Геотермальная энергия польза и вред
Ограниченность природных ресурсов, экологические проблемы вызванные строительством атомных и гидроэлектростанций заставляют человека задуматься об активном использовании новых, альтернативных источников энергии, среди которых геотермальная энергия занимает значительное место.
Ее название переводится как «тепло Земли». Для строительства ГеоЭС идеально подходят регионы, где наблюдается высокая и устойчивая сейсмическая активность, где природное тепло расположено на относительно небольшой глубине.
В таких районах территории изобилуют горячими источниками, вода которых прогревается до высокой температуры, благодаря активности вулкана, здесь можно встретить большое количество гейзеров. Но и в регионах, где отсутствует сейсмическая активность, возможно использование новых видов энергии.
В земной коре есть пласты, температура которых достигает 100 градусов Цельсия. Здесь для получения пара и нагревания воды до состояния кипятка, используемого для выработки электрической энергии, скважина заполняется водой. Такой метод позволяет использовать энергию ГеоЭС практически повсеместно.
Геотермальные ресурсы: виды
Сегодня геоэнергетический потенциал планеты представлен в трех видах: * Месторождения пароводородных смесей, используемых для производства энергии с помощью классической системы с турбинными генераторами, находятся в регионах горообразования, на разломах земной коры.
* Используемые для выработки электроэнергии бинарными станциями теплоэнергетические воды (температура 8-12 градусов).
*Воды субтермальные (температура от 40 до 70 градусов), используемые для обеспечения поставки горячей воды, в системах отопления.
Методы альтернативного производства электричества
Плюсы геотермальных ЭС позволяют использовать их в качестве нового источника энергии. Сегодня известны три метода использования ресурсов земной коры с целью обеспечения потребителей необходимым количеством электрической энергии.
1. Прямой метод предполагает использование сухого пара. Его действие заставляет работать турбину и генератор, производящий электричество.
2. В основе непрямого метода лежит применение водяного пара. В испаритель закачивается специальный состав гидротермального раствора. Процесс испарения опускает давление, что заставляет турбину работать. Данный метод широко используется, обеспечивая бесперебойную работу генераторов, установленных на поверхности. Источником энергии являются подземные воды, нагретые до температуры 180 градусов.
3. Бинарный (смешанный) способ предполагает использование вспомогательной жидкости и гидротермальной воды. В результате реакции воды с жидкостью при низкой точке кипения вырабатывается большое количество пара, запускающего турбину. На следующем этапе вырабатываемый при нагревании жидкостей пар проходит процесс конденсации, возвращается в емкости теплообменника и используется для последующих нагревов. Такая замкнутая система полностью исключает негативное влияние ГеоЭС на окружающую среду.
ГеоЭС: плюсы и минусы
Возведение современных ЭС, источником энергии для которых является тепло Земли, имеет как положительные стороны, так инедостатки.
К преимуществам данного источника энергии относятся:
* Строительство ГеоЭС позволяет сократить расходы. Такие станции обходятся без дополнительных источников топлива, поставляемых извне, а значит, есть реальная возможность экономить на их доставке.
* Бесспорным плюсом геотермальной энергии является ее безопасность. Работа станций исключает токсические выбросы, не несет угрозу окружающей среде.
* Для работы ЭС используется вырабатываемая ею электроэнергия.
* Содержание ГеоЭС не требует высоких финансовых трат. Для ее бесперебойного функционирования необходимо регулярное проведение профилактических осмотров, технического обслуживания.
* Сохранение пейзажа при строительстве станции нетронутым.
* Строительство ГеоЭС на морском побережье, на берегу океана, позволяют проводить опреснение морской воды.
Геотермальные станции имеют ряд недостатков:
подобрать место для строительства ГеоЭС, получить разрешительные документы у местных властей, а также согласие местных жителей часто становится сложной задачей; изменения в структуре земной коры могут привести к остановке уже работающей станции; причиной проблем в работе станции, вырабатывающей электрическую энергию, может стать и неверно выбранное место для строительства, избыточное количество воды, закачанной через скважину в породу.
