1.3. Возобновляемые источники энергии

1.3.1. Тепло недр Земли и толщи вод морей

Поток тепла из недр Земли, источником которого являются радиоактивные процессы, проходящие внутри Земли, постоянен, но его I плотность очень мала. Так, с углублением на каждые 33 м температур повышается на 1 °С. При глубине современного бурения скважин до 10...12 км и более можно получить перепад температур 300 °С и ис­пользовать его для превращения в электрическую и механическую энергии. Однако потери теплоты в трубопроводах подачи рабочего тела и электропроводах термоэлектрогенераторов будут так велики, что получение полезной энергии от этого источника энергии вряд ли окажется рентабельным.

В ближайшем будущем, наверное, будет легче использовать раз­ность температур между нагретым воздухом и холодными слоями воды (в тропических морях) или между холодным воздухом и относительно теплыми слоями воды (в арктических морях). Здесь расстояние между источниками тепла небольшое, и даже при малом перепаде температур (30...40 °С) получается относительно рентабельная установка по гене­рации полезной энергии.

Более выгодна возможность использования теплоты горячих вод и газов, выбрасываемых из Земли через естественные каналы или спе­циально пробуренные скважины.

На планете имеются значительные запасы энергии в виде теплоты земных недр. Энергия глубинной теплоты Земли практически неисчер­паема, и ее использование весьма перспективно. Земля непрерывно отдает в мировое пространство теплоту, которая постоянно восполня­ется за счет распада радиоактивных элементов.

Термальные воды широко применяют для отопления и горячего водоснабжения в ряде стран. Так, столица Исландии Рейкьявик почти полностью обогревается теплотой подземных вод. В больших масштабах термальные воды используют в Австралии, Новой Зеландии, Италии.

Использование теплоты Земли зависит от глубины залегания до­статочно горячих источников. Чтобы объяснить природу геотер­мальных явлений, рассмотрим наиболее интересное из них — из­вержение вулканов. По мере увеличения глубины земной коры, или литосферы, повышается температура. На глубине 40 км температу­ра равна 1200 ºС. При этой температуре и атмосферном давлении прои­зошло бы плавление пород. Однако в земных недрах на такой глубине повсеместно плавления не происходит из-за большого давления — по­рядка 1210 МПа.

В тех местах, где давление, обусловленное весом покрывающих по­род, снято или значительно уменьшено, происходит плавление. Подобные явления наблюдаются при перемещениях земной коры, ког­да наряду с образованием складок при сжатиях образуются трещины при растяжениях. Расплавившаяся в трещинах масса может достигать поверхности Земли и выходить в виде лавы, горячих газов и водяного пара. Иногда она, поднимаясь по трещинам и разломам, не доходит до поверхности Земли вследствие расширения и уменьшения давле­ния. При этом нагретые теплотой больших глубин породы медленно (в течение десятков и сотен тысяч лет) остывают.

Теплота от такой массы к поверхности Земли передается за счет теплопроводности покрывающих пород и конвекции выделяющихся из нее горячих газов и водяного пара. Горячие газы и пар, поднима­ясь по трещинам к поверхности Земли, могут встретить воду, которую они нагревают. Нагретая вода выходит на поверхность в виде горячих источников. Эта вода может быть использована на геотермальных электростанциях. Объем выходящей на поверхность воды с течением времени меняется.

Анализ работы геотермальных электростанций в Новой Зеландии

и Италии показал, что со временем падают давление и температура скважине и значительно оседает поверхность Земли вокруг скважины на площади примерно в 6 км², а производительность скважин убывает со временем по экспоненциальному закону.

В настоящее время в России на Камчатке проектируются и создаются геотермальные электрические станции (ГеоЭС) на базе Мунтовского геотермального месторождения общей мощностью 300 МВт.

Геотермальная энергетика России (геотермальные электрические

станции и геотермальные тепловые станции) в перспективе может составить ощутимую долю (до 8%) от общей выработки энергии на ТЭС, ТЭЦ, АЭС.

Геотермальная энергетика сегодня — экологически чистые технологии выработки электричества и теплоты. Современные экологически чистые ГеоЭС исключают прямой контакт геотермального рабочего тела с окружающей средой и выбросы вредных парниковых газов (прежде всего СО₂) в атмосферу. С учетом лимитов на выбросы углекислого газа ГеоЭС и ГеоТС имеют заметное экологическое преимушество по сравнению с тепловыми электростанциями, работающими органическом топливе.