Что такое геотермальная энергия и типы геотермальных электростанций

Если вы любитель возобновляемых источников энергии, вы наверняка натыкались на компании, создающие информацию о системах геотермального отопления и охлаждения, и задавались вопросом, что такое геотермальная энергия и почему вы должны потратить очень мало времени, чтобы узнать о ней больше. Сегодня мы избавим вас от необходимости рыться в интернете, чтобы выяснить, что такое геотермальная энергия и каковы ее плюсы.

Термин геотермальная происходит от греческих слов: Geo, что значит земля, и Thermal, что значит тепло. Эта производная быстро указывает на определение геотермальной энергии, которая собой представляет тепло, исходящее из-под поверхности земли. Энергия внутри земли появилась в результате распада минералов и лесов пару лет назад. Классически она применялась для купания и отопления, однако в данное время ее дополнительно используют для выработки электрической энергии.

Это возобновляемый энергетический источник, другими словами он неисчерпаем для человека. Это также экологично чистый энергетический источник, другими словами он не выделяет тепличных газов, опасных для человеческого здоровья и внешней среды.

Тепловые источники геотермальной энергии

Ученые регулярно расходятся во мнениях относительно настоящего теплового источника для изготовления геотермальной энергии. Но последовательные подробные исследования стали причиной такому объяснению. Приблизительно в 4000 милях под поверхностью Земли, глубоко в земном ядре вырабатывается явление, называемое геотермальной энергетикой.

Геотермальная энергетика

Земное ядро состоит из 3-х слоев: внешней силикатной и твёрдой коры, вязкой мантии и жидкого внешнего ядра. Внешнее ядро состоит из очень горячей магмы или расплавленной породы, которая окружает твёрдый металлический центр, известен как внутреннее ядро. Медленный распад радиоактивных материалов регулярно создаёт чрезвычайно большие температуры внутри Земли.

Это нормальный процесс во всех горных породах. Вокруг внешнего ядра находится слой, именуемый мантией. Мантия имеет толщину около 1800 миль и состоит преимущественно из магмы и горных пород. Земная кора считается внешним слоем земного ядра. Кора образовывает главную долю континентов и дна океанов, ее толщина составляет приблизительно 3-5 миль под океанами и 15-35 миль на континентах.

Геотермальные электростанции на Камчатке (Geothermal power plants in Kamchatka)

Земная кора разделена на несколько частей, популярных как плиты. Собственно на краях таких плит магма находит путь к поверхности Земли. Собственно в этих областях популярны вулканы. Когда появляется вулкан, из-под земли извергается лава. Эта лава частично считается магмой. Под земной поверхностью вода и горные породы поглощают тепло от магмы.

С увеличением глубины увеличивается температура грунтовых вод и пород. Люди по всему миру применяют подземную энергию для обогрева собственных домов и выработки электрической энергии, выкапывая глубокие колодцы и выкачивая горячую грунтовую воду или пар на поверхность земли.

Геотермальная энергия берет собственное начало в глубокой древности, когда ее применяли для обогрева и купания. Сегодня горячие источники по всему миру все еще применяются для купания.

Как геотермальная энергия превращается в электричество?

Применение геотермальной энергии для выработки электричества — существенно новая отрасль, которая появилась в 1904 году в Италии. Итальянцы впервые привели в действие турбогенератор, применяя натуральный пар, выходящий из-под земли. 1960 год отметился первой успешной эксплуатацией широкомасштабной геотермальной электростанции в Гейзерах, Северная Калифорния. Приличное количество американских геотермальных электростанций расположено в Калифорнии, а прочие — на Гавайях, в Неваде, Юте, Айдахо и Монтане.

Преобразование геотермальной энергии в электричество осуществляется при помощи геотермальной электростанции. Электростанция применяет пар от горячей воды под поверхностью земли для вращения турбин, которые потом приводят в действие генератор для изготовления электричества. Некоторые геотермальные электростанции применяют пар для непосредственного вращения турбины. Другие применяют пар для нагревания жидкости, которая применяется для вращения турбины.

Главные типы геотермальных электростанций

  • Электростанции с бинарным циклом
  • Электростанции с сухим паром
  • Паровые электростанции

Эти 3 вида геотермальных электростанций имеют одну общую черту: они применяют паровые турбины для изготовления электроэнергии. Эта идея вполне сравнима с другими тепловыми электростанциями, применяющими экологически чистые источники энергии, отличные от геотермальных.

Электростанции с сухим паром

Как видно из названия, эти геотермальные электростанции применяют "сухой пар" для выработки электрической энергии. Сухой пар — это, в сущности, пар перегретый или вода в газообразном состоянии. Компании, занимающиеся геотермальными электростанциями, бурят две отдельные скважины до чрезвычайно горячего резервуара с водой под поверхностью земли: эксплуатационную скважину и нагнетательную скважину. Производственная скважина извлекает пар с температурой не менее 150°C (300°F) из резервуара горячей воды под землёй и направляет его в турбину.

