьшенный размер самого бурового оборудования позволяет не только снизить его себестоимость, но и сократить время на бурение.
Использование системы Dandelion Air способно существенно сократить использование газового и электрического отопления домашними хозяйствами.
По словам ученых, сама идея не новая, человечество не одно столетие использует геотермальные источники, однако использование энергии из недр земли обходится слишком дорого для среднестатистического потребителя.
Революционный проект Dandelion Air работает на основе разницы температур на поверхности земли и под ней. То есть, в зимний период тепло из-под земли поднимается и повышает температуру в здании, в жаркий сезон – наоборот, отводится под землю для охлаждения.
Усовершенствованная система программного обеспечения Dandelion Air стремительно набирает популярность среди населения. Средняя стоимость аналогичного оборудования колеблется от 40 до 100 тысяч долларов, в то время как тепловой насос от Dandelion стоит до 30 тысяч долларов.
К тому же работы по удешевлению продолжаются, лаборатория анонсировала снижение стоимости до 19 тысяч. Развитие альтернативной энергетики требует значительных затрат, поэтому Alphabet X разработала гибкую систему кредитования, что позволяет снизить расходы на терморегуляцию.
Источник: https://uaenergy.com.ua/post/32487/geotermaljnaya-energiya-stanet-dostupna-kazhdomu
Использование геотермальной энергии — EcoLogica
Геотермальной называют тепловую энергию, которой обладают недра Земли. Исследования показывают, что земное ядро имеет температуру от 3000°С до 6000°С. Источником столь высокой энергии служит процесс распада элементов: торий, уран и радиоактивная форма калия. Распад радиоактивных элементов происходит в толще земной коры на расстоянии 20 и более километров от поверхности земли, в слое гранита, а также в верхней океанической мантии.
Использование геотермальной энергии
Практическое применение геотермальной энергии в больших объемах (для тепловых и электрических станций) возможно в районах, где тепло земных недр в виде горячих источников через разломы в земной коре поднимается близко к поверхности. Обычно в таких районах наблюдаются (либо были в прошлом) повышенная сейсмоактивность и извержение вулканов.
Этот вид энергии успешно используется во многих странах мира. На евроазиатском континенте геотермальные станции функционируют в Италии, Венгрии, Исландии, России. В Америке геотермальная энергетика работает в США, Сальвадоре, Мексике.
В таких островных государствах, как Новая Зеландия, Филиппины, Япония также наблюдаются многочисленные выходы на поверхность перегретой воды и пара, которые используются в энергетических установках. Первенство в мире по количеству выбрасываемого на поверхность горячего водяного пара принадлежит Новой Зеландии.
Для потребности объектов недвижимости достаточно геотермальной энергии, которая скапливается в грунте и грунтовых водах близко от поверхности земли. За счет этого тепла система способна обеспечить жилье круглогодично горячим водоснабжением и отоплением в зимнее время года.
Классификация геотермальных ресурсов
Существует классификация геотермальных ресурсов по следующим категориям:— Тепло поверхностных слоев земной коры. Этот вид энергии активно используется в таких распространенных установках, как тепловой насос для теплоснабжения загородных домов, промышленных и коммерческих объектов.
— Энергия горячей среды, имеющей выход на поверхность в местах разломов земной коры. Относится к основным ресурсам, потребляемым геотермальными электрическими и тепловыми станциями в настоящее время.
— Огромные тепловые запасы, располагающиеся на значительной глубине и пока в основном, недосягаемые.
— Значительные запасы тепла, аккумулированные в жерлах остывающих или проявляющих незначительную активность вулканов.
Источник: https://teplovoi-nasos.com/novosti-otrasli/ispolzovanie-geotermalnoi-energii/
Как Земля может служить источником неисчерпаемой энергии
Все городские жители привыкли к тому, что электричество и тепло в их дома поступают как-то сами собой. Плати за них каждый месяц и дома будет светло, тепло и вкусно пахнуть с кухни.
Но задумывались ли вы когда-нибудь откуда вся эта энергия берется? В крупных городах, как правило, это гидроэлектростанции, теплоэлектростанции и атомные электростанции.
Сегодня поговорим про немного специфический, но очень интересный способ добычи тепла и света непосредственно из темных недр нашей планеты. Сжигать ничего не придется.
