Calor nuclear de la tierra. Energía geotérmica y métodos de su producción.

Para Rusia, la energía del calor de la Tierra puede convertirse en una fuente constante y fiable de suministro de electricidad y calor baratos y asequibles utilizando nuevas tecnologías de alta calidad y respetuosas con el medio ambiente para su extracción y suministro al consumidor. Esto es especialmente cierto en este momento

Recursos limitados de materias primas de energía fósil

La demanda de materias primas energéticas orgánicas es alta en los países industrializados y países en desarrollo(EEUU, Japón, estados de la Europa unida, China, India, etc.). Al mismo tiempo, sus propios recursos de hidrocarburos en estos países son insuficientes o están reservados, y un país, por ejemplo, Estados Unidos, compra materias primas energéticas en el extranjero o desarrolla depósitos en otros países.

En Rusia, uno de los países más ricos en recursos energéticos, las necesidades económicas de energía siguen siendo satisfechas por las posibilidades de aprovechamiento de los recursos naturales. Sin embargo, la extracción de hidrocarburos fósiles del subsuelo ocurre a un ritmo muy rápido. Si en la década de 1940-1960. las principales regiones productoras de petróleo fueron el "Segundo Bakú" en el Volga y Cis-Urals, luego, a partir de la década de 1970, y hasta el presente, dicha área es Siberia occidental. Pero incluso aquí hay una disminución significativa en la producción de hidrocarburos fósiles. La era del gas cenomaniano "seco" está pasando. La anterior etapa de desarrollo extensivo de la producción de gas natural ha llegado a su fin. Su extracción de depósitos gigantes como Medvezhye, Urengoyskoye y Yamburgskoye ascendió al 84, 65 y 50%, respectivamente. La proporción de reservas de petróleo favorables para el desarrollo también disminuye con el tiempo.

Debido al consumo activo de combustibles de hidrocarburos, las reservas terrestres de petróleo y gas natural se han reducido significativamente. Ahora sus principales reservas se concentran en la plataforma continental. Y aunque la base de materias primas de la industria del petróleo y el gas sigue siendo suficiente para la extracción de petróleo y gas en Rusia en los volúmenes requeridos, en un futuro próximo se proporcionará cada vez más a través del desarrollo de campos con minería compleja y condiciones geológicas. Al mismo tiempo, crecerá el costo de producción de hidrocarburos.

La mayor parte de los recursos no renovables extraídos del subsuelo se utilizan como combustible para centrales eléctricas. En primer lugar, esta es la parte de la cual en la estructura de combustible es del 64%.

En Rusia, el 70% de la electricidad se genera en centrales térmicas. Las empresas energéticas del país queman anualmente alrededor de 500 millones de toneladas de c.e. toneladas con el propósito de generar electricidad y calor, mientras que la producción de calor consume 3-4 veces más combustible de hidrocarburo que la generación de electricidad.

La cantidad de calor que se obtiene de la combustión de estos volúmenes de materias primas de hidrocarburos es equivalente al uso de cientos de toneladas de combustible nuclear: la diferencia es enorme. Sin embargo, la energía nuclear requiere garantizar la seguridad ambiental (para evitar que se repita Chernobyl) y protegerla de posibles ataques terroristas, así como el desmantelamiento seguro y costoso de las unidades de energía nuclear obsoletas y agotadas. Las reservas probadas recuperables de uranio en el mundo son del orden de 3 millones 400 mil toneladas, para todo el período anterior (hasta 2007) se extrajeron alrededor de 2 millones de toneladas.

RES como el futuro de la energía global

El mayor interés en el mundo en las últimas décadas por las fuentes alternativas de energía renovable (FER) se debe no solo al agotamiento de las reservas de combustibles de hidrocarburos, sino también a la necesidad de resolver cuestiones ambientales. Factores objetivos (combustibles fósiles y reservas de uranio, así como cambios en ambiente asociados con el uso del fuego tradicional y la energía nuclear) y las tendencias de desarrollo energético sugieren que la transición a nuevos métodos y formas de producción de energía es inevitable. Ya en la primera mitad del siglo XXI. habrá una transición completa o casi completa hacia fuentes de energía no tradicionales.

Cuanto antes se avance en esa dirección, menos doloroso será para toda la sociedad y más beneficioso para el país, donde se darán pasos decisivos en esa dirección.

La economía mundial ya ha fijado un rumbo para la transición hacia una combinación racional de fuentes de energía tradicionales y nuevas. El consumo de energía en el mundo en el año 2000 ascendió a más de 18 mil millones de toneladas de combustible equivalente. toneladas, y el consumo de energía para 2025 puede aumentar a 30-38 mil millones de toneladas de combustible equivalente. toneladas, de acuerdo con los datos de pronóstico, para el año 2050 es posible el consumo a nivel de 60 mil millones de toneladas de equivalente de combustible. t. Una tendencia característica en el desarrollo de la economía mundial en el período que se examina es una disminución sistemática del consumo de combustibles fósiles y un aumento correspondiente en el uso de recursos energéticos no tradicionales. La energía térmica de la Tierra ocupa uno de los primeros lugares entre ellas.

Actualmente, el Ministerio de Energía de la Federación Rusa ha adoptado un programa para el desarrollo de energía no tradicional, que incluye 30 grandes proyectos para el uso de unidades de bomba de calor (HPU), cuyo principio de funcionamiento se basa en el consumo de energía térmica de bajo potencial de la Tierra.

Energía de bajo potencial del calor de la Tierra y bombas de calor

Las fuentes de energía de bajo potencial del calor de la Tierra son la radiación solar y la radiación térmica de las entrañas calientes de nuestro planeta. En la actualidad, el uso de dicha energía es una de las áreas de energía basada en fuentes renovables que más dinámicamente se está desarrollando.

El calor de la tierra se puede utilizar en varios tipos edificios y estructuras para calefacción, suministro de agua caliente, aire acondicionado (refrigeración), así como para calefacción de caminos en la temporada de invierno, prevención de formación de hielo, calefacción de campos en estadios al aire libre, etc. y aire acondicionado, denominado GHP - "calor geotérmico bombas" (bombas de calor geotérmicas). Las características climáticas de los países del centro y norte de Europa, que junto con Estados Unidos y Canadá son las principales zonas de aprovechamiento del calor de bajo grado de la Tierra, determinan que éste sea principalmente para fines de calefacción; Refrigeración por aire incluso en período de verano relativamente rara vez se requiere. Por lo tanto, a diferencia de los EE. UU., las bombas de calor en países europeos funcionan principalmente en modo calefacción. En los EE. UU., se usan más comúnmente en sistemas calentamiento de aire, combinado con ventilación, que permite tanto calentar como enfriar el aire exterior. En los países europeos, las bombas de calor se utilizan generalmente en los sistemas de calentamiento de agua. Dado que su eficiencia aumenta a medida que disminuye la diferencia de temperatura entre el evaporador y el condensador, los sistemas de calefacción por suelo radiante se utilizan a menudo para calentar edificios, en los que circula un refrigerante a una temperatura relativamente baja (35–40 °C).

Tipos de sistemas para el aprovechamiento de la energía de bajo potencial del calor de la Tierra

En el caso general, se pueden distinguir dos tipos de sistemas de aprovechamiento de la energía de bajo potencial del calor terrestre:

- sistemas abiertos: como fuente de energía térmica de baja calidad se utiliza agua subterránea, que se suministra directamente a las bombas de calor;

- sistemas cerrados: los intercambiadores de calor están ubicados en el macizo del suelo; cuando por ellos circula un refrigerante con una temperatura inferior a la del suelo, se “toma” energía térmica del suelo y se transfiere al evaporador de la bomba de calor (o cuando se utiliza un refrigerante con una temperatura superior a la del suelo, se enfría ).

Las desventajas de los sistemas abiertos son que los pozos requieren mantenimiento. Además, el uso de tales sistemas no es posible en todas las áreas. Los principales requisitos para el suelo y las aguas subterráneas son los siguientes:

- suficiente permeabilidad al agua del suelo, lo que permite la reposición de las reservas de agua;

– buena química del agua subterránea (p. ej., bajo contenido de hierro) para evitar incrustaciones en las tuberías y problemas de corrosión.

