Suunnittelijan muistiinpanoja. Vihreä BIM, CFD.

Nykyaikainen tekniikan suunnittelu ja rakennusten rakentaminen

Maaperän lämpötilan laskeminen tietyllä syvyydellä

Usein suunniteltaessa "Energiatehokkuus" -osuutta lämpötilakenttien mallintamiseen ja muihin laskelmiin on tarpeen tietää maaperän lämpötila tietyssä syvyydessä.

Maaperän lämpötila syvyyksessä mitataan pakokaasu-syvyyslämpömittareilla. Nämä ovat suunniteltuja tutkimuksia, joita säätieteelliset asemat säännöllisesti suorittavat. Tutkimustiedot muodostavat perustan ilmastolle ja sääntelyasiakirjoille.

Voit saada maaperän lämpötilan tietyllä syvyydellä kokeilla esimerkiksi kahta yksinkertaista tapaa. Molemmilla tavoilla on käytettävä viitteitä:

  1. Lämpötilan likimääräinen määritys mahdollistaa asiakirjan CPI-22 käytön. "Rautatieputkistojen siirtyminen." Tässä kuvataan putkilinjan lämpökäsittelytekniikan menetelmän puitteissa taulukko 1, jossa tietyille ilmastollisille alueille annetaan maaperän lämpötila-arvot riippuen mittauksen syvyydestä. Tämä taulukko annan alla.
  1. Taulukko maaperän lämpötiloista eri syvyyksistä lähteestä "avustamaan kaasuteollisuuden työntekijää" Neuvostoliiton aikaan

Normaali jäätymissyvyys joillekin kaupungeille:

Maaperän jäädytyksen syvyys riippuu maaperätyypistä:

Voit varmasti yrittää laskea maan lämpötila esimerkiksi S.N. Shorin "Heat Transfer" M.1952: n kirjassa kuvatun menetelmän mukaisesti. S.115. Tällainen laskelma on kuitenkin hyvin monimutkainen eikä aina perusteltu.

Mielestäni helpoin vaihtoehto on käyttää edellä mainittuja viitetietoja ja interpoloida.

Luotettavin vaihtoehto maadoituslämpötilojen tarkalle laskemiselle on käyttää meteorologisten palveluiden tietoja. Jotkut online-hakemistot toimivat meteorologisten palveluiden perusteella. Esimerkiksi, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Riittää valita ratkaisu, maaperä ja saat maaperän lämpötilakartan tai sen tiedot taulukkomuodossa. Periaatteessa se on kätevää, mutta näyttää siltä, ​​että tämä resurssi maksetaan.

Jos tiedät enemmän tapoja määrittää maan lämpötila tietyllä syvyydellä, kirjoita kommentteja.

Maaenergia kotilämmitykseen

Olemme jo koskettaneet aiheen lämmittämään taloa ilmaiseksi puun kanssa, se oli kiistanalainen tekniikka lämmittää talo maapallon energiaksi (geoterminen lämmitys).

Noin 15 metrin syvyydessä maapallon lämpötila on noin 10 astetta. Joka 33 metriä lämpötila nousee yhdellä asteella. Tämän seurauksena talon lämmittämiseksi ilmaiseksi, noin 100 m2, riittää poraa noin 600 metriä ja saada lämpöä 22 astetta koko elämän ajan!

Teoreettisesti maan lämmönlähteistä vapaan lämmityksen järjestelmä on melko yksinkertainen. Kylmää vettä pumpataan kaivoon, joka lämmittää jopa 22 astetta ja fysiikan lakien mukaan pienellä pumpulla (400-600 W) nousee eristettyjen putkien läpi taloon.

Haitat maan energian käyttämisestä yksityisen talon lämmitykseen:

- Tarkastellaan tarkemmin tällaisen lämmitysjärjestelmän aiheuttamia rahoituskustannuksia. Keskimäärin 1 m: n porauskaivon hinta on noin 3 000 ruplaa. 600 metrin syvyys maksaa 1 800 000 ruplaa. Ja tämä on vain poraus! Ilman asennuslaitetta injektiota ja jäähdytysnesteen nostamista.

- Venäjän eri alueilla on omat maaperän ominaisuudet. Joissakin paikoissa poraa hyvin 50 metriä ei ole helppo tehtävä. Vahvistettua koteloa, akselivahvistusta jne. Tarvitaan.

- Kaivosakselin eristys tällaisessa syvyydessä on lähes mahdotonta. Tästä seuraa, että vesi ei nouse lämpötilassa 22 astetta.

- Kaivon poraamiseksi 600 metrillä vaaditaan lupa;

- Oletetaan, että talouteen tulee 22 asteen lämmitetty vesi. Kysymys on, miten "poistaa" kaikilta energioilta maanpäälliltä? Suurin mahdollinen, kun kulkee putkien läpi lämpimässä talossa pudota 15 asteeseen. Tarvitset siis voimakkaan pumpun, joka ajaa vettä kymmenkertaiseksi 600 metrin syvyydestä saadakseen ainakin jonkin verran vaikutusta. Täällä säästymme verrattomana säästämällä energiankulutusta.

Noin 15 metrin syvyydessä maapallon lämpötila on noin 10 astetta

Se on looginen johtopäätös, että vain kaukana huono henkilö, joka ei tarvitse säästämistä lämmitykseen, voi varautua talon lämmitykseen maapallon energian kanssa, joka on kaukana vapaana. Tietenkin, voidaan sanoa, että tämä tekniikka palvelee satoja vuosia sekä lapsille että lastenlapsille, mutta kaikki tämä on fantasiaa.

Idealisti sanoo, että talo rakennetaan vuosisatojen ajan ja realisti luottaa aina investointikomponenttiin - rakennan itselleni, mutta milloin tahansa minä myydään. Ei se, että lapset sidotaan tähän taloon ja eivät halua myydä sitä.

Maapallon energia kotilämmitykselle on tehokasta seuraavilla alueilla:

Kaukasuksella on olemassa aktiivisia esimerkkejä kaivoista, joissa on kivennäisvettä, joka tulee itsestään ulos virtaavasta lämpötilasta 45 astetta, ottaen huomioon syvyys noin 90 astetta.

Kamchatassa geotermisten lähteiden käyttö noin 100 asteen ulostulolämpötilassa on optimaalisin tapa käyttää maapallon energiaa talon lämmittämiseen.

Teknologia kehittyy äärettömän nopeasti. Klassisten lämmitysjärjestelmien tehokkuus kasvaa silmiemme edessä. Epäilemättä kodin lämmitys maa-energian kanssa tulee olemaan halvempi.

Maaperän lämpötila eri syvyyksissä

Kirill Degtyarev, tutkija, Moskovan valtionyliopisto. M. V. Lomonosov.

Maassamme, jossa on runsaasti hiilivetyjä, geoterminen energia on eräänlainen eksoottinen voimavara, joka nykyisen tilanteen vuoksi ei todennäköisesti kilpailla öljyn ja kaasun kanssa.

Maassamme, jossa on runsaasti hiilivetyjä, geoterminen energia on eräänlainen eksoottinen voimavara, joka nykyisen tilanteen vuoksi ei todennäköisesti kilpailla öljyn ja kaasun kanssa. Kuitenkin tätä vaihtoehtoista energiamuotoa voidaan käyttää lähes kaikkialla ja melko tehokkaasti.

Geoterminen energia on maan sisätilojen lämpöä. Se tuotetaan syvyyksissä ja tulee maan pinnalle eri muodoissa ja eri intensiteettien kanssa.

Maaperän ylemmän kerroksen lämpötila riippuu lähinnä ulkoisista (eksogeenisistä) tekijöistä - auringonvalosta ja ilman lämpötilasta. Kesällä ja iltapäivällä maa lämmittää tiettyihin syvyyksiin, ja talvella ja yöllä se jäähtyy ilman lämpötilan muutoksen jälkeen ja jonkin verran myöhässä, mikä kasvaa syvyydellä. Päivittäisten heilahtelujen vaikutus ilman lämpötilaan päättyy syvyydestä muutamasta kymmeneen senttimetriin. Kausivaihtelut saavat syvemmän maakerroksen - jopa kymmeniin metreihin.

Tietyllä syvyydellä - kymmeniä satoja metrejä kohden - maaperän lämpötila pysyy vakiona, mikä vastaa maapallon keskimääräistä vuotuista ilman lämpötilaa. On helppoa olla vakuuttunut siitä, laskeutuen riittävän syvälle luolaan.

Kun alueen keskimääräinen vuotuinen lämpötila on alle nollan, se ilmenee jatkuvana (tarkemmin, monivuotisena) permafrostina. Itä-Siperian paksuus, eli paksuus, ympäri vuoden jäätynyt maaperä saavuttaa paikoissa 200-300 metriä.

Tietystä syvyydestä (joka on sen jokaiselle kartan kohdalle), Auringon toiminta ja ilmapiiri heikkenevät siinä määrin, että endogeeniset (sisäiset) tekijät ottavat ensimmäisen sijan ja maapallon sisätilat lämpenevät sisäpuolelta niin, että lämpötila alkaa lisääntyä syvyydellä.

Maapallon syvien kerrosten lämpeneminen liittyy lähinnä siellä sijaitseviin radioaktiivisiin elementteihin, vaikka muita lämmönlähteitä mainitaan myös esimerkiksi fysikaalis-kemiallisissa, tektonisissa prosesseissa maankuoren ja vaipan syvissä kerroksissa. Mutta mistä syystä kivien lämpötila ja siihen liittyvät nestemäiset ja kaasumaiset aineet lisääntyvät syvyydellä. Tämä ilmiö on kaivostyöläisten edessä - se on aina kuuma syvässä kaivoksessa. 1 km: n syvyydessä 30 asteen lämpö on normaalia ja syvempi lämpötila on vieläkin korkeampi.

Maapallon maapallon maapallon lämpeneminen on pieni - keskimäärin sen teho on 0,03-0,05 W / m 2,
tai noin 350 Wh / m 2 vuodessa. Auringon lämpövirran ja sen lämmittämän ilman takia tämä on huomaamaton arvo: Aurinko antaa jokaiselle neliömetrille maapallon pinnalle noin 4000 kWh vuodessa, eli 10 000 kertaa enemmän (tietenkin tämä on keskimäärin, ja valtainen leviäminen polaaristen ja ekvatoriaalisten leveyspiirien välillä ja riippuen muista ilmastollisista ja sääolosuhteista).