Геотермальная электростанция во всей красе.
Прежде, чем говорить о производстве энергии, давайте представим себе отдаленное от крупных городов место. Не деревню, в которой живет 10 жителей в 15 покосившихся домах, а просто небольшой городок. Желательно, чтобы он находился рядом с вулканом. Если представили, то теперь надо понять, как доставить туда электричество и отопление.
Можно построить тепловую электростанцию и круглые сутки жечь природные ископаемые, которые стоят больших денег, портят окружающую среду и требуют как минимум хорошую дорогу для их доставки, а то и железнодорожную ветку.
Не пропускайте статьи о самых интересных технология. Подпишитесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там есть даже то, чего нет на сайте.
Вторым вариантом будет дорогущая атомная станция, которая несет в себе вполне понятные риски и требует работы специалистов узкого профиля. Это тоже не самый хороший вариант для небольших городов. Но что тогда выбрать и как обеспечить людей бытовыми благами?
Что такое ГеоТЭС
Перед тем, как рассказать о самих электростанциях, стоит сказать, что такое вообще геотермальная энергия.
Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли.
Для получения тепла из недр Земли требуется бурение скважин. При этом, чем глубже скважина, тем больше энергии можно получить. Геотермический градиент в скважине возрастает в среднем на 1 °C каждые 36 метров. Тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды, а использовать его можно как для производства электричества, так и для отопления. Благодаря тому, что термальные регионы есть по всему миру, пользоваться таким способом получения энергии могут многие страны.
Наиболее удачными местами для размещения подобных электростанций являются стыки тектонических плит. Именно в этих зонах кора тоньше и тепло получить проще. Напомню, считается, что температура в центре Земли не ниже 6800 градусов. Чем ближе к центру, тем выше температура. Все логично.
Примерно по такой схеме работает геотермальная электростанция.
В простейшем примере ГеоТЭС работает путем получения водяного пара, который крутит турбину, вырабатывающую электричество, но из-за особенностей каждого конкретного варианта они делятся на несколько типов.
Типы ГеоТЭС
Самый простой тип ГеоТЭС использует при работе так называемую прямую схему. При ней пар поднимается по трубам и сразу раскручивает турбину. При непрямой схеме перед тем, как попасть в трубы, пар очищается от газов, которые вызывают ускоренное разрушение металла. Если удаление газов производится после конденсации воды, схема считается смешанной. Но есть еще и бинарная схема, являющаяся самой технологичной.
Примером таких станций является геотермальная электростанция Ландау в Германии. Она использует термальную воду для доставки тепла из недр Земли, но дальше в дело включается другая жидкость с низкой температурой кипения. Она и раскручивает турбины.
Как правило, для этого используется изопентан. Такой способ позволяет разместить электростанции в тех местах, где нет доступа к таким источникам тепла, которые способны непосредственно выдать пар для работы турбины.
Для их работы достаточно воды с температурой не более 70 градусов.
Первая геотермальная электростанция
Все мы привыкли к тому, что много лет назад энергия добывалась из природных ископаемых. Так оно и было, вот только еще до этого одними их первых электростанций были именно геотермальные. В целом это очень логично, так как техника работала на паровой тяге, и использовать именно пар было более правильным решением. Да и собственно единственным для того времени, не считая сжигания дерева и угля.
Еще в 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора природного пара, которая очень пригодилась в двадцатом веке, когда спрос на геотермальные электростанции стал очень высоким.
Первая реально работающая станция была построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году. Правда, она была больше прототипом, так как могла питать только 4 лампочки, но она работала. Спустя шесть лет в 1910 году в этом же городе была построена реально работающая станция, которая могла добывать энергию, достаточную для промышленного использования.
Даже в таких живописных местах могут быть ГеоТЭС.
Экспериментальные генераторы строились во многих местах, но именно Италия до 1958 года удерживала лидерство и была единственным в мире производителем геотермальной энергии в промышленных масштабах.
Уступить лидерство пришлось после того, как в Новой Зеландии запустили в эксплуатацию электростанцию Вайракей. Она была первой геотермальной электростанцией непрямого типа. Через несколько лет подобные объекты открылись и в других странах, включая США с ее источниками в Калифорнии.
