Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Геотермальная энергетическая установка недалеко от Солтон-Си, Калифорния.

Геотермальная энергия - это тепловая энергия, которая генерируется и хранится в Земле. Тепловая энергия - это энергия, определяющая температуру вещества. Геотермальная энергия земной коры происходит от первоначального образования планеты и от радиоактивного распада материалов (в настоящее время неизвестно [1], но, возможно, примерно в равных [2] пропорциях). Прилагательное геотермальный происходит от греческих корней γῆ ( ), что означает Земля, и θερμός ( thermós ), что означает горячий.

Внутреннее тепло Земли - это тепловая энергия, генерируемая в результате радиоактивного распада и постоянных потерь тепла от образования Земли. [3] Температура на границе ядро-мантия может достигать более 4000 ° C (7200 ° F). [4] Высокая температура и давление внутри Земли заставляют некоторые породы плавиться, а твердая мантия ведет себя пластически, в результате чего части мантии конвектируются вверх, поскольку она легче окружающей породы. Камни и вода нагреваются в коре, иногда до 370 ° C (700 ° F). [5]

Геотермальная энергия с водой из горячих источников использовалась для купания со времен палеолита и для обогрева помещений с древнеримских времен, но теперь она более известна для производства электроэнергии . В 2019 году во всем мире было доступно 13 900 мегаватт (МВт) геотермальной энергии. [6] По состоянию на 2010 год для централизованного теплоснабжения, отопления помещений, спа, промышленных процессов, опреснения и сельского хозяйства установлено дополнительно 28 гигаватт мощности прямого геотермального отопления . [ 7]

Геотермальная энергия является рентабельной, надежной, устойчивой и экологически чистой [8], но исторически ограничивалась территориями вблизи границ тектонических плит . Последние технологические достижения резко расширили диапазон и размер жизнеспособных ресурсов, особенно для таких применений, как домашнее отопление, открыв потенциал для широкого использования. Геотермальные скважины выбрасывают парниковые газы, задержанные глубоко в недрах Земли, но эти выбросы на единицу энергии намного ниже, чем выбросы ископаемого топлива.

Геотермальных ресурсов Земли теоретически более чем достаточно для удовлетворения потребностей человечества в энергии, но только очень небольшая их часть может быть использована с прибылью. Бурение и разведка глубоких ресурсов очень дороги. Прогнозы будущего геотермальной энергетики зависят от предположений о технологиях, ценах на энергию, субсидиях, перемещении границ плит и процентных ставках. Пилотные программы, такие как выбор клиента EWEB в программе Green Power [9], показывают, что клиенты будут готовы платить немного больше за возобновляемый источник энергии, такой как геотермальная. Но в результате исследований и отраслевого опыта при поддержке правительства стоимость производства геотермальной энергии снизилась на 25% за 1980-е и 1990-е годы. [10]По оценкам Министерства энергетики США, геотермальная энергия от электростанции, «построенной сегодня», стоит около 0,05 доллара за кВт / ч. [11] В отрасли занято около 100 тысяч человек. [12]

История [ править ]

Самый старый из известных бассейнов с горячим источником, построенный во времена династии Цинь в III веке до нашей эры.

Горячие источники использовались для купания, по крайней мере, со времен палеолита . [13] Самый старый известный курорт - каменный бассейн на горе Лисан в Китае, построенный во времена династии Цинь в 3 веке до нашей эры, на том же месте, где позже был построен дворец Хуацин Чи. В первом веке нашей эры римляне завоевали Аква-Сулис , ныне Бат, Сомерсет , Англия, и использовали там горячие источники для питания общественных бань и полов с подогревом . Плата за вход в эти бани, вероятно, представляет собой первое коммерческое использование геотермальной энергии. Самая старая в мире геотермальная система централизованного теплоснабжения в Шод-Эг., Франция, действует с 15 века. [14] Самая ранняя промышленная эксплуатация началась в 1827 году с использования гейзерного пара для извлечения борной кислоты из вулканической грязи в Лардерелло , Италия.

В 1892 году первая в Америке система централизованного теплоснабжения в Бойсе, штат Айдахо, питалась напрямую от геотермальной энергии, и в 1900 году ее скопировали в Кламат-Фоллс, штат Орегон . Первым известным зданием в мире, использующим геотермальную энергию в качестве основного источника тепла, было горячее озеро. Отель в округе Юнион, штат Орегон , строительство которого было завершено в 1907 году. [15] Глубокий геотермальный колодец использовался для обогрева теплиц в Бойсе в 1926 году, а гейзеры использовались для обогрева теплиц в Исландии и Тоскане примерно в то же время. [16] Чарли Либ разработал первый скважинный теплообменник.в 1930 году отапливал свой дом. Пар и горячая вода из гейзеров начали обогревать дома в Исландии с 1943 года.

Мировая геотермальная электрическая мощность. Верхняя красная линия - установленная мощность; [17] нижняя зеленая линия - это реализованная продукция. [7]

В 20 веке спрос на электроэнергию привел к рассмотрению геотермальной энергии в качестве источника генерации. Принц Пьеро Джинори Конти испытал первый геотермальный электрогенератор 4 июля 1904 года на том же месторождении сухого пара Лардерелло, где началась добыча геотермальной кислоты. Он удачно зажег четыре лампочки. [18] Позже, в 1911 году, здесь была построена первая в мире коммерческая геотермальная электростанция. Он был единственным в мире промышленным производителем геотермальной электроэнергии, пока Новая Зеландия не построила станцию ​​в 1958 году. В 2012 году она произвела около 594 мегаватт. [19]

Лорд Кельвин изобрел тепловой насос в 1852 году, а Генрих Зелли запатентовал идею использования его для извлечения тепла из земли в 1912 году. [20] Но только в конце 1940-х годов геотермальный тепловой насос был успешно реализован. Самой ранней из них, вероятно, была самодельная система прямого обмена мощностью 2,2 кВт Роберта К. Уэббера, но источники расходятся во мнениях относительно точных сроков его изобретения. [20] Дж. Дональд Крукер разработал первый коммерческий геотермальный тепловой насос для обогрева здания Содружества (Портленд, Орегон) и продемонстрировал его в 1946 году. [21] [22] Профессор Карл Нильсен из Университета штата Огайо.построил первую версию с открытым контуром для жилых помещений в своем доме в 1948 году. [23] Эта технология стала популярной в Швеции в результате нефтяного кризиса 1973 года , и с тех пор ее признание во всем мире медленно растет. Разработка в 1979 году полибутиленовых труб значительно увеличила экономическую эффективность теплового насоса. [21]