Sistemas cerrados para el aprovechamiento de la energía de bajo potencial del calor terrestre

Los sistemas cerrados son horizontales y verticales (Figura 1).

Arroz. 1. Esquema de una instalación de bomba de calor geotérmica con: a - horizontal

y b - intercambiadores de calor de suelo verticales.

Intercambiador de calor de tierra horizontal

En los países de Europa occidental y central, los intercambiadores de calor terrestres horizontales suelen ser tuberías separadas colocadas de forma relativamente apretada y conectadas entre sí en serie o en paralelo (Fig. 2).

Arroz. 2. Intercambiadores de calor terrestres horizontales con: a - secuenciales y

b - conexión en paralelo.

Para salvar el área del sitio donde se elimina el calor, se han desarrollado tipos mejorados de intercambiadores de calor, por ejemplo, intercambiadores de calor en forma de espiral (Fig. 3), ubicados horizontal o verticalmente. Esta forma de intercambiadores de calor es común en los EE. UU.

En nuestro país, rico en hidrocarburos, la energía geotérmica es una especie de recurso exótico que, en el estado actual de las cosas, difícilmente pueda competir con el petróleo y el gas. Sin embargo, esta forma alternativa de energía se puede utilizar en casi todas partes y de manera bastante eficiente.

energía geotérmica es el calor del interior de la tierra. Se produce en las profundidades y sale a la superficie de la Tierra en diferentes formas y con diferentes intensidades.

La temperatura de las capas superiores del suelo depende principalmente de factores externos (exógenos): la luz solar y la temperatura del aire. En verano y durante el día, el suelo se calienta hasta ciertas profundidades, y en invierno y por la noche se enfría siguiendo el cambio de temperatura del aire y con cierto retraso, aumentando con la profundidad. La influencia de las fluctuaciones diarias en la temperatura del aire termina a profundidades de unas pocas a varias decenas de centímetros. Las fluctuaciones estacionales capturan capas más profundas de suelo, hasta decenas de metros.

A cierta profundidad, de decenas a cientos de metros, la temperatura del suelo se mantiene constante, igual a la temperatura media anual del aire cerca de la superficie de la Tierra. Esto es fácil de verificar bajando a una cueva bastante profunda.

Cuándo temperatura media anual el aire en el área está bajo cero, esto se manifiesta como permafrost (más precisamente, permafrost). En el este de Siberia, el espesor, es decir, el espesor de los suelos congelados durante todo el año alcanza los 200-300 m en algunos lugares.

A partir de cierta profundidad (la propia para cada punto del mapa), la acción del Sol y la atmósfera se debilita tanto que los factores endógenos (internos) vienen primero y el interior de la tierra se calienta por dentro, por lo que la temperatura empieza a bajar. subir con profundidad.

El calentamiento de las capas profundas de la Tierra está asociado principalmente con la desintegración de los elementos radiactivos allí ubicados, aunque también se nombran otras fuentes de calor, por ejemplo, procesos fisicoquímicos, tectónicos en las capas profundas de la corteza terrestre y el manto. Pero cualquiera que sea la causa, la temperatura de las rocas y de las sustancias líquidas y gaseosas asociadas aumenta con la profundidad. Los mineros se enfrentan a este fenómeno: siempre hace calor en las minas profundas. A una profundidad de 1 km, el calor de treinta grados es normal, y más profundo, la temperatura es aún más alta.

El flujo de calor del interior de la tierra, que llega a la superficie de la Tierra, es pequeño: en promedio, su potencia es de 0,03 a 0,05 W / m 2, o aproximadamente 350 W h / m 2 por año. En el contexto del flujo de calor del Sol y el aire calentado por él, este es un valor imperceptible: el Sol da a todos metro cuadrado la superficie terrestre es de unos 4.000 kWh anuales, es decir, 10.000 veces más (claro, esto es de media, con una enorme dispersión entre latitudes polares y ecuatoriales y dependiendo de otros factores climáticos y meteorológicos).

La insignificancia del flujo de calor desde las profundidades hacia la superficie en la mayor parte del planeta está asociada a la baja conductividad térmica de las rocas ya las peculiaridades de la estructura geológica. Pero hay excepciones: lugares donde el flujo de calor es alto. Estas son, en primer lugar, zonas de fallas tectónicas, aumento de la actividad sísmica y vulcanismo, donde la energía del interior de la tierra encuentra una salida. Tales zonas se caracterizan por anomalías térmicas de la litosfera, aquí el flujo de calor que llega a la superficie de la Tierra puede ser muchas veces e incluso órdenes de magnitud más poderoso que el "habitual". Una gran cantidad de calor sale a la superficie en estas zonas por erupciones volcánicas y manantiales de agua caliente.

Son estas áreas las más favorables para el desarrollo de la energía geotérmica. En el territorio de Rusia, estos son, en primer lugar, Kamchatka, las Islas Kuriles y el Cáucaso.

Al mismo tiempo, el desarrollo de la energía geotérmica es posible en casi todas partes, ya que el aumento de la temperatura con la profundidad es un fenómeno omnipresente, y la tarea es "extraer" el calor de las entrañas, tal como se extraen las materias primas minerales.

En promedio, la temperatura aumenta con la profundidad entre 2,5 y 3 ° C por cada 100 m La relación entre la diferencia de temperatura entre dos puntos que se encuentran a diferentes profundidades y la diferencia de profundidad entre ellos se denomina gradiente geotérmico.

El recíproco es el paso geotérmico, o el intervalo de profundidad en el que la temperatura aumenta 1°C.

Cuanto mayor sea el gradiente y, en consecuencia, menor el escalón, más se acercará a la superficie el calor de las profundidades de la Tierra y más prometedora será esta zona para el desarrollo de la energía geotérmica.

En diferentes áreas, dependiendo de la estructura geológica y otras condiciones regionales y locales, la tasa de aumento de temperatura con la profundidad puede variar dramáticamente. En la escala de la Tierra, las fluctuaciones en los valores de los gradientes y pasos geotérmicos alcanzan las 25 veces. Por ejemplo, en el estado de Oregón (EE.UU.) el gradiente es de 150°C por 1 km, y en Sudáfrica es de 6°C por 1 km.

La pregunta es, ¿cuál es la temperatura a grandes profundidades - 5, 10 km o más? Si la tendencia continúa, las temperaturas a una profundidad de 10 km deberían promediar entre 250 y 300 °C. Esto está más o menos confirmado por observaciones directas en pozos ultraprofundos, aunque la imagen es mucho más complicada que el aumento lineal de la temperatura.

Por ejemplo, en el pozo superprofundo de Kola perforado en el Baltic Crystalline Shield, la temperatura cambia a una tasa de 10 °C/1 km hasta una profundidad de 3 km, y luego el gradiente geotérmico se vuelve 2–2,5 veces mayor. A 7 km de profundidad ya se ha registrado una temperatura de 120°C, a 10 km - 180°C, ya 12 km - 220°C.

Otro ejemplo es un pozo colocado en el norte del Caspio, donde a una profundidad de 500 m se registró una temperatura de 42 °C, a 1,5 km - 70 °C, a 2 km - 80 °C, a 3 km - 108 °C.

Se supone que el gradiente geotérmico disminuye a partir de una profundidad de 20–30 km: a una profundidad de 100 km, las temperaturas estimadas son de aproximadamente 1300–1500 °C, a una profundidad de 400 km - 1600 °C, en la Tierra núcleo (profundidades de más de 6000 km) - 4000–5000° C.

A profundidades de hasta 10–12 km, la temperatura se mide a través de pozos perforados; donde no los hay, se determina por signos indirectos del mismo modo que a mayores profundidades. Estos signos indirectos pueden ser la naturaleza del paso de las ondas sísmicas o la temperatura de la lava en erupción.

Sin embargo, a los efectos de la energía geotérmica, los datos sobre temperaturas a más de 10 km de profundidad aún no son de interés práctico.

