Учебники Онлайн


Приповерхностная геотермия

Геотермические ресурсы можно использовать уже на первых 100 м глубины, хотя там температура равна лишь 8-15 °. С. Для получения более высоких температур для теплоснабжения дополнительно необходим только т тепловой насос. Грунтовые тепловые насосы накапливают первичную энергию и предохраняют тем самым окружающую среду и климат. Например, в. Германии земля. Северный. Рейн-Вестфалия поддерживает такое оборудован ния с помощью программы"Рациональное использование энергии и применение возобновляемых источников энергииенергії".

Для выработки тепловой энергии в приповерхностной геотермии применяют геотермальные тепловые насосы, использующие тепло грунтовых вод. В подходящих местах грунтовые воды можно отбирать через сверл. Ловынь и подводить прямо к тепловому насосу. Однако воду следует снова закачивать в грунт, так что кроме подводной скважины, необходимо устанавливать еще и так называемую"поглотительную"скважин свердловину.

Средняя температура. Земли на глубине 3-5 м в течение года составляет 10-13 °. С и выше. Этим можно воспользоваться для отопления и охлаждения зданий, производственных помещений, животноводческих ферм с помощью теп плообминникив и теплонасосных установок, что позволит экономить до 50-70% теплоты, которая используется для создания оптимального температурного режима в этих помещениях. Для этого в земле за пе ственной схеме прокладывают каналы для движения воздуха или зарывают трубы, в которые подается вода (или другой теплоноситель). Независимо от того, циркулирующей в системе, за счет теплообмена с землей такой тепловой й насос может поглощать тепло земли и передавать его в дом в холодное время года или перемещать тепло из дома в землю во время жары. В некоторых случаях использование тепловой геотермальной насосы д озволяе экономить до 2/3 энергии, используемой для отопленення.

Геотермальные установки требуют совсем небольших участков земли, гораздо меньших, чем необходимые под энергетические установки других типов. Они могут размещаться почти на любых землях, включая си ильськогосподарськи угодья бы можно было использовать всего лишь 1% геотермальной энергии земной коры (до глубины 10 км), то человечество должно располагать количество энергии, в 500 ра зев превышает все мировые запасы нефти и газзу.

Грунтовые коллекторы. На глубине около 0,8-1,6 м в грунт горизонтально прокладывают пластиковые трубки теплообменника. С помощью циркулирующей жидкости-теплоносителя тепло отбирается из почвы и приходится д до необходимого уровня температуры с помощью теплового насосса.

Геотермальные зонды. Зонды - это вертикальные, чаще глубиной от 30 до 100 м, а иногда и более глубокие, скважины, в которых устанавливаются пластиковые трубки. Они являются наиболее распространенным типом оборудования в. Централь ьний и. Северной. Европе. Зонды, наполненные жидкостью-теплоносителем, нагревают или охлаждают подключенные к тепловому насосу отдельные жилые дома, офисы или даже целые жилые комплекскси.

Бетонные элементы, контактирующих с грунтом, энергетические сваи. Предполагается применение статических необходимых элементов и / или фундаментных свай, а также стен в грунте. В новостройках их можно оборудовать и трубками теплообменника и вместе с тепловым насосом экономно использовать для отопления и охлаждения домаку.

Глубинная геотермия

Глубинные геотермальные зонды. Принцип глубинных геотермальных зондов глубиной более 500 м впервые был испытан в. Швейцарии в начале 90-х годов XX века. Тогда хотели продолжить использование старых свер рдловин, например, скважин для поиска нефти и природного газа. Начиная с 1994 г"в г. Пренцлау (Бранденбург) эксплуатируется глубинный геотермальный зонд глубиной почти 3000 м с использованием скваж. Ловынь, существовавшей ранее. Полученная энергия аккумулируется в сети централизованного теплоснабжения городских электростанций. Тепловой насос в виде промежуточного нагревательного элемента включен для под ищення уровня геотермальных температур до температуры подаваемого тепла сетей централизованного теплоснабженияопостачання.

