Дэлхийн цөмийн дулаан. Газрын гүний дулааны эрчим хүч, түүнийг үйлдвэрлэх арга
Техникийн шинжлэх ухааны доктор ДЭЭР. Би тангараглаж байна, профессор,
Оросын Технологийн Шинжлэх Ухааны Академийн академич, Москва
Сүүлийн хэдэн арван жилд дэлхий нийт байгалийн хий, газрын тос, нүүрсийг хэсэгчлэн орлуулахын тулд дэлхийн гүний дулааны энергийг илүү үр ашигтай ашиглах чиглэлийг авч үзэж байна. Энэ нь зөвхөн газрын гүний дулааны өндөр үзүүлэлттэй бүс нутагт төдийгүй аль ч газарт боломжтой болно. бөмбөрцөгшахах болон ашиглалтын худаг өрөмдөх, тэдгээрийн хооронд эргэлтийн системийг бий болгох үед.
Сүүлийн хэдэн арван жилд дэлхий даяар эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг ашиглах сонирхол нэмэгдэж байгаа нь нүүрсустөрөгчийн түлшний нөөц шавхагдаж, хэд хэдэн асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай байгаатай холбоотой юм. Байгаль орчны асуудлууд. Объектив хүчин зүйлс (олж буй түлш, ураны нөөц, түүнчлэн уламжлалт гал, цөмийн эрчим хүчний нөлөөгөөр хүрээлэн буй орчны өөрчлөлт) нь эрчим хүч үйлдвэрлэх шинэ арга, хэлбэрт шилжих зайлшгүй шаардлагатай гэдгийг батлах боломжийг бидэнд олгодог.
Одоогийн байдлаар дэлхийн эдийн засаг уламжлалт болон шинэ эрчим хүчний эх үүсвэрийг оновчтой хослуулах чиглэлд шилжиж байна. Тэдний дунд дэлхийн дулаан эхний байруудын нэгийг эзэлдэг.
Газрын гүний дулааны эрчим хүчний нөөцийг гидрогеологийн болон нефтийн дулааны гэж хуваадаг. Тэдгээрийн эхнийх нь дулааны тээвэрлэгч (геотермаль эрчим хүчний нийт нөөцийн ердөө 1% -ийг эзэлдэг) - гүний ус, уур, уур, усны хольцоор төлөөлдөг. Хоёр дахь нь халуун чулуулагт агуулагдах газрын гүний дулааны энерги юм.
Байгалийн уур, газрын гүний дулааныг олборлоход манай улсад болон гадаадад ашиглаж байгаа усан оргилуурын технологи (өөрөө асгардаг) нь энгийн хэрнээ үр ашиг багатай. Өөрөө урсдаг худгийн урсгал багатай тул тэдгээрийн дулааны үйлдвэрлэл нь дулааны гажигтай газруудад өндөр температур бүхий газрын гүний дулааны усан сангуудын гүехэн гүнд л өрөмдлөгийн зардлыг нөхөж чаддаг. Олон оронд ийм худгийн ашиглалтын хугацаа 10 жил ч хүрдэггүй.
Үүний зэрэгцээ, байгалийн уурын гүехэн коллектор байгаа тохиолдолд газрын гүний дулааны цахилгаан станц барих нь газрын гүний дулааныг ашиглах хамгийн ашигтай хувилбар болохыг туршлага баталж байна. Ийм ГеоДЦС-уудын ашиглалт нь бусад төрлийн цахилгаан станцуудтай харьцуулахад өрсөлдөх чадвараа харуулсан. Тиймээс манай орны Камчаткийн хойг, Курилын гинжин арлууд, Хойд Кавказын бүс нутаг, магадгүй бусад бүс нутагт газрын гүний дулаан, уурын усан дулааны нөөцийг ашиглах нь зүйтэй бөгөөд цаг үеэ олсон юм. Гэхдээ уурын ордууд нь ховор, мэдэгдэж байгаа, таамагласан нөөц нь бага байдаг. Дулаан, эрчим хүчний усны илүү түгээмэл ордууд нь дулаан хангамжийн объект болох хэрэглэгчдэд хангалттай ойрхон байдаггүй. Энэ нь тэдгээрийг үр дүнтэй ашиглах том хэмжээний боломжийг үгүйсгэдэг.
Ихэнхдээ масштабтай тэмцэх асуудал нь нарийн төвөгтэй асуудал болж хувирдаг. Газрын гүний дулааныг, дүрмээр бол эрдэсжсэн эх үүсвэрийг дулааны тээвэрлэгч болгон ашиглах нь цооногийн бүсийг төмрийн исэл, кальцийн карбонат, силикат формацаар хэт их өсгөхөд хүргэдэг. Үүнээс гадна элэгдэл-зэврэлт, масштабын асуудал нь төхөөрөмжийн үйл ажиллагаанд сөргөөр нөлөөлдөг. Асуудал нь эрдэсжсэн болон хортой хольц агуулсан бохир усыг гадагшлуулах явдал юм. Тиймээс хамгийн энгийн усан оргилуурын технологи нь газрын гүний дулааны нөөцийг өргөнөөр хөгжүүлэх үндэс суурь болж чадахгүй.
Урьдчилсан тооцоогоор нутаг дэвсгэрт Оросын Холбооны Улс 40-250 градусын температуртай, 35-200 г/л давсжилттай, 3000 м хүртэл гүнтэй дулааны усны урьдчилсан нөөц нь өдөрт 21-22 сая м3 байгаа нь 30-40 саяыг шатаахтай тэнцэнэ. тоннтой тэнцэх түлш. онд.
Камчаткийн хойг болон Курилын арлуудад 150-250 хэмийн температуртай уурын агаарын хольцын урьдчилсан нөөц нь өдөрт 500 мянган м3 байна. мөн 40-100 ° C температуртай дулааны усны нөөц - 150 мянган м3 / хоног.
Өдөрт 8 сая м3 урсацтай, 10 г/л хүртэл давсжилттай, 50 хэмээс дээш температуртай дулааны усны нөөцийг хөгжүүлэх нэн тэргүүний зорилт гэж үзэж байна.
Ирээдүйн эрчим хүчний хувьд илүү чухал зүйл бол бараг шавхагдашгүй газрын тосны дулааны нөөц болох дулааны эрчим хүчийг олборлох явдал юм. Хатуу халуун чулуулгаар хүрээлэгдсэн энэхүү газрын гүний дулааны эрчим хүч нь газар доорх дулааны эрчим хүчний нийт нөөцийн 99 хувийг бүрдүүлдэг. 4-6 км хүртэлх гүнд 300-400 ° C температуртай массивууд зөвхөн зарим галт уулын завсрын камерын ойролцоо байдаг боловч 100-150 ° C температуртай халуун чулуулаг бараг бүх газарт тархсан байдаг. эдгээр гүнд, мөн 180-200 хэмийн температуртай Оросын нутаг дэвсгэрийн нэлээд хэсэг.
Хэдэн тэрбум жилийн турш дэлхийн доторх цөмийн, таталцлын болон бусад процессууд үүссэн бөгөөд одоо ч бий дулааны энерги. Үүний зарим хэсэг нь сансар огторгуйд цацагдаж, дулаан нь гүнд хуримтлагддаг, i.e. хуурай газрын бодисын хатуу, шингэн, хийн фазын дулааны агуулгыг газрын гүний дулааны энерги гэнэ.
Дэлхий доторх дулааныг тасралтгүй үйлдвэрлэх нь түүний гадаад алдагдлыг нөхөж, газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хуримтлуулах эх үүсвэр болж, нөөцийн нөхөн сэргээгдэх хэсгийг тодорхойлдог. хүртэл газрын хэвлийн нийт дулаан зайлуулах дэлхийн гадаргууодоогийн дэлхийн цахилгаан станцуудын хүчин чадлаас гурав дахин их бөгөөд 30 ТВт гэж тооцоолсон.
Гэсэн хэдий ч нөхөн сэргээгдэх чадвар нь зөвхөн хязгаарлагдмал хэмжээнд чухал ач холбогдолтой нь тодорхой юм байгалийн баялаг, мөн газрын гүний дулааны энергийн нийт чадавхи бараг шавхагдашгүй, учир нь үүнийг Дэлхийд байгаа дулааны нийт хэмжээ гэж тодорхойлох ёстой.
Сүүлийн хэдэн арван жилд дэлхий нийт байгалийн хий, газрын тос, нүүрсийг хэсэгчлэн орлуулахын тулд дэлхийн гүний дулааны энергийг илүү үр ашигтай ашиглах чиглэлийг авч үзэх болсон нь санамсаргүй хэрэг биш юм. Энэ нь зөвхөн газрын гүний дулааны өндөр үзүүлэлттэй бүс нутагт төдийгүй дэлхийн аль ч хэсэгт шахах, олборлох худаг өрөмдөх, тэдгээрийн хооронд эргэлтийн системийг бий болгоход боломжтой болно.
Мэдээжийн хэрэг, чулуулгийн дулаан дамжуулалт багатай, эргэлтийн системийг үр дүнтэй ажиллуулахын тулд дулааны олборлолтын бүсэд хангалттай хөгжсөн дулаан солилцооны гадаргууг бий болгох шаардлагатай. Ийм гадаргуу нь ихэвчлэн дээрх гүнд байдаг сүвэрхэг тогтоц, байгалийн хугарлын эсэргүүцлийн бүсэд олддог бөгөөд нэвчилт нь чулуулгийн энергийг үр ашигтай олборлох замаар хөргөлтийн шүүлтүүрийг албадан шүүх ажлыг зохион байгуулах боломжийг олгодог. Гидравлик ан цавын аргаар бага нэвчилттэй сүвэрхэг массивуудад өргөн дулаан солилцооны гадаргууг зохиомлоор бий болгох (зураг харна уу).
Одоогийн байдлаар гидравлик ан цавыг газрын тос, байгалийн хийн салбарт газрын тосны ордуудыг хөгжүүлэхэд газрын тосны олборлолтыг нэмэгдүүлэхийн тулд 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 жишээнүүд мэдэгдэж байна.
Газрын гүний дулааны үндсэн нөөцийг олборлох дотоодын санаа Хүнд Рок, аль эрт 1914 онд К.Е.Циолковский илэрхийлсэн бөгөөд 1920 онд халуун боржингийн массив дахь газрын гүний дулааны эргэлтийн системийг (ГСС) В.А. Обручев.
1963 онд Парис хотод сүвэрхэг формацийн чулуулгаас дулаан гаргаж авах анхны GCC-ийг Broadcasting Chaos цогцолборын байранд халаах, агааржуулах зорилгоор байгуулжээ. 1985 онд Францад нийт 450 МВт дулааны хүчин чадалтай 64 GCC ажиллаж байсан бөгөөд жилд ойролцоогоор 150,000 тонн газрын тос хэмнэдэг байв. Мөн онд ЗСБНХУ-д Грозный хотын ойролцоох Ханкалагийн хөндийд анхны ийм GCC байгуулагдсан.