Hay mucho calor a profundidades de varios kilómetros, pero ¿cómo elevarlo? A veces, la naturaleza misma nos resuelve este problema con la ayuda de un refrigerante natural: aguas termales calentadas que salen a la superficie o se encuentran a una profundidad accesible para nosotros. En algunos casos, el agua de las profundidades se calienta al estado de vapor.

No existe una definición estricta del concepto de "aguas termales". Por regla general, se refieren a aguas subterráneas calientes en estado líquido o en forma de vapor, incluidas las que llegan a la superficie terrestre con una temperatura superior a 20 °C, es decir, por regla general, superior a la temperatura del aire.

El calor del agua subterránea, vapor, mezclas de vapor y agua es energía hidrotermal. En consecuencia, la energía en función de su uso se denomina hidrotermal.

La situación es más complicada con la producción de calor directamente a partir de rocas secas: energía petrotérmica, especialmente porque las temperaturas suficientemente altas, por regla general, comienzan desde profundidades de varios kilómetros.

En el territorio de Rusia, el potencial de la energía petrotérmica es cien veces mayor que el de la energía hidrotérmica: 3500 y 35 billones de toneladas de combustible estándar, respectivamente. Esto es bastante natural: el calor de las profundidades de la Tierra está en todas partes y las aguas termales se encuentran localmente. Sin embargo, debido a evidentes dificultades técnicas, la mayoría de las aguas termales se utilizan actualmente para generar calor y electricidad.

Las temperaturas del agua de 20-30 a 100 °C son adecuadas para calefacción, temperaturas de 150 °C y superiores, y para la generación de electricidad en plantas de energía geotérmica.

En general, los recursos geotérmicos en el territorio de Rusia, en términos de toneladas de combustible estándar o cualquier otra unidad de medida de energía, son unas 10 veces mayores que las reservas de combustibles fósiles.

Teóricamente, solo la energía geotérmica podría satisfacer plenamente las necesidades energéticas del país. prácticamente en este momento en la mayor parte de su territorio, esto no es factible por razones técnicas y económicas.

En el mundo, el uso de la energía geotérmica se asocia con mayor frecuencia con Islandia, un país ubicado en el extremo norte de la Cordillera del Atlántico Medio, en una zona tectónica y volcánica extremadamente activa. Probablemente todos recuerden la poderosa erupción del volcán Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) en el año 2010.

Es gracias a esta especificidad geológica que Islandia tiene enormes reservas de energía geotérmica, incluidas fuentes termales que salen a la superficie de la Tierra e incluso brotan en forma de géiseres.

En Islandia, más del 60% de toda la energía que se consume actualmente proviene de la Tierra. Incluso debido a las fuentes geotérmicas, se proporciona el 90% de la calefacción y el 30% de la generación de electricidad. Agregamos que el resto de la electricidad en el país es producida por centrales hidroeléctricas, es decir, utilizando también una fuente de energía renovable, gracias a lo cual Islandia parece una especie de estándar ambiental mundial.

La "domesticación" de la energía geotérmica en el siglo XX ayudó significativamente económicamente a Islandia. Hasta mediados del siglo pasado era un país muy pobre, ahora ocupa el primer lugar en el mundo en términos de capacidad instalada y producción de energía geotérmica per cápita, y está entre los diez primeros en términos de capacidad instalada absoluta de energía geotérmica. plantas Sin embargo, su población es de solo 300 mil personas, lo que simplifica la tarea de cambiar a fuentes de energía amigables con el medio ambiente: la necesidad es generalmente pequeña.

Además de Islandia, una alta proporción de energía geotérmica en el balance total de producción de electricidad se proporciona en Nueva Zelanda y los estados insulares del sudeste asiático (Filipinas e Indonesia), los países de América Central y África Oriental, cuyo territorio también se caracteriza por la alta actividad sísmica y volcánica. Para estos países, en su nivel actual de desarrollo y necesidades, la energía geotérmica hace una contribución significativa al desarrollo socioeconómico.

El uso de la energía geotérmica tiene una historia muy larga. Uno de los primeros ejemplos conocidos es Italia, un lugar en la provincia de Toscana, ahora llamada Larderello, donde, ya a principios del siglo XIX, las aguas termales locales, fluyendo naturalmente o extraídas de pozos poco profundos, se utilizaron como energía. propósitos

Aquí se utilizó agua de fuentes subterráneas, rica en boro, para obtener ácido bórico. Inicialmente, este ácido se obtenía por evaporación en calderas de hierro, y se tomaba como combustible leña común de los bosques cercanos, pero en 1827 Francesco Larderel creó un sistema que funcionaba con el calor de las propias aguas. Al mismo tiempo, la energía del vapor de agua natural comenzó a utilizarse para la operación de plataformas de perforación y, a principios del siglo XX, para calentar casas locales e invernaderos. En el mismo lugar, en Larderello, en 1904, el vapor de agua termal se convirtió en fuente de energía para generar electricidad.

El ejemplo de Italia a finales del siglo XIX y principios del XX fue seguido por algunos otros países. Por ejemplo, en 1892, las aguas termales se utilizaron por primera vez para la calefacción local en los Estados Unidos (Boise, Idaho), en 1919, en Japón, en 1928, en Islandia.

En los Estados Unidos, la primera central hidrotérmica apareció en California a principios de la década de 1930, en Nueva Zelanda, en 1958, en México, en 1959, en Rusia (el primer GeoPP binario del mundo), en 1965.

Un viejo principio en una nueva fuente

La generación de electricidad requiere una temperatura de la fuente de agua más alta que la calefacción, más de 150°C. El principio de funcionamiento de una central eléctrica geotérmica (GeoES) es similar al principio de funcionamiento de una central térmica convencional (TPP). De hecho, una planta de energía geotérmica es un tipo de planta de energía térmica.

En las centrales térmicas, por regla general, el carbón, el gas o el fuel oil actúan como fuente primaria de energía, y el vapor de agua sirve como fluido de trabajo. El combustible, al quemarse, calienta el agua a un estado de vapor, que hace girar la turbina de vapor y genera electricidad.

La diferencia entre GeoPP es que la principal fuente de energía aquí es el calor del interior de la tierra y el fluido de trabajo en forma de vapor ingresa a las palas de la turbina del generador eléctrico en forma "lista" directamente desde el pozo de producción.

Hay tres esquemas principales de operación de GeoPP: directo, utilizando vapor seco (geotérmico); indirecta, a base de agua hidrotermal, y mixta, o binaria.

El uso de uno u otro esquema depende del estado de agregación y la temperatura del portador de energía.

El más simple y por lo tanto el primero de los esquemas dominados es el directo, en el cual el vapor proveniente del pozo pasa directamente a través de la turbina. El primer GeoPP del mundo en Larderello en 1904 también funcionaba con vapor seco.

Los GeoPP con un esquema de operación indirecto son los más comunes en nuestro tiempo. Utilizan agua subterránea caliente, que se bombea a alta presión a un evaporador, donde parte de ella se evapora y el vapor resultante hace girar una turbina. En algunos casos, se requieren dispositivos y circuitos adicionales para purificar el agua geotérmica y el vapor de compuestos agresivos.

El vapor de escape ingresa al pozo de inyección o se usa para calentar espacios; en este caso, el principio es el mismo que durante la operación de un CHP.

En los GeoPP binarios, el agua termal caliente interactúa con otro líquido que actúa como fluido de trabajo con un punto de ebullición más bajo. Ambos líquidos pasan por un intercambiador de calor, donde el agua termal evapora el líquido de trabajo, cuyos vapores hacen girar la turbina.

El principio de funcionamiento de un GeoPP binario. El agua termal caliente interactúa con otro líquido que actúa como fluido de trabajo y tiene un punto de ebullición más bajo. Ambos líquidos pasan por un intercambiador de calor, donde el agua termal evapora el líquido de trabajo, cuyos vapores, a su vez, hacen girar la turbina.

Este sistema es cerrado, lo que soluciona el problema de las emisiones a la atmósfera. Además, los fluidos de trabajo con un punto de ebullición relativamente bajo permiten utilizar aguas termales no muy calientes como fuente primaria de energía.

Los tres esquemas usan una fuente hidrotermal, pero la energía petrotérmica también se puede usar para generar electricidad.

