L'energia geotèrmica i el seu ús, perspectives de l'energia geotèrmica

Hi ha una enorme energia tèrmica a l'interior de la Terra. Les estimacions aquí encara són força diferents, però segons les estimacions més conservadores, si ens limitem a una profunditat de 3 km, llavors 8 x 1017 kJ d'energia geotèrmica. Al mateix temps, l'envergadura de la seva aplicació real al nostre país i arreu del món és insignificant. Quin és el problema aquí i quines són les perspectives per utilitzar l'energia geotèrmica?

L'energia geotèrmica és l'energia de la calor de la Terra. L'energia alliberada de la calor natural de la Terra s'anomena energia geotèrmica. Com a font d'energia, la calor de la Terra, combinada amb les tecnologies existents, pot cobrir les necessitats de la humanitat durant molts, molts anys. I això ni tan sols és tocar la calor massa profunda, en zones fins ara inabastables.

Durant milions d'anys, aquesta calor s'allibera de les entranyes del nostre planeta i la velocitat de refredament del nucli no supera els 400 ° C per mil milions d'anys! Al mateix temps, la temperatura del nucli de la Terra, segons diverses fonts, actualment no és inferior als 6650 ° C i disminueix gradualment cap a la seva superfície. 42 bilions de watts de calor s'irradien constantment des de la Terra, només un 2% dels quals es troba a l'escorça.

L'energia tèrmica interna de la Terra es manifesta de tant en tant en forma amenaçadora en forma d'erupcions de milers de volcans, terratrèmols, moviments de l'escorça terrestre i altres processos naturals, menys notables, però no menys globals.

El punt de vista científic sobre les causes d'aquest fenomen és que l'origen de la calor de la Terra està relacionat amb el procés continu de desintegració radioactiva de l'urani, el tori i el potassi a l'interior del planeta, així com amb la separació gravitatòria de la matèria. en el seu nucli.

La capa granítica de l'escorça terrestre, a 20.000 metres de profunditat, és la principal zona de desintegració radioactiva dels continents, i per als oceans, el mantell superior és la capa més activa. Els científics creuen que als continents, a una profunditat d'uns 10.000 metres, la temperatura al fons de l'escorça és d'uns 700 °C, mentre que als oceans la temperatura només arriba als 200 °C.

El dos per cent de l'energia geotèrmica de l'escorça terrestre és de 840.000 milions de watts constants, i aquesta és una energia tecnològicament accessible. Els millors llocs per extreure aquesta energia són les zones properes a les vores de les plaques continentals, on l'escorça és molt més prima, i les zones d'activitat sísmica i volcànica, on la calor terrestre es manifesta molt a prop de la superfície.

On i de quina forma es produeix l'energia geotèrmica?

Actualment, el desenvolupament de l'energia geotèrmica es dedica activament a: EUA, Islàndia, Nova Zelanda, Filipines, Itàlia, El Salvador, Hongria, Japó, Rússia, Mèxic, Kenya i altres països, on la calor de les entranyes del planeta puja a la superfície en forma de vapor i aigua calenta, sortint, a temperatures que arriben als 300 °C.

Els famosos guèisers d'Islàndia i Kamchatka, així com el famós Parc Nacional de Yellowstone, situat als estats americans de Wyoming, Montana i Idaho, que cobreix una àrea de gairebé 9.000 quilòmetres quadrats, es poden citar com a exemples vius.

Quan es parla d'energia geotèrmica, és molt important recordar que és majoritàriament de baix potencial, és a dir, la temperatura de l'aigua o del vapor que surt del pou no és elevada. I això afecta significativament l'eficiència d'utilitzar aquesta energia.

El fet és que per a la producció d'electricitat avui és econòmicament convenient que la temperatura del refrigerant sigui d'almenys 150 ° C. En aquest cas, s'envia directament a la turbina.

