Геотермальная энергетика

       МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 

       УО  «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 

       Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности 
 
 
 

       РЕФЕРАТ 

       На  тему:

       ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГТИКА 
 
 

       ВЫПЛОНИЛА:

       Студентка ФМЭО,        (подпись, дата)                          А. А. Рябцева

       2 курс, ДАИ-2 
 

       Проверила                     (подпись, дата)                          Л. М. Судиловская 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Минск 2011

 

        Содержание

       Введение……………………………………………………………..3

       1. Геотермальная энергетика………………………………………4

       2. Достоинства и недостатки геотермальной  энергетики………..6

       3. Использование геотермальной энергии  в мире……………….8

       4. Геотермальная энергетика в Беларуси………………………..10

       Заключение………………………………………………………....12

       Список  использованных источников…………………………….13

 

       Введение 

       Одной из фундаментальных проблем, стоящих  перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными  источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Их прогнозные ресурсы  оцениваются, соответственно, в 15 трлн т, 500 млрд. т и 400 трлн м, при разведанных запасах 1685 млрд т, 137 млрд т и 140 трлн м. При современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на 400 лет, нефти на 42 года и газа на 61 год. Часть прогнозных ресурсов так же будет освоена, но стоимость их добычи будет постоянно расти.   

       Стоимость будет расти, а сами ресурсы будут  медленно, но верно сокращаться, ведь уголь, нефть и газ-это не возобновляемые источники энергии и рано или  поздно они закончатся. Следовательно, мы должны использовать их рационально, стараться экономить. Альтернативная энергетика может помочь нам это  сделать. Именно поэтому во многих странах  мира ведутся исследования по расширению использования альтернативных источников энергии-торфа, горючих  сланцев, битумов, нетрадиционных газов, энергии тепла  земли, солнца, ветра, океана, биосинтеза и др. Поэтому тема геотермальной энергетики достаточно актуальна в современном мире. Сегодня уже в 80 странах мира в той или иной степени используется геотермальное тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла развития на уровне строительства теплиц, бассейнов, использования в лечебных целях и т.д. А геотермальные электростанции  имеются примерно в 25 странах.

 

       

       1. Геотермальная энергетика 

       Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической  и тепловой энергии за счёт тепловой энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

       В вулканических районах циркулирующая  вода перегревается выше температур кипения на относительно небольших  глубинах и по трещинам поднимается  к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным  тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более  чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100°C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

       В земной коре существует подвижный и  чрезвычайно теплоемкий энергоноситель – вода, играющая важную роль в тепловом балансе верхних геосфер. Вода насыщает все породы осадочного чехла. Она содержится в породах гранитной и осадочной оболочек, а также, вероятно, и в верхних частях мантии. Жидкая вода существует только до глубин 10-15 км, ниже при температуре около 700°С вода находится исключительно в газообразном состоянии.

       На  глубине 50-60 км при давлениях около 104 атм. исчезает граница фазовости, т.е. водяной газ приобретает такую же плотность, что и жидкая вода. В любой точке земной поверхности, на определенной глубине, зависящей от геотермических особенностей района, залегают пласты горных пород, содержащие термальные воды (гидротермы). В связи с этим в земной коре следует выделять еще одну зону, условно называемую гидротермальной оболочкой». Она прослеживается повсеместно по всему земному шару только на разной глубине. В районах современного вулканизма гидротермальная оболочка иногда выходит на поверхность. Здесь можно обнаружить не только горячие источники, кипящие грифоны и гейзеры, но и парогазовые струи с температурой 180-200°С и выше. Подсчеты запасов термальных вод основываются на имеющихся данных об объемах гравитационных вод, заключенных в пластах, объемах самих водоносных горизонтов и коллекторских свойствах слагающих их горных пород. Запасы термальных вод представляют собой общее количество выявленных термальных вод, находящихся в порах и трещинах водоносных горизонтов, имеющих температуру 40-200°С, минерализацию до 35 г/л и глубину залегания до 3,5 тыс. м от дневной поверхности.

              С развитием глубокого бурения  на 10-15 км открываются многообещающие  перспективы вскрытия высокотемпературных  источников тепла. На таких глубинах в некоторых районах страны (исключая вулканические) температура вод может достигнуть 350°С и выше.  

       Существует  много классификаций геотермальных  вод, ниже приведены несколько из них:

       1) по температуре:

             - слаботермальные - до 40°C

             - термальные - 40-60°C

             - высокотермальные - 60-100°C

             - перегретые - более 100°C

       2) по минерализации 

             - ультрапресные - до 0,1 г/л

             - пресные - 0,1-1,0 г/л

             - слабосолоноватые - 1,0-3,0 г/л

             - сильносолоноватые  - 3,0-10,0 г/л

             - соленые - 10,0-35,0 г/л

             - рассольные - более 35,0 г/л

       3) по общей жесткости

             - очень мягкие - до 1,2 мг-экв/л

             - мягкие - 1,2-2,8 мг-экв/л

             - средние - 2,8-5,7 мг-экв/л

             - жесткие - 5,7-11,7 мг-экв/л

             - очень жесткие - более 11,7 мг-экв/л

       4) по кислотности, рН

             - сильнокислые - до 3,5

             - кислые - 3,5-5,5

             - слабокислые  - 5,5-6,8

             - нейтральные - 6,8-7,2

             - слабощелочные - 7,2-8,5

             - щелочные - более 8,5

       5) по газовому составу

             - сероводородные 

             - сероводородно-углекислые 

             - углекислые 

             - азотно-углекислые 

             - метановые 

             - азотно-метановые 

             - азотные 

       6) по газонасыщенности

             - слабая - до 100 мг/л

             - средняя - 100-1000 мг/л

             - высокая - более 1000 мг/л

 