El diagrama del circuito en este caso también es bastante simple. Es necesario perforar dos pozos interconectados: inyección y producción. El agua se bombea al pozo de inyección. En profundidad, se calienta, luego el agua caliente o el vapor formado como resultado de un fuerte calentamiento se suministra a la superficie a través de un pozo de producción. Además, todo depende de cómo se utilice la energía petrotérmica: para calefacción o para la producción de electricidad. Es posible un ciclo cerrado con el bombeo del vapor de escape y el agua de vuelta al pozo de inyección u otro método de eliminación.

Esquema del sistema petrotérmico. El sistema se basa en el uso de un gradiente de temperatura entre la superficie terrestre y su interior, donde la temperatura es mayor. El agua de la superficie se bombea al pozo de inyección y se calienta en profundidad, luego el agua calentada o el vapor formado como resultado del calentamiento se suministra a la superficie a través del pozo de producción.

La desventaja de tal sistema es obvia: para obtener una temperatura suficientemente alta del fluido de trabajo, es necesario perforar pozos a gran profundidad. Y este es un costo serio y el riesgo de una pérdida de calor significativa cuando el fluido sube. Por lo tanto, los sistemas petrotérmicos son aún menos comunes que los hidrotermales, aunque el potencial de la energía petrotérmica es mucho mayor.

Actualmente, el líder en la creación de los llamados sistemas de circulación petrotérmicos (PCS) es Australia. Además, esta dirección de la energía geotérmica se está desarrollando activamente en los EE. UU., Suiza, Gran Bretaña y Japón.

Regalo de Lord Kelvin

La invención de la bomba de calor en 1852 por el físico William Thompson (también conocido como Lord Kelvin) brindó a la humanidad una oportunidad real de utilizar el calor de bajo grado de las capas superiores del suelo. El sistema de bomba de calor, o multiplicador de calor como lo llamó Thompson, se basa en el proceso físico de transferir calor del ambiente al refrigerante. De hecho, utiliza el mismo principio que en los sistemas petrotérmicos. La diferencia está en la fuente de calor, en relación con lo cual puede surgir una pregunta terminológica: ¿hasta qué punto una bomba de calor puede considerarse un sistema geotérmico? El hecho es que en las capas superiores, a profundidades de decenas o cientos de metros, las rocas y los fluidos contenidos en ellas no son calentados por el calor profundo de la tierra, sino por el sol. Así, es el sol en este caso la principal fuente de calor, aunque se toma, como en los sistemas geotérmicos, de la tierra.

El funcionamiento de una bomba de calor se basa en el retraso del calentamiento y enfriamiento del suelo con respecto a la atmósfera, por lo que se forma un gradiente de temperatura entre la superficie y las capas más profundas, que retienen el calor incluso en invierno, similar al lo que sucede en los embalses. El objetivo principal de las bombas de calor es la calefacción de espacios. De hecho, es un “refrigerador al revés”. Tanto la bomba de calor como el refrigerador interactúan con tres componentes: el entorno interno (en el primer caso, una habitación con calefacción, en el segundo, una cámara de refrigeración enfriada), el entorno externo: una fuente de energía y un refrigerante (refrigerante), que es también un refrigerante que proporciona transferencia de calor o frío.

Una sustancia con un punto de ebullición bajo actúa como refrigerante, lo que le permite tomar calor de una fuente que tiene incluso una temperatura relativamente baja.

En el refrigerador, el refrigerante líquido ingresa al evaporador a través de un estrangulador (regulador de presión), donde, debido a una fuerte disminución de la presión, el líquido se evapora. La evaporación es un proceso endotérmico que requiere la absorción de calor del exterior. Como resultado, se extrae calor de las paredes internas del evaporador, lo que brinda un efecto de enfriamiento en la cámara del refrigerador. Más allá del evaporador, el refrigerante es succionado hacia el compresor, donde regresa al estado líquido de agregación. Este es el proceso inverso, que conduce a la liberación del calor extraído durante ambiente externo. Como regla general, se arroja a la habitación y la pared posterior del refrigerador está relativamente caliente.

La bomba de calor funciona casi de la misma manera, con la diferencia de que el calor se toma del ambiente externo y entra al ambiente interno a través del evaporador, el sistema de calefacción de la habitación.

En una bomba de calor real, el agua se calienta, pasa a través de un circuito externo colocado en el suelo o un depósito, luego ingresa al evaporador.

En el evaporador, el calor se transfiere a un circuito interno lleno de un refrigerante con un punto de ebullición bajo, que, al pasar por el evaporador, cambia de estado líquido a estado gaseoso, tomando calor.

Además, el refrigerante gaseoso ingresa al compresor, donde se comprime a alta presión y temperatura, y luego ingresa al condensador, donde tiene lugar el intercambio de calor entre el gas caliente y el portador de calor del sistema de calefacción.

El compresor requiere electricidad para funcionar, sin embargo, la relación de transformación (la relación entre la energía consumida y la generada) en sistemas modernos suficientemente alto para ser efectivo.

Actualmente, las bombas de calor se utilizan ampliamente para calentar espacios, principalmente en países económicamente desarrollados.

Energía eco-correcta

La energía geotérmica se considera respetuosa con el medio ambiente, lo que generalmente es cierto. En primer lugar, utiliza un recurso renovable y prácticamente inagotable. La energía geotérmica no requiere grandes superficies, a diferencia de las grandes centrales hidroeléctricas o los parques eólicos, y no contamina la atmósfera, a diferencia de la energía de hidrocarburos. En promedio, GeoPP ocupa 400 m 2 en términos de 1 GW de electricidad generada. La misma cifra para una central térmica de carbón, por ejemplo, es de 3600 m 2. Los beneficios ambientales de GeoPP también incluyen el bajo consumo de agua - 20 litros agua dulce por 1 kW, mientras que las centrales térmicas y las centrales nucleares requieren unos 1000 litros. Tenga en cuenta que estos son los indicadores ambientales del GeoPP "promedio".

pero negativo efectos secundarios sin embargo, los hay. Entre ellos, se distinguen con mayor frecuencia el ruido, la contaminación térmica de la atmósfera y la contaminación química del agua y el suelo, así como la formación de desechos sólidos.

La principal fuente de contaminación química del medio ambiente es la propia agua termal (con alta temperatura y mineralización), que suele contener grandes cantidades de compuestos tóxicos, por lo que existe un problema de eliminación de aguas residuales y sustancias peligrosas.

Los efectos negativos de la energía geotérmica se pueden rastrear en varias etapas, comenzando con la perforación de pozos. Aquí surgen los mismos peligros que al perforar cualquier pozo: destrucción del suelo y de la cubierta vegetal, contaminación del suelo y de las aguas subterráneas.

En la etapa de operación del GeoPP, persisten los problemas de contaminación ambiental. Los fluidos térmicos (agua y vapor) suelen contener dióxido de carbono (CO 2), sulfuro de azufre (H 2 S), amoníaco (NH 3), metano (CH 4), sal común (NaCl), boro (B), arsénico (As ), mercurio (Hg). Cuando se liberan al medio ambiente, se convierten en fuentes de contaminación. Además, un entorno químico agresivo puede provocar daños por corrosión en las estructuras de GeoTPP.

Al mismo tiempo, las emisiones contaminantes en los GeoPP son, en promedio, más bajas que en los TPP. Por ejemplo, las emisiones de dióxido de carbono por kilovatio-hora de electricidad generada son de hasta 380 g en GeoPP, 1042 g en centrales térmicas de carbón, 906 g en fuel oil y 453 g en centrales térmicas de gas.

Surge la pregunta: ¿qué hacer con las aguas residuales? Con baja salinidad, después de enfriarse, puede descargarse en aguas superficiales. La otra forma es bombearlo de regreso al acuífero a través de un pozo de inyección, que es la práctica preferida y predominante en la actualidad.

La extracción de agua termal de los acuíferos (así como el bombeo de agua corriente) puede provocar hundimientos y movimientos del suelo, otras deformaciones de las capas geológicas y microterremotos. La probabilidad de tales fenómenos suele ser baja, aunque se han registrado casos individuales (por ejemplo, en el GeoPP en Staufen im Breisgau en Alemania).

