Геотермальна енергія: плюси і мінуси. Геотермальні джерела енергії
Серед альтернативних джерел геотермальна енергія займає значне місце - її так чи інакше використовують приблизно у 80 країнах по всьому світу. У більшості випадків це відбувається на рівні будівництва теплиць, басейнів, застосування в якості лікарського засобу або опалення.
У кількох країнах - у тому числі США, Ісландії, Італії, Японії та інших - побудовані і працюють електростанції.
Геотермальна енергія в цілому підрозділяється на два різновиди - петротермальную і гідротермальних. Перший тип використовує як джерело гарячі гірські породи. Другий - підземні води.
Якщо звести всі дані за темою в одну діаграму, виявиться, що в 99% випадків використовується тепло порід, і тільки в 1% геотермальна енергія витягується з підземних вод.
Петротермальная енергетика
На даний момент у світі досить широко використовується тепло земних надр, причому переважно це енергія неглибоких свердловин - до 1 км. З метою забезпечення електрикою, теплом або ГВП встановлюються свердловинні теплообмінники, що працюють на рідинах з низькою температурою кипіння (наприклад, на фреоні).
Зараз використання свердловинного теплообмінника є найбільш раціональним способом видобутку тепла. Виглядає це так: теплоносій циркулює в замкнутому контурі. Нагріте піднімається по концентрично опущеною трубі, віддаючи своє тепло, після чого, охолоджений, за допомогою насоса подається в обсадних.
В основі використання енергії земних надр лежить природне явище - в міру наближення до ядра Землі зростає температура земної кори і мантії. На рівні 2-3 км від поверхні планети вона сягає більше 100 ° С, в середньому збільшуючись з кожним наступним кілометром на 20 ° С. На глибині 100 км температура досягає вже 1300-1500 ordm-С.
Гідротермальних енергетика
Вода, що циркулює на великих глибинах, нагрівається до значних величин. У сейсмічно активних районах вона піднімається на поверхню по тріщинах в земній корі, в спокійних же регіонах її можна вивести за допомогою свердловин.
Принцип дії той же: нагріта вода піднімається по свердловині вгору, віддає тепло, і повертається по другій трубі вниз. Цикл практично нескінченний і відновлюємо до тих пір, поки в земних надрах залишається тепло.
У деяких сейсмічно активних регіонах гарячі води лежать так близько до поверхні, що можна на власні очі спостерігати, як працює геотермальна енергія. Фото околиць вулкана Крафла (Ісландія) демонструє гейзери, які передають пар для діючої там ГеоТЕС.
Основні риси геотермальної енергетики
Увага до альтернативних джерел обумовлено тим, що запаси нафти і газу на планеті не нескінченні, і поступово вичерпуються. Крім того, вони є не скрізь, і багато країн залежать від поставок з інших регіонів. Серед інших важливих факторів - негативний вплив ядерної та паливної енергетики на середовище проживання людини і дику природу.
Велике достоїнство ГЕ - возобновляемость і універсальність: можливість використовувати для водо- і теплопостачання, або для вироблення електроенергії, або для всіх трьох цілей відразу.
Але головне - це геотермальна енергія, плюси і мінуси якої залежать не стільки від місцевості, скільки від гаманця замовника.
Переваги і недоліки ГЕ
У числі переваг цього виду енергії наступні:
- вона відновлювальна і практично невичерпна;
- незалежна від часу доби, сезону, погоди;
- універсальна - з її допомогою можна забезпечити водо- і теплопостачання, а також електрику;
- геотермальні джерела енергії не забруднюють навколишнє середовище;
- не викликають парникового ефекту;
- станції не займають багато місця.
Однак є й недоліки:
- геотермальна енергія не вважається повністю нешкідливою через викиди пари, у складі якого можуть бути сірководень, радон та інші шкідливі домішки;
- при використанні води з глибоких горизонтів стоїть питання її утилізації після використання - через хімічного складу таку воду потрібно зливати або назад у глибокі шари, або в океан;
- споруда станції щодо дорога - це здорожує і вартість енергії в підсумку.
Сфери застосування
На сьогоднішній день геотермальні ресурси використовуються в сільському господарстві, садівництві, аква- і термокультуре, промисловості, сфері житлово-комунальних господарств. У кількох країнах побудовані великі комплекси, що забезпечують населення електроенергією. Триває розробка нових систем.