Lämpövirran vähäisyys maapohjasta pintaan useimmilla maapallolla liittyy kallioiden ja geologisten ominaisuuksien matalaan lämmönjohtavuuteen. Mutta on poikkeuksia - paikkoja, joissa lämmön virtaus on korkea. Ensinnäkin nämä ovat tektonisten vikojen vyöhykkeitä, lisääntynyttä seismistä toimintaa ja vulkanismia, missä maan pohjaveden energia päätyy ulos. Tällaisille vyöhykkeille on tunnusomaista litosfäärin lämpöhäiriöt, tässä Maan pinnalle ulottuva lämpöjohto voi olla useita kertoja ja jopa suuruusluokkia tehokkaampi kuin "tavallinen". Näissä vyöhykkeissä pintaan on valtava määrä lämpöä, joita tehdään tulivuorenpurkauksilla ja kuumavesilähteillä.

Nämä alueet ovat edullisimpia geotermisen energian kehittämiselle. Venäjän alueella on ennen kaikkea Kamchatka, Kurilsaaret ja Kaukasus.

Samalla geotermisen energian kehittäminen on mahdollista lähes kaikkialla, sillä lämpötilan nousu syvyydellä on yleismaailmallinen ilmiö, ja tehtävänä on "lämmittää" lämpö syvyyksistä, samoin kuin mineraaliraaka-aineet uutetaan sieltä.

Keskimäärin lämpötila nousee syvyysnopeudella 2,5-3 ° C: lla 100 metriä kohti. Eri syvyyksissä olevien kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde niiden syvyyden erotukseen kutsutaan geotermiseksi gradientiksi.

Vastavuoroinen on geoterminen vaihe tai syvyysväli, jonka lämpötila nousee 1 o C.

Mitä korkeampi kaltevuus ja vastaavasti pienempi taso, sitä lähempänä maapallon syvyyden lämpöä lähestyy pintaan ja lupaavampi alue on geotermisen energian kehittämiseen.

Eri alueilla geologisen rakenteen ja muiden alueellisten ja paikallisten olosuhteiden mukaan lämpötilan nousu syvyydellä voi vaihdella dramaattisesti. Maapallon mittakaavassa geotermisten gradienttien ja askelmien suuruudet vaihtelevat 25 kertaa. Esimerkiksi Oregonin osavaltiossa (USA) gradientti on 150 o C / 1 km ja Etelä-Afrikka - 6 o C / 1 km.

Kysymys on, mikä on lämpötila suurilla syvyillä - 5, 10 km ja enemmän? Jos suuntaus säilyy, lämpötilan 10 km syvyydessä tulisi olla keskimäärin noin 250-300 ° C. Tämä on enemmän tai vähemmän vahvistettu suorilla havainnoilla erittäin syvissä kuopissa, vaikka kuva on paljon monimutkaisempi kuin lineaarinen lämpötilan nousu.

Esimerkiksi, Kuolan ultradeep porareikään proburonnoy Baltian kiteisen kilpi lämpötila syvyys 3 km, vaihtelee nopeudella 10 ° C / 1 km ja lisää tulee geotermisiä 2-2,5 kertaa suurempi. 7 km syvyyteen lämpötila on jo 120 ° C, 10 km - 180 o C ja 12 km - 220 o C.

Toinen esimerkki on pohjoisen kaskopian laidassa, jossa 500 m: n syvyyslämpötila on 42 ° C, 1,5 km - 70 ° C, 2 km - 80 ° C, 3 km - 108 ° C

Oletetaan, että geotermisiä laskiessa syvyys 20-30 km: n syvyydellä 100 km oletetun lämpötilassa noin 1300-1500 ° C, syvyydessä 400 km - 1 600 ° C (syvyys on yli 6000 km) ytimessä - 4000-5000 o S.

10-12 km: n syvyyksissä lämpötila mitataan porakaivojen avulla; jos ne eivät ole, se määritetään epäsuorilla merkinnöillä ja syvyyksillä. Tällaiset epäsuorat merkit voivat olla seismisten aaltojen läpikulku tai kaatavan laavan lämpötila.

Geotermisen energian osalta tietoja yli 10 kilometrin syvyydestä ei vielä ole käytännöllistä.

Useiden kilometrien syvyydessä on paljon lämpöä, mutta miten sitä nostaa? Joskus tämä ongelma on ratkaistu meille luonnosta itsestämme luonnollisen jäähdytysnesteen avulla - lämmitetyt lämpövedet, jotka tulevat pinnalle tai esiintyvät syvyydessä, jotka ovat meille saatavilla. Joissakin tapauksissa syvyyksissä oleva vesi kuumenee höyryn tilaan.

Termi "lämpövedet" ei ole tarkka määritelmä. Yleensä ne tarkoittavat kuumia maanalaisia ​​vesiä nestemäisessä tilassa tai höyryn muodossa, mukaan lukien maapallon pinnalla olevat, yli 20 ° C: n lämpötilassa, joka on yleensä korkeampi kuin ilman lämpötila.

Pohjaveden, höyryn, höyryn ja veden seosten lämpö on hydrotermistä energiaa. Näin ollen sen käyttöön perustuvaa energiaa kutsutaan hydrotermiseksi.

Tilanne on vaikeampi kuumentamalla lämpöä suoraan kuivilta kiviltä - petroterminaalista energiaa, varsinkin kun suhteellisen korkeat lämpötilat alkavat usein useita kilometrejä syvyyksistä.

Venäjän alueella petrotalermisen energian potentiaali on sata kertaa suurempi kuin hydrotermisen energian - 3500 ja 35 biljoonaa tonnia tavallista polttoainetta. Tämä on varsin luonnollista - Maan syvyyden lämpöä on kaikkialla, ja lämpimät vedet havaitaan paikallisesti. Ilmeisistä teknisistä vaikeuksista johtuen kuitenkin lämpöä käytetään lämmön ja sähkön tuottamiseen.

Vedet, joiden lämpötila vaihtelee välillä 20-30 ja 100 o C, soveltuvat lämmitykseen, lämpötiloissa, jotka vaihtelevat välillä 150 o C: sta ja sähkön tuottamiseen geotermisissä voimalaitoksissa.

Yleensä geotermiset resurssit Venäjällä tonnia polttoaineen tai muun energian mittayksikön osalta ovat noin 10 kertaa korkeammat kuin fossiilisten polttoaineiden varastot.

Teoreettisesti vain geoterminen energia voisi täysin täyttää maan energian tarpeet. Käytännössä tällä hetkellä suurimmassa osassa sen aluetta ei ole mahdollista teknisistä ja taloudellisista syistä.

Maailmanlaajuisesti geotermisen energian käyttö liittyy useimmiten Islantiin, joka sijaitsee Mid-Atlantic Ridgein pohjoispäässä, poikkeuksellisen aktiivisessa tektonisessa ja tulivuoren alueella. Todennäköisesti jokainen muistaa Eyjafjallajökullin tulivuoren voimakas purkaus vuonna 2010.

Tämän geologisen erityispiirteen ansiosta Islannilla on valtavia geotermisen energian varantoja, mukaan lukien kuumia lähteitä, jotka tulevat maan pinnalle ja jopa ylensivät geysirien muodossa.

Islannissa tällä hetkellä yli 60% kaikista energiankulutuksesta on otettu maapallolta. Sisältää geotermisten lähteiden kustannuksella 90 prosenttia lämmityksestä ja 30 prosenttia sähköntuotannosta. Lisäsimme, että maan muuhun sähköön tuotetaan vesivoimaloissa, toisin sanoen myös uusiutuvista energialähteistä, minkä ansiosta Islanti näyttää olevan eräänlainen maailmanlaajuinen ympäristöstandardi.

Geotermisen energian "taming" kahdellatoista vuosisadalla auttoi huomattavasti Islantia taloudellisesti. Viime vuosisadan puoliväliin asti se oli erittäin köyhä maa, joka on tällä hetkellä maailman ensimmäinen asennettu kapasiteettia ja geotermisen energian tuotantoa asukasta kohden, ja se on kymmenen parasta geotermisten voimaloiden asennetun kapasiteetin absoluuttista arvoa. Sen väkiluku on kuitenkin vain 300 tuhatta ihmistä, mikä helpottaa ympäristöystävällisten energialähteiden vaihtamista: sen tarpeet ovat yleensä pieniä.

Lukuun Islannista, suuri osuus maalämmön yleistä tasapainoa sähköntuotannon annetaan Uudessa-Seelannissa ja saarivaltiot Kaakkois-Aasiassa (Filippiinit ja Indonesia), Keski-Amerikassa ja Itä-Afrikka, alueella, joka on myös ominaista suuri seisminen ja vulkaanista toimintaa. Näille maille niiden nykyinen kehitystaso ja tarpeet huomioon ottaen geoterminen energia edistää huomattavasti sosioekonomista kehitystä.

Maaperän lämpötila syvyydessä

Maaperän lämpötila syvyydessä riippuu voimakkaasti kausilämpötilan muutoksista, ja tämä vaikutus vaikuttaa vain 5-30 m: n syvyyteen leveysasteesta riippuen.

Maaperän lämpötilan riippuvuus kaudesta

Maaperän lämpötilan muutokset tietyllä syvyydellä vaikuttavat pääasiassa ilman lämpötilan kausiluonteiseen muutokseen.

Indeksin vaihtelut kullekin vyöhykkeelle, kaupunkiin ja vuosittain riippuvat siitä kuinka kuuma kesä oli. Esimerkiksi:

  • Taškentissa keskimääräinen kesälämpötila 40 cm: n syvyydessä +31, 80 cm +29, 160 cm +25 astetta; talvella +2, +4,5, +9 (keskimääräinen ilman lämpötila heinäkuussa +28, tammikuussa +2 astetta);
  • Jekaterinburgissa lämpötila on jo täysin erilainen: kesällä +19, +16, +13; talvella -11,5, -9, -4 (ilma: +19 ja -16 astetta).

