Наша планета — огромный источник тепла. Буквально у нас под ногами на глубине всего в несколько десятков километров залегает горячая магма, а еще ниже находится ядро. Их тепло используют для получения геотермальной энергии. Рассказываем, как люди ее добывают и где используют.
Принцип работы
Использовать тепловую энергию из недр Земли логично. Во-первых, она буквально находится у нас под ногами, во-вторых — это возобновляемый и чистый источник, который позволяет получать электроэнергию или тепло для обогрева напрямую практически без вреда для планеты.
В земных недрах, под корой, находится слой горячей магмы, а также нагреты до высокой температуры подземные воды и сухие теплые породы. В целом температура на глубине повышается на 20–30°C каждый километр. Однако в зонах вулканической и тектонической активности (на границах литосферных плит и разломах) температурный градиент может быть намного выше.
Геотермальная энергия формируется за счет остаточного тепла, оставшегося от процесса формирования планеты, а также радиогенного тепла, которое выделяется в мантии и более глубоких слоях при распаде радиоактивных изотопов урана, тория, калия и других элементов.
Главная задача — достать энергию из недр Земли, а это достаточно сложно. Вот как это происходит:
• Первый шаг — добыча тепла
В наиболее пригодной местности инженеры бурят несколько глубоких скважин, через которые можно извлечь нагретую в подземных резервуарах воду или горячий пар, температура которого может достигать более 300°C.
Другой вариант — в одну скважину с поверхности под давлением закачивается вода, под землей в процессе нагрева она превращается в пар, который выходит через вторую скважину.
• Второй шаг — преобразование в энергию
Добытый из скважин пар направляется в турбину, соединенную с генератором, что приводит в движение его лопасти. В результате выделяется электрический ток — его направляют в сеть.
Обычно описанный выше способ используют на специально построенных под эти нужды геотермальных электростанциях. Однако иногда добытое из-под земли тепло напрямую направляется для отопления зданий, минуя этап с генератором — в этот случае преобразовывать энергию не нужно.
Еще для использования геотермальной энергии Земли применяются тепловые насосы, состоящие из трубок, расположенных на глубине от 5 до 100 метров (ниже глубины промерзания), по которым движется специальный раствор, способный «собрать» низкопотенциальное тепло у земли и передать его для отопления в дома.
По сути такое приспособление — это холодильник наоборот. И если холодильная камера забирает тепло изнутри и выбрасывает его наружу, то геотермальный насос забирает тепло из грунта, затем с помощью хладагента усиливает его и отдает для отопления помещений.
Плюсы и минусы
Энергия недр земли относится к возобновляемым источникам, наравне с ветровой или солнечной энергетикой. При этом у нее есть как очевидные преимущества, так и заметные недостатки.
Преимущества:
• Тепло нашей планеты для человеческой цивилизации является практически неисчерпаемым ресурсом.
• В отличие от ветровой или солнечной энергетики, геотермальные источники не зависят от погодных условий и могут работать стабильно и без остановки.
• В процессе производства геотермальной энергии происходят минимальные выбросы углекислого газа в сравнении с ископаемым топливом. Поэтому ее можно назвать экологичной.
• После ввода в эксплуатацию геотермальной электростанции себестоимость такой энергии будет минимальна. Для ее производства нужна лишь вода, поэтому с экономической точки зрения сам процесс очень выгоден.
Среди недостатков в первую очередь выделяется географическая ограниченность — строить такие станции эффективно в сейсмически активных зонах, где сосредоточены высокотемпературные ресурсы. На нашей планете таких мест не так много, они находятся, например, на Камчатке, в Исландии, Японии, Новой Зеландии, США и в других регионах. Также к минусам можно отнести высокие первоначальные затраты, поскольку бурение глубоких многокилометровых скважин и возведение геотермальных станций — дорогой процесс. Кроме того, месторождения могут остыть, если не проводить обратную закачку и не соблюдать технологию добычи.
3 необычных проекта в геотермальной энергетике
• Самая горячая геотермальная скважина (США)
Американская компания Mazama Energy сообщила, что пробурила в штате Орегон «самую горячую геотермальную скважину в мире». Температура на ее дне составляет 331°C. Уточняется, что «одна эта площадка может производить 5 гигаватт энергии». Такого объема хватит, чтобы снабжать электричеством тысячи домохозяйств.
При этом в перспективе компания собирается пробурить подобную скважину в еще более горячей породе, где температура будет свыше 400°C. По прогнозам, в перспективе такие площадки смогут давать до 100 гигаватт энергии и тем самым покрывать значительную часть энергетических потребностей США, что позволит стране быстрее перейти на возобновляемые источники и уменьшить зависимость от ископаемого топлива.
• Энергия вулкана в Исландии
В Исландии в рамках проекта Krafla Magma Testbed планируется пробурить скважину в магматическую камеру вулкана Крафла. В отличие от обычных геотермальных электростанций, которые активно используются в стране, такой проект даст возможность добраться до источника гораздо более высокой температуры, что увеличит выработку энергии. Ученые считают, что одна такая скважина может заменить десятки обычных. Построить и запустить станцию инженеры собираются в 2027 г.
У проекта есть и другая цель — отслеживать активность вулкана, замеряя давление и температуру магмы с помощью специальных сенсоров. Это позволит ученым не только следить за его состоянием, но и проводить научные изыскания в этой области.
• Станция, работающая при низких температурах (Россия)
Инженеры Томского политехнического университета разработали опытный образец геотермальной тепловой станции, которая уже прошла первые испытания. В отличие от других подобных конструкций, которые способны работать только при температуре свыше 100°C, такая установка может использоваться при 60°C.
Результата удалось достичь благодаря применению цикла Ренкина — в этой реакции в качестве теплоносителя геотермального тепла используется не вода, а хладагент, который закипает при более низких температурах.
Если проект окажется успешным, это позволит расширить возможности строительства геотермальных электростанций в стране: их можно будет возводить не только в регионах с повышенной тектонической активностью, но и в местах, где она не наблюдается, например, в Сибири.
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Жалоба