Дэлхийн халуун дулаан байдал. Геотермаль энерги

Хүмүүс гүнд нуугдаж буй асар том энергийн аяндаа илэрч байгааг хүмүүс удаан хугацаанд мэддэг байсан. бөмбөрцөг... Хүн төрөлхтний ой санамж сая сая хүний ​​амийг авч одсон галт уулын дэлбэрэлтийн тухай домог түүхийг хадгалсаар ирсэн бөгөөд дэлхийн олон газрын төрхийг танигдахын аргагүй өөрчилсөн юм. Харьцангуй жижиг галт уулын дэлбэрэлтийн хүч асар том бөгөөд хүний ​​гараар бүтээгдсэн хамгийн том цахилгаан станцуудын хүчнээс хэд дахин их юм. Үнэн бол галт уулын дэлбэрэлтийн энергийг шууд ашиглах талаар ярих шаардлагагүй юм: өнөөг хүртэл хүмүүст энэ бослогын элементийг таслан зогсоох боломж байхгүй байгаа бөгөөд аз болоход дэлбэрэлт бол маш ховор үзэгдэл юм. Гэхдээ эдгээр нь шавхагдашгүй энергийн өчүүхэн хэсэг нь галт уулын галаар амьсгалах нүхээр дамжин гарах гарцыг олох үед дэлхийн гэдэс дотор нуугдаж буй энергийн илрэл юм.

Жижиг Европын улсИсланд ("мөсөн орон" гэж шууд орчуулбал) улаан лооль, алим, тэр ч байтугай гадил жимсээр өөрийгөө бүрэн хангадаг! Исландын олон тооны хүлэмжүүд эрчим хүчээ авдаг дэлхийн дулаанИсландад өөр орон нутгийн эрчим хүчний эх үүсвэр бараг байдаггүй. Гэхдээ энэ улс маш баян рашаан, алдартай гейзерүүд - халуун усны усан оргилуур,хронометрийн нарийвчлалтайгаар газраас гарч байна. Хэдийгээр Исланд бус хүмүүс газар доорх эх үүсвэрийн дулааныг ашиглахыг нэн тэргүүнд тавьдаг (эртний Ромчууд хүртэл газар доороос алдарт угаалгын өрөө болох Каракаллагийн халуун ваннд ус авчирдаг байсан), энэ хойд нутгийн жижигхэн оршин суугчид. газар доорхи уурын зуухыг маш эрчимтэй ажиллуулах... Тус улсын хүн амын тал хувь нь амьдардаг нийслэл Рейкьявик хотыг зөвхөн гүний эх үүсвэрээр дулаацуулдаг. Рейкьявик бол Исланд улсыг судлах хамгийн тохиромжтой эхлэлийн цэг юм: эндээс та энэ өвөрмөц орны аль ч өнцөг булан руу хамгийн сонирхолтой, олон янзын аялал хийх боломжтой: гейзер, галт уул, хүрхрээ, риолит уул, фьорд ... Та Рейкьявикийн хаа сайгүй ЦЭВЭРЛЭХ болно. ЭРЧИМ ХҮЧ - газрын гадаргаас цохиж буй гейзерүүдийн дулааны энерги, цэвэр ногоон байдал, ногоон байгууламжийн орон зай, хөгжилтэй, гал авалцах энерги шөнийн амьдралРейкьявик бүтэн жилийн турш.

Гэхдээ зөвхөн хүмүүсийг халаахад зориулж газрын гүнээс энерги авдаг. Газар доорхи халуун рашаан ашигладаг цахилгаан станцууд удаан хугацаанд ажиллаж байна.Анхны ийм жижиг цахилгаан станцыг 1904 онд Италийн Лардерелло хэмээх жижиг хотод Францын инженер Лардереллигийн нэрээр барьсан бөгөөд 1827 онд тэр хавийн олон тооны халуун рашааныг ашиглах төсөл боловсруулж байжээ. Аажмаар цахилгаан станцын хүчин чадал нэмэгдэж, улам олон нэгжүүд ашиглалтанд орж, халуун усны шинэ эх үүсвэрүүд ашиглагдаж, өнөөдөр станцын хүч 360 мянган киловаттын гайхалтай үнэ цэнэд хүрсэн байна. Шинэ Зеландад Вайракей мужид 160 мянган киловатт хүчин чадалтай ийм цахилгаан станц байдаг. АНУ -ын Сан Франциско хотоос 120 км зайд 500 мянган киловаттын хүчин чадалтай геотермийн станц цахилгаан үйлдвэрлэдэг.

Геотермаль энерги

Бөмбөрцгийн гэдэс дотор асар том энерги нуугдаж байгаа нь аяндаа илэрч байгааг хүмүүс удаан хугацаанд мэддэг байсан. Хүн төрөлхтний ой санамж сая сая хүний ​​амийг авч одсон галт уулын дэлбэрэлтийн тухай домог түүхийг хадгалсаар ирсэн бөгөөд дэлхийн олон газрын төрхийг танигдахын аргагүй өөрчилсөн юм. Харьцангуй жижиг галт уулын дэлбэрэлтийн хүч асар том бөгөөд хүний ​​гараар бүтээгдсэн хамгийн том цахилгаан станцуудын хүчнээс хэд дахин их юм. Үнэн бол галт уулын дэлбэрэлтийн энергийг шууд ашиглах талаар ярих шаардлагагүй - өнөөг хүртэл хүмүүст энэхүү эсэргүүцэгч элементийг таслан зогсоох боломж байхгүй байгаа бөгөөд аз болоход дэлбэрэлт бол маш ховор үзэгдэл юм. Гэхдээ эдгээр нь шавхагдашгүй энергийн өчүүхэн хэсэг нь галт уулын галаар амьсгалах нүхээр дамжин гарах гарцыг олох үед дэлхийн гэдэс дотор нуугдаж буй энергийн илрэл юм.

Гейзер байна халуун хаварусан оргилуур шиг тогтмол эсвэл жигд бус өндөрт усаа цацдаг. Энэ нэр нь Исландын "цутгах" гэсэн үгнээс гаралтай. Гейзерийн дүр төрх нь дэлхий дээрх цөөн хэдэн газарт бий болсон тодорхой таатай орчныг шаарддаг бөгөөд энэ нь тэдний нэн ховор оршихуйг тодорхойлдог. Гейзерүүдийн бараг 50% нь дотор байрладаг Үндэсний цэцэрлэгт хүрээлэнЙеллоустоун (АНУ). Гейзерийн үйл ажиллагаа нь гэдэсний өөрчлөлт, газар хөдлөлт болон бусад хүчин зүйлийн улмаас зогсох магадлалтай. Гейзерийн үйлдэл нь устай магма холбоо барьснаас үүдэлтэй бөгөөд үүний дараа ус хурдан халж, газрын гүний дулааны энергийн нөлөөн дор дээшээ хүчтэй шидэгддэг. Дэлбэрэлт болсны дараа гейзер дэх ус аажмаар хөрч, дахин магма руу нэвчиж, дахин урсана. Төрөл бүрийн гейзерийн дэлбэрэлтийн давтамж хэдэн минутаас хэдэн цаг хүртэл хэлбэлздэг. Гейзерийг ажиллуулахад их хэмжээний энерги шаардагдана. гол шалтгаантэдний ховор байдал. Галт уулын бүсэд халуун рашаан, шавар галт уул, фумарол байж болох ч гейзер байрладаг газар тун цөөхөн байдаг. Баримт нь галт уул идэвхжсэн газарт гейзер үүссэн байсан ч дараагийн дэлбэрэлт нь дэлхийн гадаргууг сүйтгэж, төлөв байдлыг нь өөрчилдөг бөгөөд энэ нь гейзер алга болоход хүргэдэг.

Дэлхийн энерги (геотермаль энерги) нь дэлхийн байгалийн дулааныг ашиглахад суурилдаг. Дэлхийн гэдэс асар их, бараг шавхагдашгүй эрчим хүчний эх үүсвэрээр дүүрэн байдаг. Манай гаригийн дотоод дулааны жилийн цацраг туяа нь 2.8 * 1014 тэрбум кВт.ц байдаг. Энэ нь дэлхийн царцдасын зарим изотопуудын цацраг идэвхт задралаар байнга нөхөн төлдөг.