Сільське господарство і садівництво
Найчастіше використання геотермальної енергії в сільському господарстві зводиться до обігріву та поливу оранжерей, теплиць, установок аква- і гідрокультури. Подібний підхід застосовується в декількох державах - Кенії, Ізраїлі, Мексиці, Греції, Гватемалі і Теда.
Підземні джерела застосовуються для поливу полів, обігріву грунту, підтримання постійної температури і вологості в оранжереї або теплиці.
Промисловість і ЖКГ
У листопаді 2014 року в Кенії почала працювати найбільша на той час геотермальна електростанція світу. Друга за розмірами знаходиться в Ісландії - це Хеллішейді, що бере тепло від джерел біля вулкана Хенгідль.
Інші країни, що використовують геотермальну енергію в промислових масштабах: США, Філіппіни, Росія, Японія, Коста-Ріка, Туреччина, Нова Зеландія і т. Д.
Відомі чотири основні схеми добування енергії на ГеоТЕС:
- пряма, коли пар направляється по трубах у турбіни, з'єднані з електрогенераторами;
- непряма, аналогічна попередній у всьому, за винятком того, що перед попаданням в труби пар очищається від газів;
- бінарна - в якості робочого тепла використовується не вода або пар, а інша рідина, що має низьку температуру кипіння;
- змішана - аналогічна прямий, але після конденсації тут видаляють з води не розчинилися гази.
У 2009 році група дослідників, яка шукала придатні до використання геотермальні ресурси, досягла розплавленої магми всього на глибині 2,1 км. Подібне потрапляння в магму - велика рідкість, це всього другий відомий випадок (попередній стався на Гаваях в 2007 році).
Хоча поєднана з магмою труба жодного разу не підключалася до знаходиться неподалік ГеоТЕС Крафла, вчені отримали вельми багатообіцяючі результати. До цих пір всі працюючі станції брали тепло опосередковано, із земних порід або з підземних вод.
Приватний сектор
Одна з найбільш перспективних сфер - приватний сектор, для якого геотермальна енергія - це реальна альтернатива автономного газового опалення. Найсерйозніша перешкода тут - при досить дешевою експлуатації висока початкова вартість обладнання, яка значно вища, ніж ціна установки «традиційного» опалення.
Свої розробки для приватного сектора пропонують компанії MuoviTech, Geodynamics Ltd, Vaillant, Viessmann, Nibe.
Країни, що використовують тепло планети
Безумовним лідером у використанні ГЕОРЕСУРС є США - в 2012 році виробіток енергії в цій країні досягла позначки 16.792 мільйона мегават-годин. У тому ж році, сумарна потужність всіх геотермальних станцій на території Штатів досягала 3386 МВт.
ГеоТЕС на території США розташовані в штатах Каліфорнія, Невада, Юта, Гаваї, Орегон, Айдахо, Нью-Мехіко, Аляска і Вайомінг. Найбільша група заводів носить назву «Гейзери» і розташована неподалік від Сан-Франциско.
Крім Сполучених Штатів, в першій десятці лідерів (станом на 2013 рік) також знаходяться Філіппіни, Індонезія, Італія, Нова Зеландія, Мексика, Ісландія, Японія, Кенія і Туреччина. При цьому в Ісландії геотермальні джерела енергії забезпечують 30% від всієї потреби країни, на Філіппінах - 27%, а в США - менше 1%.
Потенційні ресурси
Працюючі станції - тільки початок, галузь лише починає розвиватися. Дослідження в цьому напрямку йдуть постійно: більш ніж у 70 країнах ведеться розвідка потенційних родовищ, в 60 освоєно промислове використання ГЕ.
Перспективними виглядають сейсмічно активні райони (як це видно на прикладі Ісландії) - штат Каліфорнія в США, Нова Зеландія, Японія, країни Центральної Америки, Філіппіни, Ісландія, Коста-Ріка, Туреччина, Кенія. Ці країни мають потенційно вигідні не досліджені родовища.
У Росії це Ставропольський край і Дагестан, острів Сахалін і Курильські о-ва, Камчатка. У Білорусі певний потенціал є на півдні країни, охоплюючи міста Світлогорськ, Гомель, Річиця, Калинковичі та Жовтневий.
На Україні перспективними є Закарпатська, Миколаївська, Одеська та Херсонська області.
Досить перспективним є півострів Крим, тим більше що велика частина споживаної ним енергії імпортується ззовні.