Maaperän lämpötilan taulukko 40, 80, 160 cm syvyydessä joissakin IVY-maiden kaupungeissa on osoitteessa e-boiler.ru.

Tietyllä syvyydellä kausivaihtelut tasoittuvat, maaperän lämpötila pysyy vakiona. Lähempänä napoja, tämä kerros, jossa vakiolämpötila on syvyyteen 20-30 m, tropiikissa - 5-10 m.

Alla, radiogeeniset lämpövuovat alkavat vaikuttaa, ts. radioaktiivisten elementtien hajoamisen aiheuttama subsoililämpö. Keskimäärin lämpötila lähemmäksi maapallon keskustaa nousee 10 ° C: n välein 33 metrin välein.

Taulukko maaperän lämpötilan muutoksesta 9 metrin syvyydessä neljän ilmastoalueen osalta

Venäjän ilmastoalueet I - III pohjoisesta etelään: I - jopa 700 pohjoiseen; II - jopa 600 III - jopa 450. IV - Transkaukasia, Crimea, Keski-Aasia.

Muiden indikaattorien vaikutus

Lämpötilan ja kylmyyden kausivaihteluiden lisäksi lumipeitteen, pohjaveden, kosteuden ja maaperän tyypin, samentumisen ja muiden olosuhteiden vaikutukset vaikuttavat maaperän lämpötilaan syvyydessä, mutta riippuvuutta näistä indikaattoreista on vaikea laskea.

Lämpövoimaloiden geotermiset lämpöpumppujärjestelmät ja niiden käytön tehokkuus Venäjän ilmastollisissa olosuhteissa

G.P. Vasilyev, tieteellinen neuvonantaja, INSOLAR-INVEST OJSC

Toisin kuin "suora" high-end käyttö geoterminen lämpö (hydroterminen resurssit) käyttää maanpinnan kerrokset maan lämmönlähteenä on vähäinen geotermisen lämpöpumpun lämmitysjärjestelmät (gtst) voi käytännöllisesti katsoen kaikkialla. Nykyään maailmassa se on yksi dynaamisesti kehittyvistä alueista epätyypillisten uusiutuvien energialähteiden käyttöön.

Maapallon pintakerrosten maaperä on todellakin rajoittamattoman voiman lämpöakku. Maaperän lämpöjärjestelmä muodostuu kahden päätekijän vaikutuksesta: auringon säteily putoaa pinnalle ja säteilykuumennuksen virtaus maan sisäosasta. Auringon säteilyn voimakkuuden ja ulkolämpötilan kausiluonteiset ja päiväkohtaiset muutokset aiheuttavat maaperän ylemmän kerroksen lämpötilan vaihtelua. Ulkolämpötilan päivittäisten vaihteluiden tunkeutumisen syvyys ja auringon säteilyn voimakkuus tietystä maaperästä ja ilmasto-olosuhteista riippuen vaihtelee muutamasta kymmeniä senttiä puolentoista metriin. Ulkolämpötilan kausittaisten vaihteluiden syvyyden ja tulevan auringon säteilyn voimakkuus ei ylitä pääsääntöisesti 15-20 metriä.

Tämän syvyyden alapuolella sijaitsevien maakerrosten lämpöjärjestelmä ("neutraali alue") muodostuu maapallon sisätilasta tulevan lämpöenergian vaikutuksesta ja on melkein riippumaton kausittaisista ja erityisesti päivittäisistä vaihteluista ulkona ilmasto-olosuhteissa (kuva 1). Lisääntyvällä syvyydellä maaperän lämpötila nousee myös geotermisen gradientin mukaan (noin 3 ° C joka 100 metriä). Maan sisäosasta tulevan säteilyn lämpövuon määrä vaihtelee eri alueilla. Tämä arvo on pääsääntöisesti 0,05-0,12 W / m 2.

Maaperän lämpötilan kaavio syvyydestä riippuen

Toiminnassa gtst precoat array sijaitsee vyöhykkeellä Lämpövaikutusmäärä rekisterin putket precoat lämmönvaihdin matala-asteista lämmön maaperän keräysjärjestelmä (teplosbora järjestelmä), Kausivaihtelun vuoksi ulkopuolella ilmasto parametrit sekä vaikutuksen alaisena operatiivisen kuormien teplosbora järjestelmä yleensä alttiiksi toistuville jäädytys ja sulatus. Tässä tapauksessa luonnollisesti maaperän huokosiin sisältyvä kosteuden aggregaatiotilanne muuttuu ja se esiintyy yleensä sekä nestemäisissä että kiinteissä ja kaasumaisissa vaiheissa samanaikaisesti. Samalla kapillaarihuokoisissa järjestelmissä, joka on lämpöä keräysjärjestelmän maaperä, hiukkasten kosteuden esiintyminen huokostilassa on huomattava vaikutus lämmön etenemiseen. Tämän vaikutuksen oikea selvitys on täynnä huomattavia vaikeuksia, jotka liittyvät ennen kaikkea siihen, ettei ole olemassa selkeitä käsityksiä kosteuden kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten vaiheiden jakautumisesta tietyssä järjestelmän rakenteessa. Läsnä precoat array paksumpi lämpötilagradientti vesihöyrymolekyylien siirretään alueille, joilla on alhainen lämpökapasiteetti, mutta samalla vaikutuksen alaisena gravitaatiovoimien Esille on noussut vastakkaissuuntaisen virtauksen kosteuden nestefaasissa. Lisäksi maaperän ylemmän kerroksen lämpötilaan vaikuttavat sademäärä kosteus sekä pohjavesi.

Maaperän lämmönkeruujärjestelmien lämpöjärjestelmän ominaispiirteet suunnittelun kohteena tulisi sisältää myös tällaisia ​​prosesseja kuvaavien matemaattisten mallien niin kutsuttu "informatiivinen epävarmuus" eli toisin sanoen luotettavan tiedon puuttuminen ympäristövaikutuksista (ilmakehän ja maaperän massat) lämmönkeruujärjestelmän maaperän lämmönvaihtimen lämpövaikutuksen ulkopuolella) ja niiden approksimaation äärimmäisen monimutkainen. Itse asiassa, jos ulkoilmajärjestelmään kohdistuvien vaikutusten lähentäminen on vaikeaa, mutta silti tietyillä koneen aikakustannuksilla ja nykyisten mallien (esimerkiksi "tyypillisen ilmastovuoden") käytöllä, voidaan toteuttaa ilmastovaikutusten sisällyttäminen malliin vaikutukset (kaste, sumu, sade, lumi jne.) sekä lämpövaikutuksen approksimaatio pohjakerrosten ja ympäröivien maakerrosten lämmönkeruujärjestelmän maaperän massalle ovat käytännössä tällä hetkellä liukenemattomia. l kohdistuu erilliseen tutkimukseen. Esimerkiksi pieni tutkimus muodostumista tihkumista pohjaveden virtauksen, ja niiden nopea tilassa, ja on mahdotonta saada luotettavaa tietoa lämmön ja kosteuden tilassa maakerrosten alapuolella alueen Lämpövaikutusmäärä maaperän lämmönvaihtimen, hankaloittaa huomattavasti tehtävässä rakentaa oikea matemaattinen malli terminen tila matala-asteista lämmön keräysjärjestelmä maahan.

Voittaa kuvatut vaikeudet suunnittelussa gtst voi suositella ja hyväksytty menetelmä käytännössä matemaattisen mallinnuksen terminen tila lämmön maaperän keruu järjestelmiä ja menetelmiä huomioon suunniteltaessa gtst kosteus vaihesiirtymät huokostilavuus maaperän massa teplosbora järjestelmiä.

Menetelmässä otetaan huomioon rakentamiseen matemaattisen mallin ero kahden tehtävät: "perus" ongelma, joka kuvaa maaperän lämmönjohtavuuden tilassa luonnollisessa tilassa (ilman vaikutusta maaperän lämmönvaihtimen teplosbora järjestelmä), ja ratkaistava ongelma, joka kuvaa lämmön tila precoat array viemäriin (lähteet) lämpöä. Tämän seurauksena menetelmä mahdollistaa ratkaisun joihinkin uusiin toimintoihin, jotka toimivat lämpösaumojen vaikutuksen maaperän luonnollisissa lämpöolosuhteissa ja jotka ovat yhtä suuria kuin maaperän massan luonnontilaisessa lämpötilassa ja maaperän massa viemäreissä (lämmönlähteet) - lämpöä keräysjärjestelmän maaperälämpö laskulla. Tämän menetelmän käyttö matemaattisten lämpöjärjestelmien lämpöjärjestelmän hallinnan matemaattisten mallien rakentamisessa ei ole pelkästään vältetty ulkoisten vaikutusten lähentämiseen liittyvistä vaikeuksista lämmönkeruujärjestelmään vaan myös tietoihin, jotka koskevat meteorologisten asemien kokeellisesti hankkimien maaperän luonnollista lämpöjärjestelmää. Näin voit osittain ottaa huomioon koko tekijän kokonaisuuden (kuten pohjaveden läsnäolon, nopeuden ja lämpöolosuhteiden, maakerrosten rakenteen ja sijainnin, maapallon "termisen taustan", sademäärän, kosteuden faasimuunnokset huokostilaan ja paljon enemmän), jotka vaikuttavat merkittävästi lämmönkeruujärjestelmän lämpöjärjestelmän muodostaminen ja yhteinen tallennus, jonka ongelman tiukassa lausunnossa on käytännössä mahdotonta.

Menetelmä huomioon suunniteltaessa gtst vaihe kosteus siirtymät huokostilavuus maaperän massa, joka perustuu uusi käsite "vastaava" kentällä lämmönjohtavuus, joka määritetään korvaamalla ongelma lämmön tila jäädytetään noin putkien "vastaava" precoat lämmönvaihdin maaperän sylinteri kvasistationaarisille tehtävä tietää lämpötilan alalla ja samalla raja olosuhteissa, mutta toisella "ekvivalenttisella" lämmönjohtavuudella.

