Geoterminen energia on energian suunta , joka perustuu maan sisätilojen lämpöenergian käyttöön sähköenergian tuottamiseen geotermisillä voimalaitoksilla tai suoraan lämmitykseen tai kuuman veden tuotantoon . Yleensä viittaa uusiutuvia energialähteitä käyttäviin vaihtoehtoisiin energialähteisiin .
Maan lämpövarastot ovat käytännössä ehtymättömät - kun vain Maan ydin jäähtyy ( vaippaa ja kuorta lukuun ottamatta), vapautuu 2 * 10 20 kWh energiaa 1 °C:ssa , mikä on 10 000 kertaa enemmän kuin sen sisällä on kaikista tutkituista fossiilisista polttoaineista ja miljoonia kertoja enemmän kuin ihmiskunnan vuotuinen energiankulutus. Tässä tapauksessa ydinlämpötila ylittää 6000 °C ja jäähtymisnopeudeksi arvioidaan 300–500 °C miljardia vuotta kohden.
Maan suolistosta sen pinnan läpi virtaava lämpövirta on 47 ± 2 TW lämpöä (400 tuhatta TWh vuodessa, mikä on 17 kertaa enemmän kuin koko maailman tuotanto ja vastaa 46 miljardin tonnin kivihiilen polttamista ). ja uraanin , toriumin ja kalium-40 :n radioaktiivisesta hajoamisesta johtuvan lämpöenergian Maapallolla arvioidaan olevan 33 ± 20 TW, eli jopa 70 % maapallon lämpöhäviöstä täydentyy [1] . Jo 1 %:n käyttö tästä kapasiteetista vastaa useita satoja tehokkaita voimalaitoksia. Lämpövuon tiheys on kuitenkin tässä tapauksessa alle 0,1 W/m 2 (tuhansia ja kymmeniä tuhansia kertoja pienempi kuin auringon säteilyn tiheys), mikä vaikeuttaa sen käyttöä.
Tulivuoren alueilla kiertävä vesi ylikuumenee kiehumispisteen yläpuolelle suhteellisen matalissa syvyyksissä ja nousee halkeamien kautta pintaan, joskus ilmentyen geysireinä . Pääsy maanalaiseen lämpimään veteen on mahdollista syväporauksen avulla . Tällaisia höyrytermejä enemmän on levinnyt kuivia korkean lämpötilan kiviä, joiden energiaa saadaan pumppaamalla ja sitten poistamalla niistä tulistettua vettä. Korkeat kalliohorisontit, joiden lämpötila on alle +100 °C , ovat yleisiä myös monilla geologisesti inaktiivisilla alueilla, joten lupaavin on geotermien käyttö lämmönlähteenä.
Geotermisten lähteiden taloudellinen käyttö on yleistä Islannissa ja Uudessa-Seelannissa , Italiassa ja Ranskassa , Liettuassa , Meksikossa , Nicaraguassa , Costa Ricassa , Filippiineillä , Indonesiassa , Kiinassa , Japanissa , Keniassa ja Tadzikistanissa .
Geoterminen energia on jaettu kahteen osa-alueeseen: petroterminen energia ja hydroterminen energia. Hydroterminen energia kuvataan alla [2] .
Jäähdytysnesteen poistomenetelmän mukaan: [3]
Käytettyjen resurssien tyypin mukaan: [4]
Useilla planeetan vulkaanisilla vyöhykkeillä , mukaan lukien Kamtšatka , Kuriilisaaret , Japani- ja Filippiinisaaret , Kordilleran ja Andien laajat alueet , on lupaavia tulistetun veden lähteitä .
Venäjä Vuonna 2006 Venäjällä tutkittiin
56 lämpövesiesiintymää, joiden veloitus ylitti 300 tuhatta m³/vrk. Teollista hyödyntämistä tapahtuu kahdellakymmenellä esiintymällä, muun muassa: Paratunskoje ( Kamchatka ), Tšerkesskoje ja Kazminskoje ( Karatšai-Tšerkessia ja Stavropolin alue ), Kizlyarskoje ja Makhatshkalinskoje ( Dagestan ), Mostovskoje ja Voznesenskoje ( Krasnodarin alue ).