В 1960 году компания Pacific Gas and Electric начала эксплуатацию первой успешной геотермальной электростанции в США в Гейзерсе в Калифорнии. [24] Первоначальная турбина прослужила более 30 лет и вырабатывала полезную мощность 11  МВт . [25]

Двоичные энергетический цикл растения было впервые продемонстрированы в 1967 году в СССР , а затем введены в США в 1981 г. [24] Эта технология позволяет генерировать электроэнергию из гораздо более низких температуры ресурсов , чем ранее. В 2006 году в Чена Хот Спрингс, Аляска , была запущена установка бинарного цикла , которая вырабатывает электроэнергию при рекордно низкой температуре жидкости 57 ° C (135 ° F). [26]

Электричество [ править ]

Установленная мощность геотермальной энергии, 2019 г.

Международная геотермальная ассоциация (IGA) сообщила, что к сети подключено 10 715 мегаватт (МВт) геотермальной энергии в 24 странах, что, как ожидается, даст 67 246 ГВт-ч электроэнергии в 2010 году. [28] Это представляет собой 20% -ное увеличение сетевой мощности с 2005 года. IGA прогнозирует рост до 18 500 МВт к 2015 году благодаря проектам, находящимся в настоящее время на рассмотрении, часто на территориях, которые ранее считались малопригодными для эксплуатации. [28]

В 2010 году Соединенные Штаты лидировали в мире по производству геотермальной электроэнергии с установленной мощностью 3 086 МВт на 77 электростанциях. [29] Самая большая группа геотермальных электростанций в мире расположена в Гейзерсе , геотермальном поле в Калифорнии . [30] Филиппины является вторым по величине производителем, с 1,904 МВт мощности в режиме онлайн. Геотермальная энергия составляет примерно 13% от производства электроэнергии на Филиппинах. [31]

В 2016 году Индонезия заняла третье место с 1647 МВт в сети, позади США с 3450 МВт и Филиппин с 1870 МВт, но Индонезия станет второй из-за дополнительных 130 МВт в конце 2016 года и 255 МВт в 2017 году. 28 994 МВт Индонезии составляют крупнейшие геотермальные запасы в мире, и, по прогнозам, в следующем десятилетии они обгонят США. [32]

Геотермальные электростанции традиционно строились исключительно на краях тектонических плит, где у поверхности доступны высокотемпературные геотермальные ресурсы. Развитие электростанций с двойным циклом и усовершенствование технологий бурения и добычи позволяет усовершенствовать геотермальные системы в гораздо большем географическом диапазоне. [34] Демонстрационные проекты осуществляются в Ландау-Пфальце , Германия, и Сульс-су-Форе , Франция, в то время как более ранние проекты в Базеле , Швейцария, были остановлены после того, как они вызвали землетрясения . Другие демонстрационные проекты строятся в Австралии и Великобритании., и Соединенные Штаты Америки . [35]

Тепловой КПД геотермальных электростанций низка, около 10-23%, потому что геотермальные жидкости не достигают высоких температур пара из котлов. Законы термодинамики ограничивают эффективность тепловых двигателей в извлечении полезной энергии. Отработанное тепло тратится впустую, если его нельзя использовать напрямую и на месте, например, в теплицах, лесопилках и централизованном теплоснабжении. Эффективность системы не оказывает существенного влияния на эксплуатационные расходы, как это было бы для станций, использующих топливо, но она влияет на рентабельность капитала, использованного для строительства станции. Чтобы производить больше энергии, чем потребляют насосы, для выработки электроэнергии требуются относительно горячие поля и специальные тепловые циклы. [ необходима цитата ]Поскольку геотермальная энергия не зависит от переменных источников энергии, в отличие, например, от ветра или солнца, ее коэффициент использования может быть довольно большим - было продемонстрировано до 96%. [36] В 2005 году средний мировой показатель составлял 73%.

Типы [ править ]

Геотермальная энергия поступает либо в пары с преобладанием или жидкой преобладают форма. В Лардерелло и Гейзерах преобладает пар. Площадки с преобладанием пара предлагают температуру от 240 до 300 ° C, что приводит к образованию перегретого пара.

Растения с преобладанием жидкости [ править ]

Водохранилища с преобладанием жидкости (LDR) чаще встречаются с температурами выше 200 ° C (392 ° F) и встречаются возле молодых вулканов, окружающих Тихий океан, в рифтовых зонах и горячих точках. Флэш-установки являются обычным способом производства электроэнергии из этих источников. Насосы обычно не требуются, вместо них приводятся в действие, когда вода превращается в пар. Большинство скважин вырабатывают 2–10 МВт электроэнергии. Пар отделяется от жидкости с помощью циклонных сепараторов, а жидкость возвращается в резервуар для повторного нагрева / повторного использования. По состоянию на 2013 год самой крупной жидкостной системой является Серро-Прието в Мексике, которая вырабатывает 750 МВт электроэнергии при температурах, достигающих 350 ° C (662 ° F). Salton Seaместорождение в Южной Калифорнии предлагает потенциал для выработки 2000 МВт электроэнергии. [19]

Низкотемпературные LDR (120–200 ° C) требуют откачки. Они распространены на протяженных территориях, где нагревание происходит за счет глубокой циркуляции по разломам, например, на западе США и в Турции. Вода проходит через теплообменник в бинарной установке с циклом Ренкина . Вода испаряет органическую рабочую жидкость, которая приводит в движение турбину . Эти бинарные растения возникли в Советском Союзе в конце 1960-х годов и преобладают на новых заводах США. Бинарные установки не имеют выбросов. [19] [37]

Тепловая энергия [ править ]

