Երկրի միջուկային ջերմություն. Երկրաջերմային էներգիան և դրա արտադրության եղանակները

Ռուսաստանի համար Երկրի ջերմության էներգիան կարող է դառնալ մշտական, հուսալի աղբյուր ապահովելու էժան և մատչելի էլեկտրաէներգիա և ջերմություն՝ օգտագործելով նոր բարձր, էկոլոգիապես մաքուր տեխնոլոգիաներ դրա արդյունահանման և սպառողին մատակարարելու համար: Սա հատկապես ճիշտ է մեր օրերում։

Հանածո էներգիայի հումքի սահմանափակ ռեսուրսներ

Օրգանական էներգետիկ հումքի պահանջարկը մեծ է արդյունաբերական զարգացած և զարգացող երկրներ(ԱՄՆ, Ճապոնիա, միացյալ Եվրոպայի նահանգներ, Չինաստան, Հնդկաստան և այլն)։ Միևնույն ժամանակ, այդ երկրներում նրանց սեփական ածխաջրածնային ռեսուրսները կա՛մ անբավարար են, կա՛մ պահուստավորված, և մի երկիր, օրինակ ԱՄՆ-ը, էներգիայի հումք է գնում արտասահմանում կամ հանքավայրեր է զարգացնում այլ երկրներում:

Էներգառեսուրսներով ամենահարուստ երկրներից մեկում՝ Ռուսաստանում, էներգետիկայի տնտեսական կարիքները դեռ բավարարվում են բնական ռեսուրսների օգտագործման հնարավորություններով։ Այնուամենայնիվ, ընդերքից հանածո ածխաջրածինների արդյունահանումն ընթանում է շատ արագ տեմպերով։ Եթե ​​1940-1960-ական թթ. նավթարդյունահանող հիմնական շրջանները եղել են «Երկրորդ Բաքուն» Վոլգայի և Ուրալի շրջաններում, այնուհետև, սկսած 1970-ական թվականներից և մինչ այժմ, այդպիսի տարածք է. Արևմտյան Սիբիր... Բայց այստեղ նույնպես նկատվում է հանածո ածխաջրածինների արտադրության զգալի անկում։ Կենոմանյան «չոր» գազի դարաշրջանն անցնում է. Ավարտվել է բնական գազի արդյունահանման ծավալուն զարգացման նախորդ փուլը։ Դրա արդյունահանումը այնպիսի հսկա դաշտերից, ինչպիսիք են Մեդվեժյեն, Ուրենգոյսկոյեն և Յամբուրգսկոյեն, կազմել են համապատասխանաբար 84, 65 և 50%: Ժամանակի ընթացքում նվազում է նաև նավթի զարգացման համար նպաստավոր պաշարների տեսակարար կշիռը։

Ածխաջրածնային վառելանյութերի ակտիվ սպառման պատճառով զգալիորեն նվազել են ցամաքային նավթի և բնական գազի պաշարները։ Այժմ նրանց հիմնական պաշարները կենտրոնացած են մայրցամաքային շելֆի վրա։ Եվ չնայած նավթի և գազի արդյունաբերության հումքային բազան դեռևս բավարար է Ռուսաստանում նավթի և գազի արդյունահանման համար անհրաժեշտ ծավալներով, մոտ ապագայում այն ​​ավելի մեծ չափով կապահովվի դժվար արդյունահանմամբ հանքավայրերի զարգացման միջոցով: և երկրաբանական պայմանները։ Ածխաջրածնային հումքի արտադրության արժեքը կշարունակի աճել։

Ընդերքից արդյունահանվող ոչ վերականգնվող ռեսուրսների մեծ մասն օգտագործվում է որպես էլեկտրակայանների վառելիք։ Առաջին հերթին դա է, որի մասնաբաժինը վառելիքի կառուցվածքում կազմում է 64%։

Ռուսաստանում էլեկտրաէներգիայի 70%-ն արտադրվում է ՋԷԿ-երում։ Երկրի էներգետիկ ձեռնարկությունները տարեկան այրում են մոտ 500 մլն տոննա համարժեք վառելիք։ տ. էլեկտրաէներգիա և ջերմություն արտադրելու համար, մինչդեռ ջերմության արտադրության համար ածխաջրածնային վառելիքը ծախսվում է 3-4 անգամ ավելի, քան էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։

Ածխաջրածնային հումքի այս ծավալների այրումից ստացված ջերմության քանակը համարժեք է հարյուրավոր տոննա միջուկային վառելիքի օգտագործմանը՝ տարբերությունն ահռելի է։ Այնուամենայնիվ, միջուկային էներգիան պահանջում է բնապահպանական անվտանգություն (չեռնոբիլի կրկնությունը բացառելու համար) և դրա պաշտպանությունը հնարավոր ահաբեկչական հարձակումներից, ինչպես նաև հնացած և հնացած ԱԷԿ-ի էներգաբլոկների անվտանգ և ծախսատար ապամոնտաժում: Աշխարհում ուրանի վերականգնվող ապացուցված պաշարները կազմում են մոտ 3 մլն 400 հազար տոննա, ամբողջ նախորդ ժամանակահատվածում (մինչև 2007 թվականը) արդյունահանվել է մոտ 2 մլն տոննա։

RES-ը որպես համաշխարհային էներգետիկայի ապագա

Աշխարհում վերջին տասնամյակների ընթացքում աճող հետաքրքրությունը այլընտրանքային վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների (ՎԷ) նկատմամբ պայմանավորված է ոչ միայն ածխաջրածնային վառելիքի պաշարների սպառմամբ, այլև լուծելու անհրաժեշտությամբ. բնապահպանական խնդիրները... Օբյեկտիվ գործոններ (հանածո վառելիքի և ուրանի պաշարներ, ինչպես նաև փոփոխություններ միջավայրըկապված ավանդական կրակի և միջուկային էներգիայի օգտագործման հետ) և էներգիայի զարգացման միտումները թույլ են տալիս պնդել, որ անցումը էներգիայի արտադրության նոր մեթոդներին և ձևերին անխուսափելի է: Արդեն XXI դարի առաջին կեսին։ տեղի կունենա ամբողջական կամ գրեթե ամբողջական անցում էներգիայի ոչ ավանդական աղբյուրներին:

Որքան շուտ այս ուղղությամբ բեկում մտցվի, այնքան դա ավելի քիչ ցավալի կլինի ողջ հասարակության համար և այնքան ձեռնտու այն երկրի համար, որտեղ վճռական քայլեր կձեռնարկվեն այս ուղղությամբ։

Համաշխարհային տնտեսությունն արդեն իսկ անցել է ավանդական և նոր էներգիայի աղբյուրների ռացիոնալ համակցությանն անցնելու ուղին։ 2000 թվականին աշխարհում էներգիայի սպառումը կազմել է ավելի քան 18 միլիարդ տոննա վառելիքի համարժեք: տ., իսկ էներգիայի սպառումը մինչև 2025 թվականը կարող է աճել մինչև 30–38 միլիարդ տ. տ., ըստ կանխատեսումների տվյալների, մինչև 2050 թվականը հնարավոր է 60 մլրդ տ.մ սպառում։ ժ) Համաշխարհային տնտեսության զարգացման բնորոշ միտումը դիտարկվող ժամանակահատվածում հանածո վառելիքի սպառման համակարգված նվազումն է և ոչ ավանդական էներգետիկ ռեսուրսների օգտագործման համապատասխան աճը: Դրանց մեջ Երկրի ջերմային էներգիան զբաղեցնում է առաջին տեղերից մեկը։

Ներկայումս Ռուսաստանի Դաշնության էներգետիկայի նախարարությունը ընդունել է ոչ ավանդական էներգիայի զարգացման ծրագիր, որը ներառում է ջերմային պոմպերի ագրեգատների (HPU) օգտագործման 30 խոշոր նախագծեր, որոնց սկզբունքը հիմնված է ցածր սպառման վրա: - Երկրի պոտենցիալ ջերմային էներգիա.

Ցածր կարգի Երկրի ջերմային էներգիա և ջերմային պոմպեր

Երկրի ջերմության ցածր պոտենցիալ էներգիայի աղբյուրներն են արեգակնային ճառագայթումը և ջերմային ճառագայթումը մեր մոլորակի տաքացած աղիքներից: Ներկայումս նման էներգիայի օգտագործումը էներգիայի ամենադինամիկ զարգացող ոլորտներից է, որը հիմնված է վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների վրա:

Երկրի ջերմությունը կարող է օգտագործվել տարբեր տեսակներՋեռուցման, տաք ջրամատակարարման, օդորակման (սառեցման), ինչպես նաև ձմեռային սեզոնին ջեռուցման ուղիների, սառցակալման կանխարգելման, բաց մարզադաշտերի ջեռուցման դաշտերի և այլնի և օդորակման համար նախատեսված շենքերը և օդորակիչները նշանակված են որպես GHP - «երկրաջերմային ջերմային պոմպեր. (երկրաջերմային ջերմային պոմպեր): Կենտրոնական և Հյուսիսային Եվրոպայի երկրների կլիմայական բնութագրերը, որոնք ԱՄՆ-ի և Կանադայի հետ միասին հանդիսանում են Երկրի ցածր պոտենցիալ ջերմության օգտագործման հիմնական շրջանները, դա որոշում են հիմնականում ջեռուցման նպատակներով. օդի սառեցում նույնիսկ ներսում ամառային շրջանպահանջվում է համեմատաբար հազվադեպ: Հետևաբար, ի տարբերություն ԱՄՆ-ի, ջերմային պոմպերը ներս են մտնում Եվրոպական երկրներաշխատում են հիմնականում ջեռուցման ռեժիմով: Միացյալ Նահանգներում դրանք ավելի հաճախ օգտագործվում են համակարգերում օդի ջեռուցում, համակցված օդափոխության հետ, որը թույլ է տալիս ինչպես տաքացնել, այնպես էլ հովացնել արտաքին օդը։ Եվրոպական երկրներում ջերմային պոմպերը սովորաբար օգտագործվում են տաք ջրի ջեռուցման համակարգերում: Քանի որ դրանց արդյունավետությունը մեծանում է գոլորշիչի և կոնդենսատորի միջև ջերմաստիճանի տարբերության նվազմամբ, հատակային ջեռուցման համակարգերը հաճախ օգտագործվում են շենքերը տաքացնելու համար, որոնցում հովացուցիչ նյութը շրջանառվում է համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում (35–40 ° C):

Երկրի ջերմության ցածր պոտենցիալ էներգիայի օգտագործման համակարգերի տեսակները

Ընդհանուր առմամբ, կարելի է առանձնացնել Երկրի ջերմության ցածր պոտենցիալ էներգիայի օգտագործման երկու տեսակի համակարգեր.

- բաց համակարգեր. ստորերկրյա ջրերը, որոնք ուղղակիորեն մատակարարվում են ջերմային պոմպերին, օգտագործվում են որպես ցածրորակ ջերմային էներգիայի աղբյուր.

- փակ համակարգեր. ջերմափոխանակիչները տեղակայված են հողի զանգվածում. երբ գետնին համեմատաբար իջեցված ջերմաստիճանով հովացուցիչ նյութը շրջանառվում է դրանց միջով, ջերմային էներգիան «վերցվում» է գետնից և փոխանցվում ջերմային պոմպի գոլորշիչին (կամ գետնի համեմատ բարձր ջերմաստիճան ունեցող հովացուցիչ նյութ օգտագործելիս այն սառչում է): .

Բաց համակարգերի թերություններն այն են, որ հորերը պահանջում են սպասարկում: Բացի այդ, նման համակարգերի օգտագործումը հնարավոր չէ բոլոր ոլորտներում: Հողի և ստորերկրյա ջրերի հիմնական պահանջները հետևյալն են.

- հողի բավարար ջրաթափանցելիություն, որը թույլ է տալիս համալրել ջրի պաշարները.

