קיריל דגטיארב, חוקר, אוניברסיטת מוסקבה. M. V. Lomonosov.
בארצנו, העשירה בפחמימנים, אנרגיה גיאותרמית היא סוג של משאב אקזוטי, אשר בהתחשב במצב העניינים הנוכחי, לא סביר שיתחרה בנפט ובגז. עם זאת, סוג אלטרנטיבי זה של אנרגיה יכול לשמש כמעט בכל מקום ודי ביעילות.
תמונה מאת איגור קונסטנטינוב.
שינויים בטמפרטורת הקרקע עם עומק.
עלייה בטמפרטורה של מים תרמיים וסלעים יבשים המכילים אותם עם עומק.
טמפרטורה משתנה עם העומק באזורים שונים.
התפרצות הר הגעש האיסלנדי Eyjafjallajokull היא המחשה לתהליכים געשיים אלימים המתרחשים באזורים טקטוניים וגעשיים פעילים עם זרימת חום רבת עוצמה מבטן האדמה.
קיבולות מותקנות של תחנות כוח גיאותרמיות לפי מדינה, MW.
הפצה של משאבים גיאותרמיים ברחבי רוסיה. מאגרי האנרגיה הגיאותרמית, על פי מומחים, גדולים פי כמה ממאגרי האנרגיה של דלק מאובנים אורגני. על פי האגודה לאנרגיה גיאותרמית.
אנרגיה גיאותרמית היא החום של פנים כדור הארץ. הוא מיוצר במעמקים ומגיע אל פני כדור הארץ בצורות שונות ובעוצמות שונות.
זרימת החום של פנים כדור הארץ המגיעה אל פני כדור הארץ קטנה - בממוצע הספק שלה הוא 0.03-0.05 W/m2,
או כ-350 וואט/מ"ר לשנה. על רקע זרימת החום מהשמש והאוויר המחומם על ידה, זהו ערך בלתי מורגש: השמש נותנת לכל מטר מרובע של פני כדור הארץ כ-4000 קילוואט-שעה בשנה, כלומר פי 10,000 יותר (כמובן, זהו בממוצע, עם פיזור עצום בין קווי הרוחב הקוטביים והמשווניים ובהתאם לגורמי אקלים ומזג אוויר אחרים).
חוסר המשמעות של זרימת החום מהפנים אל פני השטח ברוב כדור הארץ קשורה למוליכות תרמית נמוכה של סלעים ולמוזרויות של המבנה הגיאולוגי. אבל יש יוצאים מן הכלל - מקומות שבהם זרימת החום גבוהה. אלה הם, קודם כל, אזורים של תקלות טקטוניות, פעילות סייסמית מוגברת ווולקניות, שבהם האנרגיה של פנים כדור הארץ מוצאת פורקן. אזורים כאלה מאופיינים בחריגות תרמיות של הליתוספירה; כאן זרימת החום המגיעה לפני כדור הארץ יכולה להיות חזקה פי כמה ואפילו בסדרי גודל מה"רגיל". התפרצויות געשיות ומעיינות חמים מביאים כמויות אדירות של חום אל פני השטח באזורים אלה.
אלו הם האזורים המועדפים ביותר לפיתוח אנרגיה גיאותרמית. על שטחה של רוסיה, אלה הם, קודם כל, קמצ'טקה, איי קוריל והקווקז.
יחד עם זאת, התפתחות האנרגיה הגיאותרמית אפשרית כמעט בכל מקום, שכן עלייה בטמפרטורה עם העומק היא תופעה אוניברסלית, והמשימה היא "לחלץ" חום מהמעמקים, בדיוק כפי שמופקים משם חומרי גלם מינרליים.
בממוצע, הטמפרטורה עולה עם העומק ב-2.5-3 o C עבור כל 100 מ'. היחס בין הפרש הטמפרטורה בין שתי נקודות השוכנות בעומקים שונים להפרש העומקים ביניהן נקרא שיפוע גיאותרמי.
הערך ההדדי הוא הצעד הגיאותרמי, או מרווח העומק שבו הטמפרטורה עולה ב-1 o C.