Источники с температурой 30–150 ° C используются без преобразования в электричество в качестве центрального отопления , теплиц , рыболовства , добычи полезных ископаемых, промышленного обогрева и купания в 75 странах. Тепловые насосы извлекают энергию из неглубоких источников при температуре 10–20 ° C в 43 странах для использования в обогреве и охлаждении помещений. Отопление домов является наиболее быстрорастущим способом использования геотермальной энергии, с глобальным годовым темпом роста 30% в 2005 году [38] и 20% в 2012 году. [19] [37]

В 2004 году было использовано около 270 петаджоулей (ПДж) геотермального отопления. Более половины было потрачено на отопление помещений, а еще треть - на бассейны с подогревом. Остальные поддерживали промышленные и сельскохозяйственные приложения. Общая установленная мощность составила 28 ГВт, но коэффициенты мощности, как правило, низкие (в среднем 30%), поскольку тепло в основном требуется зимой. Около 88 ПДж для отопления помещений было извлечено примерно 1,3 млн геотермальных тепловых насосов общей мощностью 15 ГВт. [7]

Тепло для этих целей также может быть получено путем когенерации на геотермальной электростанции .

Отопление является рентабельным на гораздо большем количестве объектов, чем производство электроэнергии. В природных горячих источниках или гейзерах воду можно подавать прямо в радиаторы отопления . В горячей сухой земле земляные трубы или скважинные теплообменники могут собирать тепло. Однако даже в тех областях, где температура почвы ниже комнатной, тепло часто можно отводить с помощью геотермального теплового насоса более экономично и чисто, чем с помощью обычных печей. [39] Эти устройства используют гораздо более мелкие и холодные ресурсы, чем традиционные геотермальные методы. Они часто сочетают в себе функции, включая кондиционирование воздуха , сезонное хранение тепловой энергии , солнечную энергиюсбор, и электрическое отопление. Тепловые насосы можно использовать для отопления помещений практически в любом месте. Геотермальная энергия также может использоваться для снабжения холодных систем централизованного теплоснабжения . [40]

Исландия - мировой лидер по прямым приложениям. Около 92,5% домов отапливаются за счет геотермальной энергии, что позволяет Исландии ежегодно экономить более 100 миллионов долларов благодаря предотвращению импорта нефти. В Рейкьявике , Исландия, находится самая большая в мире система централизованного теплоснабжения, которая часто используется для обогрева дорожек и дорог, чтобы предотвратить накопление льда. [41] Когда-то известный как самый загрязненный город в мире, теперь он является одним из самых чистых. [42]

Улучшенная геотермальная энергия [ править ]

Усовершенствованные геотермальные системы (EGS) активно нагнетают воду в скважины для нагрева и обратной откачки. Вода нагнетается под высоким давлением, чтобы расширить существующие трещины в горных породах, чтобы вода могла свободно течь внутрь и наружу. Методика была адаптирована из методов добычи нефти и газа. Однако геологические образования более глубокие, и токсичные химические вещества не используются, что снижает возможность нанесения ущерба окружающей среде. Бурильщики могут использовать наклонно-направленное бурение для увеличения размера коллектора. [19]

Маломасштабные EGS были установлены в Рейнском грабене в Сульс-су-Форе во Франции, а также в Ландау и Инсхайме в Германии. [19]

Экономика [ править ]

Геотермальная энергия не требует топлива (за исключением насосов) и, следовательно, невосприимчива к колебаниям стоимости топлива. Однако капитальные затраты значительны. На бурение приходится более половины затрат, а разведка глубоких ресурсов сопряжена со значительными рисками. Типичная двойная скважина (добывающая и нагнетательная) в Неваде может выдерживать мощность 4,5 мегаватт (МВт) и стоит около 10 миллионов долларов на бурение с 20% -ной интенсивностью отказов. [43]

Электростанция у Гейзеров

Как отмечалось выше, затраты на бурение являются основным компонентом бюджета геотермальной электростанции и одним из ключевых препятствий на пути более широкого освоения геотермальных ресурсов. Электростанция должна иметь добывающие скважины для вывода горячей текучей среды (пара или горячей воды) на поверхность, а также должна иметь нагнетательные скважины для закачки жидкости обратно в пласт после ее прохождения через электростанцию. Бурение геотермальных скважин дороже бурения нефтяных и газовых скважин сопоставимой глубины по нескольким причинам:

  • Геотермальные резервуары обычно находятся в магматических или метаморфических породах, которые тверже, чем осадочные породы углеводородных резервуаров.
  • Порода часто имеет трещины, что вызывает вибрации, которые повреждают долота и другие буровые инструменты.
  • Порода часто абразивная, с высоким содержанием кварца и иногда содержит высококоррозионные жидкости.
  • Пласт по определению горячий, что ограничивает использование скважинной электроники.
  • Обсадные трубы геотермальных скважин должны быть зацементированы сверху вниз, чтобы противостоять тенденции обсадных труб к расширению и сжатию при изменении температуры. Нефтяные и газовые скважины обычно цементируют только на забое.
  • Поскольку геотермальная скважина производит малоценный флюид (пар или горячую воду), ее диаметр значительно больше, чем у типичных нефтяных и газовых скважин. [44]

В целом строительство электростанции и бурение скважин обходятся примерно в 2–5 млн евро за МВт электрической мощности, а цена безубыточности составляет 0,04–0,10 евро за кВт · ч. [17] Усовершенствованные геотермальные системы, как правило, находятся на верхней стороне этих диапазонов, с капитальными затратами выше 4 миллионов долларов на МВт и безубыточностью выше 0,054 доллара на кВт · ч в 2007 году. [45]В системах прямого нагрева можно использовать более мелкие колодцы с более низкими температурами, поэтому возможны системы меньшего размера с меньшими затратами и рисками. Геотермальные тепловые насосы для жилых домов мощностью 10 киловатт (кВт) обычно устанавливаются по цене около 1–3 000 долларов за киловатт. Системы централизованного теплоснабжения могут получить выгоду от экономии за счет масштаба, если спрос географически плотный, как в городах и теплицах, но в остальном установка трубопроводов преобладает над капитальными затратами. Капитальные затраты на одну такую ​​систему централизованного теплоснабжения в Баварии оцениваются примерно в 1 миллион евро за МВт. [46]Прямые системы любого размера намного проще, чем электрические генераторы, и имеют более низкие затраты на техническое обслуживание на кВт · ч, но они должны потреблять электроэнергию для работы насосов и компрессоров. Некоторые правительства субсидируют геотермальные проекты.

