З кожним роком видобуток вуглеводневої палива ускладнюється все більше: «верхові» запаси практично виснажені, а для буріння глибоких свердловин потрібні не тільки нові технології, але і значні фінансові вкладення. Відповідно дорожчає і електрику, адже воно в основному виходить за рахунок переробки вуглеводневої палива.

Крім того, проблема охорони навколишнього середовища від негативного впливу промисловості набуває все більшого значення. І вже очевидно: зберігаючи традиційні методи отримання енергії (за допомогою вуглеводневого палива) людство рухається до енергетичної кризи в поєднанні з екологічною катастрофою.

Саме тому таке значення набувають технології, що дозволяють отримувати тепло і електрику з поновлюваних джерел. До таких технологій відноситься і геотермальна енергетика, яка дозволяє отримувати електричну та / або теплову енергію, використовуючи тепло, що міститься в земних надрах.

Якими бувають геотермальні джерела енергії

Чим глибше в землю - тим тепліше. Це аксіома, відома кожному. Земні надра містять океани тепла, яким людина може скористатися, не порушуючи екологію навколишнього середовища. Сучасні технології дозволяють ефективно використовувати геотермальну енергію або безпосередньо (теплова енергія), або з перетворенням в електричну (геотермальна електростанція).

Геотермальні джерела енергії поділяються на два види: петротермальние і гідротермальні. Петротермальная енергетика заснована на використанні різниці температур грунту на поверхні і в глибині, а гідротермальних використовує підвищену температуру ґрунтових вод.

Сухі високотемпературні породи поширені більш, ніж гарячі водні джерела, але їх експлуатація з метою отримання енергії пов'язана з певними складнощами: в породи необхідно закачувати воду, а потім відбирати тепло у перегрітої в високотемпературних породах води. Гідротермальні джерела відразу «постачають» перегріту воду, у якій можна взяти тепло.

Ще один варіант отримання термальною енергії - відбір низькотемпературного тепла на невеликих глибинах (теплові насоси). Принцип роботи теплового насоса такий же, як і промислових установок, що працюють в термальних зонах, різниця лише в тому, що в якості теплоносія в цьому виді обладнання використовується спеціальний хладо-агент з низькою температурою кипіння, що і дозволяє отримувати теплову енергію, перерозподіляючи низькотемпературне тепло .

За допомогою теплових насосів можна отримувати енергію для опалення невеликих будинків, котеджів. Такі пристрої практично не використовуються для промислового отримання теплової енергії (відносно невисокі температури перешкоджають промислового використання), однак, добре зарекомендували себе при організації автономного енергопостачання приватних будинків, особливо в місцях, де установка ліній електропередач скрутна. При цьому для ефективної роботи теплового насоса досить температури грунту або грунтових вод (в залежності від виду використовуваного обладнання) близько + 8 ° С, тобто, досить невеликої глибини для пристрою зовнішнього контуру (глибина рідко перевищує 4 м).

Вид одержуваної з геотермального джерела енергії залежить від його температури: з низько- і середньо-температурних джерел тепло використовується в основному для забезпечення гарячого водопостачання (в тому числі і для теплопостачання), а тепло з високо-температурних джерел використовується для отримання електроенергії. Також можливе використання тепла високо-температурних джерел для одночасного отримання електроенергії і гарячого водопостачання. Геотермальні електростанції в основному використовують гідротермальні джерела - температура води в термальних зонах може значно перевищувати точку кипіння води (в деяких випадках перегрів досягає 400 ° С - за рахунок підвищеного тиску в глибинах), що робить вироблення електроенергії дуже ефективною.

Плюси і мінуси геотермальної енергетики

Геотермальні джерела енергії становлять величезний інтерес в першу чергу через те, що є поновлюваними ресурсами, тобто, практично невичерпними. А ось вуглеводневе паливо, яке в даний час є основним джерелом для отримання різних видів енергії, є ресурсом не поновлювалися, і за прогнозами вельми навіть обмеженим. До того ж, отримання геотермальної енергії набагато більш екологічно, ніж традиційні методи на основі вуглеводневої палива.