Rakennusten geotermisten lämpöjärjestelmien suunnittelussa tärkein tehtävä on arvioida rakentamisen alueen ilmapiirin energiapotentiaalia ja tehdä tällä perusteella päätelmä yhden tai toisen GTTS-piirin suunnittelun tehokkuudesta ja toteutettavuudesta. Nykyisissä sääntelyasiakirjoissa annettujen ilmastoparametrien laskennalliset arvot eivät anna täydellistä kuvausta ulkoilmasta, sen vaihtelevuudesta kuukausina ja tietyin vuodenaikoina - lämmityskaudella, ylikuumenemisjaksolla jne. Siksi päättäessään geotermisen lämmön lämpötilapotentiaalista yhdistämällä muihin luonnonlähteisiin, joilla on alhainen potentiaali, arvioimalla niiden (lähteiden) lämpötilatason vuosittaisessa syklissä, on välttämätöntä houkutella täydellisempää ilmastotietoa x, pelkistyvät, ja esimerkiksi Handbook of ilmasto USSR (LA: Gidrometioizdat 1-34 til..).

Ilmastotietojen joukossa meidän on korostettava ennen kaikkea:

- tiedot keskimääräisestä kuukausittaisesta maaperän lämpötilasta eri syvyyksissä;

- tiedot auringon säteilyn vastaanottamisesta eri suuntaan.

Välilehdessä. Taulukoissa 1-5 on tietoja keskimääräisistä kuukausittaisista maan lämpötiloista eri syvyyksissä joissakin Venäjän kaupungeissa. Välilehdessä. Kuvassa 1 esitetään Venäjän federaation 23 kaupunkia kuukausittaiset kuukausittaiset maaperän lämpötilat 1,6 m: n syvyydessä, mikä on järkevämpää maaperän lämpötilapotentiaalin ja horisontaalisten maan lämmönsiirtimien tuotannon koneistamisen mahdollisuuksien kannalta.

Maaperän (maaperän) lämpötila ja sen jakautuminen syvyyteen,
Moskova.
Moskovan alueella

Tälle sivulle olemme laatineet kesällä (Moskova) lasketut maaperän lämpötilan arvot eri litologiasta, tiheydestä ja maaperän kosteudesta.
Materiaali valmistettiin pakokaasutermometrien, keskimääräisten monivuotisten ilman lämpötila- ja laskentamenetelmien perusteella.
Ja jos olet kiinnostunut ymmärtämään, miten laskettu lämpötila poikkeaa todellisesta (mitatusta) lämpötilasta, niin tämä sivu.
Huomautus:
Keskimääräiset vuotuiset lämpötilat vaihtelevat hitaammin kuin nykyinen ja lähialueiden maaperän lämpötila on hyvin samankaltainen.

(met / ct 276120: n mukaan)
osa: Ilmastokäsikirja

Varoitus! Javascript ei ole käytössä selaimessasi!
Sivuston oikean toiminnan varmistamiseksi JavaScript on sallittava.

Maaperän lämpötila eri syvyyksissä

Maaperän pinnan lämpötila - lämpötila on sen ylemmän kerroksen (muutamia millimetrejä paksu) vapaa kasvillisuus, hyvin löysätään ja peittää aurinko, ja talvella, kun läsnä on lumen - lämpötila lumen pinnan. Se mitataan lämpömittarilla, joka on auki maan pinnalla ja lumisuojalla, kun taas lämpömittarisäiliö upotetaan maaperään (lumisuoja). Maanpinnan lämpötilan mittaukset ovat hyvin vaikeita siksi, että lämpömittari ei kykene varjosta säteilyn vaikutuksilta eikä säiliön ja maaperän (lumen) säteilyominaisuuksien vuoksi.

Maaperän lämpötila talviviljelyn versojen solmu syvyys mitataan aika havainto, ja mitattu minimi- ja maksimilämpötila maakerros syvyydessä 2,5-3,5 cm: n välisen maan pinnan havainnon kertaa (° C) maksialno-spesifinen vähintään lämpömittarit.

Maaperän ja maaperän lämpötila syvyyksissä (maaperän horisontit) on lämpötila, joka on määritetty lämpömittareiden lukemien ja muiden tiettyihin syvyyksiin asennetuilla antureilla. Meteorologisissa asemissa maaperän lämpötila 5, 10, 15, 20 cm syvyyksillä käsitellyillä alueilla, joilla ei ole kasvillisuutta, määritetään lämpimän kauden aikana käyttämällä TM-5 Savinov-lämpömittareita; 20, 40, 80, 120, 160, 240 ja 320 cm: n syvyyksissä.

Maaperän lämpötilalla on merkittävä vaikutus ilmakehän lämpöjärjestelmän muodostumiseen. Maaperän lämpötilaa koskevat tiedot ovat välttämättömiä useiden ongelmien ratkaisemiseksi: niitä käytetään maataloudessa, rakentamisessa, teiden ja maanalaisten laitosten toiminnassa ja. t. d.

Lämpö tila määritetään maaperän lämmön sisään- ja riippuu mineraloginen koostumus maaperän, huokoisuus, kosteuspitoisuus, joka määrittää sen lämpökapasiteetti lämmönjohtavuus, ja riippuu myös mikroreliefi, altistuminen rinteitä, kasvillisuus, ja niin edelleen. D.

Maaperään pääsevän lämmön tärkein lähde on auringon säteilevä energia, joka absorboi pintakerros. Tämä lämpö siirretään taustalla oleviin kerroksiin, ja se käytetään myös ilmanlämmitykseen ja veden haihtumiseen.

Maaperäkerros, jossa päivittäisiä ja vuosittaisia ​​lämpötilanvaihteluita havaitaan riippuen auringon säteilyn tulvasta, kutsutaan aktiiviseksi tai aktiiviseksi kerrokseksi.

Lämpöjakauman mallit maaperässä

Maaperän pinnan lämpötilan päivittäiset ja vuosittaiset vaihtelut lämmönjohtavuudesta johtuen siirretään sen syvempiin kerroksiin. Lämpötilavaihteluiden leviäminen maaperään (homogeenisen maaperän koostumus) tapahtuu seuraavien Fourier-lakien mukaisesti:

  • Värähtelyjakso ei muutu syvyydellä, ts. sekä maaperän pinnalla että kaikissa syvyyksissä kahden peräkkäisen minimin ja lämpötilan maksimiarvojen välinen aika on 24 tuntia vuorokaudessa ja 12 kuukauden välein.
  • Jos syvyys kasvaa aritmeettisessa etenemisessä, niin amplitudi laskee eksponentiaalisesti, so. syvyys lisääntyy, amplitudi laskee nopeasti.

Maaperäkerros, jonka lämpötila ei muutu päivän aikana, kutsutaan päivittäiseksi lämpötilakerrokseksi. Keskimmäiset leveydet, tämä kerros alkaa 70-100 cm: n syvyydestä. Keskimääräisten leveyspiirien vuosilämpötila on alle 15-20 metriä.

  • Enimmäis- ja vähimmäislämpötilat syvyydessä tapahtuvat myöhemmin kuin maaperän pinnalla. Tämä viive on suoraan verrannollinen syvyyteen. Päivittäiset maksimi- ja vähimmäisnopeudet viivästyvät joka 10 cm syvyyteen keskimäärin 2,5-3,5 tuntia ja vuosittain jokaisen syvyysmittarin osalta viivästyy 20-30 päivällä.

Fourierin teoreettisten laskelmien mukaan syvyys, johon maaperän lämpötilan vuotuinen vaihtelu ilmenee, on noin 19 kertaa suurempi kuin päivittäisten vaihteluiden syvyyden. Itse asiassa teoreettisista laskelmista on merkittäviä poikkeamia, ja monissa tapauksissa vuotuisten vaihteluiden syvyys käy ilmi arvioitua enemmän. Tämä johtuu maaperän kosteuden erosta syvyyteen ja ajankohtaan, maaperän lämpöhajoavuuden muutokseen syvyyteen ja muihin syihin.

Pohjoisen leveyspiirin osalta maaperän lämpötilan vuosittaisen kulkukierroksen syvyys on keskimäärin 25 metriä, leveys keskiössä - 15-20 m, eteläisissä - noin 10 metriä.

Lämpösiirrot

Maaperän lämpötilan pitkän aikavälin havaintoja eri syvyyksissä voidaan esittää graafisesti.

Kuva 3 - Isopletin maaperän lämpötila Pietarissa.

Tällaisessa kaaviossa maaperän lämpötila, syvyys ja aika liittyvät toisiinsa. Piirtämisessä syvyys asetetaan pystyakselille ja kellonaika (yleensä kuukausia) vaakasuoralle akselille. Maaperän keskimääräinen kuukausilämpötila eri syvyyksissä on piirretty kaaviolle. Sitten samankaltaiset lämpötilat liitetään sileillä viivoilla, joita kutsutaan termisten isoplettien avulla.

Termiset isopletit tarjoavat visuaalisen esityksen aktiivisen kerroksen lämpötilasta missä tahansa syvyydessä joka kuukausi. Tällaisia ​​kaavioita käytetään esimerkiksi määrittämään hedelmäpuiden juurisysteemiin vaikuttavien kriittisten lämpötilojen tunkeutumisen syvyys. Näitä kaavioita käytetään myös yleishyödyllisissä laitoksissa, teollisuudessa ja tienrakentamisessa sekä parantamisen aikana.

Jäädytetyn kerroksen paksuus otetaan välttämättä huomioon laskettaessa viemäreitä (putki tai maanalainen kanava pohjaveden poistamiseksi) talteenotetuilla alueilla.

Leningradin alueen Agromet asemat ja viestit, joihin havainto lämpötilan maaperän pinnan on mänty, Tihvinän Volosovo, Belogorka, Nicholas, Luban, Kolpinon, keittämällä ja Osmino.

Maapallon lämpöä

Kirill Degtyarev,
Tutkija, Moskovan valtionyliopisto M. V. Lomonosova
"Tiede ja elämä" № 9, №10 2013

Maassamme, jossa on runsaasti hiilivetyjä, geoterminen energia on eräänlainen eksoottinen voimavara, joka nykyisen tilanteen vuoksi ei todennäköisesti kilpailla öljyn ja kaasun kanssa. Kuitenkin tätä vaihtoehtoista energiamuotoa voidaan käyttää lähes kaikkialla ja melko tehokkaasti.

Kuvia Igor Konstantinovista

Geoterminen energia on maan sisätilojen lämpöä. Se tuotetaan syvyyksissä ja tulee maan pinnalle eri muodoissa ja eri intensiteettien kanssa.

Maaperän ylemmän kerroksen lämpötila riippuu lähinnä ulkoisista (eksogeenisistä) tekijöistä - auringonvalosta ja ilman lämpötilasta. Kesällä ja iltapäivällä maa lämmittää tiettyihin syvyyksiin, ja talvella ja yöllä se jäähtyy ilman lämpötilan muutoksen jälkeen ja jonkin verran myöhässä, mikä kasvaa syvyydellä. Päivittäisten heilahtelujen vaikutus ilman lämpötilaan päättyy syvyydestä muutamasta kymmeneen senttimetriin. Kausivaihtelut saavat syvemmän maakerroksen - jopa kymmeniin metreihin.

Maaperän lämpötilan muutos syvyydellä

Tietyllä syvyydellä - kymmeniä satoja metrejä kohden - maaperän lämpötila pysyy vakiona, mikä vastaa maapallon keskimääräistä vuotuista ilman lämpötilaa. On helppoa olla vakuuttunut siitä, laskeutuen riittävän syvälle luolaan.

Kun alueen keskimääräinen vuotuinen lämpötila on alle nollan, se ilmenee jatkuvana (tarkemmin, monivuotisena) permafrostina. Itä-Siperiassa paksuus eli paksuus ympärivuotisesta jäädytetystä maaperästä on 200-300 metriä.

Tietystä syvyydestä (joka on sen jokaiselle kartan kohdalle), Auringon toiminta ja ilmapiiri heikkenevät siinä määrin, että endogeeniset (sisäiset) tekijät ottavat ensimmäisen sijan ja maapallon sisätilat lämpenevät sisäpuolelta niin, että lämpötila alkaa lisääntyä syvyydellä.

Maapallon syvien kerrosten lämpeneminen liittyy lähinnä siellä sijaitseviin radioaktiivisiin elementteihin, vaikka muita lämmönlähteitä mainitaan myös esimerkiksi fysikaalis-kemiallisissa, tektonisissa prosesseissa maankuoren ja vaipan syvissä kerroksissa. Mutta mistä syystä kivien lämpötila ja siihen liittyvät nestemäiset ja kaasumaiset aineet lisääntyvät syvyydellä. Tämä ilmiö on kaivostyöläisten edessä - se on aina kuuma syvässä kaivoksessa. 1 km: n syvyydessä 30 asteen lämpö on normaalia ja syvempi lämpötila on vieläkin korkeampi.

Maapallon maapohjan maapallon lämpeneminen on pieni - keskimäärin sen kapasiteetti on 0,03-0,05 W / m 2, eli noin 350 W h / m 2 vuodessa. Auringon lämpövirran ja sen lämmittämän ilman takia tämä on huomaamaton arvo: Aurinko antaa jokaiselle neliömetrille maapallon pinnalle noin 4000 kWh vuodessa, eli 10 000 kertaa enemmän (tietenkin tämä on keskimäärin, ja valtainen leviäminen polaaristen ja ekvatoriaalisten leveyspiirien välillä ja riippuen muista ilmastollisista ja sääolosuhteista).

Lämpöveden lämpötilan nousu ja kuivat kiviä syvyyteen

Lämpövirran vähäisyys maapohjasta pintaan useimmilla maapallolla liittyy kallioiden ja geologisten ominaisuuksien matalaan lämmönjohtavuuteen. Mutta on poikkeuksia - paikkoja, joissa lämmön virtaus on korkea. Ensinnäkin nämä ovat tektonisten vikojen vyöhykkeitä, lisääntynyttä seismistä toimintaa ja vulkanismia, missä maan pohjaveden energia päätyy ulos. Tällaisille vyöhykkeille on tunnusomaista litosfäärin lämpöhäiriöt, tässä Maan pinnalle ulottuva lämpöjohto voi olla useita kertoja ja jopa suuruusluokkia tehokkaampi kuin "tavallinen". Näissä vyöhykkeissä pintaan on valtava määrä lämpöä, joita tehdään tulivuorenpurkauksilla ja kuumavesilähteillä.

Nämä alueet ovat edullisimpia geotermisen energian kehittämiselle. Venäjän alueella on ennen kaikkea Kamchatka, Kurilsaaret ja Kaukasus.

Islannin tulivuoren Eyjafyatlayokudl - tulivuorenpurkausten ilmentyminen aktiivisissa tektonisista ja vulkaanisista vyöhykkeistä, joilla on voimakas lämmönsiirto maan sisäpuolelta

Samalla geotermisen energian kehittäminen on mahdollista lähes kaikkialla, sillä lämpötilan nousu syvyydellä on yleismaailmallinen ilmiö, ja tehtävänä on "lämmittää" lämpö syvyyksistä, samoin kuin mineraaliraaka-aineet uutetaan sieltä.

Keskimäärin lämpötila nousee syvyysnopeudella 2,5-3 ° C jokaista 100 metriä kohden. Eri syvyyksissä olevien kahden pisteen välisen lämpötilaeron suhde niiden syvyyden erotukseen kutsutaan geotermiseksi gradientiksi.

Paluuarvo on geoterminen vaihe tai syvyysväli, jossa lämpötila nousee 1 ° C: n lämpötilassa.

Mitä korkeampi kaltevuus ja vastaavasti pienempi taso, sitä lähempänä maapallon syvyyden lämpöä lähestyy pintaan ja lupaavampi alue on geotermisen energian kehittämiseen.

Eri alueilla geologisen rakenteen ja muiden alueellisten ja paikallisten olosuhteiden mukaan lämpötilan nousu syvyydellä voi vaihdella dramaattisesti. Maapallon mittakaavassa geotermisten gradienttien ja askelmien suuruudet vaihtelevat 25 kertaa. Esimerkiksi Oregonissa (USA) gradientti on 150 ° C per 1 km ja Etelä-Afrikassa se on 6 ° C 1 km.

Lämpötilan muutos syvyydessä eri alueilla

Kysymys on, mikä on lämpötila suurilla syvyillä - 5, 10 km ja enemmän? Jos suuntaus jatkuu, lämpötilan 10 km syvyydessä pitäisi olla keskimäärin noin 250-300 ° C. Tämä on enemmän tai vähemmän vahvistettu suorilla havainnoilla ultra-syvissä kuopissa, vaikka kuva on paljon monimutkaisempi kuin lineaarinen lämpötilan nousu.

Esimerkiksi Itämeren kristallisuojassa Kola-syvyydellä, lämpötila 3 km syvyyteen muuttuu nopeudella 10 ° C / 1 km, ja sitten geoterminen gradientti muuttuu 2-2,5 kertaa suuremmaksi. 7 km: n syvyydessä lämpötila oli jo 120 ° C: ssa 10 km - 180 ° C ja 12 km - 220 ° C.

Toinen esimerkki on pohjoisen kaskopian laiduntama, jossa 500 metrin syvyydessä lämpötila on 42 ° C, 1,5 km - 70 ° C, 2 km - 80 ° C, 3 km - 108 ° C.

Oletetaan, että geoterminen gradientti laskee 20-30 km: n syvyydestä: 100 km: n syvyydessä, arvioidut lämpötilat noin 1300-1500 ° C, 400 km: n syvyydessä ovat 1600 ° C ja maan ydin (yli 6000 km syvyys) - 4000-5000 ° C.

10-12 km: n syvyyksissä lämpötila mitataan poratun kaivon avulla; jos ne eivät ole, se määritetään epäsuorilla merkinnöillä ja syvyyksillä. Tällaiset epäsuorat merkit voivat olla seismisten aaltojen läpikulku tai kaatavan laavan lämpötila.

Geotermisen energian osalta tietoja yli 10 kilometrin syvyydestä ei vielä ole käytännöllistä.

Useiden kilometrien syvyydessä on paljon lämpöä, mutta miten sitä nostaa? Joskus tämä ongelma on ratkaistu meille luonnosta itsestämme luonnollisen jäähdytysnesteen avulla - lämmitetyt lämpövedet, jotka tulevat pinnalle tai esiintyvät syvyydessä, jotka ovat meille saatavilla. Joissakin tapauksissa syvyyksissä oleva vesi kuumenee höyryn tilaan.

Termi "lämpövedet" ei ole tarkka määritelmä. Yleensä ne tarkoittavat kuumia maanalaisia ​​vesistöjä nestemäisessä tilassa tai höyryn muodossa, mukaan lukien maapallon pinnalla ilmenevät, yli 20 ° C: n lämpötilassa, joka on pääsääntöisesti korkeampi kuin ilman lämpötila.

Pohjaveden, höyryn, höyryn ja veden seosten lämpö on hydrotermistä energiaa. Näin ollen sen käyttöön perustuvaa energiaa kutsutaan hydrotermiseksi.

Tilanne on vaikeampi kuumentamalla lämpöä suoraan kuivilta kiviltä - petroterminaalista energiaa, varsinkin kun suhteellisen korkeat lämpötilat alkavat usein useita kilometrejä syvyyksistä.

Venäjän alueella petrotalermisen energian potentiaali on sata kertaa suurempi kuin hydrotermisen energian - 3500 ja 35 biljoonaa tonnia tavallista polttoainetta. Tämä on varsin luonnollista - Maan syvyyden lämpöä on kaikkialla, ja lämpimät vedet havaitaan paikallisesti. Ilmeisistä teknisistä vaikeuksista johtuen kuitenkin lämpöä käytetään lämmön ja sähkön tuottamiseen.

Vedet, joiden lämpötila vaihtelee välillä 20-30 - 100 ° C, soveltuvat lämmitykseen, lämpötiloissa 150 ° C ja yli ja sähkön tuottamiseksi geotermisissä voimalaitoksissa.

Yleensä geotermiset resurssit Venäjällä tonnia polttoaineen tai muun energian mittayksikön osalta ovat noin 10 kertaa korkeammat kuin fossiilisten polttoaineiden varastot.