Первая геоТЭС непрямого типа была построена в СССР в 1967 году. В это время такой способ получения энергии начал активно развиваться по всему миру. Особенно в таких местах, как Аляска, Филиппины и Индонезия, которые до сих пор являются одними из лидеров по добываемой таким способом энергии.
Кпд геотермальной электростанции
На самом деле, нельзя сказать, что геоТЭС очень эффективны, так как их КПД составляет всего 7-10 процентов. Это очень мало в сравнении с объектами, на которых энергия извлекается из сгорающего топлива.
Именно поэтому нельзя просто выкопать яму, засунуть в нее трубу и пойти отдыхать.
Система должна быть высокоэффективной и использовать несколько циклов для большей производительности, иначе полученной энергии не хватит даже на работу насосов, используемых для доставки жидкости на поверхность.
Ключевым фактором успеха геотермальных электростанций, в сравнении с ветряными и солнечными, является их постоянство. Они способны работать 24/7 с одинаковой интенсивностью, затрачивая на работу меньше энергии, чем производится на выходе. Дополнительным плюсом является возможность получения тепла, используемого для отопления домов и объектов в ближайшей зоне. И для всего этого не надо сжигать дорогое топливо.
Перспективы геоТЭС
Спустя более чем сто лет с момента первой демонстрации возможностей использования геотермальной энергии, станции, работающие на этом “топливе”, являются перспективными и незаменимыми для некоторых регионов. В России, например, почти все станции находятся на Камчатке. В США речь идет о Калифорнии, а в Германии о некоторых Альпийских районах.
Страны лидеры по производству энергии из геотермальных источников.
Пятерка лидеров по объему производимой ГеоТЭС энергии включает в себя США, Индонезию, Филиппины, Италию и Новую Зеландию. Несложно заметить, что это страны с совершенно разным уровнем развития. Получается, что геотермальная энергии доступна всем и все в ней заинтересованы. По мере развития технологий, увеличения КПД станций и уменьшения запасов невозобновляемых источников энергии, геотермальная энергия будет становиться все более востребованной.
Для тех, кто переживает за температуру планеты, стоит сказать, что при температуре центра Земли минимум 6800 градусов Цельсия, остывает он всего на 300-500 градусов за миллиард лет. Думаю, что не стоит беспокоиться по этому поводу.
Источник: https://hi-news.ru/technology/kak-zemlya-mozhet-sluzhit-istochnikom-neischerpaemoj-energii.html
Геотермальные электрические станции
Геотермальная электрическая станция – это комплекс инженерных устройств, преобразующих тепловую энергию планеты в электрическую энергию.
Геотермальная энергетика
Геотермальная энергетика относится к «зеленым» видам энергии. Данный способ энергообеспечения потребителей получил широкое распространение в регионах с термической активностью планеты для различных видов использования.
Геотермальная энергия бывает:
- Петротермальная, когда источник энергии — слои земли обладающие высокой температурой;
- Гидротермальная, когда источник энергии — подземные воды.
Геотермальные установки используются для энергоснабжения предприятий сельского хозяйства, промышленности и в жилищно-коммунальной сфере.
Принцип работы геотермальной электростанции
В современных геотермальных установках преобразование тепловой энергии земли в электрическую осуществляют нескольким способами, это:
Прямой метод
В установках такого вида, пар, поступающий из недр земли, работает в непосредственном контакте с паровой турбиной. Пар подается на лопасти турбины, которая свое вращательное движение передает генератору, вырабатывающему электрический ток.
Не прямой метод
В этом случае из земли закачивается раствор, который поступает на испаритель, и уже после испарения, полученный пар поступает на лопасти турбины.
Смешанный (бинарный) метод
В устройствах, работающих по этому методу, вода из скважины поступает на теплообменник, в котором, передает свою энергию теплоносителю, который, в свою очередь, под воздействием полученной энергии испаряется, а образовавшийся пар поступает на лопасти турбины.
В геотермальных установках, работающих по прямому методу (способу) воздействия на турбину, источником энергии служит геотермальный пар.
Во втором методе — используются перегретые гидротехнические растворы (гидротермы), которые обладают температурой выше 180 *С.
