Что такое геотермальная энергия?
Геотермальная энергия - это тепловая энергия (она же тепло), созданная глубоко под поверхностью Земли.
Температура земли увеличивается с глубиной. Это объясняется тем, что чем глубже от поверхности, тем ближе к ядру Земли. Это изменение температуры с глубиной описывается так называемым геотермальным градиентом - в большинстве регионов мира температура увеличивается примерно на 25° C на 1 километр глубины.
Ядро нашей планеты расположено примерно на 2 900 километров ниже поверхности, и преобладающая температура там превышает 5 000° C. Тепловая энергия от ядра постоянно излучается наружу, нагревая соседние породы или подземные водоемы. В результате образуется магма, которая иногда поднимается на поверхность в виде лавы в вулканических районах, а также нагретая подземная вода, которая поднимается на поверхность через гейзеры или горячие источники.
Хотя небольшая часть геотермальной энергии выходит на поверхность, значительное ее количество все еще находится глубоко под поверхностью, что не способствует ее использованию.
Геотермальная энергия классифицируется как возобновляемый источник энергии (ВИЭ), поскольку тепло в ядре нашей планеты создается непрерывно и постоянно возобновляется.
Сбор геотермальной энергии
Геотермальная энергия добывается из недр Земли путем бурения скважин, аналогичных нефтяным.
Можно также использовать тепло гейзеров и горячих источников, расположенных на поверхности или непосредственно под ней, но они встречаются в мире относительно редко. Поэтому в большинстве мест в мире для доступа к геотермальной энергии требуется глубокое бурение.
Где в мире используется геотермальная энергия?
Геотермальная энергия в основном используется в тех местах в мире, где к ней легко получить доступ. В основном это районы с вулканической активностью в виде вулканов, гейзеров или горячих источников. Таким образом, страны, в которых более 15% электроэнергии поступает из геотермальных источников, - это страны, в которых мы можем наблюдать вулканическую активность, а именно:
- Сальвадор
- Кения
- Филиппины
- Исландия
- Новая Зеландия
- Коста-Рика
Тип используемой геотермальной энергии зависит от ее доступности. В Исландии имеются обильные источники горячей воды, которые легко доступны, что позволяет обогревать даже городские тротуары. В других странах, напротив, для доступа к источнику тепла требуется бурение.
По состоянию на 2020 год 14 438 мегаватт геотермальной энергии произвели 94 949 ГВтч (гигаватт-часов) электроэнергии по всему миру. Эта цифра растет из года в год, поскольку сектор геотермальной энергетики продолжает расти по мере развития технологии.
Страной, лидирующей по производству геотермальной энергии, являются Соединенные Штаты, мощность которых составляет 3 889 МВт. Далее в рейтинге следует Индонезия, которая обладает самой большой мощностью геотермальной энергии в мире. Согласно оценкам, потенциал геотермальных источников в Индонезии составляет 29 000 мегаватт, из которых в настоящее время она использует только 2 000 мегаватт этой энергии.
Использование и эксплуатация геотермальной энергии
Геотермальная энергия доступна практически во всем мире и используется в основном двумя способами:
- Для отопления
- Для производства электроэнергии
Использование геотермальной энергии для производства тепловой энергии, например, для отопления домов, является гораздо более популярным вариантом. Более 80 стран используют его таким образом, в то время как гораздо меньше, около 30 стран, используют его для производства электроэнергии
Экономичность и эффективность геотермальной энергии зависит от температуры источника тепла - чем выше температура, тем выше эффективность и экономичность.
Использование глубокой геотермальной
Глубокие геотермальные скважины используются для производства электроэнергии и в геотермальных отопительных установках. Для производства электроэнергии требуется гораздо более высокая температура воды или пара, чтобы сделать его рентабельным, поэтому скважины бурятся на глубину в несколько километров.
После бурения скважины пар или горячая вода транспортируются на поверхность по трубопроводам - в зависимости от того, что является источником тепла, будь то подземный резервуар воды или концентрация пара.
