Обещание геотермальной энергии

По мере роста стоимости топлива и электроэнергии геотермальная энергия имеет многообещающее будущее. Подземное тепло можно найти где угодно на Земле, а не только там, где добывается нефть, добывается уголь, где светит солнце или дует ветер. И он работает круглосуточно, все время, с относительно небольшим необходимым управлением. Вот как работает геотермальная энергия.

Неважно, где вы находитесь, если вы пробьетесь сквозь земную кору, вы в конечном итоге попадете на раскаленную скалу. Шахтеры впервые заметили в средние века, что глубокие шахты теплые на дне, и тщательные измерения с тех пор обнаружили, что как только вы преодолеете поверхностные колебания, твердая порода становится все теплее глубина. В среднем это геотермальный градиент примерно на один градус Цельсия на каждые 40 метров в глубину или 25 градусов на километр.

Но средние значения - это просто средние значения. Подробно, геотермальный градиент намного выше и ниже в разных местах. Высокие уклоны требуют одной из двух вещей: горячей магмы, поднимающейся близко к поверхности, или обильных трещин, позволяющих грунтовым водам эффективно переносить тепло на поверхность. Любого из них достаточно для производства энергии, но лучше иметь оба.

Магма поднимается там, где кора растягивается, чтобы позволить ей подняться - в расходящиеся зоны. Это происходит в вулканических дугах над большинством зон субдукции, например, и в других областях расширения земной коры. Самая большая в мире зона растяжения - это система хребтов в середине океана, где знаменитые черные курильщики найдены. Было бы здорово, если бы мы могли отводить тепло от раскидистых хребтов, но это возможно только в двух места, Исландия и Солтон-впадина Калифорнии (и Земля Ян-Майена в Северном Ледовитом океане, где никто жизни).

Районы континентального распространения - следующая лучшая возможность. Хорошими примерами являются район бассейна и хребта в американской Западной и Восточной Африке в Великой рифтовой долине. Здесь есть много областей горячих скал, которые перекрывают молодые магматические вторжения. Тепло доступно, если мы можем добраться до него бурением, а затем начать извлекать тепло, качая воду через горячие камни.

Горячие источники и гейзеры по всему бассейну и хребту указывают на важность переломов. Без переломов нет горячего источника, только скрытый потенциал. Переломы поддерживают горячие источники во многих других местах, где кора не растягивается. Знаменитый Уорм-Спрингс в Джорджии - пример, место, где никакая лава не текла через 200 миллионов лет.

Самые лучшие места для использования геотермальной жары имеют высокие температуры и обильные трещины. Глубоко в земле, места разлома заполнены чистым перегретым паром, в то время как грунтовые воды и минералы в более прохладной зоне выше давления уплотняются. Нажатие на одну из этих зон с сухим паром похоже на гигантский паровой котел, который можно подключить к турбине для выработки электроэнергии.

Лучшее место в мире для этого запрещено - Йеллоустонский национальный парк. Сегодня только три парогазовых месторождения производят электроэнергию: Лардарелло в Италии, Вайракей в Новой Зеландии и Гейзеры в Калифорнии.

Другие паровые поля влажные - они производят как кипящую воду, так и пар. Их эффективность меньше, чем у сухопаровых месторождений, но сотни из них все еще приносят прибыль. Главный пример - геотермальное поле Косо в восточной Калифорнии.

Геотермальные энергетические установки могут быть запущены в сухую горную породу просто путем бурения до нее и ее разрыва. Затем вода откачивается к нему, а тепло собирается в паре или горячей воде.

Электричество производится либо путем подачи горячей воды под давлением в пар при поверхностном давлении, либо путем использование второй рабочей жидкости (такой как вода или аммиак) в отдельной системе водоснабжения для извлечения и преобразования высокая температура. Новые соединения разрабатываются в качестве рабочих жидкостей, которые могут повысить эффективность достаточно, чтобы изменить игру.

Обычная горячая вода полезна для энергии, даже если она не подходит для выработки электроэнергии. Тепло само по себе полезно в производственных процессах или просто для отопления зданий. Вся нация Исландии почти полностью обеспечивает себя энергией благодаря геотермальным источникам, как горячим, так и теплым, которые делают все, от привода турбин до отопления теплиц.

Геотермальные возможности всех этих видов показаны в национальная карта геотермального потенциала выпущен на Google Earth в 2011 году. Исследование, которое создало эту карту, оценило, что у Америки есть в десять раз больше геотермального потенциала, чем энергия во всех ее угольных пластах.

Полезную энергию можно получить даже в неглубоких ямах, где земля не горячая. Тепловые насосы могут охлаждать здание летом и обогревать его зимой, просто перемещая тепло из того места, которое теплее. Аналогичные схемы работают в озерах, где на дне озера лежит густая холодная вода. Система охлаждения озера Корнелльского университета является ярким примером.

В первом приближении тепло Земли происходит от радиоактивного распада трех элементов: урана, тория и калия. Мы думаем, что железное ядро не имеет почти ничего из этого, в то время как вышележащий накидка имеет только небольшие суммы. коравсего 1 процент массы Земли содержит примерно вдвое меньше этих радиогенных элементов, чем вся мантия под ним (что составляет 67% Земли). По сути, кора действует как электрическое одеяло на остальной части планеты.

Меньшее количество тепла вырабатывается различными физико-химическими средствами: замораживание жидкого железа во внутреннем ядре, изменения минеральной фазы, удары из космоса, трение от земных приливов и многое другое. И значительное количество тепла вытекает из Земли просто потому, что планета охлаждается, как это было с тех пор его рождение 4,6 миллиарда лет назад.

Точные цифры для всех этих факторов весьма неопределенны, потому что тепловой баланс Земли зависит от деталей структуры планеты, которая все еще находится в процессе обнаружения. Кроме того, Земля эволюционировала, и мы не можем предположить, какой была ее структура в глубоком прошлом. Наконец, тектонические движения земной коры перестраивали это электрическое одеяло на протяжении эонов. тепловой баланс Земли является спорной темой среди специалистов. К счастью, мы можем использовать геотермальную энергию без этого знания.