Научно-исследовательская работа Кряжовой а.А. (мгри) 2024

Введение.

В наше время интерес к альтернативным источникам энергии. Это вызвано не только истощением запасов углеводородного топлива, но и рядом экологических проблем, требующих решения. Также непрерывно возрастает потребление энергии во всём мире, предполагается, что к 2050 г. Оно возрастёт до 60 млрд. т. у. т.

Одним из наиболее перспективных возобновляемых ресурсов является тепловая энергия Земли, которая представляется неисчерпаемой. В геотермальной энергетике тепловая или электрическая энергия производится путём отбора тепла из естественных или искусственных подземных резервуаров, используя глубинное тепло Земли. Это тепло непрерывно генерируется за счёт радиоактивного распада долгоживущих изотопов.

Гидротермальные ресурсы непрерывно восполняются вследствие круговорота воды в природе и являются весьма надёжным видом теплоносителей. В земной коре в верхних слоях (5-10 км) подземные воды циркулируют под давлением, вызванным воздействием силы тяжести. С возрастанием глубины происходит ухудшение проницаемости коры, напоры ослабевают, и происходит уже не конвективный тепломассоперенос, а диффузионный или конвективный перенос тепла.

Наиболее распространёнными являются петрогеотермальные ресурсы, т.е. энергия, заключённая в горячих скальных породах. Она составляет примерно 99% общих ресурсов подземной тепловой энергии.

Районы, где возможно использование термальных вод в энергетике, являются зонами современного вулканизма. За последние сто лет был накоплен определённый опыт в этой отрасли. В различных странах, таких как Мексика, Япония, Филиппины, Новая Зеландия, Китай, Сальвадор и др. всё больше и больше используется геотермальная энергетика. В нашей стране также функционирует ряд геотермальных электростанций, например, Паужетская ГеоЭС, Мутновская ГеоЭС. [1]

Согласно данным ВСЕГИНГЕО и ВНИИКТЭП на территории РФ осуществлена разведка 47 месторождений природных теплоносителей с запасами термальных вод 242, 4 тыс. м³/сутки. И парогидротерм 103,2 тыс. т/сут. Однако запасы были утверждены только в случае 13 месторождений термальных вод. (135,4 тыс. м³/сутки) и пяти месторождений парогидротерм (34,5 тыс. т/сутки в пересчете на пар). Если учитывать очень большие потенциальные гидротермальные ресурсы России, то это очень малая доля от них.

Гидротермальные ресурсы в основном применяются для теплоснабжения домов и обогрева городов и населённых пунктов на Камчатке и Северном Кавказе, с количеством населения в общем до 500 000.[2]

Преобразование геотермальной энергии в электрическую представляется наиболее перспективным направлением деятельности ввиду возможности круглогодичной эксплуатации геотермальных скважин в этом случае. Как правило, на имеющихся ГеоЭС используется высокотемпературный природный пар, который добывается в районах современного вулканизма.

Гидротермальные ресурсы с температурой 100 ℃ и выше являются пригодными для того, чтобы производить электроэнергию.

Одним из наиболее перспективных для освоения геотермальной энергии регионов является Северо-Кавказский регион, так как геотермальные ресурсы, например, лишь одного Восточно-Предкавказского артезианского бассейна оцениваются в размере до 10000 МВт тепловой и 1000 Мвт электрической мощности. [3]

Концептуальная модель продуктивного геотермального резервуара может быть получена путём анализа данных по распределению температуры, зон притоков горячей воды в скважины, а также структурных и геологических характеристик месторождения. [4]

При конструкции важно учитывать необходимость экологичной утилизации отработанных геотермальных растворов. В качестве эффективного метода предлагается обратная закачка отработанных растворов в породы геотермальные резервуара. [5]

С 90-х годов прошлого века в РФ получила развитие поверхностная геотермия с применением тепловых насосов в целях снабжения теплом. Были проведены крупные исследования геотермальных условий на глубинах до 400 м в различных частях страны, например, Северо-Кавказском и Московском регионе. Проведена разработка методик и построены сооружения с целью использования тепла поверхностных слоев Земли, применяя тепловые насосы. [6]

В настоящее время в свыше 60 научных центов России идёт работа над исследованиями в области геотермальной энергетики. Согласно полученным данным, на большой части территории РФ возможна постройка и использование систем теплоснабжения с температурами 70 °С на входе и 20 °С на выходе, кроме того, на 70 % территории России - с температурным режимом 90/40 °С. [7]