Geotermální energie

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 5. října 2018; kontroly vyžadují 105 úprav .

Geotermální energie  je směr energie založený na využití tepelné energie nitra Země k výrobě elektrické energie v geotermálních elektrárnách nebo přímo k vytápění nebo zásobování teplou vodou . Obvykle se odkazuje na alternativní zdroje energie využívající obnovitelné zdroje energie .

Zásoby zemského tepla jsou prakticky nevyčerpatelné - při ochlazení pouze zemského jádra (nepočítáme -li plášť a kůru ) se na 1 °C uvolní 2 * 10 20 kWh energie , což je 10 000x více, než je obsaženo ve všech prozkoumaných fosilních palivech a milionkrát více, než je roční spotřeba energie lidstva. V tomto případě teplota jádra přesahuje 6000 °C a rychlost ochlazování se odhaduje na 300–500 °C za miliardu let.

Tepelný tok proudící z útrob Země jejím povrchem je 47 ± 2 TW tepla (400 tisíc TWh ročně, což je 17krát více než celosvětová produkce a odpovídá spálení 46 miliard tun uhlí ), a generovaná tepelná energie Země v důsledku radioaktivního rozpadu uranu , thoria a draslíku-40 se odhaduje na 33 ± 20 TW, to znamená, že až 70 % tepelných ztrát Země je doplněno [1] . Využití i 1 % této kapacity odpovídá několika stovkám výkonných elektráren. Hustota tepelného toku je však v tomto případě menší než 0,1 W/m 2 (tisíckrát a desetitisíckrát menší než hustota slunečního záření), což ztěžuje použití.

Ve vulkanických oblastech se cirkulující voda přehřívá nad bod varu v relativně mělkých hloubkách a stoupá puklinami na povrch, někdy se projevuje jako gejzíry . Přístup k podzemní teplé vodě je možný pomocí hlubinných vrtů . Více než takové parotermy jsou rozšířeny suché vysokoteplotní horniny, jejichž energie je dostupná čerpáním a následným odváděním přehřáté vody z nich. Vysoké skalní horizonty s teplotami pod +100 °C jsou běžné i v mnoha geologicky neaktivních oblastech, nejperspektivnější je tedy využití geoterm jako zdroje tepla.

Ekonomické využití geotermálních zdrojů je běžné na Islandu a Novém Zélandu , Itálii a Francii , Litvě , Mexiku , Nikaragui , Kostarice , Filipínách , Indonésii , Číně , Japonsku , Keni a Tádžikistánu .

Geotermální energie se dělí na dvě oblasti: petrotermální energii a hydrotermální energii. Hydrotermální energie je popsána níže [2] .

Klasifikace

Podle způsobu odsávání chladicí kapaliny: [3]

Podle typu použitých zdrojů: [4]

Zdroje

Slibné zdroje přehřáté vody mají četné vulkanické oblasti planety, včetně Kamčatky , Kurilských ostrovů , Japonských a Filipínských ostrovů , rozlehlých území Kordiller a And .

Rusko
V roce 2006 bylo v Rusku prozkoumáno 56 ložisek termálních vod s debetem přesahujícím 300 tisíc m³/den. Průmyslová těžba se provádí na dvaceti ložiskách, mezi nimi: Paratunskoje ( Kamčatka ) , Čerkesskoje a Kazminskoje (Karačajsko -Čerkesko a Stavropolské území ), Kizlyarskoje a Machačkalinskoje ( Dagestan ), Mostovskoje a Voznesenskoje ( Krasnodarské území ).

Velké zásoby podzemních termálních vod se nacházejí v Dagestánu , Severní Osetii , Čečensku , Ingušsku , Kabardino-Balkarsku , Zakavkazsku , Stavropolském a Krasnodarském území, Kamčatce a řadě dalších oblastí Ruska.

Výhody a nevýhody

Výhody

Hlavní výhodou geotermální energie je její praktická nevyčerpatelnost a naprostá nezávislost na podmínkách prostředí, denní a roční době. Faktor využití instalovaného výkonu GeoTPP může dosáhnout 80 %, což je nedosažitelné pro žádnou jinou alternativní energii (kromě TPP na bázi biopaliv ).