Геотермальная энергия легко масштабируется: от сельской деревни до целого города [47], что делает ее жизненно важной частью перехода к возобновляемым источникам энергии . [ необходима цитата ]

Самое развитое геотермальное поле в Соединенных Штатах - Гейзеры в Северной Калифорнии. [48]

Геотермальные проекты проходят несколько этапов развития. Каждая фаза связана с рисками. На ранних этапах разведки и геофизических исследований многие проекты отменяются, что делает этот этап непригодным для традиционного кредитования. Проекты, продвигающиеся от идентификации, разведки и разведочного бурения, часто обмениваются долевым участием для финансирования. [49]

Ресурсы [ править ]

Усовершенствованная геотермальная система 1: Резервуар 2: Насосная станция 3: Теплообменник 4: Машинный зал 5: Производственная скважина 6: Нагнетательная скважина 7: Горячая вода для централизованного теплоснабжения 8: Пористые отложения 9: Смотровая скважина 10: Кристаллическая коренная порода

Внутренняя тепловая энергия Земли течет к поверхности за счет теплопроводности со скоростью 44,2 тераватт (ТВт), [50] и пополняется за счет радиоактивного распада минералов со скоростью 30 ТВт. [51] Эти тарифы на электроэнергию более чем вдвое превышают текущее потребление энергии человечеством из всех первичных источников, но большая часть этого потока энергии не подлежит восстановлению. Помимо внутренних тепловых потоков, верхний слой поверхности на глубине до 10 м (33 фута) нагревается летом за счет солнечной энергии, высвобождая эту энергию и охлаждая зимой.

Вне сезонных колебаний геотермический градиент температур в земной коре составляет 25–30 ° C (77–86 ° F) на км глубины в большей части мира. Кондуктивный тепловой поток составляет в среднем 0,1 МВт / км 2 . Эти значения намного выше вблизи границ тектонических плит, где кора более тонкая. Они могут быть дополнительно усилены циркуляцией флюидов через магматические каналы , горячие источники , гидротермальную циркуляцию или их комбинацию.

Геотермальный тепловой насос может извлекать достаточно тепла из мелководья в любой точке мира для отопления дома, но промышленные применения требуют более высоких температур, чем глубинные ресурсы. [14] Тепловой КПД и рентабельность производства электроэнергии особенно чувствительны к температуре. Самые требовательные приложения получают наибольшую выгоду от высокого естественного теплового потока, в идеале от использования горячего источника . Следующий лучший вариант - пробурить скважину в горячем водоносном горизонте . Если нет подходящего водоносного горизонта, можно построить искусственный, закачав воду для гидравлического разрушения коренных пород. Этот последний подход называется геотермальной энергией горячей сухой породы в Европе, илиусовершенствованные геотермальные системы в Северной Америке. Этот подход может иметь гораздо больший потенциал, чем традиционный отбор естественных водоносных горизонтов. [34]

Оценки потенциала производства электроэнергии из геотермальной энергии варьируются в шесть раз, от 0,035 до 2 ТВт в зависимости от масштаба инвестиций. [7] Верхние оценки геотермальных ресурсов предполагают глубину улучшенных геотермальных скважин до 10 километров (6 миль), тогда как существующие геотермальные скважины редко бывают глубже 3 километров (2 миль). [7] Скважины такой глубины сейчас широко используются в нефтяной промышленности. [52] Самая глубокая исследовательская скважина в мире, Кольская сверхглубокая скважина , имеет глубину 12 километров (7 миль). [53]

Инженерное общество Мьянмы определило по крайней мере 39 мест (в Мьянме ), способных производить геотермальную энергию, и некоторые из этих гидротермальных резервуаров расположены довольно близко к Янгону, который является значительным недоиспользуемым ресурсом. [54]

Производство [ править ]

По данным Ассоциации геотермальной энергии (GEA) установленная геотермальная мощность в США выросла на 5%, или 147,05 МВт, с момента последнего ежегодного исследования в марте 2012 года. Это увеличение произошло за счет семи геотермальных проектов, которые начали производство в 2012 году. GEA также пересмотрела его оценка установленной мощности на 2011 год увеличилась на 128 МВт, в результате чего текущая установленная геотермальная мощность в США составила 3 ​​386 МВт. [55]

Возобновляемость и устойчивость [ править ]

Геотермальная энергия считается возобновляемой, потому что любой прогнозируемый отбор тепла невелик по сравнению с теплосодержанием Земли. Земля имеет внутреннее теплосодержание 10 31  джоулей (3 · 10 15  ТВт · ч ), что примерно в 100 миллиардов раз превышает годовое потребление энергии в мире в 2010 году. [7] Около 20% этого тепла - остаточное тепло от планетарной аккреции ; остальное объясняется более высокой скоростью радиоактивного распада, существовавшей в прошлом. [3]Естественные тепловые потоки не находятся в равновесии, и планета медленно остывает в геологических масштабах времени. Экстракция человека улавливает незначительную часть естественного оттока, часто не ускоряя его. Согласно большинству официальных описаний использования геотермальной энергии, в настоящее время она называется возобновляемой и устойчивой, потому что она возвращает равный объем воды в область, в которой происходит отбор тепла, но при несколько более низкой температуре. Например, температура воды, выходящей из земли, составляет 300 градусов, а возврат воды составляет 200 градусов, полученная энергия является разницей в извлеченном тепле. Текущие исследовательские оценки воздействия на потери тепла из ядра Земли основаны на исследованиях, проведенных до 2012 года. Однако, если бытовое и промышленное использование этого источника энергии резко расширилось в ближайшие годы,если исходить из уменьшения предложения ископаемого топлива и роста населения мира, которое быстро индустриализируется, требуя дополнительных источников энергии, то оценки воздействия на скорость охлаждения Земли необходимо будет пересмотреть.