Якщо порівнювати геотермальну енергетику з іншими альтернативними видами отримання енергії, то і тут є переваги. Так, геотермальна енергія не залежить від зовнішніх умов, на неї не впливає температура навколишнього середовища, час доби, пору року і так далі. У той же час вітро-, геліо- і гідроенергетика, так само, як і геотермальна енергетика працюють з поновлюваними і невичерпними джерелами енергії, дуже залежні від навколишнього середовища. Наприклад, ефективність геліо- станцій знаходиться в прямій залежності від рівня інсоляції на місцевості, який залежить не тільки від широти, але і від часу доби і пори року, причому, різниця досить значна. Те ж і з іншими видами альтернативної енергетики. А ось ефективність геотермальної електростанції залежить виключно від температури термального джерела і залишається незмінною, незалежно від пори року і погоди за вікном.

До плюсів відноситься і високий ККД геотермальних станцій. Наприклад, при використанні геотермальної енергії для отримання тепла, ККД перевищує 1.

Одним з основних мінусів при отриманні енергії з гідротермальних джерел є необхідність закачування відпрацьованої (охолодженої) води в підземні горизонти, що знижує ефективність геотермальної електростанції і збільшує експлуатаційні витрати. Скидання цієї води в приповерхневих і поверхневі води виключений, так як в ній міститься велика кількість токсичних речовин.

Також до недоліків можна віднести обмежену кількість придатних до експлуатації термальних зон. З точки зору отримання недорогої енергії, особливо цікаві гідротермальні родовища, в яких перегріта вода і / або пар знаходяться досить близько до поверхні (глибинне буріння свердловин для досягнення термальної зони значно підвищує експлуатаційні витрати і здорожує одержувану енергію). Таких родовищ не так і багато. Тим не менш, постійно ведеться активна розвідка нових родовищ, відкриваються нові термальні зони, і кількість енергії, одержуваної з геотермальних джерел, постійно збільшується. У деяких країнах гідротермальних енергетика становить до 30% всієї енергетики (наприклад, Філіппіни, Ісландія). У Росії також є ряд експлуатованих термальних зон, і їх кількість зростає.

Перспективи геотермальної енергетики

Очікувати, що промислова геотермальна енергетика зможе замінити традиційні зараз джерела отримання енергії складно - хоча б через обмеженість термальних зон, складнощів глибинного буріння і так далі. Тим більше, що є інші альтернативні види енергії, доступні в будь-якій точці земної кулі. Однак, геотермальна енергетика займає і буде займати значне місце в способах отримання енергії різного виду (електричної та / або теплової).

При цьому, перспектив у геотермальної енергетики, заснованої на перерозподілі тепла з низькотемпературних джерел, набагато більше. Цей вид геотермальної енергетики не вимагає наявності термальних зон з перегрітої водою, парою або сухою породою. Теплові насоси все більше входять в моду і активно встановлюються при будівництві сучасних котеджів і так званих «активних» будинків (будинків з автономними джерелами енергопостачання). Судячи з наявних тенденцій, геотермальна енергетика продовжить активний розвиток в «малих» формах - для автономного енергопостачання окремих будинків або господарств, поряд з вітро-і геліоенергетики.

Софія Варган

Це комплексна споруда, яке для вироблення електроенергії, використовує глибинне тепло землі. В комплекс, як правило, входять: свердловини, які виводять на поверхню землі пароводяну суміш або перегрітий пар, з системою трубопроводів і сепараційних пристроїв; генератори; машинний зал, де розміщуються парові турбіни, конденсаційні і інші установки; система технічного водопостачання, що охолоджує конденсатори турбін; високовольтне електротехнічне обладнання. для геотермальних електростанційглибина свердловин, як правило, не перевищує 3 км. Тому їх можна встановлювати не повсюдно, а лише там де на відносно невеликих глибинах вже є необхідна температура. Це місця стикування тектонічних плит, гейзери, регіони з сейсмічною активністю.Геотермальна енергія найважливіший ресурс в вулканически активних місцях, наприклад, в Ісландії та Новій Зеландії. Наскільки це економічно вигідно, буде залежати від того, до якої саме температури розігріта буде вода. У свою чергу це буде залежати від того, наскільки гарячі породи, і скільки ми качаємо до них води. У гарячому районі вода закачується в свердловину, а коли піднімається під тиском виходить і на поверхню, то перетворюється на пару. Пар може використовуватися для турбогенератора або через теплообмінник для обігріву будинків. Пар, перш ніж подаватися для обертання турбіни, повинен бути обов'язково очищений.