Применение
Сегодня ресурсы, вырабатываемые ГеоЭС, нашли широкое применение в сфере сельского хозяйства. Вырабатываемое тепло, электрическая энергия используются садоводческими компаниями для обогрева теплиц, поддержания в оранжереях постоянной температуры, обеспечения установок для полива достаточным количеством воды. Это позволяет существенно снизить себестоимость производимой продукции, увеличить размер получаемой прибыли.
Используемое для частного сектора геотермальное отопление, также имеет свои плюсы. Для небольших хозяйств, находящихся в частном владении, такой современный источник энергии является реальной возможностью сократить расходы на оплату дорогостоящего газового отопления, устанавливая более экономные системы. Однако их минусом может стать высокая стоимость необходимого оборудования. Геотермальная энергетика становится более востребованной.
Самой крупной является электростанция в Кении, строительство которой было окончено в 2014 году. Вторая по величине ЭС, использующая тепло источников, работает в Исландии.
Перспективы развития
При интенсивном использовании природных ресурсов, запасы в недрах скоро будут исчерпаны полностью. Используя нефть, газ, уголь, человечество рискует очень скоро из-за недостатка природных запасов прийти к глобальному кризису. Поэтому многие ученые всерьез задумываются о том, как внедрить альтернативные методы. В результате проведенных исследований, ученые давно знают, что планета внутри горячая.
Для получения максимальной пользы от этого сегодня строятся ГеоЭС. Сегодня их не так много, но по мере того, как природные ресурсы будут истощаться, их количество будет увеличиваться.
Как отрасль, геотермальная энергетика находится только в самом начале своего пути развития. Первые станции были построены в середине минувшего столетия. Сегодня в этом направлении не прекращаются исследования. Перспективными для развития строительства ГеоЭС считаются регионы с высокой сейсмической активностью.
Многие страны Центральной Америки, Исландия и Новая Зеландия, где наблюдается сейсмическая активность, Филиппины, другие регионы обладают высоким потенциалом для исследования месторождений и строительства здесь ЭС.
В России такими регионами с высокими перспективами развития этого направления современной энергетики являются Сахалин, Курилы. Существующие тенденции позволяют сделать вывод, что такой способ имеет хорошие перспективы для развития. Вырабатываемая энергия широко используется «малыми» формами хозяйств для автономного обеспечения теплом, электроэнергией небольших коммунальных хозяйств.
Из-за сложности разработки месторождений, бурения скважин, ожидать, что она быстро вытеснит привычные виды энергии не стоит. На сегодня доля энергии, получаемой за счет разработки геотермальных ресурсов, составляет не более 0,5 процентов от общего объема вырабатываемой. Однако эта отрасль имеет высокие перспективы. Запасы тепла, сосредоточенные в земной коре на глубине от 3 до 5 километров, способны обеспечить нужды человечества в энергии на много тысячелетий вперед.
Интересное видео по теме:
Источник: https://eco-energetics.com/geothermalenergy/geotermalnaya-energetika?preview_id=984&preview_nonce=465ca90d98&preview=true&_thumbnail_id=1015#/
Дата публикации: 4 января 2019
Сила геотермальных вод Земли — альтернативный источник энергии. Такой метод получения энергии задействуется в регионах, где геотермальные источники выходят на поверхность или располагаются в местах легкой досягаемости. Перед возведением станции на месте источников периметр оценивают с точки зрения инженерной и экономической целесообразности, а главное — безопасности. Турбины геотермальных станций приводит в движение пар, который выпускают гейзеры и вулканы. Отсюда следует, что геотермальные источники обычно располагаются в неустойчивых сейсмических зонах, а значит, безопасность — вопрос первостепенной важности.
Перспективы и преимущества геотермальной энергии
Схема строительства будущей ГеоТЭС, преобразующей энергию геотермальных вод Земли в электричество, зависит от источника, на котором станция будет возведена. Иногда инженерная задумка сводится к простому бурению скважины, а иногда требуется дополнительное оборудование и технологии для очищения пара от вредных выхлопов или твердых частиц. Принцип добычи электричества из источников прост: пар поднимается вверх по скважине, приводя турбины в движение, а после возвращается обратно в обсадную.