Геотермальная энергия также считается устойчивой благодаря своей способности поддерживать сложные экосистемы Земли. Используя геотермальные источники энергии, нынешние поколения людей не поставят под угрозу способность будущих поколений использовать свои собственные ресурсы в том же объеме, в каком эти источники энергии используются в настоящее время. [56] Кроме того, считается, что геотермальная энергия из-за ее низких выбросов имеет отличный потенциал для смягчения последствий глобального потепления.

Производство электроэнергии в Поихипи, Новая Зеландия
Производство электроэнергии в Охааки, Новая Зеландия
Производство электроэнергии в Вайракей, Новая Зеландия

Несмотря на то, что геотермальная энергия является устойчивой в глобальном масштабе, добычу все же необходимо контролировать, чтобы избежать местного истощения. [51] В течение десятилетий отдельные скважины снижают температуру и уровень воды до тех пор, пока не будет достигнуто новое равновесие с естественными стоками. На трех самых старых участках, в Лардерелло , Вайракей и Гейзерах, объем добычи снизился из-за местного истощения. Тепло и вода в неопределенных пропорциях извлекались быстрее, чем пополнялись. Если добыча сократится и вода будет закачана повторно, эти скважины теоретически могут полностью восстановить свой потенциал. Такие стратегии смягчения последствий уже реализованы на некоторых объектах. Долгосрочная устойчивость геотермальной энергии была продемонстрирована на месторождении Лардарелло в г.Италия с 1913 года, на месторождении Вайракей в Новой Зеландии с 1958 года [57] и на месторождении Гейзерс в Калифорнии с 1960 года. [58]

Падение выработки электроэнергии может быть увеличено за счет бурения дополнительных скважин для снабжения, как, например, на месторождениях Поихипи и Охааки . Вайракей электростанция уже работает намного дольше, с его первый блок введен в эксплуатацию в ноябре 1958 года, и он достиг своего пика поколения 173 МВтв 1965 году, но уже подача пара высокого давления была неустойчивой, в 1982 году он был снижен до среднего давления и мощность станции составляла 157 МВт. Примерно в начале 21 века она управляла мощностью около 150 МВт, затем в 2005 году были добавлены две системы изопентана мощностью 8 МВт, что увеличило мощность станции примерно на 14 МВт. Детальных данных нет, они утеряны из-за реорганизации. Одна из таких реорганизаций в 1996 году привела к отсутствию ранних данных по Поихипи (начат в 1996 году) и к пробелам в 1996/7 по Вайракей и Охаки; Получасовые данные за первые несколько месяцев работы Ohaaki также отсутствуют, как и за большую часть истории Wairakei.

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Геотермальная электростанция на Филиппинах
Геотермальная станция Крафла на северо-востоке Исландии

Жидкости, забираемые из глубин Земли, несут смесь газов, в частности, двуокиси углерода ( CO
2
), сероводород ( H
2
S
), метан ( CH
4
) и аммиак ( NH
3
). Эти загрязнители способствуют глобальному потеплению , кислотным дождям и ядовитым запахам в случае их выброса. Существующие геотермальные электростанции выбрасывают в среднем 122 кг (269 фунтов) CO.
2
на мегаватт-час (МВт · ч) электроэнергии, это небольшая часть интенсивности выбросов традиционных электростанций, работающих на ископаемом топливе. [59] [ требуется обновление ] Заводы, которые подвергаются высоким уровням кислот и летучих химикатов, обычно оснащены системами контроля выбросов для уменьшения выбросов.

Помимо растворенных газов, горячая вода из геотермальных источников может содержать в растворе следовые количества токсичных элементов, таких как ртуть , мышьяк , бор и сурьма . [60] Эти химические вещества выпадают в осадок при охлаждении воды и могут нанести вред окружающей среде в случае выброса. Современная практика закачки охлажденных геотермальных жидкостей обратно в Землю для стимулирования добычи имеет побочное преимущество в снижении этого экологического риска.

Системы прямого геотермального отопления содержат насосы и компрессоры, которые могут потреблять энергию из источников загрязнения. Эта паразитная нагрузка обычно составляет часть тепловой мощности, поэтому она всегда меньше загрязняет окружающую среду, чем электрическое отопление. Однако, если электричество производится путем сжигания ископаемого топлива, чистые выбросы от геотермального отопления могут быть сопоставимы с непосредственным сжиганием топлива для получения тепла. Например, геотермальный тепловой насос, работающий на электричестве от завода по производству природного газа с комбинированным циклом, будет производить примерно столько же загрязнения, сколько и конденсационная печь для природного газа того же размера. [39] Следовательно, экологическая ценность прямого геотермального отопления в значительной степени зависит от интенсивности выбросов соседней электрической сети.

Строительство завода может отрицательно сказаться на устойчивости земли. Проседание произошло на месторождении Вайракей в Новой Зеландии. [14] В Штауфен-им-Брайсгау , Германия, вместо этого произошло тектоническое поднятие из-за того, что ранее изолированный слой ангидрита вступил в контакт с водой и превратился в гипс, увеличив его объем вдвое. [61] [62] [63] Усовершенствованные геотермальные системы могут вызывать землетрясения как часть гидроразрыва пласта . Проект в Базеле , Швейцария, был приостановлен из-за более 10 000 сейсмических событий силой до 3,4 балла.Шкала Рихтера возникла в течение первых 6 дней закачки воды. [64]

Геотермальная энергия имеет минимальные потребности в земле и пресной воде. Геотермальные электростанции используют 3,5 квадратных километра (1,4 квадратных мили) на гигаватт электроэнергии (не мощности) по сравнению с 32 квадратными километрами (12 квадратных миль) и 12 квадратными километрами (4,6 квадратных миль) для угольных предприятий и ветряных электростанций соответственно. [14] Они используют 20 литров (5,3 галлона США) пресной воды на МВт · ч по сравнению с более чем 1000 литров (260 галлонов США) на МВт · час для атомной энергетики, угля или нефти. [14]

Правовая база [ править ]

Некоторые из правовых вопросов, связанных с геотермальными энергетическими ресурсами, включают вопросы владения и распределения ресурса, предоставления разрешений на разведку, прав на разработку, лицензионных отчислений и степени признания вопросов геотермальной энергии в существующих законах о планировании и охране окружающей среды. Другие вопросы касаются частичного совпадения геотермальных и минеральных или нефтяных многоквартирных домов. Более широкие вопросы касаются того, в какой степени правовая база для поощрения возобновляемых источников энергии способствует стимулированию инноваций и развития геотермальной промышленности.