Современные квартиры и дома проектируются таким образом, чтобы для них нужна была лишь незначительное количество тепловой энергии; отопительные системы выполняются в виде низкотемпературных установок. Поэтому во ода, нагретая в глубинном геотермальном зонде, через теплообменник отдает свою энергию в дома, а затем в охлажденном виде возвращается обратно в недра для того, чтобы снова там нагреться и повторить свой цикл.

Геотермальные электростанции имеются на всех континентах: в большинстве случаев они расположены у месторождений пара и горячих термальных вод. На этих. ГеоТЭС круглосуточно производится электроэнергия. Освоены пока о не все соответствующие ресурсы, но новые технологи расширяют возможности. Например, в. Германии температура воды в большинстве известных месторождений составляет примерно от 40 до 100 °. С, в долине. Верхнего. Рейна и в. Баварии имеются месторождения термальных вод с температурой более 100 °. С. Теплая или горячая вода подается на поверхность через глубокую скважину, затем охлаждается и через другую скважину снова отвел ся обратно в грунт, причем в тот же слой, из которого она была отобрана. Таким образом, в почве сохраняется гидравлический баланс, и не выкачиваются запасы термальных вод. Полученное от воды тепло передается ется в сеть централизованного теплоснабжения. Такую систему теплоснабжения с помощью двух скважин называют геотермальным дублет. В. Германии их глубина составляет от 800 до 2500 м. Геотерм ные. ТЭЦ могут обеспечивать теплом многие тысячи кружкич квартир.

Город. Альтгейм в. Верхней. Австрии в 2000 г стало первым городом, расположенным севернее. Альп, полностью обеспечивается геотермальным теплом. С развитием тепловых турбин стало возможным использование я горячих термальных вод с температурой 106 °. С для производства электроэнергииії.

Значительным шагом вперед стали электростанции, работающие по технологии"Нои-ВГУ-Коски"("горячие сухие горные породы":. НОК-электростанции). Основной принцип их действия относительно простой: глубинные горячие. Гирс ьки породы осваиваются с помощью скважин. С помощью давления воды, т.е. гидравлически, между скважинами образуются или расширяются существующие протоки. Так формируются своеобразные подземные теплообменник и, в которых может нагреваться вода закачивается с поверхности земли, для того, чтобы снова доставляться наверх и приводить в действие турбину. Циркуляция в. НБК-системах происходит замкнутым контуром под давлением что препятствует закипание воды. Таким образом, пара образуется только на турбине. Европейские исследователи вышли в мировые лидеры в области развития HDR-технологиирі розвитку HDR-технології.

Итак, тепло можно не только извлекать из земли, но и аккумулировать в земле. Летом излишек тепла из зданий можно передавать в грунт через геотермальные зонды или энергетические сваи. Зимой тепло можно наза ад забирать из почвы. Если в почве е водоносный слой без течения или с незначительным течением воды, его можно использовать для непосредственного аккумулирования тепла. Такой водоносный резервуар есть, например, у дома. Берлинского. Рейхстага. Летом там через скважины в почву отводятся остатки тепла из теплоэлектроцентрали. Позже во время отопительного сезона их можно снова использоватьистати.

В 1994 г в. Европе была создана первая установка, работающая по методу улавливания солнечной энергии с поверхности дорог - подвесной виадук над государственной дорогой недалеко от м. Дерлигенам. Тунерзее (Швейцар рия). Этот участок дороги выделялся очень высокой аварийностью из-за частого и неожиданного образования гололеда. Под поверхностью дороги, которая нагревается под действием. Солнца, установлены змеевики, отдающие собранное тепло в накопитель геотермального тепла. Затем зимой в критических метеорологических условиях тепло снова передается из накопителя и предотвращает образование гололедаеледі.