Debe enfatizarse que la mayoría de los GeoPP están ubicados en áreas relativamente escasamente pobladas y en países del tercer mundo, donde los requisitos ambientales son menos estrictos que en los países desarrollados. Además, por el momento el número de GeoPP y sus capacidades son relativamente pequeños. Con un mayor desarrollo de la energía geotérmica, los riesgos ambientales pueden aumentar y multiplicarse.

¿Cuánto es la energía de la Tierra?

Los costos de inversión para la construcción de sistemas geotérmicos varían en un rango muy amplio: de 200 a 5000 dólares por 1 kW de capacidad instalada, es decir, las opciones más económicas son comparables al costo de construir una central térmica. Dependen, en primer lugar, de las condiciones de aparición de las aguas termales, su composición y el diseño del sistema. Perforando a grandes profundidades, creando un sistema cerrado con dos pozos, la necesidad de tratamiento de agua puede multiplicar el costo.

Por ejemplo, las inversiones en la creación de un sistema de circulación petrotérmica (PTS) se estiman en 1.600 a 4.000 dólares por 1 kW de capacidad instalada, lo que supera los costos de construcción de una planta de energía nuclear y es comparable a los costos de construcción de energía eólica y plantas de energía solar.

La ventaja económica obvia de GeoTPP es un portador de energía libre. A modo de comparación, en la estructura de costes de una central térmica o una central nuclear en funcionamiento, el combustible representa entre el 50% y el 80% o incluso más, según los precios actuales de la energía. De ahí, otra ventaja del sistema geotérmico: los costos de operación son más estables y predecibles, ya que no dependen de la coyuntura externa de precios de la energía. En general, los costos operativos del GeoTPP se estiman en 2–10 centavos (60 kopeks–3 rublos) por 1 kWh de capacidad generada.

El segundo rubro de gasto más grande (y muy significativo) después del portador de energía es, por regla general, los salarios del personal de la estación, que pueden variar drásticamente según el país y la región.

En promedio, el costo de 1 kWh de energía geotérmica es comparable al de las centrales térmicas (en condiciones rusas, aproximadamente 1 rublo / 1 kWh) y diez veces mayor que el costo de generación de electricidad en las centrales hidroeléctricas (5–10 kopeks / 1kWh ).

Parte del motivo del alto costo es que, a diferencia de las plantas de energía térmica e hidráulica, GeoTPP tiene una capacidad relativamente pequeña. Además, es necesario comparar sistemas ubicados en la misma región y en condiciones similares. Entonces, por ejemplo, en Kamchatka, según los expertos, 1 kWh de electricidad geotérmica cuesta 2 o 3 veces más barato que la electricidad producida en las centrales térmicas locales.

Los indicadores de eficiencia económica del sistema geotérmico dependen, por ejemplo, de si es necesario disponer de las aguas residuales y de qué manera se hace, si es posible el uso combinado del recurso. Así, los elementos y compuestos químicos extraídos del agua termal pueden proporcionar ingresos adicionales. Recuérdese el ejemplo de Larderello: allí la producción química era primaria, y el uso de la energía geotérmica era inicialmente de carácter auxiliar.

Forwards de energía geotérmica

La energía geotérmica se está desarrollando de manera algo diferente a la eólica y la solar. En la actualidad, depende en gran medida de la naturaleza del recurso en sí, que difiere considerablemente según la región, y las concentraciones más altas están ligadas a zonas estrechas de anomalías geotérmicas, generalmente asociadas con áreas de fallas tectónicas y vulcanismo.

Además, la energía geotérmica tiene menos capacidad tecnológica en comparación con la eólica y aún más con la energía solar: los sistemas de las estaciones geotérmicas son bastante simples.

En la estructura general de la producción mundial de electricidad, el componente geotérmico representa menos del 1%, pero en algunas regiones y países su participación alcanza el 25-30%. Debido a la vinculación con las condiciones geológicas, una parte significativa de la capacidad de energía geotérmica se concentra en países del tercer mundo, donde hay tres grupos de mayor desarrollo de la industria: las islas del sudeste asiático, América Central y África Oriental. Las dos primeras regiones son parte del "Cinturón de Fuego de la Tierra" del Pacífico, la tercera está ligada al Rift de África Oriental. Con la mayor probabilidad, la energía geotérmica continuará desarrollándose en estos cinturones. Una perspectiva más lejana es el desarrollo de la energía petrotérmica, aprovechando el calor de las capas terrestres que se encuentran a varios kilómetros de profundidad. Este es un recurso casi ubicuo, pero su extracción requiere altos costos, por lo que la energía petrotérmica se está desarrollando principalmente en los países económica y tecnológicamente más poderosos.

En general, dada la ubicuidad de los recursos geotérmicos y un nivel aceptable de seguridad ambiental, hay razones para creer que la energía geotérmica tiene buenas perspectivas de desarrollo. Especialmente con la creciente amenaza de una escasez de vectores energéticos tradicionales y el aumento de los precios de los mismos.

De Kamchatka al Cáucaso

En Rusia, el desarrollo de la energía geotérmica tiene una historia bastante larga, y en varias posiciones estamos entre los líderes mundiales, aunque la participación de la energía geotérmica en el balance energético general de un país enorme sigue siendo insignificante.

Los pioneros y centros para el desarrollo de la energía geotérmica en Rusia fueron dos regiones: Kamchatka y el Cáucaso del Norte, y si en el primer caso hablamos principalmente de la industria de la energía eléctrica, en el segundo, del uso de la energía térmica de agua termal.

En el norte del Cáucaso, en el territorio de Krasnodar, Chechenia, Daguestán, el calor de las aguas termales con fines energéticos se utilizó incluso antes de la Gran guerra patriótica. En las décadas de 1980 y 1990, el desarrollo de la energía geotérmica en la región, por razones obvias, se estancó y aún no se ha recuperado del estado de estancamiento. Sin embargo, el suministro de agua geotérmica en el norte del Cáucaso proporciona calor a unas 500 mil personas y, por ejemplo, la ciudad de Labinsk en el territorio de Krasnodar con una población de 60 mil personas se calienta completamente con aguas geotérmicas.

En Kamchatka, la historia de la energía geotérmica está asociada principalmente con la construcción del GeoPP. La primera de ellas, que aún opera las estaciones Pauzhetskaya y Paratunskaya, se construyó entre 1965 y 1967, mientras que la Paratunskaya GeoPP con una capacidad de 600 kW se convirtió en la primera estación del mundo con un ciclo binario. Fue el desarrollo de los científicos soviéticos S. S. Kutateladze y A. M. Rosenfeld del Instituto de Física Térmica de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias, quienes recibieron en 1965 un certificado de derechos de autor para extraer electricidad del agua con una temperatura de 70 ° C. Posteriormente, esta tecnología se convirtió en el prototipo de más de 400 GeoPP binarios en el mundo.

La capacidad del Pauzhetskaya GeoPP, puesto en marcha en 1966, era inicialmente de 5 MW y posteriormente aumentó a 12 MW. Actualmente, la central se encuentra en construcción de un bloque binario, que aumentará su capacidad en otros 2,5 MW.

El desarrollo de la energía geotérmica en la URSS y Rusia se vio obstaculizado por la disponibilidad de fuentes de energía tradicionales: petróleo, gas, carbón, pero nunca se detuvo. Las instalaciones de energía geotérmica más grandes en este momento son Verkhne-Mutnovskaya GeoPP con una capacidad total de unidades de energía de 12 MW, puesta en servicio en 1999, y Mutnovskaya GeoPP con una capacidad de 50 MW (2002).

Mutnovskaya y Verkhne-Mutnovskaya GeoPP son objetos únicos no solo para Rusia, sino también a escala mundial. Las estaciones están ubicadas al pie del volcán Mutnovsky, a una altitud de 800 metros sobre el nivel del mar, y operan en condiciones climáticas extremas, donde es invierno durante 9-10 meses al año. El equipo de Mutnovsky GeoPP, actualmente uno de los más modernos del mundo, se creó completamente en empresas nacionales de ingeniería energética.