1977 онд АНУ-ын Лос-Аламос үндэсний лабораторийн төслийн дагуу бараг ус үл нэвтрэх массивын гидравлик хугарал бүхий туршилтын GCC-ийн туршилтыг Нью-Мексико мужийн Фентон Хилл талбайд хийж эхэлсэн. Худаг (тарилга) дамжуулан шахаж буй хүйтэн цэнгэг усыг 2.7 км-ийн гүнд гидравлик ан цав үүссэн 8000 м2 талбай бүхий босоо хагарлын чулуулгийн масстай (185 ОС) дулаан солилцооны улмаас халаасан. Өөр нэг худагт (үйлдвэрлэл) мөн энэ ан цавыг давж, хэт халсан ус уурын тийрэлтэт хэлбэрээр гадаргуу дээр гарч ирэв. Даралтын дор хаалттай хэлхээнд эргэлдэж байх үед гадаргуу дээрх хэт халсан усны температур 160-180 ° C хүрч, системийн дулааны хүч - 4-5 МВт. Ойролцоох массив руу хөргөлтийн шингэний алдагдал нийт урсгалын 1% орчим байна. Механик болон химийн хольцын агууламж (0.2 г/л хүртэл) цэвэр усны нөхцөлтэй тохирч байв. ус уух. Гидравлик хугарал нь бэхлэх шаардлагагүй бөгөөд шингэний гидростатик даралтын нөлөөгөөр нээлттэй байсан. Тэнд үүссэн чөлөөт конвекц нь халуун чулуулгийн массын бараг бүх гадаргуугийн дулаан солилцоонд үр дүнтэй оролцох боломжийг олгосон.
Газрын доорхи дулааны энергийг газрын тос, байгалийн хийн салбарт удаан хугацаанд эзэмшиж, ашиглаж ирсэн налуу өрөмдлөг, гидравлик ан цавын аргад үндэслэн халуун ус үл нэвтрэх чулуулгаас гаргаж авсан нь газар хөдлөлтийн идэвхжил болон бусад хортой нөлөө үзүүлээгүй. орчин.
1983 онд Британийн эрдэмтэд Карнвеллд боржингийн гидравлик хугарал бүхий туршилтын GCC байгуулж Америкийн туршлагыг давтав. Үүнтэй төстэй ажлыг Герман, Шведэд хийсэн. АНУ-д газрын гүний дулааны 224 гаруй төсөл хэрэгжсэн байна. Гэсэн хэдий ч газрын гүний дулааны нөөц нь АНУ-ын ирээдүйн цахилгаан бус дулааны эрчим хүчний хэрэгцээний дийлэнх хэсгийг хангаж чадна гэж таамаглаж байна. Японд 2000 онд ГеоЦЦС-ын хүчин чадал 50 ГВт-д хүрсэн.
Одоогоор дэлхийн 65 оронд газрын гүний дулааны нөөцийн судалгаа, хайгуулын ажил хийгдэж байна. Дэлхийд газрын гүний дулааны эрчим хүч дээр тулгуурлан нийт 10 орчим ГВт-ын хүчин чадалтай станцууд бий болсон. НҮБ-аас газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэхэд идэвхтэй дэмжлэг үзүүлж байна.
Дэлхийн олон оронд газрын гүний дулааны хөргөлтийн шингэнийг ашиглах туршлагаас харахад таатай нөхцөлд дулааны болон атомын цахилгаан станцаас 2-5 дахин илүү ашигтай байдаг. Нэг газрын гүний дулааны худаг жилд 158 мянган тонн нүүрсийг орлох боломжтой гэсэн тооцоо бий.
Тиймээс дэлхийн дулаан нь магадгүй сэргээгдэх эрчим хүчний цорын ганц томоохон нөөц бөгөөд оновчтой хөгжүүлэлт нь орчин үеийн түлшний эрчим хүчтэй харьцуулахад эрчим хүчний зардлыг бууруулах амлалт өгч байна. Адилхан шавхагдашгүй эрчим хүчний нөөцтэй тул нарны болон термоядролын суурилуулалт нь харамсалтай нь одоо байгаа түлшнээс илүү үнэтэй байх болно.
Дэлхийн дулааны хөгжлийн маш урт түүхтэй хэдий ч өнөөдөр газрын гүний дулааны технологи өндөр хөгжилд хүрээгүй байна. Дэлхийн дулааны энергийн хөгжил нь хөргөлтийн бодисыг гадаргуу дээр гаргах суваг болох гүний худаг барихад ихээхэн бэрхшээлтэй тулгарч байна. Нүхний ёроолын өндөр температур (200-250 ° C) тул уламжлалт чулуулаг хайчлах хэрэгсэл нь ийм нөхцөлд ажиллахад тохиромжгүй тул өрөмдлөгийн болон яндангийн хоолой, цементийн зутан, өрөмдлөгийн технологи, худгийн яндан, дуусгахад тусгай шаардлага тавьдаг. Дотоодын хэмжих хэрэгсэл, цуваа ажиллагааны холбох хэрэгсэл, тоног төхөөрөмжийг 150-200 хэмээс ихгүй температурыг зөвшөөрдөг загвараар үйлдвэрлэдэг. Худагны уламжлалт гүн механик өрөмдлөг нь заримдаа хэдэн жилийн турш үргэлжилдэг бөгөөд санхүүгийн ихээхэн зардал шаарддаг. Үйлдвэрлэлийн үндсэн хөрөнгийн хувьд худгийн өртөг 70-90% байна. Энэ асуудлыг зөвхөн газрын гүний дулааны нөөцийн үндсэн хэсгийг хөгжүүлэх дэвшилтэт технологийг бий болгох замаар шийдвэрлэх боломжтой бөгөөд шийдвэрлэх ёстой. халуун чулуулгаас эрчим хүч гаргаж авах.
Манай хэсэг Оросын эрдэмтэн, мэргэжилтнүүд ОХУ-ын нутаг дэвсгэрт дэлхийн халуун чулуулгийн шавхагдашгүй, сэргээгдэх гүний дулааны энергийг олборлох, ашиглах асуудлыг жил гаруйн хугацаанд шийдэж байна. Ажлын зорилго нь газрын хэвлийд гүн нэвтрэх техникийн хэрэгслийг дотоодын өндөр технологид тулгуурлан бий болгох явдал юм. дэлхийн царцдас. Одоогийн байдлаар өрөмдлөгийн багаж хэрэгслийн (BS) хэд хэдэн хувилбарыг боловсруулсан бөгөөд дэлхийн практикт ижил төстэй зүйл байхгүй.
BS-ийн эхний хувилбарын ажиллагаа нь одоогийн ердийн худгийн өрөмдлөгийн технологитой холбоотой юм. Хатуу чулуулгийн өрөмдлөгийн хурд (дундаж нягт 2500-3300 кг/м3) 30 м/цаг хүртэл, нүхний диаметр 200-500 мм. BS-ийн хоёр дахь хувилбар нь бие даасан, автомат горимд худгийн өрөмдлөгийг гүйцэтгэдэг. Уг хөөргөлт нь тусгай хөөргөх, хүлээн авах платформоос хийгддэг бөгөөд түүний хөдөлгөөнийг тэндээс удирддаг. Хатуу чулуулгийн мянган метр BS хэдхэн цагийн дотор өнгөрөх боломжтой. Худагны диаметр нь 500-аас 1000 мм байна. Дахин ашиглах боломжтой BS хувилбарууд нь өндөр өртөгтэй, асар их боломжит үнэ цэнэтэй байдаг. BS-ийг үйлдвэрлэлд нэвтрүүлснээр худаг барих шинэ үе шатыг нээж, дэлхийн дулааны эрчим хүчний шавхагдашгүй эх үүсвэрт нэвтрэх боломжийг олгоно.
Дулаан хангамжийн хэрэгцээнд зориулж улсын хэмжээнд худгийн шаардлагатай гүн нь 3-4.5 мянган метр хүртэл, 5-6 мянган метрээс хэтрэхгүй байна.Орон сууц, нийтийн аж ахуйн дулаан хангамжийн дулааны тээвэрлэгчийн температур нь 3-4.5 мянган метрээс хэтрэхгүй байна. 150 хэмээс хэтрэхгүй. Аж үйлдвэрийн байгууламжийн хувьд температур нь дүрмээр бол 180-200 хэмээс хэтрэхгүй байна.
GCC-ийг бий болгох зорилго нь ОХУ-ын алслагдсан, хүрэхэд хэцүү, хөгжөөгүй бүс нутгийг тогтмол, хямд, хямд дулаанаар хангах явдал юм. GCS-ийн ашиглалтын хугацаа 25-30 жил ба түүнээс дээш байна. Станцуудын эргэн төлөгдөх хугацаа (харгалзаж хамгийн сүүлийн үеийн технологиудөрөмдлөг) - 3-4 жил.
ОХУ-д ойрын жилүүдэд газрын гүний дулааны эрчим хүчийг цахилгаан бус хэрэгцээнд ашиглах зохих хүчин чадлыг бий болгосноор 600 сая тонн орчим түлшийг нөхөх боломжтой болно. Хадгаламж нь 2 их наяд рубль хүртэл байж болно.
2030 он хүртэл галын энергийг 30 хүртэл хувиар нөхөх эрчим хүчний хүчин чадлыг бий болгож, 2040 он хүртэл ОХУ-ын эрчим хүчний балансаас органик түүхий эдийг түлш болгон бараг бүрэн хасах боломжтой болно.
Уран зохиол
1. Гончаров С.А. Термодинамик. Москва: MGTUim. Н.Э. Бауман, 2002. 440 х.
2. Дядкин Ю.Д. гэх мэт газрын гүний дулааны физик. Санкт-Петербург: Наука, 1993. 255 х.
3. ОХУ-ын түлш, эрчим хүчний цогцолборын ашигт малтмал, түүхий эдийн бааз. Нөхцөл байдал ба прогноз / В.К.Бранчхугов, Е.А. Гаврилов, В.С. Литвиненко болон бусад. Эд. В.З. Гарипова, Е.А. Козловский. M. 2004. 548 х.
4. Новиков Г.П. нар Дулааны усны цооног өрөмдөх. М.: Недра, 1986. 229 х.
2. Дэлхийн дулааны горим
Дэлхий бол хүйтэн сансрын бие юм. Гадаргуугийн температур нь гаднаас өгч буй дулаанаас ихээхэн хамаардаг. Дэлхийн дээд давхаргын дулааны 95% нь гадна (нарны) дулаан, зөвхөн 5% дулаан дотоод , энэ нь дэлхийн гэдэснээс гаралтай бөгөөд хэд хэдэн эрчим хүчний эх үүсвэрийг агуулдаг. Дэлхийн гэдэс дотор температур 1300 хэмээс (дээд мантийн давхаргад) 3700 хэм хүртэл (цөмийн төвд) нэмэгддэг.
гадаад дулаан. Дулаан нь дэлхийн гадаргуу дээр ихэвчлэн нарнаас ирдэг. Нэг минутын дотор гадаргуугийн квадрат см тутамд ойролцоогоор 2 калори дулаан хүлээн авдаг. Энэ утгыг гэж нэрлэдэг нарны тогтмол Нарнаас дэлхий рүү ирэх дулааны нийт хэмжээг тодорхойлдог. Жилийн туршид энэ нь 2.26 10 21 калори илчлэг болдог. Нарны дулааныг дэлхийн гүн рүү нэвтрүүлэх гүн нь гадаргуугийн нэгжид ногдох дулааны хэмжээ, чулуулгийн дулаан дамжилтын чанараас ихээхэн хамаардаг. Гадны дулаан нэвтрэх хамгийн их гүн нь далайд 200 м, хуурай газарт 40 м орчим байдаг.
дотоод дулаан. Гүн гүнзгийрэх тусам температурын өсөлт ажиглагдаж байгаа бөгөөд энэ нь өөр өөр нутаг дэвсгэрт маш жигд бус тохиолддог. Температурын өсөлт нь адиабатын хуулийг дагаж, хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцох боломжгүй үед даралтын дор бодисын шахалтаас хамаарна.
Дэлхий дээрх дулааны гол эх үүсвэрүүд:
Элементүүдийн цацраг идэвхт задралын үед ялгарах дулаан.
Дэлхий үүссэнээс үлдсэн дулааны үлдэгдэл.
Дэлхийг шахах үед ялгарах таталцлын дулаан ба бодисын нягтралын тархалт.
Дэлхийн царцдасын гүнд явагдах химийн урвалын үр дүнд үүссэн дулаан.