ככל שהשיפוע גבוה יותר, ובהתאם, ככל שהשלב נמוך יותר, כך חום מעמקי כדור הארץ מתקרב אל פני השטח ואזור זה מבטיח יותר לפיתוח אנרגיה גיאותרמית.
באזורים שונים, בהתאם למבנה הגיאולוגי ולתנאים אזוריים ומקומיים אחרים, קצב עליית הטמפרטורה עם העומק יכול להשתנות באופן דרמטי. בקנה מידה של כדור הארץ, התנודות בגדלים של שיפועים ומדרגות גיאותרמיות מגיעות לפי 25. לדוגמה, באורגון (ארה"ב) השיפוע הוא 150 o C לכל 1 ק"מ, ובדרום אפריקה - 6 o C לכל 1 ק"מ.
השאלה היא מהי הטמפרטורה בעומקים גדולים - 5, 10 ק"מ או יותר? אם המגמה תימשך, הטמפרטורה בעומק של 10 ק"מ אמורה להיות בממוצע כ-250-300 מעלות צלזיוס. זה פחות או יותר מאושר על ידי תצפיות ישירות בבארות עמוקות במיוחד, אם כי התמונה הרבה יותר מסובכת מעלייה ליניארית בטמפרטורה .
לדוגמה, בבאר הסופר-עמוק של קולה, שנקדחה במגן הגבישי הבלטי, הטמפרטורה לעומק של 3 ק"מ משתנה בקצב של 10 o C/1 ק"מ, ואז השיפוע הגיאותרמי הופך לגדול פי 2-2.5. בעומק של 7 ק"מ כבר נרשמה טמפרטורה של 120 מעלות צלזיוס, ב-10 ק"מ - 180 מעלות צלזיוס וב-12 ק"מ - 220 מעלות צלזיוס.
דוגמה נוספת היא באר שנקדחה באזור צפון הים הכספי, שבה בעומק של 500 מ' נרשמה טמפרטורה של 42 מעלות צלזיוס, ב-1.5 ק"מ - 70 מעלות צלזיוס, ב-2 ק"מ - 80 מעלות צלזיוס, ב-3 ק"מ - 108 מעלות צלזיוס. .
ההנחה היא שהשיפוע הגיאותרמי יורד החל מעומק של 20-30 ק"מ: בעומק של 100 ק"מ הטמפרטורות המשוערות הן כ-1300-1500 מעלות צלזיוס, בעומק של 400 ק"מ - 1600 מעלות צלזיוס, בליבת כדור הארץ. (עומקים יותר מ-6000 ק"מ) - 4000-5000 o WITH.
בעומקים של עד 10-12 ק"מ, הטמפרטורה נמדדת דרך בארות קדומות; כאשר הם אינם נוכחים, זה נקבע על ידי סימנים עקיפים באותו אופן כמו בעומקים גדולים יותר. סימנים עקיפים כאלה עשויים להיות אופי המעבר של גלים סיסמיים או הטמפרטורה של הלבה המתפרצת.
עם זאת, למטרות אנרגיה גיאותרמית, נתונים על טמפרטורות בעומקים של יותר מ-10 ק"מ עדיין אינם בעלי עניין מעשי.
יש הרבה חום בעומקים של כמה קילומטרים, אבל איך להעלות אותו? לפעמים הטבע עצמו פותר לנו את הבעיה הזו בעזרת נוזל קירור טבעי – מים תרמיים מחוממים שעולים לפני השטח או שוכנים בעומק נגיש לנו. במקרים מסוימים, המים במעמקים מחוממים למצב של קיטור.
אין הגדרה קפדנית למושג "מים תרמיים". ככלל, הם מתכוונים למים תת קרקעיים חמים במצב נוזלי או בצורת קיטור, לרבות אלה המגיעים אל פני כדור הארץ עם טמפרטורה מעל 20 מעלות צלזיוס, כלומר, ככלל, גבוהה מטמפרטורת האוויר. .
החום של מים תת קרקעיים, קיטור, תערובות קיטור מים הוא אנרגיה הידרותרמית. בהתאם לכך, אנרגיה המבוססת על השימוש בה נקראת הידרותרמית.