При бинарном методе – используются горячая вода, забираемая из слоев земли, а в качестве парообразующей используется жидкости с меньшей температурой кипения (фреон и подобные).
Плюсы и минусы
К достоинствам использования электростанций данного вида можно отнести:
- Это возобновляемый источник энергии;
- Огромные запасы в дальней перспективе развития;
- Способность работать в автономном режиме;
- Не подверженность сезонным и погодным факторам влияния;
- Универсальность – производство электрической и тепловой энергии;
- При строительстве станции не требуется устройство защитных (санитарных) зон.
Недостатками станций являются:
- Высокая стоимость строительства и оборудования;
- В процессе работы вероятны выбросы пара с содержанием вредных примесей;
- При использовании гидротермов из глубинных слоев земли, необходима их утилизация.
Геотермальные станции в России
Геотермальная энергетика, наряду с прочими видами «зеленой» энергетики, неукоснительно развивается на территории нашего государства. По расчетам ученых, внутренняя энергия планеты, в тысячи раз превышает количество энергии содержащейся в природных запасах традиционных видах топлива (нефть, газ).
В России успешно работают геотермальные станции, это:
Паужетская ГеоЭC
Расположена около поселка Паужетка на полуострове Камчатка. Ведена в эксплуатацию в 1966 году.
Технические характеристики:
- Электрическая мощность – 12,0 МВт;
- Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 124,0 млн.кВт.часов;
- Количество энергоблоков – 2.
Ведутся работы по реконструкции, в результате которой электрическая мощность увеличится до 17,0 МВт.
Верхне-Мутновская опытно-промышленная ГеоЭС
Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 1999 году.
Технические характеристики:
- Электрическая мощность – 12,0 МВт;
- Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 63,0 млн.кВт.часов;
- Количество энергоблоков – 3.
Мутновская ГеоЭС
Наиболее крупная электрическая станция подобного типа. Расположена в Камчатском крае. Введена в эксплуатацию в 2003 году.
Технические характеристики:
- Электрическая мощность – 50,0 МВт;
- Годовой объем вырабатываемой электрической энергии – 350,0 млн кВт.часов;
- Количество энергоблоков – 2.
Океанская ГеоЭС
Расположена в Сахалинской области. Введена в эксплуатацию в 2007 году.
Технические характеристики:
- Электрическая мощность – 2,5 МВт;
- Количество энергомодулей – 2.
Менделеевская ГеоТЭС
Расположена на острове Кунашир. Введена в эксплуатацию в 2000 году.
Технические характеристики:
- Электрическая мощность – 3,6 МВт;
- Тепловая мощность – 17 Гкал/час;
- Количество энергомодулей – 2.
В настоящее время ведется модернизация станции, после которой мощность составит 7,4 МВт.
Геотермальные станции в мире
Во всех технически развитых странах, где есть сейсмически активные территории, где внутренняя энергия земли выходит наружу, строятся и эксплуатируются геотермальные электрические станции. Опытом строительства подобных инженерных объектов обладают:
США
Страна с наибольшим количеством потребления электрической энергии, вырабатываемой гелиотермическим станциями.
Установленная мощность энергоблоков составляет более 3000 МВт- это 0,3% от всей вырабатываемой электрической энергии в США.
Наиболее крупные это:
- Группа станций «The Geysers». Расположена в Калифорнии, в состав группы входит 22 станции, установленной мощностью 1517,0 МВт.
- В штате Калифорния, станция «Imperial Valley Geothermal Area» установленной мощностью 570,0 МВт.
- В штате Невада станция «Navy 1 Geothermal Area» установленной мощностью 235,0 МВт.
Филиппины
Установленная мощность энергоблоков составляет более 1900 МВт, что составляет 27 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.
Наиболее крупные станции:
- «Макилинг-Банахау» установленной мощностью 458,0 МВт.
- «Тиви», установленная мощность 330,0 МВт.
Индонезия
Установленная мощность энергоблоков составляет более 1200 МВт, что составляет 3,7 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.
Наиболее крупные станции:
- «Sarulla Unit I», установленная мощность – 220,0 МВт.
- «Sarulla Unit II», установленная мощность — 110,0 МВт.
