החום של כדור הארץ. טמפרטורה בתוך כדור הארץ

ובכן, מי לא רוצה לחמם את הבית שלו בחינם, במיוחד בזמן משבר, כשכל שקל חשוב.

כבר נגענו בנושא איך, הגיע תורו של השנוי במחלוקת טכנולוגיות לחימום בית באנרגיית כדור הארץ (חימום גיאותרמי).

בעומק של בערך 15 מטר, הטמפרטורה של כדור הארץ היא כ-10 מעלות צלזיוס. כל 33 מטר הטמפרטורה עולה במעלה אחת. כתוצאה מכך, על מנת לחמם בית של כ-100 מ"ר בחינם, מספיק לקדוח באר כ-600 מטר ולקבל 22 מעלות חום לאורך החיים!

תיאורטית, מערכת החימום החופשי מהאנרגיה של כדור הארץ היא די פשוטה. מוזרק לבאר מים קרים, שמתחמם עד 22 מעלות ולפי חוקי הפיזיקה בעזרת מעט משאבה (400-600 וואט) עולה דרך צינורות מבודדים לתוך הבית.

החסרונות של שימוש באנרגיית קרקע לחימום בית פרטי:

- בואו נסתכל מקרוב על העלויות הכספיות של יצירת מערכת חימום כזו. מחיר ממוצע 1 מ' של קידוח באר הוא בערך 3000 רובל. עומק כולל של 600 מטר יעלה 1,800,000 רובל. וזה רק קידוח! ללא התקנת ציוד לשאיבת והרמת נוזל הקירור.

- לאזורים שונים ברוסיה יש מאפייני קרקע משלהם. במקומות מסוימים, קידוח באר של 50 מטר היא משימה לא פשוטה. נדרשים צינורות מעטפת מחוזקים, חיזוק פיר וכו'.

- בידוד של פיר המכרה לעומק כזה הוא כמעט בלתי אפשרי. מכאן נובע שהמים לא יעלו בטמפרטורה של 22 מעלות.

– על מנת לקדוח באר של 600 מטר יש צורך באישור;

- נניח נכנסים לבית מים מחוממים ל-22 מעלות. השאלה היא איך "להסיר" את כל האנרגיה של כדור הארץ מהנשא לחלוטין? מקסימום, כאשר עוברים דרך צינורות בבית חם, לרדת ל-15 מעלות. לפיכך, יש צורך במשאבה חזקה, שתסיע מים מעומק של 600 מטר פי עשרה יותר כדי לקבל לפחות השפעה מסוימת. כאן אנו מניחים את צריכת האנרגיה ללא השוואה לחסכון.

בעומק של כ-15 מטרים, הטמפרטורה של כדור הארץ היא כ-10 מעלות צלזיוס

מסקנה הגיונית יוצאת שחימום בית באנרגיה של כדור הארץ רחוק מלהיות בחינם, רק אדם שרחוק מלהיות עני, שאינו זקוק במיוחד לחיסכון בחימום, יכול להרשות לעצמו. כמובן, אפשר לומר שטכנולוגיה כזו תשרת גם ילדים וגם נכדים במשך מאות שנים, אבל כל זה הוא פנטזיה.

אידיאליסט יגיד שהוא בונה בית במשך מאות שנים, וריאליסט תמיד יסתמך על מרכיב ההשקעה – אני בונה אותו לעצמי, אבל אני אמכור אותו בכל רגע. זה לא עובדה שהילדים יהיו צמודים לבית הזה ולא ירצו למכור אותו.

אנרגיית אדמה לחימום הבית יעילה באזורים הבאים:

בקווקז יש דוגמאות הפעלה לעבודה עם בארות מים מינרליםזריחה עצמית בחוץ, בטמפרטורה של 45 מעלות, תוך התחשבות בטמפרטורה העמוקה של כ-90 מעלות.

בקמצ'טקה, השימוש במקורות גיאותרמיים עם טמפרטורת יציאה של כ-100 מעלות הוא הגבוה ביותר. האופציה הטובה ביותרשימוש באנרגיה של כדור הארץ לחימום הבית.

הטכנולוגיה מתפתחת בקצב מטורף. היעילות של מערכות חימום קלאסיות הולכת וגדלה לנגד עינינו. ללא ספק, חימום הבית באנרגיה של כדור הארץ ייעשה פחות יקר.

וידאו: חימום גיאותרמי. אנרגיית כדור הארץ.

שינוי טמפרטורה עם עומק. פני כדור הארץ, עקב אספקה ​​לא אחידה של חום שמש, מתחממים או מתקררים. תנודות הטמפרטורה הללו חודרות בצורה רדודה מאוד לעובי כדור הארץ. אז, תנודות יומיות בעומק של 1 Mבדרך כלל כבר לא מורגש. באשר לתנודות שנתיות, הם חודרים לעומקים שונים: במדינות חמות עד 10-15 M,ובמדינות עם חורף קרוקיץ חם עד 25-30 ואפילו 40 M.עמוק יותר מ-30-40 Mכבר בכל מקום על פני כדור הארץ הטמפרטורה נשמרת קבועה. לדוגמה, מדחום שהוצב במרתף של מצפה הכוכבים של פריז מראה 11°.85C כל הזמן כבר למעלה מ-100 שנים.

שכבה עם טמפרטורה קבועה נצפית בכל העולם ונקראת חגורה של טמפרטורה קבועה או ניטרלית. עומקה של חגורה זו משתנה בהתאם לתנאי האקלים, והטמפרטורה שווה בערך לטמפרטורה השנתית הממוצעת של המקום הזה.

כאשר מעמיקים לתוך כדור הארץ מתחת לשכבה של טמפרטורה קבועה, בדרך כלל מבחינים בעלייה הדרגתית בטמפרטורה. עובדים במכרות העמוקים הבחינו בכך לראשונה. זה נצפה גם בעת הנחת מנהרות. כך, למשל, בעת הנחת מנהרת סימפלון (בהרי האלפים), הטמפרטורה עלתה ל-60 מעלות, מה שיצר קשיים ניכרים בעבודה. טמפרטורות גבוהות אף יותר נצפות בקידוחים עמוקים. דוגמה לכך היא באר Chukhovskaya (שלזיה עילית), שבה בעומק 2220 Mהטמפרטורה הייתה מעל 80° (83°, 1) וכו'. Mהטמפרטורה עולה ב-1 מעלות צלזיוס.

מספר המטרים שאתה צריך להיכנס לעומק כדור הארץ כדי שהטמפרטורה תעלה ב-1 מעלות צלזיוס נקרא צעד גיאותרמי.הצעד הגיאותרמי במקרים שונים אינו זהה ולרוב הוא נע בין 30 ל-35 M.במקרים מסוימים, תנודות אלו יכולות להיות אפילו גבוהות יותר. לדוגמה, במדינת מישיגן (ארה"ב), באחד מהקידוחים הממוקמים ליד האגם. מישיגן, השלב הגיאותרמי התברר כלא 33, אבל 70 מ'להיפך, צעד גיאותרמי קטן מאוד נצפה באחת הבארות במקסיקו, שם בעומק 670 Mהיו מים בטמפרטורה של 70 מעלות. לפיכך, השלב הגיאותרמי התברר כ-12 בלבד M.מדרגות גיאותרמיות קטנות נצפות גם באזורים געשיים, שבהם בעומקים רדודים עדיין עשויות להיות שכבות לא מקוררות של סלעים בולקיים. אבל כל המקרים האלה אינם כללים אלא חריגים.