En la actualidad, la participación de las estaciones de Mutnovsky en la estructura general del consumo de energía del centro energético de Kamchatka Central es del 40%. Está previsto un aumento de la capacidad en los próximos años.

Por separado, debe decirse sobre los desarrollos petrotérmicos rusos. Todavía no tenemos grandes PDS, sin embargo, existen tecnologías avanzadas para perforar a grandes profundidades (unos 10 km), que tampoco tienen análogos en el mundo. Su mayor desarrollo reducirá drásticamente el costo de crear sistemas petrotérmicos. Los desarrolladores de estas tecnologías y proyectos son N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Instituto Geológico de la Academia Rusa de Ciencias), A. S. Nekrasov (Instituto de Previsión Económica de la Academia Rusa de Ciencias) y especialistas de la Planta de Turbinas Kaluga. Actualmente, el proyecto del sistema de circulación petrotérmica en Rusia se encuentra en la etapa piloto.

Hay perspectivas para la energía geotérmica en Rusia, aunque son relativamente lejanas: en este momento, el potencial es bastante grande y la posición de la energía tradicional es fuerte. Al mismo tiempo, en varias regiones remotas del país, el uso de energía geotérmica es económicamente rentable y tiene demanda incluso ahora. Estos son territorios con un alto potencial geoenergético (Chukotka, Kamchatka, las Kuriles, la parte rusa del "Cinturón de Fuego de la Tierra" del Pacífico, las montañas del sur de Siberia y el Cáucaso) y al mismo tiempo remotos y aislados del suministro centralizado de energía.

Es probable que en las próximas décadas la energía geotérmica en nuestro país se desarrolle precisamente en dichas regiones.

Kirill Degtyarev,
Investigador, Universidad Estatal de Moscú MV Lomonosov
"Ciencia y Vida" No. 9, No. 10 2013

2. Régimen térmico de la Tierra

La tierra es un cuerpo cósmico frío. La temperatura de la superficie depende principalmente del calor suministrado desde el exterior. El 95% del calor de la capa superior de la Tierra es externo calor (solar) y solo 5% de calor interno , que proviene de las entrañas de la Tierra e incluye varias fuentes de energía. En las entrañas de la Tierra, la temperatura aumenta con la profundidad desde 1300 o C (en el manto superior) hasta 3700 o C (en el centro del núcleo).

calor externo. El calor llega a la superficie de la Tierra principalmente del Sol. Cada centímetro cuadrado de la superficie recibe alrededor de 2 calorías de calor en un minuto. Este valor se llama constante solar y determina la cantidad total de calor que llega a la Tierra desde el Sol. Durante un año, equivale a 2,26 10 21 calorías. La profundidad de penetración del calor solar en las entrañas de la Tierra depende principalmente de la cantidad de calor que cae por unidad de superficie y de la conductividad térmica de las rocas. La profundidad máxima a la que penetra el calor externo es de 200 m en los océanos y de unos 40 m en la tierra.

calor interno. Con la profundidad se produce un aumento de la temperatura, que se produce de forma muy desigual en los diferentes territorios. El aumento de temperatura sigue una ley adiabática y depende de la compresión de la sustancia bajo presión cuando el intercambio de calor con el ambiente es imposible.

Las principales fuentes de calor en el interior de la Tierra:

Calor liberado durante la desintegración radiactiva de los elementos.

Calor residual sobrante de la formación de la Tierra.

Calor gravitacional liberado durante la compresión de la Tierra y la distribución de la materia en densidad.

Calor generado por reacciones químicas que ocurren en las profundidades de la corteza terrestre.

Calor liberado por la fricción de las mareas de la Tierra.

Hay 3 zonas de temperatura:

I- zona de temperatura variable . El cambio de temperatura está determinado por el clima de la zona. Las fluctuaciones diarias prácticamente desaparecen a una profundidad de aproximadamente 1,5 m, y las fluctuaciones anuales a profundidades de 20 ... 30 m. Ia - zona de congelación.

yo- zona de temperatura constante ubicados a profundidades de 15…40 m, dependiendo de la región.

III- zona caliente .

El régimen de temperatura de las rocas en las entrañas de la corteza terrestre suele expresarse mediante un gradiente geotérmico y un escalón geotérmico.

La cantidad de aumento de temperatura por cada 100 m de profundidad se llama gradiente geotérmico. En África, en el campo de Witwatersrand, es de 1,5 °С, en Japón (Echigo) - 2,9 °С, en Australia del Sur - 10,9 °С, en Kazajstán (Samarinda) - 6,3 °С, en la península de Kola - 0,65 °С .

Arroz. 3. Zonas de temperatura en la corteza terrestre: I - zona de temperatura variable, Ia - zona de congelación; II - zona de temperaturas constantes; III - zona de aumento de temperatura.

La profundidad a la que la temperatura aumenta 1 grado se llama paso geotérmico. Los valores numéricos del paso geotérmico no son constantes no solo a diferentes latitudes, sino también a diferentes profundidades de un mismo punto de la región. El valor del paso geotérmico varía de 1,5 a 250 m. En Arkhangelsk es de 10 m, en Moscú - 38,4 my en Pyatigorsk - 1,5 m. Teóricamente, el valor promedio de este paso es de 33 m.

En un pozo perforado en Moscú a una profundidad de 1.630 m, la temperatura de fondo de pozo era de 41 °C, y en una mina perforada en el Donbass a una profundidad de 1.545 m, la temperatura era de 56,3 °C. La temperatura más alta se registró en los EE. UU. en un pozo con una profundidad de 7136 m, donde es igual a 224 °C. El aumento de la temperatura con la profundidad debe tenerse en cuenta al diseñar estructuras profundas Según los cálculos, a una profundidad de 400 km la temperatura debería alcanzar los 1400...1700 °C. Las temperaturas más altas (alrededor de 5000 °C) se obtuvieron para el núcleo de la Tierra.

Con el desarrollo y formación de la sociedad, la humanidad comenzó a buscar formas cada vez más modernas y al mismo tiempo económicas de obtener energía. Para ello, hoy en día se construyen diversas estaciones, pero al mismo tiempo se aprovecha ampliamente la energía contenida en las entrañas de la tierra. ¿Cómo es ella? Intentemos resolverlo.

energía geotérmica

Ya por el nombre está claro que representa el calor del interior de la tierra. Debajo de la corteza terrestre hay una capa de magma, que es un derretimiento de silicato líquido y ardiente. Según los datos de la investigación, el potencial energético de este calor es mucho mayor que la energía de las reservas mundiales de gas natural y petróleo. Magma sale a la superficie - lava. Además, la mayor actividad se observa en aquellas capas de la tierra en las que se encuentran los límites de las placas tectónicas, así como donde la corteza terrestre se caracteriza por su delgadez. La energía geotérmica de la tierra se obtiene de la siguiente manera: lava y Recursos hídricos Los planetas chocan, causando que el agua se caliente dramáticamente. Esto conduce a la erupción del géiser, la formación de los llamados lagos calientes y corrientes subterráneas. Es decir, precisamente aquellos fenómenos de la naturaleza, cuyas propiedades se utilizan activamente como energías.

Fuentes geotérmicas artificiales

La energía contenida en las entrañas de la tierra debe ser utilizada sabiamente. Por ejemplo, existe la idea de crear calderas subterráneas. Para hacer esto, debe perforar dos pozos de suficiente profundidad, que se conectarán en la parte inferior. Es decir, resulta que la energía geotérmica se puede obtener industrialmente en casi cualquier rincón del país: se bombeará agua fría al embalse a través de un pozo y se extraerá agua caliente o vapor a través del segundo. Las fuentes de calor artificial serán beneficiosas y racionales si el calor resultante proporcionará más energía. El vapor se puede enviar a generadores de turbina que generarán electricidad.

Por supuesto, el calor extraído es solo una fracción de lo que está disponible en las reservas totales. Pero debe recordarse que el calor profundo se repondrá constantemente debido a los procesos de compresión de rocas, estratificación de los intestinos. Según los expertos, la corteza terrestre acumula calor, cuya cantidad total es 5.000 veces mayor que el poder calorífico de todos los fósiles del interior de la tierra en su conjunto. Resulta que el tiempo de funcionamiento de tales estaciones geotérmicas creadas artificialmente puede ser ilimitado.

