Toplina zemlje

Kirill Degtyarev, znanstveni novak, Moskovsko državno sveučilište Lomonosov M. V. Lomonosov.

U našoj zemlji, bogatoj ugljikovodicima, geotermalna energija je vrsta egzotičnog resursa koji, u sadašnjem stanju, teško da može konkurirati naftom i plinom. Ipak, ovaj alternativni oblik energije može se koristiti gotovo svugdje i prilično učinkovito.

Fotografija Igora Konstantinova.

Promjena temperature tla s dubinom.

Povećanje temperature termalnih voda i suhih stijena koje ih sadrže s dubinom.

Promjena temperature s dubinom u različitim regijama.

Erupcija islandskog vulkana Eyjafjallajökull ilustracija je nasilnih vulkanskih procesa koji se odvijaju u aktivnim tektonskim i vulkanskim zonama uz snažan toplinski tok iz unutrašnjosti Zemlje.

Instalirani kapaciteti geotermalnih elektrana po zemljama svijeta, MW.

Distribucija geotermalnih resursa na teritoriju Rusije. Zalihe geotermalne energije, prema mišljenju stručnjaka, nekoliko su puta veće od energetskih rezervi organskih fosilnih goriva. Prema Udruzi Geotermalne energije.

Geotermalna energija je toplina zemljine unutrašnjosti. Proizvodi se u dubinama i dolazi na površinu Zemlje u različitim oblicima i različitim intenzitetom.

Upravo su ta područja najpovoljnija za razvoj geotermalne energije. Na području Rusije to su, prije svega, Kamčatka, Kurilski otoci i Kavkaz.

Istodobno, razvoj geotermalne energije moguć je gotovo posvuda, budući da je porast temperature s dubinom sveprisutan fenomen, a zadatak je "izvlačenje" topline iz utrobe, baš kao što se odatle crpe mineralne sirovine.

U prosjeku, temperatura raste s dubinom za 2,5-3 o C na svakih 100 m. Omjer temperaturne razlike između dviju točaka koje leže na različitim dubinama i razlike u dubini između njih naziva se geotermalni gradijent.

Recipročan je geotermalni korak, odnosno dubinski interval u kojem temperatura raste za 1 o C.

Što je veći gradijent i, shodno tome, što je niži korak, toplina Zemljinih dubina se više približava površini i ovo je područje perspektivnije za razvoj geotermalne energije.

U različitim područjima, ovisno o geološkoj strukturi i drugim regionalnim i lokalnim uvjetima, brzina porasta temperature s dubinom može dramatično varirati. Na ljestvici Zemlje, fluktuacije u vrijednostima geotermalnih gradijenata i stepenica dosežu 25 puta. Na primjer, u državi Oregon (SAD) gradijent je 150 ° C na 1 km, au Južnoj Africi - 6 ° C na 1 km.

Pitanje je kolika je temperatura na velikim dubinama - 5, 10 km ili više? Ako se trend nastavi, temperatura na dubini od 10 km trebala bi u prosjeku iznositi oko 250-300 o C. To više-manje potvrđuju izravna opažanja u ultradubokim bušotinama, iako je slika puno kompliciranija od linearnog povećanja temperature. .

Na primjer, u super-dubokoj bušotini Kola izbušenoj u Baltičkom kristalnom štitu, temperatura do dubine od 3 km mijenja se brzinom od 10 ° C / 1 km, a zatim geotermalni gradijent postaje 2-2,5 puta veći. Na dubini od 7 km već je zabilježena temperatura od 120 o C, na 10 km - 180 o C, a na 12 km - 220 o C.

Drugi primjer je bunar postavljen u sjevernom Kaspijskom moru, gdje je na dubini od 500 m zabilježena temperatura od 42 o C, na 1,5 km - 70 o C, na 2 km - 80 o C, na 3 km - 108 o C.

Pretpostavlja se da se geotermalni gradijent smanjuje počevši od dubine od 20-30 km: na dubini od 100 km procijenjene temperature su oko 1300-1500 o C, na dubini od 400 km - 1600 o C, u Zemljinoj jezgra (dubine veće od 6000 km) - 4000-5000 o SO.

Na dubinama do 10-12 km temperatura se mjeri kroz izbušene bušotine; gdje ih nema, određuje se posrednim znakovima na isti način kao i na većim dubinama. Takvi neizravni znakovi mogu biti priroda prolaska seizmičkih valova ili temperatura lave koja eruptira.

Međutim, za potrebe geotermalne energije podaci o temperaturama na dubinama većim od 10 km još nisu od praktičnog interesa.

Na dubinama od nekoliko kilometara ima puno topline, ali kako je podići? Ponekad nam sama priroda taj problem rješava uz pomoć prirodnog rashladnog sredstva – zagrijane termalne vode koje izlaze na površinu ili leže na nama dostupnoj dubini. U nekim slučajevima, voda u dubini se zagrijava do stanja pare.

Ne postoji stroga definicija pojma "termalne vode". U pravilu se podrazumijevaju vruće podzemne vode u tekućem stanju ili u obliku pare, uključujući i one koje na površinu Zemlje izlaze s temperaturom iznad 20 °C, odnosno u pravilu višom od temperature zraka .

Toplina podzemne vode, pare, mješavine pare i vode je hidrotermalna energija. Sukladno tome, energija koja se temelji na njezinoj upotrebi naziva se hidrotermalna.

Situacija je složenija s proizvodnjom topline izravno iz suhih stijena - petrotermalne energije, pogotovo jer dovoljno visoke temperature u pravilu počinju s nekoliko kilometara dubine.

Na području Rusije potencijal petrotermalne energije je sto puta veći od potencijala hidrotermalne energije - 3500 odnosno 35 trilijuna tona standardnog goriva. To je sasvim prirodno - toplina Zemljinih dubina je posvuda, a termalne vode se nalaze lokalno. Međutim, zbog očitih tehničkih poteškoća, većina termalnih voda trenutno se koristi za proizvodnju toplinske i električne energije.

Vode s temperaturama od 20-30 do 100 o C pogodne su za grijanje, temperature od 150 o C i više - te za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama.

Općenito, geotermalni resursi na teritoriju Rusije, u smislu tona standardnog goriva ili bilo koje druge mjerne jedinice energije, su oko 10 puta veći od rezervi fosilnih goriva.

Teoretski, jedino bi geotermalnom energijom bilo moguće u potpunosti zadovoljiti energetske potrebe zemlje. U praksi to trenutno na većem dijelu njezina teritorija nije izvedivo iz tehničkih i ekonomskih razloga.

U svijetu se korištenje geotermalne energije najčešće povezuje s Islandom – državom koja se nalazi na sjevernom kraju Srednjoatlantskog grebena, u izrazito aktivnoj tektonskoj i vulkanskoj zoni. Vjerojatno se svi sjećaju snažne erupcije vulkana Eyjafjallajökull 2010. godine.

Upravo zahvaljujući ovoj geološkoj specifičnosti Island ima ogromne rezerve geotermalne energije, uključujući vruće izvore koji dolaze na površinu Zemlje i čak šikljaju u obliku gejzira.

Na Islandu se više od 60% sve potrošene energije trenutno uzima sa Zemlje. Uključujući i geotermalne izvore, osigurano je 90% grijanja i 30% proizvodnje električne energije. Dodajmo da ostatak električne energije u zemlji proizvode hidroelektrane, odnosno također koristeći obnovljivi izvor energije, zahvaljujući čemu Island izgleda kao svojevrsni globalni ekološki standard.

“Ukroćenje” geotermalne energije u 20. stoljeću znatno je ekonomski pomoglo Islandu. Do sredine prošlog stoljeća bila je vrlo siromašna država, sada je na prvom mjestu u svijetu po instaliranom kapacitetu i proizvodnji geotermalne energije po stanovniku, a u prvih je deset po apsolutnom instaliranom kapacitetu geotermalne energije. bilje. Međutim, njegova populacija je samo 300 tisuća ljudi, što pojednostavljuje zadatak prelaska na ekološki prihvatljive izvore energije: potreba za tim je općenito mala.

Osim Islanda, visok udio geotermalne energije u ukupnoj bilanci proizvodnje električne energije osiguravaju Novi Zeland i otočne države jugoistočne Azije (Filipini i Indonezija), zemlje Srednje Amerike i Istočne Afrike čiji je teritorij također karakterističan. visokom seizmičkom i vulkanskom aktivnošću. Za ove zemlje, na njihovoj sadašnjoj razini razvoja i potreba, geotermalna energija daje značajan doprinos društveno-ekonomskom razvoju.

(Slijedi završetak.)