ישנן סיבות רבות המשפיעות על השלב הגיאותרמי. (בנוסף לאמור לעיל, ניתן להצביע על מוליכות תרמית שונה של סלעים, אופי התרחשות שכבות וכו'.

לשטח יש חשיבות רבה בחלוקת הטמפרטורות. ניתן לראות את האחרון בבירור בשרטוט המצורף (איור 23), המתאר קטע מהרי האלפים לאורך קו מנהרת סימפלון, כאשר גיאואיזותרמיות משורטטות על ידי קו מקווקו (כלומר, קווים בעלי טמפרטורות שוות בתוך כדור הארץ). נראה כי גיאואיזותרמיות חוזרות על התבליט, אך עם העומק השפעת התבליט פוחתת בהדרגה. (הכיפוף החזק כלפי מטה של ​​הגיאואיזותרמיות בבאלה נובע מזרימת המים החזקה הנצפית כאן.)

טמפרטורת כדור הארץ בעומקים גדולים. תצפיות על טמפרטורות בקידוחים, שעומקם עולה רק לעתים רחוקות על 2-3 ק"מ,באופן טבעי, הם לא יכולים לתת מושג על הטמפרטורות של השכבות העמוקות יותר של כדור הארץ. אבל כאן באות לעזרתנו כמה תופעות מחיי קרום כדור הארץ. וולקניות היא תופעה כזו. הרי געש, הנפוצים על פני כדור הארץ, מביאים לבות מותכות אל פני כדור הארץ, שהטמפרטורה שלה היא מעל 1000 מעלות. לכן, בעומקים גדולים יש לנו טמפרטורות העולות על 1000 מעלות.

הייתה תקופה שבה מדענים, על בסיס השלב הגיאותרמי, ניסו לחשב את העומק שבו יכולות להיות טמפרטורות גבוהות כמו 1000-2000 מעלות. עם זאת, חישובים כאלה אינם יכולים להיחשב מבוססים מספיק. תצפיות שנעשו על הטמפרטורה של כדור הבזלת המתקרר וחישובים תיאורטיים נותנים סיבה לומר שערכה של המדרגה הגיאותרמית עולה עם העומק. אבל באיזו מידה ובאיזה עומק מגיעה עלייה כזו, גם אנחנו עדיין לא יכולים לומר.

אם נניח שהטמפרטורה עולה ברציפות עם העומק, אז במרכז כדור הארץ יש למדוד אותה בעשרות אלפי מעלות. בטמפרטורות כאלה, כל הסלעים המוכרים לנו צריכים להיכנס למצב נוזלי. נכון, יש לחץ עצום בתוך כדור הארץ, ואנחנו לא יודעים דבר על מצב הגופים בלחצים כאלה. עם זאת, אין לנו נתונים שקובעים שהטמפרטורה עולה ברציפות עם העומק. כעת רוב הגיאופיזיקאים מגיעים למסקנה שהטמפרטורה בתוך כדור הארץ בקושי יכולה להיות יותר מ-2000 מעלות.

מקורות חום. לגבי מקורות החום שגורמים טמפרטורה פנימיתכדור הארץ, הם יכולים להיות שונים. בהתבסס על ההשערות הרואות את כדור הארץ שנוצר ממסה אדומה לוהטת ומותכת, חום פנימי חייב להיחשב כחום השיורי של גוף הנמס מפני השטח. עם זאת, יש סיבה להאמין שהסיבה לטמפרטורה הפנימית הגבוהה של כדור הארץ עשויה להיות התפרקות רדיואקטיבית של אורניום, תוריום, אקטינוורניום, אשלגן ויסודות אחרים הכלולים בסלעים. יסודות רדיואקטיביים מופצים בעיקר בסלעים החומציים של מעטפת פני כדור הארץ; הם פחות נפוצים בסלעים בסיסיים עמוקים. יחד עם זאת, הסלעים הבסיסיים עשירים בהם יותר ממטאוריטי ברזל, הנחשבים לשברים של חלקים פנימיים של גופים קוסמיים.

למרות כמות קטנה שלחומרים רדיואקטיביים בסלעים והתפרקותם האיטית, כמות החום הכוללת הנובעת מהתפרקות רדיואקטיבית גדולה. גיאולוג סובייטי V. G. Khlopinחישב שהיסודות הרדיואקטיביים הכלולים במעטפת העליונה של 90 הקילומטרים של כדור הארץ מספיקים כדי לכסות את אובדן החום של כדור הארץ על ידי קרינה. יחד עם ריקבון רדיואקטיבי אנרגיית תרמיתשוחרר במהלך דחיסה של החומר של כדור הארץ, עם תגובה כימיתוכו '

כדי לדגמן שדות טמפרטורה ולצורך חישובים אחרים, יש צורך לדעת את טמפרטורת הקרקע בעומק נתון.

טמפרטורת האדמה בעומק נמדדת באמצעות מדי חום לעומק אדמת פליטה. מדובר במחקרים מתוכננים שמתבצעים באופן קבוע על ידי תחנות מטאורולוגיות. נתוני מחקר משמשים בסיס לאטלסים אקלים ותיעוד רגולטורי.

כדי לקבל את טמפרטורת הקרקע בעומק נתון, אתה יכול לנסות, למשל, שניים דרכים פשוטות. שתי השיטות מבוססות על שימוש בספרות עיון:

1. לקביעה משוערת של הטמפרטורה, אתה יכול להשתמש במסמך TsPI-22. "מעברים מסילות ברזלצינורות." כאן, במסגרת המתודולוגיה לחישוב הנדסת חום של צינורות, מובאת טבלה 1, שבה ניתנות עבור אזורי אקלים מסוימים טמפרטורות קרקע בהתאם לעומק המדידה. אני מציג את הטבלה הזו להלן.

שולחן 1

1. טבלת טמפרטורות קרקע בעומקים שונים ממקור "לעזרה לעובד תעשיית הגז" מימי ברית המועצות

עומקי הקפאה נורמטיביים עבור ערים מסוימות:

עומק הקפאת הקרקע תלוי בסוג הקרקע:

אני חושב שהאפשרות הקלה ביותר היא להשתמש בנתוני ההתייחסות שלמעלה ואז לבצע אינטרפולציה.

האפשרות האמינה ביותר לחישובים מדויקים באמצעות טמפרטורות הקרקע היא להשתמש בנתונים מהשירותים המטאורולוגיים. על בסיס שירותים מטאורולוגיים, כמה ספריות מקוונות פועלות. לדוגמה, http://www.atlas-yakutia.ru/.

כאן מספיק לבחור את היישוב, סוג הקרקע וניתן לקבל מפת טמפרטורה של הקרקע או נתוניה בצורת טבלה. באופן עקרוני זה נוח, אבל נראה שהמשאב הזה משולם.

אם אתה יודע עוד דרכים לקבוע את טמפרטורת הקרקע בעומק נתון, אנא כתוב הערות.