- «Sorik Marapi Modular», установленная мощность — 110,0 МВт.
- «Karaha Bodas», установленная мощность – 30,0 МВт.
- «Ulubelu Unit» — находится в стадии строительства на Суматре.
Мексика
Установленная мощность энергоблоков составляет 1000 МВт, что составляет 3,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.
Наиболее крупная:
- «Cerro Prieto Geothermal Power Station», установленной мощностью 720,0 МВт.
Новая Зеландия
Установленная мощность энергоблоков составляет более 600 МВт, что составляет 10,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.
Наиболее крупная:
- «Ngatamariki», установленной мощностью 100,0 МВт.
Исландия
Установленная мощность энергоблоков составляет 600 МВт, что составляет 30,0 % от всей вырабатываемой электрической энергии в стране.
Наиболее крупные станции:
- «Hellisheiði Power Station», установленной мощностью 300,0 МВт.
- «Nesjavellir», установленной мощностью 120,0 МВт.
- «Reykjanes», установленной мощностью 100,0 МВт.
- «Svartsengi Geo», установленной мощностью 80,0 МВт.
Кроме выше перечисленных, геотермальные электростанции работают в Австралии, Японии, странах Евросоюза, Африки и Океании.
Источник: https://alter220.ru/geoterm/geotermalnaya-elektricheskaya-stantsiya.html
Мутновская ГеоЭС — ТД
Где находится Расположена эта большая станция в долине вулкана Мутновский на юге Камчатки, в Елизовском районе, в правых истоках реки Фальшивой. Находится производственная площадка этого промышленного объекта на высоте в целых 780 м над уровнем моря. Город Петропавловск-Камчатский расположен примерно в 116 км от станции.
Неподалеку от этой ГеоЭС находится еще один подобный объект — более старая Верхне-Мутновская ГТЭС, которая считается по большей мере экспериментальной. Ближайшим же населенным пунктом к этой станции является поселок Дачный. Именно он обычно выступает в роли перевалочного пункта для туристов, приехавших в Елизовский район Камчатского края и решивших осмотреть станцию, а также подняться на вулкан Мутновский.
Общее описание
Состоит Мутновская станция из трех очередей энергоблоков. Основными на этом объекте, как и на любом другом подобном, являются зоны: парогенерирующие; паротурбинные. Первые при этом включают в себя: геотермальные скважины; сепараторы первой ступени, удаленные до 1 км от скважин.
Конструкция паротурбинных частей состоит из следующих элементов: сепараторов второй ступени; мощных паровых турбин, оснащенных конденсатором и градирней. Все сооружения станции связаны между собой в единый комплекс. Отдельно на Мутновской ГеоЭС построены только противопожарное хозяйство и склад горюче-смазочных материалов.
Особенностью этого объекта является также то, что он полностью автоматизирован. По площадке станции под землей проходит труба с горячим паром. Таким образом работники Мутновской решили проблему очистки ее территории. Снег, как и везде на полуострове Камчатка, в районе расположения станции идет очень часто.
И если от него не избавляться, он может стать большим препятствием для работы ГеоЭС.
Оборудование, используемое на этой станции, способно выдерживать землетрясения силой до 7 баллов. При 8 баллах все установки этого объекта отключаются, но продолжают оставаться в режиме готовности. Имеют очень прочную конструкцию и сами здания ГеоЭС. Рассчитаны они на землетрясения силой до 9 баллов.
Когда была построена станция
Постановление ЦК КПСС «О комплексном развитии Дальневосточного региона» вышло в 1987 г. В этом документе отмечалась в том числе и значимость геотермальных объектов Камчатки. Именно тогда и было принято решение о вводе в эксплуатацию через десять лет, в 1997 г., новой ГеоЭС — Мутновской. Согласно разработанному тогда проекту, первоначально мощность этой станции должна была составить 50 000 МВт. К 1998 г. этот показатель предполагалось увеличить до 200 тыс. МВт.
Таким грандиозным планам советского правительства, однако, сбыться, к сожалению, не удалось. СССР распался. И хотя ОАО «Геотерм», отвечающий за реализацию плана строительства Мутновской ГеоЭС, был создан еще в 1994 г., возводиться собственно сам этот объект начал только в нулевые.