Дэлхийн түрлэгийн үрэлтийн улмаас ялгардаг дулаан.
3 температурын бүс байдаг:
би- хувьсах температурын бүс . Температурын өөрчлөлтийг тухайн бүс нутгийн уур амьсгалаар тодорхойлно. Өдөр тутмын хэлбэлзэл бараг 1.5 м-ийн гүнд унтардаг ба жилийн хэлбэлзэл 20 ... 30 м-ийн гүнд Ia - хөлдөлтийн бүс.
II - тогтмол температурын бүс бүс нутгаас хамаарч 15…40 м-ийн гүнд байрладаг.
III - халуун бүс .
Дэлхийн царцдасын гүн дэх чулуулгийн температурын горимыг ихэвчлэн газрын гүний дулааны градиент ба газрын гүний дулааны алхамаар илэрхийлдэг.
100 м гүн тутамд температурын өсөлтийн хэмжээг гэж нэрлэдэг газрын гүний дулааны градиент. Африкт Витватерсранд талбай дээр 1.5°С, Японд (Эчиго) - 2.9°С, Өмнөд Австралид - 10.9°С, Казахстанд (Самаринда) - 6.3°С, Кола хойгт - 0.65°С байна. .
Цагаан будаа. 3. Дэлхийн царцдас дахь температурын бүсүүд: I - хувьсах температурын бүс, Ia - хөлдөх бүс; II - тогтмол температурын бүс; III - температурын өсөлтийн бүс.
Температур 1 градусаар нэмэгдэх гүнийг гэж нэрлэдэг газрын гүний дулааны алхам.Газрын гүний дулааны алхамын тоон утга нь зөвхөн өөр өөр өргөрөгт төдийгүй тухайн бүс нутгийн нэг цэгийн өөр өөр гүнд тогтмол байдаг. Газрын гүний дулааны алхамын утга нь 1.5-250 м-ийн хооронд хэлбэлздэг.Архангельскт 10 м, Москвад - 38.4 м, Пятигорскт - 1.5 м.Онолын хувьд энэ алхамын дундаж утга 33 м байна.
Москвад 1630 м-ийн гүнд өрөмдсөн худгийн ёроолын температур 41 ° C, Донбасст 1545 м-ийн гүнд өрөмдсөн уурхайд 56.3 ° C температуртай байв. Хамгийн өндөр температур АНУ-д 7136 м гүнтэй худагт бүртгэгдсэн бөгөөд энэ нь 224 хэмтэй тэнцэж байна. Гүний барилга байгууламжийг төлөвлөхдөө гүнтэй хамт температурын өсөлтийг харгалзан үзэх шаардлагатай.Тооцооны дагуу 400 км-ийн гүнд температур 1400...1700 ° C хүрэх ёстой. Хамгийн өндөр температурыг (ойролцоогоор 5000 ° C) дэлхийн цөмд авсан.
Дэлхийн дулаан. Дотоод дулааны боломжит эх үүсвэрүүд
Геотерми- дэлхийн дулааны талбайг судалдаг шинжлэх ухаан. Дэлхийн гадаргуугийн дундаж температур буурах ерөнхий хандлагатай байдаг. Гурван тэрбум жилийн өмнө дэлхийн гадаргуу дээрх дундаж температур 71o байсан бол одоо 17o байна. Дулааны эх үүсвэр (дулааны ) Дэлхийн талбайнууд нь дотоод болон гадаад үйл явц юм. Дэлхийн дулаан нь нарны цацрагийн нөлөөгөөр үүсгэгддэг бөгөөд энэ гарагийн гэдэс дотроос үүсдэг. Хоёр эх үүсвэрийн дулааны урсгалын утга нь тоон хувьд маш өөр бөгөөд гаригийн амьдрал дахь тэдний үүрэг өөр өөр байдаг. Дэлхийн нарны халаалт нь түүний гадаргуугийн нийт дулааны 99.5%, дотоод халаалт 0.5% -ийг эзэлдэг. Нэмж дурдахад дотоод дулааны урсгал нь дэлхий дээр маш жигд бус тархсан бөгөөд гол төлөв галт уулын илрэлийн газруудад төвлөрдөг.
Гадаад эх үүсвэр нь нарны цацраг юм . Нарны энергийн тэн хагас нь дэлхийн царцдасын гадаргуу, ургамал, гадаргууд ойр орших давхаргад шингэдэг. Нөгөө тал нь дэлхийн орон зайд тусгагдсан байдаг. Нарны цацраг нь дэлхийн гадаргуугийн температурыг дунджаар 0 0 С орчим байлгадаг. Нар нь дэлхийн гадаргын ойролцоох давхаргыг дунджаар 8 - 30 м гүнд, дунджаар 25 м-ийн гүнд дулаацуулдаг. нарны дулаан зогсч, температур тогтмол болдог (төвийг сахисан давхарга). Далайн уур амьсгалтай бүс нутагт энэ гүн хамгийн бага, туйлын туйлын бүсэд хамгийн их байна. Энэ хилийн доор тухайн бүс нутгийн жилийн дундаж температурт тохирсон тогтмол температурын бүс байдаг. Жишээлбэл, Москвад хөдөө аж ахуйн газар нутаг дээр. академи. Тимирязев, 20 м-ийн гүнд температур 1882 оноос хойш байнга 4.2 ° C-тай тэнцүү хэвээр байна. Парист 28 м-ийн гүнд термометр 100 гаруй жилийн турш 11.83 ° C-ийг тогтмол харуулж байна. тогтмол температур нь олон наст (мөнх цэвдэг). Тогтмол температурын бүсээс доош газрын гүний дулааны бүс байдаг бөгөөд энэ нь дэлхий өөрөө үүсгэсэн дулаанаар тодорхойлогддог.
Дотоод эх үүсвэр нь дэлхийн гэдэс юм. Дэлхий нарнаас авахаасаа илүү их дулааныг сансарт цацруулдаг. Дотоод эх үүсвэрт гараг хайлж байх үеийн үлдэгдэл дулаан, дэлхийн гэдэс дотор үүсэх термоядролын урвалын дулаан, таталцлын нөлөөн дор дэлхийн таталцлын шахалтын дулаан, химийн урвал, талстжилтын үйл явцын дулаан орно. гэх мэт (жишээлбэл, түрлэгийн үрэлт). Гэдэсний дулааныг голчлон хөдөлж буй бүсүүдээс авдаг. Температурын гүн нэмэгдэх нь дотоод дулааны эх үүсвэрүүд - цацраг идэвхт изотопуудын задрал - U, Th, K, бодисын таталцлын ялгарал, түрлэгийн үрэлт, экзотермик исэлдэлттэй холбоотой юм. химийн урвал, метаморфизм ба фазын шилжилт. Гүн нэмэгдэхийн хэрээр температурын өсөлтийн хурдыг дулаан дамжилтын чанар, чулуулгийн нэвчилт, галт уулын камертай ойр байх гэх мэт олон хүчин зүйлээр тодорхойлдог.
Тогтмол температурын бүсээс доош температурын өсөлт дунджаар 33 м тутамд 1 ° байна ( газрын гүний дулааны үе шат) эсвэл 100 м тутамд 3 o ( газрын гүний дулааны градиент). Эдгээр утгууд нь дэлхийн дулааны талбайн үзүүлэлтүүд юм. Эдгээр утгууд нь дэлхийн янз бүрийн бүс нутаг, бүс нутагт дундаж бөгөөд өөр өөр хэмжээтэй байх нь тодорхой байна. Газрын гүний дулааны алхам нь дэлхийн янз бүрийн цэгүүдэд өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, Москвад - 38,4 м, Ленинградад 19,6, Архангельскт - 10. Тиймээс Кола хойгт 12 км-ийн гүнд гүний худаг өрөмдөхөд 150 хэмийн температуртай гэж таамаглаж байсан нь бодит байдал дээр гарсан. ойролцоогоор 220 градус байна. Хойд Каспийн 3000 м-ийн гүнд худаг өрөмдөхөд температур 150 градус байна гэж таамаглаж байсан ч 108 градус болжээ.
Энэ нь газар нутгийн цаг уурын онцлог болон гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй жилийн дундаж температургазрын гүний дулааны шатлалын үнэ цэнийн өөрчлөлтөд нөлөөлөхгүй, шалтгаан нь дараах байдалтай байна.
1) тодорхой газар нутгийг бүрдүүлдэг чулуулгийн дулаан дамжилтын өөр өөр чанарт. Дулаан дамжилтын хэмжүүрээр 1 секундын дотор шилжүүлсэн калорийн дулааны хэмжээг ойлгодог. Температурын градиент нь 1 см 2-аар 1 o C-ээр;
2) чулуулгийн цацраг идэвхт чанарт дулаан дамжуулалт ба цацраг идэвхт чанар их байх тусам газрын гүний дулааны шат бага байна;
3) чулуулаг үүсэх янз бүрийн нөхцөлд, тэдгээрийн үүсэх нас; ажиглалтаас харахад атираагаар цуглуулсан давхаргад температур илүү хурдан өсдөг, тэдгээр нь ихэвчлэн зөрчил (хагарал) байдаг бөгөөд үүгээр дамжуулан гүнээс дулаан нэвтрэх боломжийг олгодог;
4) гүний усны шинж чанар: халуун гүний ус дулаан чулуулаг урсдаг, хүйтэн нь сэрүүн;
5) далайгаас алслагдсан байдал: далайд ойрхон чулуулаг их хэмжээний усаар хөргөсний улмаас газрын гүний дулааны алхам илүү их, хүрэх үед бага байдаг.
Газрын гүний дулааны алхамын тодорхой үнэ цэнийг мэдэх нь практик ач холбогдолтой юм.
1. Уурхайн зураг төслийг боловсруулахад энэ нь чухал. Зарим тохиолдолд гүний ажлын температурыг зохиомлоор бууруулах арга хэмжээ авах шаардлагатай (температур нь хуурай агаарт 50 ° C, нойтон агаарт 40 ° C байна); бусад нь их гүнд ажиллах боломжтой болно.
2. Уулархаг газарт хонгил хийх үед температурын нөхцөл байдлын үнэлгээ нь маш чухал юм.
3. Дэлхийн дотоод орчны газрын гүний дулааны нөхцөлийг судалснаар дэлхийн гадарга дээр гарч буй уур, халуун рашаануудыг ашиглах боломжтой болж байна. Газар доорх дулааныг жишээлбэл, Итали, Исландад ашигладаг; Орос улсад Камчаткад байгалийн дулаан дээр туршилтын үйлдвэрлэлийн цахилгаан станц барьсан.
Газрын гүний дулааны алхамын хэмжээг ашиглан дэлхийн гүний бүсийн температурын нөхцөл байдлын талаар зарим таамаглал дэвшүүлж болно. Хэрэв бид газрын гүний дулааны алхамын дундаж утгыг 33 м гэж авч, температурын өсөлт нь гүнд жигд явагддаг гэж үзвэл 100 км-ийн гүнд 3000 ° C температуртай байх болно. Энэ температур нь бүх хайлах цэгээс давсан байна. Дэлхий дээр мэдэгдэж байгаа бодисууд ийм гүнд хайлсан масс байх ёстой. Гэвч 31000 атм асар их даралтаас болж. Хэт халсан масс нь шингэний шинж чанарыг агуулдаггүй боловч хатуу биетийн шинж чанартай байдаг.
Гүн гүнзгийрэх тусам газрын гүний дулааны алхам мэдэгдэхүйц нэмэгдэх ёстой. Хэрэв бид алхам нь гүнд өөрчлөгддөггүй гэж үзвэл дэлхийн төв дэх температур ойролцоогоор 200,000 градус байх ёстой бөгөөд тооцооллоор энэ нь 5000-10,000 градусаас хэтрэхгүй байх ёстой.