См. Также [ править ]

  • Международная геотермальная ассоциация
  • Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников
  • Всемирный геотермальный конгресс 2010 г.
  • Гидротермальный источник
  • Внутренний тепловой баланс Земли
  • Возобновляемая энергия по странам

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Dye, ST (2012). «Геонейтрино и радиоактивная сила Земли». Обзоры геофизики . 50 (3): RG3007. arXiv : 1111.6099 . Bibcode : 2012RvGeo..50.3007D . DOI : 10.1029 / 2012RG000400 . S2CID  118667366 .
  2. ^ Гандо, А .; Дуайер, Д.А.; McKeown, RD; Чжан, К. (2011). «Модель частичного радиогенного тепла для Земли, выявленная измерениями геонейтрино» (PDF) . Природа Геонауки . 4 (9): 647. Bibcode : 2011NatGe ... 4..647K . DOI : 10.1038 / ngeo1205 .
  3. ^ а б Тюркотт, DL; Шуберт, Г. (2002), Геодинамика (2-е изд.), Кембридж, Англия, Великобритания: Cambridge University Press, стр. 136–137, ISBN 978-0-521-66624-4
  4. ^ Lay, Торн; Хернлунд, Джон; Баффет, Брюс А. (2008), «Тепловой поток на границе ядра и мантии», Nature Geoscience , 1 (1): 25–32, Bibcode : 2008NatGe ... 1 ... 25L , doi : 10.1038 / ngeo.2007.44
  5. ^ Nemzer, J. "Геотермальное отопление и охлаждение" . Архивировано из оригинала на 1998-01-11.
  6. ^ REN21. «Возобновляемые источники энергии 2020: Глобальный отчет о состоянии дел. Глава 01; Глобальный обзор» . Проверено 2 февраля 2021 .
  7. ^ a b c d e f Фридлейфссон, Ингвар Б .; Бертани, Руджеро; Хуэнгес, Эрнст; Лунд, Джон В .; Рагнарссон, Арни; Рыбах, Ладислаус (11 февраля 2008 г.), О. Хохмайер и Т. Триттин (ред.), Возможная роль и вклад геотермальной энергии в смягчение последствий изменения климата (PDF) , Любек, Германия, стр. 59–80 , архивируются от оригинала (PDF) 8 марта 2010 года , восстановлена 2009-04-06
  8. ^ Глассли, Уильям Э. (2010). Геотермальная энергия: возобновляемые источники энергии и окружающая среда , CRC Press, ISBN 9781420075700 . [ требуется страница ] 
  9. ^ Зеленая энергия . eweb.org
  10. ^ Cothran, Хелен (2002), энергетические альтернативы , Greenhaven Press, ISBN 978-0737709049[ требуется страница ]
  11. ^ "Часто задаваемые вопросы по геотермальной энергии" . Energy.gov . Проверено 28 ноября 2020 .
  12. ^ «IRENA - Глобальная геотермальная рабочая сила достигнет 99 400 человек в 2019 году» . Think GeoEnergy - Новости геотермальной энергетики . Проверено 4 октября 2020 .
  13. ^ Катальди, Раффаэль (август 1992), «Обзор историографических аспектов геотермальной энергии в Средиземноморье и Мезоамерики районов до современной эпохи» (PDF) , Geo-Heat центра Квартального бюллетеня , Кламат - Фолс, штат Орегон: Орегон технологического института, 18 (1), стр. 13–16 , дата обращения 01.11.2009.
  14. ^ a b c d e Лунд, Джон В. (июнь 2007 г.), «Характеристики, разработка и использование геотермальных ресурсов» (PDF) , Ежеквартальный бюллетень Geo-Heat Center , Кламат-Фоллс, Орегон: Технологический институт Орегона, 28 (2 ), pp. 1–9 , проверено 16 апреля 2009 г.
  15. ^ Кливленд и Моррис 2015 , стр. 291.
  16. ^ Диксон, Мэри Х .; Фанелли, Марио (февраль 2004 г.), Что такое геотермальная энергия? , Пиза, Италия: Istituto ди Geoscienze е Georisorse, архивируются с оригинала на 2011-07-26 , извлекаться 2010-01-17
  17. ^ a b c Бертани, Руджеро (сентябрь 2007 г.), «Мировая геотермальная генерация в 2007 г.» (PDF) , Ежеквартальный бюллетень Geo-Heat Center , Кламат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона, 28 (3), стр. 8–19 , дата обращения 12.04.2009
  18. ^ Тивари, GN; Госал, М.К. (2005), Возобновляемые источники энергии: основные принципы и применение , Alpha Science, ISBN 978-1-84265-125-4[ требуется страница ]
  19. ^ Б с д е е Мур, JN; Симмонс, SF (2013), "Больше мощности Снизу", Science , 340 (6135): 933-4, Bibcode : 2013Sci ... 340..933M , DOI : 10.1126 / science.1235640 , PMID 23704561 , S2CID 206547980  
  20. ^ a b Зогг, М. (20–22 мая 2008 г.), История тепловых насосов, вклад Швейцарии и международные вехи (PDF) , 9-я Международная конференция по тепловым насосам МЭА, Цюрих, Швейцария
  21. ^ a b Блумквист, Р. Гордон (декабрь 1999 г.), «Геотермальные тепловые насосы, четыре с лишним десятилетия опыта» (PDF) , Ежеквартальный бюллетень Geo-Heat Center , Кламат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона, 20 (4), Стр. 13–18 , проверено 21 марта 2009 г.
  22. ^ Крукер, Дж. Дональд; Чунинг, Рэй К. (февраль 1948 г.), «Тепловой насос в офисном здании», ASHVE Transactions , 54 : 221–238.
  23. Ганнон, Роберт (февраль 1978 г.), «Тепловые насосы для грунтовых вод - домашнее отопление и охлаждение из собственной скважины» , Popular Science , Bonnier Corporation, 212 (2), стр. 78–82 , извлечено 01 ноября 2009 г.