Пар вращает турбину, которая вращает вал, совмещённый с генератором. Вращаясь, генератор видоизменяет энергию в электричество, которое поступает по электролиниям в электрическая сеть и по завершению подается в дома, заведения и предприятия промышленности. Отработанный пар попадает в конденсатор, где превращается в воду и через нагнетательную скважину направляется назад в резервуар горячей воды, и цикл продолжается.

Электростанция на сухом паре — это старый вид геотермальных электростанций. Первая электростанция на сухом паре была создана в 1904 году в Лардерелло, Италия. В Америке.S., данный тип геотермальной генерации энергии применяется исключительно в высоких вулканических горных районах Калифорнии.

Паровые электростанции

Данный вариант геотермальных электростанций применяет воду с температурой не менее 182°C (360°F). Как видно из названия, для выработки электрической энергии применяется вспышечный пар. Флэш-парообразование — это процесс, в ходе которого горячая вода под очень большим давлением сбрасывается или выветривается в пар во флэш-баке путем снижения давления. Потом пар направляется на вращение турбин, которые вращают вал, совмещённый с генератором, что приводит к выработке электрической энергии.

Паровые электростанции со вспышкой считаются самыми популярными типами геотермальных электростанций в нынешнем мире. Электростанция Wairakei, построенная во второй половине 50-ых годов XX века в Новой Зеландии, была первой геотермальной электростанцией, в которой применялся флэш-пар.

Электростанции с бинарным циклом

Эта геотермальная электростанция имеет преимущество если сравнивать с электростанциями с флэш-паром и сухим паром, поскольку для нагревания индивидуальной жидкости (бинарной жидкости), имеющей более невысокую температуру кипения, требуется немного более холодная вода (до 57°C (135°F)).

Эта электростанция дает возможность применять более холодные геотермальные резервуары, чем это нужно для электростанций с флэш-паром и сухим паром. Мы выяснили, что для получения пара и сухого пара применяется вода с температурой выше 182 °C (455 K; 360 °F), которая под очень большим давлением подается на электростанцию, расположенную на поверхности.

Впрочем на электрических станциях с бинарным циклом компании применяют насосы для закачки горячей воды из резервуара горячей воды внизу через эксплуатационную скважину, а немного более холодной воде позволяют вернуться в резервуар внизу. Отдельная жидкость с более невысокой температурой кипения, популярная как бинарная жидкость, обычно пентановый углеводород или бутан, подается под существенно большим давлением через теплообменный аппарат.

Геотермальная станция изнутри. Исландия с МШ #6

В теплообменном аппарате бинарная жидкость выветривается и направляется на вращение турбины, которая вращает вал, совмещённый с генератором, и вырабатывается электрическая энергия. Потом пар, применяемый для вращения турбины, превращается в воду при помощи радиаторов холодного воздуха и возвращается в нижний резервуар через нагнетательную скважину.

Кратко, электростанции бинарного цикла позволяют собирать геотермальную энергию из резервуаров с горячей водой, что не разрешили бы установки, которые работают по принципу вспыхивания пара и сухого пара. Однако КПД электростанций бинарного цикла составляет всего 10-13%. России приписывают создание успешного проекта электростанции бинарного цикла во второй половине 60-ых годов XX века.

Геотермальное производство электричества действительно на себе несет удар невысоких показателей тепловой эффективности. Однако тёплая вода, тепло выработанных газов и побочные продукты имеют много применений. Перевозка геотермальной электрической энергии — это вопрос, который не даёт покоя многим людям.

Способ транспортировки геотермальной электрической энергии имеет очень много общего с другими энергетическими источниками, например как солнце и ветер. Напряжение обычно увеличивается для снижения потерь, а энергия подается в электрическую сеть. Для перевозки электрической энергии на длинные расстояния требуется высокоизолированная система трубопроводов, что повышает первоначальные затраты на производство геотермальной электрической энергии.

Будущее геотермальной энергии

Будущее геотермальной энергии зависит от трех факторов: спроса, предложения и конкурентоспособности среди прочих возобновляемых ресурсов с точки зрения цены, доступности, надежности и т.д.. Интерес на геотермальную энергию будет расти и расти по мере увеличения численности населения и исчезновения остальных невозобновляемых источников. Более того, сегодня правительство также поддерживает те ресурсы, которые считаются более чистыми и не портят внешнюю среду.

Поставки геотермальной энергии лимитированны и лимитированны только определенными районами. Все ресурсы геотермальной энергии на порядок выше, чем ресурсы угля, нефти и газа. Геотермальная энергия может стать намного доступной, если будут усовершенствованы методы и технологии, применяемые для ее добычи. Геотермальная энергия все еще не полностью изучена. На глубине нескольких миль под поверхностью земли находится горячая сухая порода, нагреваемая расплавленной магмой, находящейся под ней.

Заём изображения: WikiImages