Дэлхийн дулааны энергийн гол эх үүсвэрүүд нь [ , ]:
Өнөөдрийг хүртэл зөвхөн эхний дөрвөн эх сурвалжийн тоон үзүүлэлтийг гаргажээ. Манай улсын хувьд үүнд гол гавьяа байгуулсан О.Г. СорохтинТэгээд С.А. Ушаков. Дараахь өгөгдлүүдийг голчлон эдгээр эрдэмтдийн тооцоонд үндэслэсэн болно.
Дэлхийн таталцлын дифференциалын дулаан
Дэлхийн хөгжлийн хамгийн чухал зүй тогтолуудын нэг нь ялгаходоогийн байдлаар үргэлжилж байгаа түүний мөн чанар. Энэ ялгаа нь үүсэхэд хүргэсэн цөм ба царцдас, анхдагч бүрэлдэхүүний өөрчлөлт дээл, эхний нэгэн төрлийн бодисыг өөр өөр нягтралтай фракц болгон хуваах нь ялгарах үйл явц дагалддаг. дулааны энерги, мөн хуурай газрын бодисыг хуваах үед хамгийн их дулаан ялгардаг нягт ба хүнд цөмболон үлдэгдэл хөнгөнсиликат бүрхүүл газрын манти. Одоогийн байдлаар энэ дулааны ихэнх хэсгийг хил дээр гаргаж байна манти - цөм.
Дэлхийн таталцлын дифференциал энергиоршин тогтнох бүх хугацаандаа онцгой байсан - 1.46 * 10 38 эрг (1.46 * 10 31 Ж). Эрчим хүч өгсөнихэнх хэсэг нь эхлээд ордог кинетик энергимантийн бодисын конвектив урсгалууд, дараа нь дотогш дулаахан; өөр нэг хэсэг нь нэмэлт зардалд зарцуулагддаг дэлхийн дотоод хэсгийг шахах, дэлхийн төв хэсэгт нягт фазын концентрациас үүдэлтэй. -аас 1.46*10 38 эргДэлхийн таталцлын ялгааны энерги нь түүний нэмэлт шахалтад очсон 0,23*10 38 эрг (0.23*10 31 Ж), дулааны хэлбэрээр ялгардаг 1.23*10 38 эрг (1.23*10 31 Ж). Энэхүү дулааны бүрэлдэхүүн хэсгийн хэмжээ нь дэлхийн бусад бүх төрлийн энергийн нийт ялгарлаас хамаагүй их юм. Таталцлын энергийн дулааны бүрэлдэхүүн хэсгийн нийт утга ба ялгарах хурдны цагийн хуваарилалтыг Зураг дээр үзүүлэв. 3.6 .
Цагаан будаа. 3.6.
Дэлхийн таталцлын ялгаатай байдлын үеийн дулааны өнөөгийн түвшин - 3*10 20 эрг/с (3*10 13Вт), энэ нь гаригийн гадаргуугаар дамжин өнгөрөх орчин үеийн дулааны урсгалын утгаас хамаарна ( 4.2-4.3) * 10 20 эрг / с ((4.2-4.3)*10 13W), байна ~ 70%
.
радиоген дулаан
Тогтворгүй цацраг идэвхт задралаас үүдэлтэй изотопууд. Хамгийн их эрчим хүч зарцуулдаг, урт насалдаг ( хагас задралын хугацаатайдэлхийн настай дүйцэхүйц) байна изотопууд 238 У, 235 У, 232thТэгээд 40К. Тэдний ихэнх нь төвлөрсөн байдаг эх газрын царцдас. Орчин үеийн үеийн түвшин радиоген дулаан:
- Америкийн геофизикч В.Вакье - 1.14*10 20 эрг/с (1.14*10 13W) ,
- Оросын геофизикчдийн үзэж байгаагаар О.Г. СорохтинТэгээд С.А. Ушаков - 1.26*10 20 эрг/с(1.26*10 13W) .
Орчин үеийн дулааны урсгалын утгаас харахад энэ нь ~ 27-30% байна.
Цацраг идэвхт задралын нийт дулаанаас 1.26*10 20 эрг/с (1.26*10 13W) дэлхийн царцдасын тод харагдаж байна - 0.91*10 20 эрг/с, мөн мантид - 0.35*10 20 эрг/с. Эндээс харахад мантийн радиоген дулааны эзлэх хувь нь дэлхийн орчин үеийн нийт дулааны алдагдлын 10% -иас хэтрэхгүй бөгөөд гүн нь 2900 км хүрч болох идэвхтэй тектоно-магматик үйл явцын эрчим хүчний гол эх үүсвэр болж чадахгүй. ; мөн царцдас дахь цацраг идэвхт дулаан нь дэлхийн гадаргуугаар харьцангуй хурдан алдагддаг бөгөөд дэлхийн гүний дотоод хэсгийг халаахад бараг оролцдоггүй.
Өнгөрсөн геологийн эрин үед мантид ялгарах радиоген дулааны хэмжээ илүү их байсан байх. Дэлхий үүсэх үеийн түүний тооцоолол ( 4.6 тэрбум жилийн өмнө) өгөх - 6.95*10 20 эрг/с. Тэр цагаас хойш радиоген энерги ялгарах хурд тогтмол буурч байна (Зураг 1). 3.7 ).
Дэлхий дээрх бүх цаг үед онцгойрч байв ~4.27*10 37 эрг(4.27*10 30 Ж) цацраг идэвхт задралын дулааны энерги, энэ нь таталцлын дифференциалын дулааны нийт утгаас бараг гурав дахин бага байна.
Далайн түрлэгийн үрэлтийн дулаан
Энэ нь дэлхийн таталцлын харилцан үйлчлэлийн үед, ялангуяа Сартай хамгийн ойр орших сансрын биет гэдгээрээ ялгардаг. Таталцлын харилцан таталцлын улмаас тэдний биед түрлэгийн хэв гажилт үүсдэг - хаванэсвэл бөгс. Гаригуудын түрлэг нь нэмэлт таталцлаар тэдний хөдөлгөөнд нөлөөлдөг. Ийнхүү дэлхийн түрлэгийн хоѐр овойлтыг татах нь дэлхий өөрөө болон саран дээр ажилладаг хос хүчийг бий болгодог. Гэсэн хэдий ч ойрын, сар руу чиглэсэн хаван нь алс холын хавангаас илүү хүчтэй байдаг. Орчин үеийн дэлхийн эргэлтийн өнцгийн хурд ( 7.27*10 -5 сек -1) сарны тойрог замын хурдаас давсан ( 2.66*10 -6 сек -1), гаригуудын бодис нь тийм ч уян хатан биш юм бол дэлхийн түрлэг нь урагшаа эргэлдэж, сарны хөдөлгөөнөөс мэдэгдэхүйц түрүүлж байдаг. Энэ нь дэлхийн хамгийн их далайн түрлэгүүд түүний гадаргуу дээр үргэлж тэр мөчөөс арай хожуу тохиолддог болохыг харуулж байна оргил үеСар, мөн хүчний нэмэлт мөч нь дэлхий ба саранд үйлчилдэг (Зураг 1). 3.8 ) .
Дэлхий-Сарны систем дэх түрлэгийн харилцан үйлчлэлийн хүчний үнэмлэхүй утга нь одоо харьцангуй бага байгаа бөгөөд тэдгээрийн улмаас үүссэн литосферийн түрлэгийн хэв гажилт хэдхэн арван сантиметр хүрч болох боловч энэ нь дэлхийн урсгалыг аажмаар удаашруулахад хүргэдэг. эргэлт, эсрэгээр, сарны тойрог замын хөдөлгөөнийг хурдасгах, түүнийг дэлхийгээс зайлуулах. Дэлхийн түрлэгийн овойлтуудын хөдөлгөөний кинетик энерги нь түрлэгийн довтолгоон дахь бодисын дотоод үрэлтийн улмаас дулааны энерги болж хувирдаг.
Одоогийн байдлаар далайн түрлэгийн энергийн ялгарах хурд G. McDonaldбайна ~0.25*10 20 эрг/с (0.25*10 13W), харин түүний гол хэсэг нь (ойролцоогоор 2/3) байна сарнидаг(тарсан) усан мандалд. Иймээс дэлхийн сартай харилцан үйлчлэлцсэний улмаас үүссэн түрлэгийн энергийн хэсэг нь хатуу Дэлхийд (ялангуяа астеносферт) тархсанаас хэтрэхгүй байна. 2 %
түүний гүнд үүссэн нийт дулааны энерги; мөн нарны түрлэгийн хэсэг нь хэтрээгүй 20 %
сарны түрлэгийн нөлөөнөөс. Тиймээс хатуу түрлэгүүд нь тектоник үйл явцыг эрчим хүчээр тэжээхэд бараг ямар ч үүрэг гүйцэтгэдэггүй, гэхдээ зарим тохиолдолд тэд "өдөөх хүчин зүйл", жишээлбэл, газар хөдлөлтийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
Түрлэгийн энергийн хэмжээ нь сансрын биетүүдийн хоорондох зайтай шууд холбоотой. Хэрэв Дэлхий ба Нарны хоорондох зай нь геологийн цагийн хуваарьт мэдэгдэхүйц өөрчлөлт гарахгүй бол Дэлхий-Сарны системд энэ параметр нь хувьсагч юм. Юу гэж бодож байгаагаас үл хамааран бараг бүх судлаачид үүнийг хүлээн зөвшөөрдөг эрт үе шатуудДэлхийн хөгжлийн хувьд сар хүртэлх зай нь орчин үеийнхээс хамаагүй бага байсан боловч гаригийн хөгжлийн явцад ихэнх эрдэмтдийн үзэж байгаагаар энэ нь аажмаар нэмэгдэж байна. Ю.Н. АвсюкүЭнэ зай нь мөчлөгийн хэлбэрээр урт хугацааны өөрчлөлтийг мэдэрдэг Сарны "ирэлт - явах". Энэ нь өнгөрсөн геологийн эрин үед түрлэгийн дулаан дэлхийн нийт дулааны тэнцвэрт байдалд илүү чухал үүрэг гүйцэтгэсэн гэсэн үг юм. Ерөнхийдөө дэлхийн хөгжлийн бүхий л хугацаанд энэ нь онцгойрч ирсэн ~3.3*10 37 эрг (3.3*10 30 Ж) түрлэгийн дулааны энерги (энэ нь сарыг дэлхийгээс дараалан зайлуулахтай холбоотой). Энэ дулааны ялгарах хурдны өөрчлөлтийг Зураг дээр үзүүлэв. 3.10 .
Нийт далайн түрлэгийн эрчим хүчний талаас илүү хувийг гадагш гаргасан катархее (сайн уу)) - 4.6-4.0 тэрбум жилийн өмнө бөгөөд тэр үед зөвхөн энэ энергийн ачаар дэлхий ~ 500 0 С-ээр нэмэлт дулаарч чаддаг байв. эрчим хүч их шаарддаг эндоген үйл явц .
хуримтлагдах дулаан
Энэ бол дэлхий үүссэн цагаас хойш хуримтлагдсан дулаан юм. Ажиллаж байна хуримтлалмөргөлдөөний улмаас хэдэн арван сая жил үргэлжилсэн гаригийн биетүүдДэлхий асар их халалтыг мэдэрсэн. Үүний зэрэгцээ энэ халаалтын цар хүрээний талаар зөвшилцөлд хүрээгүй байна. Одоогийн байдлаар судлаачид хуримтлагдах явцад Дэлхий бүрэн биш юмаа гэхэд мэдэгдэхүйц хэсэгчилсэн хайлалтыг туулсан нь Прото-Дэлхийг хүнд төмөр цөм, хөнгөн силикат манти болгон ялгахад хүргэсэн гэж үзэх хандлагатай байна. формацид "магма далай"түүний гадаргуу дээр эсвэл гүехэн гүнд. Хэдийгээр 1990-ээд оноос өмнө харьцангуй хүйтэн анхдагч дэлхийн загварыг бараг бүх нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн гэж үздэг байсан бөгөөд дээрх үйл явцын улмаас аажмаар дулаарч, их хэмжээний дулааны энерги ялгардаг.