Геотермаль эрчим хүчний эх үүсвэр нь хоёр төрөл байж болно. Эхний төрөл нь байгалийн дулаан тээвэрлэгчдийн гүний усан сан юм - халуун ус (гидротермал булаг), эсвэл уур (уурын дулааны булаг), эсвэл уур -усны холимог. Үндсэндээ эдгээр нь шууд ашиглахад бэлэн "газар доорхи бойлерууд" бөгөөд ердийн цооног ашиглан ус, уур гаргаж авах боломжтой. Хоёр дахь төрөл нь халуун чулуулгийн дулаан юм. Ийм давхрага руу ус шахснаар та уур эсвэл хэт халсан усыг эрчим хүчний зориулалтаар цаашид ашиглах боломжтой болно.

Гэхдээ хоёуланг нь ашиглах тохиолдолд гол сул тал нь газрын гүний дулааны энергийн агууламж маш бага байдаг. Гэсэн хэдий ч өвөрмөц геотермаль аномали үүсч, рашаан эсвэл чулуулаг гадаргуу дээр харьцангуй ойртдог, гүнзгий усанд ороход температур 100 м тутамд 30-40 хэмээр нэмэгддэг бол газрын гүний дулааны энергийн концентраци нь түүнийг эдийн засгийн хувьд ашиглах нөхцлийг бүрдүүлэх. Ус, уур, уур-усны хольцын температураас хамааран газрын гүний дулааны эх үүсвэрийг бага ба дунд температурт (130-150 хэм хүртэл), өндөр температурт (150 хэмээс дээш) гэж хуваадаг. Тэдний хэрэглээний мөн чанар нь температураас ихээхэн хамаардаг.

Геотермаль энергийг ялгах дөрвөн давуу талтай гэж маргаж болно.

Нэгдүгээрт, түүний нөөц бараг шавхагдашгүй юм. 70 -аад оны сүүлчээр хийсэн тооцоогоор 10 км -ийн гүнд уламжлалт эрдэс түлшний нөөцөөс 3.5 мянган дахин их байдаг.

Хоёрдугаарт, газрын гүний дулааны эрчим хүч нэлээд өргөн тархсан. Түүний төвлөрөл нь дэлхийн талбайн 1/10 -ийг эзэлдэг газар хөдлөлт, галт уулын идэвхтэй үйл ажиллагааны бүстэй холбоотой байдаг. Эдгээр бүс дотор хамгийн ирээдүйтэй "геотермаль бүс" -ийг тодорхойлж болно, жишээ нь АНУ -ын Калифорниа, Шинэ Зеланд, Япон, Исланд, Камчатка, Оросын Хойд Кавказ. Зөвхөн хуучин ЗХУ -д 90 -ээд оны эхэн гэхэд 50 орчим гүний халуун ус, уурын сав нээгдэв.

Гуравдугаарт, газрын гүний дулааны энергийг ашиглах нь өндөр зардал шаарддаггүй, учир нь Энэ тохиолдолд бид байгаль өөрөө бий болгосон "ашиглахад бэлэн" эрчим хүчний эх үүсвэрийн талаар ярьж байна.

Эцэст нь, дөрөвдүгээрт, газрын гүний дулааны энерги нь экологийн хувьд бүрэн гэм хоргүй бөгөөд хүрээлэн буй орчныг бохирдуулдаггүй.

Хүн дэлхийн дотоод дулааны энергийг удаан хугацаанд ашиглаж ирсэн (наад зах нь алдарт Ромын ваннуудыг санаарай), гэхдээ үүнийг арилжааны зориулалтаар ашиглах нь зөвхөн 1920-иод онд Италид, дараа нь бусад улсуудад анхны гео цахилгаан станцуудыг барьж байгуулснаар эхэлсэн юм. . 1980 -аад оны эхэн гэхэд дэлхий дээр нийт 1.5 сая кВт хүчин чадалтай 20 орчим ийм станц ажиллаж байв. Тэдний хамгийн том нь АНУ дахь Гейзерс станц (500 мянган кВт) юм.

Геотермаль энергийг цахилгаан үйлдвэрлэх, байшин, хүлэмж гэх мэтийг халаахад ашигладаг. Хуурай уур, хэт халсан ус эсвэл буцалгах температур багатай (аммиак, фреон гэх мэт) зарим төрлийн хөргөлтийг дулаан зөөгч болгон ашигладаг.

"Геотермаль энерги" гэсэн нэр томъёо нь дэлхий (гео) ба дулааны (дулааны) гэсэн грек үгнээс гаралтай. Үнэндээ, газрын гүний дулааны энерги нь дэлхийгээс гардаг... Цельсийн дунджаар 3600 градусын дэлхийн цөмөөс гарах дулаан нь манай гаригийн гадаргуу руу цацардаг.

Хэд хэдэн километрийн гүнд газар доорх булаг, гейзерийг халаах ажлыг тусгай худаг ашиглан хийж болно халуун ус(эсвэл үүнээс уур) гадаргуу руу, үүнийг шууд дулааны хэлбэрээр эсвэл шууд бус хэлбэрээр эргүүлэх турбиныг асаах замаар цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.

Газрын гадарга доорхи ус байнга сэлбэгдэж, дэлхийн цөм нь хүний ​​амьдралтай харьцуулахад дулааныг хязгааргүй үргэлжлүүлэн үүсгэсээр байх тул газрын гүний дулааны энерги эцсийн эцэст бий болно. цэвэр, сэргээгдэх боломжтой.

Дэлхийн эрчим хүчний нөөцийг цуглуулах арга

Өнөөдөр газрын гүний дулааны энергийг хураах гурван үндсэн арга байдаг: хуурай уур, халуун ус, хоёртын цикл. Хуурай уурын процесс нь цахилгаан үүсгүүрийн турбин хөтлөгчийг шууд эргүүлдэг. Халуун ус доороос дээш орж, дараа нь сав руу цацаж, турбин жолоодох уурыг бий болгодог. Эдгээр хоёр арга нь АНУ, Исланд, Европ, Орос болон бусад орнуудад хэдэн зуун мегаватт цахилгаан үйлдвэрлэдэг хамгийн түгээмэл арга юм. Гэхдээ эдгээр үйлдвэрүүд зөвхөн тектоник бүсэд ажилладаг тул халсан ус авахад илүү хялбар байдаг тул байршил хязгаарлагдмал байдаг.

Хоёртын мөчлөгийн технологийн тусламжтайгаар халуун (заавал халуун биш) усыг гадаргуу дээр гаргаж, буцалгах цэг багатай бутан эсвэл пентантай хослуулдаг. Энэхүү шингэнийг дулаан солилцогчоор шахаж, ууршуулж, турбинаар дамжуулж системд буцааж эргүүлнэ. Хоёртын мөчлөгийн технологи нь АНУ -д Калифорни, Невада, Хавайн арлууд дээр хэдэн арван мегаватт цахилгаан эрчим хүчээр хангадаг.

Эрчим хүч олж авах зарчим

Геотермаль энерги авах сул тал

Ашиглалтын түвшинд газрын гүний дулааны цахилгаан станц барих, ажиллуулахад үнэтэй байдаг. Тохиромжтой байршил олохын тулд газар доорхи бүтээмж өндөртэй байх баталгаагүйгээр үнэтэй худгийн судалгаа шаардлагатай болно халуун цэг... Гэсэн хэдий ч шинжээчид ирэх зургаан жилд энэ хүчин чадлыг бараг хоёр дахин нэмэгдүүлнэ гэж үзэж байна.

Үүнээс гадна гүний эх үүсвэрийн өндөр температуртай газрууд геологийн идэвхтэй галт уултай бүсэд байрладаг. Эдгээр "халуун цэгүүд" нь царцдас нэлээд нимгэн газарт тектоник хавтангийн хил дээр үүссэн байна. Номхон далайн бүс нутгийг ихэвчлэн Аляска, Калифорниа, Орегон зэрэг олон халуун цэг бүхий олон галт уулын галын тойрог гэж нэрлэдэг. Невада муж нь АНУ -ын хойд хэсгийг хамарсан олон зуун халуун цэгүүдтэй.

Газар хөдлөлтийн идэвхтэй бүсүүд бас бий. Газар хөдлөлт, магмын хөдөлгөөн нь усыг эргүүлэх боломжийг олгодог. Зарим газарт ус дээш гарч, Камчатка гэх мэт байгалийн халуун рашаан, гейзер үүсдэг. Камчаткагийн гейзер дэх ус 95 хэмд хүрдэг.