אולי יעניין אותך החומר הבא:

בקולטים אנכיים, אנרגיה נלקחת מכדור הארץ באמצעות בדיקות אדמה גיאותרמיות. מדובר במערכות סגורות עם בארות בקוטר של 145-150 מ"מ ובעומק של 50 עד 150 מ', דרכן מונחים צינורות. מרפק U חוזר מותקן בקצה הצינור. בדרך כלל ההתקנה מתבצעת עם בדיקה בלולאה אחת עם צינורות 2x d40 (מערכת שוודית) או בדיקה כפולה עם צינורות 4x d32. בדיקות לולאה כפולות אמורות להשיג 10-15% יותר מיצוי חום. עבור בארות עמוקות מ-150 מ', יש להשתמש בצינורות 4xd40 (כדי להפחית את אובדן הלחץ).

כיום, לרוב הבארות להפקת חום מכדור הארץ יש עומק של 150 מ', בעומקים גדולים יותר ניתן להשיג יותר חום, אך עלות בארות כאלו תהיה גבוהה מאוד. לכן, חשוב לחשב מראש את עלות התקנת קולט אנכי בהשוואה לחסכון הצפוי בעתיד. במקרה של התקנת מערכת קירור אקטיבית-פאסיבית, לא נעשות בארות עמוקות יותר בגלל הטמפרטורה הגבוהה בקרקע והפוטנציאל הנמוך יותר בזמן העברת החום מהתמיסה לסביבה. תערובת מונעת הקפאה (אלכוהול, גליצרין, גליקול) מסתובבת במערכת, מדוללת במים לעקביות המונעת הקפאה הרצויה. במשאבת חום היא מעבירה את החום הנלקח מהאדמה לקירור. הטמפרטורה של כדור הארץ בעומק של 20 מ' היא בערך 10 מעלות צלזיוס, ועולה כל 30 מ' ב-1 מעלות צלזיוס. הוא אינו מושפע מתנאי האקלים, ולכן ניתן לסמוך על הפקת אנרגיה איכותית הן בחורף והן בקיץ. יש להוסיף שהטמפרטורה בקרקע שונה מעט בתחילת העונה (ספטמבר-אוקטובר) מהטמפרטורה בסוף העונה (מרץ-אפריל). לכן, בעת חישוב העומק של אספנים אנכיים, יש צורך לקחת בחשבון את האורך עונת החימוםבאתר ההתקנה.

בעת הפקת חום עם בדיקות אנכיות גיאותרמיות, החישובים הנכונים והעיצוב של הקולטים חשובים מאוד. כדי לבצע חישובים מוכשרים, יש צורך לדעת אם ניתן לקדוח באתר ההתקנה לעומק הרצוי.

עבור משאבת חום בהספק של 10kW, יש צורך בכ-120-180 מ' של בארות. בארות יש למקם לפחות 8 מ' זה מזה. מספר ועומק הבארות תלוי בתנאים גיאולוגיים, בנוכחות מי תהום, ביכולת האדמה לשמור על חום ובטכנולוגיית קידוח. בעת קידוח בארות מרובות, האורך הכולל הרצוי של הבאר מחולק במספר הבארות.

היתרון של קולט אנכי על קולט אופקי הוא שטח קרקע קטן יותר לשימוש, מקור חום יציב יותר ועצמאות מקור החום מתנאי מזג האוויר. החיסרון של קולטים אנכיים הוא העלות הגבוהה של עבודות עפר וקירור הדרגתי של הקרקע ליד הקולט (במהלך התכנון נדרשים חישובים מוכשרים של ההספק הנדרש).

חישוב עומק הבאר הנדרש

מידע הנדרש לחישוב ראשוני של עומק ומספר הבארות:

כוח משאבת חום

סוג נבחר של חימום - "רצפות חמות", רדיאטורים, בשילוב

מספר שעות הפעילות המשוער של משאבת החום בשנה, המכסה את הביקוש לאנרגיה

מקום ההתקנה

שימוש בבאר גיאותרמית - חימום, חימום מים, חימום בריכה עונתי, חימום בריכה לאורך כל השנה

שימוש בפונקציית הקירור הפסיבי (אקטיבי) במתקן

סך צריכת החום השנתית לחימום (MWh)

בארצנו, העשירה בפחמימנים, אנרגיה גיאותרמית היא סוג של משאב אקזוטי שבמצב העניינים הנוכחי לא סביר שיתחרה בנפט ובגז. עם זאת, ניתן להשתמש בצורת אנרגיה חלופית זו כמעט בכל מקום וביעילות רבה.

אנרגיה גיאותרמית היא החום של פנים כדור הארץ. הוא מיוצר במעמקים ומגיע אל פני כדור הארץ ב צורות שונותובעוצמות שונות.

הטמפרטורה של השכבות העליונות של הקרקע תלויה בעיקר בגורמים חיצוניים (אקסוגניים) - תאורה סולאריתוטמפרטורת האוויר. בקיץ וביום האדמה מתחממת לעומקים מסוימים, ובחורף ובלילה היא מתקררת בעקבות השינוי בטמפרטורת האוויר ובאיחור מסוים, עולה עם העומק. השפעתן של תנודות יומיות בטמפרטורת האוויר מסתיימת בעומקים מכמה עד כמה עשרות סנטימטרים. תנודות עונתיות לוכדות שכבות אדמה עמוקות יותר - עד עשרות מטרים.

בעומק מסוים - מעשרות עד מאות מטרים - טמפרטורת הקרקע נשמרת קבועה, שווה לטמפרטורת האוויר השנתית הממוצעת ליד פני כדור הארץ. קל לאמת זאת על ידי ירידה למערה עמוקה למדי.

כאשר טמפרטורת האוויר השנתית הממוצעת באזור נתון היא מתחת לאפס, הדבר מתבטא בתור פרמאפרוסט (ליתר דיוק, פרמאפרוסט). במזרח סיביר, העובי, כלומר העובי, של קרקעות קפואות בכל ימות השנה מגיע במקומות ל-200–300 מ'.

מעומק מסוים (שלו עבור כל נקודה במפה), השפעת השמש והאטמוספירה נחלשת עד כדי כך שגורמים אנדוגניים (פנימיים) באים תחילה וחלקו הפנימי של כדור הארץ מתחמם מבפנים, כך שהטמפרטורה מתחילה לעלות לעלות עם עומק.

חימום השכבות העמוקות של כדור הארץ קשור בעיקר להתפרקות היסודות הרדיואקטיביים המצויים שם, אם כי מקורות חום אחרים נקראים גם הם, למשל, תהליכים פיזיקוכימיים, טקטוניים בשכבות העמוקות של קרום כדור הארץ ומעטפת כדור הארץ. אבל לא משנה מה הסיבה, הטמפרטורה של סלעים וחומרים נוזליים וגזים נלווים עולה עם העומק. כורים מתמודדים עם התופעה הזו - תמיד חם במכרות עמוקים. בעומק של 1 ק"מ, חום של שלושים מעלות הוא נורמלי, ועמוק יותר הטמפרטורה גבוהה עוד יותר.