Первый блок новой станции был принят в эксплуатацию в 2001 г. Мощность его составила целых 25 МВт. В последующем ГеоЭС постепенно достраивалась и развивалась. К настоящему времени она представляет собой, как уже упоминалось, самую большую и мощную геостанцию в России. Совместно со старой Верхне-Мутновской ГТЭС, это производство сегодня снабжает электроэнергией третью часть полуострова Камчатки.
Как получают электроэнергию
Функционирует Мутновская ГеоЭС, как и любая другая геотермическая станция, по довольно-таки простому принципу. Преобразуют тепло внутри земной коры на этом объекте следующим образом:
- через нагнетающую скважину под землю заливают воду, в результате чего образуется искусственный бассейн;
- нагревающаяся естественным путем вода в бассейне превращается в пар;
- пар поступает через вторую скважину на лопасти турбины.
Далее энергия вращения турбины через генератор преобразуется в электрическую. Именно на таком принципе работают все крупнейшие геотермальные электростанции, включая Мутновскую, Менделеевскую, Океанскую и пр., а также и не слишком большие объекты этого типа.
Сложности выработки энергии
Всего за время существования Мутновской станции здесь было пробурено более 100 глубоких скважин. Но особенностью использования геотермальных источников для получения электроэнергии является то, что эффективными такие разведки бывают далеко не всегда. И сделать с этим, к сожалению, абсолютно ничего нельзя. Поэтому с «геологическими неудачами» работникам станции приходится периодически просто-напросто мириться.
Еще одной сложностью выработки электроэнергии подобным образом является то, что скважины на промышленных объектах этого типа имеют свойство со временем постепенно терять свою продуктивность из-за зарастания пор солями. Поэтому на ГеоЭС, в том числе и на Мутновской, приходится постоянно проводить достаточно дорогие геологические изыскания с целью бурения новых производительных скважин.
Особенности станции
Используется на геотермальном месторождении Мутновском в качестве теплоносителя достаточно влажный пар, температура которого составляет 240 С. Состав он имеет преимущественно углекислый. Также в паре присутствуют азот, кислород, сероводород, метан и водород.
Термальные энергоблоки на этой станции установлены комбинированные с бинарым циклом. Именно такая конструкция позволяет вырабатывать электричество с минимальными потерями.
Соответственно и себестоимость энергии, поступающей в общую сеть Камчатки, с этого объекта очень низкая. Равна она примерно 3.66 р. за 1 кВт. Для сравнения: тот же показатель для дизельных электростанций составляет около 60 р.
Благодаря применению инновационных технологий, Мутновская ГеоЭС считается одним из самых современных объектов этого типа в мире на сегодняшний день.
Имеющиеся на станции скважины пробурены на глубину до 2200 м. Собственно рабочих продуктивных шахт при этом на объекте имеется всего около 30 штук. Разного рода примеси и вода из пара, перед поступлением последнего к лопастям турбин, удаляются на станции в специальных сепараторах.
Далее теплоноситель проходит через фильтры тонкой очистки. Оставшиеся после обработки отходы при этом сначала подаются в отстойники, а затем сливаются в реку Фальшивую.
Отличительной чертой Мутновской станции является то, что для вращения турбин здесь используется пар достаточно низкой температуры — 300 С.
Электричество
С генераторов, как и на любой другой электростанции, энергия на Мутновской ГеоЭС поступает в распределительные устройства. Отработанный же пар конденсируется в специальных градирнях. Далее образовавшаяся вода очищается, закачивается обратно в скважины и проходит новый рабочий цикл.
Рельеф на Камчатке очень сложный. Поэтому высоковольтная линия, передающая электроэнергию со станции в общую сеть полуострова, была когда-то построена только одна. Общая длина этой ЛЭП составляет 70 км.
Удобства для сотрудников
Работать персоналу станции, конечно же, приходится в очень сложных климатических условиях. Сила ветра в тех местах, где находится Мутновская ГеоЭС, может достигать 50 м/с. Погода же здесь зачастую меняется по нескольку раз на день.
Работают сотрудники станции, как и на большинстве других подобных объектов, вахтовым методом. Добираться до станции им приходится на КамАЗах или вездеходах.