Нээлттэй гейзерийн системтэй холбоотой асуудлуудын нэг бол агаарыг бохирдуулдаг тодорхой бодис ялгаруулдаг явдал юм. Устөрөгчийн сульфид бол "ялзарсан өндөг" үнэртэй хортой хий бөгөөд бага хэмжээний хүнцэл, эрдэс бодис уураар ялгардаг. Давс нь байгаль орчны асуудал үүсгэж болно.

Оффшорт байрладаг геотермийн цахилгаан станцуудад ихээхэн хэмжээний хөндлөнгөөс оролцдог давс хоолойд хуримтлагддаг. Хаалттай системд утаа ялгаруулалт байхгүй бөгөөд гадаргуу дээр гаргаж авсан бүх шингэнийг буцааж өгдөг.

Эрчим хүчний нөөцийн эдийн засгийн боломж

Халуун цэгүүд нь газрын гүний дулааны энергийг олж авах боломжтой цорын ганц газар биш юм. Дэлхийн аль ч газрын гадаргаас 4 метрээс хэдэн км -ээс доош хаана ч хамаагүй шууд халаалтын зориулалтаар ашиглах боломжтой дулааны хангамж тогтмол байдаг. Өөрийнхөө арын хашаанд эсвэл сургуулийнхаа газарт ч гэсэн байшин эсвэл бусад барилга руу шахах дулааны хэлбэрээр эдийн засгийн боломж бий.

Үүнээс гадна газрын гүнээс (4-10 км) гүнд хуурай чулуулаг үүсэхэд асар их хэмжээний дулааны энерги байдаг.

Шинэ технологийг ашигласнаар хүн төрөлхтөн энэхүү дулааныг ашиглан ердийн технологиос хамаагүй том хэмжээтэй цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой газрын гүний дулааны системийг өргөтгөх боломжтой юм. Цахилгаан үйлдвэрлэх энэхүү зарчмын анхны үзүүлэх төслүүдийг АНУ, Австралид 2013 онд харуулсан.

Хэрэв геотермаль баялгийн эдийн засгийн чадавхийг бүрэн ашиглаж чадвал энэ нь үйлдвэрлэлийн байгууламжид асар их цахилгаан эрчим хүчний эх үүсвэр болно. Эрдэмтдийн тооцоолсноор ердийн геотермаль эх үүсвэр нь 38,000 МВт -ын хүчин чадалтай бөгөөд жилд 380 сая МВт цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой юм.

Хуурай хуурай чулуулаг газар доор хаа сайгүй 5-8 км -ийн гүнд, зарим газарт гүехэн гүнд байдаг. Эдгээр нөөцөд нэвтрэх нь халуун чулуулгаар дамжих хүйтэн усыг нэвтрүүлэх, халсан усыг зайлуулах явдал юм. Одоогоор энэ технологийн арилжааны програм байхгүй байна. Одоо байгаа технологиуд сэргээн засварлахыг хараахан зөвшөөрөөгүй байна дулааны энергимагмагаас шууд, маш гүнзгий боловч энэ нь газрын гүний дулааны энергийн хамгийн хүчирхэг нөөц юм.

Эрчим хүчний нөөц ба түүний тууштай байдлыг хослуулан газрын гүний дулааны энерги нь илүү цэвэр, тогтвортой эрчим хүчний системийн хувьд орлуулшгүй үүрэг гүйцэтгэж чадна.

Геотермаль цахилгаан станцын бүтэц

Геотермаль энергиЭнэ нь дэлхийгээс цэвэр, тогтвортой дулаан юм. Магма гэж нэрлэгддэг хайлсан чулуулгийн өндөр температур хүртэл газрын гадаргаас хэдэн км -ийн гүнд, бүр илүү гүнд нь асар их нөөц бий. Гэхдээ дээр дурдсанчлан хүмүүс магманд хараахан хүрээгүй байна.

Геотермаль цахилгаан станцын гурван зураг төсөл

Хэрэглээний технологийг нөөцөөр тодорхойлдог. Хэрэв ус худгаас уурнаас гардаг бол шууд хэрэглэж болно. Хэрэв халуун ус хангалттай халуун байвал дулаан солилцогчоор дамжин өнгөрөх ёстой.

Эрчим хүч үйлдвэрлэх анхны худгийг 1924 оноос өмнө өрөмдсөн. 1950 -иад онд илүү гүний худаг өрөмдсөн боловч бодит бүтээн байгуулалт 1970-80 -аад онд өрнөдөг.

Геотермаль дулааныг шууд ашиглах

Геотермаль эх үүсвэрийг халаалтын зориулалтаар шууд ашиглаж болно. Халуун усыг барилга байгууламжийг дулаацуулах, хүлэмжинд ургамал ургуулах, загас, үр тариа хатаах, газрын тосны үйлдвэрлэлийг сайжруулах, сүүний пастеризаци хийх үйлдвэрлэлийн процесст туслах, загасны аж ахуйд ус халаахад ашигладаг. АНУ, Кламат Фоллс, Орегон, Бойсе, Айдахо мужид геотермаль усыг зуу гаруй жилийн турш байшин, байшинг халаахад ашиглаж ирсэн. Зүүн эрэг дээр Виржиниа мужийн Уармпрингс хот нь орон нутгийн амралтын газруудын дулааны эх үүсвэрийг ашиглан булгийн уснаас дулааныг шууд авдаг.

Исландад тус улсын бараг бүх барилга рашааны усаар халдаг. Үнэндээ Исланд улс үндсэн эрчим хүчнийхээ 50 гаруй хувийг газрын гүний дулааны эх үүсвэрээс авдаг. Жишээлбэл, Рейкьявик хотод (118 мянган хүн амтай) халуун усыг 25 км гаруй зайд дамжуулдаг бөгөөд оршин суугчид үүнийг халаалт, байгалийн хэрэгцээндээ ашигладаг.

Шинэ Зеланд цахилгаан эрчим хүчнийхээ 10 хувийг нэмж авдаг. дулааны ус байгаа хэдий ч хөгжөөгүй байна.

