Ποια είναι η θερμοκρασία σε βάθος 100 μέτρων. Χειμερινές μετρήσεις. Δυναμική θερμοκρασιών υπόγεια, στο υποπεδίο και πηγάδι. Πώς λειτουργεί η γεωθερμική θέρμανση και ψύξη
Αλλαγή θερμοκρασίας με το βάθος. Η επιφάνεια της γης, λόγω της ανομοιόμορφης παροχής ηλιακής θερμότητας, είτε θερμαίνεται είτε ψύχεται. Αυτές οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας διεισδύουν πολύ ρηχά στο πάχος της Γης. Έτσι, καθημερινές διακυμάνσεις σε βάθος 1 Μσυνήθως δεν αισθάνεται πλέον. Όσον αφορά τις ετήσιες διακυμάνσεις, διεισδύουν σε διαφορετικά βάθη: ζεστές χώρεςστις 10-15 Μ,και σε χώρες με κρύος χειμώναςκαι ζεστό καλοκαίρι έως 25-30 και ακόμη και 40 Μ.Βαθύτερα από 30-40 Μήδη παντού στη Γη η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή. Για παράδειγμα, ένα θερμόμετρο που τοποθετείται στο υπόγειο του Αστεροσκοπείου του Παρισιού δείχνει συνεχώς 11°,85 C για πάνω από 100 χρόνια.
Ένα στρώμα με σταθερή θερμοκρασία παρατηρείται σε όλη την υδρόγειο και ονομάζεται ζώνη σταθερής ή ουδέτερης θερμοκρασίας. Το βάθος αυτής της ζώνης, ανάλογα με κλιματικές συνθήκεςδιαφορετικό, και η θερμοκρασία είναι περίπου ο μέσος όρος ετήσια θερμοκρασίααυτό το μέρος.
Όταν εμβαθύνουμε στη Γη κάτω από ένα στρώμα σταθερής θερμοκρασίας, συνήθως παρατηρείται μια σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτό το παρατήρησαν για πρώτη φορά οι εργαζόμενοι στα βαθιά ορυχεία. Αυτό παρατηρήθηκε και κατά την τοποθέτηση σηράγγων. Έτσι, για παράδειγμα, κατά την τοποθέτηση της σήραγγας Simplon (στις Άλπεις), η θερμοκρασία αυξήθηκε στους 60 °, γεγονός που δημιούργησε σημαντικές δυσκολίες στην εργασία. Ακόμα περισσότερο υψηλές θερμοκρασίεςπαρατηρείται σε βαθιές γεωτρήσεις. Ένα παράδειγμα είναι το πηγάδι Chukhovskaya (Άνω Σιλεσία), στο οποίο σε βάθος 2220 Μη θερμοκρασία ήταν πάνω από 80° (83°, 1) κ.λπ. Μη θερμοκρασία ανεβαίνει κατά 1°C.
Ο αριθμός των μέτρων που πρέπει να πάτε βαθιά στη Γη για να αυξηθεί η θερμοκρασία κατά 1 ° C ονομάζεται γεωθερμικό βήμα.Το γεωθερμικό βήμα σε διαφορετικές περιπτώσεις δεν είναι το ίδιο και τις περισσότερες φορές κυμαίνεται από 30 έως 35 Μ.Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτές οι διακυμάνσεις μπορεί να είναι ακόμη μεγαλύτερες. Για παράδειγμα, στην πολιτεία του Μίσιγκαν (ΗΠΑ), σε μια από τις γεωτρήσεις που βρίσκονται κοντά στη λίμνη. Μίσιγκαν, το γεωθερμικό στάδιο αποδείχθηκε ότι δεν ήταν 33, αλλά 70 μΑντίθετα, ένα πολύ μικρό γεωθερμικό βήμα παρατηρήθηκε σε ένα από τα πηγάδια στο Μεξικό, εκεί σε βάθος 670 Μυπήρχε νερό με θερμοκρασία 70 °. Έτσι, το γεωθερμικό στάδιο αποδείχθηκε ότι ήταν μόνο περίπου 12 Μ.Μικρά γεωθερμικά σκαλοπάτια παρατηρούνται επίσης σε ηφαιστειακές περιοχές, όπου σε μικρά βάθη μπορεί να υπάρχουν ακόμη μη ψυχόμενα στρώματα πυριγενών πετρωμάτων. Αλλά όλες αυτές οι περιπτώσεις δεν είναι τόσο κανόνες όσο εξαιρέσεις.