- ստորերկրյա ջրերի լավ քիմիական բաղադրություն (օրինակ՝ ցածր երկաթի պարունակություն)՝ խողովակների պատերի վրա նստվածքների առաջացման և կոռոզիայի հետ կապված խնդիրներից խուսափելու համար:

Երկրի ջերմության ցածր պոտենցիալ էներգիայի օգտագործման փակ համակարգեր

Փակ համակարգերը հորիզոնական և ուղղահայաց են (Նկար 1):

Բրինձ. 1. Երկրաջերմային ջերմային պոմպի տեղադրման դիագրամ՝ a - հորիզոնական

եւ բ - ուղղահայաց գրունտային ջերմափոխանակիչներ:

Հորիզոնական հողային ջերմափոխանակիչ

Արևմտյան և Կենտրոնական Եվրոպայի երկրներում հորիզոնական վերգետնյա ջերմափոխանակիչները սովորաբար առանձին խողովակներ են՝ համեմատաբար ամուր դրված և միացված հաջորդաբար կամ զուգահեռ (նկ. 2):

Բրինձ. 2. Հորիզոնական գրունտային ջերմափոխանակիչներ՝ ա - սերիական և

բ - զուգահեռ կապ.

Տարածքի տարածքը փրկելու համար, որտեղ ջերմությունը հանվում է, մշակվել են ջերմափոխանակիչների բարելավված տեսակներ, օրինակ՝ պարույրի տեսքով ջերմափոխանակիչներ (նկ. 3), որոնք գտնվում են հորիզոնական կամ ուղղահայաց: Ջերմափոխանակիչի այս ձևը տարածված է Միացյալ Նահանգներում:

Ածխաջրածիններով հարուստ մեր երկրում երկրաջերմային էներգիան էկզոտիկ ռեսուրս է, որը, հաշվի առնելով իրերի ներկա վիճակը, դժվար թե մրցակցի նավթի ու գազի հետ: Այնուամենայնիվ, էներգիայի այս այլընտրանքային ձևը կարելի է օգտագործել գրեթե ամենուր և բավականին արդյունավետ է։

Երկրաջերմային էներգիա- սա է երկրագնդի ներսի ջերմությունը: Այն առաջանում է խորքերում և դուրս գալիս Երկրի մակերևույթ տարբեր ձևերև տարբեր ինտենսիվությամբ:

Հողի վերին շերտերի ջերմաստիճանը հիմնականում կախված է արտաքին (էկզոգեն) գործոններից՝ արևի լույսից և օդի ջերմաստիճանից։ Ամռանը և ցերեկը հողը տաքանում է մինչև որոշակի խորություններ, իսկ ձմռանը և գիշերը սառչում է օդի ջերմաստիճանի փոփոխության հետևանքով և որոշակի ուշացումով՝ խորության հետ մեծանալով։ Օդի ջերմաստիճանի ամենօրյա տատանումների ազդեցությունն ավարտվում է մի քանի տասնյակ սանտիմետր խորություններում։ Սեզոնային տատանումները ծածկում են հողի ավելի խորը շերտերը՝ մինչև տասնյակ մետր:

Որոշակի խորության վրա՝ տասնյակից մինչև հարյուրավոր մետր, հողի ջերմաստիճանը պահպանվում է հաստատուն՝ հավասար Երկրի մակերևույթի օդի տարեկան միջին ջերմաստիճանին: Դրանում հեշտ է համոզվել՝ իջնելով բավական խորը քարանձավ։

Երբ միջին տարեկան ջերմաստիճանըօդն այս տարածքում զրոյից ցածր է, սա դրսևորվում է որպես մշտական ​​սառույց (ավելի ճիշտ՝ հավերժական սառույց): Արեւելյան Սիբիրում ամբողջ տարվա ընթացքում սառեցված հողերի հաստությունը, այսինքն՝ հաստությունը տեղ-տեղ հասնում է 200-300 մ-ի։

Որոշակի խորությունից (քարտեզի յուրաքանչյուր կետի համար իր սեփականը) Արեգակի և մթնոլորտի ազդեցությունն այնքան է թուլանում, որ առաջին պլան են մղվում էնդոգեն (ներքին) գործոնները, և երկրի ներսը տաքանում է ներսից, այնպես որ ջերմաստիճանը սկսում է բարձրանալ խորությամբ:

Երկրի խորքային շերտերի տաքացումը հիմնականում կապված է այնտեղ տեղակայված ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման հետ, թեև ջերմության այլ աղբյուրներ կոչվում են նաև, օրինակ, ֆիզիկաքիմիական, տեկտոնական պրոցեսներ երկրակեղևի և թիկնոցի խորը շերտերում: Բայց ինչ էլ որ լինի պատճառը, ապարների և հարակից հեղուկ ու գազային նյութերի ջերմաստիճանը խորությամբ աճում է: Հանքագործները բախվում են այս երևույթի հետ՝ խորը հանքերում միշտ շոգ է։ 1 կմ խորության վրա երեսուն աստիճան տաքությունը նորմալ է, իսկ ավելի խորը ջերմաստիճանն էլ ավելի բարձր է։

Երկրի ինտերիերի ջերմային հոսքը, հասնելով Երկրի մակերևույթին, փոքր է. միջինում դրա հզորությունը կազմում է 0,03–0,05 Վտ / մ 2 կամ մոտ 350 Վտ · ժ / մ 2 տարեկան: Արեգակից ջերմային հոսքի և նրանով տաքացվող օդի ֆոնին սա աննկատելի արժեք է՝ Արևը տալիս է բոլորին. քառակուսի մետրԵրկրի մակերեսը տարեկան կազմում է մոտ 4000 կՎտժ, այսինքն՝ 10000 անգամ ավելի (իհարկե, սա միջին հաշվով՝ բևեռային և հասարակածային լայնությունների միջև հսկայական տատանումներով և կախված այլ կլիմայական և եղանակային գործոններից):

Ջերմային հոսքի աննշանությունը մոլորակի մեծ մասում խորքերից դեպի մակերես կապված է ապարների ցածր ջերմահաղորդականության և երկրաբանական կառուցվածքի առանձնահատկությունների հետ։ Բայց կան բացառություններ՝ վայրեր, որտեղ ջերմային հոսքը բարձր է։ Դրանք, առաջին հերթին, տեկտոնական խզվածքների, սեյսմիկ ակտիվության և հրաբխի աճի գոտիներն են, որտեղ ելք է գտնում երկրագնդի ներքին էներգիան։ Նման գոտիներին բնորոշ են լիթոսֆերայի ջերմային անոմալիաները, այստեղ Երկրի մակերեսին հասնող ջերմային հոսքը կարող է մի քանի անգամ և նույնիսկ մեծության կարգերով ավելի հզոր լինել, քան «սովորականը»։ Հրաբխային ժայթքումները և տաք ջրի աղբյուրները հսկայական քանակությամբ ջերմություն են տեղափոխում այս գոտիների մակերեսին:

Հենց այս տարածքներն են առավել բարենպաստ երկրաջերմային էներգիայի զարգացման համար։ Ռուսաստանի տարածքում դրանք, առաջին հերթին, Կամչատկան, Կուրիլյան կղզիները և Կովկասն են։

Միևնույն ժամանակ, երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը հնարավոր է գրեթե ամենուր, քանի որ խորության հետ ջերմաստիճանի բարձրացումը ամենուր տարածված երևույթ է, և խնդիրն աղիքներից ջերմություն «արդյունահանելն» է, ինչպես հանքային հումք են արդյունահանվում այնտեղից:

Միջին հաշվով, ջերմաստիճանը բարձրանում է խորության հետ 2,5–3 ° C-ով յուրաքանչյուր 100 մ-ի համար: Տարբեր խորություններում գտնվող երկու կետերի միջև ջերմաստիճանի տարբերության հարաբերակցությունը նրանց միջև խորության տարբերությանը կոչվում է երկրաջերմային գրադիենտ:

Փոխադարձը երկրաջերմային քայլն է կամ խորության միջակայքը, որի դեպքում ջերմաստիճանը բարձրանում է 1 ° C-ով:

Որքան բարձր է գրադիենտը և, համապատասխանաբար, որքան ցածր է քայլը, այնքան ավելի է մոտենում Երկրի խորքերի ջերմությունը մակերեսին և այնքան խոստումնալից է այս տարածքը երկրաջերմային էներգիայի զարգացման համար։

Տարբեր տարածքներում, կախված երկրաբանական կառուցվածքից և այլ տարածաշրջանային և տեղական պայմաններից, ջերմաստիճանի բարձրացման տեմպերը խորության հետ կարող են կտրուկ տարբերվել: Երկրի մասշտաբով երկրաջերմային գրադիենտների և աստիճանների մեծությունների տատանումները հասնում են 25 անգամ։ Օրինակ, Օրեգոնում (ԱՄՆ) գրադիենտը 150 ° C է մեկ կմ-ում, իսկ Հարավային Աֆրիկայում՝ 6 ° C մեկ կմ-ում։

Հարցն այն է, թե ինչպիսի՞ն է ջերմաստիճանը մեծ խորություններում՝ 5, 10 կմ կամ ավելի։ Եթե ​​միտումը շարունակվի, 10 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը միջինը պետք է լինի մոտ 250–300 ° C: Սա քիչ թե շատ հաստատվում է գերխորքային հորերի ուղիղ դիտարկումներով, թեև պատկերը շատ ավելի բարդ է, քան ջերմաստիճանի գծային աճը։

Օրինակ, Բալթյան բյուրեղային վահանում հորատված Կոլայի գերխոր հորատանցքում 3 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը փոխվում է 10 ° C / 1 կմ արագությամբ, այնուհետև երկրաջերմային գրադիենտը դառնում է 2–2,5 անգամ ավելի մեծ: 7 կմ խորության վրա արդեն գրանցվել է 120 ° C ջերմաստիճան, 10 կմ խորության վրա՝ 180 ° C, իսկ 12 կմ-ում՝ 220 ° C։

Մեկ այլ օրինակ է հորատված հորատանցքը Հյուսիսային Կասպից տարածաշրջանում, որտեղ գրանցվել է 42 °C ջերմաստիճան 500 մ խորության վրա, 70 °C 1,5 կմ, 80 °C 2 կմ և 108 °C 3 կմ խորության վրա։

Ենթադրվում է, որ երկրաջերմային գրադիենտը նվազում է՝ սկսած 20-30 կմ խորությունից. 100 կմ խորության վրա ենթադրյալ ջերմաստիճանները կազմում են մոտ 1300-1500 °C, 400 կմ խորության վրա՝ 1600 °C, Երկրի վրա։ միջուկ (6000 կմ-ից ավելի խորություններ) - 4000-5000 ° C:

Մինչև 10–12 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը չափվում է հորատված հորերի միջոցով. որտեղ դրանք բացակայում են, այն որոշվում է անուղղակի նշաններով այնպես, ինչպես ավելի մեծ խորություններում: Նման անուղղակի նշաններ կարող են լինել սեյսմիկ ալիքների անցման բնույթը կամ արտահոսող լավայի ջերմաստիճանը։

Այնուամենայնիվ, երկրաջերմային էներգիայի նպատակների համար 10 կմ-ից ավելի խորություններում ջերմաստիճանի տվյալները դեռ գործնական հետաքրքրություն չեն ներկայացնում:

Մի քանի կիլոմետր խորության վրա շատ ջերմություն կա, բայց ինչպե՞ս բարձրացնել այն: Երբեմն այս խնդիրը մեզ համար լուծում է հենց բնությունը՝ բնական ջերմային կրիչի օգնությամբ՝ տաքացվող ջերմային ջրերը, որոնք դուրս են գալիս մակերես կամ ընկած են մեզ համար մատչելի խորության վրա։ Որոշ դեպքերում խորքում ջուրը տաքացվում է գոլորշու վիճակի։

«Ջերմային ջրեր» տերմինի խիստ սահմանում չկա։ Որպես կանոն, դրանք նկատի ունեն տաք ստորերկրյա ջրերը հեղուկ վիճակում կամ գոլորշու տեսքով, ներառյալ նրանք, որոնք դուրս են գալիս Երկրի մակերևույթ 20 ° C-ից բարձր ջերմաստիճանով, այսինքն, որպես կանոն, օդի ջերմաստիճանից բարձր:

Ստորերկրյա ջրերի, գոլորշու, գոլորշի-ջուր խառնուրդների ջերմությունը հիդրոթերմային էներգիա է։ Ըստ այդմ, դրա օգտագործման վրա հիմնված էներգիան կոչվում է հիդրոթերմալ։

Իրավիճակն ավելի բարդ է ուղղակիորեն չոր ապարներից ջերմություն արտադրելու դեպքում՝ նավթաջերմային էներգիա, հատկապես, որ բավականին բարձր ջերմաստիճանները, որպես կանոն, սկսվում են մի քանի կիլոմետր խորությունից։

Ռուսաստանի տարածքում նավթաջերմային էներգիայի պոտենցիալը հարյուր անգամ գերազանցում է հիդրոթերմային էներգիայինը՝ համապատասխանաբար 3500 և 35 տրլն տոննա վառելիքի համարժեք: Սա միանգամայն բնական է. Երկրի խորքերի ջերմությունն ամենուր է, իսկ ջերմային ջրերը հանդիպում են տեղում: Սակայն ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրության ակնհայտ տեխնիկական դժվարությունների պատճառով ջերմային ջրերը ներկայումս հիմնականում օգտագործվում են:

20-30 ° C և 100 ° C ջերմաստիճան ունեցող ջրերը հարմար են ջեռուցման, 150 ° C և բարձր ջերմաստիճանների և երկրաջերմային էլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Ընդհանուր առմամբ, Ռուսաստանի տարածքում գտնվող երկրաջերմային ռեսուրսները տոննաներով համարժեք վառելիքի կամ էներգիայի չափման ցանկացած այլ միավորի առումով մոտ 10 անգամ գերազանցում են հանածո վառելիքի պաշարները։

Տեսականորեն միայն երկրաջերմային էներգիան կարող էր ամբողջությամբ բավարարել երկրի էներգետիկ կարիքները։ Գործնականում միացված է այս պահինիր տարածքի մեծ մասում դա անիրագործելի է տեխնիկական և տնտեսական պատճառներով:

Աշխարհում երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը ամենից հաճախ կապված է Իսլանդիայի հետ՝ մի երկիր, որը գտնվում է Միջինատլանտյան լեռնաշղթայի հյուսիսային ծայրում՝ չափազանց ակտիվ տեկտոնական և հրաբխային գոտում: Հավանաբար բոլորը հիշում են Էյջաֆյալաջոկուլ հրաբխի հզոր ժայթքումը ( Էյաֆջալաջոկուլ) 2010 թ.

Այս երկրաբանական առանձնահատկությունների շնորհիվ է, որ Իսլանդիան ունի երկրաջերմային էներգիայի հսկայական պաշարներ, ներառյալ տաք աղբյուրները, որոնք դուրս են գալիս Երկրի մակերևույթ և նույնիսկ արտահոսում գեյզերների տեսքով:

Իսլանդիայում սպառվող էներգիայի ավելի քան 60%-ը ներկայումս վերցվում է Երկրից: Ներառյալ երկրաջերմային աղբյուրները ապահովում են ջեռուցման 90%-ը և էլեկտրաէներգիայի արտադրության 30%-ը: Հավելում ենք, որ երկրի մնացած էլեկտրաէներգիան արտադրվում է հիդրոէլեկտրակայաններում, այսինքն՝ օգտագործելով նաև վերականգնվող էներգիայի աղբյուր, ինչի շնորհիվ Իսլանդիան մի տեսակ համաշխարհային բնապահպանական ստանդարտի տեսք ունի։

20-րդ դարում երկրաջերմային էներգիայի ընտելացումը զգալիորեն օգնեց Իսլանդիային տնտեսապես: Մինչև անցյալ դարի կեսերը այն շատ աղքատ երկիր էր, այժմ աշխարհում առաջին տեղն է զբաղեցնում մեկ շնչին ընկնող դրված հզորությամբ և երկրաջերմային էներգիայի արտադրությամբ և առաջին տասնյակում է երկրաջերմային դրվածքային հզորության բացարձակ արժեքով։ էլեկտրակայաններ. Այնուամենայնիվ, նրա բնակչությունը կազմում է ընդամենը 300 հազար մարդ, ինչը հեշտացնում է էկոլոգիապես մաքուր էներգիայի աղբյուրներին անցնելու խնդիրը. դրա կարիքները հիմնականում փոքր են:

Իսլանդիայից բացի, էլեկտրաէներգիայի արտադրության ընդհանուր հաշվեկշռում երկրաջերմային էներգիայի բարձր տեսակարար կշիռ ունեն Նոր Զելանդիան և Հարավարևելյան Ասիայի կղզի պետությունները (Ֆիլիպիններ և Ինդոնեզիա), Կենտրոնական Ամերիկայի և Արևելյան Աֆրիկայի երկրները, որոնց տարածքը գտնվում է. բնութագրվում է նաև բարձր սեյսմիկ և հրաբխային ակտիվությամբ։ Այս երկրների համար, հաշվի առնելով նրանց ներկայիս զարգացման մակարդակը և կարիքները, երկրաջերմային էներգիան զգալի ներդրում ունի սոցիալ-տնտեսական զարգացման մեջ:

Երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը շատ երկար պատմություն ունի։ Առաջին հայտնի օրինակներից մեկը Իտալիան է, մի վայր Տոսկանա նահանգում, որն այժմ կոչվում է Լարդերելլո, որտեղ դեռևս 19-րդ դարի սկզբին տեղական տաք ջերմային ջրերը, որոնք դուրս էին գալիս բնական ճանապարհով կամ արդյունահանվում էին ծանծաղ հորերից, օգտագործվում էին էներգետիկ նպատակներով։

Բորային թթու ստանալու համար այստեղ օգտագործվել են բորով հարուստ ստորգետնյա ջրեր։ Սկզբում այս թթուն ստանում էին երկաթե կաթսաներում գոլորշիացման արդյունքում, իսկ մոտակա անտառներից սովորական վառելափայտը վերցվում էր որպես վառելիք, բայց 1827 թվականին Ֆրանչեսկո Լարդերելը ստեղծեց համակարգ, որն աշխատում էր հենց ջրերի ջերմության վրա։ Միևնույն ժամանակ բնական ջրային գոլորշու էներգիան սկսեց օգտագործվել հորատման սարքերի շահագործման համար, իսկ 20-րդ դարի սկզբին՝ տեղական տների և ջերմոցների ջեռուցման համար։ Նույն տեղում՝ Լարդերելոյում, 1904 թվականին ջերմային ջրի գոլորշին դարձավ էներգիայի աղբյուր՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։

Որոշ այլ երկրներ հետևեցին Իտալիայի օրինակին 19-րդ դարի վերջին և 20-րդ դարի սկզբին: Օրինակ՝ 1892 թվականին ջերմային ջրերն առաջին անգամ օգտագործվել են տեղային ջեռուցման համար ԱՄՆ-ում (Բոիզ, Այդահո), 1919 թվականին՝ Ճապոնիայում, 1928 թվականին՝ Իսլանդիայում։

ԱՄՆ-ում առաջին հիդրոէլեկտրակայանը հայտնվել է Կալիֆորնիայում 1930-ականների սկզբին, Նոր Զելանդիայում՝ 1958 թվականին, Մեքսիկայում՝ 1959 թվականին, Ռուսաստանում (աշխարհի առաջին երկուական երկրաջերմային էլեկտրակայանը) 1965 թվականին ...

Հին սկզբունքը նոր աղբյուրի վրա

Էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը պահանջում է հիդրոաղբյուրի ավելի բարձր ջերմաստիճան, քան ջեռուցման համար՝ ավելի քան 150 °C: Երկրաջերմային էլեկտրակայանի (GeoPP) շահագործման սկզբունքը նման է սովորական ՋԷԿ-ի շահագործման սկզբունքին: Իրականում երկրաջերմային էլեկտրակայանը ՋԷԿ-ի տեսակ է։

ՋԷԿ-երում, որպես կանոն, ածուխը, գազը կամ մազութը հանդես են գալիս որպես էներգիայի հիմնական աղբյուր, իսկ ջրային գոլորշիները՝ որպես աշխատանքային հեղուկ: Վառելիքը, այրվելով, ջուրը տաքացնում է գոլորշու վիճակի, որը պտտում է շոգետուրբինը, և այն արտադրում է էլեկտրականություն։

GeoPP-ների միջև տարբերությունն այն է, որ այստեղ էներգիայի առաջնային աղբյուրը երկրագնդի ջերմությունն է, և աշխատանքային հեղուկը գոլորշու տեսքով մատակարարվում է էլեկտրական գեներատորի տուրբինի շեղբերներին «պատրաստի» տեսքով անմիջապես արտադրությունից։ լավ.

Գոյություն ունեն GeoPP-ի շահագործման երեք հիմնական սխեմաներ՝ ուղղակի, չոր (երկրաջերմային) գոլորշու օգտագործմամբ; անուղղակի, հիդրոթերմալ ջրի վրա հիմնված և խառը կամ երկուական:

Այս կամ այն ​​սխեմայի կիրառումը կախված է ագրեգացման վիճակից և էներգակիրի ջերմաստիճանից։

Ամենապարզը և, հետևաբար, յուրացված սխեմաներից առաջինը ուղիղ գիծն է, որի դեպքում ջրհորից եկող գոլորշին անմիջապես անցնում է տուրբինի միջով։ Աշխարհի առաջին GeoPP-ը Լարդերելոյում նույնպես գործել է չոր գոլորշու վրա 1904 թվականին:

Անուղղակի աշխատանքի սխեմայով GeoPP-ները մեր ժամանակներում ամենատարածվածն են: Նրանք օգտագործում են ստորգետնյա տաք ջուր, որը բարձր ճնշման տակ մղվում է գոլորշիչ, որտեղ դրա մի մասը գոլորշիացվում է, և ստացված գոլորշին պտտվում է տուրբինով։ Որոշ դեպքերում լրացուցիչ սարքեր և սխեմաներ են պահանջվում ագրեսիվ միացություններից երկրաջերմային ջուրը և գոլորշին մաքրելու համար:

Թափոնների գոլորշին մտնում է ներարկման ջրհորը կամ օգտագործվում է տարածքի ջեռուցման համար - այս դեպքում սկզբունքը նույնն է, ինչ CHP-ի շահագործման մեջ:

Երկուական GeoPP-ներում տաք ջերմային ջուրը փոխազդում է մեկ այլ հեղուկի հետ, որը գործում է որպես աշխատանքային հեղուկ՝ ավելի ցածր եռման կետով: Երկու հեղուկներն էլ անցնում են ջերմափոխանակիչով, որտեղ ջերմային ջուրը գոլորշիացնում է աշխատող հեղուկը, որի գոլորշին պտտում է տուրբինը։

Երկուական GeoPP-ի գործարկման սկզբունքը. Տաք ջերմային ջուրը փոխազդում է մեկ այլ հեղուկի հետ, որը գործում է որպես աշխատանքային հեղուկ և ունի ավելի ցածր եռման կետ: Երկու հեղուկներն էլ անցնում են ջերմափոխանակիչով, որտեղ ջերմային ջուրը գոլորշիացնում է աշխատող հեղուկը, որի գոլորշիներն իրենց հերթին պտտում են տուրբինը։

Այս համակարգը փակ է, որը լուծում է մթնոլորտ արտանետումների խնդիրը։ Բացի այդ, համեմատաբար ցածր եռման կետով աշխատող հեղուկները հնարավորություն են տալիս որպես էներգիայի առաջնային աղբյուր օգտագործել ոչ շատ տաք ջերմային ջրերը։