ТЭД. Капитонов

Дэлхийн цөмийн дулаан

Дэлхийн дулаан

Дэлхий бол нэлээд халуун бие бөгөөд дулааны эх үүсвэр юм. Энэ нь юуны түрүүнд шингэсэн нарны цацрагийн нөлөөгөөр халдаг. Гэхдээ Дэлхий бас нарнаас хүлээн авсан дулааныг харьцуулах өөрийн гэсэн дулааны нөөцтэй. Дэлхийн энэхүү өөрөө энерги нь дараахь гарал үүсэлтэй гэж үздэг. Дэлхий ойролцоогоор 4.5 тэрбум жилийн өмнө нарыг тойрон эргэлдэж, конденсацлах хий гаригийн хийтэй тоосноос Нар үүссэний дараа үүссэн. Үүсэх эхний үе шатанд харьцангуй удаан таталцлын шахалтаас болж хуурай газрын бодис халсан байв. Дэлхийн дулааны тэнцвэрт байдалд жижиг сансрын биетүүд унах үед ялгарах энерги чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Тиймээс залуу Дэлхий хайлсан байв. Хөргөөд аажмаар өнөөгийн байдалдаа хатуу гадаргуутай болсон бөгөөд үүний нэлээд хэсгийг далай, далайн усаар бүрхсэн байв. Энэхүү хатуу гаднах давхаргыг нэрлэдэг царцдасдунджаар хуурай газрын зузаан нь ойролцоогоор 40 км, далайн усны дор 5-10 км байдаг. Дэлхийн гүн давхарга гэж нэрлэдэг нөмрөг, мөн хатуу бодисоос бүрдэнэ. Энэ нь бараг 3000 км -ийн гүнд үргэлжилдэг бөгөөд дэлхийн материалын ихэнх хэсгийг агуулдаг. Эцэст нь дэлхийн хамгийн дотоод хэсэг бол тэр юм гол... Энэ нь гадаад ба дотоод гэсэн хоёр давхаргаас бүрдэнэ. Гаднах голэнэ нь 4500-6500 К температуртай, 2000-2500 км зузаантай хайлсан төмөр, никелийн давхарга юм. Дотоод цөм 1000-1500 км-ийн радиустай нь 4000-5000 К хүртэл халсан, 14 г / см 3 нягтралтай, 4000-5000 К температурт халсан хатуу төмөр никель хайлш бөгөөд асар их (бараг 4 сая бар) даралтаар үүссэн.
Үүсэх хамгийн анхны халуун үеэс уламжлагдан ирсэн, цаг хугацаа өнгөрөх тусам хэмжээ нь буурах ёстой дэлхийн дотоод дулаанаас гадна хагас задралын хугацаа урт цөмийн цацраг идэвхт задралтай холбоотой бас нэг урт хугацааны бий. - үндсэндээ 232 Th, 235 U, 238 U ба 40 K. Эдгээр задралд ялгарсан энерги нь дэлхийн цацраг идэвхт энергийн бараг 99% -ийг эзэлдэг бөгөөд дэлхийн дулааны нөөцийг байнга нөхдөг. Дээр дурдсан судлууд нь царцдас, нөмрөгт байдаг. Тэдний ялзрал нь дэлхийн гаднах болон дотоод давхаргыг халаахад хүргэдэг.
Дэлхийд агуулагдах асар их дулааны нэг хэсэг нь ихэвчлэн маш том хэмжээний галт уулын процесст түүний гадаргуу дээр гарч ирдэг. Дэлхийн гүнээс түүний гадаргуугаар дамжин урсаж буй дулааны урсгалыг мэддэг. Энэ нь (47 ± 2) · 10 12 ватт бөгөөд энэ нь 50 мянган атомын цахилгаан станцын үйлдвэрлэж чадах дулааны хэмжээтэй тэнцэнэ (нэг атомын цахилгаан станцын дундаж хүч нь ойролцоогоор 10 9 ватт). Цацраг идэвхт энерги нь дэлхийн нийт дулааны төсөвт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг үү, хэрэв тийм бол ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ гэсэн асуулт гарч ирнэ. Эдгээр асуултын хариулт удаан хугацаанд тодорхойгүй хэвээр байв. Эдгээр асуултанд хариулах боломжууд одоо гарч ирэв. Энд гол үүрэг нь дэлхийн бодисыг бүрдүүлдэг цөмийн цацраг идэвхт задралын процесст төрсөн нейтрино (антинейтрино) -д хамаардаг. гео-нейтрино.

Гео-нейтрино

Гео-нейтрино- Энэ бол газрын гадарга дор байрлах цөмийн бета задралын үр дүнд ялгардаг нейтрино буюу антинейтриногийн нийтлэг нэр юм. Мэдээжийн хэрэг, урьд өмнө байгаагүй нэвтрэх чадварын ачаар тэдгээрийг (зөвхөн тэдгээрийг) газрын нейтрино илрүүлэгчээр бүртгэх нь дэлхийн гүнд явагдаж буй цацраг идэвхт задралын үйл явцын талаар бодитой мэдээлэл өгөх боломжтой юм. Ийм задралын жишээ бол урт хугацааны 232 Th цөмийн α -задралын бүтээгдэхүүн болох 228 Ra цөмийн β - -задрал юм (хүснэгтийг үзнэ үү):

228 Ra цөмийн хагас задралын хугацаа (T 1/2) нь 5.75 жил, ялгарсан энерги нь 46 кэВ орчим байдаг. Антинейтриногийн энергийн спектр нь тасарсан энергийн ойролцоо дээд хязгаартай тасралтгүй үргэлжилдэг.
232 Th, 235 U, 238 U цөмийн задрал нь дараалсан задралын хэлхээ гэж нэрлэгддэг. цацраг идэвхт зэрэглэл... Ийм гинжин хэлхээнд α-задрал нь β--хагарлаар дамждаг, учир нь α-задралын явцад эцсийн бөөмүүд нь β-тогтвортой байдлын шугамаас нейтроноор дүүрсэн бөөмийн бүс рүү шилждэг. Мөр бүрийн төгсгөлд дараалсан ялзралын гинжин хэлхээ хийсний дараа протон ба нейтронуудын ойролцоо буюу тэнцүү тооны ид шидтэй тогтвортой цөмүүд үүсдэг (Z = 82,Н.= 126). Ийм эцсийн цөмүүд нь хар тугалга эсвэл висмутын тогтвортой изотопууд юм. Ийнхүү T 1/2 -ийн задрал нь 208 Pb гэсэн давхар ид шидийн цөм үүсч дуусах бөгөөд 232 Th → 208 Pb зам дээр зургаан α -задрал үүсч дөрвөн β - -задралаар (238 U гинжин хэлхээнд) ээлжлэн явагдана. → 206 Pb, найман α- ба зургаан β - - задрал; 235 U → 207 Pb хэлхээнд долоон α, дөрвөн β - задрал байдаг). Тиймээс цацраг идэвхт цуврал бүрээс авсан антинейтриний энергийн спектр нь энэ цувралыг бүрдүүлдэг бие даасан β -задралын хэсэгчилсэн спектрийн супер байрлал юм. 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K задралд үүссэн антинейтринуудын спектрийг Зураг дээр үзүүлэв. 1. 40 К -ийн задрал нь ганц β - задрал юм (хүснэгтийг үзнэ үү). Антинейтринууд ялзрах явцад хамгийн их энерги (3.26 МэВ хүртэл) хүрдэг
238 U цацраг идэвхт цувралын холбоос болох 214 Bi → 214 Po. 232 Th → 208 Pb цувралын бүх задралын холбоос дамжих явцад ялгарах нийт энерги нь 42.65 MeV байна. Цацраг идэвхт цувралын 235 U ба 238 U -ийн хувьд эдгээр энерги нь 46.39 ба 51.69 MeV байна. Муудах үед ялгардаг энерги
40 K → 40 Ca, 1.31 MeV байна.

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K судалтай

Гол	% Хувиар хуваалцах холимог дотор изотопууд	Цөмийн тоо хамааралтай. цөм Si	T 1/2, тэрбум жил	Эхний холбоосууд ялзрах
232 Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6.48 · 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40 К.	0.0117	0.440	1.25

Дэлхийн бодисын найрлага дахь 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K цөмийн задралд үндэслэн хийсэн гео -нейтрино урсгалын тооцоо нь 10 6 см -ийн дарааллын утгыг бий болгодог. 2 секунд -1. Эдгээр гео-нейтриног бүртгүүлснээр дэлхийн нийт дулааны тэнцвэрт байдалд цацраг идэвхт дулаан ямар үүрэг гүйцэтгэдэг тухай мэдээлэл олж авах боломжтой бөгөөд дэлхийн бодисын найрлага дахь урт хугацааны радиоизотопын агууламжийн талаархи бидний санааг шалгаж болно.

Цагаан будаа. 1. Цөмийн задралаас үүссэн антинейтриногийн энергийн спектр

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K, эцэг эхийн цөмийн нэг задрал хүртэл хэвийн хэмжээнд хүрсэн

Цахим антинейтриног бүртгэхийн тулд урвалыг ашиглана

P → e + + n, (1)

Энэ бөөмийг үнэхээр нээсэн. Энэ урвалын босго нь 1.8 MeV байна. Тиймээс дээрх урвалд зөвхөн 232 Th ба 238 U цөмөөс эхлэн задралын хэлхээнд үүссэн гео-нейтрино бүртгэгдэж болно. Хэлэлцэж буй урвалын үр дүнтэй хөндлөн огтлол нь маш бага байна: σ 10-43 см 2 хэмжээтэй. Тиймээс 1 м 3 мэдрэмтгий эзэлхүүнтэй нейтрино детектор жилд хэд хэдэн үйл явдлыг бүртгэх болно. Гео-нейтрино урсгалыг найдвартай бэхлэхийн тулд арын дэвсгэрээс хамгийн их хамгаалалт авахын тулд гүний лабораторид байрладаг их хэмжээний нейтрино илрүүлэгч хэрэгтэй болно. Гео-нейтрино бүртгэхэд нарны болон реакторын нейтриног судлах зориулалттай детектор ашиглах санаа 1998 онд төрсөн. Одоогийн байдлаар шингэн сцинтиллятор ашигладаг, энэ асуудлыг шийдвэрлэхэд тохиромжтой хоёр том эзэлхүүнтэй нейтрино илрүүлэгч байдаг. Эдгээр нь KamLAND (Япон) болон Борексино (Итали) туршилтын нейтрино илрүүлэгч юм. Борексино детекторын төхөөрөмж, гео-нейтрино бүртгэлийн талаархи энэхүү детекторын үр дүнг доор авч үзье.