Características de la fuente

Las fuentes que hacen posible la obtención de energía geotérmica son casi imposibles de aprovechar en su totalidad. Existen en más de 60 países del mundo, con la mayor cantidad de volcanes terrestres en el territorio del cinturón de fuego volcánico del Pacífico. Pero en la práctica, resulta que las fuentes geotérmicas en diferentes regiones del mundo son completamente diferentes en sus propiedades, a saber, temperatura promedio, salinidad, composición del gas, acidez, etc.

Los géiseres son fuentes de energía en la Tierra, cuya peculiaridad es que arrojan agua hirviendo a ciertos intervalos. Después de la erupción, la poza queda libre de agua, en su fondo se puede ver un canal que se adentra profundamente en el suelo. Los géiseres se utilizan como fuentes de energía en regiones como Kamchatka, Islandia, Nueva Zelanda y América del Norte, y los géiseres individuales se encuentran en varias otras áreas.

¿De dónde viene la energía?

bastante cerca de superficie de la Tierra se encuentra el magma sin enfriar. De él se desprenden gases y vapores, que suben y pasan a través de las grietas. mezclando con agua subterránea, hacen que se calienten, ellos mismos se convierten en agua caliente en el que se disuelven muchas sustancias. Dicha agua se libera a la superficie de la tierra en forma de diversas fuentes geotérmicas: fuentes termales, manantiales minerales, géiseres, etc. Según los científicos, las entrañas calientes de la tierra son cuevas o cámaras conectadas por pasajes, grietas y canales. Simplemente están llenos de agua subterránea y muy cerca de ellos hay cámaras de magma. Así es como se forma naturalmente energía térmica tierra.

campo electrico de la tierra

Existe otra fuente de energía alternativa en la naturaleza, que es renovable, respetuosa con el medio ambiente y fácil de usar. Es cierto que hasta ahora esta fuente solo se ha estudiado y no se ha aplicado en la práctica. Entonces, la energía potencial de la Tierra se encuentra en su campo eléctrico. Se puede obtener energía de esta forma en base al estudio de las leyes básicas de la electrostática y características campo eléctrico Tierra. De hecho, nuestro planeta desde el punto de vista eléctrico es un condensador esférico cargado hasta 300.000 voltios. Su esfera interior tiene carga negativa y la exterior, la ionosfera, es positiva. es un aislante. A través de él hay un flujo constante de corrientes iónicas y convectivas, que alcanzan intensidades de muchos miles de amperios. Sin embargo, la diferencia de potencial entre las placas no disminuye en este caso.

Esto sugiere que en la naturaleza hay un generador, cuya función es reponer constantemente la fuga de cargas de las placas del condensador. El campo magnético de la Tierra actúa como tal generador, girando junto con nuestro planeta en una corriente. viento solar. La energía del campo magnético terrestre se puede obtener simplemente conectando un consumidor de energía a este generador. Para hacer esto, necesita instalar una tierra confiable.

Recursos renovables

A medida que la población de nuestro planeta crece constantemente, necesitamos más y más energía para abastecer a la población. La energía contenida en las entrañas de la tierra puede ser muy diferente. Por ejemplo, existen fuentes renovables: energía eólica, solar e hidráulica. Son respetuosos con el medio ambiente y, por lo tanto, puede usarlos sin temor a dañar el medio ambiente.

energía del agua

Este método se ha utilizado durante muchos siglos. Hoy en día, se han construido una gran cantidad de presas y embalses, en los que se utiliza el agua para generar energía eléctrica. La esencia de este mecanismo es simple: bajo la influencia del flujo del río, las ruedas de las turbinas giran, respectivamente, la energía del agua se convierte en energía eléctrica.

hoy hay un gran número de centrales hidroeléctricas que convierten la energía del flujo de agua en electricidad. La peculiaridad de este método es que es renovable, respectivamente, tales diseños tienen un bajo costo. Es por eso que, a pesar de que la construcción de centrales hidroeléctricas lleva bastante tiempo y el proceso en sí es muy costoso, estas instalaciones superan significativamente a las industrias intensivas en electricidad.

Energía solar: moderna y prometedora

La energía solar se obtiene mediante paneles solares, sin embargo tecnologías modernas permitir el uso de nuevos métodos para ello. El sistema más grande del mundo se construye en el desierto de California. Abastece íntegramente de energía a 2.000 hogares. El diseño funciona de la siguiente manera: los espejos reflejan rayos de sol, que se envían a la caldera central de agua. Hierve y se convierte en vapor, que hace girar la turbina. Este, a su vez, está conectado a un generador eléctrico. El viento también puede ser utilizado como la energía que nos da la Tierra. El viento sopla las velas, hace girar los molinos. Y ahora, con su ayuda, puede crear dispositivos que generarán energía eléctrica. Al girar las aspas del molino de viento, impulsa el eje de la turbina, que, a su vez, está conectado a un generador eléctrico.

Energía interna de la Tierra

Apareció como resultado de varios procesos, los principales de los cuales son la acreción y la radiactividad. Según los científicos, la formación de la Tierra y su masa se llevó a cabo durante varios millones de años, y esto sucedió debido a la formación de planetesimales. Se mantuvieron juntos, respectivamente, la masa de la Tierra se hizo cada vez más. Después de que nuestro planeta comenzó a tener una masa moderna, pero todavía carecía de atmósfera, los cuerpos meteóricos y asteroides cayeron sobre él sin obstáculos. Este proceso se llama simplemente acreción y condujo al hecho de que se liberó una energía gravitatoria significativa. Y cuanto más grandes chocaban contra el planeta, mayor era la cantidad de energía contenida en las entrañas de la Tierra que se liberaba.

Esta diferenciación gravitacional condujo al hecho de que las sustancias comenzaron a separarse: las sustancias pesadas simplemente se hundían, mientras que las sustancias ligeras y volátiles flotaban. La diferenciación también afectó la liberación adicional de energía gravitatoria.

Energía Atómica

El uso de la energía de la tierra puede ocurrir de diferentes maneras. Por ejemplo, con la ayuda de la construcción de plantas de energía nuclear, cuando se libera energía térmica debido a la descomposición de las partículas más pequeñas de materia atómica. El combustible principal es el uranio, que está contenido en la corteza terrestre. Muchos creen que este método de obtención de energía es el más prometedor, pero su uso está asociado con una serie de problemas. Primero, el uranio emite radiación que mata a todos los organismos vivos. Además, si esta sustancia ingresa al suelo o la atmósfera, ocurrirá un verdadero desastre provocado por el hombre. Estamos viviendo las tristes consecuencias del accidente en la central nuclear de Chernóbil hasta el día de hoy. El peligro radica en el hecho de que desecho radioactivo puede amenazar a todos los seres vivos durante mucho, mucho tiempo, durante milenios.

Nuevo tiempo - nuevas ideas

Por supuesto, la gente no se detiene allí, y cada año se realizan más y más intentos de encontrar nuevas formas de obtener energía. Si la energía del calor de la tierra se obtiene de manera bastante simple, entonces algunos métodos no son tan simples. Por ejemplo, como fuente de energía, es bastante posible utilizar gas biológico, que se obtiene durante la descomposición de los desechos. Se puede utilizar para calentar casas y calentar agua.

Cada vez más, se están construyendo cuando se instalan presas y turbinas en las bocas de los embalses, que son impulsadas por flujos y reflujos, respectivamente, se obtiene electricidad.

Quemando basura, obtenemos energía

Otro método que ya se está utilizando en Japón es la creación de incineradores. Hoy se construyen en Inglaterra, Italia, Dinamarca, Alemania, Francia, los Países Bajos y los EE. UU., pero solo en Japón, estas empresas comenzaron a usarse no solo para el propósito previsto, sino también para generar electricidad. En las fábricas locales, se queman 2/3 de toda la basura, mientras que las fábricas están equipadas con turbinas de vapor. En consecuencia, suministran calor y electricidad a las áreas cercanas. Al mismo tiempo, en términos de costos, construir una empresa de este tipo es mucho más rentable que construir una central térmica.

