Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Джерела геотермального тепла

Під геотермікою (від грецьких слів «гео» - земля й «термо» - тепло) розуміється наука, що вивчає тепловий стан земної кори й Землі в цілому, його залежність від геологічної будови, складу гірських порід, магматичних процесів і цілого ряду інших факторів.

Критерієм теплового стану земної кулі є поверхневий градієнт температури, що дозволяє судити про втрати тепла Землі. Екстраполюючи градієнт на більші глибини, можна в якомусь ступені оцінити температурний стан земної кори.

Величина, що відповідає заглибленню в метрах, при якому температура підвищується на 1° С, називається геотермічною сходинкою.

У зв'язку зі зміною інтенсивності сонячного випромінювання тепловий режим перших 1,5-40 м земної кори характеризується добовими й річними коливаннями. Далі мають місце багаторічні й вікові коливання температури, які із глибиною поступово загасають. На будь-якій глибині температура гірських порід (T) приблизно може бути визначена по формулі

T = te+(H+h)/c,

де їв - середня температура повітря даної місцевості; H - глибина, для якої визначається температура; h - глибина шару постійних річних температур; о - геотермічна сходинка.

Середня величина геотермічної сходинки дорівнює 33 м, і з заглибленням від зони постійної температури на кожні 33 м температура підвищується на 1 °С. Геотермічні умови надзвичайно різноманітні. Це пов'язане з геологічною будовою того або іншого району Землі. Відомі випадки, коли збільшення температури на 1° С відбувається при заглибленні на 2-3 м.

Ці аномалії зазвичай перебувають в областях сучасного вулканізму. На глибині 400-600 м у деяких районах, наприклад Камчатки, температура

доходить до 150-200 °С й більше.

Підземні термальні води (гідротерми)

Рідка вода існує тільки до глибин 10-15 км, нижче при температурі близько 700 °С вода перебуває винятково в газоподібному стані. На глибині 50-60 км при тисках близько 3-104 атм щезає фазова межа, тобто водяний пар має таку саме густину, що і рідка вода.

У будь-якій точці земної поверхні, на певній глибині, що залежить від геотермічних особливостей району, залягають шари гірських порід, що містять термальні води (гідротерми). У зв'язку із цим у земній корі варто виділяти ще одну зону, що має умовну назву «гідротермальна оболонка». Вона простежується повсюдно по всій земній кулі тільки на різній глибині. У районах сучасного вулканізму гідротермальна оболонка іноді виходить на поверхню. Тут можна виявити не тільки гарячі джерела й гейзери, але й парогазові струмені з температурою 180-200° С и вище.

Відповідно до температури теплоносія всі геотермальні джерела підрозділяють на епітермальні, мезотермальні й гіпотермальні.

До епітермальних джерел зазвичай відносять джерела гарячої води з температурою 50-90 °С, розташованих у верхніх шарах осадових порід, куди проникають ґрунтові води. До мезотермальным джерел відносять джерела з температурою води 100-200 °С.

У гіпотермальних джерелах температура у верхніх шарах перевищує 200 °С и практично не залежить від ґрунтових вод.

Походження термальних вод може бути пов'язане з діяльністю теплових джерел, але найчастіше вода, тим або іншим способом потрапляючи в шар породи, робить довгий шлях, поки не приходить у контакт із тепловим потоком або поступово розігрівається, відбираючи тепло в порід. Рідка фаза води й тепло можуть походити з одного джерела лише в тому випадку, якщо таким є магматичний розплав, що остиває. Перегріта вода у вигляді парових струменів виділяється з розплаву разом з газами й

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

легколетючими компонентами, спрямовуючись у верхні, більше холодні горизонти. Уже при температурах 425-375 °С пар може конденсуватися в рідку воду; у ній розчиняється більшість летючих компонентів - так з'являється гідротермальний розчин «ювенільного» (первозданного) типу. Під терміном «ювенільні» геологи мають на увазі води, які ніколи раніше не брали участь у водообороті; такі гідротерми в буквальному значенні слова є первинними, новоствореними. Думають, що подібним чином сформувалася вся поверхнева гідросфера морів і океанів в епоху молодої магматичної активності планети, коли тільки-тільки зароджувалися тверді консолідовані «острови» материкових платформ.

Прямою протилежністю «ювенільних» вод є води інфільтраційного походження. Якщо «ювенільні» води, відокремлюючись від магматичного розплаву, піднімаються до поверхні, то переважний рух інфільтраційних вод - від поверхні вглиб. Джерело вод цього типу являє собою атмосферні опади або взагалі поверхневі водотоки. По поруватому просторі порід або тріщинним зонам ці води проникають (інфільтруються) у більше глибокі горизонти. По шляху руху вони насичуються різними солями, розчиняють підземні гази, нагріваються, відбираючи тепло у водопровідних порід.