זרימת החום של פנים כדור הארץ, המגיעה לפני השטח של כדור הארץ, קטנה - בממוצע, הספק שלה הוא 0.03-0.05 W / m 2, או כ 350 W / m 2 בשנה. על רקע זרימת החום מהשמש והאוויר המחומם על ידה, זהו ערך בלתי מורגש: השמש נותנת לכל מטר מרובע של פני כדור הארץ כ-4000 קילוואט-שעה בשנה, כלומר פי 10,000 יותר (כמובן, זהו בממוצע, עם פיזור עצום בין קווי רוחב קוטביים ומשווניים ובהתאם לגורמי אקלים ומזג אוויר אחרים).

חוסר המשמעות של זרימת החום מהמעמקים אל פני השטח ברוב כדור הארץ קשורה למוליכות תרמית נמוכה של סלעים ולמוזרויות של המבנה הגיאולוגי. אבל יש יוצאים מן הכלל - מקומות שבהם זרימת החום גבוהה. אלו הם, קודם כל, אזורים של תקלות טקטוניות, פעילות סייסמית מוגברת ווולקניות, שבהם האנרגיה של פנים כדור הארץ מוצאת מוצא. אזורים כאלה מאופיינים בחריגות תרמיות של הליתוספירה, כאן זרימת החום המגיעה לפני כדור הארץ יכולה להיות חזקה פי כמה ואפילו בסדרי גודל מזו ה"רגילה". כמות עצומה של חום מובאת אל פני השטח באזורים אלה על ידי התפרצויות געשיות ומעיינות מים חמים.

אזורים אלה הם הנוחים ביותר לפיתוח אנרגיה גיאותרמית. על שטחה של רוסיה, זה, קודם כל, קמצ'טקה, איי קורילוהקווקז.

יחד עם זאת, התפתחות אנרגיה גיאותרמית אפשרית כמעט בכל מקום, שכן עליית הטמפרטורה עם העומק היא תופעה נפוצה בכל מקום, והמשימה היא "לחלץ" חום מהמעיים, בדיוק כפי שמופקים משם חומרי גלם מינרלים.

בממוצע, הטמפרטורה עולה עם העומק ב-2.5-3 מעלות צלזיוס עבור כל 100 מ'. היחס בין הפרש הטמפרטורה בין שתי נקודות השוכנות בעומקים שונים להפרש העומק ביניהן נקרא שיפוע גיאותרמי.

ההדדיות היא הצעד הגיאותרמי, או מרווח העומק שבו הטמפרטורה עולה ב-1 מעלות צלזיוס.

ככל שהשיפוע גבוה יותר, ובהתאם, ככל שהמדרגה נמוכה יותר, כך חום מעמקי כדור הארץ מתקרב אל פני השטח ואזור זה מבטיח יותר לפיתוח אנרגיה גיאותרמית.

באזורים שונים, בהתאם למבנה הגיאולוגי ואחר אזורי ו תנאים מקומיים, קצב עליית הטמפרטורה עם העומק יכול להיות שונה בחדות. בקנה מידה של כדור הארץ, תנודות בערכים של שיפועים ומדרגות גיאותרמיות מגיעות לפי 25. לדוגמה, במדינת אורגון (ארה"ב) השיפוע הוא 150 מעלות צלזיוס לק"מ אחד, ובדרום אפריקה הוא 6 מעלות צלזיוס לכל ק"מ אחד.

השאלה היא מהי הטמפרטורה בעומקים גדולים - 5, 10 ק"מ או יותר? אם המגמה תימשך, הטמפרטורות בעומק של 10 ק"מ אמורות להיות בממוצע סביב 250-300 מעלות צלזיוס. זה פחות או יותר אושר על ידי תצפיות ישירות בבארות עמוקות במיוחד, אם כי התמונה הרבה יותר מסובכת מהעלייה הליניארית בטמפרטורה.

למשל, בקולה באר עמוקה במיוחד, שנקדח במגן הגבישי הבלטי, הטמפרטורה משתנה בקצב של 10°C/1 ק"מ לעומק של 3 ק"מ, ואז השיפוע הגיאותרמי הופך לגדול פי 2-2.5. בעומק של 7 ק"מ כבר נרשמה טמפרטורה של 120 מעלות צלזיוס, ב-10 ק"מ - 180 מעלות צלזיוס, וב-12 ק"מ - 220 מעלות צלזיוס.

דוגמה נוספת היא באר שהונחה בצפון הים הכספי, שבה בעומק של 500 מ' נרשמה טמפרטורה של 42 מעלות צלזיוס, ב-1.5 ק"מ - 70 מעלות צלזיוס, ב-2 ק"מ - 80 מעלות צלזיוס, ב-3 ק"מ - 108 מעלות צלזיוס.

ההנחה היא שהשיפוע הגיאותרמי יורד החל מעומק של 20-30 ק"מ: בעומק של 100 ק"מ הטמפרטורות המשוערות הן כ-1300-1500 מעלות צלזיוס, בעומק של 400 ק"מ - 1600 מעלות צלזיוס, בכדור הארץ. ליבה (עומק של יותר מ-6000 ק"מ) - 4000-5000 מעלות צלזיוס.

בעומקים של עד 10-12 ק"מ, הטמפרטורה נמדדת דרך בארות קדומות; איפה שהם לא קיימים, זה נקבע על ידי סימנים עקיפים באותו אופן כמו בעומקים גדולים יותר. סימנים עקיפים כאלה עשויים להיות אופי המעבר של גלים סיסמיים או הטמפרטורה של הלבה המתפרצת.

עם זאת, למטרות אנרגיה גיאותרמית, נתונים על טמפרטורות בעומקים של יותר מ-10 ק"מ עדיין אינם בעלי עניין מעשי.

יש הרבה חום בעומקים של כמה קילומטרים, אבל איך להעלות אותו? לפעמים הטבע עצמו פותר לנו את הבעיה הזו בעזרת נוזל קירור טבעי – מים תרמיים מחוממים שעולים לפני השטח או שוכנים בעומק נגיש לנו. במקרים מסוימים, המים במעמקים מחוממים למצב של קיטור.

אין הגדרה קפדנית למושג "מים תרמיים". ככלל, הם מתכוונים למי תהום חמים במצב נוזלי או בצורת קיטור, כולל אלה המגיעים אל פני כדור הארץ עם טמפרטורה מעל 20 מעלות צלזיוס, כלומר, ככלל, גבוהה מטמפרטורת האוויר.

החום של מי תהום, קיטור, תערובות קיטור מים הוא אנרגיה הידרותרמית. בהתאם לכך, אנרגיה המבוססת על השימוש בה נקראת הידרותרמית.

המצב מסובך יותר עם הפקת חום ישירות מסלעים יבשים - אנרגיה פטרו-תרמית, במיוחד מכיוון שטמפרטורות גבוהות מספיק, ככלל, מתחילות מעומקים של כמה קילומטרים.

בשטחה של רוסיה, הפוטנציאל של אנרגיה פטרו-תרמית גבוה פי מאה מזה של אנרגיה הידרותרמית - 3,500 ו-35 טריליון טון, בהתאמה. דלק ייחוס. זה די טבעי - החום של מעמקי כדור הארץ נמצא בכל מקום, ומים תרמיים נמצאים במקום. עם זאת, עקב קשיים טכניים ברורים, רוב המים התרמיים משמשים כיום להפקת חום וחשמל.

