Jeotermal enerji ve kullanımı, jeotermal enerji beklentileri
Dünyanın içinde muazzam bir termal enerji var. Buradaki tahminler yine oldukça farklı ama en muhafazakar tahminlere göre kendimizi 3 km derinlikle sınırlandırırsak, o zaman 8 x 1017 kJ jeotermal enerji. Aynı zamanda ülkemizde ve dünyadaki gerçek uygulamasının ölçeği önemsizdir. Buradaki sorun nedir ve jeotermal enerjiyi kullanma olasılıkları nelerdir?
Jeotermal enerji, Dünya'nın ısısının enerjisidir. Dünyanın doğal ısısından açığa çıkan enerjiye jeotermal enerji denir. Bir enerji kaynağı olarak, Dünya'nın ısısı, mevcut teknolojilerle birleştiğinde, insanlığın ihtiyaçlarını uzun yıllar boyunca karşılayabilir. Ve bu, şimdiye kadar ulaşılamayan alanlarda çok derinlere inen sıcaklığa değinmiyor bile.
Milyonlarca yıldır bu ısı gezegenimizin bağırsaklarından salınır ve çekirdeğin soğuma hızı milyar yılda 400 °C'yi geçmez! Aynı zamanda, çeşitli kaynaklara göre Dünya'nın çekirdeğinin sıcaklığı şu anda 6650 ° C'nin altında değil ve yüzeyine doğru kademeli olarak düşüyor. Dünyadan sürekli olarak 42 trilyon watt ısı yayılır ve bunun sadece %2'si yer kabuğundadır.
Zaman zaman Dünya'nın iç termal enerjisi, binlerce volkanın patlaması, depremler, yer kabuğunun hareketleri ve daha az fark edilen, ancak daha az küresel olmayan diğer doğal süreçler şeklinde tehditkar bir şekilde tezahür eder.
Bu fenomenin nedenleri hakkındaki bilimsel bakış açısı, Dünya'nın ısısının kökeninin, gezegenin içindeki uranyum, toryum ve potasyumun sürekli radyoaktif bozunma süreci ve ayrıca maddenin yerçekimi ile ayrılması ile ilgili olmasıdır. onun çekirdeğinde.
Yerkabuğunun 20.000 metre derinlikteki granit tabakası, kıtaların ana radyoaktif bozunma bölgesidir ve okyanuslar için üst manto en aktif tabakadır. Bilim adamları, kıtalarda, yaklaşık 10.000 metre derinlikte, kabuğun dibindeki sıcaklığın yaklaşık 700 ° C olduğuna, okyanuslarda sıcaklığın sadece 200 ° C'ye ulaştığına inanıyor.
Yerkabuğundaki jeotermal enerjinin yüzde ikisi sabit 840 milyar watt'tır ve bu teknolojik olarak erişilebilir bir enerjidir. Bu enerjiyi çıkarmak için en iyi yerler, kabuğun çok daha ince olduğu kıtasal levhaların kenarlarına yakın bölgeler ve yerküre ısısının yüzeye çok yakın bir yerde kendini gösterdiği sismik ve volkanik faaliyetlerin olduğu bölgelerdir.
Jeotermal enerji nerede ve ne şekilde oluşur?
Şu anda, jeotermal enerjinin gelişimi aktif olarak şu ülkelerde yer almaktadır: ABD, İzlanda, Yeni Zelanda, Filipinler, İtalya, El Salvador, Macaristan, Japonya, Rusya, Meksika, Kenya ve gezegenin bağırsaklarından gelen ısının olduğu diğer ülkeler 300°C'ye ulaşan sıcaklıklarda dışarı çıkarak buhar ve sıcak su şeklinde yüzeye çıkar.
İzlanda ve Kamçatka'nın ünlü gayzerleri ile Amerika'nın Wyoming, Montana ve Idaho eyaletlerinde bulunan ve yaklaşık 9.000 kilometrekarelik bir alanı kaplayan ünlü Yellowstone Milli Parkı canlı örnekler olarak gösterilebilir.
Jeotermal enerjiden bahsederken, çoğunlukla düşük potansiyele sahip olduğunu, yani kuyudan çıkan suyun veya buharın sıcaklığının yüksek olmadığını hatırlamak çok önemlidir. Ve bu, bu tür enerjiyi kullanmanın verimliliğini önemli ölçüde etkiler.
Gerçek şu ki, bugün elektrik üretimi için soğutma sıvısının sıcaklığının en az 150 ° C olması ekonomik olarak uygundur. Bu durumda doğrudan türbine gönderilir.
