История геотермальной энергии (и ее появление в течение многих лет) сохранение энергии будущего

На данное время есть очень много источников энергии, одни из которых являются возобновляемыми, а иные — нет. Прекрасным источником невозобновляемой энергии считается сжигание ископаемого топлива, такого как нефть и газ, тогда как некоторые возобновляемые источники энергии включают солнечную, ветровую, гидроэлектрическую и геотермальную энергию.

Геотермальная энергия получается из тепла, которое исходит из земных недр. Она содержится в горных породах и жидкостях под земной корой и может быть обнаружена аж до горячей расплавленной породы, магмы. В данной статье мы расскажем о геотермальной энергии, ее прошлом, настоящем и будущем.

Михаил Никитин: «Место происхождения жизни. Первичный бульон, пицца и майонез»

Геотермальная энергия существует уже миллиарды лет. Однако история говорит, что геотермальная энергия применяется уже около 10 000 лет, начав с палеоиндейцев, которые применяли горячие источники и натуральные бассейны для готовки пищи, купания и обогрева. Согласно Britannica, первая в мире система централизованного теплоснабжения была вмонтирована в Шод-Эгю, Франция, в четырнадцтом веке, но лишь в конце 19 века другие города и отрасли осознали экономический потенциал геотермальных ресурсов.

Первое промышленное применение геотермальной энергии началось около Пизы, Италия, в конце 18 века. Пар, выходящий из природных источников (и из пробуренных скважин), применялся для добычи борной кислоты из горячих бассейнов, которые сегодня известны как месторождения Лардерелло.

Первые дома для жилья, в которых было получено геотермальное тепло, находились на Warm Springs Avenue в Бойсе, штат Айдахо, в первой половине 90-ых годов XIX века, а первое производство геотермальной электрической энергии было сделано в Лардерелло в Италии в 1904 году итальянским ученым Пьеро Джинори Конти.

Он также предлагает, что американские и итальянские станции были установками сухого пара, где низкопроницаемые резервуары делали только пар. Однако, Новая Зеландия смогла делать 80% перегретой воды и 20% пара благодаря высокотемпературной и высоконапорной воде, которая появляется настоящим образом.

Геотермальные электростанции в Новой Зеландии были введены в эксплуатацию во второй половине 50-ых годов XX века, а Гейзеры в северной Калифорнии — в первой половине 60-ых годов двадцатого века. Пар из земли сразу же формирует энергию и направляется по трубам на электростанции. В отличии от этого, перегретая вода из земли отсоединяется от смеси и горит в пар. Большинство геотермальных станций сейчас относятся к этому последнему типу "мокрого пара".

Развитие технологий геотермальной энергетики

1. Геотермальные станции с сухим паром

Это первоначальные системы геотермальных электростанций. Они применяли и применяют пар, поставляемый гидротермальным резервуаром, конкретно для вращения турбин генератора

2. Паровые электростанции

Это самые популярные в мире типы геотермальных электростанций, которые считаются более энергосберегающими, чем станции с сухим паром. Применяемая технология основывается на водохранилищах с большим давлением, где температура воды превышает 360°F (182°C).

Давление выталкивает перегретую воду на поверхность, где она попадает в резервуар под намного более низким давлением, чем то, которое существует под землёй. Попадая в резервуар, под действием более малого давления часть воды "вспыхивает" или выветривается, образовывая пар, который вращает турбину. Излишек воды, не подвергшийся промывке, закачивается назад в гидротермальный резервуар для будущего применения

3. Электростанции с бинарным циклом

Это новейшая производственная технология геотермальной энергии, на которую приходится подавляющее большинство роста геотермальной энергетики в Америке и по всему миру за последние пару десятилетий. Вода из гидротермального резервуара применяется для нагрева другой жидкости для работы с намного более невысокой температурой кипения. Горячая вода закачивается назад в резервуар, при этом нагретая рабочая жидкость выветривается, таким образом генерируя пар, который вращает турбину генератора.

Геофлюид, или жидкость, добываемая из-под земли, может содержать растворенный углекислый газ. Тогда как другие системы применяют геофлюид напрямую и позволяют двуокиси углерода выходить из жидкости, системы бинарного цикла этого не делают, поскольку геофлюид и рабочая жидкость никогда не вступают в прямой контакт, двуокись углерода в геофлюиде не высвобождается и вместо этого ресеквестрируется под землёй. Таким образом, системы бинарного цикла приводят к незначительным выбросам тепличных газов в течение всего цикла жизни, а еще к отсутствию выбросов твёрдых частиц во время эксплуатации.