Геотермальные станции активно используются в промышленных масштабах, сельскохозяйственной деятельности, ЖКХ. С их помощью обогреваются и поливаются оранжереи, теплицы, различные аква-установки. Подземные источники служат для полива полей или поддержания необходимого уровня влажности для выращивания сельскохозяйственных культур. ГеоТЭС успешно задействуются в ЖКХ, заменяя собой традиционные электростанции. Крупнейшая ГеоТЭС построена в Кении. Она подает достаточно электричества, чтобы содержать город.
Геотермальные источники энергии: плюсы и минусы
Главный минус геотермальной энергетики кроется в самом происхождении энергии: станции строятся в сейсмически активных зонах. Проблема в том, что спрогнозировать пробуждение вулкана, землетрясение или движение почв — задача непростая. Возведение станции в таких местах — это всегда риски. А с учетом того, что строительство ГеоТЭС — дело затратное, возникает вопрос о целесообразности использования силы геотермальных вод Земли. Чтобы обойти риски, для возведения ГеоТЭС выбираются «спокойные» регионы, где последняя сейсмическая активность была замечена лишь в далеком прошлом. Разведка потенциальных месторождений ведется в более чем семидесяти странах. Например, в России это Ставропольский край, Камчатка, Сахалин. В Украине — Закарпатье, Одесская область, Херсон.
Преимущества:
- Внушительные запасы геотермальной энергии. Один из главных плюсов геотермальной энергии заключается в том, что при грамотной эксплуатации этот источник можно назвать возобновляемым.
- Экономия на топливе. ГеоТЭС не нуждается в дополнительных поставках топлива для своего функционирования.
- Экологичность. Геотермальные источники и станции, их эксплуатирующие, не выбрасывают вредные вещества. А те вредные вещества, которые могут возникать во время добычи энергии, собираются и перерабатываются (например, нефть или природный газ).
- Самообеспечение. Дополнительное топливо из сторонних источников требуется только для первого запуска станции. В дальнейшем ГеоТЭС может обеспечивать электричеством сама себя. Его вырабатывается достаточно и для поставок, и для самообеспечения.
- Экономичность эксплуатации. Станция не требует больших трат на свою эксплуатацию — только на плановое техническое обслуживание, ремонт и профилактику.
- Дополнительная польза. Если электростанция стоит на берегу моря, ее можно задействовать для опреснения воды. Вода дистиллируется за счет нагревания и охлаждения пара в ходе работы ГеоТЭС. В дальнейшем эту воду можно использовать для питься или искусственного орошения земель.
- Эстетический вид. ГеоТЭС не портят пейзаж, не нуждаются в большом землеотводе, а современные проекты даже добавляют виду эстетической завершенности.
Недостатки:
- Сложности при утверждении проекта. Проблемы возникают на всех этапах проектирования: поиска подходящего места, тестирования, получения разрешения от властей и местного населения.
- Остановка работы в любой момент. Сложно предугадать извержение вулкана или землетрясение. Работа станции может остановиться даже из-за естественных изменений в земной коре. Неудачный выбор места для возведения ГеоТЭС тоже не способствует долгой стабильной работе. Еще одна причина остановки — превышение нормы закачки воды в породу.
- Если не использовать фильтры для выбросов из источника, в окружающую среду могут попасть вредные вещества.
Кто не мечтает хотя бы раз в жизни найти клад. И мало кто подозревает, что драгоценные ресурсы находятся прямо у нас под ногами. Мы владеем величайшим богатством – геотермальной энергией.
Вы видели когда-нибудь гейзер?
ДаНет
Геотермальная энергия – тепло, исходящее из земли, это естественный, возобновляемый ресурс для производства электричества. Тепло Земли по объемам неисчерпаемо, оно в миллионы раз превышает все энергетические ресурсы вместе взятые.