Hi ha instal·lacions que utilitzen aigua a menor temperatura. En ells, l'aigua geotèrmica escalfa el refrigerant secundari (per exemple, el freó), que té un punt d'ebullició baix. El vapor generat fa girar la turbina. Però la capacitat d'aquestes instal·lacions és petita (10 — 100 kW) i, per tant, el cost de l'energia serà més gran que en les centrals elèctriques que utilitzen aigua a alta temperatura.

GeoPP a Nova Zelanda

Els dipòsits geotèrmics són roques poroses plenes d'aigua calenta. Són essencialment calderes geotèrmiques naturals.

Però, què passa si l'aigua gastada a la superfície de la terra no es llença, sinó que es torna a la caldera? Crear un sistema de circulació? En aquest cas, no només s'utilitzarà la calor de l'aigua termal, sinó també les roques del voltant. Aquest sistema augmentarà el seu nombre total en 4-5 vegades. S'elimina el tema de la contaminació ambiental amb aigua salada, ja que torna a l'horitzó subterrani.

En forma d'aigua calenta o vapor, la calor es lliura a la superfície, on s'utilitza directament per escalfar edificis i cases, o per generar electricitat. També és útil la calor superficial de la Terra, a la qual s'acostuma a aconseguir perforant pous, on el gradient augmenta 1 °C cada 36 metres.

Per absorbir aquesta calor, utilitzen bombes de calor… L'aigua calenta i el vapor s'utilitzen per generar electricitat i per a la calefacció directa, i la calor concentrada en profunditat en absència d'aigua es converteix en una forma útil mitjançant bombes de calor. L'energia del magma i la calor que s'acumula sota els volcans s'extreuen de maneres similars.

En general, hi ha una sèrie de mètodes estàndard per generar electricitat a les centrals geotèrmiques, però de nou directament o en un esquema semblant a una bomba de calor.

En el cas més senzill, el vapor simplement es dirigeix ​​a través d'una canonada fins a la turbina d'un generador elèctric. En un esquema complex, el vapor es purifica prèviament perquè les substàncies dissoltes no destrueixin les canonades. En un esquema mixt, els gasos dissolts en aigua s'eliminen després de la condensació del vapor a l'aigua.

Finalment, hi ha un esquema binari on un altre líquid amb un punt d'ebullició baix (esquema d'intercanviador de calor) actua com a refrigerant (per agafar calor i fer girar la turbina del generador).

Les més prometedores són les bombes de calor d'absorció al buit amb aigua i clorur de liti. Els primers augmenten la temperatura de l'aigua termal a causa del consum d'electricitat a la bomba d'aigua de buit.

L'aigua del pou amb una temperatura de 60-90 ° C entra a l'evaporador al buit. El vapor generat és comprimit per un turbocompressor. La pressió es selecciona en funció de la temperatura del refrigerant requerida.

Si l'aigua va directament al sistema de calefacció, aleshores és de 90 a 95 ° C, si a les xarxes de calefacció, aleshores 120 a 140 ° C. Al condensador, el vapor condensat dóna la seva calor a l'aigua que circula a la calefacció de la ciutat. xarxes, sistemes de calefacció i aigua calenta.

Quines altres opcions hi ha per augmentar l'ús de l'energia geotèrmica?

Una de les direccions està relacionada amb l'ús de jaciments de petroli i gas en gran part esgotats.

Com sabeu, la producció d'aquesta matèria primera en camps antics es realitza mitjançant el mètode d'inundació d'aigua, és a dir, l'aigua es bombeja als pous, que desplaça el petroli i el gas dels porus de l'embassament.

A mesura que avança l'esgotament, els dipòsits porosos s'omplen d'aigua, que adquireix la temperatura de les roques circumdants, i així els dipòsits es transformen en una caldera geotèrmica, de la qual es pot extreure simultàniament petroli i obtenir aigua per a la calefacció.

Per descomptat, s'han de perforar pous addicionals i crear un sistema de circulació, però això serà molt més econòmic que desenvolupar un nou camp geotèrmic.

Una altra opció és extreure calor de les roques seques formant zones artificials permeables. L'essència del mètode és crear porositat mitjançant explosions en roques seques.