Geotermisten voimavarojen jakautuminen Venäjän alueella. Geotermisen energian varaukset asiantuntijoiden mukaan ovat useita kertoja suurempia kuin fossiilisten polttoaineiden energiareservit. Geotermisen energiayhdistyksen (Association of Geothermal Energy Society)

Teoreettisesti vain geoterminen energia voisi täysin täyttää maan energian tarpeet. Käytännössä tällä hetkellä suurimmassa osassa sen aluetta ei ole mahdollista teknisistä ja taloudellisista syistä.

Maailmanlaajuisesti geotermisen energian käyttö liittyy useimmiten Islantiin, joka sijaitsee Mid-Atlantic Ridgein pohjoispäässä, poikkeuksellisen aktiivisessa tektonisessa ja tulivuoren alueella. Todennäköisesti jokainen muistaa Eyjafjallajökullin tulivuoren voimakas purkaus vuonna 2010.

Maailman geotermisten voimaloiden asennettu kapasiteetti, MW

Tämän geologisen erityispiirteen ansiosta Islannilla on valtavia geotermisen energian varantoja, mukaan lukien kuumia lähteitä, jotka tulevat maan pinnalle ja jopa ylensivät geysirien muodossa.

Islannissa tällä hetkellä yli 60% kaikista energiankulutuksesta on otettu maapallolta. Sisältää geotermisten lähteiden kustannuksella 90 prosenttia lämmityksestä ja 30 prosenttia sähköntuotannosta. Lisäsimme, että maan muuhun sähköön tuotetaan vesivoimaloissa, toisin sanoen myös uusiutuvista energialähteistä, minkä ansiosta Islanti näyttää olevan eräänlainen maailmanlaajuinen ympäristöstandardi.

Geotermisen energian "taming" kahdellatoista vuosisadalla auttoi huomattavasti Islantia taloudellisesti. Viime vuosisadan puoliväliin asti se oli erittäin köyhä maa, joka on tällä hetkellä maailman ensimmäinen asennettu kapasiteettia ja geotermisen energian tuotantoa asukasta kohden, ja se on kymmenen parasta geotermisten voimaloiden asennetun kapasiteetin absoluuttista arvoa. Sen väkiluku on kuitenkin vain 300 tuhatta ihmistä, mikä helpottaa ympäristöystävällisten energialähteiden vaihtamista: sen tarpeet ovat yleensä pieniä.

Lukuun Islannista, suuri osuus maalämmön yleistä tasapainoa sähköntuotannon annetaan Uudessa-Seelannissa ja saarivaltiot Kaakkois-Aasiassa (Filippiinit ja Indonesia), Keski-Amerikassa ja Itä-Afrikka, alueella, joka on myös ominaista suuri seisminen ja vulkaanista toimintaa. Näille maille niiden nykyinen kehitystaso ja tarpeet huomioon ottaen geoterminen energia edistää huomattavasti sosioekonomista kehitystä.

Geotermisen energian käyttö on hyvin pitkä historia. Yksi ensimmäisistä tunnetuista esimerkkeistä on Italia, paikka Toscanan maakunnassa, jota nykyään kutsutaan Larderelloksi, jossa 1800-luvun alussa käytettiin energiaa varten paikallisia kuumia lämpöisiä vesiä, jotka kaadettiin luonnostaan ​​tai uutettiin matalista kuopista.

Keräilijä lämpöborviveden keräämiseen Larderellossa (Italiassa), XIX vuosisadan alkupuoliskolla

Tässä käytettiin runsaasti booria sisältäviä maanalaisia ​​vettä, jolloin saatiin boorihappoa. Alunperin tämä happo saatiin haihduttamalla raudan kattiloissa, ja lähimetsistä tavallinen puu otettiin polttoaineeksi, mutta vuonna 1827 Francesco Larderel loi järjestelmän, joka toimi itse veden lämpöä. Samalla luonnollisen vesihöyryn energiaa käytettiin porauslauttojen käyttöön ja 1900-luvun alkupuolella - sekä paikallisten talojen ja kasvihuoneiden lämmitykseen. Siellä Larderellossa vuonna 1904 lämpövesihöyrystä tuli energialähde sähkön tuottamiseen.

Moottori ja invertteri, joita käytettiin Larderellossa vuonna 1904 ensimmäisessä maalämpövoimakokeessa

Esimerkkinä Italiasta 19. vuosisadan lopusta lähtien seurasi muutamia maita. Esimerkiksi vuonna 1892 lämpövedet käytettiin ensin paikalliseen lämmitykseen Yhdysvalloissa (Boise, Idaho), vuonna 1919 Japanissa ja vuonna 1928 Islannissa.

Yhdysvalloissa ensimmäinen hydroterminen voimalaitos esiteltiin Kaliforniassa 1930-luvun alussa, Uudessa-Seelannissa 1958, Meksikossa vuonna 1959, Venäjällä (maailman ensimmäinen binääri GeoPP) vuonna 1965.

Vanha periaate uudesta lähteestä

Sähköntuotanto edellyttää vesivoiman korkeampaa lämpötilaa kuin lämmitystä - yli 150 ° C. Geotermisen voimalaitoksen toimintaperiaate (GeoPP) on samanlainen kuin perinteisen lämpövoimalaitoksen (TPP) toiminnan periaate. Pohjimmiltaan geoterminen voimalaitos on eräänlainen lämpövoimala.

Lämpövoimalaitoksen kaaviokuva

TPP: ssä hiili, kaasu tai polttoöljy toimivat pääsääntöisesti energianlähteenä, ja vesihöyry toimii työvälineenä. Polttoaine polttaa, lämmittää vettä höyryn tilaan, joka kiertää höyryturbiinia ja tuottaa sähköä.

GeoPP: n ero on, että energian ensisijainen lähde on maan sisäpinnan lämpö ja höyryn muodossa oleva työfluidi tulee sähkögeneraattorin turbiinin siipiin "valmiina" muodossa suoraan tuotantokaivoista.

GeoPP: n työtä on kolme pääsuunnitelmaa: suora, kuiva (geoterminen) höyry; epäsuorasti, joka perustuu hydrotermiseen veteen ja sekoitettu tai binäärinen.

Yhden tai toisen järjestelmän käyttö riippuu aggregaation tilasta ja energiankuljettajan lämpötilasta.

Yksinkertaisimmista ja siksi ensimmäiset masteroituneet järjestelmät ovat suora viiva, jossa kaivosta tuleva höyry johdetaan suoraan turbiinin läpi. Ensimmäinen maailmassa GeoPP Larderellossa vuonna 1904 työskenteli kuivalla parilla.

GeoPP: n toimintaperiaate kuivassa höyryssä. Tuotantokuopasta tulevaa geotermistä höyryä johdetaan suoraan höyryturbiinin läpi. Yksinkertaisimpia nykyisistä GeoES-ohjelmista

GeoPP, jossa epäsuora työskentelyjärjestelmä on meidän aikamme tavallisimpia. Ne käyttävät kuumaa maanalaista vettä, joka syötetään korkeapaineiseen höyrystimeen, jossa osa siitä haihdutetaan ja tuloksena oleva höyry pyörii turbiinia. Joissakin tapauksissa tarvitaan lisälaitteita ja piirejä geotermisen veden ja höyryn puhdistamiseksi aggressiivisista yhdisteistä.

GeoPP: n toimintaperiaate epäsuoralla järjestelmällä. Tehtaan kuumaa maanalaista vettä pumpataan haihduttimeen ja tuloksena oleva höyry syötetään turbiiniin

Poistohöyry päätyy injektiokammioon tai käytetään tilan lämmitykseen, tässä tapauksessa periaate on sama kuin CHP: n käytön aikana.

Binäärisissä geoPP-malleissa kuuma lämpö vesi vuorovaikuttaa toisen nesteen kanssa, joka suorittaa työskentelynesteen toiminnot alemmalla kiehumispisteellä. Molemmat nesteet kulkeutuvat lämmönvaihtimen läpi, jossa lämpövesistö haihtuu käyttöfluidi, jonka höyryt pyörivät turbiinia.

Binäärisen GeoPP: n toimintaperiaate. Kuuma lämpö vesi vuorovaikuttaa toisen nesteen kanssa, joka suorittaa käyttöfluidin toimintoja ja jolla on vähemmän kiehumispiste. Molemmat nesteet kulkeutuvat lämmönvaihtimen läpi, jossa lämpövesistö haihtuu käyttöfluidi, jonka höyryt puolestaan ​​pyörivät turbiinia

Tämä järjestelmä on suljettu, mikä ratkaisee ilmakehään kohdistuvat ongelmat. Lisäksi työlli- set, joilla on suhteellisen pieni kiehumispiste, antavat mahdollisuuden käyttää ensi kuumina lämpimiä vesiä ensisijaisena energianlähteenä.

Kaikissa kolmessa järjestelmässä käytetään hydrotermistä lähdettä, mutta petrotalermistä energiaa voidaan käyttää myös sähkön tuottamiseen.

Kaavamainen kaavio tässä tapauksessa on myös melko yksinkertainen. On tarpeen porata kaksi yhdistävää kaivoa - injektio ja tuotanto. Vesi pumpataan ruiskutuskaivoon. Syvyyksessä sitä kuumennetaan, sitten kuumennettua vettä tai höyryä, joka on muodostunut voimakkaan kuumennuksen seurauksena, syötetään pinnalle tuotantokaivon läpi. Lisäksi kaikki riippuu siitä, miten petrotermistä energiaa käytetään - lämmitykseen tai sähköntuotantoon. Mahdollinen suljettu silmukka, jossa pakokaasuhöyry ja vesi ruiskutetaan takaisin injektointikaivoon tai muuhun hävittämismenetelmään.

Petroterminaalijärjestelmä. Järjestelmä perustuu lämpötilan gradientin käyttämiseen maan pinnan ja sen maapohjan välillä, missä lämpötila on korkeampi. Pinnasta tuleva vesi pumpataan ruiskutuskaivoon ja sitä kuumennetaan syvyyteen, sitten kuumennettua vettä tai höyryä, joka syntyy lämmityksen seurauksena, syötetään pinnalle tuotantokaivon läpi.

Tällaisen järjestelmän haitta on ilmeinen: työfluidin riittävän korkean lämpötilan saavuttamiseksi on poraa kuopat suuriin syvyyksiin. Ja nämä ovat vakavia kustannuksia ja riskiä merkittävältä lämmön menetykseltä, kun neste siirtyy ylöspäin. Siksi petrotermiset järjestelmät ovat yhä harvinaisempia kuin hydrotermiset järjestelmät, vaikka petroterminaalisen energian potentiaali on paljon suurempi.

Tällä hetkellä johtava ns. Petrotermisten verenkiertojärjestelmien (DSP) luominen on Australia. Lisäksi geotermisen energian suunta kehittyy aktiivisesti Yhdysvalloissa, Sveitsissä, Isossa-Britanniassa ja Japanissa.

Herra Kelvinin lahja

Fysiikan William Thompsonin (hän ​​on Lord Kelvin) lämpöpumpun keksintö vuodelta 1852 antoi ihmiskunnalle todellisen mahdollisuuden käyttää alhaisen lämmön lämpöä ylemmän maakerroksen. Lämpöpumppujärjestelmä tai, kuten Thompson kutsui, lämmönkerroin, perustuu fysikaaliseen prosessiin, jossa lämpö siirretään ympäristöstä kylmäaineeseen. Itse asiassa se käyttää samaa periaatetta kuin petrotermisissä järjestelmissä. Ero on lämmönlähteessä, jonka yhteydessä voidaan ilmaista terminologinen kysymys: missä määrin lämpöpumppua voidaan pitää geotermisena järjestelmänä? Tosiasia on, että ylemmissä kerroksissa, jopa kymmenien ja sadan metrin syvyyksiin, niissä olevat kiviä ja nesteitä ei lämmitä maapallon syvällä lämpö vaan aurinko. Näin ollen aurinko on tässä tapauksessa - ensisijainen lämmönlähde, vaikka se otetaan, kuten geotermisissä järjestelmissä, maasta.

Jääkaapin ja lämpöpumpun kaaviokuva: 1 - lauhdutin; 2 - kaasuvipu (paineensäädin); 3 - haihdutin; 4 - kompressori

Lämpöpumpun toiminta perustuu maaperän lämmittämiseen ja jäähdytykseen viivästymiseen verrattuna ilmakehään, mikä johtaa lämpötilan gradienttiin pinnan ja syvempien kerrosten välillä, jotka pitävät lämpöä myös talvella samalla tavalla kuin vesisäiliöissä. Lämpöpumppujen päätehtävä on tilan lämmitys. Pohjimmiltaan tämä on "jääkaappi käänteisessä". Sekä lämpöpumppu että jääkaappi toimivat yhdessä kolmen komponentin kanssa: sisäinen ympäristö (ensimmäisessä tapauksessa lämmitetty huone, toisessa jääkaapissa jäähdytetty kammio), ulkoisen ympäristön energianlähde ja kylmäaine (kylmäaine), se on myös lämmönsiirtoaine, joka tarjoaa lämmönsiirtoa tai kylmä sää

Kylmäaineen rooli on aine, jolla on alhainen kiehumispiste, jonka ansiosta se voi ottaa lämmön lähteestä, jolla on jopa suhteellisen alhainen lämpötila.

Jääkaapissa nestemäinen jäähdytysaine rikastimen läpi (paineensäätölaite) tulee höyrystimeen, jossa nesteen haihtuminen johtuu jyrkästä paineen laskusta. Haihdutus on endoterminen prosessi, joka vaatii lämmön imeytymistä ulkopuolelta. Tämän seurauksena höyrystimen sisäseinämien lämpö otetaan pois, mikä tuottaa jäähdytysvaikutuksen jääkaappihuoneessa. Höyrystimestä alkaen kylmäainetta imetään kompressoriin, jossa se palaa nestemäiseen aggregaatiotilaan. Tämä on käänteinen prosessi, joka johtaa lämmön vapautumiseen ulkoiseen ympäristöön. Yleensä se heitetään huoneeseen ja jääkaapin takaseinä on suhteellisen lämmin.

Lämpöpumppu toimii lähes samalla tavalla, sillä ero lämpöä ulkoisesta ympäristöstä ja höyrystimen kautta kulkee sisäiseen ympäristöön - tilan lämmitysjärjestelmään.

Todellisessa lämpöpumpussa vesi kuumennetaan, kulkee ulkoisen piirin läpi, asetetaan maahan tai veteen ja sitten tulee höyrystimeen.

Höyrystimessä lämpö siirretään sisäiseen piiriin, joka on täytetty pienellä kiehumispisteisellä kylmäaineella, joka kulkee höyrystimen läpi ja muuttuu nesteestä kaasumaiseen tilaan ottaen lämmön.

Seuraavaksi kaasumaisen kylmäaine syötetään kompressoriin, jossa se puristetaan korkeaan paineeseen ja lämpötilaan ja tulee lauhduttimeen, jossa kuumaa kaasua ja jäähdytysnestettä lämmitysjärjestelmästä vaihdetaan.

Kompressoriin tarvitaan sähkövoimaa, mutta muutosaste (kulutetun ja tuotetun energian suhde) nykyaikaisissa järjestelmissä on riittävän korkea niiden tehokkuuden varmistamiseksi.

Tällä hetkellä lämpöpumppuja käytetään melko laajalti tilan lämmitykseen, pääasiassa taloudellisesti kehittyneissä maissa.

Ekologisesti oikea energia

Geotermistä energiaa pidetään ympäristöystävällisenä, mikä on yleensä totta. Ensinnäkin se käyttää uusiutuvaa ja käytännössä menettävää resurssia. Geoterminen energia ei vaadi suuria alueita, toisin kuin suuret vesivoimalat tai tuulipuistot, eikä se saastuta ilmakehää, toisin kuin hiilivetyenergia. Keskimäärin GeoPP on 400 metriä 2 GW: n tuotettua sähköä kohden. Esimerkiksi hiilivoimalaitoksille sama indikaattori on 3,600 m 2. GeoPP: n ekologiset edut sisältävät myös veden vähäisen kulutuksen - 20 litraa makeaa vettä 1 kW: n osalta, kun taas lämpövoimaloita ja ydinvoimaloita tarvitaan noin 1000 litraa. On huomattava, että nämä ovat "keskimääräisen" GeoPP: n ympäristöindikaattoreita.

Mutta vielä on kielteisiä sivuvaikutuksia. Niistä yleisimpiä ovat melu, ilmakehän lämpeneminen ja veden ja maaperän kemiallinen saastuminen sekä kiinteän jätteen muodostuminen.

Ympäristön kemiallisen pilaantumisen pääasiallinen lähde on varsin suuri lämpö- ja mineralisaatiovesi (usein korkeat lämpötilat ja mineralisaatiot), joka sisältää usein suuria määriä myrkyllisiä yhdisteitä. Siksi jäteveden ja vaarallisten aineiden hävittäminen on ongelmallista.

Geotermisen energian kielteiset vaikutukset voidaan jäljittää useissa vaiheissa, alkaen kaivojen porauksesta. Täällä syntyy samoja vaaroja kuin minkä tahansa kaivannon porauksessa: maanpeitteen tuhoutuminen, maaperän ja pohjaveden pilaantuminen.

GeoES: n toiminta-aikana ympäristöongelmat jatkuvat. Termiset nesteet - vesi ja höyry - sisältävät yleensä hiilidioksidia (CO2), rikkisulfidi (H2S), ammoniakkia (NH3), metaani (CH4), pöytäsuola (NaCl), boori (B), arseeni (As), elohopea (Hg). Kun päästöt ympäristöön, ne tulevat pilaantumislähteiksi. Lisäksi aggressiivinen kemiallinen ympäristö voi aiheuttaa korroosiovaurioita geotermisten voimalaitosten rakenteille.

Samalla epäpuhtauspäästöt GeoPP: ssä ovat keskimäärin pienemmät kuin TPP: ssä. Esimerkiksi tuotetun sähkön hiilidioksidipäästöt kilowattitunnilta ovat 380 g GeoPP: lle, 1042 g hiilikäyttöisille lämpövoimaloille, 906 g polttoöljylle ja 453 g kaasun lämpövoimaloille.

Kysymys kuuluu: mitä tulee jäteveteen? Pienellä suolapitoisuudella jäähdytyksen jälkeen se voidaan purkaa pintaveteen. Toinen tapa on pumpata se takaisin vesijohdolle injektiokuopan kautta, joka on edullisesti ja edullisesti käytössä tällä hetkellä.

Lämpöveden poistaminen vesipatsaista (sekä tavallisen veden pumppaaminen) voi aiheuttaa sumentumista ja maaperän liikkumista, muita geologisten kerrostumien muodonmuutoksia, mikrokreettikuvia. Tällaisten ilmiöiden todennäköisyys on pääsääntöisesti pieni, vaikka jotkut tapaukset on tallennettu (esimerkiksi Saksan Staufenin im Breisgaussa sijaitsevassa GeoPP-järjestelmässä).

On syytä korostaa, että suurin osa GeoPP: stä sijaitsee suhteellisen harvaan asutuilla alueilla ja kolmannen maailman maissa, joissa ympäristövaatimukset ovat vähemmän tiukkoja kuin kehittyneissä maissa. Lisäksi geoPP-laitteiden määrä ja niiden kapasiteetti ovat tällä hetkellä suhteellisen pieniä. Geotermisen energian laajemman kehityksen myötä ympäristöriskit voivat lisääntyä ja moninkertaistaa.

Kuinka paljon maapallon energia on?

Maalämpöjärjestelmien rakentamisen investointikustannukset vaihtelevat hyvin laajalla alueella - 200 - 5 000 dollaria 1 kW asennetusta kapasiteetista, eli halvimmat vaihtoehdot ovat verrattavissa lämpövoimalaitoksen rakentamiskustannuksiin. Ne riippuvat ensisijaisesti lämpövesien esiintymistilanteista, niiden koostumuksesta ja järjestelmän suunnittelusta. Poraus syvemmälle, suljetun järjestelmän luominen kahdella kuopalla, vedenpuhdistuksen tarve voi moninkertaistaa kustannukset.