טמפרטורות מים מ-20-30 עד 100 מעלות צלזיוס מתאימות לחימום, לטמפרטורות מ-150 מעלות ומעלה - ולהפקת חשמל בתחנות כוח גיאותרמיות.

באופן כללי, משאבים גיאותרמיים בשטחה של רוסיה, במונחים של טונות של דלק ייחוס או כל יחידת מדידה אחרת של אנרגיה, גבוהים בערך פי 10 ממאגרי הדלק המאובנים.

תיאורטית, רק אנרגיה גיאותרמית יכולה לענות באופן מלא על צרכי האנרגיה של המדינה. בפועל, כרגע, ברוב שטחה, הדבר אינו בר ביצוע מסיבות טכניות וכלכליות.

בעולם, השימוש באנרגיה גיאותרמית קשור לרוב לאיסלנד - מדינה השוכנת בקצה הצפוני של הרכס האמצע-אטלנטי, באזור טקטוני וגעש פעיל במיוחד. כנראה כולם זוכרים את ההתפרצות החזקה של הר הגעש Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) בשנת 2010.

בזכות הספציפיות הגיאולוגית הזו יש לאיסלנד מאגרים עצומים של אנרגיה גיאותרמית, כולל מעיינות חמים שמגיעים אל פני כדור הארץ ואפילו שוצפים בצורת גייזרים.

באיסלנד, יותר מ-60% מכלל האנרגיה הנצרכת נלקחת כיום מכדור הארץ. כולל בשל מקורות גיאותרמיים, 90% מהחימום ו-30% מייצור החשמל מסופקים. נוסיף כי שאר החשמל במדינה מופק על ידי תחנות כוח הידרואלקטריות, כלומר גם באמצעות מקור אנרגיה מתחדש, שבזכותו איסלנד נראית כמעין תקן סביבתי עולמי.

"אילוף" האנרגיה הגיאותרמית במאה ה-20 סייע לאיסלנד בצורה כלכלית משמעותית. עד אמצע המאה הקודמת, היא הייתה מדינה ענייה מאוד, כיום היא מדורגת במקום הראשון בעולם מבחינת יכולת מותקנת והפקת אנרגיה גיאותרמית לנפש, ונמצאת בעשירייה הראשונה במונחים של קיבולת מותקנת מוחלטת של כוח גיאותרמי. צמחים. עם זאת, אוכלוסייתה מונה רק 300 אלף איש, מה שמפשט את משימת המעבר למקורות אנרגיה ידידותיים לסביבה: הצורך בה הוא בדרך כלל קטן.

בנוסף לאיסלנד, נתח גבוה של אנרגיה גיאותרמית במאזן הכולל של ייצור החשמל מסופק בניו זילנד ובמדינות האיים של דרום מזרח אסיה (הפיליפינים ואינדונזיה), מדינות מרכז אמריקה ומזרח אפריקה, ששטחן מאופיין גם הוא. על ידי פעילות סיסמית וולקנית גבוהה. עבור מדינות אלו, ברמת הפיתוח והצרכים הנוכחיים שלהן, האנרגיה הגיאותרמית תורמת תרומה משמעותית לפיתוח כלכלי-חברתי.

לשימוש באנרגיה גיאותרמית יש מאוד היסטוריה ארוכה. אחת הדוגמאות הידועות הראשונות היא איטליה, מקום במחוז טוסקנה, הנקרא כיום לדרלו, שם, כבר בתחילת המאה ה-19, שימשו מים תרמיים חמים מקומיים, הזורמים באופן טבעי או שהופקו מבארות רדודות, לאנרגיה. מטרות.

מים ממקורות תת-קרקעיים, עשירים בבור, שימשו כאן להשגה חומצה בורית. בתחילה, חומצה זו הושגה על ידי אידוי בדודי ברזל, ועצי הסקה רגילים נלקחו כדלק מיערות סמוכים, אך בשנת 1827 יצר פרנצ'סקו לדרל מערכת שעבדה על חום המים עצמם. במקביל, האנרגיה של אדי המים הטבעיים החלה לשמש להפעלת אסדות קידוח, ובתחילת המאה ה-20, לחימום בתים וחממות מקומיות. באותו מקום, בלדרלו, בשנת 1904, הפכו אדי מים תרמיים למקור אנרגיה לייצור חשמל.

הדוגמה של איטליה בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20 הלכה בעקבותיהן של מדינות אחרות. לדוגמה, בשנת 1892, מים תרמיים שימשו לראשונה לחימום מקומי בארצות הברית (בואיז, איידהו), בשנת 1919 - ביפן, בשנת 1928 - באיסלנד.

בארצות הברית, תחנת הכוח ההידרותרמית הראשונה הופיעה בקליפורניה בתחילת שנות ה-30, בניו זילנד - ב-1958, במקסיקו - ב-1959, ברוסיה (ה-GeoPP הבינארי הראשון בעולם) - ב-1965.

עיקרון ישן במקור חדש

ייצור חשמל דורש טמפרטורת מקור מים גבוהה יותר מאשר חימום, מעל 150 מעלות צלזיוס. עקרון הפעולה של תחנת כוח גיאותרמית (GeoES) דומה לעקרון הפעולה של תחנת כוח תרמית קונבנציונלית (TPP). למעשה, תחנת כוח גיאותרמית היא סוג של תחנת כוח תרמית.

בתחנות כוח תרמיות, ככלל, פחם, גז או מזוט משמשים כמקור האנרגיה העיקרי, ואדי מים משמשים כנוזל העבודה. הדלק, בוער, מחמם את המים למצב של קיטור, המסובב את טורבינת הקיטור, והיא מייצרת חשמל.

ההבדל בין ה-GeoPP הוא שמקור האנרגיה העיקרי כאן הוא החום של פנים כדור הארץ ונוזל העבודה בצורת קיטור נכנס ללהבי הטורבינה של הגנרטור החשמלי בצורה "מוכנה" ישירות מבאר הייצור.

ישנן שלוש תוכניות עיקריות של פעולת GeoPP: ישירה, שימוש בקיטור יבש (גיאותרמי); עקיף, מבוסס על מים הידרותרמיים, ומעורב, או בינארי.

השימוש בסכימה כזו או אחרת תלוי במצב הצבירה ובטמפרטורה של נושא האנרגיה.

הפשוטה ביותר ולפיכך הראשונה מבין התוכניות המאסטרות היא הישירה, שבה הקיטור המגיע מהבאר מועבר ישירות דרך הטורבינה. ה-GeoPP הראשון בעולם בלדרלו ב-1904 פעל גם הוא על קיטור יבש.

GeoPPs עם תוכנית פעולה עקיפה הם הנפוצים ביותר בזמננו. הם משתמשים חם מי תהום, המוזרק בלחץ גבוה למאייד, שם מתאדה חלק ממנו, והקיטור שנוצר מסובב את הטורבינה. במקרים מסוימים, נדרשים התקנים ומעגלים נוספים לטיהור מים גיאותרמיים וקיטור מתרכובות אגרסיביות.

קיטור הפליטה נכנס לבאר ההזרקה או משמש לחימום חלל - במקרה זה, העיקרון זהה להפעלת CHP.

ב-GeoPPs בינאריים, מים תרמיים חמים מקיימים אינטראקציה עם נוזל אחר שפועל כנוזל עבודה עם נקודת רתיחה נמוכה יותר. שני הנוזלים מועברים דרך מחליף חום, שבו מים תרמיים מאדים את נוזל העבודה, שאדיו מסובבים את הטורבינה.