4. Улучшенные геотермальные системы (EGS)

EGS" применяют геотермальные ресурсы, добываемые из намного более глубоких резервуаров, чем уже обсуждавшиеся системы. Данные ресурсы обычно нерентабельны для разработчиков по многим причинам, самой популярной из которых считается то, что глубокие пласты часто недостаточно проницаемы для того, чтобы горячая вода или пар поднимались на поверхность.

Для преодоления такой проблемы широкие геотермальные системы закачивают жидкости в землю с большой скоростью, чтобы расколоть глубинные породы, давая возможность создать проточные каналы и достичь более дешевых глубин и месторождений. Улучшенные геотермальные системы обычно сконфигурированы как модели бинарных паровых установок и особенно полезны в условиях горячих сухих пород.

Появление геотермальной энергии со временем

1. 1807: Европейский поселенец Джон Колтер, посетив район Йеллоустоуна, столкнулся с горячими источниками, что стало причиной появлению названия "Ад Колтера". Хот-Спрингс, штат Арканзас, также основали в 1807 году.

2. 1830: Аса Томпсон взимал по одному доллару за использование тремя ваннами с источниками в деревянной ванне, что стало первым знаменитым коммерческим применением геотермальной энергии

3. 1847: Уильям Белл Эллиот наткнулся на долину, из которой шел пар, чуть севернее того места, где сейчас находится Сан-Франциско, Калифорния. Он назвал эту окрестность "Гейзеры", что считается неправильным названием, и считал, что отыскал врата ада. В первой половине 50-ых годов XIX века Гейзеры превратились в курортный отельный комплекс The Geysers Resort Hotel, в котором, среди других, останавливались будущие президенты Улисс С. Грант и Теодор Рузвельт.

4. 1892: Первая в мире система централизованного теплоснабжения была введена в Бойсе, штат Айдахо, когда вода из горячих источников подавалась по трубопроводу в здания города. Сейчас в Бойсе работают четыре системы централизованного теплоснабжения, обеспечивающие теплом более 5 миллионов квадратных футов жилых, деловых и правительственных помещений. В то же время 17 районов в Америке и десятки остальных районов по всему миру применяют ту же систему

5. 1904: Первая геотермальная электростанция была изобретена принцем Пьеро Джинори Конти на месторождении сухого пара Лардерелло в Тоскане Италия.

6. 1948: Профессор Карл Нильсен из Университета штата Огайо разработал первый насос для отопления с грунтовым тепловым источником для применения в собственной резиденции, а Дж.D. Крокер, инженер из Портленда, штат Орегон, стал пионером первого применения грунтового насоса для отопления в зданиях коммерческого назначения

7. 1970: Был создан Совет по геотермальным ресурсам для поощрения разработки геотермальных ресурсов по всему миру. В Америке также был принят Закон о геотермальном паре, предоставляющий главе МВД полномочия сдавать в наем государственные земли и прочие федеральные земли для геотермальной разведки

Источник: Canva

8. 1972: Была создана Ассоциация геотермальной энергии (GEA). Эта организация занимается разработкой геотермальных ресурсов по всему миру для изготовления электроэнергии и применения прямого тепла

The Choice is Ours (2016) Official Full Version

9. 1977: Сформировано Министерство энергетики США

10. 1984: Станция мощностью 20 МВт начала производить электрическую энергию на горячих источниках Рузвельт в штате Юта. В Неваде начала работу бинарная электростанция мощностью 1.В Неваде начала работу бинарная электростанция мощностью 3 МВт, а в Империал Вэлли, Калифорния, запущена электростанция мощностью 50 МВт. Производство электричества началось на Гавайях с геотермальной электростанции мощностью 25 МВт в первой половине 90-ых годов двадцатого века, а еще с бинарной электростанции мощностью 23 МВт в Стимбоат-Спрингс, штат Невада, в первой половине 90-ых годов двадцатого века

11. 1994: Министерство энергетики создало два совместных проекта, направленные на содействие применению геотермальной энергии и уменьшение выбросов тепличных газов. Одно из усилий было направлено на ускоренное развитие геотермальных ресурсов для изготовления электроэнергии, а другое — на ускоренное применение геотермальных насосов для отопления.