У геотермальної енергії є свої переваги і недоліки.

переваги:

- не відбувається забруднення навколишнього середовища;

- не виникає парниковий ефект;

- геотермальна електростанція займає мало місця;

- не витрачається паливо;

- після будівництва геотермальної електростанції , Виходить майже безкоштовна енергія.

Мають місце такі недоліки:

- будівництво геотермальних електростанцій можливо не скрізь;

- необхідний відповідний тип гарячих каменів, їх доступність; підходить тільки такий тип породи, який можна легко свердлити;

- можливий вихід на поверхню землі небезпечних газів і мінералів і може виникнути проблема з їх безпечної утилізації. Новини

Атомна електростанція(АЕС) - ядерна установка для виробництва енергії в заданих режимах і умовах застосування, що розташовується в межах певної проектом території, на якій для здійснення цієї мети використовуються ядерний реактор (реактори) і комплекс необхідних систем, пристроїв, обладнання та споруд з необходімиміработнікамі

Достоїнства і недоліки

Головна перевага - практична незалежність від джерел палива через невеликого обсягу використовуваного палива, наприклад 54 тепловиділяючих сборкіобщей масою 41 тонна на один енергоблок з реактором ВВЕР-1000 в 1-1,5 року (для порівняння, одна тільки Троїцька ГРЕС потужністю 2000 МВт спалює за добу дважелезнодорожних складу вугілля). Витрати на перевезення ядерного палива, на відміну від традиційного, є нікчемною. У Росії це особливо важливо в європейській частині, так як доставка вугілля з Сибіру занадто дорога.

Величезною перевагою АЕС є її відносна екологічна чистота. На ТЕС сумарні річні викиди шкідливих речовин, в які входять сірчистий газ, оксиди азоту, оксиди вуглецю, вуглеводні, альдегіди і Золов пил, на 1000 МВт встановленої потужності становлять від приблизно 13 000 тонн на рік на газових і до 165 000 тон на пиловугільних ТЕС . Подібні викиди на АЕС повністю відсутні. ТЕС потужністю 1000 МВт споживає 8 мільйонів тонн кіслородав рік для окислення палива, АЕС же не споживають кисню взагалі. Крім того, більшу питому (на одиницю виробленої електроенергії) викид радіоактивних речовин дає вугільна станція. У вугіллі завжди містяться природні радіоактивні речовини, при спалюванні вугілля вони практично повністю потрапляють у зовнішнє середовище. При цьому питома активність викидів ТЕС в кілька разів вище, ніж для АЕС. Єдиний фактор, в якому АЕС поступаються в екологічному плані традиційним КЕС - потепління, викликане великими витратами технічної води для охолодження конденсаторів турбін, яке у АЕС трохи вище через більш низького ККД (не більше 35%), проте цей фактор важливий для водних екосистем, а сучасні АЕС в основному мають власні штучно створені водосховища-охолоджувачі або зовсім охолоджуються градирнями. Також деякі АЕС відводять частину тепла на потреби опалення та гарячого водопостачання міст, що знижує непродуктивні теплові втрати, існують діючі і перспективні проекти по використанню «зайвого» тепла в енергобіологіческіх комплексах (рибництво, вирощування устриць, обігрів теплиць і ін.). Крім того, в перспективі можливе здійснення проектів комбінування АЕС з ГТУ, в тому числі в якості «надбудов» на існуючих АЕС, які можуть дозволити домогтися аналогічного з тепловими станціями ККД.

Для більшості країн, в тому числі і Росії, виробництво електроенергії на АЕС не дорожче, ніж на пиловугільних і тим більше газомазутних ТЕС. Особливо помітна перевага АЕС у вартості виробленої електроенергії під час так званих енергетичних криз, що почалися з початку 70-х років. Падіння цін нанефть автоматично знижує конкурентоспроможність АЕС.