Залежно від глибини проникнення інфільтраційних вод вони стають більш-менш нагрітими. При середніх геотермічних умовах для того, щоб інфільтраційні води стали термальними (тобто з температурою більше 37 °С), необхідно їхнє занурення на глибину 800-1000 м.

У геотермальній енергетиці можуть бути використані практично всі види термальних вод: перегріті води - при видобутку електроенергії, прісні термальні води - у комунальному теплозабезпеченні, солонуваті води - у бальнеологічних цілях, розсоли - як промислова сировина.

Запаси й поширення термальних вод До областей поширення родовищ термальних вод відносяться: вулканічне кільце басейну Тихого океану, Альпійський складчастий пояс, рифтові долини континентів, серединно-океанічні хребти, платформні

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

занурення й передгірні крайові прогини.

По своєму походженню родовища термальних вод можна підрозділити на два типи, що різняться способом переносу теплової енергії.

Перший тип утворюють геотермальні системи конвекційного походження. Це райони розташування сучасних або нещодавно погаслих вулканів, де на поверхню виходять не тільки гарячі води, але й пароводяна суміш із температурою до 200 °С и більше. На сьогоднішній день всі геотермальні електростанції працюють у районах сучасного вулканізму: Каліфорнія; Серро Присто; Мексика, Ідальго; Сан-Сальвадор; Чилі, Атакама; Ісландія; Араак-Лак; Лардерелло, Монте-Амиата; Угорський басейн; Айдин - Денизлі; Кавказ; Суматра; Ява; Папуа- Нова Гвінея; Нова Британія; Фіджі, Нові Гебриди; Вайракей, Вайотапу; Філіппіни; Японія; Росія, Камчатка.

До родовищ конвекційного типу відносяться також гідротермальні прояви так званих рифтових зон, що характеризуються активним тектонічним режимом і помірковано підвищеними геотермічними градієнтами - 45-70 °С/км. Рифтові зони й пов'язані з ними термоаномалії, як правило, простираються на величезні відстані. Наприклад, Північно - Мексиканський басейн термальних вод простягнувся на 1,5 тис. км, від північно-східної частини Мексики до Флориди. Одна зі свердловин тут із глибини 5859 м дає пароводяну суміш із температурою 273 °С, причому цей флюїд виходить при високому тиску.

Другий тип геотермальних родовищ утвориться при переважному кондуктивному прогріві підземних вод, зосереджених у глибоких платформних западинах і передгірних прогинах. Вони розташовуються в невулканічних районах і характеризуються нормальним геотермічним градієнтом - 30-33 °С/км.

Підрахунки запасів термальних вод ґрунтуються на наявних даних про об'єми гравітаційних вод, що містяться у шарах, об'ємах самих водоносних горизонтів і колекторських властивостей гірських порід, що їх складають. Запаси термальних вод являють собою загальну кількість виявлених

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

термальних вод, що перебувають у порах і тріщинах водоносних гори - парасолів, що мають температуру 40-200° С, мінералізацію до 35 г/л і глибину залягання до 3,5 тис. м від денної поверхні.

Геотермальну енергію можна добувати на різних глибинах. Можливість її використання технічно залежить насамперед від конкретних геологічних і гідрогеологічних умов місцевості. При використанні тепла поверхневого шару (глибини до 100 м) знайшли застосування теплові насоси. При одержанні тепла з більш значних глибин розрізняють два основних способи:

1. Гідротермальний спосіб (глибини від 1.500 до 3.000 м) - гаряча вода, що добувається, за допомогою теплообмінників нагріває воду мережі теплопостачання.

2. Спосіб Hot-Dry-Rock ("гарячий сухий камінь") (глибини від 3.000 до 6.000 м). Тут використовується безпосередньо тепло гарячої гірської породи. Слово "dry" (сухий) стоїть в назві тільки історично, тому що й на великих глибинах вода теж зустрічається.

Геотермальні теплові електростанції (ГеоТЕС) використовують як джерело енергії природні парогідротерми, що залягають на глибині до 5 км. Геотермальна енергетика розвивається досить інтенсивно в США, на Філіппінах, у Мексиці, Італії, Японії, Росії. Сама потужна ГеоТЕС (50 МВт) побудована в США - ГеоТЕС Хебер.

Запаси геотермальної енергії становлять 200 ГВт. Геотермальні ресурси розподілені нерівномірно, і основна їхня частина зосереджена в районі Тихого океану.

У Росії геотермальні джерела економічно розташовані невигідно. Камчатка, Сахалін і Курильські острова відрізняються слабкою інфраструктурою, високою сейсмічністю, малонаселеністю, складним рельєфом місцевості. Загальні запаси цього виду енергії в Росії оцінюються в 2000 МВт. У цей час у Росії діє Паужетська ГеоТЕС на Камчатці потужністю 11 Мвт.

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru

WordPress Video Lightbox