كيريل ديجتياريف، باحث، جامعة موسكو الحكومية. إم في لومونوسوف.
في بلدنا الغني بالهيدروكربونات، تعد الطاقة الحرارية الأرضية نوعًا من الموارد الغريبة، والتي من غير المرجح، في ظل الوضع الحالي، أن تتنافس مع النفط والغاز. ومع ذلك، يمكن استخدام هذا النوع البديل من الطاقة في كل مكان تقريبًا وبفعالية تامة.
تصوير إيجور كونستانتينوف.
التغيرات في درجة حرارة التربة مع العمق.
ارتفاع درجة حرارة المياه الحرارية والصخور الجافة التي تحتويها مع العمق.
تتغير درجات الحرارة مع العمق في مناطق مختلفة.
يعد ثوران البركان الأيسلندي Eyjafjallajokull مثالاً على العمليات البركانية العنيفة التي تحدث في المناطق التكتونية والبركانية النشطة مع تدفق حراري قوي من أحشاء الأرض.
القدرات المركبة لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية حسب البلد، ميجاوات.
توزيع موارد الطاقة الحرارية الأرضية في جميع أنحاء روسيا. احتياطيات الطاقة الحرارية الأرضية، وفقا للخبراء، أكبر بعدة مرات من احتياطيات الطاقة من الوقود الأحفوري العضوي. وفقا لجمعية الطاقة الحرارية الأرضية.
الطاقة الحرارية الأرضية هي الحرارة الموجودة في باطن الأرض. يتم إنتاجه في الأعماق ويصل إلى سطح الأرض بأشكال مختلفة وبكثافة مختلفة.
هذه هي المناطق الأكثر ملاءمة لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية. على أراضي روسيا، هذه هي، أولا وقبل كل شيء، كامتشاتكا، جزر الكوريل والقوقاز.
في الوقت نفسه، فإن تطوير الطاقة الحرارية الأرضية ممكن في كل مكان تقريبًا، نظرًا لأن الزيادة في درجة الحرارة مع العمق هي ظاهرة عالمية، والمهمة هي "استخراج" الحرارة من الأعماق، تمامًا كما يتم استخراج المواد الخام المعدنية من هناك.
في المتوسط، تزداد درجة الحرارة مع العمق بمقدار 2.5-3 درجة مئوية لكل 100 متر، وتسمى نسبة الفرق في درجة الحرارة بين نقطتين تقعان على أعماق مختلفة إلى الفرق في الأعماق بينهما بالتدرج الحراري الأرضي.
والقيمة المتبادلة هي الخطوة الحرارية الأرضية، أو فترة العمق التي ترتفع عندها درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية.
كلما زاد التدرج، وبالتالي، انخفضت المرحلة، كلما اقتربت حرارة أعماق الأرض من السطح وكلما كانت هذه المنطقة واعدة لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية.
في مناطق مختلفة، اعتمادًا على البنية الجيولوجية والظروف الإقليمية والمحلية الأخرى، يمكن أن يختلف معدل زيادة درجة الحرارة مع العمق بشكل كبير. وعلى مقياس الأرض تصل التقلبات في مقادير التدرجات والخطوات الحرارية الأرضية إلى 25 مرة. على سبيل المثال، في ولاية أوريغون (الولايات المتحدة الأمريكية) يبلغ التدرج 150 درجة مئوية لكل كيلومتر واحد، وفي جنوب أفريقيا - 6 درجات مئوية لكل كيلومتر واحد.
والسؤال هو ما هي درجة الحرارة في أعماق كبيرة - 5 أو 10 كم أو أكثر؟ وإذا استمر هذا الاتجاه، ينبغي أن يبلغ متوسط درجة الحرارة على عمق 10 كيلومترات حوالي 250-300 درجة مئوية. وهذا ما تؤكده الملاحظات المباشرة في الآبار العميقة للغاية، على الرغم من أن الصورة أكثر تعقيدًا بكثير من الزيادة الخطية في درجة الحرارة. .
على سبيل المثال، في بئر كولا العميق للغاية، الذي تم حفره في الدرع البلوري البلطيقي، تتغير درجة الحرارة حتى عمق 3 كيلومترات بمعدل 10 درجات مئوية/1 كيلومتر، ثم يصبح التدرج الحراري الأرضي أكبر بمقدار 2-2.5 مرة. على عمق 7 كم، تم بالفعل تسجيل درجة حرارة 120 درجة مئوية، وعلى عمق 10 كم - 180 درجة مئوية، وعلى عمق 12 كم - 220 درجة مئوية.
مثال آخر هو بئر تم حفره في منطقة شمال بحر قزوين، حيث تم تسجيل درجة حرارة 42 درجة مئوية على عمق 500 متر، عند 1.5 كم - 70 درجة مئوية، عند 2 كم - 80 درجة مئوية، عند 3 كم - 108 درجة مئوية .
من المفترض أن يتناقص التدرج الحراري الأرضي ابتداء من عمق 20-30 كم: على عمق 100 كم تكون درجات الحرارة المقدرة حوالي 1300-1500 درجة مئوية، على عمق 400 كم - 1600 درجة مئوية، في باطن الأرض (أعماق أكثر من 6000 كم) - 4000-5000 س.
وعلى أعماق تصل إلى 10-12 كم، يتم قياس درجة الحرارة من خلال الآبار المحفورة؛ وفي حالة عدم وجودها، يتم تحديدها من خلال علامات غير مباشرة بنفس الطريقة كما هو الحال في الأعماق الأكبر. قد تكون هذه العلامات غير المباشرة هي طبيعة مرور الموجات الزلزالية أو درجة حرارة الحمم البركانية المتفجرة.