Даже 1% энергии Земли заменяет не одну сотню электрических станций. Осталось только научиться использовать ее.
Геотермальная энергия – одна из самых перспективных в мире.
Геотермальные источники энергии
Геотермальная энергетика не изобретена человеком. Тепловой энергией наделен сам земной шар с момента возникновения планеты.
Нередко нагретые от природы подземные водоемы располагаются очень близко к поверхности. В таком случае геотермальное тепло визуально определяется невооруженным глазом. Это извергающаяся лава вулканов, геотермальные источники – гейзеры.
Преимущества геотермальной энергии в том, что запасы такого тепла в 10 раз превышают запасы органических ископаемых, основного топлива планеты.
Особенности использования геотермальной энергии
В теории неисчерпаемых ресурсов энергии планеты хватит на нужды человеческой цивилизации. Но на практике мы встречаем проблемы с добычей и переработкой геотермальной энергии. Так первоначальные вложения составляют от 200 до 5000 долларов на 1КВт мощности.
Плюсом считается бесплатный теплоноситель. Для сравнения на ТЭС и АЭС затраты на энергопотребление составляют от 50 до 80%.
| Плюсы геотермальной энергии | Недостатки геотермальной энергии |
| Неисчерпаемость источника | Требуется бурить скважины глубиной до нескольких километров. Не во всех регионах это целесообразно. |
| Автономность в любое время года, суток, при любых погодно-климатических условиях и других факторах внешней среды | Большие теплопотери при добыче и транспортировке. |
| Эффективность. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) – 80% | Легкость добычи в районах вулканических извержений и гейзерных месторождениях, где горячая вода залегает на поверхности. |
| Не требуются большие площади, как при строительстве гидроэлектростанций. | Присутствие токсических и радиоактивных примесей. |
| Не загрязняют атмосферу. | Невозможность сбросов отработанных отходов в наземные водоемы. |
| Низкое водопотребление по сравнение с ГЭС и ТЭС, АЭС. 20 л на 1 Квт. В других – до 1000 л. | Обратная закачка воды – технически сложна и энергозатратна. |
| Разработка и техническая эксплуатация скважин провоцируют землетрясения. | |
| Тепло-, шумо- и химическое воздействие на окружающую среду. Накопление твердых опасных отходов. |
Геотермальная энергетика: откуда берется энергия?
Применение геотермальной энергии отталкивается от исходной температуры. Теплоноситель, нагретый естественным образом до +30 – +1000С пригоден для отопления без дополнительной трансформации. Вода, пар высокой температуры применяются для выработки электричества.
Принцип работы термальной электростанции похож на устройство ТЭС. Рабочим элементом в обоих случаях служит нагретый пар. А вот методы нагрева различаются. На теплоэлектростанциях воду в пар превращают, используя для нагрева уголь, мазут или природный газ. Термальные установки и теплоноситель берут уже готовым.
Петротермальная энергетика
Верхние слои почвы прогреваются или промерзают естественным образом под воздействием солнечного тепла или при его отсутствии. Играют роль и другие внешние факторы.
Чуть глубже температура держится на одном уровне независимо от солнечной активности. Это ощущали многие, кто спускался в пещеры или подземелья.
Основную роль начинает играть раскаленное земное ядро. Геотермальная энергетика основана на увеличении температуры Земли по мере погружения внутрь. Температура в среднем увеличивается на 2,5 0С каждые 100 метров. В горнодобывающих шахтах жарко, температура держится в пределах 300С.
В цифрах это выглядит следующим образом:
- на глубине 5 км t=1250C;
- 10 км t=2500C;
- 100 км t=15000C;
- 400 км t=16000C;
- 600 км (ядро земли) t=50000C.
Суть петротермальной энергетики:
Чтобы получить тепло из недр земли бурят две скважины. В одну закачивают воду. Под воздействием температуры она испаряется, пар перетекает во вторую скважину, из которой извлекается уже в виде электроэнергии.