Nevýhody

Ekonomická proveditelnost vrtů

Pro přeměnu tepelné energie na elektrickou energii pomocí nějakého tepelného motoru (například parní turbíny ) je nutné, aby teplota geotermálních vod byla dostatečně vysoká, jinak bude účinnost tepelného motoru příliš nízká ( například při teplotě vody 40 °C a okolní teplotě 20 °C bude účinnost ideálního tepelného motoru pouze 6 % a účinnost skutečných strojů je ještě nižší, navíc část energie bude být vynaloženy na vlastní potřeby závodu, například na provoz čerpadel, která odčerpávají chladivo ze studny a čerpají vyčerpané chladivo zpět ). Pro výrobu elektřiny je vhodné používat geotermální vodu o teplotě 150 °C a vyšší. I pro vytápění a ohřev vody je potřeba teplota minimálně 50 °C. Teplota Země se však s hloubkou zvyšuje poměrně pomalu, obvykle je geotermální gradient pouze 30 °C na 1 km, to znamená, že i zásobování horkou vodou bude vyžadovat více než kilometr hlubokou studnu a několik kilometrů pro výrobu elektřiny. Vrtání takto hlubokých vrtů je nákladné, navíc čerpání chladiva jimi vyžaduje i energii, takže využití geotermální energie není zdaleka všude vhodné. Téměř všechny velké GeoPP se nacházejí v místech zvýšeného vulkanismu - Kamčatka , Island , Filipíny , Keňa , gejzírová pole v Kalifornii atd., kde je geotermální gradient mnohem vyšší a geotermální vody jsou blízko povrchu.

Ekologie chladicí kapaliny

Jedním z problémů, které vznikají při využívání podzemních termálních vod, je potřeba obnovitelného cyklu dodávky (vstřikování) vody (obvykle vyčerpané) do podzemní zvodně , což vyžaduje spotřebu energie. Termální vody obsahují velké množství solí různých toxických kovů (například olovo , zinek , kadmium ), nekovů (například bor , arsen ) a chemických sloučenin ( amoniak , fenoly ), což vylučuje vypouštění těchto vod. do přírodních vodních systémů umístěných na povrchu . Vysoká salinita také přispívá ke korozi potrubí a usazování solí. Injektáž odpadních vod je nutná také proto, aby nedocházelo k poklesu tlaku ve zvodně, což povede ke snížení produkce geotermální stanice nebo její úplné nefunkčnosti.

Na druhou stranu geotermální vody obsahují cenné prvky jako lithium a existují projekty na jejich těžbu [5] .

Největší zájem je o vysokoteplotní termální vody nebo výstupy páry, které lze využít pro výrobu elektřiny a zásobování teplem.

Vyvolávání zemětřesení

Ekonomická proveditelnost vrtání a infrastruktury vrtů vyžaduje výběr lokalit s velkým geotermálním gradientem. [6] Taková místa se obvykle nacházejí v seismicky aktivních zónách. [6] Při výstavbě GCC -stanice se navíc provádí hydraulická stimulace hornin, což umožňuje zvýšit přenos tepla chladiva s horninami v důsledku dalších trhlin. Podle výsledků studie zemětřesení Pohang z roku 2017 se však ukázalo, že ani regulace pomocí měření z doplňkových seismografických stanic k vyloučení indukovaných zemětřesení nestačí. [7] Zemětřesení v Pohangu vyprovokované [7] provozem geotermální elektrárny nastalo 15. listopadu 2017 o síle 5,4 stupně [8] , 135 lidí bylo zraněno a 1 700 zůstalo bez domova. [6]

Geotermální energetika ve světě

Instalovaný čistý výkon geotermálních elektráren (GeoTPP) na konci roku 2018 je 13155 MW neboli 0,2 % instalovaného čistého výkonu světových elektráren (dále svět zahrnuje 179 zemí) [11] . Oproti roku 1990 činil nárůst instalovaného výkonu GeoTPP 7454 MW neboli 56,7 %.Ve struktuře instalovaného výkonu světových elektráren se přitom podíl GeoTPP v roce 2018 oproti roku 1990 snížil o 0,1 %. . Ve struktuře obnovitelných zdrojů energie světa je podíl GeoTPP na konci roku 2018 0,6 %. V letech 1990 a 2018 činila hrubá výroba elektřiny na GeoTPP [12] 36,4 a 87,9 miliardy kWh, v tomto pořadí, nebo 0,4 % a 0,3 % celosvětové hrubé výroby elektřiny (179 zemí světa) v letech 1990 a 2018.