Пар при очень высоких температурах направляется непосредственно на электростанцию. Проходя через станцию, она приводит в движение турбины, которые начинают вращаться, в результате чего вырабатывается электроэнергия. Использование пара для приведения в движение турбин - самый старый способ получения электроэнергии из геотермальной энергии.
Для воды этот процесс немного сложнее. Очень горячая вода (температура выше 182° C), находящаяся под землей, закачивается в резервуары, расположенные на поверхности. Разница в давлении и высокая температура воды приводят к тому, что вода мгновенно превращается в пар, который затем направляется на питание турбин.
Новейшие технологии позволяют использовать воду при гораздо более низкой температуре, вплоть до 57° C. Процесс производства электроэнергии в этом случае выглядит несколько иначе. Теплая вода, добываемая из недр земли, используется не для движения турбин, а для нагрева другой жидкости. Жидкость, температура кипения которой гораздо ниже, чем у воды, приводит к гораздо более быстрому образованию пара, который затем приводит в движение турбины. Эти типы двухфакторных геотермальных электростанций в настоящее время являются наиболее распространенным решением, выбираемым при строительстве новых геотермальных электростанций.
Использование неглубокой геотермальной
Неглубокая геотермальная зона достигает нескольких сотен метров под землей. В основном он используется для обогрева небольших объектов, таких как одноквартирные дома и общественные учреждения.
В зимний период даже на небольшой глубине (8-20 метров) температура грунта выше температуры воздуха.
Неглубокая геотермальная система использует тепловые насосы с наземными источниками, которые извлекают тепло с помощью труб, в которых течет поглощающая тепло жидкость из земли. Этим они отличаются от тепловых насосов с источником воздуха, которые втягивают холодный воздух и затем нагревают его, что требует больше электроэнергии.
Преимущества геотермальной энергии
Геотермальная энергия имеет множество преимуществ, среди которых:
- Геотермальная энергия классифицируется как возобновляемый источник энергии (ВИЭ). Тепло в ядре нашей планеты создается постоянно и будет продолжать создаваться в течение следующих миллионов лет, а возможно, и больше.
- Геотермальная электростанция может работать непрерывно, независимо от преобладающих погодных условий, времени суток или сезона. Он работает 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, что делает его таким же надежным, как электростанции, работающие на ископаемом топливе.
- Тепловую энергию можно легко использовать не только для отопления, но и для производства электроэнергии, что делает ее универсальным видом энергии.
- Геотермальная энергия может быть доступна практически в любой точке планеты. Если поверхностные формы геотермальной энергии (например, гейзеры) отсутствуют в конкретном месте, ее всегда можно найти под поверхностью.
- Количество тепловой энергии, которая образуется в недрах нашей планеты, огромно. По оценкам, мы используем лишь менее 7% мирового потенциала геотермальной энергии, что означает, что в будущем она все еще может обеспечить нас значительным количеством тепла и электричества.
Недостатки геотермальной энергии
Геотермальная энергия не идеальна и имеет свои недостатки:
- Несмотря на доступ к геотермальной энергии по всему миру, хорошие условия для ее использования есть только в определенных местах. Наиболее прибыльными являются районы, где геотермальный градиент более чем в 2 раза превышает средний.
- Хотя геотермальная энергия является низкоуглеродной, все же возможен выброс в атмосферу углекислого газа, сероводорода, метана - хотя это небольшой процент по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.
- Технология производства геотермальной энергии довольно дорогая, что делает высокой первоначальную стоимость электростанции и необходимой инфраструктуры.
- Возможное провоцирование сейсмической активности в регионе. Известен случай в Швейцарии, где после землетрясений было решено закрыть геотермальную электростанцию.
Хотя теоретически источник тепла глубоко под землей бесконечен, слишком быстрая и чрезмерная эксплуатация в одном месте может привести к медленному охлаждению источника.