Υπάρχουν πολλοί λόγοι που επηρεάζουν το γεωθερμικό στάδιο. (Εκτός από τα παραπάνω, μπορείτε να υποδείξετε διαφορετική θερμική αγωγιμότητα βράχους, σχετικά με τη φύση του κρεβατιού κ.λπ.
Το έδαφος έχει μεγάλη σημασία στην κατανομή των θερμοκρασιών. Το τελευταίο φαίνεται καθαρά στο επισυναπτόμενο σχέδιο (Εικ. 23), που απεικονίζει ένα τμήμα των Άλπεων κατά μήκος της γραμμής της σήραγγας Simplon, με γεωϊόθερμες που απεικονίζονται με μια διακεκομμένη γραμμή (δηλαδή, γραμμές ίσων θερμοκρασιών μέσα στη Γη). Οι γεωϊόθερμοι εδώ φαίνεται να επαναλαμβάνουν το ανάγλυφο, αλλά με το βάθος η επίδραση του αναγλύφου σταδιακά μειώνεται. (Η ισχυρή προς τα κάτω κάμψη των γεωϊσοθερμών στο Balle οφείλεται στην έντονη κυκλοφορία του νερού που παρατηρείται εδώ.)
Θερμοκρασία της Γης σε μεγάλα βάθη. Παρατηρήσεις για θερμοκρασίες σε γεωτρήσεις, το βάθος των οποίων σπάνια ξεπερνά το 2-3 χλμ,Φυσικά, δεν μπορούν να δώσουν μια ιδέα για τις θερμοκρασίες των βαθύτερων στρωμάτων της Γης. Εδώ όμως κάποια φαινόμενα από τη ζωή έρχονται να μας βοηθήσουν. φλοιός της γης. Ο ηφαιστειασμός είναι ένα τέτοιο φαινόμενο. Τα ηφαίστεια είναι ευρέως διαδεδομένα η επιφάνεια της γης, φέρνουν λιωμένες λάβες στην επιφάνεια της Γης, η θερμοκρασία των οποίων είναι πάνω από 1000 °. Επομένως, σε μεγάλα βάθη έχουμε θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 1000°.
Υπήρξε μια εποχή που οι επιστήμονες, με βάση το γεωθερμικό στάδιο, προσπάθησαν να υπολογίσουν το βάθος στο οποίο θα μπορούσαν να είναι θερμοκρασίες τόσο υψηλές όσο 1000-2000 °. Ωστόσο, τέτοιοι υπολογισμοί δεν μπορούν να θεωρηθούν επαρκώς τεκμηριωμένοι. Οι παρατηρήσεις που έγιναν στη θερμοκρασία της ψυκτικής σφαίρας βασάλτη και οι θεωρητικοί υπολογισμοί δίνουν λόγο να πούμε ότι η τιμή του γεωθερμικού βήματος αυξάνεται με το βάθος. Αλλά σε ποιο βαθμό και σε ποιο βάθος φτάνει μια τέτοια αύξηση, δεν μπορούμε επίσης να πούμε ακόμη.
Αν υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς με το βάθος, τότε στο κέντρο της Γης θα πρέπει να μετρηθεί σε δεκάδες χιλιάδες βαθμούς. Σε τέτοιες θερμοκρασίες, όλα τα πετρώματα που είναι γνωστά σε εμάς θα πρέπει να περάσουν σε υγρή κατάσταση. Είναι αλήθεια ότι υπάρχει τεράστια πίεση μέσα στη Γη, και δεν γνωρίζουμε τίποτα για την κατάσταση των σωμάτων σε τέτοιες πιέσεις. Ωστόσο, δεν έχουμε στοιχεία για να δηλώσουμε ότι η θερμοκρασία αυξάνεται συνεχώς με το βάθος. Τώρα οι περισσότεροι γεωφυσικοί καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η θερμοκρασία μέσα στη Γη δύσκολα μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 2000 °.