Анхдагч дулааны хуримтлал ба түүний эзлэх хувь хэмжээг үнэн зөв тооцоолох нь ихээхэн бэрхшээлтэй холбоотой юм. By О.Г. СорохтинТэгээд С.А. УшаковХарьцангуй хүйтэн анхдагч Дэлхийг дэмжигчид дулаан болж хувирсан хуримтлалын энергийн үнэ цэнэ нь - 20.13*10 38 эрг (20.13*10 31 Ж). Энэ энерги нь дулааны алдагдалгүй үед хангалттай байх болно бүрэн ууршилтхуурай газрын бодис, учир нь хүртэл температур нэмэгдэж болно 30 000 0 С. Гэхдээ хуримтлуулах үйл явц харьцангуй урт байсан бөгөөд гаригийн нөлөөллийн энерги нь зөвхөн өсөн нэмэгдэж буй дэлхийн гадаргуугийн ойролцоох давхаргад ялгарч, дулааны цацрагийн нөлөөгөөр хурдан алга болсон тул гаригийн анхны халаалт тийм ч их байсангүй. Дэлхий үүсэх (аккреция) -тай зэрэгцэн орших энэхүү дулааны цацрагийн хэмжээг дурдсан зохиогчид дараах байдлаар үнэлдэг. 19.4*10 38 эрг (19.4*10 31 Ж)
.
Дэлхийн орчин үеийн эрчим хүчний тэнцвэрт байдалд хуримтлалын дулаан нь ач холбогдолгүй үүрэг гүйцэтгэдэг.
Нүүрс устөрөгчөөр баялаг манай улсын хувьд газрын гүний дулааны эрчим хүч нь өнөөгийн нөхцөлд газрын тос, байгалийн хийтэй өрсөлдөх чадваргүй нэгэн төрлийн чамин нөөц юм. Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний энэ өөр хэлбэрийг бараг хаа сайгүй, нэлээд үр дүнтэй ашиглаж болно.
газрын гүний дулааны эрчим хүчнь дэлхийн дотоод дулаан юм. Энэ нь гүнд үйлдвэрлэгдэж, дэлхийн гадаргуу дээр гарч ирдэг янз бүрийн хэлбэрүүдмөн өөр өөр эрчимтэй.
Хөрсний дээд давхаргын температур нь гадаад (экзоген) хүчин зүйлээс хамаардаг - нарны гэрэл, агаарын температур. Зун, өдрийн цагаар хөрс тодорхой гүнд дулаарч, өвөл, шөнөдөө агаарын температурын өөрчлөлтийг дагаж, бага зэрэг удааширч, гүн нь нэмэгддэг. Агаарын температурын өдөр тутмын хэлбэлзлийн нөлөө нь хэдэн арван см-ийн гүнд дуусдаг. Улирлын хэлбэлзэл нь хөрсний гүн давхаргыг эзэлдэг - хэдэн арван метр хүртэл.
Тодорхой гүнд - хэдэн арван метрээс хэдэн зуун метр хүртэл хөрсний температур дэлхийн гадаргуу дээрх жилийн дундаж агаарын температуртай тэнцүү хэвээр байна. Үүнийг нэлээд гүн агуй руу орох замаар шалгахад хялбар байдаг.
Тухайн газар нутагт жилийн дундаж агаарын температур тэгээс доош байвал энэ нь мөнх цэвдэг (илүү нарийвчлалтай, мөнх цэвдэг) хэлбэрээр илэрдэг. Зүүн Сибирьт жилийн турш хөлдсөн хөрсний зузаан, өөрөөр хэлбэл зузаан нь зарим газарт 200-300 м хүрдэг.
Тодорхой гүнээс (газрын зураг дээрх цэг бүрт өөрийн гэсэн) нар болон агаар мандлын үйл ажиллагаа маш их суларч, эндоген (дотоод) хүчин зүйлүүд нэгдүгээрт орж, дэлхийн дотоод хэсэг дотроосоо халдаг тул температур буурч эхэлдэг. гүн гүнзгий өсөх.
Дэлхийн гүн давхаргад халах нь гол төлөв тэнд байрлах цацраг идэвхт элементүүдийн задралтай холбоотой байдаг ч дулааны бусад эх үүсвэрүүдийг, жишээлбэл, дэлхийн царцдас, мантийн гүн давхарга дахь физик-хими, тектоник процесс гэж нэрлэдэг. Гэхдээ ямар ч шалтгаанаас үл хамааран чулуулаг, түүнтэй холбоотой шингэн ба хийн бодисын температур гүн нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Уурхайчид ийм үзэгдэлтэй тулгардаг - гүний уурхайд үргэлж халуун байдаг. 1 км-ийн гүнд гучин градусын халуун хэвийн, гүнд нь түүнээс ч өндөр байдаг.
Дэлхийн гадаргад хүрэх дэлхийн дотоод дулааны урсгал бага байдаг - дунджаар түүний хүч нь 0.03-0.05 Вт / м 2 буюу жилд ойролцоогоор 350 Вт / м 2 байна. Нарны дулааны урсгал ба түүгээр халсан агаарын дэвсгэр дээр энэ нь үл үзэгдэх үнэ цэнэ юм: Нар хүн бүрт өгдөг. хавтгай дөрвөлжин метрдэлхийн гадаргуу жил бүр 4000 кВт.цаг, өөрөөр хэлбэл 10,000 дахин их байдаг (мэдээж энэ нь туйлын болон экваторын өргөрөгийн хооронд асар их тархалттай, цаг уурын болон цаг агаарын бусад хүчин зүйлээс хамаарна).
Манай гаригийн ихэнх хэсэгт гүнээс гадаргуу руу чиглэсэн дулааны урсгалын ач холбогдол багатай нь чулуулгийн дулаан дамжуулалт бага, геологийн бүтцийн онцлогтой холбоотой юм. Гэхдээ үл хамаарах зүйлүүд байдаг - дулааны урсгал өндөр байдаг газрууд. Эдгээр нь юуны түрүүнд дэлхийн дотоод энерги нь гарах гарцыг олдог тектоник хагарлын бүс, газар хөдлөлтийн идэвхжил, галт уулын идэвхжил юм. Ийм бүсүүд нь литосферийн дулааны гажигаар тодорхойлогддог бөгөөд энд дэлхийн гадаргад хүрэх дулааны урсгал нь "ердийн" хэмжээнээс олон дахин, бүр илүү хүчтэй байж болно. Галт уулын дэлбэрэлт, халуун рашаан нь эдгээр бүсэд асар их хэмжээний дулааныг гадаргуу дээр гаргадаг.
Чухам эдгээр газрууд нь газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэхэд хамгийн таатай байдаг. ОХУ-ын нутаг дэвсгэр дээр эдгээр нь юуны түрүүнд Камчатка, Курилын арлууд, Кавказ юм.
Үүний зэрэгцээ газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэх нь бараг хаа сайгүй боломжтой, учир нь температурын гүн нэмэгдэх нь хаа сайгүй тохиолддог үзэгдэл бөгөөд тэндээс ашигт малтмалын түүхий эд гаргаж авдаг шиг гэдэснээс дулааныг "олборлох" даалгавар байдаг.
Дунджаар 100 м тутамд температур гүнд 2.5-3°С-аар нэмэгддэг.Өөр өөр гүнд орших хоёр цэгийн температурын зөрүүг тэдгээрийн хоорондох гүнийн зөрүүтэй харьцуулсан харьцааг газрын гүний дулааны градиент гэнэ.
Харилцан хамаарал нь газрын гүний дулааны алхам буюу температур 1 хэмээр өсөх гүний интервал юм.
Градиент өндөр, үүний дагуу алхам нь бага байх тусам дэлхийн гүн дэх дулаан гадаргуу руу ойртох тусам газрын гүний дулааныг хөгжүүлэхэд илүү ирээдүйтэй газар юм.
IN өөр өөр газар нутаг, геологийн бүтэц болон бусад бүс нутгийн болон орон нутгийн нөхцөл байдлаас шалтгаалан температурын өсөлтийн хурд нь гүнд эрс ялгаатай байж болно. Дэлхийн масштабаар газрын гүний дулааны градиент ба алхамуудын хэлбэлзэл 25 дахин хүрдэг. Жишээлбэл, Орегон мужид (АНУ) градиент 1 км тутамд 150 ° C, Өмнөд Африкт 1 км тутамд 6 ° C байна.
Асуулт бол 5, 10 км ба түүнээс дээш гүнд температур ямар байх вэ? Хэрэв энэ хандлага хэвээр байвал 10 км-ийн гүнд температур дунджаар 250-300 ° C байх ёстой. Энэ нь хэт гүний худагт хийсэн шууд ажиглалтаар бага багаар нотлогддог боловч зураг нь температурын шугаман өсөлтөөс хамаагүй илүү төвөгтэй байдаг.
Жишээлбэл, Балтийн талст бамбайд өрөмдсөн Кола гүний гүний худагт температур 10°С/1 км-ээр 3 км-ийн гүнд өөрчлөгдөж, дараа нь газрын гүний градиент 2-2.5 дахин их болдог. 7 км-ийн гүнд 120 хэм, 10 км-т - 180 хэм, 12 км-т - 220 хэмийн температур аль хэдийн бүртгэгдсэн байна.
Өөр нэг жишээ бол Хойд Каспийн 500 м-ийн гүнд 42 хэм, 1.5 км - 70 хэм, 2 км - 80 хэм, 3 км - 108 хэм температур бүртгэгдсэн худаг юм.
Газрын гүний дулааны градиент 20-30 км-ийн гүнээс эхлэн буурдаг гэж үздэг: 100 км-ийн гүнд тооцоолсон температур 1300-1500 ° C, 400 км-ийн гүнд - 1600 ° C, дэлхийн цөм (6000 км-ээс дээш гүн) - 4000–5000 ° C.
10-12 км хүртэл гүнд температурыг өрөмдсөн худгуудаар хэмждэг; тэдгээр нь байхгүй тохиолдолд илүү гүнд байгаатай адил шууд бус тэмдгээр тодорхойлогддог. Ийм шууд бус шинж тэмдэг нь газар хөдлөлтийн долгионы дамжих шинж чанар эсвэл дэлбэрч буй лаавын температур байж болно.
Гэсэн хэдий ч газрын гүний дулааны эрчим хүчний зорилгоор 10 км-ээс дээш гүн дэх температурын талаархи мэдээлэл нь практик сонирхолгүй хэвээр байна.
Хэдэн километрийн гүнд маш их дулаан байдаг, гэхдээ яаж өсгөх вэ? Заримдаа байгаль өөрөө бидний хувьд энэ асуудлыг байгалийн хөргөлтийн тусламжтайгаар шийддэг - гадаргуу дээр гарч ирдэг эсвэл бидний хүрч болох гүнд байрладаг халсан дулааны ус. Зарим тохиолдолд гүн дэх усыг уурын төлөвт халаана.
"Дулааны ус" гэсэн ойлголтын хатуу тодорхойлолт байдаггүй. Дүрмээр бол эдгээр нь шингэн төлөвт эсвэл уурын хэлбэрээр халуун гүний ус, түүний дотор 20 хэмээс дээш температуртай, өөрөөр хэлбэл агаарын температураас өндөр температуртай дэлхийн гадаргад орж ирдэг усыг хэлнэ.