Борексино илрүүлэгч ба гео-нейтрино бүртгэл

Борексино нейтрино илрүүлэгч нь Италийн төв хэсэгт Гран Сассогийн нурууны доорхи газар доорхи лабораторид байрладаг бөгөөд уулын оргил нь 2.9 км хүрдэг (Зураг 2).

Цагаан будаа. 2. Гран Сассогийн нурууны дор нейтрино лабораторийн зохион байгуулалт (Италийн төв хэсэгт)

Борексино бол хуваагдалгүй том детектор бөгөөд түүний идэвхтэй орчин нь юм
280 тонн органик шингэн сцинтиллятор. Энэ нь 8.5 м диаметртэй нейлон бөмбөрцөг савыг дүүргэсэн (Зураг 3). Сцинтиллятор нь псевдокуменен (C 9 H 12) бөгөөд спектр шилжих нэмэлт PPO (1.5 г / л) юм. Сцинтилляторын гэрлийг зэвэрдэггүй ган бөмбөрцөгт (SNS) суурилуулсан 2212 ширхэг 8 инчийн гэрэл үржүүлэгч хоолой (PMTs) цуглуулдаг.

Цагаан будаа. 3. Borexino илрүүлэгч төхөөрөмжийн диаграм

Хуурамч документэй нейлон сав нь дотоод детектор бөгөөд түүний үүрэг бол нейтриног (антинейтрин) бүртгэх явдал юм. Дотоод детекторыг гадны гамма туяа, нейтроноос хамгаалах хоёр төвлөрсөн буфер бүсээр хүрээлэгдсэн байдаг. Дотоод бүсийг диметил фталат агуулсан сцинтилляци бүхий 900 тонн псевдокумененээс бүрдэх бус снитилинжээр дүүргэсэн байна. Гаднах бүс нь SNS -ийн орой дээр байрладаг бөгөөд 2000 тонн хэт цэвэр ус агуулсан Черенков усны детектор бөгөөд гаднаас тохиргоонд орж буй муонуудын дохиог тасалдаг. Дотоод детектор дахь харилцан үйлчлэл бүрийн хувьд энерги, цаг хугацааг тодорхойлдог. Төрөл бүрийн цацраг идэвхт эх үүсвэрийг ашиглан детекторын шалгалт тохируулга нь түүний энергийн хэмжээ, гэрлийн дохионы давтагдах түвшинг маш нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог.
Борексино бол маш өндөр цацрагийн цэвэршилттэй детектор юм. Бүх материалыг сайтар сонгож, дотоод дэвсгэрийг багасгахын тулд сцинтилляторыг цэвэрлэв. Цацрагийн өндөр цэвэршилттэй тул Борексино нь антинейтриныг илрүүлэх маш сайн детектор юм.
(1) урвалын дагуу позитрон нь агшин зуурын дохио өгдөг бөгөөд үүний дараа устөрөгчийн цөм нейтроныг барьж авдаг бөгөөд энэ нь 2.22 МэВ энергитэй γ-квант үүсэхэд хүргэдэг. дохио эхнийхтэй харьцуулахад хойшлогдсон байна. Borexino -д нейтрон барих хугацаа 260 μs орчим байдаг. Агшин, хоцрогдсон дохионууд нь орон зай, цаг хугацаатай уялдаатай бөгөөд e -ийн улмаас үүссэн үйл явдлыг үнэн зөв таних боломжийг олгодог.
Урвалын босго (1) нь 1.806 MeV бөгөөд үүнийг Зураг дээрээс харж болно. 1, 40 K ба 235 U-ийн задралын бүх гео-нейтрино нь энэ босго хэмжээнээс доогуур байх бөгөөд 232 Th ба 238 U-ийн задралд үйлдвэрлэсэн гео-нейтрино-ийн зөвхөн нэг хэсгийг илрүүлэх боломжтой.
Борексино детектор анх 2010 онд гео-нейтрино-оос ирсэн дохиог илрүүлсэн бөгөөд 2007 оны 12-р сараас 2015 оны 3-р сар хүртэл 2056 хоногийн турш хийсэн ажиглалтын үндсэн дээр саяхан шинэ үр дүнг нийтлэв. Доор бид нийтлэлд үндэслэн олж авсан өгөгдөл, тэдний хэлэлцүүлгийн үр дүнг танилцуулж байна.
Туршилтын өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийсний үр дүнд сонгон шалгаруулалтын бүх шалгуурыг давсан электрон антинейтриног нэр дэвшигч 77 нэр дэвшигчийг олж тогтоов. E -ийг дуурайсан үйл явдлын үндэс суурийг үнэ цэнээр нь тооцоолсон болно. Тиймээс дохио-дэвсгэрийн харьцаа ≈100 байв.
Реактор антинейтринууд нь арын дэвсгэрийн гол эх үүсвэр байв. Борексиногийн хувьд Гран Сассогийн лабораторийн ойролцоо цөмийн реактор байдаггүй тул нөхцөл байдал нэлээд таатай байсан. Нэмж дурдахад реактор антинейтрино нь гео-нейтриноос илүү эрч хүчтэй байдаг тул эдгээр антинейтриныг дохионы хэмжээгээр позитроноос салгах боломжтой болгосон. E-ээс бүртгэгдсэн үйл явдлын нийт тоонд гео-нейтрино ба антинейтрин реакторын оруулсан хувь нэмрийн дүн шинжилгээний үр дүнг Зураг дээр үзүүлэв. 4. Энэхүү шинжилгээгээр өгсөн илрүүлсэн гео-нейтриногийн тоо (4-р зурагт тэд харанхуй болсон бүсэд харгалзана) тэнцүү байна. ... Шинжилгээний үр дүнд гаргаж авсан гео -нейтрино спектрт эрч хүч багатай, илүү эрчимтэй, илүү эрч хүчтэй, бага эрчимтэй гэсэн хоёр бүлэг харагдаж байна. Тодорхойлсон судалгааны зохиогчид эдгээр бүлгүүдийг торий, ураны задралтай холбож үздэг.
Хэлэлцэж буй дүн шинжилгээнд дэлхийн материал дахь торий ба ураны массын харьцааг ашигласан болно
m (Th) / m (U) = 3.9 (хүснэгтэд энэ утга ≈3.8 байна). Энэ тоо нь хондрит дахь эдгээр химийн элементүүдийн харьцангуй агууламжийг харуулдаг - хамгийн түгээмэл солирын бүлэг (Дэлхий дээр унасан солируудын 90 гаруй хувь нь энэ бүлэгт багтдаг). Хөнгөн хий (устөрөгч, гелийг эс тооцвол) хондритуудын найрлага нь дэлхийгээс үүссэн нарны аймгийн бүтэц, гаригийн дискний бүтцийг давтдаг гэж үздэг.

Цагаан будаа. 4. Нэр дэвшигч антинейтриний үйл явдлын фотоэлектроны тооны нэгжээр позитроноос гарах гэрлийн спектр (туршилтын цэгүүд). Сүүдэртэй газар бол гео-нейтриногийн оруулсан хувь нэмэр юм. Хатуу шугам нь антинейтрин реакторын оруулсан хувь нэмэр юм.

Техникийн шинжлэх ухааны доктор АСААСАН. Ичих, профессор,
Москва, Оросын Технологийн Шинжлэх Ухааны Академийн академич

Сүүлийн хэдэн арван жилд дэлхий байгалийн хий, газрын тос, нүүрсийг хэсэгчлэн орлуулахын тулд дэлхийн гүн дулааны энергийг илүү үр ашигтай ашиглах чиглэлийг авч үзэж байна. Энэ нь зөвхөн газрын гүний дулааны үзүүлэлт өндөртэй бүс нутагт төдийгүй дэлхийн аль ч бүс нутагт шахах, ашиглах худгийг өрөмдөж, тэдгээрийн хооронд эргэлтийн системийг бий болгох боломжтой болно.

Сүүлийн хэдэн арван жилд дэлхий даяар эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг ашиглах сонирхол нь нүүрсустөрөгчийн түлшний нөөцийн хомсдол, хэд хэдэн асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай байгаатай холбоотой юм. Байгаль орчны асуудлууд... Объектив хүчин зүйлүүд (чулуужсан түлш, ураны нөөц, уламжлалт гал, цөмийн энергиэс үүдэлтэй хүрээлэн буй орчны өөрчлөлт) нь эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн шинэ арга, хэлбэрт шилжих нь зайлшгүй гэдгийг батлах боломжийг олгодог.