Витрати на будівництво АЕС за оцінками, складеним на основі реалізованих в 2000-х роках проектів, орієнтовно рівні 2300 $ за кВт електричної потужності, ця цифра може знижуватися при масовості будівництва (для ТЕС на вугіллі 1200 $, на газі - 950 $). Прогнози на вартість проектів, що здійснюються в даний час, сходяться на цифрі 2000 $ за кВт (на 35% вище, ніж для вугільних, на 45% - газових ТЕС).

Головний недолік АЕС - важкі наслідки аварій, для виключення яких АЕС обладнуються складними системами безпеки з багаторазовими запасами і резервуванням, що забезпечують виключення розплавлення активної зони навіть у разі максимальної проектної аварії (місцевий повний поперечний разривтрубопровода циркуляційного контуру реактора).

Серйозною проблемою для АЕС є їх ліквідація після вироблення ресурсу, за оцінками вона може скласти до 20% від вартості їх будівництва

По ряду технічних причин для АЕС вкрай небажана робота в маневрених режимах, тобто покриття змінної частини графіка електричного навантаження

Теплова (паротурбінна) електростанція:Електростанції, що перетворюють теплову енергію згоряння палива в електричну енергію, називаються тепловими (паротурбінними). Деякі їх переваги та недоліки наведені нижче.

переваги 1. Паливо, що використовується досить дешево. 2. Вимагають менших капіталовкладень у порівнянні з іншими електростанціями. 3. Чи можуть бути побудовані в будь-якому місці незалежно від наявності палива. Паливо може транспортуватися до місця розташування електростанції залізничним або автомобільним транспортом. 4. Займають меншу площу в порівнянні з гідроелектростанціями. 5. Вартість вироблення електроенергії менше, ніж у дизельних електростанцій.

недоліки 1. Забруднюють атмосферу, викидаючи в повітря велику кількість диму і кіптяви. 2. Більш високі експлуатаційні витрати в порівнянні з гідроелектростанціями

Гідроелектростанція (ГЕС)- електростанція, як джерело енергії використовує енергію водного потоку. Гідроелектростанції зазвичай будують на річках, споруджуючи греблі і водосховища.

Богучанська ГЕС. 2010 рік. Найновіша ГЕС в Росії

Для ефективного виробництва електроенергії на ГЕС необхідні два основних фактори: гарантована забезпеченість водою круглий рік і можливо великі ухили річки, сприяють гідробудівництва каньйоноподібні види рельєфу

Серед альтернативних джерел геотермальна енергія займає значне місце - її так чи інакше використовують приблизно в 80 країнах по всьому світу. У більшості випадків це відбувається на рівні будівництва теплиць, басейнів, застосування в якості лікарського засобу або опалення.

У кількох країнах - в тому числі США, Ісландії, Італії, Японії і інших - побудовані і працюють електростанції.

Геотермальна енергія в цілому підрозділяється на два різновиди - петротермальную і гідротермальних. Перший тип використовує як джерело гарячі гірські породи. Другий - підземні води.

Якщо звести всі дані по темі в одному листі, виявиться, що в 99% випадків використовується тепло порід, і тільки в 1% геотермальна енергія витягується з підземних вод.

Петротермальная енергетика

На даний момент в світі досить широко використовується тепло земних надр, причому переважно це енергія неглибоких свердловин - до 1 км. З метою забезпечення електрикою, теплом або ГВП встановлюються свердловинні теплообмінники, що працюють на рідинах з низькою температурою кипіння (наприклад, на фреоні).

Зараз використання свердловинного теплообмінника є найбільш раціональним способом видобутку тепла. Виглядає це так: теплоносій циркулює в замкнутому контурі. Нагріте піднімається по концентрично опущеною трубі, віддаючи своє тепло, після чого, охолоджений, за допомогою насоса подається в обсадних.

В основі використання енергії земних надр лежить природне явище - в міру наближення до ядра Землі зростає температура земної кори і мантії. На рівні 2-3 км від поверхні планети вона досягає понад 100 ° С, в середньому збільшуючись з кожним наступним кілометром на 20 ° С. На глибині 100 км температура досягає вже 1300-1500 ºС.