Más tentadora es la perspectiva de utilizar el calor de la Tierra donde se concentran los volcanes. En este caso, no será necesario perforar demasiado la Tierra, ya que a una profundidad de 300 a 500 metros, la temperatura será al menos el doble del punto de ebullición del agua.

También existe esa forma de generar electricidad, ya que el hidrógeno, el elemento químico más simple y liviano, puede considerarse un combustible ideal, porque está donde hay agua. Si quemas hidrógeno, puedes obtener agua, que se descompone en oxígeno e hidrógeno. La llama de hidrógeno en sí es inofensiva, es decir, no dañará el medio ambiente. La peculiaridad de este elemento es que tiene un alto poder calorífico.

¿Qué hay en el futuro?

Por supuesto, la energía del campo magnético terrestre o la que se obtiene en las centrales nucleares no puede satisfacer plenamente todas las necesidades de la humanidad, que crecen cada año. Sin embargo, los expertos aseguran que no hay razón para preocuparse, ya que los recursos de combustible del planeta aún son suficientes. Además, cada vez se utilizan más fuentes nuevas, respetuosas con el medio ambiente y renovables.

El problema de la contaminación ambiental persiste y está creciendo catastróficamente rápido. La cantidad de emisiones nocivas se sale de escala, respectivamente, el aire que respiramos es nocivo, el agua tiene impurezas peligrosas y el suelo se agota gradualmente. Por eso es tan importante estudiar oportunamente un fenómeno como la energía en las entrañas de la Tierra para buscar formas de reducir la necesidad de combustibles fósiles y hacer un uso más activo de las fuentes de energía no tradicionales.

Esta energía pertenece a fuentes alternativas. Hoy en día, cada vez más se mencionan las posibilidades de obtención de recursos que nos brinda el planeta. Podemos decir que vivimos en una era de moda para las energías renovables. Se están creando muchas soluciones técnicas, planes, teorías en esta área.

Está en lo profundo de las entrañas de la tierra y tiene las propiedades de la renovación, en otras palabras, es interminable. Los recursos clásicos, según los científicos, comienzan a agotarse, se agotará el petróleo, el carbón, el gas.

Planta de energía geotérmica de Nesjavellir, Islandia

Por lo tanto, uno puede prepararse gradualmente para adoptar nuevos métodos alternativos de producción de energía. Debajo de la corteza terrestre hay un poderoso núcleo. Su temperatura oscila entre los 3000 y los 6000 grados. El movimiento de las placas litosféricas demuestra su tremendo poder. Se manifiesta en forma de chapoteo volcánico de magma. En las profundidades, se produce la descomposición radiactiva, lo que a veces provoca tales desastres naturales.

Por lo general, el magma calienta la superficie sin ir más allá. Así se obtienen los géiseres o pozas de agua tibia. Por lo tanto, es posible utilizar procesos físicos en los propósitos correctos para la humanidad

Tipos de fuentes de energía geotérmica

Suele dividirse en dos tipos: energía hidrotérmica y petrotérmica. El primero se forma debido a fuentes cálidas, y el segundo tipo es la diferencia de temperatura en la superficie y en las profundidades de la tierra. Para decirlo con tus propias palabras, un manantial hidrotermal se compone de vapor y agua caliente, mientras que un manantial petrotermal está escondido en las profundidades del subsuelo.

Mapa del potencial de desarrollo de la energía geotérmica en el mundo

Para la energía petrotérmica, es necesario perforar dos pozos, llenar uno con agua, después de lo cual ocurrirá un proceso de elevación, que saldrá a la superficie. Hay tres clases de áreas geotérmicas:

• Geotérmica: ubicada cerca de las placas continentales. Gradiente de temperatura superior a 80C/km. Como ejemplo, la comuna italiana de Larderello. Hay una planta de energía
• Semitérmico - temperatura 40 - 80 C / km. Estos son acuíferos naturales, que consisten en rocas trituradas. En algunos lugares de Francia, los edificios se calientan de esta manera.
• Normal - pendiente inferior a 40 C/km. La representación de tales áreas es más común

Son una excelente fuente para el consumo. Están en la roca, a cierta profundidad. Echemos un vistazo más de cerca a la clasificación:

• Epitermal - temperatura de 50 a 90 s
• Mesotérmico - 100 - 120 s
• Hipotermia - más de 200 s

Estas especies están compuestas por composición química. Dependiendo de ello, el agua se puede utilizar para diversos fines. Por ejemplo, en la producción de electricidad, suministro de calor (vías térmicas), base de materias primas.

Vídeo: Energía Geotérmica

Proceso de suministro de calor

La temperatura del agua es de 50 a 60 grados, lo cual es óptimo para la calefacción y el suministro de agua caliente de un área residencial. Necesidad de sistemas de calefacción depende de la ubicación geográfica y condiciones climáticas. Y la gente necesita constantemente las necesidades de suministro de agua caliente. Para este proceso se están construyendo GTS (estaciones térmicas geotérmicas).

Si para la producción clásica de energía térmica se utiliza una sala de calderas que consume combustible sólido o gaseoso, en esta producción se utiliza una fuente de géiser. El proceso técnico es muy sencillo, las mismas comunicaciones, vías térmicas y equipamiento. Basta con perforar un pozo, limpiarlo de gases, luego enviarlo a la sala de calderas con bombas, donde se mantendrá el programa de temperatura, y luego ingresará a la calefacción principal.

La principal diferencia es que no es necesario utilizar una caldera de combustible. Esto reduce significativamente el costo de la energía térmica. En invierno, los suscriptores reciben suministro de calefacción y agua caliente, y en verano solo suministro de agua caliente.

Generación de energía

Las fuentes termales, los géiseres son los componentes principales en la producción de electricidad. Para esto, se utilizan varios esquemas, se están construyendo centrales eléctricas especiales. Dispositivo GTS:

• Depósito de ACS
• Bomba
• separador de gases
• separador de vapor
• turbina generadora
• Condensador
• bomba de refuerzo
• Tanque - enfriador

Como puede ver, el elemento principal del circuito es un convertidor de vapor. Esto permite obtener vapor purificado, ya que contiene ácidos que destruyen los equipos de la turbina. Es posible utilizar un esquema mixto en el ciclo tecnológico, es decir, agua y vapor están involucrados en el proceso. El líquido pasa por toda la etapa de purificación de gases, así como de vapor.

Circuito con fuente binaria

El componente de trabajo es un líquido con un punto de ebullición bajo. El agua termal también interviene en la producción de electricidad y sirve como materia prima secundaria.

Con su ayuda, se forma una fuente de vapor de bajo punto de ebullición. GTS con tal ciclo de trabajo puede automatizarse completamente y no requiere la presencia de personal de mantenimiento. Las estaciones más potentes utilizan un esquema de dos circuitos. Este tipo de central eléctrica permite alcanzar una capacidad de 10 MW. Estructura de doble circuito:

• generador de vapor
• Turbina
• Condensador
• Eyector
• Bomba de alimentación
• economizador
• Evaporador

Uso práctico

Enormes reservas de fuentes son muchas veces mayores que el consumo anual de energía. Pero sólo una pequeña fracción es utilizada por la humanidad. La construcción de las estaciones data de 1916. En Italia, se creó el primer GeoTPP con una capacidad de 7,5 MW. La industria se está desarrollando activamente en países como: EE. UU., Islandia, Japón, Filipinas, Italia.

Se están realizando exploraciones activas de sitios potenciales y métodos de extracción más convenientes. La capacidad de producción crece año tras año. Si tenemos en cuenta el indicador económico, entonces el costo de dicha industria es igual a las centrales térmicas de carbón. Islandia cubre casi por completo el parque comunitario y de viviendas con una fuente GT. El 80% de los hogares utilizan agua caliente de pozo para calefacción. Expertos de EE. UU. afirman que, con un desarrollo adecuado, los GeoTPP pueden producir 30 veces más que el consumo anual. Si hablamos del potencial, entonces 39 países del mundo podrán autoabastecerse completamente de electricidad si utilizan las entrañas de la tierra al 100 por ciento.