При особенно сложных погодных условиях для доставки рабочих на ГеоЭС могут использоваться и вертолеты.
Живут сотрудники на станции в комфортабельном общежитии. Продумана в плане удобства персонала и сама инфраструктура этого объекта. Для рабочих на Мутновской ГеоЭС оборудованы тренажерный зал, библиотека, бассейн и сауна. Имеется на станции, конечно же, и комната отдыха.
Источник: https://www.mitsan.ru/projects/promyshlennost/mutnovskaya-geoes/
Геотермальная энергетика
Также как гидравлические, ветряные или солнечные ресурсы, геотермальные источники энергии являются чистыми, безопасными и возобновляемыми. «Геотермальный» — слово греческого происхождения и состоит из корней «тепло Земли».
Геотермальной, таким образом, называют энергию, которая содержится под внешней оболочкой нашей планеты в форме тепла.
Пока что человечество научилось преобразовывать в электроэнергию не все тепло, а лишь то, которое сконцентрировано в особых областях, где расплавленные массы магмы находятся очень близко к поверхности.
Геотермальные ресурсы, расположенные на доступной глубине в естественных резервуарах в форме пара или воды высокой температуры (чаще всего, дождевой), нагреваются от протекания через постоянно раскаленные области каменных пород. При наличии определенного ландшафта такие подземные источники горячей воды и пара могут превращаться при выходе на поверхность в гейзеры, горячие источники и лагуны.
Мировой рынок геотермальной энергетики
Объекты геотермальной энергетики уже работают, а также строятся в различных частях света, в том числе в таких странах как Россия, Исландия, Италия, США, Чили, Перу, Сальвадор, Филиппины и Индонезия.
В 2016 году новые инвестиции в развитие геотермальной энергетики выросли на 17% по сравнению с предыдущим годом до 2,7 млрд долл США, по данным доклада «Глобальные тенденции инвестирования в развитие ВИЭ в 2017 году».
Перспективы геотермальной энергетики в мире
Объем установленных геотермальных мощностей в мире растет примерно на 6% в год, и, по оценкам, достигнет 46 ГВт к 2035 году.
История геотермальной энергетики
Одним из первопроходцев и лидеров в этом сегменте является Италия и, в частности, компания Enel Green Power. Еще в 1904 году итальянский князь Пьетро Джинори Конти проводил в Тоскане опыты по трансформации энергии пара в электроэнергию. В 1913 году в Лардерелло была открыта первая в мире геотермальная электростанция, в 2013 года она отпраздновала свое 100-летие.
История геотермальной энергетики России начинается в середине 50-х годов прошлого столетия, когда впервые была организована группа ученых, изучавших геотермальный потенциал Камчатки, в результате чего была построена первая в СССР Паужетская геотермальная электростанция.
Этапы разработки и принципы работы геотермального проекта
Разработка геотермального энергетического проекта состоит из нескольких фаз. Сначала с помощью специальных подземных проб определяется место, где, предположительно, находится геотермальный резервуар. Следующая фаза — глубокая разведка; если геонаучные тесты подтверждают, что место выбрано правильно, бурятся скважины и на поверхности строится электростанция, либо пар по трубам перенаправляется в сторону уже существующей станции.
Экономически оправдано бурение глубиной до 5 км. Фаза глубокого бурения также сопровождается исследованиями состояния окружающей среды для наилучшего позиционирования скважины и оптимизации добычи пара.
Пар доставляется из скважин к электростанции при помощи изолированных паровых труб из стали. На электростанции пар попадает на турбину и вращает ее, а присоединенный к турбине электрогенератор вырабатывает электричество. После прохождения турбины пар охлаждается в конденсаторе и превращается в воду. Часть полученной таким образом воды возвращается в подземный природный резервуар при помощи специальных шахт обратного впрыскивания, другая часть выпускается в атмосферу.
При невысокой температуре геотермального источника (120-170°C) часто применяется технология бинарного цикла. В таких системах геотермальная жидкость используется для выпаривания другой жидкости с меньшей, чем у воды, температурой кипения, через теплообменник, а затем сразу же отправляется в систему обратного впрыска, тем самым полностью восполняя природный резервуар.
Источник: https://altenex.ru/article/71-geotermalnaja-energetika.html