  24. ^ a b Лунд, Дж. (сентябрь 2004 г.), «100 лет производства геотермальной энергии» (PDF) , Ежеквартальный бюллетень Geo-Heat Center , Кламат-Фоллс, Орегон: Технологический институт Орегона, 25 (3), стр. 11– 19 , проверено 13 апреля 2009 г.
  25. ^ Макларти, Линн; Рид, Маршалл Дж (1992), "США Геотермальная промышленности: Три десятилетия роста" (PDF) , источники энергии, часть А , 14 (4): 443-455, DOI : 10,1080 / 00908319208908739 , архивируются от оригинала ( PDF) от 16 мая 2016 г. , дата обращения 05.11.2009.
  26. ^ Эркан, К .; Holdmann, G .; Benoit, W .; Blackwell, D. (2008), "Понимание Чена Hot Springs flopë, Аляска, геотермальные системы , используя данные температуры и давления", Геотермия , 37 (6): 565-585, DOI : 10.1016 / j.geothermics.2008.09.001
  27. ^ Лунд и Джон В .; Бойд, Тоня Л. (апрель 2015 г.), «Мировой обзор прямого использования геотермальной энергии за 2015 г.» (PDF) , Материалы Всемирного геотермального конгресса 2015 г. , данные получены 27 апреля 2015 г.
  28. ^ а б GEA 2010 , стр. 4
  29. GEA 2010 , стр. 4–6
  30. Хан, М. Али (2007), Геотермальное поле Гейзеров, история успеха закачки (PDF) , Ежегодный форум Совета по охране подземных вод, заархивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2011 г. , извлечено 01 января 2010 г. 25
  31. ^ Agaton, Casper Boongaling (2019). Подход реальных опционов к инвестициям в возобновляемую и ядерную энергию на Филиппинах . Германия: Logos Verlag Berlin GmbH. п. 3. ISBN 978-3-8325-4938-1.
  32. ^ «Индонезия станет вторым по величине производителем геотермальной энергии в мире» . Проверено 27 ноября 2016 года .
  33. ^ Холм, Элисон (май 2010 г.), Геотермальная энергия: новости международного рынка (PDF) , Ассоциация геотермальной энергии, стр. 7 , дата обращения 24.05.2010
  34. ^ a b Tester, Jefferson W .; и другие. (2006), Будущее геотермальной энергии (PDF) , Воздействие усовершенствованных геотермальных систем (Egs) на Соединенные Штаты в 21 веке: оценка, Айдахо-Фолс: Национальная лаборатория Айдахо, Массачусетский технологический институт , стр. 1–8 до 1–33 (Краткое содержание), ISBN  978-0-615-13438-3, заархивировано из оригинального (PDF) 10 марта 2011 г. , получено 7 февраля 2007 г.
  35. ^ Бертани, Руджеро (2009), Геотермальная энергия: Обзор ресурсов и потенциала (PDF) , Труды Международной конференции по национальному развитию использования геотермальной энергии, Словакия
  36. ^ Lund, John W. (2003), "США Геотермальная Страна Update", Геотермия , 32 (4-6): 409-418, DOI : 10.1016 / S0375-6505 (03) 00053-1
  37. ^ a b Низкотемпературные и сопутствующие геотермальные ресурсы . Министерство энергетики США.
  38. ^ Лунд, Джон В .; Фристон, Дерек Х .; Бойд, Тоня Л. (24–29 апреля 2005 г.), Прямое использование геотермальной энергии во всем мире, 2005 г. (PDF) , Материалы Всемирного геотермального конгресса, Анталия, Турция [ мертвая ссылка ]
  39. ^ а б Ханова, Дж; Dowlatabadi, H (9 ноября 2007 г.), «Стратегическое сокращение выбросов парниковых газов за счет использования технологии тепловых насосов из грунтовых источников», Письма об экологических исследованиях , 2 (4): 044001, Bibcode : 2007ERL ..... 2d4001H , doi : 10.1088 / 1748 -9326/2/4/044001
  40. ^ Симона Буффа; и другие. (2019), «Системы централизованного теплоснабжения и охлаждения 5-го поколения: обзор существующих примеров в Европе», Renewable and Sustainable Energy Reviews , 104 , pp. 504–522, doi : 10.1016 / j.rser.2018.12.059
  41. ^ «Рейкьявик: земля нагревает город - Датский архитектурный центр» . Архивировано из оригинала на 2016-08-25.
  42. ^ Пал, Грег (2007), The Citizen-Powered Energy Handbook: Community Solutions к глобальному кризису , Вермонт: Chelsea Green Publishing
  43. Geothermal Economics 101, Economics of the 35 MW Binary Cycle Geothermal Plant , New York: Glacier Partners, October 2009, заархивировано из оригинала 01.05.2010 , извлечено 17.10.2009.
  44. ^ / Дж. Т. Фингер и Д. А. Бланкеншип, «Справочник по передовой практике геотермального бурения», Sandia Report SAND2010-6048, Sandia National Laboratories, декабрь 2010 г. (для Международного энергетического агентства), https://www1.eere.energy.gov/ геотермальный / pdfs / Drillinghandbook.pdf
  45. ^ Sanyal, Subir K .; Морроу, Джеймс У .; Батлер, Стивен Дж .; Робертсон-Тейт, Энн (22–24 января 2007 г.), Стоимость электроэнергии от усовершенствованных геотермальных систем (PDF) , Proc. Тридцать второй семинар по разработке геотермальных резервуаров, Стэнфорд, Калифорния
  46. ^ В Нидерландах быстро растет количество теплиц, отапливаемых геотермальной энергией. Рейф, Томас (январь 2008 г.), «Анализ рентабельности и управление рисками геотермальных проектов» (PDF) , Ежеквартальный бюллетень Geo-Heat Center , Кламат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона, 28 (4), стр. 1–4 , получено 16.10.2009
