Геотермальная энергия в 2021 году

Как она работает и что приносит

Посещая Исландию, многие путешественники очарованы гейзерами, текущими из-под земли под огромным давлением. В некоторых частях мира обычно выделяется тепловая энергия, исходящая из ядра Земли. Она проникает на поверхность через трещины, которые встречаются в вулканах, а также через гейзеры.

Самое крупное гидротермальное поле - гейзеры в долине Напа в Северной Калифорнии, недалеко от Сан-Франциско. Он был открыт в 1847 году.

Геотермальная энергия используется в качестве возобновляемого источника для производства тепла и электроэнергии на геотермальных электростанциях.

Как можно использовать геотермальную энергию?

Тепло от земли можно использовать в качестве источника энергии, и его можно найти во многих регионах мира, особенно на границах тектонических плит или в местах, где кора достаточно тонкая, чтобы пропускать тепло.

Наиболее распространенный способ получения энергии из геотермальных ресурсов - это использование естественных гидротермальных конвекционных систем, где более холодная вода просачивается в земную кору и нагревается в резервуаре.

Геотермальная энергия широко используется для отопления в Западной Европе. Жители Исландии используют его в домашнем хозяйстве, промышленности, сельском хозяйстве и многих других секторах. В аналогичной ситуации находятся Германия, Франция, Великобритания, Швейцария, а также США.

Существует несколько вариантов использования геотермальной энергии для производства электроэнергии. Принцип остается неизменным для каждого из них. Главное, предусмотреть путь, который будет приводить в движение турбину.

Один из способов получить пар из земли, который затем приводит в действие турбину. Другой метод предусматривает первоначальное использование горячей воды, которая затем превращается в пар, и только потом приводит в движение турбину.

Наконец, можно использовать горячую воду, которая нагревает другие вещества, для кипячения которых требуется более низкая температура. В частности, это, например, бутан, который затем переходит в газообразную форму и снова приводит в движение турбину.

Источники с низкой температурой в основном используются для отопления жилых домов, теплиц или промышленных зданий. В Исландии этот принцип используют с 1888 года. 

Для отопления обычно используют тепловой насос или геотермальные отопительные установки. Тепловой насос способен преобразовывать низкопотенциальное тепло в тепло, подходящее для отопления или горячего водоснабжения. В этом случае тепло берется из земли или геотермальной воды из скважин или природных источников.

Для производства электроэнергии можно использовать только высокотемпературные и среднетемпературные источники, так как они имеют температуру 150-200 градусов.

Из-за ограниченного количества условий, подходящих для производства электроэнергии с использованием гидротермальных систем, концепция производства электроэнергии из тепла сухих горных пород появилась в 1970-х годах (система Hot Dry Rock, HDR).

Такие электростанции основаны на использовании тепла, извлекаемого из горячих пород без достаточных запасов грунтовых вод, которые находятся на глубине, доступной для технологии бурения.

Система HFR (горяче-трещиноватая порода), или раскаленная порода, используется в местах, где этот тип породы возникает спонтанно. В основном это тектонические зоны. В большинстве случаев необходима дальнейшая обработка породы, которая проводится путем гидроразрыва пласта.

Для этого метода важно подробное обследование структуры подземных вод из-за наличия циркулирующих подземных вод и плохой управляемости потерь закачиваемой воды.

Технология ORC (принцип нагрева другого вещества водой) особенно подходит для использования источников энтальпии от средней до низкой. Это экономичное решение с выходной мощностью до 40 МВт на один генератор для источников с температурой воды от 100 ° C до 200 ° C или выше.

Горячий пар обычно получают из глубоких колодцев, где он черпает источники тепла из периода происхождения Земли. Кроме того, в активной зоне разлагаются радиоактивные элементы, побочным продуктом которых также является выделение тепла.

Бинарная геотермальная установка ORC с замкнутым контуром:

ORC очень эффективен для эксплуатации ресурсов с высокой долей пара в местах, где неудобно собирать и доставлять все геотермальные флюиды на централизованную станцию, но предпочтительно использовать модульные устьевые устройства. Существующие электростанции с однократным испарением могут быть улучшены путем добавления системы ORC к разделенному потоку рассола перед повторной закачкой.

Положительное и отрицательное влияние на окружающую среду и уровень жизни

Текущее использование в мире

Идеальная среда для геотермальных ресурсов - места, где расположены вулканы и гейзеры. Вот почему упоминается Исландия, но также очень хорошие условия для геотермальной энергетики есть в США, Индонезии и Турции.

Даже в Центральной Европе нет недостатка в таких местах, просто необходимо бурить на значительно большие глубины. Если в районе Исландии сталкиваются с высокими температурами до ста метров под землей, то в Европе необходимо бурить до нескольких тысяч метров. В Германии, например, завод работает по принципу ORC в регионе Нойштадт.

Яков Кузнецов