המצב מסובך יותר עם הפקת חום ישירות מסלעים יבשים - אנרגיה פטרו-תרמית, במיוחד מאחר שטמפרטורות גבוהות למדי, ככלל, מתחילות מעומקים של מספר קילומטרים.
בשטחה של רוסיה, הפוטנציאל של אנרגיה פטרו-תרמית גבוה פי מאה מזה של אנרגיה הידרותרמית - 3,500 ו-35 טריליון טונות של דלק סטנדרטי, בהתאמה. זה די טבעי - החום של מעמקי כדור הארץ זמין בכל מקום, ומים תרמיים נמצאים במקום. עם זאת, עקב קשיים טכניים ברורים, מים תרמיים משמשים כיום בעיקר לייצור חום וחשמל.
מים בטמפרטורות בין 20-30 ל-100 מעלות צלזיוס מתאימים לחימום, בטמפרטורות מ-150 מעלות צלזיוס ומעלה - ולהפקת חשמל בתחנות כוח גיאותרמיות.
באופן כללי, משאבים גיאותרמיים ברוסיה, במונחים של טונות של דלק שווה ערך או כל יחידת מדידה אחרת של אנרגיה, גבוהים בערך פי 10 ממאגרי הדלק המאובנים.
תיאורטית, רק אנרגיה גיאותרמית יכולה לספק את צרכי האנרגיה של המדינה במלואה. בפועל, כרגע, ברוב שטחה זה לא אפשרי מסיבות טכניות וכלכליות.
בעולם, השימוש באנרגיה גיאותרמית קשור לרוב לאיסלנד, מדינה הממוקמת בקצה הצפוני של הרכס האמצע-אטלנטי, באזור טקטוני ווולקני פעיל במיוחד. כולם בוודאי זוכרים את ההתפרצות החזקה של הר הגעש Eyjafjallajökull בשנת 2010.
בזכות הספציפיות הגיאולוגית הזו יש לאיסלנד מאגרים עצומים של אנרגיה גיאותרמית, כולל מעיינות חמים שצצים על פני כדור הארץ ואף פורצים החוצה בצורה של גייזרים.
באיסלנד, למעלה מ-60% מכל האנרגיה הנצרכת כיום מגיעה מכדור הארץ. מקורות גיאותרמיים מספקים 90% מהחימום ו-30% מייצור החשמל. נוסיף כי שאר החשמל במדינה מיוצר על ידי תחנות כוח הידרואלקטריות, כלומר, גם באמצעות מקור אנרגיה מתחדש, מה שגורם לאיסלנד להיראות כמו סוג של תקן סביבתי עולמי.
ביות האנרגיה הגיאותרמית במאה ה-20 הועיל מאוד לאיסלנד מבחינה כלכלית. עד אמצע המאה הקודמת היא הייתה מדינה ענייה מאוד, כיום היא מדורגת במקום הראשון בעולם מבחינת יכולת מותקנת וייצור אנרגיה גיאותרמית לנפש ונמצאת בעשירייה הראשונה מבחינת קיבולת מותקנת מוחלטת של תחנות כוח גיאותרמיות. . עם זאת, אוכלוסייתה מונה רק 300 אלף איש, מה שמפשט את משימת המעבר למקורות אנרגיה ידידותיים לסביבה: הצורך בה הוא בדרך כלל קטן.
בנוסף לאיסלנד, נתח גבוה של אנרגיה גיאותרמית במאזן הכולל של ייצור החשמל מסופק בניו זילנד ובמדינות האיים של דרום מזרח אסיה (פיליפינים ואינדונזיה), מדינות מרכז אמריקה ומזרח אפריקה, ששטחן הוא גם מאופיין בפעילות סיסמית וולקנית גבוהה. עבור מדינות אלו, ברמת הפיתוח והצרכים הנוכחיים שלהן, האנרגיה הגיאותרמית תורמת תרומה משמעותית לפיתוח כלכלי-חברתי.
(הסוף בהמשך.)