L'extracció de calor d'aquests sistemes es realitza de la següent manera: es foren dos pous a una certa distància l'un de l'altre. L'aigua es bombeja en una, que, passant a la segona a través dels porus i esquerdes formats, elimina la calor de les roques, s'escalfa i després puja a la superfície.

Aquests sistemes experimentals ja funcionen als Estats Units i Anglaterra. A Los Alamos (EUA), dos pous —un amb una profunditat de 2.700 m, i l'altre — 2.300 m, estan connectats per fracturació hidràulica i s'omplen amb aigua circulant escalfada a una temperatura de 185 ° C. A Anglaterra, al Rosemenius. pedrera, l'aigua s'escalfa a 80 °C.

Central geotèrmica

La calor del planeta com a recurs energètic

Prop de la ciutat italiana de Larederello passa un ferrocarril elèctric alimentat amb vapor sec d'un pou. El sistema està en funcionament des de 1904.

Els camps de guèisers al Japó i San Francisco són altres dos llocs famosos del món que també utilitzen vapor calent sec per generar electricitat. Pel que fa al vapor humit, els seus camps més extensos es troben a Nova Zelanda i de menor àrea: al Japó, Rússia, El Salvador, Mèxic i Nicaragua.

Si considerem la calor geotèrmica com un recurs energètic, aleshores les seves reserves són desenes de milers de milions de vegades més grans que el consum energètic anual de la humanitat a tot el món.

Només un 1% de l'energia tèrmica de l'escorça terrestre, presa des d'una profunditat de 10.000 metres, seria suficient per sobreposar centenars de vegades les reserves de combustibles fòssils, com el petroli i el gas, produïts contínuament per la humanitat, provocant un esgotament irreversible de el subsòl i de la contaminació ambiental.

Això es deu a motius econòmics. Però les centrals d'energia geotèrmica tenen emissions de diòxid de carboni molt moderades, uns 122 kg per megawatt hora d'electricitat generada, que és significativament menor que les emissions de la generació d'energia de combustibles fòssils.

GeoPE industrial i perspectives d'energia geotèrmica

El primer geoPE industrial amb una capacitat de 7,5 MW es va construir l'any 1916 a Itàlia. Des de llavors, s'ha acumulat una experiència inestimable.

A partir de 1975, la capacitat total instal·lada de GeoPP al món era de 1278 MW, i el 1990 ja era de 7300 MW. Els majors volums de desenvolupament d'energia geotèrmica es troben als Estats Units, Mèxic, Japó, Filipines i Itàlia.

El primer geoPE al territori de l'URSS es va construir a Kamtxatka el 1966, la seva capacitat és de 12 MW.

Des del 2003, la central geogràfica de Mutnovskaya funciona a Rússia, la potència de la qual ara és de 50 MW, és la central geoelèctrica més potent de Rússia en aquest moment.

El GeoPP més gran del món és Olkaria IV a Kenya, amb una capacitat de 140 MW.

En el futur, és molt probable que l'energia tèrmica del magma s'utilitzi en aquelles regions del planeta on no estigui massa profund sota la superfície de la Terra, així com l'energia tèrmica de les roques cristal·lines escalfades, quan hi hagi aigua freda. es bombeja en un forat a una profunditat de diversos quilòmetres i l'aigua calenta torna a la superfície o el vapor, després d'això s'escalfen o generen electricitat.

Es planteja la pregunta: per què actualment hi ha tan pocs projectes acabats que utilitzen energia geotèrmica? En primer lloc, perquè es troben en llocs favorables, on l'aigua s'aboca a la superfície de la terra o es troba molt poc profund. En aquests casos, no és necessari perforar pous profunds, que són la part més cara del desenvolupament de l'energia geotèrmica.

L'ús de les aigües termals per al subministrament de calor és molt més gran que per a la producció d'electricitat, però encara són petites i no tenen un paper rellevant en el sector energètic.

L'energia tèrmica només està donant els primers passos i la investigació actual, el treball experimental-industrial hauria de donar resposta a l'escala del seu desenvolupament posterior.