При кажущейся простоте геотермальная энергетика остро ставит проблему рентабельности. Сложность заключается в подъеме глубинного тепла на поверхность и использовании отработанной воды.
Гидротермальная энергетика
Иногда проблему добычи геотермальной энергии решает сама природа. Нагретые вода или пар – естественный теплоноситель – выходят на поверхность или залегают на небольшой глубине. При этом их температура хоть не на много, но выше окружающего воздуха.
Это и есть геотермальная энергия. Она пригодна для отопления, но встречается в природе реже чем петротермальная, которая присутствует везде, но добывать ее гораздо труднее.
Ресурсы гидротермальной энергии в 100 раз ниже. Соответственно, 35 и 3500 триллионов тонн топлива.
Сферы применения
Эксплуатация геотермальной энергии началась еще в XIX веке. Первым был опыт итальянцев, живущих в провинции Тоскана, которые использовали теплую воду источников для отопления. С ее же помощью работали установки бурения новых скважин.
Тосканская вода богата бором и при выпаривании превращалась в борную кислоту, бойлеры работали на тепле собственных вод. В начале XX века (1904 год) тосканцы пошли дальше и запустили электростанцию, работающую на водяном паре. Пример итальянцев стал важным опытом для США, Японии, Исландии.
Сельское хозяйство и садоводство
Геотермальная энергия используется в сельском хозяйстве, в здравоохранении и быту в 80 странах мира.
Первое, для чего применяли и применяют термальную воду, это обогрев теплиц и оранжерей, что дает возможность получать урожай овощей, фруктов и цветов даже зимой. Теплая вода пригодилась и при поливе.
Перспективным направлением у сельхозпроизводителей считается выращивание сельскохозяйственных культур на гидропонике. Некоторые рыбхозяйства используют подогретую воду в искусственных водоемах, для разведения мальков и рыбы.
Эти технологии распространены в Израиле, Кении, Греции, Мексике.
Промышленность и ЖКХ
Больше века назад горячий термальный пар уже был основой для выработки электричества. С тех пор он служит промышленности и коммунальному хозяйству.
В Исландии 80% жилья отапливаются термальной водой.
Разработано три схемы производства электричества:
- Прямая, использующая водяной пар.
Самая простая: применяется там, где есть прямой доступ к геотермальным парам. - Непрямая, использует не пар, а воду.
Она подается в испаритель, преобразуется в пар техническим методом и направляется в турбогенератор.
Вода требует дополнительной очистки, потому что содержит агрессивные соединения, способные разрушить рабочие механизмы. Отработанный, но еще не остывший пар пригоден для нужд отопления.
- Смешанная (бинарная).
Вода заменяет топливо, которое подогревает другую жидкость с более высокой теплоотдачей. Она приводит в действие турбину.
В бинарной системе задействована турбина, которая активируется энергией нагретой воды.
Используют гидротепловую энергетику США, Россия, Япония, Новая Зеландия, Турция и другие страны.
Геотермальные системы отопления для дома
Для отопления жилья пригоден носитель тепла, нагретый до +50 – 600С, таким требованием соответствует геотермальная энергия. Города с населением в несколько десятков тысяч человек могут отапливаться теплом земных недр. В качестве примера: отопление города Лабинск Краснодарского края работает на естественном земном топливе.
Схема геотермальной системы для отопления дома
Не нужно тратить силы и время на подогрев воды и строить котельную. Теплоноситель берут напрямую из гейзерного источника. Эта же вода подходит и для горячего водоснабжения. В первом и во втором случае она проходит необходимую предварительную техническую и химическую очистку.
Полученная энергия обходится вдвое-втрое дешевле. Появились установки для частных домов. Стоят они дороже, чем традиционные топливные котлы, но в процессе эксплуатации оправдывают затраты.
Преимущества и недостатки использования геотермальной энергии для отопления дома.
Крупнейшие производители геотермальной энергии
В использовании геотермальная энергия по объемам уступает другим разрабатываемым восполняемым энергетическим ресурсам. Но там, где иные полезные ископаемые отсутствуют или нет возможности их использовать, при поддержке государственных программ она получила основное развитие.