12. 2000-е годы: Были приняты новые законы. В 2005 году был принят Закон об энергетической политике, предоставляющий налоговые льготы и займовые гарантии для самых разных видов производства энергии. В том же году было сделано 14 800 ГВтч электрической энергии, что достаточно для удовлетворения в год потребностей около 1.3 миллионов домов. В 2007 году был принят Закон об энергонезависимости и безопасности 2007 года, который дал разрешение и направление деятельности, которая связана с геотермальными исследованиями Министерства энергетики

13. 2009: В 38 штатах США и округе Колумбия Управление геотермальных технологий выдало награды на сумму 368 долл.2 млн. американских долларов на 149 геотермальных проектов

14. 20112012: В 2011 году и в течение последних трех месяцев 2012 года геотермальная промышленность в Америке стабильно росла, при этом геотермальные компании увеличили собственные мощности с 3102 МВт до 3187 МВт

15. 2013: Министерство энергетики инвестировало в проект, который дал возможность ему воспользоваться преимуществами геотермальных электрических генераторов с замкнутым циклом, генерирующих электрическую энергию с нулевым уровнем выбросов менее чем за 6 центов за кВтч.

16. 2015: Более 80 стран применяют геотермальную энергию, впереди КНР, Турция, Исландия, Япония, Венгрия и, разумеется, США. По данным Britannica, общая крупная поставленная мощность для прямого применения составляла около 73 290 мегаватт-часов тепловой энергии (МВт), потребляя около 163 273 гигаватт-часов в течении года (587 786 тераджоулей в течении года)

17. 2016: Общая крупная поставленная мощность по изготовлению электроэнергии составила около 13 400 МВт, вырабатывая приблизительно 75 000 гигаватт-часов в течении года при коэффициенте применения 71%, что эквивалентно 6 220 часам работы с полной нагрузкой в течении года.

18. 2019: В семи штатах США имеются геотермальные объекты, которые по завершению генерируют электрическую энергию базовой мощности, что составляет 4% от всей генерации в Америке, или 16 миллиардов киловатт-часов.

Будущее геотермальной энергетики

1. Бурение колодцев

За прошедшие годы мы стали лучше вырабатывать геотермальную энергию. В перспективе мы будем только лучше бурить геотермальные скважины с растущей эффективностью, что даст возможность воспринимать больше энергии на любой станции.

2. Улучшенные установки "бинарного цикла

Классически геотермальные установки "сухого пара" выбрасывали парниковые газы, даже в том случае, если это было приблизительно в восьмеро меньше, чем угольные установки. Однако, но все таки, это были выбросы. Сегодня и в перспективе инженеры разработали и будут совершенствовать установки "бинарного цикла", которые не выбрасывают в атмосферу ничего, кроме пара перегретого.

Установки бинарного цикла создают замкнутую систему, в которой горячая вода идет через теплообменный аппарат, нагревая другую жидкость, к примеру, изобутан, который кипит при более невысокой температуре, чем вода. Горячая вода, со своей стороны, направляется обратно под землю, а изобутан работает на генератор

3. Обгоняет остальные виды энергии

Геотермальная энергия считается третьим или четвертым по значению источником возобновляемой энергии после солнечной, ветровой и гидроэнергии. Она составляет маленькую часть мировых мощностей возобновляемых источников энергии и еще меньшую часть общих мировых мощностей, которые также включают энергию ископаемого топлива.

В перспективе, где все больше пропагандируются возобновляемые и стойкие источники энергии, мощность геотермальной энергетики будет продолжать расти, обгоняя остальные виды энергии, например ископаемое топливо и классическая биологическая масса.

Источники энергии. Геотермальная энергия.

4. Растущий потенциал

Геотермальная энергия все еще считается конкурентоспособной формой энергии в сегодняшней структуре возобновляемых источников энергии. На ее долю приходится чуть больше 1% мирового спроса на электрическую энергию и около 3% спроса на тепло. Потенциал геотермальной энергии большой и будет продолжать расти, беря во внимание замечательное кол-во тепла, хранящегося в наших ногах.

5. Освоение геотермальных ресурсов из остальных источников

Горячие точки — не единственные области, где можно применять геотермальную энергию, что даёт отличные новости для стран, не размещенных на вершине вулкана. Геотермальные ресурсы теперь можно разрабатывать из подстилающих пород, например как граниты в Сульце, Франция (Electricite de Strasbourg) и Эспоо, Финляндия (ST1), и глубоко залегающих осадочных бассейнов (триасовых) на разной глубине от 3 до 6.4 км, как это было выполнено в Нидерландах, Франции и Финляндии.

Эти глубоко залегающие коллекторы в большинстве случаев могут быть гидротермальными (водоносные коллекторы) или петротермальными (говоря иначе горячие сухие породы), но в обоих случаях для создания притока в скважинах нужны методы воздействия и интенсификации, поскольку они, в основном, плотные и малопроницаемые.