Несмотря на то, что тепло. Земли давно использовали в различных целях - и для минеральных ванн, и для производства энергии, всегда основным был вопрос: есть ли в определенном месте необходимо подземных мне тепло. Однако теперь ведется разработка новых, более эффективных путей использования земной энергии. Американская компания, работающая только с восстановительной энергией, разрабатывает пути использования пара на своем новом предприятии в штате. Юта. Геотермальная энергия составляет лишь 1% производства электроэнергии в. США, главным образом потому, что соответствующие подземные температуры существуют лишь в местах нынешней ч и бывшей вулканической активности. Впрочем теперь благодаря ресурсам и новым технологиям можно удовлетворять более трети энергетических потребностей странаїни.

Обычно. ГеоТЭС требуют значительных инвестиций, пяти-шести лет построения и действуют только на горячей воде. Теперь специалисты из. США способны производить электроэнергию на воде, лишь немного теплее обычай йнои чашки кофе. Горячая родниковая вода передается в специальную машину и нагревает спираль, и вырабатывает пар, который, в свою очередь, движет турбину, которая производит электроэнергию. При этом водные ресурсы не забей раються с земли - их поднимают, пропускают через систему и возвращаются обратно в землю. Этот процесс позволяет намного увеличить количество мест, где можно использовать геотермальную энергию. Например. ГеоТЭС в штате. Юта была построена за один год и уже поставляет электроэнергию в 15 тыс. домов г. Анагайма в. Калифорнийіфорнії.

Геотермальная энергия считается наиболее надежным источником возобновляемой энергии. Тепло земли доступно днем ??и ночью независимо от погоды. США используют геотермальную энергию больше, чем другие страны, и в следующее десятилетие могут увеличить ее вдвое или и втроечі.

Горячая вода из скважины предварительно собирается в резервуар, из которого подается потребителям с помощью насосов. Регулирование отпуска тепла в системе отопления проводится изменениями затрат воды с работодателем й регуляторов отопления. Отработанную воду можно спускать в среду без очистки: она соответствует санитарным нормам перспективным способом отбора глубинного тепла является создание подземных их циркуляционных систем с полным или частичным возвратом отработанной воды в продуктивные пласты. Эти системы предотвращают истощению запасов геотермальных вод, поддерживают гидравлическую равновесие в под земных пластах, предотвращающих загрязнение природной среды в местах нахождения геотермальных объектектів.

Использование потенциала даже слаботермальних вод (от 30 °. С) широко практикуется в странах. Европы и. США для отопления домов, производственных помещений, животноводческих ферм с помощью теплообменников в и теплонасосных установок. Это дает возможность экономить до 50-70% тепла, которое используется для создания температурного режима в помещениях. Для работы такой системы наружный воздух подается в п овитропроводы, расположенные на глубине 3 м, а затем в помещение. Зимой воздух под землей нагревается, а затем охлаждается. Такая система вентиляции впервые была смонтирована в 1977 г в. США для создания я микроклимата в свинарнике площадью 7,2 x15 м. Теплообменник состоит из 12 воздуховодов длиной. ЗО м, заглубленных в землю на 3 м. Зимой воздух в помещении нагревают до 25 °. С при температуре со вни -28 °. С, а летом охлаждают до 14 °. С при температуре снаружи 35 ° +35 °С.

Также успешно используется тепло высокотемпературных термальных вод для получения электроэнергии, а низкотемпературных - для отопления жилых домов, бассейнов и теплиц, выращивание я овощей и фруктов в таких странах, как. Новая. Зеландия,. Исландия,. Италия,. Россия,. Грузия,. Франция,. Венгрия и многих других. В. Венгрии, например, площадь геотермальных теплиц равен 1,5 млн м2. На эти т а другие нужды ежегодно используется 30 млн. Гкал геотермальной энергииії.

"Страна ледников",. Исландия, эффективно использует гидротермальных энергию своих недр: известно более 700 термальных источников, которые выходят на земную поверхность. Около 60% населения пользуется. Геотерм реальными водами для обогрева жилых помещений, а в ближайшем будущем планируется довести этот показатель до 80%. При средней температуре воды 87 °. С годовое потребление энергии горячей воды составляет 15 млн. ГДж, что помогает экономить 500 тыс, т каменного угля ежегодно. Кроме того, исландские теплицы, где выращивают овощи, фрукты, цветы и даже бананы, потребляют ежегодно до 150 тыс. м3 горячей воды есть более 1,5 млн. ГДж тепловой энергии. Столица страны -. Рейкьявик - в течение последних 40-50 лет полностью отапливается подземным теплом. Мощность геотермальной отопительной системы в. Рейкьявике состояние овить 350. МВт и обслуживает более 100 тыс жители 100 тис. жителів.

Первое место по выработке электроэнергии из горячих гидротермальных источников занимает. США. В долине. Великих. Гейзеров (штат. Калифорния) находится одна из самых мощных в мире. ГеоТЭС мощностью 1400. МВт. В ш штате. Нью-Мексико станция работает по следующей схеме: температура скальных пород на глубине 4 км достигает 185 °. С. Вода, которая закачивается насосами через скважину, нагревается и уже в виде пара из температ урою 150 °. С возвращается на поверхность, где вращает турбины электростанции и таким образом питает электроэнергией поселок с двухтысячным населением, а отработанная горячая вода подается в систему центрально го отопленння.

Значительные запасы геотермальных вод есть и в Украине - на. Закарпатье, в. Крыму, а также во. Львовской,. Донецкой,. Запорожской,. Луганской,. Полтавской,. Харьковской,. Херсонской,. Черниговской и других областях х. Эти запасы уже сегодня рентабельно используют не только для теплоснабжения различных потребителей, но и для производства электроэнергии. Развитие геотермальной энергетики в Украине определяется наявнис ю значительных ресурсов геотермальной энергии, которые по своему тепловым эквивалентом превышают запасы традиционного энергетического топливава.

Наиболее перспективным для развития геотермальной энергетики регионом Украины является. Закарпатье, где, по геологическим и геофизическим данным, на глубине до 6 км температуры горных пород достигают 230-275 ° °. С легкодоступной является геотермальные буровые скважины глубиной от 55 до 1500 м, где температура воды в устье скважины составляет 40-60 °. С, а на глубинах до 2000 м температура возрастает до 90-100 °. С. На. Закарпатье уникальное место площадью. ЗО км2 в районе с. Защелочи с изотермой сухих пород 200 °. С на глубине 4 км. Этих запасов достаточно для работы небольших. ГеоТЭС и тепличных агропромышленных комплексов. В 1999 г началась эксплуатация первой в. Закарпатье геотермальной установки для нужд тепло санатория"Косино"Береговского района. Буровые скважины глубиной от 900 до 1300 м обеспечиваю во суточную добычу термальной воды температурой 32 °. С в объеме 7500 ма. Для нужд теплоснабжения санатория применяется насосный способ добычи термальных вод, который обеспечивает с помощью современных пластинчатых теплообменников общую тепловую мощность установки 1,2. МВт. Для пикового нагрева воды теплосети используют водонагревательный котел на жидком топливе. Эксплуатация этой е нергетичнои установки обеспечивает экономию 143 т у п на ремію 143 т у. п. на рік.

Значительные ресурсы геотермальной энергии также. Крым, для которого наиболее перспективными являются. Тарханкутский и. Керченский полуострова, где наблюдаются небольшие геотермальные градиенты, а температура. Гирс ских пород ва глубинах 3,5-4 км может достигать 160-180 °. С. Для улучшения энергоснабжения в. Крыму запланировано строительство. ГеоТЭС мощностью 6. МВт - в западной части полуострова, где на глубине 4 км есть вода с температурой 250 °. С их общая мощность равна более 100. МВт.