Čistá instalovaná kapacita a výroba elektřiny v geotermálních elektrárnách podle zemí [13] [12]
Země Instalovaná kapacita-netto, MW Hrubá výroba elektřiny, mil. kWh
1990 2018 1990 2018
Rakousko -- jeden -- --
Chile -- 40 -- 214
Kostarika -- 207 -- 969
Chorvatsko -- jeden -- 2
El Salvador 95 204 419 1545
Etiopie -- 7 -- --
Francie -- 16 -- 129
Německo -- 36 -- 178
Řecko 2 -- -- --
Guatemala -- 39 -- 250
Honduras -- 35 -- 297
Maďarsko -- 3 -- 12
Island 46 756 300 6010
Indonésie 140 1981 1125 12804
Itálie 496 767 3222 6105
Japonsko 270 474 1741 2524
Keňa 45 627 336 5128
Mexiko 700 1010 5124 5283
Nový Zéland 261 965 2131 7961
Nikaragua 70 155 386 801
Papua-Nová Guinea -- 56 -- 425
Filipíny 888 1944 5466 10435
Portugalsko jeden 29 čtyři 230
Rusko -- 74 -- 426
Tchaj-wan -- -- 3 --
Thajsko -- -- jeden jeden
krocan osmnáct 1283 80 7431
Spojené státy 2669 2444 16012 18773
Svět (179 zemí) 5701 13154 36350 87933

Spojené státy americké

Největším výrobcem geotermální elektřiny jsou Spojené státy americké, které v roce 2005 vyrobily asi 16 miliard kWh elektřiny z obnovitelných zdrojů . V roce 2009 byla celková kapacita 77 geotermálních elektráren ve Spojených státech amerických 3086 MW [14] . Do roku 2013 je plánována výstavba více než 4400 MW. [ aktualizovat údaje ]

Nejvýkonnější a nejznámější skupina geotermálních elektráren se nachází na hranici okresů Sonoma a Lake , 116 km severně od San Francisca . Jmenuje se „Gejzíry“ („Gejzíry“) a tvoří jej 22 geotermálních elektráren o celkovém instalovaném výkonu 1517 MW [15] . „Gejzíry nyní tvoří jednu čtvrtinu veškeré alternativní [nevodní] energie vyrobené v Kalifornii“ [16] . Mezi další hlavní průmyslové oblasti patří: severní Salt Sea ve střední Kalifornii (570 MW instalovaný výkon) a geotermální elektrárny v Nevadě , jejichž instalovaný výkon dosahuje 235 MW.

Americké společnosti jsou světovými lídry v tomto odvětví, a to navzdory skutečnosti, že geotermální energie se v zemi začala aktivně rozvíjet relativně nedávno. Podle ministerstva obchodu je geotermální energie jedním z mála obnovitelných zdrojů energie, jejichž vývoz z USA je větší než jejich dovoz. Kromě toho se technologie také exportují. 60 % [17] členských společností Geotermální energetické asociace v současnosti usiluje o podnikání nejen ve Spojených státech amerických, ale také v zahraničí (v Turecku , Keni , Nikaragui , Novém Zélandu , Indonésii , Japonsku atd.).

Geotermální energetika jako jeden z alternativních zdrojů energie v zemi má zvláštní vládní podporu.

Filipíny

V roce 2003 bylo na Filipínských ostrovech instalováno 1930 MW elektrické energie , na Filipínách parní hydrotermy zajišťují výrobu asi 27 % veškeré elektřiny v zemi.

Mexiko

Země byla v roce 2003 na třetím místě ve výrobě geotermální energie na světě s instalovaným výkonem elektráren 953 MW. V nejvýznamnější geotermální zóně Cerro Prieto se nacházejí stanice o celkovém výkonu 750 MW.

Itálie

V Itálii byly v roce 2003 v provozu elektrárny o celkovém výkonu 790 MW.

Island

Island má pět kogeneračních geotermálních elektráren s celkovým elektrickým výkonem 570 MW (2008), které produkují 25 % elektrické energie v zemi.

Jedna z těchto stanic zásobuje hlavní město Reykjavík. Stanice využívá podzemní vodu a přebytečná voda je odváděna do obřího bazénu.

V roce 2000 byl zahájen islandský projekt hlubokého vrtání (IDDP) s cílem vyvinout technologie pro využití energie superkritických hydrotermálních kapalin .

Keňa

V roce 2005 fungovaly v Keni tři geotermální elektrárny o celkovém elektrickém výkonu 160 MW a plánuje se zvýšení výkonu na 576 MW. K dnešnímu dni je Keňa domovem nejvýkonnějšího GeoPP na světě, Olkaria IV .

Rusko

Poprvé na světě byly v roce 1967 použity nevodní páry jako nosič tepla v geotermální elektrárně Paratunskaya. [osmnáct]

Dnes se 40 % energie spotřebované na Kamčatce vyrábí z geotermálních zdrojů [19] .
Podle Ústavu vulkanologie Dálného východu pobočky Ruské akademie věd se geotermální zdroje Kamčatky odhadují na 5 000 MW. [20] Ruský potenciál byl realizován pouze ve výši něco málo přes 80 MW instalovaného výkonu ( 2009 ) a cca 450 milionů kWh roční výroby (2009):

Na území Stavropol na poli Kayasulinskoye byla zahájena a pozastavena výstavba nákladného experimentálního GeoTPP Stavropol o výkonu 3 MW.