Газар доорх ус, уур, уур, усны хольцын дулаан нь гидротермаль энерги юм. Үүний дагуу түүний хэрэглээнд суурилсан энергийг гидротермаль гэж нэрлэдэг.
Нөхцөл байдал хуурай чулуулгаас шууд дулаан үйлдвэрлэхэд илүү төвөгтэй байдаг - газрын тосны дулааны энерги, ялангуяа хангалттай өндөр температур нь дүрмээр бол хэдэн километрийн гүнээс эхэлдэг.
ОХУ-ын нутаг дэвсгэр дээр газрын тосны дулааны эрчим хүчний нөөц нь усан дулааны эрчим хүчнээс зуу дахин их байдаг - 3500, 35 их наяд тонн стандарт түлш. Энэ бол үнэхээр байгалийн юм - дэлхийн гүний дулаан хаа сайгүй байдаг бөгөөд дулааны ус нь орон нутагт байдаг. Гэвч илт техникийн хүндрэлээс болоод дулааны усны ихэнх хэсгийг дулаан, цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж байна.
20-30-аас 100 хэм хүртэлх усны температур нь халаалт, 150 хэм ба түүнээс дээш температурт, мөн газрын гүний дулааны цахилгаан станцад цахилгаан үйлдвэрлэхэд тохиромжтой.
Ерөнхийдөө ОХУ-ын нутаг дэвсгэр дээрх газрын гүний дулааны нөөц нь тонн стандарт түлш эсвэл бусад эрчим хүчний хэмжилтийн нэгжийн хувьд чулуужсан түлшний нөөцөөс 10 дахин их байдаг.
Онолын хувьд зөвхөн газрын гүний дулааны эрчим хүч л улсын эрчим хүчний хэрэгцээг бүрэн хангах боломжтой. Практик дээр Энэ мөчтүүний ихэнх нутаг дэвсгэрт энэ нь техникийн болон эдийн засгийн шалтгааны улмаас боломжгүй юм.
Дэлхий дээр газрын гүний дулааны эрчим хүчийг ашиглах нь ихэвчлэн Исландтай холбоотой байдаг - Атлантын дундах нурууны хойд төгсгөлд, хэт идэвхтэй тектоник болон галт уулын бүсэд байрладаг улс. Эйяфятлаёкудл галт уулын хүчтэй дэлбэрэлтийг хүн бүр санаж байгаа байх. Эйяфжаллажокулл) 2010 онд.
Энэхүү геологийн өвөрмөц байдлын ачаар Исланд нь газрын гүний дулааны эрчим хүчний асар их нөөцтэй, тэр дундаа дэлхийн гадаргуу дээр гарч ирдэг халуун рашаан, тэр ч байтугай гейзер хэлбэрээр урсдаг.
Исландад одоо хэрэглэж буй нийт эрчим хүчний 60 гаруй хувийг дэлхийгээс авдаг. Тэр дундаа газрын гүний дулааны эх үүсвэрээс дулааны 90%, цахилгаан эрчим хүчний 30%-ийг хангаж байна. Тус улсын цахилгаан эрчим хүчний үлдсэн хэсгийг усан цахилгаан станцууд, өөрөөр хэлбэл сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрээр үйлдвэрлэдэг бөгөөд үүний ачаар Исланд нь дэлхийн байгаль орчны стандарт мэт харагдаж байна.
20-р зуунд газрын гүний дулааны энергийг " номхруулсан" нь Исландад эдийн засгийн хувьд ихээхэн тус дөхөм болсон. Өнгөрсөн зууны дунд үе хүртэл маш ядуу орон байсан бол өдгөө нэг хүнд ногдох газрын гүний дулааны эрчим хүчний суурилагдсан хүчин чадал, үйлдвэрлэлээрээ дэлхийд нэгдүгээрт, газрын гүний дулааны эрчим хүчний үнэмлэхүй суурилагдсан хүчин чадлаараа эхний аравт багтаж байна. ургамал. Гэсэн хэдий ч түүний хүн ам ердөө 300 мянган хүн байдаг бөгөөд энэ нь байгаль орчинд ээлтэй эрчим хүчний эх үүсвэрт шилжих ажлыг хялбаршуулдаг: түүний хэрэгцээ ерөнхийдөө бага байдаг.
Исландаас гадна шинэ Зеланд, Зүүн Өмнөд Азийн арлын мужууд (Филиппин, Индонези), Төв Америк, Зүүн Африкийн орнуудад цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн нийт тэнцэлд газрын гүний дулааны эрчим хүчний өндөр хувийг эзэлдэг. газар хөдлөлт, галт уулын өндөр идэвхжилээр. Эдгээр орнуудын хувьд өнөөгийн хөгжлийн түвшин, хэрэгцээ шаардлагад нь газрын гүний дулааны эрчим хүч нь нийгэм, эдийн засгийн хөгжилд ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг.
Газрын гүний дулааны эрчим хүчийг ашиглах нь маш урт түүхтэй. Хамгийн анхны мэдэгдэж буй жишээнүүдийн нэг бол Тосканы мужийн Итали, одоогийн Лардерелло гэж нэрлэгддэг газар бөгөөд 19-р зууны эхэн үед байгалийн гаралтай эсвэл гүехэн худгаас гаргаж авсан орон нутгийн халуун дулааны усыг эрчим хүч болгон ашиглаж байжээ. зорилго.
Бороор баялаг гүний эх үүсвэрийн усыг энд борын хүчил гаргаж авахад ашигласан. Эхэндээ энэ хүчлийг төмрийн уурын зууханд ууршуулах замаар гаргаж авсан бөгөөд энгийн түлээг ойролцоох ой модноос түлш болгон авдаг байсан бол 1827 онд Франческо Лардерел усны халуунд ажилладаг системийг бүтээжээ. Үүний зэрэгцээ байгалийн усны уурын энергийг өрөмдлөгийн машин, 20-р зууны эхэн үеэс орон нутгийн байшин, хүлэмжийг халаахад ашиглаж эхэлсэн. Яг тэр газар, 1904 онд Лардерелло хотод дулааны усны уур нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх эрчим хүчний эх үүсвэр болсон.
19-р зууны сүүлч, 20-р зууны эхэн үеийн Италийн жишээг бусад улс орнууд дагаж мөрдсөн. Жишээлбэл, 1892 онд дулааны усыг анх АНУ-д (Бойсе, Айдахо), 1919 онд Японд, 1928 онд Исландад орон нутгийн халаалтанд ашиглаж байжээ.
АНУ-д анхны усан дулааны цахилгаан станц Калифорнид 1930-аад оны эхээр, Шинэ Зеландад - 1958 онд, Мексикт - 1959 онд, Орост (дэлхийн анхны хоёртын GeoPP) - 1965 онд гарч ирэв.
Шинэ эх сурвалж дээр хуучин зарчим
Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд усны эх үүсвэрийн температур халаалтаас өндөр буюу 150 хэмээс дээш байх шаардлагатай. Газрын гүний дулааны цахилгаан станцын (GeoES) ажиллах зарчим нь ердийн дулааны цахилгаан станцын (ДЦС) ажиллах зарчимтай төстэй. Уг нь газрын гүний дулааны цахилгаан станц нь дулааны цахилгаан станцын нэг төрөл юм.
Дулааны цахилгаан станцуудад нүүрс, хий эсвэл түлшний тос нь эрчим хүчний үндсэн эх үүсвэр болж, усны уур нь ажлын шингэн болж үйлчилдэг. Шатах түлш нь усыг уурын төлөвт халааж, уурын турбиныг эргүүлж, цахилгаан үүсгэдэг.
GeoPP-ийн ялгаа нь энд байгаа эрчим хүчний анхдагч эх үүсвэр нь дэлхийн дотоод дулаан бөгөөд ажлын шингэн нь үйлдвэрлэлийн цооногоос шууд "бэлэн" хэлбэрээр цахилгаан үүсгүүрийн турбины ир рүү уур хэлбэрээр орж ирдэг.
GeoPP-ийн үйл ажиллагааны гурван үндсэн схем байдаг: шууд, хуурай (геотермал) уур ашиглан; шууд бус, усан термаль усанд суурилсан, холимог буюу хоёртын .
Нэг буюу өөр схемийг ашиглах нь нэгтгэх төлөв, эрчим хүчний тээвэрлэгчийн температураас хамаарна.
Хамгийн энгийн бөгөөд тиймээс хамгийн анхны эзэмшсэн схем нь шууд худгаас гарч буй уурыг турбиноор шууд дамжуулдаг схем юм. 1904 онд Лардерелло дахь дэлхийн анхны GeoPP нь хуурай уураар ажилладаг.
Ашиглалтын шууд бус схем бүхий GeoPP нь бидний цаг үед хамгийн түгээмэл байдаг. Тэд халуун хэрэглэдэг газар доорх ус, ууршуулагч руу өндөр даралтын дор шахаж, түүний нэг хэсэг нь ууршиж, үүссэн уур нь турбиныг эргүүлдэг. Зарим тохиолдолд түрэмгий нэгдлээс газрын гүний дулаан, уурыг цэвэршүүлэхийн тулд нэмэлт төхөөрөмж, хэлхээ шаардлагатай байдаг.
Яндангийн уур нь тарилгын цооног руу ордог эсвэл орон зайг халаахад ашигладаг - энэ тохиолдолд зарчим нь ДЦС-ын үйл ажиллагааны үеийнхтэй адил юм.
Хоёртын GeoPP-д халуун дулааны ус нь бага буцалгах цэг бүхий ажлын шингэний үүрэг гүйцэтгэдэг өөр шингэнтэй харилцан үйлчилдэг. Хоёр шингэнийг дулаан солилцуураар дамжуулж, дулааны ус нь ажлын шингэнийг ууршуулж, уур нь турбиныг эргүүлдэг.
Энэ систем нь хаалттай бөгөөд энэ нь агаар мандалд ялгарах утааны асуудлыг шийддэг. Нэмж дурдахад харьцангуй бага буцалгах температуртай ажлын шингэн нь маш халуун биш дулааны усыг эрчим хүчний үндсэн эх үүсвэр болгон ашиглах боломжийг олгодог.
Бүх гурван схем нь усан дулааны эх үүсвэрийг ашигладаг боловч нефтийн дулааны эрчим хүчийг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно.
Энэ тохиолдолд хэлхээний диаграм нь бас маш энгийн. Тарилгын болон үйлдвэрлэл гэсэн хоорондоо холбогдсон хоёр худаг өрөмдөх шаардлагатай. Ус шахах худаг руу шахагдана. Гүнд халааж, дараа нь халсан ус эсвэл хүчтэй халалтын үр дүнд үүссэн уурыг үйлдвэрлэлийн цооногоор дамжуулан гадаргуу руу нийлүүлдэг. Цаашилбал, энэ бүхэн нефтийн дулааны энергийг халаахад эсвэл цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд хэрхэн ашиглахаас хамаарна. Хаалттай цикл нь яндангийн уур, усыг шахах худаг руу буцааж шахах эсвэл өөр аргаар зайлуулах боломжтой.
Ийм системийн сул тал нь тодорхой юм: ажлын шингэний хангалттай өндөр температурыг олж авахын тулд маш их гүнд худаг өрөмдөх шаардлагатай. Энэ нь ноцтой зардал бөгөөд шингэн дээшлэх үед их хэмжээний дулаан алдах эрсдэл юм. Тиймээс нефтийн дулааны систем нь гидротермаль системээс бага түгээмэл хэвээр байгаа ч нефтийн дулааны энергийн чадавхи хэд дахин өндөр байдаг.
Одоогийн байдлаар нефтийн дулааны эргэлтийн систем (PCS) гэж нэрлэгддэг тэргүүлэгч нь Австрали юм. Нэмж дурдахад газрын гүний дулааны эрчим хүчний энэ чиглэл АНУ, Швейцарь, Их Британи, Японд идэвхтэй хөгжиж байна.
Лорд Келвиний бэлэг
1852 онд физикч Уильям Томпсон (Лорд Келвин) дулааны насосыг зохион бүтээсэн нь хөрсний дээд давхаргын бага дулааныг ашиглах бодит боломжийг хүн төрөлхтөнд олгосон юм. Дулааны насосны систем буюу Томпсоны хэлснээр дулааны үржүүлэгч нь дулаан дамжуулах физик процесс дээр суурилдаг. орчинхөргөлтийн шингэн рүү. Үнэн хэрэгтээ энэ нь нефтийн дулааны системтэй ижил зарчмыг ашигладаг. Энэ ялгаа нь дулааны эх үүсвэрт байгаа бөгөөд үүнтэй холбогдуулан нэр томъёоны асуулт гарч ирж магадгүй юм: дулааны насосыг хэр хэмжээгээр газрын гүний дулааны систем гэж үзэж болох вэ? Үнэн хэрэгтээ дээд давхаргад хэдэн арван, хэдэн зуун метрийн гүнд агуулагдах чулуулаг, шингэн нь дэлхийн гүн халуунд биш, харин наранд халдаг. Тиймээс, энэ тохиолдолд нар бол дулааны анхдагч эх үүсвэр боловч газрын гүний дулааны системтэй адил дэлхийгээс авдаг.
Дулааны насосны ажиллагаа нь агаар мандалтай харьцуулахад хөрсний халаалт, хөргөлтийн саатал дээр суурилдаг бөгөөд үүний үр дүнд гадаргуу болон гүн давхаргын хооронд температурын градиент үүсдэг бөгөөд энэ нь өвлийн улиралд ч гэсэн дулаанаа хадгалдаг. усан санд юу болдог. Дулааны насосны гол зорилго нь орон зайн халаалт юм. Үнэн хэрэгтээ энэ нь "урвуу хөргөгч" юм. Дулааны насос болон хөргөгч хоёулаа гурван бүрэлдэхүүн хэсэгтэй харилцан үйлчилдэг: дотоод орчин (эхний тохиолдолд - халаалттай өрөө, хоёрдугаарт - хөргөгчний камер), гадаад орчин - эрчим хүчний эх үүсвэр ба хөргөгч (хөргөгч) мөн дулаан дамжуулах эсвэл хүйтэнд хүргэдэг хөргөлтийн бодис юм.
Буцлах температур багатай бодис нь хөргөлтийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь харьцангуй бага температуртай эх үүсвэрээс дулааныг авах боломжийг олгодог.
Хөргөгчинд шингэн хөргөгч нь тохируулагч (даралт зохицуулагч) -аар дамжуулан ууршуулагч руу ордог бөгөөд даралтын огцом бууралтаас болж шингэн нь ууршдаг. Ууршилт нь дулааныг гаднаас шингээх шаардлагатай эндотермик процесс юм. Үүний үр дүнд ууршуулагчийн дотоод хананаас дулааныг авдаг бөгөөд энэ нь хөргөгчийн камерт хөргөлтийн нөлөө үзүүлдэг. Ууршуулагчаас цааш хөргөгчийг компрессор руу соруулж, шингэний нэгтгэх төлөв рүү буцдаг. Энэ нь урвуу үйл явц бөгөөд олборлосон дулааныг гадагшлуулахад хүргэдэг гадаад орчин. Дүрмээр бол энэ нь өрөөнд хаягдаж, хөргөгчийн арын хана нь харьцангуй дулаан байдаг.
Дулааны насос нь бараг ижил аргаар ажилладаг бөгөөд ялгаа нь дулааныг гадаад орчноос авч, ууршуулагч - өрөөний халаалтын системээр дамжуулан дотоод орчинд ордог.
Бодит дулааны насосны хувьд ус халааж, газар эсвэл усан санд байрлуулсан гадаад хэлхээгээр дамжин ууршуулагч руу ордог.
Ууршуулагчид дулааныг буцалгах температур багатай хөргөгчөөр дүүргэсэн дотоод хэлхээнд шилжүүлдэг бөгөөд энэ нь ууршуулагчаар дамжин шингэн төлөвөөс хийн төлөвт шилжиж, дулааныг авдаг.
Дараа нь хийн хөргөгч нь компрессор руу орж, тэнд шахагдана өндөр даралтба температур, мөн конденсатор руу ордог бөгөөд халаалтын системээс халуун хий ба хөргөлтийн хооронд дулаан солилцоо явагддаг.
Компрессор ажиллахын тулд цахилгаан эрчим хүч шаардагдах боловч хувиргах харьцаа (хэрэглэсэн болон үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний харьцаа) орчин үеийн системүүдүр дүнтэй байх хангалттай өндөр.
Одоогийн байдлаар дулааны насосыг ихэвчлэн эдийн засгийн хувьд орон зайг халаахад өргөн ашигладаг хөгжингүй орнууд.
Эко-зөв эрчим хүч
Газрын гүний дулааны эрчим хүчийг байгаль орчинд ээлтэй гэж үздэг бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө үнэн юм. Юуны өмнө энэ нь сэргээгдэх, бараг шавхагдашгүй нөөцийг ашигладаг. Газрын гүний дулааны эрчим хүч нь том усан цахилгаан станц, салхин цахилгаан станцаас ялгаатай нь том талбай шаарддаггүй бөгөөд нүүрсустөрөгчийн эрчим хүчнээс ялгаатай нь агаар мандлыг бохирдуулдаггүй. Дунджаар GeoPP нь үйлдвэрлэсэн 1 ГВт цахилгаан эрчим хүчний хувьд 400 м 2 талбайг эзэлдэг. Жишээлбэл, нүүрсээр ажилладаг дулааны цахилгаан станцын хувьд ижил үзүүлэлт 3600 м 2 байна. GeoPP-ийн байгаль орчны ашиг тус нь бага хэмжээний ус зарцуулдаг - 20 литр цэвэр ус 1 кВт тутамд, харин дулааны цахилгаан станц, атомын цахилгаан станцад 1000 орчим литр шаардлагатай. Эдгээр нь "дундаж" GeoPP-ийн байгаль орчны үзүүлэлтүүд гэдгийг анхаарна уу.
Гэхдээ сөрөг сөрөг нөлөөодоо ч байгаа. Тэдгээрийн дотроос дуу чимээ, агаар мандлын дулааны бохирдол, ус, хөрсний химийн бохирдол, хатуу хог хаягдал үүсэх зэрэг нь ихэвчлэн ялгагдана.
Байгаль орчны химийн бохирдлын гол эх үүсвэр нь дулааны ус (өндөр температур, эрдэсжилттэй) бөгөөд энэ нь ихэвчлэн их хэмжээний хорт нэгдлүүдийг агуулдаг тул бохир ус, аюултай бодисыг зайлуулах асуудал тулгардаг.
Газрын гүний дулааны энергийн сөрөг нөлөөг худаг өрөмдөхөөс эхлээд хэд хэдэн үе шаттайгаар ажиглаж болно. Энд ямар ч худаг өрөмдөхтэй адил аюул гарч ирдэг: хөрс, ургамлын бүрхэвчийг устгах, хөрс, гүний усны бохирдол.
GeoPP ашиглалтын үе шатанд хүрээлэн буй орчны бохирдлын асуудал байсаар байна. Дулааны шингэн - ус ба уур - ихэвчлэн нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO 2), хүхэрлэг (H 2 S), аммиак (NH 3), метан (CH 4), энгийн давс (NaCl), бор (B), хүнцэл (As) агуулдаг. ), мөнгөн ус (Hg). Байгальд цацагдахаараа бохирдлын эх үүсвэр болдог. Үүнээс гадна химийн түрэмгий орчин нь GeoTPP-ийн бүтцэд зэврэлт үүсгэдэг.
Үүний зэрэгцээ, ГеоПЦ-ын бохирдуулагч бодисын ялгарал ДЦС-ынхаас дунджаар бага байна. Тухайлбал, үйлдвэрлэсэн нэг киловатт/цаг цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд нүүрсхүчлийн хийн ялгаралт ГеоЦС-д 380 гр хүртэл, нүүрсээр ажилладаг дулааны цахилгаан станцад 1042 гр, мазут 906 гр, хийн түлшээр ажилладаг дулааны цахилгаан станцад 453 гр хүртэл байна.
Асуулт гарч ирнэ: бохир устай юу хийх вэ? Давс багатай тул хөргөсний дараа гадаргын ус руу цутгаж болно. Нөгөө арга нь шахах цооногоор дамжуулан уст давхарга руу буцаан шахах явдал бөгөөд энэ нь одоогийн байдлаар илүүд үздэг бөгөөд давамгайлж байна.
Усны давхаргаас дулааны усыг олборлох (түүнчлэн энгийн усыг шахах) нь суулт, хөрсний хөдөлгөөн, геологийн давхаргын бусад хэв гажилт, бичил газар хөдлөлтийг үүсгэдэг. Хэдийгээр ийм үйл явдлын магадлал ихэвчлэн бага байдаг бие даасан тохиолдолтогтмол (жишээ нь, Германы Staufen im Breisgau дахь GeoPP дээр).
ГеоПС-ийн ихэнх нь хүн амын нягтаршил багатай газар нутаг болон хөгжингүй орнуудтай харьцуулахад байгаль орчны шаардлага багатай гуравдагч дэлхийн орнуудад байрладаг гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Үүнээс гадна одоогийн байдлаар ГеоПС-ийн тоо, тэдгээрийн хүчин чадал харьцангуй бага байна. Газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлснээр байгаль орчны эрсдэл нэмэгдэж, үржих боломжтой.
Дэлхийн энерги хэр их вэ?
Газрын гүний дулааны системийг барих хөрөнгө оруулалтын зардал нь маш өргөн хүрээнд өөр өөр байдаг - 1 кВт суурилагдсан хүчин чадалд 200-5000 доллар, өөрөөр хэлбэл хамгийн хямд сонголтууд нь дулааны цахилгаан станц барих зардалтай харьцуулж болно. Эдгээр нь юуны түрүүнд дулааны ус үүсэх нөхцөл, тэдгээрийн бүтэц, системийн загвараас хамаарна. Их гүнд өрөмдөж, хоёр худагтай битүү системийг бий болгох, ус цэвэршүүлэх хэрэгцээ нь зардлыг хэд дахин нэмэгдүүлж чадна.
Жишээлбэл, нефтийн дулааны эргэлтийн системийг (PTS) бий болгоход оруулсан хөрөнгө оруулалт нь 1 кВт суурилагдсан хүчин чадал тутамд 1.6-4 мянган доллараар тооцогдож байгаа бөгөөд энэ нь атомын цахилгаан станц барих зардлаас давж, салхи, цахилгаан станц барих зардалтай харьцуулах боломжтой юм. нарны цахилгаан станцууд.
GeoTPP-ийн эдийн засгийн илт давуу тал бол үнэ төлбөргүй эрчим хүч тээвэрлэгч юм. Харьцуулбал, ажиллаж байгаа дулааны цахилгаан станц эсвэл атомын цахилгаан станцын зардлын бүтцэд одоогийн эрчим хүчний үнээс хамааран түлш 50-80% ба түүнээс дээш хувийг эзэлдэг. Тиймээс газрын гүний дулааны системийн бас нэг давуу тал нь эрчим хүчний үнийн гадаад коньюнктураас хамаардаггүй тул ашиглалтын зардал нь илүү тогтвортой бөгөөд урьдчилан таамаглах боломжтой байдаг. Ерөнхийдөө ГеоЦЦС-ын ашиглалтын зардлыг 1 кВт.ц хүчин чадал тутамд 2-10 цент (60 копейк-3 рубль) гэж тооцдог.
Эрчим хүчний тээвэрлэгчийн дараа орох хоёр дахь том (мөн маш чухал) зардлын зүйл бол дүрмээр бол, цалинулс орон, бүс нутагт эрс ялгаатай байж болох үйлдвэрийн боловсон хүчин.
Дунджаар 1 кВт.ц газрын гүний дулааны эрчим хүчний өртөг нь дулааны цахилгаан станцынхтай (Оросын нөхцөлд ойролцоогоор 1 рубль / 1 кВт.ц) харьцуулж болох бөгөөд усан цахилгаан станцын цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх зардлаас (5-10 копейк) арав дахин өндөр байна. / 1 кВт цаг).
Өндөр өртөгтэй байгаагийн нэг шалтгаан нь дулааны болон гидравлик цахилгаан станцуудаас ялгаатай нь ГеоДЦС нь харьцангуй бага хүчин чадалтай байдаг. Үүнээс гадна ижил бүс нутаг, ижил төстэй нөхцөлд байрлах системийг харьцуулах шаардлагатай. Жишээлбэл, Камчаткад мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар газрын гүний дулааны 1 кВт цаг нь орон нутгийн дулааны цахилгаан станцаас үйлдвэрлэсэн цахилгаанаас 2-3 дахин хямд байдаг.
Газрын гүний дулааны системийн эдийн засгийн үр ашгийн үзүүлэлтүүд нь жишээлбэл, хаягдал усыг зайлуулах шаардлагатай эсэх, үүнийг ямар аргаар хийх, нөөцийг хослуулан ашиглах боломжтой эсэх зэргээс хамаарна. Тиймээс дулааны уснаас гаргаж авсан химийн элемент, нэгдлүүд нэмэлт орлого олох боломжтой. Лардереллогийн жишээг эргэн санацгаая: тэнд анхдагч нь химийн үйлдвэрлэл байсан бөгөөд газрын гүний дулааны эрчим хүчийг ашиглах нь анхандаа туслах шинж чанартай байв.
Газрын гүний дулааны эрчим хүчний Форвард
Газрын гүний дулааны эрчим хүч нь салхи, нарны эрчим хүчнээс арай өөрөөр хөгжиж байна. Одоогийн байдлаар энэ нь нөөцийн мөн чанараас ихээхэн хамаардаг бөгөөд бүс нутгуудаас хамааран эрс ялгаатай бөгөөд хамгийн их концентраци нь ихэвчлэн тектоник хагарал, галт уулын бүстэй холбоотой газрын гүний дулааны аномалийн нарийхан бүсүүдтэй холбоотой байдаг.
Нэмж дурдахад газрын гүний дулааны эрчим хүч нь салхитай харьцуулахад технологийн хувьд бага хүчин чадалтай, нарны эрчим хүчнээс ч илүү: газрын гүний дулааны станцуудын систем нь маш энгийн.
Дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн ерөнхий бүтцэд газрын гүний дулааны бүрэлдэхүүн хэсэг нь 1% -иас бага хувийг эзэлдэг боловч зарим бүс нутаг, улс орнуудад түүний эзлэх хувь 25-30% хүрдэг. Геологийн нөхцөлтэй уялдаа холбоотой байдаг тул газрын гүний дулааны эрчим хүчний чадавхийн нэлээд хэсэг нь Зүүн Өмнөд Ази, Төв Америк, Зүүн Африкийн арлууд зэрэг салбарын хамгийн том хөгжлийн гурван кластер байдаг гуравдагч дэлхийн орнуудад төвлөрдөг. Эхний хоёр бүс нь Номхон далайн "Дэлхийн галын бүс", гурав дахь нь Зүүн Африкийн хагаралтай холбоотой. Хамгийн их магадлалтайгаар эдгээр бүс нутагт газрын гүний дулааны эрчим хүч хөгжсөөр байх болно. Илүү алс холын хэтийн төлөв бол хэдэн километрийн гүнд байрлах дэлхийн давхаргын дулааныг ашиглан нефтийн дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэх явдал юм. Энэ нь бараг хаа сайгүй байдаг нөөц боловч олборлоход өндөр зардал шаардагддаг тул нефтийн дулааны эрчим хүч нь эдийн засаг, технологийн хувьд хамгийн хүчирхэг орнуудад голлон хөгжиж байна.
Ер нь газрын гүний дулааны нөөц хаа сайгүй олширч, байгаль орчны аюулгүй байдлын хүлээн зөвшөөрөгдөх түвшнийг харгалзан үзэхэд газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэх хэтийн төлөв сайтай гэж үзэх үндэслэл бий. Ялангуяа уламжлалт эрчим хүчний тээвэрлэгчдийн хомсдол, тэдний үнэ өсөх аюул заналхийлж байна.
Камчаткаас Кавказ хүртэл
Орос улсад газрын гүний дулааны эрчим хүчний хөгжил нэлээд урт түүхтэй бөгөөд асар том улсын эрчим хүчний нийт балансад газрын гүний дулааны эрчим хүчний эзлэх хувь маш бага хэвээр байгаа хэдий ч бид хэд хэдэн байр сууринд дэлхийд тэргүүлдэг.
ОХУ-д газрын гүний дулааны эрчим хүчийг хөгжүүлэх анхдагчид, төвүүд нь Камчатка ба Хойд Кавказ гэсэн хоёр бүс нутаг байсан бөгөөд хэрэв эхний тохиолдолд бид цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн тухай ярьж байгаа бол хоёрдугаарт - дулааны энергийг ашиглах тухай ярьж байна. дулааны ус.
Хойд Кавказад - Краснодар хязгаар, Чечень, Дагестан зэрэг нутагт дулааны усны дулааныг эрчим хүчний зориулалтаар ашиглаж байсан. Эх орны дайн. 1980-1990-ээд онд тус бүс нутагт газрын гүний дулааны эрчим хүчний хөгжил тодорхой шалтгааны улмаас зогсонги байдалд орсон бөгөөд зогсонги байдлаас хараахан гарч амжаагүй байна. Гэсэн хэдий ч Хойд Кавказын газрын гүний дулааны усан хангамж нь 500 мянга орчим хүнийг дулаанаар хангадаг бөгөөд жишээлбэл, 60 мянган хүн амтай Краснодар хязгаарын Лабинск хотыг газрын гүний дулаанаар бүрэн халаадаг.
Камчаткад газрын гүний дулааны эрчим хүчний түүх нь юуны түрүүнд GeoPP-ийн бүтээн байгуулалттай холбоотой юм. Тэдний эхнийх нь одоог хүртэл ажиллаж байгаа Паужетская, Паратунская станцууд нь 1965-1967 онд баригдсан бол 600 кВт-ын хүчин чадалтай Паратунская ГеоПС нь хоёртын эргэлттэй дэлхийн анхны станц болжээ. Энэ нь 1965 онд 70 хэмийн температуртай уснаас цахилгаан гаргаж авах зохиогчийн эрхийн гэрчилгээ авсан Оросын ШУА-ийн Сибирийн салбарын Дулааны физикийн хүрээлэнгийн Зөвлөлтийн эрдэмтэд С.С.Кутателадзе, А.М.Розенфельд нарын хөгжүүлэлт юм. Энэ технологи нь дараа нь дэлхийн 400 гаруй хоёртын GeoPP-ийн прототип болсон.
1966 онд ашиглалтад орсон Паужецкая ГеоПС-ын хүчин чадал нь эхэндээ 5 МВт байсан бөгөөд дараа нь 12 МВт хүртэл нэмэгджээ. Одоогоор станцад хоёртын блок баригдаж байгаа бөгөөд энэ нь хүчин чадлыг дахин 2.5 МВт-аар нэмэгдүүлэх юм.
ЗСБНХУ, ОХУ-ын газрын гүний дулааны эрчим хүчний хөгжилд уламжлалт эрчим хүчний эх үүсвэр болох газрын тос, байгалийн хий, нүүрс байгаа нь саад болж байсан ч хэзээ ч зогссонгүй. Одоогийн байдлаар хамгийн том газрын гүний дулааны цахилгаан станцууд бол 1999 онд ашиглалтад орсон 12 МВт-ын хүчин чадалтай Верхне-Мутновская ГеоПС, 50 МВт-ын хүчин чадалтай Мутновская ГеоПС (2002) юм.
Мутновская ба Верхне-Мутновская ГеоПП нь зөвхөн Орос улсад төдийгүй дэлхийн хэмжээнд өвөрмөц объект юм. Станцууд нь Мутновский галт уулын бэлд, далайн түвшнээс дээш 800 метрийн өндөрт байрладаг бөгөөд эрс тэс нөхцөлд ажилладаг. цаг уурын нөхцөл, энд өвөл жилд 9-10 сар байдаг. Одоогийн байдлаар дэлхийн хамгийн орчин үеийн нэг болох Мутновский ГеоПС-ийн тоног төхөөрөмжийг дотоодын эрчим хүчний инженерийн үйлдвэрүүдэд бүрэн бүтээсэн.
Одоогийн байдлаар Камчаткийн төв эрчим хүчний төвийн эрчим хүчний хэрэглээний нийт бүтцэд Мутновский станцуудын эзлэх хувь 40% байна. Ирэх жилүүдэд хүчин чадлыг нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байна.
Оросын нефтийн дулааны бүтээн байгуулалтын талаар тусад нь хэлэх хэрэгтэй. Бидэнд хараахан том хэмжээний PDS байхгүй, гэхдээ маш гүнд (ойролцоогоор 10 км) өрөмдлөг хийх дэвшилтэт технологиуд байдаг бөгөөд эдгээр нь дэлхийд ижил төстэй байдаггүй. Тэдний цаашдын хөгжил нь нефтийн дулааны системийг бий болгох зардлыг эрс багасгах боломжийг олгоно. Эдгээр технологи, төслийг боловсруулагчид нь Н.А.Гнатус, М.Д.Хуторской (ОХУ-ын ШУА-ийн Геологийн хүрээлэн), А.С.Некрасов (ОХУ-ын ШУА-ийн Эдийн засгийн таамаглалын хүрээлэн) болон Калуга турбины үйлдвэрийн мэргэжилтнүүд юм. Одоогоор ОХУ-д нефтийн дулааны эргэлтийн системийн төсөл туршилтын шатандаа явж байна.
Орос улсад газрын гүний дулааны эрчим хүчний хэтийн төлөв байгаа боловч тэдгээр нь харьцангуй хол зайд оршдог: одоогийн байдлаар нөөц бололцоо нэлээд том бөгөөд уламжлалт эрчим хүчний байр суурь хүчтэй байна. Үүний зэрэгцээ тус улсын хэд хэдэн алслагдсан бүс нутагт газрын гүний дулааныг ашиглах нь эдийн засгийн хувьд ашигтай бөгөөд одоо ч эрэлт хэрэгцээтэй байна. Эдгээр нь геоэнергийн өндөр нөөцтэй газар нутаг юм (Чукотка, Камчатка, Курилын арлууд - Номхон далайн "Дэлхийн галын бүс"-ийн Оросын хэсэг, уулс. Өмнөд Сибирьба Кавказ) мөн нэгэн зэрэг төвлөрсөн эрчим хүчний хангамжаас алслагдсан, таслагдсан.
Ойрын хэдэн арван жилд манай улсын газрын гүний дулааны эрчим хүч яг ийм бүс нутагт хөгжих магадлалтай.
Өмнөх нийтлэл: Коран ба Суннагийн дагуу мөрөөдлийн тайлбар Дараагийн нийтлэл: Ашура бол хүн төрөлхтний түүхэн дэх хувь тавилантай өдөр юм