מערכת זו סגורה, מה שפותר את בעיית הפליטות לאטמוספירה. בנוסף, נוזלי עבודה בעלי נקודת רתיחה נמוכה יחסית מאפשרים להשתמש במים תרמיים לא חמים במיוחד כמקור אנרגיה ראשוני.

כל שלוש הסכימות משתמשות במקור הידרותרמי, אך ניתן להשתמש באנרגיה פטרו-תרמית גם לייצור חשמל.

תרשים המעגל במקרה זה הוא גם די פשוט. יש צורך לקדוח שתי בארות מחוברות זו לזו - הזרקה והפקה. מים נשאבים לתוך באר ההזרקה. בעומק, הוא מתחמם, ואז מים מחוממים או קיטור הנוצרים כתוצאה מחימום חזק מסופקים אל פני השטח דרך באר ייצור. יתר על כן, הכל תלוי באופן השימוש באנרגיה הפטרותרמית - לחימום או לייצור חשמל. מחזור סגור אפשרי עם שאיבת קיטור פליטה ומים חזרה לבאר ההזרקה או שיטה אחרת של סילוק.

החיסרון של מערכת כזו ברור: על מנת להשיג טמפרטורה גבוהה מספיק של נוזל העבודה, יש צורך לקדוח בארות לעומק רב. וזו עלות רצינית והסיכון לאובדן חום משמעותי כאשר הנוזל עולה למעלה. לכן, מערכות פטרו-תרמיות עדיין פחות נפוצות מאלו ההידרותרמיות, אם כי הפוטנציאל של אנרגיה פטרו-תרמית גבוה בסדרי גודל.

נכון לעכשיו, המובילה ביצירת מה שנקרא מערכות מחזור פטרו-תרמיות (PCS) היא אוסטרליה. בנוסף, כיוון זה של אנרגיה גיאותרמית מתפתח באופן פעיל בארה"ב, שוויץ, בריטניה ויפן.

מתנה מהלורד קלווין

המצאת משאבת החום ב-1852 על ידי הפיזיקאי וויליאם תומפסון (המכונה לורד קלווין) סיפקה לאנושות הזדמנות אמיתית להשתמש בחום הנמוך של השכבות העליונות של האדמה. מערכת משאבת החום, או מכפיל החום כפי שכינה אותה תומפסון, מבוססת על התהליך הפיזי של העברת חום מ סביבהלנוזל הקירור. למעשה, הוא משתמש באותו עיקרון כמו במערכות פטרו-תרמיות. ההבדל הוא במקור החום, שבקשר אליו עשויה להתעורר שאלה טרמינולוגית: עד כמה משאבת חום יכולה להיחשב כמערכת גיאותרמית? העובדה היא שבשכבות העליונות, לעומקים של עשרות או מאות מטרים, הסלעים והנוזלים הכלולים בהם מתחממים לא על ידי החום העמוק של כדור הארץ, אלא על ידי השמש. לפיכך, השמש היא במקרה זה המקור העיקרי לחום, למרות שהיא נלקחת, כמו במערכות גיאותרמיות, מכדור הארץ.

פעולת משאבת חום מבוססת על עיכוב בחימום וקירור הקרקע בהשוואה לאטמוספירה, כתוצאה מכך נוצר שיפוע טמפרטורה בין פני השטח לשכבות עמוקות יותר, השומרות חום גם בחורף, בדומה ל. איך זה קורה במאגרים. המטרה העיקרית של משאבות חום היא חימום חלל. למעשה, זה "מקרר הפוך". גם משאבת החום וגם המקרר מקיימים אינטראקציה עם שלושה מרכיבים: הסביבה הפנימית (במקרה הראשון - חדר מחומם, במקרה השני - תא מקרר מקורר), הסביבה החיצונית - מקור אנרגיה וקירור (קירור), אשר הוא גם נוזל קירור המספק העברת חום או קור.

חומר בעל נקודת רתיחה נמוכה פועל כחומר קירור, המאפשר לו לקחת חום ממקור שיש לו אפילו טמפרטורה נמוכה יחסית.

במקרר, נוזל הקירור הנוזלי נכנס למאייד דרך מצערת (ווסת לחץ), שם, עקב ירידה חדה בלחץ, הנוזל מתאדה. אידוי הוא תהליך אנדותרמי הדורש ספיגת חום מבחוץ. כתוצאה מכך נלקח חום מהדפנות הפנימיות של המאייד, מה שמספק אפקט קירור בתא המקרר. בהמשך מהמאייד, נוזל הקירור נשאב לתוך המדחס, שם הוא חוזר למצב צבירה נוזלי. זהו תהליך הפוך, המוביל לשחרור החום הנלקח לסביבה החיצונית. ככלל, הוא נזרק לחדר, והקיר האחורי של המקרר חם יחסית.

משאבת החום פועלת כמעט באותו אופן, בהבדל שחום נלקח מהסביבה החיצונית ונכנס לסביבה הפנימית דרך המאייד – מערכת חימום החדר.

במשאבת חום אמיתית, המים מחוממים, עוברים דרך מעגל חיצוני המונח באדמה או מאגר, ואז נכנסים למאייד.

במאייד מועבר חום למעגל פנימי מלא בקרור בעל נקודת רתיחה נמוכה, שעובר דרך המאייד משתנה ממצב נוזלי למצב גזי ולוקח חום.

לאחר מכן, נוזל הקירור הגזי נכנס למדחס, לשם הוא נדחס אליו לחץ גבוהוטמפרטורה, ונכנס למעבה, שם מתרחש חילופי חום בין הגז החם לנוזל הקירור ממערכת החימום.

המדחס דורש אנרגיה חשמלית כדי לפעול, עם זאת, יחס הטרנספורמציה (יחס האנרגיה הנצרכת והמופקת) במערכות מודרניות גבוה מספיק כדי להבטיח את יעילותן.

כיום, משאבות חום נמצאות בשימוש נרחב לחימום חלל, בעיקר במדינות מפותחות מבחינה כלכלית.

אנרגיה אקולוגית נכונה

אנרגיה גיאותרמית נחשבת ידידותית לסביבה, וזה נכון בדרך כלל. קודם כל, הוא משתמש במשאב מתחדש ובלתי נדלה כמעט. אנרגיה גיאותרמית אינה דורשת שטחים גדולים, בניגוד לתחנות כוח הידרואלקטריות גדולות או חוות רוח, ואינה מזהמת את האטמוספירה, בניגוד לאנרגיה פחמימנית. בממוצע, GeoPP תופסת 400 מ"ר במונחים של 1 GW של חשמל שנוצר. אותו נתון עבור תחנת כוח תרמית פחמית, למשל, הוא 3600 מ"ר. היתרונות הסביבתיים של GeoPPs כוללים גם צריכת מים נמוכה - 20 ליטר מים מתוקים ל-1 קילוואט, בעוד שתחנות כוח תרמיות ותחנות כוח גרעיניות דורשות כ-1000 ליטר. שימו לב שאלו הם האינדיקטורים הסביבתיים של ה-GeoPP "הממוצע".