ومع ذلك، لأغراض الطاقة الحرارية الأرضية، فإن البيانات المتعلقة بدرجات الحرارة على أعماق تزيد عن 10 كيلومترات ليست ذات أهمية عملية بعد.
هناك الكثير من الحرارة على أعماق عدة كيلومترات، ولكن كيف نرفعها؟ في بعض الأحيان تحل الطبيعة نفسها هذه المشكلة بالنسبة لنا بمساعدة المبرد الطبيعي - المياه الحرارية الساخنة التي تظهر على السطح أو تقع على عمق يمكننا الوصول إليه. وفي بعض الحالات يتم تسخين الماء الموجود في الأعماق إلى حالة البخار.
لا يوجد تعريف صارم لمفهوم "المياه الحرارية". كقاعدة عامة، يقصد بها المياه الجوفية الساخنة في حالة سائلة أو على شكل بخار، بما في ذلك تلك التي تأتي إلى سطح الأرض مع درجة حرارة أعلى من 20 درجة مئوية، أي، كقاعدة عامة، أعلى من درجة حرارة الهواء .
إن حرارة المياه الجوفية والبخار ومخاليط الماء والبخار هي طاقة حرارية مائية. وبناء على ذلك، فإن الطاقة المعتمدة على استخدامها تسمى الطاقة الحرارية المائية.
الوضع أكثر تعقيدا عند استخراج الحرارة مباشرة من الصخور الجافة - الطاقة الحرارية البترولية، خاصة وأن درجات الحرارة المرتفعة إلى حد ما، كقاعدة عامة، تبدأ من أعماق عدة كيلومترات.
على أراضي روسيا، فإن إمكانات الطاقة الحرارية النفطية أعلى مائة مرة من الطاقة الحرارية المائية - 3500 و 35 تريليون طن من الوقود القياسي، على التوالي. هذا أمر طبيعي تماما - دفء أعماق الأرض متوفر في كل مكان، والمياه الحرارية موجودة محليا. ومع ذلك، وبسبب الصعوبات التقنية الواضحة، تُستخدم المياه الحرارية حاليًا في الغالب لتوليد الحرارة والكهرباء.
المياه التي تتراوح درجة حرارتها بين 20-30 إلى 100 درجة مئوية مناسبة للتدفئة بدرجات حرارة تتراوح بين 150 درجة مئوية وما فوق - ولتوليد الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية الأرضية.
بشكل عام، فإن موارد الطاقة الحرارية الأرضية في روسيا، من حيث أطنان الوقود المكافئ أو أي وحدة أخرى لقياس الطاقة، تزيد بحوالي 10 مرات عن احتياطيات الوقود الأحفوري.
ومن الناحية النظرية، فإن الطاقة الحرارية الأرضية هي وحدها القادرة على تلبية احتياجات البلاد من الطاقة بشكل كامل. ومن الناحية العملية، في الوقت الحالي، فإن هذا غير ممكن في معظم أراضيها لأسباب فنية واقتصادية.
في العالم، يرتبط استخدام الطاقة الحرارية الأرضية في أغلب الأحيان بأيسلندا، وهي دولة تقع في الطرف الشمالي من سلسلة جبال وسط المحيط الأطلسي، في منطقة تكتونية وبركانية نشطة للغاية. ربما يتذكر الجميع الانفجار القوي لبركان Eyjafjallajökull في عام 2010.
وبفضل هذه الخصوصية الجيولوجية تمتلك أيسلندا احتياطيات هائلة من الطاقة الحرارية الأرضية، بما في ذلك الينابيع الساخنة التي تظهر على سطح الأرض وحتى تتدفق على شكل ينابيع ماء حارة.
في أيسلندا، أكثر من 60% من إجمالي الطاقة المستهلكة حاليًا تأتي من الأرض. توفر مصادر الطاقة الحرارية الأرضية 90% من التدفئة و30% من توليد الكهرباء. دعونا نضيف أن بقية الكهرباء في البلاد يتم إنتاجها عن طريق محطات الطاقة الكهرومائية، أي باستخدام مصدر للطاقة المتجددة أيضًا، مما يجعل أيسلندا تبدو وكأنها نوع من المعايير البيئية العالمية.
إن تدجين الطاقة الحرارية الأرضية في القرن العشرين أفاد أيسلندا اقتصاديًا بشكل كبير. حتى منتصف القرن الماضي، كانت دولة فقيرة للغاية، وهي الآن تحتل المرتبة الأولى في العالم من حيث القدرة المركبة وإنتاج الطاقة الحرارية الأرضية للفرد وهي في المراكز العشرة الأولى من حيث القدرة المركبة المطلقة لمحطات الطاقة الحرارية الأرضية . ومع ذلك، يبلغ عدد سكانها 300 ألف نسمة فقط، مما يبسط مهمة التحول إلى مصادر الطاقة الصديقة للبيئة: فالحاجة إليها قليلة بشكل عام.
بالإضافة إلى أيسلندا، يتم توفير حصة كبيرة من الطاقة الحرارية الأرضية في التوازن العام لإنتاج الكهرباء في نيوزيلندا والدول الجزرية في جنوب شرق آسيا (الفلبين وإندونيسيا)، ودول أمريكا الوسطى وشرق إفريقيا، والتي تعد أراضيها أيضًا وتتميز بالنشاط الزلزالي والبركاني العالي. وبالنسبة لهذه البلدان، وفي مستواها الحالي من التنمية والاحتياجات، فإن الطاقة الحرارية الأرضية تساهم بشكل كبير في التنمية الاجتماعية والاقتصادية.
(ويتبع النهاية.)