Suuret maanalaiset lämpövesivarannot sijaitsevat Dagestanissa , Pohjois-Ossetiassa , Tšetšeniassa , Ingušiassa , Kabardino-Balkariassa , Transkaukasiassa , Stavropolin ja Krasnodarin alueilla, Kamtšatkassa ja useilla muilla Venäjän alueilla.
Geotermisen energian tärkein etu on sen käytännöllinen ehtymättömyys ja täydellinen riippumattomuus ympäristöolosuhteista, vuorokaudenajasta ja vuodesta. GeoTPP :n asennettu kapasiteetin käyttöaste voi nousta 80 %:iin, mikä ei ole saavutettavissa millään muulla vaihtoehtoisella energialla (paitsi biopolttoainepohjaisella TPP:llä ).
Lämpöenergian muuntamiseksi sähköenergiaksi jollain lämpökoneella (esim. höyryturbiinilla ) on välttämätöntä, että geotermisten vesien lämpötila on riittävän korkea, muuten lämpökoneen hyötysuhde on liian alhainen ( esimerkiksi veden lämpötilassa 40 °C ja ympäristön lämpötilassa 20 °C ihanteellisen lämpökoneen hyötysuhde on vain 6 % ja todellisten koneiden hyötysuhde on vielä pienempi, lisäksi osa energiasta käyttää laitoksen omiin tarpeisiin, esimerkiksi pumppujen toimintaan, jotka pumppaavat jäähdytysnestettä kaivosta ja pumppaavat käytetyn jäähdytysnesteen takaisin ). Sähkön tuottamiseen on suositeltavaa käyttää geotermistä vettä, jonka lämpötila on vähintään 150 °C. Myös lämmitykseen ja lämpimään käyttöveteen vaaditaan vähintään 50 °C lämpötila. Maan lämpötila kuitenkin kohoaa melko hitaasti syvyyden myötä, yleensä geoterminen gradientti on vain 30 ° C / 1 km, eli jopa kuuman veden syöttö vaatii yli kilometrin syvän kaivon ja useita kilometrejä sähkön tuottamiseen. Tällaisten syvien kaivojen poraus on kallista, lisäksi jäähdytysnesteen pumppaus niiden läpi vaatii myös energiaa, joten geotermisen energian käyttö ei ole suinkaan suositeltavaa kaikkialla. Lähes kaikki suuret GeoPP :t sijaitsevat lisääntyneen tulivuoren paikoissa - Kamtšatka , Islanti , Filippiinit , Kenia , geysirkentät Kaliforniassa jne., joissa geoterminen gradientti on paljon korkeampi ja geotermiset vedet ovat lähellä pintaa.
Jäähdytysnesteen ekologiaYksi maanalaisia lämpövesiä käytettäessä esiintyvistä ongelmista on uusiutuvan veden (yleensä tyhjentyneen) syöttökierron tarve maanalaiseen pohjavesikerrokseen , mikä vaatii energiankulutusta. Lämpövedet sisältävät suuria määriä erilaisten myrkyllisten metallien (esim. lyijy , sinkki , kadmium ), ei-metallien (esim. boori , arseeni ) suoloja ja kemiallisia yhdisteitä ( ammoniakki , fenolit ), mikä sulkee pois näiden vesien päästöt. pinnalla sijaitseviin luonnollisiin vesistöihin. Korkea suolapitoisuus edistää myös putkiston korroosiota ja suolakertymiä. Jäteveden ruiskuttaminen on myös välttämätöntä, jotta pohjavesikerroksen paine ei laske, mikä johtaa geotermisen aseman tuotannon vähenemiseen tai sen täydelliseen toimintakyvyttömyyteen.
Toisaalta geotermiset vedet sisältävät arvokkaita alkuaineita, kuten litiumia , ja niiden poistamiseksi on hankkeita [5] .
Suurin kiinnostus ovat korkean lämpötilan lämpövedet tai höyryn poistopisteet, joita voidaan käyttää sähköntuotantoon ja lämmöntuotantoon.