אבל עדיין יש תופעות לוואי שליליות. ביניהם, רעש, זיהום תרמי של האטמוספירה וזיהום כימי של מים וקרקע, כמו גם היווצרות של פסולת מוצקה מובחנים לרוב.

המקור העיקרי לזיהום כימי של הסביבה הוא המים התרמיים עצמם (עם טמפרטורה גבוההומינרליזציה), המכילים לעתים קרובות כמויות גדולותתרכובות רעילות, בקשר אליהן קיימת בעיה של סילוק שפכים וחומרים מסוכנים.

ניתן לאתר את ההשפעות השליליות של אנרגיה גיאותרמית במספר שלבים, החל מקידוח בארות. כאן נוצרות אותן סכנות כמו בקידוח כל באר: הרס הקרקע וכיסוי הצמחייה, זיהום הקרקע ומי התהום.

בשלב ההפעלה של ה-GeoPP נמשכות בעיות הזיהום הסביבתי. נוזלים תרמיים - מים וקיטור - מכילים בדרך כלל פחמן דו חמצני (CO 2), גופרית גופרית (H 2 S), אמוניה (NH 3), מתאן (CH 4), מלח רגיל (NaCl), בורון (B), ארסן (As). ), כספית (Hg). כשהם משתחררים לסביבה הם הופכים למקורות זיהום. בנוסף, סביבה כימית אגרסיבית עלולה לגרום לנזקי קורוזיה למבני GeoTPP.

יחד עם זאת, פליטת המזהמים ב-GeoPPs נמוכה בממוצע מאשר ב-TPPs. לדוגמה, פליטת פחמן דו-חמצני לכל קילוואט-שעה של חשמל המופקת היא עד 380 גרם ב-GeoPPs, 1042 גרם בתחנות כוח תרמיות פחמיות, 906 גרם במזוט ו-453 גרם בתחנות כוח תרמיות מופעלות בגז.

נשאלת השאלה: מה עושים עם שפכים? עם מליחות נמוכה, לאחר קירור, ניתן להזרים אותו למים עיליים. הדרך האחרת היא לשאוב אותו בחזרה אל האקוויפר דרך באר הזרקה, שהיא הפרקטיקה המועדפת והרווחת כיום.

שאיבת מים תרמיים מאקוויפרים (כמו גם שאיבת מים רגילים) עלולה לגרום לשקיעה ותנועות קרקע, לעיוותים אחרים של שכבות גיאולוגיות ולרעידות אדמה מיקרו. ההסתברות לתופעות כאלה היא בדרך כלל נמוכה, אם כי מקרים בודדים נרשמו (לדוגמה, ב-GeoPP ב-Staufen im Breisgau בגרמניה).

יש להדגיש כי רוב ה-GeoPPs ממוקמים באזורים דלילים יחסית ובמדינות עולם שלישי, בהן הדרישות הסביבתיות פחות מחמירות מאשר במדינות מפותחות. בנוסף, כרגע מספר ה-GeoPPs והיכולות שלהם קטנות יחסית. עם פיתוח גדול יותר של אנרגיה גיאותרמית, הסיכונים הסביבתיים יכולים לגדול ולהתרבות.

כמה היא האנרגיה של כדור הארץ?

עלויות ההשקעה לבניית מערכות גיאותרמיות משתנות בטווח רחב מאוד - בין 200 ל-5000 דולר לכל 1 קילוואט של הספק מותקן, כלומר, האפשרויות הזולות ביותר משתוות לעלות בניית תחנת כוח תרמית. הם תלויים, קודם כל, בתנאי התרחשותם של מים תרמיים, בהרכבם ובעיצוב המערכת. קידוח לעומק רב, יצירת מערכת סגורה עם שתי בארות, הצורך בטיפול במים יכול להכפיל את העלות.

לדוגמה, ההשקעות ביצירת מערכת מחזור פטרו-תרמית (PTS) נאמדות ב-1.6–4 אלף דולר לכל 1 קילוואט של הספק מותקן, העולה על עלויות הקמת תחנת כוח גרעינית וניתן להשוות לעלויות בניית רוח ואנרגיה גרעינית. תחנות כוח סולאריות.

היתרון הכלכלי הברור של GeoTPP הוא נושא אנרגיה חופשי. לשם השוואה, במבנה העלויות של תחנת כוח תרמית או תחנת כוח גרעינית, הדלק מהווה 50%–80% ואף יותר, בהתאם למחירי האנרגיה הנוכחיים. מכאן, יתרון נוסף של המערכת הגיאותרמית: עלויות התפעול יציבות וצפויות יותר, שכן הן אינן תלויות בשילוב החיצוני של מחירי האנרגיה. באופן כללי, עלויות התפעול של ה-GeoTPP מוערכות ב-2-10 סנט (60 קופיקות-3 רובל) לכל 1 קילוואט-שעה של קיבולת מופקת.

סעיף ההוצאה השני בגודלו (והמשמעותי מאוד) אחרי נושא האנרגיה הוא, ככלל, שָׂכָראנשי המפעל, שיכולים להשתנות באופן דרמטי בין מדינות ואזורים.

בממוצע, העלות של 1 קוט"ש של אנרגיה גיאותרמית דומה לעלות של תחנות כוח תרמיות (בתנאים רוסים - בערך 1 רובל / 1 קוט"ש) וגבוהה פי עשרה מעלות ייצור החשמל בתחנות כוח הידרואלקטריות (5-10 קופיקות / 1 קילוואט).

חלק מהסיבה לעלות הגבוהה היא שבניגוד לתחנות כוח תרמיות והידראוליות, ל-GeoTPP קיבולת קטנה יחסית. בנוסף, יש צורך להשוות בין מערכות הממוקמות באותו אזור ובתנאים דומים. כך, למשל, בקמצ'טקה, על פי מומחים, 1 קילוואט חשמל גיאותרמי עולה פי 2-3 זול יותר מאשר חשמל המיוצר בתחנות כוח תרמיות מקומיות.

מדדי היעילות הכלכלית של המערכת הגיאותרמית תלויים, למשל, בשאלה האם יש צורך בסילוק שפכים ובאילו דרכים זה נעשה, האם זה אפשרי שימוש משולבמַשׁאָב. כך, יסודות כימייםותרכובות המופקות ממים תרמיים יכולות לספק הכנסה נוספת. נזכיר את הדוגמה של לדרלו: הייצור הכימי היה העיקרי שם, והשימוש באנרגיה גיאותרמית היה בתחילה בעל אופי עזר.

פורוורד אנרגיה גיאותרמית

אנרגיה גיאותרמית מתפתחת בצורה שונה במקצת מרוח ושמש. נכון לעכשיו, זה תלוי במידה רבה באופי המשאב עצמו, השונה באופן חד לפי אזור, והריכוזים הגבוהים ביותר קשורים לאזורים צרים של חריגות גיאותרמיות, הקשורות בדרך כלל לאזורים של תקלות טקטוניות ווולקניות.

בנוסף, האנרגיה הגיאותרמית היא פחות בעלת יכולת טכנולוגית בהשוואה לרוח ועוד יותר באנרגיה סולארית: מערכות התחנות הגיאותרמיות פשוטות למדי.