Дэлхийн эдийн засаг одоогоор уламжлалт болон шинэ эрчим хүчний эх үүсвэрийг оновчтой хослуулах хэлбэр рүү шилжих гэж байна. Дэлхийн халуун нь тэдний дунд эхний байруудын нэгийг эзэлдэг.

Геотермаль эрчим хүчний нөөцийг гидрогеологи ба петрогеотермал гэж хуваадаг. Тэдгээрийн эхнийх нь дулааны тээвэрлэгчээр төлөөлдөг (тэд газрын гүний дулааны энергийн нийт нөөцийн дөнгөж 1% -ийг бүрдүүлдэг) - газрын доорхи ус, уур ба уур-усны холимог. Сүүлийнх нь халуун чулуулагт агуулагдах геотермаль энерги юм.

Байгалийн уур, газрын гүний усыг гаргаж авахад манай улсад болон гадаадад ашигладаг усан оргилуурын технологи (өөрөө гадагшлуулах) нь энгийн боловч үр дүн муутай байдаг. Өөрөө урсдаг худгийн урсгалын хурд багатай тул дулааны үйлдвэрлэл нь дулааны гажигтай газарт өндөр температуртай геотермаль усан сангийн гүехэн гүнд өрөмдлөгийн зардлыг нөхөж чаддаг. Олон оронд ийм худгийн ашиглалтын хугацаа 10 жил ч хүрдэггүй.

Үүний зэрэгцээ байгалийн уурын гүехэн усан сан байгаа тохиолдолд газрын гүний дулааны цахилгаан станц барих нь газрын гүний дулааны энергийг ашиглах хамгийн ашигтай хувилбар гэдгийг туршлага нотолж байна. Ийм газрын гүний дулааны цахилгаан станцуудын үйл ажиллагаа нь бусад төрлийн цахилгаан станцтай харьцуулахад өрсөлдөх чадвараа харуулсан. Тиймээс манай улсын Камчаткийн хойг, Курилын нурууны арлууд, Хойд Кавказын бүс нутаг, магадгүй бусад бүс нутагт газрын гүний дулааны ус, уурын гидротермийн нөөцийг ашиглах нь зохистой бөгөөд цаг үеэ олсон ажил юм. Гэхдээ уурын ордууд ховор, түүний мэдэгдэж байгаа, магадлал багатай байдаг. Илүү өргөн тархсан дулаан, эрчим хүчний усны ордууд нь дулаан хангамжийн объект болох хэрэглэгчдэд ойрхон байрладаг. Энэ нь тэдгээрийг их хэмжээгээр үр ашигтай ашиглах боломжийг үгүйсгэдэг.

Ихэвчлэн масштабыг хянах асуудал нь нарийн төвөгтэй асуудал болж хувирдаг. Геотермаль, ихэвчлэн эрдэсжсэн булаг дулааны тээвэрлэгч болгон ашиглах нь төмрийн исэл, кальцийн карбонат, силикатын формац бүхий цооногийн бүсийг хэт их ургахад хүргэдэг. Нэмж дурдахад элэгдэл, зэврэлт, масштабын ордууд нь тоног төхөөрөмжийн ажиллагаанд сөргөөр нөлөөлдөг. Асуудал нь хорт хольц агуулсан эрдэсжсэн бохир усыг гадагшлуулах явдал юм. Тиймээс усан оргилуурын хамгийн энгийн технологи нь газрын гүний дулааны нөөцийг өргөнөөр хөгжүүлэх үндэс болж чадахгүй.

Нутаг дэвсгэрийн урьдчилсан тооцоогоор Оросын Холбооны Улс 40-250 ° С температуртай, 35-200 г / л давстай, 3000 м хүртэл гүнтэй дулааны усны урьдчилсан таамагласан нөөц нь 21-22 сая м3 / өдөр бөгөөд энэ нь 30-40 сая тонн шатаахтай тэнцэнэ. түлштэй тэнцэх хэмжээний. жилд.

Камчаткийн хойг ба Курилын арлуудын 150-250 ° С-ийн температуртай уур-агаарын хольцын урьдчилан тооцоолсон нөөц өдөрт 500 мянган м3 байна. ба 40-100 ° С - 150 мянган м3 / өдөр температуртай дулааны усны нөөц.

Өдөрт 8 сая м3 орчим урсацтай, 10 г / л хүртэл давслаг, 50 хэмээс дээш температуртай дулааны усны нөөцийг хөгжүүлэхэд нэн тэргүүний зорилт гэж үздэг.

Бараг шавхагдашгүй петрогеотермаль нөөц болох дулааны энергийг олборлох нь ирээдүйн эрчим хүчний салбарт илүү чухал ач холбогдолтой юм. Хатуу халуун чулуулагт багтсан энэхүү газрын гүний дулааны энерги нь газар доорх дулааны эрчим хүчний нийт нөөцийн 99% -ийг эзэлдэг. 4-6 км-ийн гүнд 300-400 ° С температуртай массивыг зөвхөн зарим галт уулын завсрын голомтын ойролцоо олж болно, гэхдээ 100-150 ° C температуртай халуун чулуулаг эдгээр гүнд бараг хаа сайгүй тархсан байдаг. , Оросын нутаг дэвсгэрийн нэлээд хэсэгт 180-200 ° C температуртай.

Хэдэн тэрбум жилийн турш дэлхий дээрх цөмийн, таталцлын болон бусад процессууд дулааны энергийг бий болгож, бий болгож байна. Түүний зарим хэсэг нь сансарт цацагдаж, гэдэс дотор дулаан хуримтлагддаг. хуурай газрын хатуу, шингэн ба хийн фазын дулааны агууламжийг геотермаль энерги гэж нэрлэдэг.

Дотоод дулааныг тасралтгүй үйлдвэрлэх нь түүний гадаад алдагдлыг нөхөж, газрын гүний дулааны энергийг хуримтлуулах эх үүсвэр болж, нөөцийнхөө сэргээгдэх хэсгийг тодорхойлдог. Газрын хэвлий дэх дулааныг бүрэн зайлуулах дэлхийн гадаргуудэлхийн цахилгаан станцуудын одоогийн хүчин чадлаас 3 дахин их бөгөөд 30 ТВт гэж тооцогддог.

Гэсэн хэдий ч сэргээгдэх хугацаа нь зөвхөн хязгаарлагдмал хугацаанд л чухал болох нь тодорхой байна байгалийн баялаг, мөн геотермаль энергийн нийт потенциал бараг шавхагдашгүй, учир нь үүнийг дэлхийд байгаа дулааны нийт хэмжээ гэж тодорхойлох ёстой.

Сүүлийн хэдэн арван жилд дэлхий нийт байгалийн хий, нефть, нүүрсийг хэсэгчлэн орлуулахын тулд дэлхийн гүн дулааны энергийг илүү үр ашигтай ашиглах чиглэлийг авч үзсэн нь санамсаргүй хэрэг биш юм. Энэ нь зөвхөн газрын гүний дулааны үзүүлэлт өндөртэй бүс нутагт төдийгүй дэлхийн аль ч бүс нутагт шахах, ашиглах худгийг өрөмдөж, тэдгээрийн хооронд эргэлтийн системийг бий болгох боломжтой болно.

Мэдээжийн хэрэг, чулуулгийн дулаан дамжуулалт багатай тул эргэлтийн системийг үр дүнтэй ажиллуулахын тулд дулаан олборлох бүсэд хангалттай боловсруулсан дулаан солилцооны гадаргуутай байх шаардлагатай. Ийм гадаргуу нь ихэвчлэн дээр дурдсан гүнд байдаг сүвэрхэг формац, байгалийн ан цавын хатуулгийн бүсүүдтэй бөгөөд нэвчилт нь чулуулгийн энергийг үр дүнтэй гаргаж авах замаар хөргөлтийн шингэнийг албадан шүүх ажлыг зохион байгуулах боломжийг олгодог. Гидравлик ан цаваар ус нэвтрүүлэх чадвар муутай сүвэрхэг массивт дулаан солилцооны өргөн гадаргууг зохиомлоор бий болгох (зураг харна уу).