       2. Достоинства и  недостатки геотермальной  энергетики 

       Геотермальная энергия всегда привлекала людей  возможностями полезного применения. Главным достоинством геотермальной  энергии является ее практическая неиссякаемость и полная независимость от условий  окружающей среды, времени суток  и года. Геотермальная энергия  своим "проектированием" обязана  раскаленному центральному ядру Земли, с громадным запасом тепловой энергии. Только в верхнем трехкилометровом слое Земли запасено количество тепловой энергии, эквивалентное энергии  примерно 300 млрд. т угля. Тепло центрального ядра Земли имеет прямой выход  на поверхность Земли через жерла  вулканов и в виде горячей воды и пара.

       Кроме того, магма передает свое тепло  горным породам, причем с ростом глубины  их температура повышается. По имеющимся  данным, температура Горных пород повышается в среднем на 1°С на каждые 33 м глубины (геотермическая ступень). Это означает, что на глубине 3-4 км вода закипает; а на глубине 10-15 км температура пород может достигать 1000-1200°С. Но иногда геотермическая ступень имеет другое значение, например, в районе расположения вулканов температура пород повышается на 1°С на каждые 2-3 м. Из этих примеров можно сделать заключение о том, что имеется значительное разнообразие температурных условий геотермальных источников энергии, которые будут определять технические средства для ее использования, и что температура является основным параметром, характеризующим геотермальное тепло.

       Существуют  следующие принципиальные возможности  использования тепла земных глубин. Воду или смесь воды и пара в  зависимости от их температуры можно  направлять для горячего водоснабжения  и теплоснабжения, для выработки  электроэнергии либо одновременно для  всех трех целей. Высокотемпературное  тепло околовулканического района и сухих горных пород предпочтительно использовать для выработки электроэнергии и теплоснабжения. От того, какой источник геотермальной энергии используется, зависит устройство станции.

       Если  в данном регионе имеются источники  подземных термальных вод, то целесообразно  их использовать для теплоснабжения и горячего водоснабженияю.

       Какие проблемы возникают при использовании  подземных термальных вод? Главная  из них заключается в необходимости  обратной закачки отработанной воды в подземный водоносный горизонт. В термальных водах содержится большое  количество солей различных токсичных  металлов (например, бора, свинца, цинка, кадмия, мышьяка), ряд химических соединений (аммиака, фенолов), что исключает сброс этих вод в природные водные системы, расположенные на поверхности.

       Наибольший  интерес представляют высокотемпературные  термальные воды или выходы пара, которые  можно использовать для производства электроэнергии и теплоснабжения.

       Итак, достоинствами геотермальной энергии  можно считать практическую неисчерпаемость  ресурсов, независимость от внешних  условий, времени суток и года, возможность комплексного использования  термальных вод для нужд теплоэлектроэнергетики и медицины. Также геотермальная энергия не загрязняет окружающую среду и не способствует парниковому эффекту, электростанции не занимают много места, после того как построены геотермальные электростанции, энергия почти бесплатна. Недостатками ее являются высокая минерализация термальных вод большинства месторождений и наличие токсичных соединений и металлов, что исключает в большинстве случаев сброс термальных вод в природные водоемы. Большая проблема состоит еще и в том, что существует  не так много мест, где можно строить геотермальные электростанции. Иногда геотермальные места  "выдыхаются" за несколько десятилетий.

 

       3. Использование геотермальной энергии в мире 

       Теоретически  работу тепловых насосов обосновал  французский физик Сади Карно еще в 1824 году. Практическое же воплощение циклу Карно дал англичанин Вильям Томсон, лорд Кельвин, спустя 28 лет. Его «умножитель тепла», по сути, холодильник наоборот, использовал в качестве рабочего тела (хладагента) воздух, от наружного же воздуха получал тепло. Пробная модель была запущена в Швейцарии.

       Страна  кантонов стала одним из передовиков  развития новой технологии: перед  Второй мировой войной здесь создали  первую крупную установку мощностью 175 кВт. Теплонасосная система использовала тепло речной воды и отапливала Цюрихскую ратушу. Что немаловажно, установка стала одной из первых, способных работать в реверсивном режиме: летом она охлаждала воздух внутри ратуши.

       Подобные  эксперименты проводились в Швейцарии, Англии, США. В 1970-ых, после мировых  энергетических кризисов, тепловые установки  стали особенно актуальны – началась серьезная работа по их внедрению  в массовое производство. И цель была достигнута.

       Уже к 1980 году в Соединенных Штатах работали три миллиона теплонасосных установок (ТНУ). До недавних пор Штаты оставались лидерами по количеству выпущенных систем, теперь на первое место вышла Япония. Сейчас в США ежегодно выпускают около миллиона новых установок.