Suyu daha düşük sıcaklıkta kullanan tesisler vardır. İçlerinde jeotermal su, düşük kaynama noktasına sahip ikincil soğutucuyu (örneğin, Freon) ısıtır. Üretilen buhar türbini döndürür. Ancak bu tür tesislerin kapasitesi küçüktür (10 - 100 kW) ve bu nedenle enerji maliyeti, yüksek sıcaklıkta su kullanan enerji santrallerinden daha yüksek olacaktır.
Yeni Zelanda'da GeoPP
Jeotermal yataklar, sıcak su ile dolu gözenekli kayalardır. Esasen doğal jeotermal kazanlardır.
Peki ya dünya yüzeyinde harcanan su atılmazsa, kazana geri dönerse? Dolaşım sistemi mi oluşturuyorsunuz? Bu durumda sadece termal suyun ısısından değil çevredeki kayalardan da faydalanılmış olacaktır. Böyle bir sistem toplam sayısını 4-5 kat artıracaktır. Yeraltı ufkuna döndüğü için tuzlu su ile çevre kirliliği sorunu ortadan kalkar.
Sıcak su veya buhar şeklinde ısı, doğrudan binaları ve evleri ısıtmak veya elektrik üretmek için kullanıldığı yüzeye iletilir. Ayrıca, genellikle eğimin her 36 metrede 1 °C arttığı sondaj kuyularıyla ulaşılan Dünya'nın yüzey ısısı da yararlıdır.
Bu ısıyı emmek için kullanırlar ısı pompaları… Sıcak su ve buhar, elektrik üretmek ve doğrudan ısıtma için kullanılır ve suyun yokluğunda derinlerde yoğunlaşan ısı, ısı pompaları tarafından faydalı bir forma dönüştürülür. Magmanın enerjisi ve volkanların altında biriken ısı benzer yollarla çıkarılır.
Genel olarak, jeotermal enerji santrallerinde elektrik üretmek için bir dizi standart yöntem vardır, ancak yine doğrudan veya ısı pompası benzeri bir şemada.
En basit durumda, buhar basitçe bir boru hattı vasıtasıyla bir elektrik jeneratörünün türbinine yönlendirilir. Karmaşık bir şemada, çözünmüş maddelerin boruları tahrip etmemesi için buhar önceden saflaştırılır. Karışık bir şemada, suda çözünen gazlar, buharın su içinde yoğuşmasından sonra elimine edilir.
Son olarak, düşük kaynama noktasına sahip başka bir sıvının (ısı eşanjörü şeması) bir soğutucu görevi gördüğü (ısı almak ve jeneratör türbinini döndürmek için) ikili bir şema vardır.
En umut verici olanı, su ve lityum klorür içeren vakum emme ısı pompalarıdır. Birincisi, vakumlu su pompasında elektrik tüketimi nedeniyle termal suyun sıcaklığını artırır.
60 - 90 ° C sıcaklıktaki kuyu suyu vakumlu evaporatöre girer. Üretilen buhar bir turboşarj tarafından sıkıştırılır. Basınç, gerekli soğutma sıvısı sıcaklığına bağlı olarak seçilir.
Su doğrudan ısıtma sistemine gidiyorsa 90 — 95°C, ısıtma şebekelerine gidiyorsa 120 — 140°C'dir. Kondenserde yoğuşan buhar ısısını şehir ısıtmasında dolaşan suya verir. ağlar, ısıtma sistemleri ve sıcak su .
Jeotermal enerji kullanımını artırmak için başka hangi seçenekler var?
Talimatlardan biri, büyük ölçüde tükenmiş petrol ve gaz yataklarının kullanılmasıyla ilgilidir.
Bildiğiniz gibi bu hammaddenin eski tarlalarda üretimi su basması yöntemiyle yapılıyor yani kuyulara su pompalanarak petrol ve gazı rezervuarın gözeneklerinden uzaklaştırıyor.
Tükenme ilerledikçe, gözenekli rezervuarlar, çevredeki kayaların sıcaklığını elde eden su ile dolar ve böylece tortular, aynı anda hem petrolün hem de ısıtma için su elde etmenin mümkün olduğu bir jeotermal kazana dönüştürülür.
Elbette ek kuyular açılmalı ve bir sirkülasyon sistemi oluşturulmalıdır, ancak bu, yeni bir jeotermal saha geliştirmekten çok daha ucuz olacaktır.
Diğer bir seçenek ise yapay geçirgen bölgeler oluşturarak kuru kayalardan ısı elde etmektir. Yöntemin özü, kuru kayalarda patlamalar kullanarak gözenek oluşturmaktır.