Одоогийн байдлаар гидравлик ан цавыг газрын тос, байгалийн хийн үйлдвэрлэлд газрын тосны олборлолтын явцад газрын тосны олборлолтыг сайжруулах зорилгоор усан сангийн нэвчилтийг нэмэгдүүлэх арга болгон ашиглаж байна. Орчин үеийн технологинарийн боловч урт хагарал, эсвэл богино боловч өргөн хагарал үүсгэх боломжийг танд олгоно. 2-3 км хүртэл урттай хугарал бүхий гидравлик хугарлын жишээг мэддэг.

Газрын гүний дулааны үндсэн нөөцийг олборлох дотоод санаа хатуу чулуулаг, 1914 онд К.Е.Циолковский илэрхийлсэн бөгөөд 1920 онд халуун боржин массив дахь геотермал эргэлтийн системийг (GCC) В.А. Обручев.

1963 онд Бродкастины хаос цогцолборын байранд халаалт, агааржуулалт хийх зориулалттай сүвэрхэг чулуулгаас дулаан гаргаж авах зорилгоор анхны GCC байгуулагдсан. 1985 онд Францад нийт 450 МВт -ын дулааны хүчин чадалтай 64 GVC ажиллаж байсан бөгөөд жилд 150 мянган тонн газрын тос хэмнэдэг байжээ. Мөн тэр жил ЗХУ -д Грозный орчмын Ханкала хөндийд ийм анхны GCC байгуулагдсан.

1977 онд АНУ-ын Лос Аламос үндэсний лабораторийн төслийн хүрээнд Нью-Мексико мужийн Фен-тон Хилл талбайд бараг ус үл нэвтрэх массын гидравлик хугарал бүхий туршилтын GVC-ийн туршилтыг эхлүүлсэн. Хүйтэн (тарилга) хүйтэн замаар тарина цэвэр ус 2.7 км -ийн гүнд гидравлик хагарал үүссэн 8000 м2 талбай бүхий босоо ан цав дахь чулуулгийн масстай (185 OC) дулааны солилцооны улмаас халсан. Өөр нэг худагт (үйлдвэрлэл), мөн энэ хагарлыг хөндлөн гарах үед хэт халсан ус уурын тийрэлтэт хэлбэрээр гадаргуу дээр гарч ирэв. Даралттай үед хаалттай гогцоонд эргэлдэх үед гадаргуу дээрх хэт халсан усны температур 160-180 ° C, системийн дулааны хүч 4-5 МВт хүрдэг. Хөргөгч нь эргэн тойрны массив руу алдагдсан нь нийт урсгалын 1% -ийг эзэлдэг. Механик ба химийн хольцын агууламж (0.2 г / л хүртэл) нь шинэхэн нөхцөлд тохирсон байв ус уух... Гидравлик хугарал нь бэхэлгээг шаарддаггүй бөгөөд шингэний гидростатик даралтаар нээлттэй байлгадаг. Үүнд хөгжиж буй чөлөөт конвекц нь халуун чулуулгийн массын гадарга дээрх бараг бүх гадаргуугийн дулаан солилцоонд үр дүнтэй оролцох боломжийг баталгаажуулсан.

Газрын тос, байгалийн хийн салбарт боловсруулж, удаан хугацаанд хэрэглэж ирсэн чиглэлтэй өрөмдлөг, гидравлик хагарлын аргад үндэслэсэн халуун ус үл нэвтрэх чулуулгийн гүний дулааны энергийг олборлох нь газар хөдлөлтийн идэвхжил болон бусад байгаль орчинд хортой нөлөө үзүүлээгүй.

1983 онд Британийн эрдэмтэд Карнвелд боржин чулууны гидравлик хагарал бүхий туршилтын GVC бүтээж Америкийн туршлагыг давтжээ. Үүнтэй төстэй ажлыг Герман, Шведэд хийсэн. АНУ -д газрын гүний дулааны 224 гаруй төсөл хэрэгжүүлсэн. Үүний зэрэгцээ, газрын гүний дулааны нөөц нь ирээдүйн АНУ-ын дулааны эрчим хүчний хэрэгцээний ихэнх хэсгийг цахилгаан бус хэрэгцээнд хангах боломжтой гэж үзэж байна. Японд 2000 онд Геотермаль цахилгаан станцын хүчин чадал ойролцоогоор 50 ГВт хүрч байжээ.

Одоогийн байдлаар дэлхийн 65 оронд геотермаль баялгийн судалгаа, хайгуул хийж байна. Дэлхий дээр геотермаль эрчим хүчийг үндэслэн 10 ГВт орчим хүчин чадалтай станцуудыг бий болгосон. НҮБ геотермаль эрчим хүчний хөгжлийг идэвхтэй дэмжиж байна.

Дэлхийн олон оронд хуримтлагдсан геотермаль дулааны тээвэрлэгчийг ашиглах туршлагаас харахад таатай нөхцөлд тэд дулааны болон цөмийн цахилгаан станцаас 2-5 дахин илүү ашигтай байдаг. Геотермаль нэг худаг жилд 158 мянган тонн нүүрсийг орлох боломжтой гэсэн тооцоо гарчээ.

Тиймээс дэлхийн дулаан нь магадгүй сэргээгдэх эрчим хүчний цорын ганц том нөөц бөгөөд оновчтой боловсруулалт нь орчин үеийн түлшний энергитэй харьцуулахад эрчим хүчний зардлыг бууруулна гэж амлаж байна. Эрчим хүчний нэгэн адил шавхагдашгүй потенциалтай нарны болон термоядролын суурилуулалт нь харамсалтай нь одоо байгаа түлшнээс илүү үнэтэй байх болно.

Дэлхийн дулааны хөгжил маш урт түүхтэй хэдий ч геотермаль технологи өндөр хөгжилдөө хараахан хүрээгүй байна. Дэлхийн дулааны энергийн хөгжил нь хөргөлтийн бодисыг гадаргуу дээр гаргах суваг болох гүний худаг гаргахад ихээхэн бэрхшээлтэй тулгарч байна. Нүхний өндөр температур (200-250 ° C) тул уламжлалт чулуулаг хайчлах хэрэгсэл нь ийм нөхцөлд бараг ашиглагддаггүй; өрөмдлөгийн хоолой, бүрхүүл, цементийн зуурмаг, өрөмдлөгийн технологи, бүрхүүл, худагны гүйцэтгэлд онцгой шаардлага тавьдаг. Дотоодын хэмжих төхөөрөмж, цуваа үйлчилгээний холбох хэрэгсэл, тоног төхөөрөмжийг 150-200 хэмээс хэтрэхгүй температурыг зөвшөөрдөг загвараар үйлдвэрлэдэг. Уламжлалт гүн механик өрөмдлөг нь заримдаа хэдэн жил шаардагддаг бөгөөд санхүүгийн хувьд ихээхэн зардал шаарддаг. Үйлдвэрлэлийн үндсэн хөрөнгийн хувьд худгийн өртөг 70-90%хооронд хэлбэлздэг. Энэ асуудлыг зөвхөн газрын гүний дулааны нөөцийн үндсэн хэсгийг хөгжүүлэх дэвшилтэт технологийг бий болгосноор шийдэх боломжтой бөгөөд шийдвэрлэх ёстой. халуун чулуулгаас энерги гаргаж авах.

Манай Оросын эрдэмтэн, мэргэжилтнүүдийн бүлэг ОХУ -ын нутаг дэвсгэр дээр дэлхийн халуун чулуулгийн шавхагдашгүй, дүүргэсэн гүн дулааны энергийг олборлох, ашиглах асуудлыг нэг жил гаруй хугацаанд шийдэж ирсэн. Энэхүү ажлын зорилго нь дэлхийн царцдасын гүнд нэвтрэх техникийн хэрэгслийг дотоодын өндөр технологийн үндсэн дээр бий болгох явдал юм. Одоогийн байдлаар дэлхийн практикт аналог байхгүй өрөмдлөгийн угсралтын хэд хэдэн хувилбарыг боловсруулсан болно.