Na území Krasnodar se využívá 12 geotermálních polí . [21]

V Dagestánu se geotermální vody používají k vytápění a zásobování teplou vodou. Tři největší geotermální ložiska – Machačkala-Ternairskoje, Kizlyarskoje a Izberbašskoje – celkem produkují 4,4 milionu tun horké (55-105 °C) vody ročně, neboli 148 milionů kWh tepelné energie. 70 % obyvatel města Kizlyar má zajištěno vytápění a zásobování teplou vodou z geotermálních zdrojů. Sazba za geotermální teplo na různých polích se pohybuje od 195 do 680 rublů za 1000 kWh [22] .

Japonsko

V Japonsku je 20 geotermálních elektráren, ale geotermální energie hraje v energetickém sektoru země podružnou roli: v roce 2013 se touto metodou vyrobilo 2596 GWh elektřiny, což je asi 0,25 % celkových dodávek elektřiny v zemi.

Klasifikace geotermálních vod [23]

Podle teploty

nízké tepelné až +40 °C
Tepelný +40 až +60 °C
Vysoká tepelná +60 až +100 °C
Přehřátý nad +100 °C

Mineralizací (suchý zbytek)

ultra-čerstvé až 0,1 g/l
nevýrazný 0,1-1,0 g/l
mírně brakické 1,0-3,0 g/l
silně brakické 3,0-10,0 g/l
Slaný 10,0-35,0 g/l
solanka nad 35,0 g/l

Podle celkové tvrdosti

velmi měkké až 1,2 mg-ekv/l
měkký 1,2–2,8 mg-ekv/l
střední 2,8-5,7 mg-ekv./l
tvrdý 5,7–11,7 mg-ekv/l
velmi obtížné více než 11,7 mg-ekv./l

Podle kyselosti, pH

silně kyselé až 3.5
kyselý 3,5–5,5
podkyselina 5,5–6,8
neutrální 6,8–7,2
mírně alkalické 7,2–8,5
zásadité přes 8.5

Podle složení plynu

sirovodík
sirovodík-oxid uhličitý
uhličitý
dusičnano-uhličitý
metan
dusík-metan
dusík

Podle nasycení plynem

slabý až 100 mg/l
průměrný 100-1000 mg/l
vysoký nad 1000 mg/l

Petrotermální energie

Tento typ energie je spojen s hlubokými teplotami Země, které začínají od určité úrovně stoupat. Průměrná rychlost jeho nárůstu s hloubkou je asi 2,5 °C na každých 100 m. V hloubce 5 km je teplota přibližně 125 °C a v 10 km asi 250 °C. Teplo se vyrábí vrtáním dvou studní, z nichž jedna je čerpána vodou, která po zahřátí vstupuje do sousední studny a vystupuje ve formě páry. Problémem dnešní energetiky je její ziskovost . [2]