Bu tür sistemlerden ısının çıkarılması şu şekilde gerçekleştirilir: birbirinden belirli bir mesafede iki kuyu açılır. Su, oluşan gözenekler ve çatlaklardan ikinciye hareket ederek kayalardan ısıyı uzaklaştıran, ısınan ve ardından yüzeye çıkan birine pompalanır.
Bu tür deneysel sistemler halihazırda Amerika Birleşik Devletleri ve İngiltere'de faaliyet göstermektedir. Los Alamos'ta (ABD), biri 2.700 m, diğeri 2.300 m derinliğe sahip iki kuyu hidrolik kırılma ile birbirine bağlanır ve 185 ° C sıcaklığa ısıtılmış sirkülasyon suyuyla doldurulur. İngiltere'de, Rosemenius'ta taş ocağı, su 80 °C'ye ısıtılır.
Jeotermal enerji santrali
Bir enerji kaynağı olarak gezegenin ısısı
İtalya'nın Larederello kasabası yakınlarında bir kuyudan çıkan kuru buharla çalışan bir elektrikli demiryolu işletiliyor. Sistem 1904'ten beri çalışıyor.
Japonya ve San Francisco'daki gayzer yatakları, elektrik üretmek için kuru sıcak buhar da kullanan dünyadaki diğer iki ünlü yer. Nemli buhara gelince, daha geniş alanları Yeni Zelanda'da ve daha küçük alanlarda - Japonya, Rusya, El Salvador, Meksika, Nikaragua'da.
Jeotermal ısıyı bir enerji kaynağı olarak ele alırsak, rezervleri dünya çapında insanlığın yıllık enerji tüketiminden on milyarlarca kat daha fazladır.
10.000 metre derinlikten alınan yerkabuğunun termal enerjisinin sadece %1'i, insanoğlunun sürekli olarak ürettiği petrol ve gaz gibi fosil yakıtların rezervlerinin yüzlerce katını aşmaya yetecek ve geri dönüşü olmayan bir şekilde tükenmeye yol açacaktır. toprak altı ve çevre kirliliği.
Bu ekonomik nedenlerden kaynaklanmaktadır. Ancak jeotermal enerji santralleri, üretilen elektriğin megavat saati başına yaklaşık 122 kg olan çok ılımlı karbondioksit emisyonlarına sahiptir ve bu, fosil yakıtlı enerji üretiminden kaynaklanan emisyonlardan önemli ölçüde daha azdır.
Endüstriyel GeoPE ve Jeotermal Enerji Beklentileri
7,5 MW kapasiteli ilk endüstriyel geoPE, 1916 yılında İtalya'da inşa edildi. O zamandan beri paha biçilmez bir deneyim birikti.
1975 yılı itibariyle GeoPP'nin dünyadaki toplam kurulu gücü 1278 MW iken, 1990 yılında bu sayı şimdiden 7300 MW'a ulaşmıştır. En büyük jeotermal enerji geliştirme hacimleri Amerika Birleşik Devletleri, Meksika, Japonya, Filipinler ve İtalya'dadır.
SSCB topraklarındaki ilk geoPE, 1966 yılında Kamçatka'da inşa edildi, kapasitesi 12 MW'tır.
2003 yılından bu yana, gücü şu anda 50 MW olan Mutnovskaya coğrafi elektrik santrali Rusya'da faaliyet gösteriyor - şu anda Rusya'daki en güçlü jeoelektrik santral.
Dünyanın en büyük GeoPP'si Kenya'da bulunan ve 140 MW kapasiteli Olkaria IV'tür.
Gelecekte, magmanın termal enerjisinin, gezegenin Dünya yüzeyinin çok altında olmadığı bölgelerinde ve soğuk su olduğunda ısıtılmış kristal kayaların termal enerjisinin kullanılması muhtemeldir. birkaç kilometre derinlikte açılan bir deliğe pompalanır ve sıcak su yüzeye veya buhara geri döndürülür, ardından ısınırlar veya elektrik üretirler.
Soru ortaya çıkıyor - neden şu anda jeotermal enerji kullanan bu kadar az tamamlanmış proje var? Her şeyden önce, çünkü suyun ya yeryüzüne döküldüğü ya da çok sığ olduğu elverişli yerlerde bulunuyorlar. Bu gibi durumlarda, jeotermal enerji gelişiminin en pahalı kısmı olan derin kuyuların açılmasına gerek yoktur.
Termal suların ısı temini için kullanımı elektrik üretiminden çok daha fazladır, ancak yine de küçüktürler ve enerji sektöründe önemli bir rol oynamazlar.
GTermal enerji sadece ilk adımları atıyor ve mevcut araştırma, deneysel-endüstriyel çalışma, daha fazla gelişiminin ölçeği için bir cevap vermelidir.