BS -ийн эхний сонголтын ажиллагаа нь одоо байгаа ердийн худгийн өрөмдлөгийн технологитой холбоотой юм. Хатуу чулуулгийг өрөмдөх хурд (дундаж нягтрал 2500-3300 кг / м3) 30 м / цаг хүртэл, цооногийн диаметр 200-500 мм байна. BS -ийн хоёр дахь хувилбар нь худгийн өрөмдлөгийг бие даасан, автомат горимд явуулдаг. Пуужинг хөөргөх, хүлээн авах тусгай платформоос явуулж, түүний хөдөлгөөнийг хянадаг. Хатуу чулуулаг дахь мянган метр BS хэдхэн цагийн дотор өнгөрөх боломжтой болно. Цооногийн диаметр 500-1000 мм. Дахин ашиглах BS сонголтууд нь эдийн засгийн хувьд хэмнэлттэй бөгөөд асар их боломжит үнэ цэнэтэй байдаг. BS -ийг үйлдвэрлэлд нэвтрүүлснээр худаг барих ажлын шинэ үе шатыг нээж, дэлхийгээс дулааны энергийн шавхагдашгүй эх үүсвэрт нэвтрэх боломжтой болно.

Дулаан хангамжийн хэрэгцээнд зориулж улс даяар худгийн шаардагдах гүн нь 3-4.5 мянган метр хүртэл байдаг бөгөөд 5-6 мянган метрээс хэтрэхгүй байдаг. 150 хэмээс хэтрэхгүй. Үйлдвэрийн байгууламжийн хувьд температур нь ихэвчлэн 180-200 хэмээс хэтрэхгүй байдаг.

GCC-ийн зорилго нь ОХУ-ын алслагдсан, хүрэхэд хэцүү, хөгжөөгүй бүс нутгуудыг байнгын, хямд, хямд дулаанаар хангах явдал юм. GCS-ийн үйл ажиллагааны хугацаа 25-30 ба түүнээс дээш жил байна. Станцын төлбөрийг төлөх хугацаа (үүнийг харгалзан үзнэ хамгийн сүүлийн үеийн технологиудөрөмдлөг) - 3-4 жил.

Ойрын жилүүдэд ОХУ-д геотермаль эрчим хүчийг цахилгаан бус хэрэгцээнд ашиглах зохих хүчин чадлыг бий болгосноор ойролцоогоор 600 сая тонн шатахууныг эквивалентээр солих боломжтой болно. Хадгаламж нь 2 их наяд рубль хүртэл байж болно.

2030 он хүртэл шатсан эрчим хүчийг 30%хүртэл орлуулах эрчим хүчний чадавхийг бий болгож, 2040 он хүртэл органик түүхий эдийг ОХУ -ын эрчим хүчний балансаас түлш болгон бараг бүрэн хасах боломжтой болно.

Уран зохиол

1. Гончаров С.А. Термодинамик. М.: MGTUim. N.E. Бауман, 2002.440 х.

2. Дядкин Ю.Д. болон бусад геотермаль дулааны физик. Санкт -Петербург: Наука, 1993.255 х.

3. ОХУ -ын түлш, эрчим хүчний цогцолборын ашигт малтмалын бааз. Нөхцөл байдал, урьдчилсан мэдээ / В.К.Бранчугов, Э.А. Гаврилов, В.С. Литвиненко нар нар. V.Z. Гарипова, Е.А. Козловский. M. 2004.548 х.

4. Новиков Г.П., Дулааны усанд худаг гаргах. Москва: Недра, 1986.229 х.

2. Дэлхийн дулааны горим

Дэлхий бол хүйтэн орон зайн бие юм. Гадаргуугийн температур нь гадны дулаанаас ихээхэн хамаардаг. Дэлхийн дээд давхаргын дулааны 95% -ийг эзэлдэг гадна (нарны) дулаан, зөвхөн 5% дулаан байна дотоод нь дэлхийн гэдэснээс гаралтай бөгөөд хэд хэдэн энергийн эх үүсвэрийг агуулдаг. Дэлхийн дотоод хэсэгт температур 1300 ° C (дээд нөмрөгт) 3700 ° C (цөмийн төвд) хүртэл гүнзгийрч нэмэгддэг.

Гадаад дулаан... Дулаан дэлхийн гадаргуу дээр ихэвчлэн нарнаас ирдэг. Нэг хавтгай дөрвөлжин см тутамд нэг минутын дотор ойролцоогоор 2 калори илчлэг хүлээн авдаг. Энэ хэмжээг нэрлэдэг нарны тогтмол Нарнаас Дэлхийд нийлүүлж буй дулааны нийт хэмжээг тодорхойлдог. Нэг жилийн хугацаанд 2.26 · 10 21 калори илчлэг агуулдаг. Нарны дулааныг дэлхийн гүн рүү нэвтрүүлэх гүн нь нэгжийн гадаргуугийн талбайд унах дулааны хэмжээ, чулуулгийн дулаан дамжуулалтаас ихээхэн хамаардаг. Гадны дулаан нэвтрэх хамгийн дээд гүн нь далайд 200 м, хуурай газарт 40 м орчим байдаг.

Дотоод дулаан... Гүн гүнзгийрэх тусам өөр өөр нутаг дэвсгэрт маш жигд бус тохиолддог температурын өсөлт ажиглагдаж байна. Температурын өсөлт нь адиабатик хуулийг дагаж, хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцох боломжгүй үед даралтын дор байгаа бодисын шахалтаас хамаарна.

Дэлхий дээрх дулааны гол эх үүсвэрүүд:

Элементүүдийн цацраг идэвхт задралын явцад ялгарах дулаан.

Үлдсэн дулаан нь Дэлхий үүссэн цагаас хадгалагдан үлджээ.

Дэлхийг шахаж, бодисын нягтаар хуваарилах үед гарч буй таталцлын дулаан.

Дэлхийн царцдасын гүн дэх химийн урвалын үр дүнд бий болсон дулаан.

Дэлхийн түрлэгийн үрэлтийн улмаас ялгардаг дулаан.

3 температурын бүс байдаг:

Би - хувьсах температурын бүс ... Температурын өөрчлөлтийг тухайн бүс нутгийн цаг уураар тодорхойлдог. Өдөр тутмын хэлбэлзэл нь ойролцоогоор 1.5 м -ийн гүнд, жилийн хэлбэлзэл нь 20 ... 30 м -ийн гүнд бараг л сулардаг. Iа - хөлдөх бүс.

II - тогтмол температурын бүс бүсээс хамаарч 15 ... 40 м -ийн гүнд байрладаг.

III - температурын өсөлтийн бүс .

Дэлхийн царцдасын чулуулгийн температурын горимыг ихэвчлэн геотермаль градиент ба геотермаль алхамаар илэрхийлдэг.

100 метрийн гүн бүрт температурын өсөлтийн хэмжээг нэрлэдэг геотермаль градиент... Африкт, Витватэрсрандын талбайд 1.5 хэм, Японд (Эчиго) - 2.9 хэм, Өмнөд Австралид - 10.9 хэм, Казахстанд (Самаринда) - 6.3 хэм, Колагийн хойгт - 0.65 хэм байна. .

Цагаан будаа. 3. Дэлхийн царцдасын температурын бүсүүд: I - хувьсах температурын бүс, Iа - хөлдөх бүс; II - тогтмол температурын бүс; III - температурын өсөлтийн бүс.

Температур 1 градусаар нэмэгдэх гүнийг нэрлэдэг газрын гүний дулааны алхам.Геотермаль алхамын тоон утга нь зөвхөн өөр өөр өргөрөгт төдийгүй тухайн бүс нутгийн нэг цэгийн өөр өөр гүнд тогтмол байдаггүй. Геотермаль алхам нь 1.5-250 м -ийн хооронд хэлбэлздэг бөгөөд Архангельск хотод 10 м, Москвад 38.4 м, Пятигорск хотод 1.5 м байдаг бөгөөд онолын хувьд энэ алхам нь 33 м юм.

Москвад 1630 м -ийн гүнд өрөмдсөн худгийн ёроолын температур 41 ° C, Донбасс дахь 1545 м -ийн гүнд өрөмдсөн уурхайд 56.3 ° C байв. Хамгийн өндөр температур нь АНУ -д 7136 м -ийн гүнд 224 ° С -тэй тэнцэх цооногт бүртгэгдсэн байна. Гүний бүтцийг төлөвлөхдөө гүний температурын өсөлтийг харгалзан үзэх шаардлагатай.Тооцооллын дагуу 400 км -ийн гүнд температур 1400 ... 1700 ° C хүрэх ёстой. Дэлхийн цөмд хамгийн өндөр температурыг (ойролцоогоор 5000 ° C) олж авсан.