Բոլոր երեք սխեմաներն օգտագործում են հիդրոթերմալ աղբյուր, սակայն նավթաջերմային էներգիան կարող է օգտագործվել նաև էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Այս դեպքում սխեմատիկ դիագրամը նույնպես բավականին պարզ է. Անհրաժեշտ է հորատել երկու փոխկապակցված հորեր՝ ներարկման և արտադրական հորեր։ Ջուրը մղվում է ներարկման ջրհորի մեջ: Խորության վրա այն տաքանում է, ապա արտադրական հորի միջոցով մակերևույթ է մատակարարվում տաքացած ջուրը կամ ուժեղ տաքացման արդյունքում գոյացած գոլորշին։ Ավելին, ամեն ինչ կախված է նրանից, թե ինչպես է օգտագործվում նավթաջերմային էներգիան՝ ջեռուցման, թե էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։ Փակ ցիկլը հնարավոր է թափոնների գոլորշու և ջրի ներարկման հետ ներարկման ջրհորի մեջ կամ հեռացման այլ եղանակով:

Նավթաջերմային համակարգի սխեման. Համակարգը հիմնված է երկրի մակերեսի և նրա ընդերքի միջև ջերմաստիճանի գրադիենտի օգտագործման վրա, որտեղ ջերմաստիճանն ավելի բարձր է: Մակերեւույթից ջուրը մղվում է ներարկման ջրհորի մեջ և տաքացվում խորության վրա, այնուհետև տաքացվող ջուրը կամ տաքացման արդյունքում առաջացած գոլորշին արտադրական հորի միջոցով մատակարարվում է մակերեսին։

Նման համակարգի թերությունն ակնհայտ է. աշխատանքային հեղուկի բավականաչափ բարձր ջերմաստիճան ստանալու համար անհրաժեշտ է հորատել մեծ խորությամբ: Եվ դրանք լուրջ ծախսեր են և ջերմության զգալի կորստի վտանգ, երբ հեղուկը շարժվում է դեպի վեր: Հետևաբար, նավթաջերմային համակարգերը դեռևս ավելի քիչ են տարածված, քան հիդրոթերմալները, թեև նավթաջերմային էներգիայի պոտենցիալը մեծության կարգերով ավելի մեծ է:

Ներկայումս Ավստրալիան առաջատարն է այսպես կոչված նավթաջերմային շրջանառության համակարգերի (PCS) ստեղծման գործում: Բացի այդ, երկրաջերմային էներգիայի այս ուղղությունը ակտիվորեն զարգանում է ԱՄՆ-ում, Շվեյցարիայում, Մեծ Բրիտանիայում և Ճապոնիայում։

Լորդ Քելվինի նվերը

1852 թվականին ֆիզիկոս Ուիլյամ Թոմփսոնի (նույն ինքը՝ Լորդ Քելվին) կողմից ջերմային պոմպի գյուտը մարդկությանը իրական հնարավորություն ընձեռեց օգտագործելու հողի վերին շերտերի ցածր պոտենցիալ ջերմությունը։ Ջերմային պոմպի համակարգը կամ, ինչպես Թոմփսոնն է անվանել՝ ջերմության բազմապատկիչ, հիմնված է շրջակա միջավայրից սառնագենտի ջերմության փոխանցման ֆիզիկական գործընթացի վրա: Փաստորեն, այն օգտագործում է նույն սկզբունքը, ինչ նավթաջերմային համակարգերում: Տարբերությունը ջերմության աղբյուրի մեջ է, որի կապակցությամբ կարող է առաջանալ տերմինաբանական հարց՝ որքանո՞վ կարելի է ջերմային պոմպը համարել երկրաջերմային համակարգ։ Փաստն այն է, որ վերին շերտերում տասնյակից հարյուրավոր մետր խորություններում ապարներն ու դրանցում պարունակվող հեղուկները տաքանում են ոչ թե երկրի խոր ջերմությունից, այլ արևից։ Այսպիսով, այս դեպքում արևն է ջերմության առաջնային աղբյուրը, թեև այն վերցված է, ինչպես երկրաջերմային համակարգերում, երկրից:

Ջերմային պոմպի շահագործումը հիմնված է մթնոլորտի համեմատությամբ հողի տաքացման և հովացման հետաձգման վրա, որի արդյունքում մակերեսի և ավելի խորը շերտերի միջև ձևավորվում է ջերմաստիճանի գրադիենտ, որը ջերմություն է պահպանում նույնիսկ ձմռանը, ինչպես ինչ է տեղի ունենում ջրային մարմիններում. Ջերմային պոմպերի հիմնական նպատակը տարածքի ջեռուցումն է: Իրականում դա «հակադարձ սառնարան» է։ Ե՛վ ջերմային պոմպը, և՛ սառնարանը փոխազդում են երեք բաղադրիչների հետ՝ ներքին միջավայր (առաջին դեպքում՝ ջեռուցվող սենյակ, երկրորդում՝ սառնարանի սառնարանային խցիկ), արտաքին միջավայր՝ էներգիայի աղբյուր և սառեցնող նյութ (սառեցնող նյութ) , այն նաև ջերմության կրիչն է, որն ապահովում է ջերմության փոխանցում կամ սառը:

Ցածր եռման կետ ունեցող նյութը հանդես է գալիս որպես սառնագենտ, որը թույլ է տալիս ջերմություն վերցնել նույնիսկ համեմատաբար ցածր ջերմաստիճան ունեցող աղբյուրից:

Սառնարանում հեղուկ սառնագենտը շնչափողի (ճնշման կարգավորիչի) միջոցով մտնում է գոլորշիացուցիչ, որտեղ ճնշման կտրուկ նվազման պատճառով հեղուկը գոլորշիանում է։ Գոլորշիացումը էնդոթերմիկ գործընթաց է, որը պահանջում է արտաքին ջերմության կլանում: Արդյունքում, գոլորշիչի ներքին պատերից ջերմություն է վերցվում, որն ապահովում է սառնարանային խցիկում սառեցնող ազդեցություն: Այնուհետև, գոլորշիչից սառնագենտը ներծծվում է կոմպրեսորի մեջ, որտեղ այն վերադառնում է ագրեգացման հեղուկ վիճակի: Սա հակառակ գործընթացն է, որը հանգեցնում է թափոնների ջերմության արտանետմանը արտաքին միջավայր... Որպես կանոն, այն նետվում է սենյակ, իսկ սառնարանի հետնամասը համեմատաբար տաք է։

Ջերմային պոմպն աշխատում է մոտավորապես նույն կերպ, այն տարբերությամբ, որ ջերմությունը վերցվում է արտաքին միջավայրից և գոլորշիչի միջոցով մտնում ներքին միջավայր՝ սենյակի ջեռուցման համակարգ:

Իրական ջերմային պոմպում ջուրը տաքացվում է, անցնելով արտաքին սխեմայի երկայնքով, դրվում է գետնին կամ ջրամբարում, այնուհետև մտնում է գոլորշիացուցիչ:

Գոլորշիատորում ջերմությունը փոխանցվում է ցածր եռման ջերմաստիճան ունեցող սառնագենտի միջոցով լցված ներքին շղթայի, որը, անցնելով գոլորշիչով, հեղուկից վերածվում է գազային վիճակի՝ հեռացնելով ջերմությունը։

Այնուհետև, գազային սառնագենտը մտնում է կոմպրեսոր, որտեղ այն սեղմվում է մինչև բարձր ճնշման և ջերմաստիճանի, և մտնում է կոնդենսատոր, որտեղ ջերմափոխանակությունը տեղի է ունենում տաք գազի և ջեռուցման համակարգից հովացուցիչ նյութի միջև:

Կոմպրեսորի աշխատանքի համար պահանջվում է էլեկտրաէներգիա, սակայն փոխակերպման հարաբերակցությունը (սպառված և արտադրվող էներգիայի հարաբերակցությունը) ժամանակակից համակարգերբավականաչափ բարձր արդյունավետ լինելու համար:

Ներկայումս ջերմային պոմպերը լայնորեն օգտագործվում են տարածքների ջեռուցման համար, հիմնականում տնտեսապես զարգացած երկրներում:

Էկո-ճիշտ էներգիա

Երկրաջերմային էներգիան համարվում է էկոլոգիապես մաքուր, ինչը, ընդհանուր առմամբ, ճիշտ է: Առաջին հերթին այն օգտագործում է վերականգնվող և գործնականում անսպառ ռեսուրս։ Երկրաջերմային էներգիան չի պահանջում մեծ տարածքներ՝ ի տարբերություն խոշոր հիդրոէլեկտրակայանների կամ հողմակայանների, և չի աղտոտում մթնոլորտը՝ ի տարբերություն ածխաջրածնային էներգիայի։ Միջին հաշվով, GeoPP-ը զբաղեցնում է 400 մ 2՝ 1 ԳՎտ արտադրված էլեկտրաէներգիայի դիմաց: Նույն ցուցանիշը ածուխով աշխատող էլեկտրակայանի համար, օրինակ, 3600 մ 2 է։ GeoPP-ների էկոլոգիական առավելությունների թվում է նաև ջրի ցածր սպառումը` 20 լիտր քաղցրահամ ջուր 1 կՎտ-ի դիմաց, մինչդեռ ՋԷԿ-ը և ԱԷԿ-ը պահանջում են մոտ 1000 լիտր: Նշենք, որ սրանք «միջին» GeoPP-ի բնապահպանական ցուցանիշներ են։

Բայց բացասական կողմնակի ազդեցությունդեռ հասանելի են։ Դրանցից առավել հաճախ առանձնանում են աղմուկը, մթնոլորտի ջերմային և քիմիական աղտոտվածությունը՝ ջուրն ու հողը, ինչպես նաև պինդ թափոնների առաջացումը։

Շրջակա միջավայրի քիմիական աղտոտման հիմնական աղբյուրը փաստացի ջերմային ջուրն է (բարձր ջերմաստիճանով և հանքայնացումով), որը հաճախ պարունակում է մեծ քանակությամբ թունավոր միացություններ, ինչի հետ կապված առաջանում է կեղտաջրերի և վտանգավոր նյութերի հեռացման խնդիր։

Երկրաջերմային էներգիայի բացասական ազդեցություններին կարելի է հետևել մի քանի փուլով` սկսած հորերի հորատումից: Այստեղ առաջանում են նույն վտանգները, ինչ ցանկացած հորատանցք հորատելիս՝ հողի և բուսածածկույթի ոչնչացում, հողի և ստորերկրյա ջրերի աղտոտում։

ԳեոՊԷԿ-ի շահագործման փուլում պահպանվում են շրջակա միջավայրի աղտոտվածության խնդիրները։ Ջերմային հեղուկները՝ ջուրը և գոլորշին, սովորաբար պարունակում են ածխածնի երկօքսիդ (CO 2), ծծմբի սուլֆիդ (H 2 S), ամոնիակ (NH 3), մեթան (CH 4), կերակրի աղ (NaCl), բոր (B), մկնդեղ (As): ), սնդիկ (Hg): Երբ արձակվում են շրջակա միջավայր, դրանք դառնում են դրա աղտոտման աղբյուր: Բացի այդ, ագրեսիվ քիմիական միջավայրը կարող է կոռոզիոն վնաս պատճառել ԳեոՋԷԿ-ի կառուցվածքներին:

Միևնույն ժամանակ, ԳեոԷԿ-երում աղտոտիչների արտանետումները միջինում ավելի ցածր են, քան ՋԷԿ-երում: Օրինակ, ածխածնի երկօքսիդի արտանետումները արտադրված էլեկտրաէներգիայի յուրաքանչյուր կվտ/ժ-ի համար կազմում են մինչև 380 գ GeoPP-ներում, 1042 գ՝ ածուխով աշխատող ՋԷԿ-երում, 906 գ՝ մազութով և 453 գ՝ գազով աշխատող ՋԷԿ-երում:

Հարց է առաջանում՝ ի՞նչ անել կեղտաջրերի հետ։ Ցածր աղիության դեպքում այն ​​սառչելուց հետո կարող է թափվել մակերեսային ջրեր: Մեկ այլ միջոց է այն հետ մղել ջրատար շերտը ներարկման ջրհորի միջոցով, որն այսօր նախընտրելի է և հիմնականում օգտագործվում է:

Ջրատար հորիզոններից ջերմային ջրի արդյունահանումը (ինչպես նաև սովորական ջրի դուրս մղումը) կարող է առաջացնել հողի նստեցում և տեղաշարժ, երկրաբանական շերտերի այլ դեֆորմացիաներ և միկրոերկրաշարժեր: Նման երևույթների հավանականությունը, որպես կանոն, փոքր է, թեև առանձին դեպքեր են գրանցվել (օրինակ՝ Գերմանիայի Շտաուֆեն իմ Բրեյսգաու քաղաքի GeoPP-ում)։

Հարկ է ընդգծել, որ GeoPP-ների մեծ մասը գտնվում է համեմատաբար նոսր բնակեցված տարածքներում և Երրորդ աշխարհի երկրներում, որտեղ բնապահպանական պահանջներն ավելի քիչ խիստ են, քան զարգացած երկրներում: Բացի այդ, այս պահին GeoPP-ների թիվը և դրանց հզորությունները համեմատաբար փոքր են։ Երկրաջերմային էներգիայի ավելի ծավալուն զարգացման դեպքում բնապահպանական ռիսկերը կարող են աճել և բազմապատկվել:

Որքա՞ն է Երկրի էներգիան:

Երկրաջերմային համակարգերի կառուցման համար ներդրումային ծախսերը տատանվում են շատ լայն միջակայքում՝ 200 դոլարից մինչև 5000 դոլար՝ 1 կՎտ դրված հզորության համար, այսինքն՝ ամենաէժան տարբերակները համեմատելի են ջերմաէլեկտրակայանի կառուցման արժեքի հետ: Դրանք առաջին հերթին կախված են ջերմային ջրերի առաջացման պայմաններից, դրանց բաղադրությունից և համակարգի նախագծումից։ Մեծ խորություններում հորատումը, երկու հորերով փակ համակարգ ստեղծելը, ջրի մաքրման անհրաժեշտությունը կարող է բազմապատկել ծախսերը:

Օրինակ, նավթաջերմային շրջանառության համակարգի (PCS) ստեղծման համար ներդրումները գնահատվում են 1,6–4 հազար դոլար 1 կՎտ դրված հզորության դիմաց, ինչը գերազանցում է ատոմակայանի կառուցման արժեքը և համեմատելի է քամու և քամու շինարարության արժեքի հետ։ արևային էլեկտրակայաններ.

GeoTPP-ի ակնհայտ տնտեսական առավելությունն անվճար էներգակիրն է։ Համեմատության համար նշենք, որ գործող ՋԷԿ-ի կամ ԱԷԿ-ի արժեքի կառուցվածքում վառելիքը կազմում է 50–80% կամ նույնիսկ ավելին՝ կախված էներգիայի ընթացիկ գներից: Հետևաբար, երկրաջերմային համակարգի մեկ այլ առավելություն. գործառնական ծախսերն ավելի կայուն և կանխատեսելի են, քանի որ դրանք կախված չեն էներգիայի գների արտաքին կոնյունկտուրայից: Ընդհանուր առմամբ, ԳեոՋԷԿ-ի շահագործման ծախսերը գնահատվում են 2–10 ցենտ (60 կոպեկ – 3 ռուբլի) արտադրված հզորության 1 կՎտժ-ի դիմաց։

Երկրորդ խոշորագույն (էներգակիրներից հետո) (և շատ նշանակալի) ծախսերի հոդվածը, որպես կանոն, գործարանի անձնակազմի աշխատավարձերն են, որոնք կարող են արմատապես տարբերվել տարբեր երկրների և տարածաշրջանների միջև:

Միջին հաշվով, 1 կՎտժ երկրաջերմային էներգիայի արժեքը համեմատելի է ՋԷԿ-երի արժեքի հետ (ռուսական պայմաններում՝ մոտ 1 ռուբլի / 1 կՎտժ) և տասն անգամ ավելի բարձր, քան հիդրոէլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիայի արտադրության արժեքը (5-10 կոպեկ / 1): կՎտժ):

Բարձր արժեքի պատճառն այն է, որ, ի տարբերություն ջերմային և հիդրոէլեկտրակայանների, ԳեոՋԷԿ-ն ունի համեմատաբար փոքր հզորություն: Բացի այդ, անհրաժեշտ է համեմատել նույն տարածաշրջանում և նմանատիպ պայմաններում տեղակայված համակարգերը: Օրինակ, Կամչատկայում, ըստ մասնագետների, 1 կՎտժ երկրաջերմային էլեկտրաէներգիան 2-3 անգամ ավելի էժան է, քան տեղական ջերմաէլեկտրակայաններում արտադրվող էլեկտրաէներգիան։

Երկրաջերմային համակարգի տնտեսական արդյունավետության ցուցանիշները կախված են, օրինակ, նրանից, թե արդյոք անհրաժեշտ է կեղտաջրերի հեռացում և ինչ եղանակներով է դա արվում, հնարավոր է արդյոք ռեսուրսի համակցված օգտագործումը: Այսպիսով, ջերմային ջրից արդյունահանվող քիմիական տարրերն ու միացությունները կարող են լրացուցիչ եկամուտ ապահովել։ Հիշենք Լարդերելլոյի օրինակը. այնտեղ առաջնայինը քիմիական արտադրությունն էր, իսկ երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը սկզբում օժանդակ էր։

Երկրաջերմային էներգիայի առաջընթաց

Երկրաջերմային էներգիան մի փոքր այլ կերպ է զարգանում, քան քամին և արևը: Ներկայումս դա մեծապես կախված է բուն ռեսուրսի բնույթից, որը կտրուկ տարբերվում է ըստ տարածաշրջանների, և ամենաբարձր կոնցենտրացիաները կապված են երկրաջերմային անոմալիաների նեղ գոտիների հետ, որոնք, որպես կանոն, կապված են տեկտոնական խզվածքների և հրաբխային տարածքների հետ:

Բացի այդ, երկրաջերմային էներգիան տեխնոլոգիապես ավելի քիչ տարողունակ է քամու համեմատ, և առավել եւս՝ արևային էներգիայի դեպքում. երկրաջերմային կայանների համակարգերը բավականին պարզ են։

Համաշխարհային էլեկտրաէներգիայի արտադրության ընդհանուր կառուցվածքում երկրաջերմային բաղադրիչը կազմում է 1%-ից պակաս, սակայն որոշ տարածաշրջաններում և երկրներում դրա մասնաբաժինը հասնում է 25-30%-ի: Երկրաբանական պայմանների հետ կապվածության պատճառով երկրաջերմային էներգիայի հզորությունների զգալի մասը կենտրոնացած է երրորդ աշխարհի երկրներում, որտեղ կան արդյունաբերության ամենամեծ զարգացման երեք կլաստերներ՝ Հարավարևելյան Ասիայի, Կենտրոնական Ամերիկայի և Արևելյան Աֆրիկայի կղզիները: Առաջին երկու շրջանները ներառված են Խաղաղօվկիանոսյան «Երկրի կրակային գոտում», երրորդը կապված է Արևելաաֆրիկյան ճեղքվածքի հետ։ Ամենայն հավանականությամբ, երկրաջերմային էներգիան կշարունակի զարգանալ այս գոտիներում։ Ավելի հեռավոր հեռանկար է նավթաջերմային էներգիայի զարգացումը` օգտագործելով մի քանի կիլոմետր խորության վրա գտնվող երկրի շերտերի ջերմությունը: Սա գրեթե ամենուր տարածված ռեսուրս է, բայց դրա արդյունահանումը պահանջում է բարձր ծախսեր, հետևաբար, նավթաջերմային էներգիան զարգանում է հիմնականում տնտեսապես և տեխնոլոգիապես ամենահզոր երկրներում:

Ընդհանուր առմամբ, հաշվի առնելով երկրաջերմային ռեսուրսների ամենուր տարածվածությունը և շրջակա միջավայրի անվտանգության ընդունելի մակարդակը, հիմքեր կան ենթադրելու, որ երկրաջերմային էներգիան զարգացման լավ հեռանկարներ ունի: Հատկապես էներգակիրների ավանդական աղբյուրների պակասի և դրանց գների աճի սպառնալիքի պայմաններում:

Կամչատկայից Կովկաս

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը բավականին երկար պատմություն ունի, և մի շարք դիրքերում մենք համաշխարհային առաջատարների թվում ենք, թեև երկրաջերմային էներգիայի մասնաբաժինը հսկայական երկրի ընդհանուր էներգետիկ հաշվեկշռում դեռևս աննշան է:

Երկու շրջաններ՝ Կամչատկան և Հյուսիսային Կովկասը, դարձել են Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացման պիոներներ և կենտրոններ, և եթե առաջին դեպքում խոսքը գնում է հիմնականում էլեկտրաէներգիայի, ապա երկրորդում՝ ջերմային էներգիայի օգտագործման մասին։ ջերմային ջրից։

Հյուսիսային Կովկասում՝ Կրասնոդարի երկրամասում, Չեչնիայում, Դաղստանում, ջերմային ջրերի ջերմությունը էներգետիկ նպատակներով օգտագործվում էր դեռևս Մեծ. Հայրենական պատերազմ... 1980-1990-ական թվականներին երկրաջերմային էներգիայի զարգացումը տարածաշրջանում հասկանալի պատճառներով կանգ է առել և դեռ դուրս չի եկել լճացման վիճակից: Այդուհանդերձ, Հյուսիսային Կովկասում երկրաջերմային ջրամատակարարումն ապահովում է մոտ 500 հազար մարդու ջերմություն, իսկ, օրինակ, Կրասնոդարի երկրամասի Լաբինսկ քաղաքը՝ 60 հազար բնակչությամբ, ամբողջությամբ ջեռուցվում է երկրաջերմային ջրերով։

Կամչատկայում երկրաջերմային էներգիայի պատմությունը հիմնականում կապված է GeoPP-ների կառուցման հետ: Դրանցից առաջինները, որոնք դեռ աշխատում են Պաուժեցկայա և Պարատունսկայա կայանները, կառուցվել են դեռևս 1965-1967 թվականներին, մինչդեռ 600 կՎտ հզորությամբ Paratunskaya GeoPP-ը դարձավ երկուական ցիկլով աշխարհում առաջին կայանը: Դա Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի Սիբիրի մասնաճյուղի ջերմաֆիզիկայի ինստիտուտի խորհրդային գիտնականներ Ս.Ս.Կութաթելաձեի և Ա.Մ. Հետագայում այս տեխնոլոգիան դարձավ աշխարհում ավելի քան 400 երկուական GeoPP-ների նախատիպ:

1966 թվականին շահագործման հանձնված Pauzhetskaya GeoPP-ի հզորությունը սկզբում եղել է 5 ՄՎտ, իսկ այնուհետև ավելացել է մինչև 12 ՄՎտ: Ներկայումս կայանում կառուցվում է երկուական բլոկ, որը կավելացնի դրա հզորությունը եւս 2,5 ՄՎտ-ով։

ԽՍՀՄ-ում և Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի զարգացմանը խոչընդոտում էր էներգիայի ավանդական աղբյուրների առկայությունը՝ նավթ, գազ, ածուխ, բայց այդպես էլ չդադարեց։ Երկրաջերմային էներգիայի ամենամեծ օբյեկտներն են այս պահին Վերխնե-Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-ը՝ 12 ՄՎտ ընդհանուր հզորությամբ էներգաբլոկներ, շահագործման հանձնված 1999 թվականին, և Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-ը՝ 50 ՄՎտ հզորությամբ (2002 թ.):

Մուտնովսկայա և Վերխնե-Մուտնովսկայա ԳեոԷԿ-երը եզակի օբյեկտներ են ոչ միայն Ռուսաստանի համար, այլև համաշխարհային մասշտաբով։ Կայանները գտնվում են Մուտնովսկի հրաբխի ստորոտում՝ ծովի մակարդակից 800 մետր բարձրության վրա, գործում են ծայրահեղ կլիմայական պայմաններում, որտեղ տարվա 9-10 ամիս ձմեռ է։ Mutnovsky GeoPP-ների սարքավորումները, որոնք ներկայումս աշխարհում ամենաժամանակակիցներից են, ամբողջությամբ ստեղծվել են էներգետիկայի ներքին ձեռնարկություններում:

Ներկայումս Կենտրոնական Կամչատկայի էներգահանգույցի էներգիայի սպառման ընդհանուր կառուցվածքում Մուտնովսկիե գործարանների մասնաբաժինը կազմում է 40%: Առաջիկա տարիներին նախատեսվում է հզորությունների ավելացում։

Առանձին-առանձին պետք է ասել ռուսական նավթաջերմային զարգացումների մասին։ Մենք դեռ չունենք մեծ DSP-ներ, բայց կան մեծ խորություններում (մոտ 10 կմ) հորատման առաջադեմ տեխնոլոգիաներ, որոնք նույնպես նմանը չունեն աշխարհում։ Դրանց հետագա զարգացումը հնարավորություն կտա կտրուկ նվազեցնել նավթաջերմային համակարգերի ստեղծման ծախսերը։ Այդ տեխնոլոգիաների և նախագծերի մշակողներն են Ն. Ռուսաստանում նավթաջերմային շրջանառության համակարգի նախագիծը ներկայումս փորձնական փուլում է։

Ռուսաստանում երկրաջերմային էներգիայի հեռանկարներ կան, թեև համեմատաբար հեռավոր. այս պահին ներուժը բավականին մեծ է, իսկ ավանդական էներգիայի դիրքերը՝ ամուր։ Միաժամանակ, երկրի մի շարք հեռավոր շրջաններում երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը տնտեսապես շահավետ է և այժմ պահանջարկ ունի։ Սրանք բարձր գեոէներգետիկ պոտենցիալ ունեցող տարածքներ են (Չուկոտկա, Կամչատկա, Կուրիլես՝ Խաղաղօվկիանոսյան «Երկրի կրակային գոտու» ռուսական մասը, Հարավային Սիբիրի և Կովկասի լեռները) և միևնույն ժամանակ հեռավոր և անջատված էներգամատակարարումից:

Հավանաբար, առաջիկա տասնամյակների ընթացքում երկրաջերմային էներգիան մեր երկրում կզարգանա հենց այսպիսի շրջաններում։

Կիրիլ Դեգտյարև,
Մոսկվայի պետական ​​համալսարանի գիտաշխատող Մ.Վ.Լոմոնոսով
«Գիտություն և կյանք» թիվ 9, թիվ 10 2013 թ

2. Երկրի ջերմային ռեժիմը

Երկիրը սառը տիեզերական մարմին է: Մակերեւույթի ջերմաստիճանը հիմնականում կախված է արտաքին ջերմությունից: Երկրի վերին շերտի ջերմության 95%-ը կազմում է արտաքին (արևային) տաք, և միայն 5% տաք ներքին , որը գալիս է Երկրի աղիքներից և ներառում է էներգիայի մի քանի աղբյուրներ։ Երկրի ինտերիերում ջերմաստիճանը խորության հետ բարձրանում է 1300 ° C-ից (վերին թիկնոցում) մինչև 3700 ° C (միջուկի կենտրոնում):

Արտաքին ջերմություն... Ջերմությունը Երկրի մակերևույթ է գալիս հիմնականում Արեգակից։ Մակերեւույթի յուրաքանչյուր քառակուսի սանտիմետրը մեկ րոպեում ստանում է մոտ 2 կալորիա ջերմություն։ Այս քանակությունը կոչվում է արեգակնային հաստատուն և որոշում է Արեգակից Երկիր մատակարարվող ջերմության ընդհանուր քանակը: Մեկ տարվա համար այն կազմում է 2,26 · 10 21 կալորիա: Արեգակնային ջերմության ներթափանցման խորությունը Երկրի աղիքներ հիմնականում կախված է ջերմության քանակից, որն ընկնում է մակերեսի միավորի վրա և ապարների ջերմահաղորդականությունից: Առավելագույն խորությունը, որով թափանցում է արտաքին ջերմությունը, օվկիանոսներում 200 մ է, իսկ ցամաքում՝ մոտ 40 մ։

Ներքին ջերմություն... Խորության հետ նկատվում է ջերմաստիճանի բարձրացում, որը տեղի է ունենում շատ անհավասարաչափ տարբեր տարածքներում։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը հետևում է ադիաբատիկ օրենքին և կախված է ճնշման տակ նյութի սեղմումից, երբ շրջակա միջավայրի հետ ջերմափոխանակումն անհնար է:

Երկրի ներսում ջերմության հիմնական աղբյուրները.

Տարրերի ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ արձակված ջերմությունը։

Մնացորդային ջերմություն՝ պահպանված Երկրի ձևավորման ժամանակներից։

Գրավիտացիոն ջերմություն, որն ազատվում է Երկրի սեղմման և նյութի խտության բաշխման ժամանակ։

Երկրակեղևի խորքերում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների արդյունքում առաջացող ջերմություն։

Երկրի մակընթացային շփման արդյունքում արտազատվող ջերմություն:

Կան 3 ջերմաստիճանային գոտիներ.

Ես - փոփոխական ջերմաստիճանի գոտի ... Ջերմաստիճանի փոփոխությունը պայմանավորված է տեղական կլիմայով։ Օրական տատանումները գործնականում թուլանում են մոտ 1,5 մ խորության վրա, իսկ տարեկան տատանումները 20 ... 30 մ խորության վրա: Iа - սառեցման գոտի.

II - մշտական ​​ջերմաստիճանի գոտի գտնվում է 15 ... 40 մ խորության վրա՝ կախված տարածաշրջանից:

III - ջերմաստիճանի բարձրացման գոտի .

Երկրակեղևի աղիքներում ապարների ջերմաստիճանային ռեժիմը սովորաբար արտահայտվում է երկրաջերմային գրադիենտով և երկրաջերմային աստիճանով։

Ջերմաստիճանի բարձրացման չափը յուրաքանչյուր 100 մ խորության համար կոչվում է երկրաջերմային գրադիենտ... Աֆրիկայում, Witwatersrand դաշտում, 1,5 ° C է, Ճապոնիայում (Echigo) - 2,9 ° C, Հարավային Ավստրալիայում - 10,9 ° C, Ղազախստանում (Սամարինդա) - 6,3 ° C, Կոլա թերակղզում - 0,65 ° C: .

Բրինձ. 3. Երկրակեղևի ջերմաստիճանի գոտիներ. I - փոփոխական ջերմաստիճանների գոտի, Iа - սառցակալման գոտի; II - մշտական ​​ջերմաստիճանների գոտի; III - ջերմաստիճանի բարձրացման գոտի.

Այն խորությունը, որում ջերմաստիճանը բարձրանում է 1 աստիճանով, կոչվում է երկրաջերմային քայլ.Երկրաջերմային քայլի թվային արժեքները հաստատուն չեն ոչ միայն տարբեր լայնություններում, այլև տարածաշրջանի նույն կետի տարբեր խորություններում: Երկրաջերմային քայլի մեծությունը տատանվում է 1,5-ից մինչև 250 մ: Արխանգելսկում այն ​​10 մ է, Մոսկվայում՝ 38,4 մ, իսկ Պյատիգորսկում՝ 1,5 մ: Այս քայլի տեսականորեն միջին արժեքը 33 մ է:

Մոսկվայում 1630 մ խորության վրա հորատված ջրհորում հատակի ջերմաստիճանը եղել է 41 ° C, իսկ Դոնբասում 1545 մ խորության վրա հորատված հանքում ջերմաստիճանը եղել է 56,3 ° C: Ամենաբարձր ջերմաստիճանը գրանցվել է ԱՄՆ-ում՝ 7136 մ խորությամբ հորատանցքում, որտեղ այն հավասար է 224 °C-ի։ Խորքային կառույցները նախագծելիս պետք է հաշվի առնել ջերմաստիճանի բարձրացումը խորության հետ։Հաշվարկների համաձայն՝ 400 կմ խորության վրա ջերմաստիճանը պետք է հասնի 1400 ... 1700 °C։ Ամենաբարձր ջերմաստիճանը (մոտ 5000 ° C) ստացվել է Երկրի միջուկի համար։

Հասարակության զարգացման և ձևավորման հետ մեկտեղ մարդկությունը սկսեց փնտրել էներգիա ստանալու ավելի ժամանակակից և միևնույն ժամանակ խնայող միջոցներ։ Դրա համար այսօր կառուցվում են տարբեր կայաններ, բայց միաժամանակ լայնորեն օգտագործվում է երկրի աղիքներում պարունակվող էներգիան։ Ինչի է դա նման? Փորձենք պարզել այն:

Երկրաջերմային էներգիա

Արդեն անունից պարզ է դառնում, որ այն ներկայացնում է երկրագնդի ներսի ջերմությունը։ Երկրակեղևի տակ մագմայի շերտ է, որը կրակոտ հեղուկ սիլիկատային հալոց է։ Հետազոտության տվյալների համաձայն՝ այս ջերմության էներգետիկ ներուժը շատ ավելի բարձր է, քան բնական գազի, ինչպես նաև նավթի համաշխարհային պաշարների էներգիան։ Մագմա - լավան դուրս է գալիս մակերես: Ընդ որում, ամենամեծ ակտիվությունը դիտվում է երկրագնդի այն շերտերում, որոնց վրա գտնվում են տեկտոնական թիթեղների սահմանները, ինչպես նաև որտեղ երկրակեղևը բնութագրվում է բարակությամբ։ Երկրի երկրաջերմային էներգիան ստացվում է հետևյալ կերպ՝ լավա և ջրային ռեսուրսներմոլորակները հպվում են, ինչի արդյունքում ջուրը սկսում է կտրուկ տաքանալ։ Սա հանգեցնում է գեյզերի ժայթքմանը, այսպես կոչված տաք լճերի և ստորջրյա հոսանքների առաջացմանը։ Այսինքն՝ հենց այն բնական երևույթներին, որոնց հատկությունները ակտիվորեն օգտագործվում են որպես էներգիա։

Արհեստական ​​երկրաջերմային աղբյուրներ

Երկրի աղիքներում պարունակվող էներգիան պետք է խելամտորեն օգտագործել։ Օրինակ, կա ստորգետնյա կաթսաներ ստեղծելու գաղափար: Դա անելու համար անհրաժեշտ է հորատել բավարար խորության երկու հորատանցք, որոնք միացված կլինեն ներքևում: Այսինքն՝ պարզվում է, որ ցամաքի գրեթե ցանկացած անկյունում հնարավոր է երկրաջերմային էներգիա ստանալ արդյունաբերական եղանակով. մի ջրհորի միջոցով սառը ջուրը մղվելու է ջրամբար, իսկ երկրորդով՝ տաք ջուր կամ գոլորշի։ արդյունահանված. Արհեստական ​​ջերմության աղբյուրները շահավետ և ռացիոնալ կլինեն, եթե ստացվող ջերմությունն ավելի շատ էներգիա ապահովի: Գոլորշին կարող է ուղարկվել տուրբինային գեներատորներ, որոնք էլեկտրաէներգիա են արտադրելու։

Իհարկե, ընտրված ջերմությունը ընդհանուր պաշարների մեջ առկաի միայն մի մասն է: Բայց պետք է հիշել, որ խորը ջերմությունը անընդհատ կլրացվի ապարների սեղմման, աղիքների շերտավորման գործընթացների պատճառով։ Ինչպես ասում են փորձագետները, երկրակեղևը կուտակում է ջերմություն, որի ընդհանուր քանակությունը 5000 անգամ գերազանցում է երկրագնդի բոլոր հանածո ռեսուրսների ջերմային արժեքը: Պարզվում է, որ արհեստականորեն ստեղծված նման երկրաջերմային կայանների շահագործման ժամանակը կարող է անսահմանափակ լինել։

Աղբյուրների առանձնահատկությունները

Երկրաջերմային էներգիա ապահովող աղբյուրները գրեթե անհնար է ամբողջությամբ օգտագործել: Նրանք գոյություն ունեն աշխարհի ավելի քան 60 երկրներում, ընդ որում ցամաքային հրաբուխների մեծ մասը գտնվում է Խաղաղ օվկիանոսի հրաբխային կրակի օղակում: Բայց գործնականում պարզվում է, որ աշխարհի տարբեր տարածաշրջանների երկրաջերմային աղբյուրները բոլորովին տարբեր են իրենց հատկություններով, այն է՝ միջին ջերմաստիճանը, հանքայնացումը, գազի բաղադրությունը, թթվայնությունը և այլն։

Գեյզերները Երկրի վրա էներգիայի աղբյուրներ են, որոնց առանձնահատկությունն այն է, որ նրանք կանոնավոր ընդմիջումներով եռացող ջուր են ցայտում։ Ժայթքման սկսվելուց հետո լողավազանը ազատվում է ջրից, դրա հատակին կարելի է տեսնել մի ալիք, որը խորանում է գետնի մեջ: Գեյզերներն օգտագործվում են որպես էներգիայի աղբյուրներ այնպիսի շրջաններում, ինչպիսիք են Կամչատկան, Իսլանդիան, Նոր Զելանդիան և Հյուսիսային Ամերիկան, իսկ միայնակ գեյզերները հանդիպում են մի քանի այլ տարածքներում:

Որտեղի՞ց է գալիս էներգիան:

Շատ մոտ երկրի մակերեսըգտնվում է չսառեցված մագմա: Դրանից դուրս են գալիս գազեր և գոլորշիներ, որոնք բարձրանում և անցնում են ճեղքերով։ Խառնելով հետ ստորերկրյա ջրեր, դրանք տաքացնում են, իրենք են վերածվում տաք ջուր, որի մեջ լուծված են բազմաթիվ նյութեր։ Նման ջուրը երկրի երես է բաց թողնվում երկրաջերմային տարբեր աղբյուրների տեսքով՝ տաք աղբյուրներ, հանքային աղբյուրներ, գեյզերներ և այլն։ Գիտնականների կարծիքով՝ երկրի տաք աղիքները քարանձավներ կամ խցիկներ են, որոնք միացված են անցումներով, ճեղքերով և ջրանցքներով։ Նրանք պարզապես լցված են ստորերկրյա ջրերով, իսկ մագմայի կենտրոնները գտնվում են նրանց շատ մոտ։ Այսպես է այն բնական ձևավորվում ջերմային էներգիահողատարածք։

Երկրի էլեկտրական դաշտը

Բնության մեջ կա էներգիայի ևս մեկ այլընտրանքային աղբյուր, որն առանձնանում է վերականգնվողությամբ, շրջակա միջավայրի բարենպաստությամբ և օգտագործման հեշտությամբ։ Ճիշտ է, մինչ այժմ այս աղբյուրը միայն ուսումնասիրվում է և գործնականում չի կիրառվում։ Այսպիսով, Երկրի պոտենցիալ էներգիան թաքնված է նրա էլեկտրական դաշտում։ Դուք կարող եք էներգիա ստանալ այս կերպ՝ հիմնվելով էլեկտրաստատիկայի հիմնական օրենքների և առանձնահատկությունների ուսումնասիրության վրա էլեկտրական դաշտԵրկիր. Փաստորեն, մեր մոլորակը էլեկտրական տեսանկյունից գնդաձև կոնդենսատոր է, որը լիցքավորված է մինչև 300000 վոլտ: Նրա ներքին գունդը բացասական լիցք ունի, իսկ արտաքինը՝ իոնոսֆերան, դրական է։ մեկուսիչ է։ Նրա միջով իոնային և կոնվեկտիվ հոսանքների անընդհատ հոսք կա, որոնք հասնում են հազարավոր ամպերի ուժի։ Սակայն թիթեղների պոտենցիալ տարբերությունն այս դեպքում չի նվազում։

Սա հուշում է, որ բնության մեջ կա գեներատոր, որի դերը կոնդենսատորի թիթեղներից լիցքերի արտահոսքի անընդհատ համալրումն է։ Նման գեներատորի դերը խաղում է Երկրի մագնիսական դաշտը, որը պտտվում է մեր մոլորակի հետ հոսքով: արևային քամի... Երկրի մագնիսական դաշտի էներգիան կարելի է ստանալ միայն էներգիայի սպառողին միացնելով այս գեներատորին: Դա անելու համար դուք պետք է կատարեք հուսալի հիմնավորման տեղադրում:

Վերականգնվող աղբյուրներ

Քանի որ մեր մոլորակի բնակչությունը կայուն աճում է, մենք ավելի ու ավելի շատ էներգիայի կարիք ունենք բնակչությանը աջակցելու համար: Երկրի աղիքներում պարունակվող էներգիան կարող է շատ տարբեր լինել: Օրինակ՝ կան վերականգնվող աղբյուրներ՝ քամու, արևի և ջրային էներգիա։ Դրանք էկոլոգիապես մաքուր են, և, հետևաբար, դուք կարող եք դրանք օգտագործել առանց շրջակա միջավայրին վնաս պատճառելու վախի:

Ջրի էներգիա

Այս մեթոդը օգտագործվել է շատ դարեր շարունակ։ Այսօր հսկայական քանակությամբ ամբարտակներ, ջրամբարներ են կառուցվել, որոնցում ջուրն օգտագործվում է էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։ Այս մեխանիզմի էությունը պարզ է՝ գետի հոսքի ազդեցությամբ տուրբինների անիվները պտտվում են, համապատասխանաբար, ջրի էներգիան վերածվում է էլեկտրական էներգիայի։

Այսօր կա մեծ թվովհիդրոէլեկտրակայաններ, որոնք ջրի հոսքի էներգիան վերածում են էլեկտրականության։ Այս մեթոդի առանձնահատկությունն այն է, որ նորացված, համապատասխանաբար, նման կառույցները ցածր արժեք ունեն։ Այդ իսկ պատճառով, չնայած այն հանգամանքին, որ հիդրոէլեկտրակայանների շինարարությունը բավականին երկար է ընթանում, և գործընթացն ինքնին շատ ծախսատար է, այնուամենայնիվ, այդ կառույցները զգալիորեն գերազանցում են էներգատար արդյունաբերությանը։

Արևի էներգիան՝ ժամանակակից և խոստումնալից

Այնուամենայնիվ, արևային էներգիան գալիս է արևային մարտկոցներից ժամանակակից տեխնոլոգիաներթույլ է տալիս օգտագործել նոր մեթոդներ դրա համար: Աշխարհում ամենամեծը Կալիֆորնիայի անապատում կառուցված համակարգն է։ Այն ամբողջությամբ սնուցում է 2000 տուն: Դիզայնն աշխատում է հետևյալ կերպ՝ հայելիներից արտացոլված են արեւի ճառագայթները, որոնք ջրով ուղարկվում են կենտրոնական կաթսա։ Այն եռում է և վերածվում գոլորշու, որը քշում է տուրբինը։ Նա իր հերթին միացված է էլեկտրական գեներատորին։ Քամին կարող է օգտագործվել նաև որպես էներգիա, որը մեզ տալիս է Երկիրը: Քամին քշում է առագաստները, շրջում ջրաղացները։ Իսկ այժմ այն ​​կարող է օգտագործվել էլեկտրական էներգիա արտադրող սարքեր ստեղծելու համար։ Հողմատուրբինի շեղբերները պտտելով՝ այն քշում է տուրբինի լիսեռը, որն իր հերթին միացված է էլեկտրական գեներատորին։

Երկրի ներքին էներգիան

Այն առաջացել է մի քանի գործընթացների արդյունքում, որոնցից հիմնականներն են ակրեցիան և ռադիոակտիվությունը։ Գիտնականների կարծիքով՝ Երկրի և նրա զանգվածի ձևավորումը տեղի է ունեցել մի քանի միլիոն տարվա ընթացքում, և դա տեղի է ունեցել մոլորակայինների ձևավորման պատճառով։ Նրանք կպչում էին իրար, համապատասխանաբար, Երկրի զանգվածն ավելի ու ավելի էր դառնում։ Այն բանից հետո, երբ մեր մոլորակը սկսեց ունենալ ժամանակակից զանգված, բայց դեռ զուրկ էր մթնոլորտից, նրա վրա անարգել ընկան երկնաքարեր և աստերոիդներ: Այս գործընթացը հենց կոչվում է ակրեցիա, և դա հանգեցրեց զգալի գրավիտացիոն էներգիայի արտազատմանը: Եվ որքան մեծ են մարմինները ընկնում մոլորակի վրա, այնքան ավելի մեծ է էներգիայի արտազատումը, որը պարունակվում է Երկրի աղիքներում:

Այս գրավիտացիոն տարբերակումը հանգեցրեց նրան, որ նյութերը սկսեցին շերտավորվել. ծանր նյութերը պարզապես խեղդվեցին, իսկ թեթև և ցնդող նյութերը լողացին: Տարբերակումը ազդել է նաև գրավիտացիոն էներգիայի լրացուցիչ արտազատման վրա։

Ատոմային էներգիա

Երկրի էներգիայի օգտագործումը կարող է տեղի ունենալ տարբեր ձևերով: Օրինակ՝ ատոմակայանների կառուցման միջոցով, երբ ջերմային էներգիան ազատվում է ատոմների նյութի ամենափոքր մասնիկների քայքայման պատճառով։ Հիմնական վառելիքը ուրանն է, որը պարունակվում է երկրակեղևում։ Շատերը կարծում են, որ էներգիա ստանալու այս կոնկրետ մեթոդը ամենահեռանկարայինն է, սակայն դրա կիրառումը հղի է մի շարք խնդիրներով։ Նախ, ուրանն արձակում է ճառագայթում, որը սպանում է բոլոր կենդանի օրգանիզմներին: Բացի այդ, եթե այս նյութը մտնի հող կամ մթնոլորտ, ապա իսկական տեխնածին աղետ կառաջանա։ Մենք դեռ ապրում ենք Չեռնոբիլի ատոմակայանում տեղի ունեցած վթարի տխուր հետեւանքները։ Վտանգը կայանում է նրանում, որ ռադիոակտիվ թափոններկարող է սպառնալ բոլոր կենդանի էակներին շատ, շատ երկար ժամանակ, ամբողջ հազարամյակներ:

Նոր ժամանակ՝ նոր գաղափարներ

Իհարկե, մարդիկ դրանով չեն սահմանափակվում, և տարեցտարի ավելի ու ավելի շատ փորձեր են արվում էներգիա ստանալու նոր ուղիներ գտնել։ Եթե ​​երկրի ջերմության էներգիան ստացվում է բավականին պարզ, ապա որոշ մեթոդներ այնքան էլ պարզ չեն։ Օրինակ՝ որպես էներգիայի աղբյուր միանգամայն հնարավոր է օգտագործել կենսաբանական գազը, որը ստացվում է փտած թափոններից։ Այն կարող է օգտագործվել տներ տաքացնելու և ջուր տաքացնելու համար։

Գնալով դրանք տեղադրվում են, երբ ջրամբարների բերաններով ամբարտակներ և տուրբիններ են տեղադրվում, որոնք շարժվում են համապատասխանաբար մակընթացությամբ և հոսանքով, ստացվում է էլեկտրաէներգիա:

Այրելով աղբը՝ մենք էներգիա ենք ստանում

Մեկ այլ մեթոդ, որն արդեն կիրառվում է Ճապոնիայում, վառարանների ստեղծումն է։ Այսօր դրանք կառուցվում են Անգլիայում, Իտալիայում, Դանիայում, Գերմանիայում, Ֆրանսիայում, Նիդեռլանդներում և ԱՄՆ-ում, բայց միայն Ճապոնիայում այդ ձեռնարկությունները սկսեցին օգտագործվել ոչ միայն իրենց նպատակային նպատակներով, այլև էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Տեղական գործարաններն այրում են ամբողջ թափոնների 2/3-ը, մինչդեռ գործարանները հագեցած են շոգետուրբիններով։ Ըստ այդմ, նրանք ջերմություն և էլեկտրաէներգիա են մատակարարում շրջակա տարածքներին։ Ընդ որում, ծախսերի առումով նման ձեռնարկություն կառուցելը շատ ավելի շահավետ է, քան CHP-ի կառուցումը։

Ավելի գայթակղիչ է թվում Երկրի ջերմության օգտագործման հեռանկարը, որտեղ կենտրոնացած են հրաբուխները: Այս դեպքում ձեզ հարկավոր չի լինի Երկիրը շատ խորը փորել, քանի որ արդեն 300-500 մետր խորության վրա ջերմաստիճանը կլինի ջրի եռման կետից առնվազն երկու անգամ:

Գոյություն ունի նաև էլեկտրաէներգիա արտադրելու այնպիսի եղանակ, ինչպիսին Ջրածինը` ամենապարզ և թեթև քիմիական տարրը, կարելի է համարել իդեալական վառելիք, քանի որ այնտեղ է, որտեղ ջուր կա: Եթե ​​դուք այրում եք ջրածինը, կարող եք ջուր ստանալ, որը քայքայվում է թթվածնի և ջրածնի: Ջրածնի բոցն ինքնին անվնաս է, այսինքն՝ շրջակա միջավայրին վնաս չի լինի։ Այս տարրի առանձնահատկությունն այն է, որ այն ունի բարձր ջերմային արժեք։

Ի՞նչ է սպասվում ապագայում:

Իհարկե, Երկրի մագնիսական դաշտի էներգիան կամ այն, ինչ ստացվում է ատոմակայաններում, չի կարող լիովին բավարարել մարդկության բոլոր կարիքները, որոնք տարեցտարի աճում են։ Սակայն փորձագետները նշում են, որ անհանգստության պատճառներ չկան, քանի որ մոլորակի վառելիքի պաշարները դեռ բավարար են։ Ավելին, ավելի ու ավելի շատ նոր աղբյուրներ են օգտագործվում՝ էկոլոգիապես մաքուր և վերականգնվող:

Շրջակա միջավայրի աղտոտվածության խնդիրը մնում է, և այն աղետալիորեն աճում է։ Վնասակար արտանետումների քանակը դուրս է գալիս սանդղակից, համապատասխանաբար, օդը, որը մենք շնչում ենք, վնասակար է, ջուրն ունի վտանգավոր կեղտեր, և հողը աստիճանաբար սպառվում է: Այդ իսկ պատճառով շատ կարևոր է ժամանակին ուսումնասիրել այնպիսի երևույթ, ինչպիսին է էներգիան Երկրի աղիքներում, որպեսզի ուղիներ փնտրել հանածո վառելիքի պահանջարկը նվազեցնելու և էներգիայի ոչ սովորական աղբյուրներն ավելի ակտիվ օգտագործելու համար:

Այս էներգիան պատկանում է այլընտրանքային աղբյուրներին։ Մեր օրերում ավելի ու ավելի շատ մարդիկ են խոսում այն ​​ռեսուրսների ձեռքբերման հնարավորությունների մասին, որոնք մեզ տալիս է մոլորակը։ Կարելի է ասել, որ մենք ապրում ենք վերականգնվող էներգիայի նորաձեւության դարաշրջանում։ Այս ոլորտում ստեղծվում են բազմաթիվ տեխնիկական լուծումներ, պլաններ, տեսություններ։

Այն գտնվում է երկրագնդի խորքում և ունի նորացման հատկություն, այլ կերպ ասած՝ անսահման է։ Դասական ռեսուրսները, ըստ գիտնականների, սկսում են սպառվել, նավթը, ածուխն ու գազը կչորանան։

Նեսիավելիր երկրաջերմային էլեկտրակայան, Իսլանդիա

Ուստի կարելի է աստիճանաբար պատրաստվել էներգիայի արտադրության նոր այլընտրանքային մեթոդների որդեգրմանը։ Երկրակեղևի տակ հզոր միջուկ կա։ Նրա ջերմաստիճանը տատանվում է 3000-ից 6000 աստիճանի սահմաններում։ Լիթոսֆերային թիթեղների շարժումը ցույց է տալիս դրա ահռելի ուժը։ Այն դրսևորվում է մագմայի հրաբխային ժայթքման տեսքով։ Խորքերում ռադիոակտիվ քայքայում է տեղի ունենում, երբեմն էլ նման բնական աղետների պատճառ է դառնում։

Սովորաբար մագման տաքացնում է մակերեսը՝ չթողնելով այն։ Այսպես են պատրաստվում գեյզերները կամ ջրի տաք լողավազանները։ Այսպիսով, հնարավոր է օգտագործել ֆիզիկական գործընթացները ցանկալի նպատակներմարդկության համար։

Երկրաջերմային էներգիայի աղբյուրների տեսակները

Այն սովորաբար բաժանվում է երկու տեսակի՝ հիդրոթերմալ և նավթաջերմային էներգիա։ Առաջինը ձևավորվում է տաք աղբյուրների պատճառով, իսկ երկրորդ տեսակը ջերմաստիճանի տարբերությունն է մակերեսի և երկրի խորքերում։ Բացատրելով ձեր իսկ խոսքերով՝ հիդրոթերմալ աղբյուրը բաղկացած է գոլորշուց և տաք ջրից, իսկ նավթաջերմայինը՝ թաքնված հողի խորքում։

Աշխարհում երկրաջերմային էներգիայի զարգացման ներուժի քարտեզ

Նավթաջերմային էներգիայի համար անհրաժեշտ է հորատել երկու հոր, մեկը ջրով լցնել, որից հետո տեղի կունենա ճախրման պրոցես, որը ջրի երես դուրս կգա։ Երկրաջերմային տարածքների երեք դաս կա.

• Երկրաջերմային - գտնվում է մայրցամաքային թիթեղների մոտ: Ջերմաստիճանի գրադիենտ ավելի քան 80C / կմ: Որպես օրինակ՝ իտալական Լարդերելլո կոմունան։ Կա էլեկտրակայան
• Կիսաջերմային - ջերմաստիճանը 40 - 80 C / կմ: Սրանք բնական ջրատար հորիզոններ են, որոնք կազմված են ճեղքված ապարներից: Ֆրանսիայի որոշ վայրերում շենքերը ջեռուցվում են այս եղանակով։
• Նորմալ - գրադիենտ 40 C / կմ-ից պակաս: Նման տարածքների ներկայացումը առավել տարածված է

Դրանք սպառման գերազանց աղբյուր են։ Դրանք հայտնաբերվել են ժայռի մեջ որոշակի խորության վրա։ Եկեք ավելի սերտ նայենք դասակարգմանը.

• Էպիթերմալ - ջերմաստիճանը 50-ից 90 վրկ
• Մեզոթերմային - 100 - 120 վ
• Հիպոթերմային - ավելի քան 200 վ

Այս տեսակները բաղկացած են տարբեր քիմիական բաղադրությունը... Կախված դրանից՝ կարելի է ջուրն օգտագործել տարբեր նպատակներով։ Օրինակ՝ էլեկտրաէներգիայի, ջերմամատակարարման (ջեռուցման ուղիների), հումքային բազայի արտադրության մեջ։

Տեսանյութ՝ Երկրաջերմային էներգիա

Ջերմամատակարարման գործընթաց

Ջրի ջերմաստիճանը 50 -60 աստիճան է, որն օպտիմալ է բնակելի տարածքի ջեռուցման և տաք մատակարարման համար։ Անհրաժեշտություն ջեռուցման համակարգերկախված է աշխարհագրական դիրքից և կլիմայական պայմանները... Իսկ մարդիկ անընդհատ տաք ջրամատակարարման կարիք ունեն։ Այս գործընթացի համար կառուցվում են GTS (երկրաջերմային ջերմաէլեկտրակայաններ):

Եթե ​​ջերմային էներգիայի դասական արտադրության համար օգտագործվում է պինդ կամ գազային վառելիք սպառող կաթսայատուն, ապա այդ արտադրության մեջ օգտագործվում է գեյզերային աղբյուր։ Տեխնիկական գործընթացը շատ պարզ է, նույն կոմունիկացիաները, ջեռուցման ուղիներն ու սարքավորումները։ Բավական է հորատել, մաքրել գազերից, ապա մղել կաթսայատուն, որտեղ կպահպանվի ջերմաստիճանի գրաֆիկը, այնուհետև այն կմտնի ջեռուցման մայրուղի։

Հիմնական տարբերությունն այն է, որ վառելիքի կաթսա օգտագործելու կարիք չկա: Սա զգալիորեն նվազեցնում է ջերմային էներգիայի արժեքը: Ձմռանը բաժանորդները ստանում են ջերմություն և տաք ջրամատակարարում, իսկ ամռանը՝ միայն տաք ջրամատակարարում։

Էլեկտրաէներգիայի արտադրություն

Տաք աղբյուրները և գեյզերները էլեկտրաէներգիայի արտադրության հիմնական բաղադրիչներն են։ Դրա համար օգտագործվում են մի քանի սխեմաներ, կառուցվում են հատուկ էլեկտրակայաններ։ GTS սարք.

• DHW բաք
• Պոմպ
• Գազի բաժանարար
• Գոլորշի բաժանարար
• Արտադրող տուրբին
• Կոնդենսատոր
• Booster պոմպ
• Տանկ - հովացուցիչ

Ինչպես տեսնում եք, շղթայի հիմնական տարրը գոլորշու փոխարկիչ է: Սա հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել մաքրված գոլորշի, քանի որ այն պարունակում է թթուներ, որոնք ոչնչացնում են տուրբինային սարքավորումները: Տեխնոլոգիական ցիկլում կա խառը սխեմայի կիրառման հնարավորություն, այսինքն՝ գործընթացում ներգրավված են ջուրն ու գոլորշին։ Հեղուկն անցնում է գազերից, ինչպես նաև գոլորշու մաքրման ողջ փուլը։

Երկուական աղբյուրի միացում

Աշխատանքային բաղադրիչը ցածր եռման կետով հեղուկ է: Ջերմային ջուրը նույնպես մասնակցում է էլեկտրաէներգիայի արտադրությանը և ծառայում է որպես երկրորդային հումք։

Նրա օգնությամբ ցածր եռման աղբյուրից գոլորշի է գոյանում։ Աշխատանքի նման ցիկլով GTS-ը կարող է լիովին ավտոմատացված լինել և չի պահանջում սպասարկման անձնակազմ: Ավելի հզոր կայանները օգտագործում են երկշղթա սխեմա: Այս տեսակի էլեկտրակայանը թույլ է տալիս հասնել 10 ՄՎտ հզորության։ Կրկնակի շղթայի կառուցվածք.

• Գոլորշի գեներատոր
• Տուրբին
• Կոնդենսատոր
• Էժեկտոր
• Սնուցման պոմպ
• Էկոնոմիզատոր
• Գոլորշիացնող

Գործնական օգտագործում

Աղբյուրների հսկայական պաշարները մի քանի անգամ գերազանցում են տարեկան էներգիայի սպառումը։ Բայց միայն մի փոքր մասն է օգտագործվում մարդկության կողմից: Կայանների կառուցումը թվագրված է 1916թ. Իտալիայում ստեղծվել է 7,5 ՄՎտ հզորությամբ առաջին երկրաջերմային էլեկտրակայանը։ Արդյունաբերությունն ակտիվորեն զարգանում է այնպիսի երկրներում, ինչպիսիք են՝ ԱՄՆ-ը, Իսլանդիան, Ճապոնիան, Ֆիլիպինները, Իտալիան:

Ընթացքի մեջ են պոտենցիալ տեղամասերի ակտիվ հետախուզում և հանքարդյունաբերության առավել հարմար մեթոդներ: Արտադրական հզորությունը տարեցտարի աճում է։ Եթե ​​հաշվի առնենք տնտեսական ցուցանիշը, ապա նման արդյունաբերության արժեքը հավասար է ածխի ջերմաէլեկտրակայաններին։ Իսլանդիան գրեթե ամբողջությամբ ծածկում է GT աղբյուրի կոմունալ և բնակարանային ֆոնդը: Տների 80%-ը ջեռուցման համար օգտագործում է ջրհորներից տաք ջուր։ ԱՄՆ-ի փորձագետները պնդում են, որ պատշաճ զարգացման դեպքում երկրաջերմային էլեկտրակայանները կարող են արտադրել 30 անգամ ավելի, քան տարեկան սպառումը: Եթե ​​խոսենք ներուժի մասին, ապա աշխարհի 39 երկրներ կկարողանան իրենց ամբողջությամբ ապահովել էլեկտրաէներգիայով, եթե օգտագործեն երկրագնդի 100 տոկոսը։