гідротермальна енергетика

Вода, що циркулює на великих глибинах, нагрівається до значних величин. У сейсмічно активних районах вона піднімається на поверхню по тріщинах в земній корі, в спокійних же регіонах її можна вивести за допомогою свердловин.

Принцип дії той же: нагріта вода піднімається по свердловині вгору, віддає тепло, і повертається по другій трубі вниз. Цикл практично нескінченний і відновлюємо до тих пір, поки в земних надрах залишається тепло.

У деяких сейсмічно активних регіонах гарячі води лежать так близько до поверхні, що можна на власні очі спостерігати, як працює геотермальна енергія. Фото околиць вулкана Крафла (Ісландія) демонструє гейзери, які передають пар для діючої там ГеоТЕС.

Основні риси геотермальної енергетики

Увага до альтернативних джерел обумовлено тим, що запаси нафти і газу на планеті не нескінченні, і поступово вичерпуються. Крім того, вони є не скрізь, і багато країн залежать від поставок з інших регіонів. Серед інших важливих чинників - негативний вплив ядерної та паливної енергетики на середовище проживання людини і дику природу.

Значна перевага ГЕ - поновлювані і універсальність: можливість використовувати для водо- і теплопостачання, або для вироблення електроенергії, або для всіх трьох цілей відразу.

Але головне - це геотермальна енергія, плюси і мінуси якої залежать не стільки від місцевості, скільки від гаманця замовника.

Переваги та недоліки ГЕ

У числі переваг цього виду енергії наступні:

• вона відновлювальна і практично невичерпна;
• незалежна від часу доби, сезону, погоди;
• універсальна - з її допомогою можна забезпечити водо- і теплопостачання, а також електрику;
• геотермальні джерела енергії не забруднюють навколишнє середовище;
• не викликають парниковий ефект;
• станції не займають багато місця.

Однак є й недоліки:

• геотермальна енергія не вважається повністю нешкідливою через викиди пара, в складі якого можуть бути сірководень, радон та інші шкідливі домішки;
• при використанні води з глибоких горизонтів стоїть питання її утилізації після використання - з-за хімічного складу таку воду потрібно зливати або назад в глибокі шари, або в океан;
• споруда станції щодо дорога - це здорожує і вартість енергії в результаті.

Сфера застосування

На сьогоднішній день геотермальні ресурси використовуються в сільському господарстві, садівництві, аква-і термокультуре, промисловості, сфері житлово-комунальних господарств. У кількох країнах побудовані великі комплекси, що забезпечують населення електроенергією. Триває розробка нових систем.

Сільське господарство і садівництво

Найчастіше використання геотермальної енергії в сільському господарстві зводиться до обігріву та поливу оранжерей, теплиць, установок аква-і гідрокультури. Подібний підхід застосовується в декількох державах - Кенії, Ізраїлі, Мексиці, Греції, Гватемалі і Теда.

Підземні джерела застосовуються для поливу полів, обігріву грунту, підтримання постійної температури і вологості в оранжереї або теплиці.

Промисловість і ЖКГ

У листопаді 2014 року в Кенії почала працювати найбільша на той час геотермальна електростанція світу. Друга за розмірами знаходиться в Ісландії - це Хеллішейді, що бере тепло від джерел біля вулкана Хенгідль.

Інші країни, що використовують геотермальну енергію в промислових масштабах: США, Філіппіни, Росія, Японія, Коста-Ріка, Туреччина, Нова Зеландія і т. Д.

Відомі чотири основні схеми добування енергії на ГеоТЕС:

• пряма, коли пар направляється по трубах в турбіни, з'єднані з електрогенераторами;
• непряма, аналогічна попередній у всьому, за винятком того, що перед попаданням в труби пар очищається від газів;
• бінарна - в якості робочого тепла використовується не вода або пар, а інша рідина, що має низьку температуру кипіння;
• змішана - аналогічна прямий, але після конденсації тут видаляють з води не розчинилися гази.

У 2009 році група дослідників, яка шукала придатні до використання геотермальні ресурси, досягла розплавленої магми всього на глибині 2,1 км. Подібне потрапляння в магму - велика рідкість, це всього другий відомий випадок (попередній стався на Гаваях у 2007 році).

