12. Геотермальная энергия
Когда грунтовые воды контактируют с раскаленной породой под землей, нагретая вода поднимается на поверхность и образует геотермальные источники. Горячая вода может выбрасываться из-под земли в виде фонтана — гейзера. Вода может вырываться из небольших разломов в виде пара. Или может выходить в виде небольших пузырьков в горячем источнике.
Термальные источники веками использовались для приготовления пищи и купания. Этот вид энергии — геотермальный, исходит из-под земли. С конца XIX века люди искали способы использовать эту энергию для обогрева домов и получения электричества. За последние несколько десятилетий варианты использования энергии существенно усовершенствовались.
Геотермальная энергия — это надежный и возобновляемый источник элетричества и тепла. Этот источник, в отличие от солнца или ветра, доступен всегда. Источник возобновляемый: осадки возвращают охлажденную воду на место горчячей, которая выходит на поверхность. Хотя геотермальная энергия не полностью решает проблему выбросов CO2. Насосы, поднимающие воду на поверхность, — электрические. Но геотермальная система значительно снижает использование ископаемого топлива.
Что такое геотермальная энергия?
Геотермальный нагреватель
Геотермальная энергия идет из самого сердца нашей планеты. Конечно, не напрямую. Расплавленное ядро Земли содержит много энергии в виде тепла. Тепло двигается внутри Земли по направлению к поверхности. На своем пути тепло расплавляет породу: образуется магма. Если магма попадает на поверхность, она становится лавой и образуется вулкан.
В некоторых местах магма поднимается очень близко к поверхности земли, в частности, это происходит на границах тектонических плит или в отдельных горячих точках. В этих местах магма обнаруживается на глубине всего в несколько километров и менее. Порода над магмой очень сильно нагревается. Если грунтовые или дождевые воды попадают в эту породу, то вода также нагревается. Температура воды под давлением достигает 275 градусов Цельсия. Грунтовые воды, достигая поверхности, прерващаются в горячие источники и гейзеры.
Теперь мы знаем об источнике геотермальной энергии, но как с его помощью получить тепло или электричество? Существует два способа: прямой геотермальный нагрев и использование геотермальных станций.
Прямой геотермальный нагрев
Геотермальная энергия – гейзеры.
При прямом геотермальном нагревании горячая вода из источников (нагретые грунтовые воды) используется для обогрева домов и предприятий, а также в снегоплавильных установках, парниках и на рыбных фермах. Лучше всего для этих целей подходят источники горячей воды с температурой от 10 до 149 градусов Цельсия. В 2005 году 72 страны сообщили о прямом использовании геотермальной энергии, обеспечивая при этом потребление более 16000 мегаватт. Страны, которые используют геотермальное нагревание напрямую: Франция, Германия, Исландия, США и Китай.
Термальные источники давно привлекают людей как место рекреации, приготовления пищи и купания. Северо-американские индейцы оставили следы своего пребывания на термальных источниках. В Японии веками грелись в термальных водах. Древние римляне строили бани, обогреваемые природными термальными источниками. Считалось, что термальная вода благоприятно влияет на здоровье. Современные спа-методики построены на древних познаниях о целебных свойствах термальной воды.
Первое упоминание прямого использования тепла природных источников принадлежит Помпеям (Италия), здесь вода из горячих источников отапливала несколько зданий. В XIV веке во французской деревне поступали так же. Когда была заселена Исландия, многочисленные горячие источники этой страны использовались для купания и стирки. Идея использовать источники появилась в 1755-56 гг., когда были пробурены первые термальные скважины. Однако из этих скважин ничего не появилось. Первая попытка масштабного использования геотермальной энергии в Исландии датируется 1928 годом. Пробурены новые термальные скважины, и в 1930 г. местная школа стала первым зданием, обогреваемым с помощью горячих источников. Сегодня прямое геотермальное нагревание используется для отопления большинства домов Исландии.
Первая современная система геотермального отопления появилась в США, в западном городе Боиз (шт. Айдахо). Бурение геотермальных скважин началось в 1890 г. К 1892 г. в Бойзе дома уже отапливались с помощью природных источников.
Существует два типа систем, использующих термальную воду для обогрева зданий. В системе, которая появилась первой, насосы выкачивают горячую воду из геотермального месторождения и направляют прямо в систему отопления. Большинство этой воды после охлаждения возвращается в подземное водохранилище. В современных системах горячая вода попадает в теплообменник, содержащий жидкость, поглощает тепло из воды. Нагревающаяся жидкость, в качестве которой может использоваться вода, по отдельному замкнутому контуру системы отопления проходит через здания. В системе, использующей теплообменник, термальная вода и нагреваемая жидкость разделяются. Делается это потому, что грунтовые воды могут содержать растворенные соли и минералы, которые могут засорить систему отопления. Выкачиваемая из недр земли вода возвращается под землю, чтобы не истощать месторождение.
Геотермальная система прямого нагрева оказывает минимальное влияние на окружающую среду. В системах раннего поколения нагретая вода возвращалась под землю, чтобы сохранить месторождение. В новых системах горячая вода достигает теплообменника и тут же возвращается под землю. Системы прямого нагрева зависят от выкачиваемой воды, при этом насосы работают благодаря ископаемому топливу. Таким образом, геотермальные системы прямого нагрева косвенно увеличивают выбросы CO2. Однако такие системы существенно уменьшают количество ископаемого топлива, используемого для работы отопительных сетей.