Esimerkiksi investoinnit petrotermisten kiertojärjestelmien (PDS) luomiseen arvioidaan 1,6-4 tuhannen dollarin per 1 kW asennettu kapasiteetti, mikä ylittää ydinvoimalaitoksen rakentamisen kustannukset ja on verrattavissa tuuli- ja aurinkovoimaloiden rakentamiskustannuksiin.

Geotermisen voimalaitoksen ilmeinen taloudellinen etu on ilmainen energiankuljettaja. Vertailun vuoksi toimivan lämpöpumpun tai ydinvoimalaitoksen kustannusrakenteessa polttoaineen osuus energiataloudesta riippuen on 50-80 prosenttia tai enemmän. Tämä on toinen geotermisen järjestelmän etu: käyttökustannukset ovat vakaammat ja ennustettavissa, koska ne eivät ole riippuvaisia ​​ulkoisista olosuhteista energian hinnoissa. Yleensä geotermisen voimalaitoksen käyttökustannukset arvioidaan 2-10 senttiä (60 kopecks - 3 ruplaa) 1 kWh tuotannosta.

Toinen suurin (energiankuluttajan jälkeen) (ja erittäin merkittävä) menojen osuus on yleensä henkilöstön palkka, joka voi vaihdella dramaattisesti eri maissa ja alueilla.

Keskimäärin 1 kWh: n geotermisen energian hinta on verrattavissa TPP: eihin (venäläisissä olosuhteissa se on noin 1 rub./1 kWh) ja kymmenen kertaa suurempi kuin sähköntuotannon kustannukset vesivoimaloissa (5-10 kopecks / 1 kWh ).

Osa kustannusten syistä on se, että geotermisen voimalaitoksen kapasiteetti on toisin kuin lämpö- ja hydrauliikka-voimalaitoksilla. Lisäksi on verrattava järjestelmiä, jotka sijaitsevat samalla alueella ja vastaavissa olosuhteissa. Esimerkiksi Kamchatassa asiantuntijoiden mukaan 1 kWh geotermistä sähköä maksaa 2-3 kertaa vähemmän kuin paikallisissa lämpövoimaloissa tuotettu sähkö.

Esimerkiksi geotermisen järjestelmän taloudellisen tehokkuuden indikaattorit riippuvat siitä, onko jäteveden hävittäminen ja miten se tehdään, onko resurssin yhteinen käyttö mahdollista. Siten lämpövedestä uutetut kemialliset elementit ja yhdisteet voivat tuottaa lisätuloja. Muistettakoon Larderellon esimerkki: kemiallinen tuotanto oli ensisijaista siellä, ja geotermisen energian käyttö oli alun perin ylimääräistä.

Geoterminen energia eteenpäin

Geoterminen energia kehittyy hiukan eri tavalla kuin tuuli ja aurinko. Tällä hetkellä se riippuu suurelta osin itse resurssin luonteesta, joka vaihtelee suuresti alueittain, ja korkeimmat pitoisuudet ovat sidoksissa geotermisten poikkeavuuksien kapeisiin alueisiin, jotka yleensä liittyvät tektonisten virheiden alueisiin ja vulkanointiin.

Lisäksi geoterminen energia on vähemmän teknisesti kapasiteetiltaan tuulen ja vielä enemmän aurinkoenergian kanssa: geotermisen aseman järjestelmät ovat melko yksinkertaisia.

Maailman sähköntuotannon kokonaisrakenteessa geoterminen komponentti on alle 1%, mutta joillakin alueilla ja maissa sen osuus on 25-30%. Geologisten olosuhteiden vuoksi merkittävä osa geotermisen energian laitoksista keskittyy kolmanteen maailmaan, jossa erotetaan kolmesta kehittyneimmän teollisuuden klusterista - Kaakkois-Aasian, Keski-Amerikan ja Itä-Afrikan saaret. Kahdella ensimmäisellä alueella on mukana Tyynenmeren "Fiery Belt of the Earth", kolmas on sidottu Itä-Afrikan rift. Todennäköisesti geoterminen energia kehittyy edelleen näissä vöillä. Kauemmas näkökulma on petroterminaalisen energian kehittäminen lämpöä käyttäen usean kilometrin syvyyteen ulottuvista maan kerroksista. Se on lähes yleisesti yhteinen voimavara, mutta sen poistaminen edellyttää korkeita kustannuksia, joten petroterminen energia kehittyy ensisijaisesti taloudellisesti ja teknologisesti tehokkaimmissa maissa.

Yleisesti, kun otetaan huomioon geotermisten voimavarojen laajamittainen jakautuminen ja hyväksyttävä ympäristön turvallisuuden taso, on syytä olettaa, että geotermisestä energiasta on hyvät kehitysnäkymät. Varsinkin perinteisten energialähteiden puutteen kasvava uhka ja niiden hintojen nousu.

Kamchatusta Kaukasukseen

Venäjällä geotermisen energian kehityksellä on melko pitkä historia, ja useissa paikoissa olemme maailman johtajia, vaikka geotermisen energian osuus valtavan maan koko energiatasapainosta on edelleen vähäpätöinen.

Kaksi alueesta tuli Pietarin ja Pohjois-Kaukasuksen geotermisen energiankehityksen edelläkävijöitä ja keskuksia, ja jos ensimmäisessä tapauksessa puhumme pääasiassa sähköntuotannosta, toisessa - lämpöveden lämpöenergian käytöstä.

Pohjois-Kaukasiassa - Krasnodarin alueella Tšetšeniassa, Dagestanissa - lämpöenergian lämpö energiakäyttöön käytettiin jo ennen toista maailmansotaa. Vuosina 1980-1990 geotermisen energian kehittäminen alueella ilmeisistä syistä pysähtyi ja se ei ole vielä muuttunut pysähtyneeksi. Kuitenkin geotermisen vesihuolto Pohjois-Kaukasiassa tuottaa lämpöä noin 500 tuhatta ihmistä, ja esimerkiksi Labinskin kaupunki Krasnodarin alueella, jossa asuu 60 tuhatta ihmistä, kuumenee täysin geotermisten vesien avulla.

Kamchatassa geotermisen energian historia liittyy ensisijaisesti GeoPP: n rakentamiseen. Ensimmäinen niistä, jotka toimivat edelleen Pauzhetskaya ja Paratunskaya asemilla, rakennettiin vuosina 1965-1967, kun taas Paratunskaya GeoPP, jonka kapasiteetti oli 600 kW, tuli maailman ensimmäinen binääriasema. Kyseessä oli Neuvostoliiton tutkijat S. S. Kutateladze ja A. M. Rosenfeld SB RAS: n termisen fysiikan laitoksesta, joka sai vuonna 1965 tekijän todistuksen sähkön ottamisesta vedestä lämpötilassa 70 ° C. Tämä tekniikka tuli myöhemmin prototyypiksi yli 400 binaariselle GeoPP: lle maailmassa.

Vuonna 1966 käyttöön otetun Pauzhetskaya GeoPP: n kapasiteetti oli alun perin 5 MW ja sen jälkeen nostettiin 12 MW: iin. Tällä hetkellä asema rakentaa binääriyksikön, joka lisää kapasiteettiaan vielä 2,5 megawattia.

Venäjän ja Venäjän geotermisen energian kehitystä hidasti perinteisten energialähteiden - öljy, kaasu ja hiili - saatavuus, mutta ei koskaan lakannut. Tällä hetkellä suurimmat geotermisen energian tuotantolaitokset ovat Verkhne-Mutnovskaya GeoPP, jonka kokonaiskapasiteetti on 12 MW ja joka otettiin käyttöön vuonna 1999, ja Mutnovskaya GeoPP, jonka kapasiteetti on 50 megawattia (2002).

Mutnovskaya ja Verkhne-Mutnovskaya GeoPP ovat ainutlaatuisia esineitä paitsi Venäjälle myös maailmanlaajuisesti. Asemat sijaitsevat Mutnovskyn tulivuoren korkeudessa 800 metriä merenpinnan yläpuolella ja toimivat äärimmäisissä ilmasto-olosuhteissa, joissa talvi on 9-10 kuukautta vuodessa. Mutnovsky GeoPP: n laite, joka on tällä hetkellä yksi maailman moderneimmista, on luotu kokonaan kotimaisissa energiantuotantolaitoksissa.

Tällä hetkellä Mutnov-asemien osuus Kamchatka-keskusyksikön kokonaisenergiankulutusrakenteessa on 40%. Tulevina vuosina suunnitellaan kapasiteetin lisäämistä.

Mutnovskaya GeoPP Kamchatka. Vuoden 2011 lopulla laitoksen tuotantokapasiteetti oli 50 megawattia, mutta sen aiotaan kasvattaa 80 MW: iin. Kuva Tatyana Korobkova (Moskovan valtionyliopiston maantieteellisen osaston NILE RES, jonka nimi on MV Lomonosov)

Erikseen on sanottava Venäjän petroterminaalisesta kehityksestä. Emme vielä ole suuria ATE: itä, mutta kehittyneitä poraustekniikoita on paljon (noin 10 km), joilla ei myöskään ole analogeja maailmassa. Niiden jatkokehitys mahdollistaa huomattavasti petrotermisten järjestelmien luomisen kustannusten pienentämisen. Näiden teknologioiden ja projektien kehittäjät ovat N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Venäjän tiedeakatemian geologinen instituutti), A. S. Nekrasov (Venäjän tiedeakatemian talouksien ennuste) ja Kaluga-turbiinitehtaiden asiantuntijat. Nyt Venäjän petrotermisten kiertojärjestelmien hanke on kokeiluvaiheessa.

Geotermisen energian mahdollisuudet Venäjällä ovat, vaikkakin suhteellisen kaukana: tällä hetkellä potentiaali on melko suuri ja perinteisen energian kannat ovat vahvat. Samalla useilla maan syrjäseuduilla geotermisen energian käyttö on taloudellisesti kannattavaa ja kysyntää juuri nyt. Nämä ovat alueita, joilla on suuret geoenergian mahdollisuudet (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - Venäjän maapallon osa "Tyynenmeren vyö, Etelä-Siperia ja Kaukasukset") ja samanaikaisesti kaukana ja katkaistuna keskitetystä virtalähteestä.

Luultavasti tulevina vuosikymmeninä maamme geoterminen energia kehittyy juuri näillä alueilla.