Provoking maanjäristyksetKairauksen ja kaivon infrastruktuurin taloudellinen kannattavuus tekee välttämättömäksi valita paikkoja, joissa on suuri geoterminen gradientti. [6] Tällaiset paikat sijaitsevat yleensä seismisesti aktiivisilla vyöhykkeillä. [6] Lisäksi GCC -aseman rakentamisen aikana suoritetaan kivien hydraulista stimulaatiota , mikä mahdollistaa jäähdytysnesteen lämmönsiirron lisäämisen kivien kanssa lisähalkeamien vuoksi. Vuoden 2017 Pohang-maanjäristystä koskevan tutkimuksen tulosten mukaan kuitenkin kävi ilmi, että edes säätö muiden seismografisten asemien mittauksia käyttäen ei riitä sulkemaan pois aiheutettuja maanjäristyksiä. [7] Geotermisen voimalan toiminnan aiheuttama [7] Pohangin maanjäristys tapahtui 15. marraskuuta 2017, voimakkuudeltaan 5,4 [8] , 135 ihmistä loukkaantui ja 1 700 jäi kodittomaksi. [6]
Maalämpövoimaloiden (GeoTPP) asennettu nettokapasiteetti vuoden 2018 lopussa on 13155 MW eli 0,2 % maailman voimalaitosten (jäljempänä maailmaan kuuluu 179 maata) asennetusta nettokapasiteetista [11] . Vuoteen 1990 verrattuna GeoTPP:iden asennetun kapasiteetin lisäys oli 7454 MW eli 56,7 % Samaan aikaan maailman voimalaitosten asennetun kapasiteetin rakenteessa GeoTPP:n osuus vuonna 2018 laski 0,1 % vuoteen 1990 verrattuna. . Maailman uusiutuvien energialähteiden rakenteessa GeoTPP:n osuus on vuoden 2018 lopussa 0,6 %. Vuosina 1990 ja 2018 GeoTPP:n bruttosähköntuotanto oli [12] 36,4 ja 87,9 miljardia kWh, eli 0,4 % ja 0,3 % maailmanlaajuisesta (179 maata) sähkön bruttotuotannosta vuosina 1990 ja 2018.
Geotermisten voimalaitosten asennettu nettokapasiteetti ja sähköntuotanto brutto maittain [13] [12] | ||||
Maa | Asennettu nettokapasiteetti, MW | Sähkön bruttotuotanto, milj. kWh | ||
1990 | 2018 | 1990 | 2018 | |
Itävalta | -- | yksi | -- | -- |
Chile | -- | 40 | -- | 214 |
Costa Rica | -- | 207 | -- | 969 |
Kroatia | -- | yksi | -- | 2 |
El Salvador | 95 | 204 | 419 | 1545 |
Etiopia | -- | 7 | -- | -- |
Ranska | -- | 16 | -- | 129 |
Saksa | -- | 36 | -- | 178 |
Kreikka | 2 | -- | -- | -- |
Guatemala | -- | 39 | -- | 250 |
Honduras | -- | 35 | -- | 297 |
Unkari | -- | 3 | -- | 12 |
Islanti | 46 | 756 | 300 | 6010 |
Indonesia | 140 | 1981 | 1125 | 12804 |
Italia | 496 | 767 | 3222 | 6105 |
Japani | 270 | 474 | 1741 | 2524 |
Kenia | 45 | 627 | 336 | 5128 |
Meksiko | 700 | 1010 | 5124 | 5283 |
Uusi Seelanti | 261 | 965 | 2131 | 7961 |
Nicaragua | 70 | 155 | 386 | 801 |
Papua-Uusi-Guinea | -- | 56 | -- | 425 |
Filippiinit | 888 | 1944 | 5466 | 10435 |
Portugali | yksi | 29 | neljä | 230 |
Venäjä | -- | 74 | -- | 426 |
Taiwan | -- | -- | 3 | -- |
Thaimaa | -- | -- | yksi | yksi |
Turkki | kahdeksantoista | 1283 | 80 | 7431 |
Yhdysvallat | 2669 | 2444 | 16012 | 18773 |
Maailma (179 maata) | 5701 | 13154 | 36350 | 87933 |
Suurin geotermisen sähkön tuottaja on Yhdysvallat, joka tuotti vuonna 2005 noin 16 miljardia kWh uusiutuvaa sähköä . Vuonna 2009 Yhdysvalloissa 77 geotermisen voimalaitoksen kokonaiskapasiteetti oli 3086 MW [14] . Vuoteen 2013 mennessä on tarkoitus rakentaa yli 4400 MW. [ päivitä tiedot ]
Tehokkain ja tunnetuin geotermisten voimalaitosten ryhmä sijaitsee Sonoman ja Laken piirikuntien rajalla , 116 km San Franciscosta pohjoiseen . Sitä kutsutaan nimellä "Geyser" ("Geyser") ja se koostuu 22 geotermisestä voimalaitoksesta, joiden asennettu kokonaiskapasiteetti on 1517 MW [15] . "Geyserit muodostavat nyt neljänneksen kaikesta Kaliforniassa tuotetusta vaihtoehtoisesta [ei-vesienergiasta" [16] . Muita tärkeimpiä teollisuusalueita ovat: Pohjoinen Salt Sea Keski- Kaliforniassa (asennettu kapasiteetti 570 MW) ja geotermiset voimalaitokset Nevadassa , joiden asennettu kapasiteetti on 235 MW.
Amerikkalaiset yritykset ovat maailman johtavia tällä alalla huolimatta siitä, että geoterminen energia alkoi kehittyä maassa aktiivisesti suhteellisen hiljattain. Kauppaministeriön mukaan geoterminen energia on yksi harvoista uusiutuvista energialähteistä, joiden vienti Yhdysvalloista on suurempi kuin niiden tuonti. Lisäksi teknologiaa viedään myös vientiin. 60 % [17] Geothermal Energy Associationin jäsenyrityksistä pyrkii tällä hetkellä harjoittamaan liiketoimintaa paitsi Yhdysvalloissa, myös ulkomailla ( Turkissa , Keniassa , Nicaraguassa , Uudessa-Seelannissa , Indonesiassa , Japanissa jne.).
Geoterminen energiateollisuus yhtenä maan vaihtoehtoisista energialähteistä on saanut valtion erityistukea.
Vuonna 2003 Filippiinien saarille asennettiin 1930 MW sähköä , Filippiineillä höyryhydrotermit tuottavat noin 27 % kaikesta maan sähköstä.
Maa oli vuonna 2003 kolmannella sijalla maalämpöenergian tuotannossa maailmassa 953 MW:n voimalaitoskapasiteetilla. Cerro Prieton tärkeimmällä geotermisellä vyöhykkeellä on asemia, joiden kokonaiskapasiteetti on 750 MW.
Italiassa oli vuonna 2003 toiminnassa voimalaitoksia, joiden kokonaiskapasiteetti oli 790 MW.
Islannissa on viisi yhteistuotantoa tuottavaa geotermistä voimalaitosta, joiden kokonaissähköteho on 570 MW (2008), jotka tuottavat 25 % maan sähköstä.
Yksi näistä asemista toimittaa tavaraa pääkaupunki Reykjavikille. Asema käyttää maanalaista vettä, ja ylimääräinen vesi johdetaan jättimäiseen altaaseen.
Vuonna 2000 käynnistettiin Icelandic Deep Drilling Project (IDDP) kehittääkseen teknologioita ylikriittisten hydrotermisten nesteiden energian hyödyntämiseen .
Vuonna 2005 Keniassa toimi kolme geotermistä voimalaitosta , joiden kokonaissähköteho on 160 MW, ja kapasiteettia suunnitellaan nostaa 576 MW:iin. Keniassa on tähän mennessä maailman tehokkain GeoPP, Olkaria IV .