  47. ^ Лунд, Джон В .; Boyd, Тоня (июнь 1999), "Примеры Малый Геотермальная проекта Power" (PDF) , Geo-Тепло Центр Quarterly Bulletin , Кламат - Фолс, штат Орегон: Орегон технологический институт, 20 . (2), с 9-26, в архиве с оригинал (PDF) от 14.06.2011 , дата обращения 02.06.2009
  48. ^ Ассоциация геотермальной энергии. «Крупные компании» . Ассоциация геотермальной энергии. Архивировано из оригинального 22 апреля 2014 года . Проверено 24 апреля 2014 года .
  49. Deloitte, Министерство энергетики (15 февраля 2008 г.). «Отчет о стратегиях снижения геотермальных рисков». Управление геотермальной программы по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии .
  50. ^ Поллак, HN; SJ Hurter; Дж. Р. Джонсон (1993). «Тепловой поток из недр Земли: анализ глобального набора данных». Rev. Geophys . 30 (3): 267–280. Bibcode : 1993RvGeo..31..267P . DOI : 10.1029 / 93RG01249 .
  51. ^ a b Рыбач, Ладислав (сентябрь 2007 г.). Геотермальная устойчивость (PDF) . Ежеквартальный вестник Гео-Теплового центра . 28 . Кламат-Фолс, Орегон: Технологический институт Орегона. С. 2–7 . Проверено 9 мая 2009 .
  52. ^ Fyk, М., Biletskyi, В., & Аббуд, М. (2018). Ресурсо-оценка геотермальной электростанции в условиях использования каменноугольных отложений Днепро-Донецкой котловины. E3S Интернет конференций, (60), 00006.
  53. Кассино, Адам (2003), «Глубина глубочайшего бурения» , The Physics Factbook , Glenn Elert , извлечено 2009-04-09.
  54. ^ ДюБайн, Дэвид (ноябрь 2015 г.), «Геотермальная энергия в Мьянме, обеспечивающая электроэнергию для развития восточной границы» (PDF) , Myanmar Business Today Magazine : 6–8
  55. ^ GEA Update Release 2013 , Geo-energy.org, 26 февраля 2013 г. , получено 9 октября 2013 г.
  56. ^ «Является ли геотермальная энергия возобновляемой и устойчивой» , Аудитор по энергоэффективности: ваша штаб-квартира для разумного устойчивого образа жизни , заархивировано из оригинала на 2013-06-08 , получено 9 августа 2012 года.
  57. ^ Тейн, Ian A. (сентябрь 1998), "Краткая история Вайракеи геотермальной проекта Power" (PDF) , Geo-Тепла центр Квартальный бюллетень , Кламат - Фолс, штат Орегон: Орегон технологический институт, 19 (3), стр. 1–4 , получено 2 июня 2009 г.
  58. ^ Аксельссон, Гудни; Стефанссон, Валгардур; Бьёрнссон, Гримур; Лю, Цзюжун (апрель 2005 г.), «Устойчивое управление геотермальными ресурсами и их использование в течение 100–300 лет» (PDF) , Материалы Всемирного геотермального конгресса 2005 г. , Международная геотермальная ассоциация , извлечено 17 января 2010 г.
  59. ^ Бертани, Руджеро; Тейн, Ян (июль 2002 г.), « Исследование выбросов CO 2 на геотермальной электростанции » , IGA News (49): 1–3, заархивировано из оригинала 26 июля 2011 г. , извлечено 17 января 2010 г.
  60. ^ Bargagli1, R .; Catenil, D .; Nellil, L .; Olmastronil, S .; Zagarese, В. (1997), "воздействия на окружающую среду выбросов микроэлемента из геотермальных электростанций", Загрязнение окружающей среды токсикологии , 33 (2): 172-181, DOI : 10.1007 / s002449900239 , PMID 9294245 , S2CID 30238608  
  61. ^ Staufen: Risse: Хоффнунг в Штауфене: Quellvorgänge Лассен нач . badische-zeitung.de. Проверено 24 апреля 2013.
  62. ^ Портал DLR - изображение месяца TerraSAR-X: поднятие грунта под Старым городом Штауфена . Dlr.de (21.10.2009). Проверено 24 апреля 2013.
  63. ^ WECHSELWIRKUNG - Numerische Geotechnik . Wechselwirkung.eu. Проверено 24 апреля 2013.
  64. ^ Deichmann, N .; Май; Бетманн; Эрнст; Эванс; Fäh; Джардини; Херинг; Хусен; и другие. (2007), «Сейсмичность , вызванная закачкой воды для стимуляции геотермального резервуара в 5 км ниже города Базель, Швейцария», Американский геофизический союз , 53 : V53F – 08, Bibcode : 2007AGUFM.V53F..08D

Библиография [ править ]

  • GEA (май 2010 г.), Геотермальная энергия: новости международного рынка (PDF) , Ассоциация геотермальной энергии , стр. 4–6.
  • Катлер Дж. Кливленд; Кристофер Дж. Моррис (2015). Словарь по энергии (2-е изд.). Эльзевир. ISBN 978-0-08-096811-7.
  • Alliant Geothermal Energy
  • Bassfeld Technology Transfer - Введение в производство геотермальной энергии (файл PDF размером 3,6 МБ)
  • Геотермальная коллекция Гавайского университета в Маноа
  • Совет по геотермальным ресурсам
  • Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии - Программа геотермальных технологий
  • Ассоциация геотермальной энергии
  • Домашняя страница Международного энергетического агентства по геотермальной энергии
  • MIT - Будущее геотермальной энергии (файл PDF, 14 МБ)
  • NREL - Интерактивная карта данных - Инструмент геотермальной разведки
  • Геотермальная энергия Factsheet самая Мичиганского университета «s Центра устойчивых систем
  • Анимация TMBA: Геотермальная энергия
  • Франция делает ставку на геотермальную энергию
  • Эффекты производства геотермальной энергии