Хоча поєднана з магмою труба жодного разу не підключалася до знаходиться неподалік ГеоТЕС Крафла, вчені отримали вельми багатообіцяючі результати. До сих пір всі працюючі станції брали тепло опосередковано, із земних порід або з підземних вод.

Приватний сектор

Одна з найбільш перспективних сфер - приватний сектор, для якого геотермальна енергія - це реальна альтернатива автономного газового опалення. Найсерйозніша перешкода тут - при досить дешевою експлуатації висока початкова вартість обладнання, яка значно вище, ніж ціна установки «традиційного» опалення.

Свої розробки для приватного сектора пропонують компанії MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe.

Країни, що використовують тепло планети

Безумовним лідером у використанні ГЕОРЕСУРСИ є США - в 2012 році виробіток енергії в цій країні досягла позначки 16.792 мільйона мегават-годин. У тому ж році, сумарна потужність всіх геотермальних станцій на території Штатів досягала 3386 МВт.

ГеоТЕС на території США розташовані в штатах Каліфорнія, Невада, Юта, Гаваї, Орегон, Айдахо, Нью-Мехіко, Аляска і Вайомінг. Найбільша група заводів носить назву «Гейзери» і розташована неподалік від Сан-Франциско.

Крім Сполучених Штатів, в першій десятці лідерів (за станом на 2013 рік) також знаходяться Філіппіни, Індонезія, Італія, Нова Зеландія, Мексика, Ісландія, Японія, Кенія і Туреччина. При цьому в Ісландії геотермальні джерела енергії забезпечують 30% від всієї потреби країни, на Філіппінах - 27%, а в США - менше 1%.

потенційні ресурси

Працюючі станції - тільки початок, галузь лише починає розвиватися. Дослідження в цьому напрямку йдуть постійно: більш ніж в 70 країнах ведеться розвідка потенційних родовищ, в 60 освоєно промислове використання ГЕ.

Перспективними виглядають сейсмічно активні райони (як це видно на прикладі Ісландії) - штат Каліфорнія в США, Нова Зеландія, Японія, країни Центральної Америки, Філіппіни, Ісландія, Коста-Ріка, Туреччина, Кенія. Ці країни мають потенційно вигідні не досліджені родовища.

У Росії це Ставропольський край і Дагестан, острів Сахалін і Курильські о-ва, Камчатка. У Білорусі певний потенціал є на півдні країни, охоплюючи міста Світлогорськ, Гомель, Річиця, Калинковичі і Жовтневий.

На Україні перспективними є Закарпатська, Миколаївська, Одеська і Херсонська області.

Досить перспективним є півострів Крим, тим більше що велика частина споживаної ним енергії імпортується ззовні.

Недоліки геотермальних електростанцій

• Знайти відповідне місце для будівництва геотермальної електростанції і отримати дозвіл місцевої влади і згоду жителів на її зведення може бути проблематичним.
• Іноді діюча геотермальна електростанція може зупинитися в результаті природних змін в земній корі. Крім того, причиною її зупинки може стати поганий вибір місця або надмірна закачування води в породу через нагнетательную свердловину.
• Через експлуатаційну свердловину можуть виділятися горючі або токсичні гази або мінерали, що містяться в породах земної кори. Позбутися від них досить складно. Правда, в деяких випадках їх можна сіфоніровать (зібрати) і переробити в пальне (нафта-сирець або природний газ, наприклад).

питання

Чи можна побудувати невелику геотермальну електростанцію, здатну забезпечити електрикою будинок або невелике селище?

відповідь

Це можна здійснити в районах, де не потрібно бурити глибокі дорогі свердловини. Найбільш показовим прикладом є, мабуть, Ісландія, яка, по суті, знаходиться на вершині гігантського вулкана. На території США серед таких районів можна назвати території навколо Йеллоустоун, Термополис і Саратоги в штаті Вайомінг і навколо міста Хот Спрінгс в Південній Дакоті (В Росії найбільш відомим регіоном з високим потенціалом для геотермальної енергетики вважається Камчатка.).