במבנה הכולל של ייצור החשמל העולמי, המרכיב הגיאותרמי מהווה פחות מ-1%, אך בחלק מהאזורים והמדינות חלקו מגיע ל-25–30%. בשל הזיקה לתנאים גיאולוגיים, חלק ניכר מיכולות האנרגיה הגיאותרמית מרוכז במדינות עולם שלישי, בהן ישנם שלושה אשכולות מהפיתוח הגדול ביותר של התעשייה - האיים של דרום מזרח אסיה, מרכז אמריקהומזרח אפריקה. שני האזורים הראשונים הם חלק מ"חגורת האש של כדור הארץ" האוקיינוס ​​השקט, השלישי קשור לבקע המזרח אפריקאי. עם ההסתברות הגדולה ביותר, אנרגיה גיאותרמית תמשיך להתפתח בחגורות אלה. סיכוי רחוק יותר הוא פיתוח אנרגיה פטרו-תרמית, תוך שימוש בחום של שכבות כדור הארץ השוכנות בעומק של מספר קילומטרים. זהו משאב כמעט בכל מקום, אך מיצויו דורש עלויות גבוהות, ולכן אנרגיה פטרו-תרמית מתפתחת בעיקר במדינות החזקות ביותר מבחינה כלכלית וטכנולוגית.

באופן כללי, בהתחשב בכל מקום של משאבים גיאותרמיים ורמה מקובלת של בטיחות סביבתית, יש סיבה להאמין שאנרגיה גיאותרמית סיכויים טוביםהתפתחות. במיוחד עם האיום הגובר של מחסור בספקי אנרגיה מסורתיים ועליית המחירים עבורם.

מקמצ'טקה לקווקז

ברוסיה, לפיתוח האנרגיה הגיאותרמית יש היסטוריה ארוכה למדי, ובמספר עמדות אנחנו בין המובילים בעולם, אם כי חלקה של האנרגיה הגיאותרמית במאזן האנרגיה הכולל של מדינה ענקית עדיין זניח.

החלוצים והמרכזים לפיתוח אנרגיה גיאותרמית ברוסיה היו שני אזורים - קמצ'טקה וצפון הקווקז, ואם במקרה הראשון אנחנו מדברים בעיקר על תעשיית החשמל, אז בשני - על השימוש באנרגיה תרמית של מים תרמיים.

בצפון הקווקז, ב טריטוריית קרסנודר, צ'צ'ניה, דאגסטן - החום של המים התרמיים למטרות אנרגיה שימש עוד לפני הימים הגדולים מלחמה פטריוטית. בשנות ה-80–1990, התפתחות האנרגיה הגיאותרמית באזור סיבות מובנותנתקע וטרם יצא ממצב של קיפאון. עם זאת, אספקת מים גיאותרמית בצפון הקווקז מספקת חום לכ-500 אלף איש, ולדוגמא, העיר לאבינסק בטריטוריית קרסנודר עם אוכלוסייה של 60 אלף איש מחוממת לחלוטין על ידי מים גיאותרמיים.

בקמצ'טקה, ההיסטוריה של האנרגיה הגיאותרמית קשורה בעיקר לבניית ה-GeoPP. הראשונה שבהן, שעדיין מפעילה את תחנות Pauzhetskaya ו-Paratunskaya, נבנתה עוד בשנים 1965–1967, בעוד Paratunskaya GeoPP בהספק של 600 קילוואט הפכה לתחנה הראשונה בעולם עם מחזור בינארי. זה היה הפיתוח של המדענים הסובייטים S. S. Kutateladze ו- A. M. Rosenfeld מהמכון לפיזיקה תרמית של הענף הסיבירי של האקדמיה הרוסית למדעים, שקיבלו בשנת 1965 תעודת זכויות יוצרים להפקת חשמל ממים בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס. טכנולוגיה זו הפכה לאחר מכן לאב-טיפוס של יותר מ-400 GeoPPs בינאריים בעולם.

הקיבולת של ה-Pauzhetskaya GeoPP, שהופעלה ב-1966, הייתה בתחילה 5 מגה וואט ולאחר מכן גדלה ל-12 מגוואט. נכון להיום, התחנה נמצאת בבנייה של בלוק בינארי, שיגדיל את הקיבולת שלה בעוד 2.5 מגה וואט.

התפתחות האנרגיה הגיאותרמית בברית המועצות וברוסיה הופרעה על ידי הזמינות של מקורות אנרגיה מסורתיים - נפט, גז, פחם, אך מעולם לא נעצרה. מתקני הכוח הגיאותרמי הגדולים ביותר כרגע הם Verkhne-Mutnovskaya GeoPP עם קיבולת כוללת של 12 יחידות כוח, שהופעלו בשנת 1999, ו-Mutnovskaya GeoPP בהספק של 50 MW (2002).

Mutnovskaya ו- Verkhne-Mutnovskaya GeoPP הם אובייקטים ייחודיים לא רק עבור רוסיה, אלא גם בקנה מידה עולמי. התחנות ממוקמות למרגלות הר הגעש מוטנובסקי, בגובה 800 מטר מעל פני הים, ופועלות בתנאי אקלים קיצוניים, שם חורף 9-10 חודשים בשנה. הציוד של Mutnovsky GeoPPs, כיום אחד המודרניים בעולם, נוצר לחלוטין במפעלים מקומיים של הנדסת חשמל.

נכון לעכשיו, חלקן של תחנות מוטנובסקי במבנה הכולל של צריכת האנרגיה של מרכז האנרגיה המרכזי של קמצ'טקה הוא 40%. הגדלת הקיבולת מתוכננת בשנים הקרובות.

בנפרד, יש לומר על התפתחויות פטרו-תרמיות ברוסיה. אין לנו עדיין PDS גדול, עם זאת, יש טכנולוגיות מתקדמות לקידוח לעומקים גדולים (כ-10 ק"מ), שגם להם אין אנלוגים בעולם. המשך פיתוחם יאפשר להוזיל באופן דרסטי את העלויות של יצירת מערכות פטרו-תרמיות. מפתחי הטכנולוגיות והפרויקטים הללו הם N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (המכון הגיאולוגי של האקדמיה הרוסית למדעים), A. S. Nekrasov (המכון לחיזוי כלכלי של האקדמיה הרוסית למדעים) ומומחים ממפעל הטורבינות Kaluga. נכון לעכשיו, פרויקט מערכת המחזור הפטרו-תרמית ברוסיה נמצא בשלב הפיילוט.

יש סיכויים לאנרגיה גיאותרמית ברוסיה, אם כי הם רחוקים יחסית: כרגע הפוטנציאל די גדול והעמדה של האנרגיה המסורתית חזקה. יחד עם זאת, במספר אזורים מרוחקים בארץ השימוש באנרגיה גיאותרמית משתלם כלכלית ומבוקש גם כעת. מדובר בשטחים בעלי פוטנציאל גיאו-אנרגיה גבוה (צ'וקוטקה, קמצ'טקה, הקורילים - החלק הרוסי של "חגורת האש של כדור הארץ", הרי דרום סיביר והקווקז) ובו זמנית מרוחקים ומנותקים מאנרגיה ריכוזית לְסַפֵּק.

סביר להניח שבעשורים הקרובים תתפתח אנרגיה גיאותרמית בארצנו דווקא באזורים כאלה.