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Kapitinov I.M. Nuclear heat of the Earth Archivní kopie ze 4. října 2018 na Wayback Machine // Učebnice "Radioactivity of Atomic Nuclei", ed. B. S. Ishkhanova. - KDU, Univerzitní kniha, Moskva, 2017. - S. 48-56.
  2. ↑ 1 2 Kirill Degtyarev. Petrotermální energie - start v Rusku (nedostupný odkaz) . Ruská geografická společnost (24. října 2011). Získáno 1. listopadu 2012. Archivováno z originálu 20. listopadu 2012. 
  3. ↑ Alkhasov, 2016 , str. 18, 98.
  4. ↑ Alkhasov, 2016 , str. 16-17.
  5. ↑ Slibná metoda pro extrakci lithia z geotermálního chladiva parního hydrotermálního ložiska Pauzhetsky . Získáno 18. srpna 2021. Archivováno z originálu dne 18. srpna 2021.
  6. ↑ 1 2 3 Zemětřesení v Pohangu v roce 2017 si vynutilo revizi přístupů k hodnocení rizik geotermální energie . Staženo 3. června 2019. Archivováno z originálu dne 3. června 2019.
  7. ↑ 1 2 Souhrnná zpráva korejské vládní komise o vztazích mezi zemětřesením v Pohang v roce 2017 a projektem EGS Archivována 11. července 2019 na Wayback Machine  (korejština)
  8. ↑ Zemětřesení v Koreji v roce 2017 vyvolané geotermální elektrárnou . Habrahabr (30. 4. 2018). Získáno 3. září 2019. Archivováno z originálu dne 3. září 2019.
  9. ↑ Bertani, Ruggero (září 2007), World Geotermal Generation in 2007 , Geo-Heat Center Quarterly Bulletin (Klamath Falls, Oregon: Oregon Institute of Technology) . — V. 28(3): 8–19 , < http://geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf > . Získáno 12. dubna 2009. Archivováno 17. února 2012 na Wayback Machine 
  10. ↑ Fridleifsson, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst & Lund, John W. (2008-02-11), O. Hohmeyer a T. Trittin, ed., Možná role a příspěvek geotermální energie ke zmírnění změny klimatu | IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources Conference , Luebeck, Germany, str. 59–80 , < http://www.iea-gia.org/documents/FridleifssonetalIPCCGeothermalpaper2008FinalRybach20May08_000.pdf > . Získáno 6. dubna 2009. Archivováno 8. března 2010 na Wayback Machine 
  11. ↑ Instalovaný výkon elektráren . EES EAEC. Světová energetika (2021-22-07). Získáno 30. září 2021. Archivováno z originálu dne 30. září 2021.
  12. ↑ 1 2 Výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a přečerpávacích elektráren . EES EAEC. Světová energetika (2021-22-07). Získáno 30. září 2021. Archivováno z originálu dne 30. září 2021.
  13. ↑ Instalovaná kapacita GeoTPP a PSP . EES EAEC. Světová energetika (2021-22-07). Získáno 30. září 2021. Archivováno z originálu dne 30. září 2021.
  14. ↑ Geotermální projekty připravované v 70 zemích 25. května 2010
  15. ↑ Geysers Geothermal Field, Kalifornie, Spojené státy americké//www.power-technology.com – http://www.power-technology.com/projects/the-geysers-geothermal-california Archivováno 10. května 2012 na Wayback Stroj
  16. ↑ Calpine and the Environment//www.geysers.com – http://www.geysers.com/environment.htm Archivováno 5. července 2012 na Wayback Machine
  17. ↑ Charles W. Thurston. Accelerating Geotermal Growth Through DOE Initiatives//Renewable Energy World North America, květen 2010//www.renewableenergyworld.com – http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2012/01/accelerating-geothermal-growth -through-doe-initiatives Archivováno 17. října 2012 na Wayback Machine
  18. ↑ L. A. Ogurečnikov. Geotermální zdroje v energetice . č. 11 (31) . Alternativní energie a ekologie (2005). Získáno 1. listopadu 2012. Archivováno z originálu 20. listopadu 2012.
  19. ↑ Dokud nedojde olej // červen 2016
  20. ↑ Geotermální energie . časopis Energosvět. Získáno 1. listopadu 2012. Archivováno z originálu 6. května 2012.
  21. ↑ V. A. Butuzov, G. V. Tomarov, V. Kh. Shetov. Geotermální topný systém využívající solární energii a tepelná čerpadla . časopis „Úspora energie“ (3. listopadu 2008). Získáno 1. listopadu 2012. Archivováno z originálu 6. prosince 2012.
  22. ↑ Geotermální energie v dálkovém vytápění v Rusku. Zkušenosti z Dagestánu | ABOK . Získáno 17. srpna 2021. Archivováno z originálu dne 17. srpna 2021.
  23. ↑ VSN 56-87 "Geotermální zásobování teplem a chladem bytových a veřejných budov a staveb"

Literatura

  • Degtyarev K. Teplo země // Věda a život . - 2013. - č. 9-10.
  • Dvorov I. M. Hluboké teplo Země / Ed. vyd. d.g.-m.s. A. V. Ščerbakov . — M .: Nauka , 1972. — 208 s. — ( Současnost a budoucnost lidstva ). — 15 000 výtisků.
  • Berman E., Mavritsky BF Geotermální energie. M.: Mir, 1978. 416 s.
  • Sevastopolsky A.E. Geotermální energie: Zdroje, vývoj, využití: Per. z angličtiny. M.: Mir, 1975.
  • Baeva A. G., Moskvicheva V. N. Geotermální energie: problémy, zdroje, využití. Bibliografický rejstřík. Nakladatelství Sibiřské pobočky Akademie věd SSSR, Institut tepelné fyziky, 1979
  • Alkhasov A.B. Obnovitelné zdroje energie. - M . : Nakladatelství MPEI, 2016. - ISBN 978-5-383-00960-4 .

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích