IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В связи с нарастающими в настоящее время темпами снижения мировых запасов основных энергоносителей во многих странах мира все более активно ведутся исследования по расширению использования альтернативных источников различных видов энергии. Одним из наиболее активно используемых возобновляемых источников энергии является геотермальная энергия.

Объем Земли составляет примерно 1085 млрд. куб.м, и весь он, за исключением тонкого слоя земной коры, имеет очень высокую температуру. Сколько тепла заключено внутри Земли – неизвестно, однако, если судить по извержениям лавы, а также по таким менее явным проявлениям, как термальные источники, гейзеры и фумаролы, его вполне достаточно, чтобы обеспечить большую часть человечества необходимой энергией [1].

Геотермальные ресурсы подразделяются на несколько групп [2]:

1) месторождения сухого пара - сравнительно легко разрабатываются, но встречаются редко;

2) месторождения влажного пара (смеси горячей воды и пара) – распространены в большей степени, но при их освоении возникают проблемы, связанные с коррозией и повышенным содержанием солей;

3) горячая вода – представляют собой так называемые геотермальные резервуары, которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой, используются главным образом для отопления в тепличном хозяйстве;

4) сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более) – их запасы энергии наиболее велики;

5) магма, представляющая собой нагретые до 1300°С расплавленные горные породы.

Кроме получения электроэнергии, использование термальных вод может быть направлено на [3]:

- кондиционирование воздуха, рыборазведение, производство ферментов (18 - 30°С);

- обогрев грунтов в сельском хозяйстве и горнодобывающей промышленности (30 - 40°С);

- горячее водоснабжение (40 - 70°С);

- отопление, выработку искусственного холода, мойку и сушку шерсти и других материалов (70 - 100°С);

- теплофикацию производственных процессов, получение тяжелой воды, выпаривание высококонцентрированных рассолов (более 100°С).

Геотермальные воды являются перспективным источником энергии, который можно использовать для теплоснабжения жилых домов и других зданий.

Ресурсы термальных вод используются для целей теплоснабжения более чем в 70 странах мира.

Россия также обладает колоссальными запасами термальных источников в Камчатской и Сахалинской областях, Западной Сибири и на Кавказе. Обширные территории в 600 тыс. км² с горячей подземной водой на глубине 2 км имеются на территории Ярославской, Ивановской, Костромской, Московской и др. областей.

Значительные запасы геотермальных вод и пароводяных смесей только в перспективных районах стран СНГ оцениваются в 25 млн м³/сут (воды) и 500 тыс. т/сут (пара) в том числе: Западная Сибирь 54 %, Кавказ 10 %, Средняя Азия и Казахстан 13 %, Восточная Сибирь и Дальний Восток 17 % и Предкавказье 6 %.

Эффективность геотермального теплообеспечения выражается коэффициентом использования тепла термальной воды, которая вместе с другими величинами учитывает степень относительного использования температурного перепада[4]:

, (1)

где Т₁ и Т₂ – расчетные температуры поступающей к потребителю

термальной воды и сбрасываемой воды, °С;

Т_т.в. – температура термальной воды на выходе из скважины, °С;

5°С – температура водопроводной воды в зимний период.

Следовательно, для повышения эффективности геотермального теплообеспечения необходимо увеличить начальную температуру воды Т₁ и уменьшить конечную Т₂.

Геотермальные воды в сельском хозяйстве получили широкое применение прежде всего для обогрева теплиц и почвы.

В качестве примера можно привести одно из хозяйств, в котором имеется более 700 тыс.м² теплиц, обогреваемых термальными водами.

Полезная площадь обогреваемого грунта, м², охваченная геотермальным теплоснабжением, определяется из выражения[4]:

, (2)

где - располагаемый расход термальной воды, т/ч;

- температура термальной воды, используемой в системах

отопления теплиц, °С;

- минимально допустимая по агротехническим требованиям

температура на выходе из грунтовой системы обогрева, °С;

- температура наружного воздуха, °С.

Одной из проблем геотермального теплоснабжения является отложение солей при использовании высокоминерализованных вод, что приводит к уменьшению живого сечения в скважинах и наземных коммуникациях, выводит из строя арматуру, сокращает межремонтный период, увеличивает расход труб и снижает эффективность процесса.

Для предотвращения отложения солей (в первую очередь карбоната кальция) в геотермальную воду вводят гексаметафосфат натрия в количестве 1-3 мг/л. Для предотвращения солеотложения используют также ультразвук [3].

Главным достоинством геотермальной энергии является ее практическая неичерпаемость и полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года. Температура в земле повышается на 1°С на каждые 33 м глубины, так как магма передает свое тепло горным породам (геотермическая ступень). Таким образом на глубине 3-4 км вода закипает, а на глубине 10-15 км может достигать 1000-1200°С [4].

По оценкам австралийских геологов, залегающие на глубине 4,5 км гранитные породы разогреваются до 270°С, и поэтому если на такую глубину через скважину закачать под большим давлением воду, то она, повсеместно проникая в трещины горячего гранита, будет их расширять, одновременно нагреваясь, а затем по другой пробуренной скважине будет подниматься на поверхность. После этого нагретую воду можно будет без особого труда собирать в теплообменнике, а полученную от нее энергию использовать для испарения другой жидкости с более низкой температурой кипения, пар которой, в свою очередь, и приведет в действие паровые турбины. Вода, отдавшая геотермальное тепло, вновь будет направлена через скважину на глубину, и цикл, таким образом, повторится (Рис.1) [5].

Рис. 1 Схема получения электроэнергии по технологии, предложенной австралийскими учеными

По предварительным расчетам подобная схема позволит получать электроэнергию мощностью до 1 ГВт при стоимости вдвое меньшей, чем при использовании ветрогенераторов, и 8-10 раз меньшей, чем при использовании гелиотехнологий.

Список использованной литературы

1. Берман Э. Геотермальная энергия. Перевод с английского под редакцией д-ра геол.-мин. наук Б. Ф. Маврицкого. М.: Мир,1978. 416 с

2. Абук Магомедов. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Махачкала: Издательско – полиграфическое объединение «Юпитер», г. Махачкала 1996. – 245с.

3. Альтернативные энергоносители / М.В. Голицын, А.М. Голицын, Н.В. Пронина; Отв. ред. Г.С. Голицын. – М.:Наука, 2004. – 159 с.

4. Нетрадиционные источники энергии [Текст]: учебное пособие / Ю.А.Лосюк, В.В.Кузьмич. – Мн.: УП «Технопринт», 2005. – 234 с.

5. Германович В., Турилин А. Альтернативные источники энергии и энергосбережения. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы. – СПб.: Наука и Техника, 2014. – 320 с.

Код для цитирования: Скопировать