Ensimmäistä kertaa maailmassa ei-vesihöyryjä käytettiin lämmönsiirtoaineena Paratunskajan geotermisessä voimalaitoksessa vuonna 1967. [kahdeksantoista]
Nykyään 40 % Kamtšatkan kulutetusta energiasta tuotetaan geotermisistä lähteistä [19] . Venäjän tiedeakatemian
Kaukoidän haaran vulkanologian instituutin mukaan Kamtšatkan geotermisten resurssien arvo on 5 000 MW. [20] Venäjän potentiaali on realisoitunut vain hieman yli 80 MW asennettua kapasiteettia ( 2009 ) ja noin 450 miljoonaa kWh vuosituotantoa (2009):
Stavropolin alueella , Kayasulinskoye -kentällä, kalliin kokeellisen Stavropolin GeoTPP:n rakentaminen, jonka kapasiteetti on 3 MW, on aloitettu ja keskeytetty.
Krasnodarin alueella hyödynnetään 12 geotermistä kenttää . [21]
Dagestanissa geotermistä vettä käytetään lämmitykseen ja kuuman veden toimittamiseen. Kolme suurinta geotermistä esiintymää - Makhatshkala-Ternairskoye, Kizlyarskoje ja Izberbashskoye - tuottavat yhteensä 4,4 miljoonaa tonnia kuumaa (55-105 °C) vettä vuodessa eli 148 miljoonaa kWh lämpöenergiaa. 70 % Kizlyarin kaupungin väestöstä saa lämmitystä ja kuumaa vettä geotermisistä lähteistä. Maalämpön tariffi eri kentillä vaihtelee 195-680 ruplaa 1000 kWh:lta [22] .
Japanissa on 20 geotermistä voimalaitosta, mutta maalämpö on vähäinen rooli maan energiasektorilla: vuonna 2013 tällä menetelmällä tuotettiin sähköä 2596 GWh, mikä on noin 0,25 % maan sähkön kokonaistarjonnasta.
alhainen lämpö | +40 °C asti |
Lämpö | +40 - +60 °C |
Korkea lämpö | +60 - +100 °C |
Ylikuumentunut | yli +100 °C |
erittäin tuoretta | 0,1 g/l asti |
mautonta | 0,1-1,0 g/l |
hieman murtovettä | 1,0-3,0 g/l |
voimakkaasti murtovettä | 3,0-10,0 g/l |
suolainen | 10,0-35,0 g/l |
suolavettä | yli 35,0 g/l |
hyvin pehmeä | jopa 1,2 mg-ekv/l |
pehmeä | 1,2–2,8 mg-ekv/l |
keskikokoinen | 2,8-5,7 mg-ekv/l |
kovaa | 5,7-11,7 mg-ekv/l |
hyvin vaikea | yli 11,7 mg-ekv/l |
voimakkaasti hapan | 3.5 asti |
hapan | 3,5-5,5 |
subahappo | 5,5-6,8 |
neutraali | 6,8-7,2 |
lievästi emäksinen | 7,2-8,5 |
emäksinen | yli 8.5 |
rikkivety | |
rikkivety-hiilidioksidi | |
hiilihappoa | |
typpi-hiilihappo | |
metaani | |
typpi-metaani | |
typpeä |
heikko | jopa 100 mg/l |
keskiverto | 100-1000 mg/l |
korkea | yli 1000 mg/l |
Tämän tyyppinen energia liittyy maan syviin lämpötiloihin, jotka alkavat nousta tietyltä tasolta. Sen keskimääräinen nousunopeus syvyyden myötä on noin 2,5 °C jokaista 100 m. 5 km:n syvyydessä lämpötila on noin 125 °C ja 10 km:n kohdalla noin 250 °C. Lämpöä tuotetaan poraamalla kaksi kaivoa, joista toiseen pumpataan vettä, joka kuumennettaessa tulee viereiseen kaivoon ja poistuu höyryn muodossa. Tämän energiateollisuuden ongelmana on nykyään sen kannattavuus . [2]
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
|
Energiaa | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
tuotteiden ja toimialojen mukaan | |||||||||||||||||||||||||||
Sähköteollisuus : sähkö |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lämmönsyöttö : lämpöenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
Polttoaineteollisuus : polttoaine _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
Lupaavaa energiaa : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portaali: Energia |
Toimialat | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|