Геотермальная энергетика распространена в странах Юго-Восточной Азии, Восточной Африки и Центральной Америки.
Однако страны, использующие геотермальную энергию, есть в разных частях света.
- В Европе – Исландия, Италия, Франция, Литва.
- В Америке – США, Мексика, Никарагуа, Коста-Рика.
- В Азии – Япония, Китай, Филиппины, Индонезия, Таджикистан.
- В Африке – Кения.
- В Австралии – Новая Зеландия.
Энергию горячих источников дают вулканизированные территории Земли. Это Камчатка и Курилы, Японские и Филиппинские острова, горные системы Кордильер и Анд.
Крупнейший на сегодня страна-производитель, которая обладает запасами геотермальной энергии, это Соединенные Штаты Америки. В Штатах построено 77 ГеоТЭС. За короткое время с момента разработок и начала эксплуатации страна стала экспортером энергии и самих технологий.
Знаменитая и самая мощная группа термальных электростанций (22 штуки) называется «Гейзерс», находится она в 100 километрах севернее Сан-Франциско. Другие промышленные энергетические зоны построены в Неваде и Калифорнии.
В Филиппинах треть электроэнергетики подземная. 3 позиция в мире принадлежит Мексике.
Освоение перспективных технологий в этом разделе энергетичекой отрасли связывают с Исландией. На ее территории почти 3 десятка действующих и потухших вулканов, что и обуславливает специализацию энергопроизводства.
Геотермальная энергия в Исландии составляет 25-30% от производимой. Энергетика страны пользуется горячими гейзерными источниками, которые здесь представлены в изобилии. Так главный город государства Рейкьявик обслуживается электростанцией такого принципа действия, а всего их в государстве пять.
Исландия – эталон экологического устройства жизни на планете, так как основную часть энергии берет из Земли, а в остальном использует возобновляемую энергию воды.
Кроме этого прирученное тепло земли помогло Исландии за короткое время из экономически отсталой страны превратиться в стабильное процветающее государство.
Перспективы освоения геотермальных ресурсов в России
Геотермальную энергетику в России использовали с середины прошлого века. Первая паровая геотермальная электростанция заработала еще в 1967 году на Камчатке (Паратунская ГеоТЭС). Камчатка для России – передовой край подобных разработок. 40% электроэнергии, производимой на Камчатке, это результат преобразования подземного тепла. Ее потенциал оценен в 5000 МВт.
Использование геотермальной энергии в России промышленным способом практикуют на 20 месторождениях. Всего их разведано 56.
Самые известные территории месторождений:
- Камчатка;
- Ставропольский край;
- Краснодарский край;
- Дагестанская республика;
- Карачаево-Черкесская республика.
Большие запасы открыты на Кавказе: Ингушетия, Чечня, Осетия, Кабардино-Балкария, Закавказье. В Кавказском регионе используется тепловая энергия подземных вод. На Камчатке строятся геоэлектростанции.
В России тепло земных недр имеет серьезную конкуренцию – месторождения нефти, газа, каменного угля, а также лесные угодья.
Геотермальные электростанции прекрасная альтернатива традиционным методам получения энергии.
Геотермальная энергетика и дальше будет развиваться в регионах, относящихся к «огненному поясу Земли». А в будущем передовые страны направят энергопотребление в сторону освоения петротермального ресурса, который теоретически можно использовать в любой точке планеты.
Геотермальная энергия имеет прямую географическую зависимость и концентрируется в зонах с тектоническими трещинами горных массивов и сейсмической активностью. Поэтому в общей массе энергетики ее доля составляет всего лишь 1%, а в некоторых регионах повышается до 25-30%.
Технологически производство геотермальной энергии намного проще, чем выработка ветряной и солнечной электроэнергии. Дальше она будет распространяться и расти, так как имеет высокие показатели доступности и экологичности. Это при том, что альтернативные источники традиционной энергии неуклонно дорожают, рано или поздно будут исчерпаны и просто не останется иного выхода.