целом целесообразность использования геотермальной энергии определяется капитальными затратами на бурение скважин, стоимость которых растет с увеличением глубины. Оптимальная глубина скважин - в сер средним 5 км. Геотермальные воды используют двумя способами: фонтанным (теплоноситель выбрасывается в окружающую среду) и циркуляционным (теплоноситель закачивается обратно в продуктивную толщу). Первый спо. СИБ дешевле, но экологически опасный, второй дороже, но обеспечивает сохранение окружающей среды. Одновременно с добычей тепла можно осуществлять и добычи химических элементов и их соединений из рассолов. Это, например, соединения магния, лития и бромброму.

Как и любой другой источник энергии, использование геотермальной энергии имеет определенные преимущества и недостатки

Геотермальную энергию получают от источников тепла с высокими температурами, поэтому она имеет несколько особенностей: во-первых, температура теплоносителя значительно меньше температуры сжигания традиционного пали ива, во-вторых, лучший способ использования геотермальной энергии - комбинированный (добыча электроэнергии и обогрев.

Как уже было отмечено, температура в верхних слоях. Земли каждые 100 м увеличивается в среднем на. С °. С. В верхней мантии температура достигает 1200 °. С, в ядре, вероятно, 6000 °. С. Значения температур непосредственного ередньо у поверхности. Земли определяются почти исключительно действием. Солнца. А поскольку почва плохо проводит тепло, то на глубине ниже 15-20 м воздействие. Солнца почти не ощущается. Поэтому по сравнению с другими сп лицами получения энергии геотермия имеет значительную преимущество: она всегда присутствует независимо от времени дня и времени года или климатических услоумов.

Еще одним преимуществом является то, что нет необходимости создавать дорогостоящие транспортные системы, поскольку геотермию можно найти непосредственно на месте. Также за счет предотвращения традиционного процесса горения прямых выбросов углекислого газа; незначительные выбросы возможны только в результате применения электроагрегатовв.

Кроме этого, человечество уже имеет технологии, позволяющие почти повсеместно использовать имеющиеся ресурсы. В. Германии, например, на основе геотермии производится экологически чистое тепло установленной мощности те около 600. МВт (с использованием приповерхностной геотермии из тепловых насосов). Установленная мощность во всем мире составляет от 15 до 20 тыс.. МВт (термической энергии) и 8400. МВт (электроэнергии) и это лишь небольшая часть того, что можно получать. Теплового потока из глубин, в принципе, достаточно для покрытия всего теплопотребления человечествдства.

Недостатками геотермальной энергии являются:

- низкая термодинамическая качество;

- необходимость использования тепла около места добычи;

- стоимость сооружения скважин, возрастает с увеличением глубины бурения

Также это источник энергии характеризуется определенным воздействием на природную среду - в атмосферу поступает дополнительное количество растворенных в подземных водах соединений серы, бора, мышьяка, аммиака, ртути; вод дяна пара, выбрасываемого увеличивает влажность; процесс сопровождается акустическим эффектом может происходить опускания земной поверхности, а также засоление земел.

Следовательно, основным источником геотермальной энергии является постоянный поток тепла от раскаленных недр, направленный к поверхности земли этот тепла достаточно, чтобы расплавить горные породы под земной корой, преобраз рюючы их на магму. Большая часть магмы остается под землей и, подобно печи, нагревает окружающую природу. Если подземные воды сталкиваются с этим теплом, они сильно нагреваются, иногда до темпер атуры 371 °. С. В так называемых"горячих точках"тепло подходит так близко к поверхности, что его можно добывать с помощью геотермальных буровых скважин. Использование этой энергии даже в небольших о"объемах может значительно изменить и улучшить энергетический баланс любого региона. Расчеты показывают, что внутри. Земли помещается тепла гораздо больше, чем можно было бы добыть в ядерных реакторах при р озщепленни всех земных запасов урана и тория. Если человечество будет использовать только геотермальную энергию, пройдет 41 млн лет, прежде чем температура недр. Земли снизится хотя бы на полградусаа б на півградуса.