Как Земля может служить источником неисчерпаемой энергии
Все городские жители привыкли к тому, что электричество и тепло в их дома поступают как-то сами собой. Плати за них каждый месяц и дома будет светло, тепло и вкусно пахнуть с кухни. Но задумывались ли вы когда-нибудь откуда вся эта энергия берется? В крупных городах, как правило, это гидроэлектростанции, теплоэлектростанции и атомные электростанции. Сегодня поговорим про немного специфический, но очень интересный способ добычи тепла и света непосредственно из темных недр нашей планеты. Сжигать ничего не придется.
Геотермальная электростанция
Прежде, чем говорить о производстве энергии, давайте представим себе отдаленное от крупных городов место. Не деревню, в которой живет 10 жителей в 15 покосившихся домах, а просто небольшой городок. Желательно, чтобы он находился рядом с вулканом. Если представили, то теперь надо понять, как доставить туда электричество и отопление.
Можно построить тепловую электростанцию и круглые сутки жечь природные ископаемые, которые стоят больших денег, портят окружающую среду и требуют как минимум хорошую дорогу для их доставки, а то и железнодорожную ветку.
Вторым вариантом будет дорогущая атомная станция, которая несет в себе вполне понятные риски и требует работы специалистов узкого профиля. Это тоже не самый хороший вариант для небольших городов. Но что тогда выбрать и как обеспечить людей бытовыми благами?
Что такое ГеоТЭС
Перед тем, как рассказать о самих электростанциях, стоит сказать, что такое вообще геотермальная энергия.
Геотермальная энергия — это энергия, получаемая из природного тепла Земли.
Для получения тепла из недр Земли требуется бурение скважин. При этом, чем глубже скважина, тем больше энергии можно получить. Геотермический градиент в скважине возрастает в среднем на 1 °C каждые 36 метров. Тепло доставляется на поверхность в виде пара или горячей воды, а использовать его можно как для производства электричества, так и для отопления. Благодаря тому, что терминальные регионы есть по всему миру, пользоваться таким способом получения энергии могут многие страны.
Наиболее удачными местами для размещения подобных электростанций являются стыки тектонических плит. Именно в этих зонах кора тоньше и тепло получить проще. Напомню, считается, что температура в центре Земли не ниже 6800 градусов. Чем ближе к центру, тем выше температура. Все логично.
Примерно по такой схеме работает геотермальная электростанция.
В простейшем примере ГеоТЭС работает путем получения водяного пара, который крутит турбину, вырабатывающую электричество, но из-за особенностей каждого конкретного варианта они делятся на несколько типов. Типы ГеоТЭС
Самый простой тип ГеоТЭС использует при работе так называемую прямую схему. При ней пар поднимается по трубам и сразу раскручивает турбину. При непрямой схеме перед тем, как попасть в трубы, пар очищается от газов, которые вызывают ускоренное разрушение металла. Если удаление газов производится после конденсации воды, схема считается смешанной. Но есть еще и бинарная схема, являющаяся самой технологичной.
Примером таких станций является геотермальная электростанция Ландау в Германии. Она использует термальную воду для доставки тепла из недр Земли, но дальше в дело включается другая жидкость с низкой температурой кипения. Она и раскручивает турбины. Как правило, для этого используется изопентан. Такой способ позволяет разместить электростанции в тех местах, где нет доступа к таким источникам тепла, которые способны непосредственно выдать пар для работы турбины. Для их работы достаточно воды с температурой не более 70 градусов. Первая геотермальная электростанция
Все мы привыкли к тому, что много лет назад энергия добывалась из природных ископаемых. Так оно и было, вот только еще до этого одними их первых электростанций были именно геотермальные. В целом это очень логично, так как техника работала на паровой тяге, и использовать именно пар было более правильным решением. Да и собственно единственным для того времени, не считая сжигания дерева и угля.
Еще в 1817 году граф Франсуа де Лардерель разработал технологию сбора природного пара, которая очень пригодилась в двадцатом веке, когда спрос на геотермальные электростанции стал очень высоким.
Первая реально работающая станция была построена в итальянском городе Лардерелло в 1904 году. Правда, она была больше прототипом, так как могла питать только 4 лампочки, но она работала. Спустя шесть лет в 1910 году в этом же городе была построена реально работающая станция, которая могла добывать энергию, достаточную для промышленного использования.
Даже в таких живописных местах могут быть ГеоТЭС.
Экспериментальные генераторы строились во многих местах, но именно Италия до 1958 года удерживала лидерство и была единственным в мире производителем геотермальной энергии в промышленных масштабах.
Уступить лидерство пришлось после того, как в Новой Зеландии запустили в эксплуатацию электростанцию Вайракей. Она была первой геотермальной электростанцией непрямого типа. Через несколько лет подобные объекты открылись и в других странах, включая США с ее источниками в Калифорнии.
Первая геоТЭС непрямого типа была построена в СССР в 1967 году. В это время такой способ получения энергии начал активно развиваться по всему миру. Особенно в таких местах, как Аляска, Филиппины и Индонезия, которые до сих пор являются одними из лидеров по добываемой таким способом энергии. КПД геотермальной электростанции
На самом деле, нельзя сказать, что геоТЭС очень эффективны, так как их КПД составляет всего 7-10 процентов. Это очень мало в сравнении с объектами, на которых энергия извлекается из сгорающего топлива. Именно поэтому нельзя просто выкопать яму, засунуть в нее трубу и пойти отдыхать. Система должна быть высокоэффективной и использовать несколько циклов для большей производительности, иначе полученной энергии не хватит даже на работу насосов, используемых для доставки жидкости на поверхность.
Ключевым фактором успеха геотермальных электростанций, в сравнении с ветряными и солнечными, является их постоянство. Они способны работать 24/7 с одинаковой интенсивностью, затрачивая на работу меньше энергии, чем производится на выходе. Дополнительным плюсом является возможность получения тепла, используемого для отопления домов и объектов в ближайшей зоне. И для всего этого не надо сжигать дорогое топливо. Перспективы геоТЭС
Спустя более чем сто лет с момента первой демонстрации возможностей использования геотермальной энергии, станции, работающие на этом “топливе”, являются перспективными и незаменимыми для некоторых регионов. В России, например, почти все станции находятся на Камчатке. В США речь идет о Калифорнии, а в Германии о некоторых Альпийских районах.
Страны лидеры по производству энергии из геотермальных источников.
Пятерка лидеров по объему производимой ГеоТЭС энергии включает в себя США, Индонезию, Филиппины, Италию и Новую Зеландию. Несложно заметить, что это страны с совершенно разным уровнем развития. Получается, что геотермальная энергии доступна всем и все в ней заинтересованы. По мере развития технологий, увеличения КПД станций и уменьшения запасов невозобновляемых источников энергии, геотермальная энергия будет становиться все более востребованной.