Πηγές θερμότητας. Όσο για τις πηγές θερμότητας που καθορίζουν την εσωτερική θερμοκρασία της Γης, μπορεί να είναι διαφορετικές. Με βάση τις υποθέσεις που θεωρούν ότι η Γη σχηματίστηκε από μια κόκκινη και λιωμένη μάζα, η εσωτερική θερμότητα πρέπει να θεωρηθεί η υπολειπόμενη θερμότητα ενός σώματος που λιώνει από την επιφάνεια. Ωστόσο, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι ο λόγος για την εσωτερική υψηλή θερμοκρασία της Γης μπορεί να είναι η ραδιενεργή διάσπαση του ουρανίου, του θορίου, του ακτινοουρανίου, του καλίου και άλλων στοιχείων που περιέχονται στα πετρώματα. ραδιενεργά στοιχεία για το μεγαλύτερο μέροςείναι κοινά σε όξινα πετρώματα του επιφανειακού κελύφους της Γης, είναι λιγότερο συνηθισμένα σε βαθιά βασικά πετρώματα. Ταυτόχρονα, τα βασικά πετρώματα είναι πιο πλούσια σε αυτά από τους σιδερένιους μετεωρίτες, που θεωρούνται θραύσματα των εσωτερικών τμημάτων των κοσμικών σωμάτων.
Παρά τη μικρή ποσότητα ραδιενεργών ουσιών στα πετρώματα και την αργή διάσπασή τους, η συνολική ποσότητα θερμότητας που προκύπτει από τη ραδιενεργή διάσπαση είναι μεγάλη. Σοβιετικός γεωλόγος V. G. Khlopinυπολόγισε ότι τα ραδιενεργά στοιχεία που περιέχονται στο ανώτερο κέλυφος των 90 χιλιομέτρων της Γης είναι αρκετά για να καλύψουν την απώλεια θερμότητας του πλανήτη από την ακτινοβολία. Μαζί με ραδιενεργή διάσπαση θερμική ενέργειαπου απελευθερώνεται κατά τη συμπίεση της γήινης ύλης, με χημικές αντιδράσειςκαι ούτω καθεξής.
- Πηγή-
Polovinkin, Α.Α. Βασικές αρχές γενικής γεωγραφίας / Α.Α. Polovinkin.- M.: Κρατικός Εκπαιδευτικός και Παιδαγωγικός Εκδοτικός Οίκος του Υπουργείου Παιδείας της RSFSR, 1958.- 482 p.
Προβολές ανάρτησης: 179
Φανταστείτε ένα σπίτι που είναι πάντα σε άνετη θερμοκρασία, χωρίς σύστημα θέρμανσης ή ψύξης. Αυτό το σύστημα λειτουργεί αποτελεσματικά, αλλά δεν απαιτεί περίπλοκη συντήρηση ή ειδικές γνώσεις από τους ιδιοκτήτες.
Καθαρός αέρας, ακούς τα πουλιά να κελαηδούν και τον άνεμο να παίζει νωχελικά με τα φύλλα στα δέντρα. Το σπίτι λαμβάνει ενέργεια από τη γη, όπως τα φύλλα, που λαμβάνουν ενέργεια από τις ρίζες. Υπέροχη εικόνα, έτσι δεν είναι;
Τα γεωθερμικά συστήματα θέρμανσης και ψύξης το κάνουν πραγματικότητα. Γεωθερμία Συστήματα NVKα (θέρμανση, εξαερισμός και κλιματισμός) χρησιμοποιεί τη θερμοκρασία του εδάφους για να παρέχει θέρμανση το χειμώνα και ψύξη το καλοκαίρι.
Πώς λειτουργεί η γεωθερμική θέρμανση και ψύξη
Θερμοκρασία περιβάλλοναλλάζει με τις εποχές, αλλά η υπόγεια θερμοκρασία δεν αλλάζει τόσο πολύ λόγω των μονωτικών ιδιοτήτων της γης. Σε βάθος 1,5-2 μέτρων, η θερμοκρασία παραμένει σχετικά σταθερή όλο το χρόνο. Ένα γεωθερμικό σύστημα αποτελείται συνήθως από εσωτερικό εξοπλισμό επεξεργασίας, ένα υπόγειο σύστημα σωληνώσεων που ονομάζεται υπόγειος βρόχος και/ή μια αντλία κυκλοφορίας νερού. Το σύστημα χρησιμοποιεί τη σταθερή θερμοκρασία της γης για να παρέχει «καθαρή και δωρεάν» ενέργεια.
(Μην συγχέετε την έννοια ενός γεωθερμικού συστήματος NHC με τη "γεωθερμική ενέργεια" - μια διαδικασία κατά την οποία η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται απευθείας από τη θερμότητα στη γη. Στην τελευταία περίπτωση, χρησιμοποιείται διαφορετικός τύπος εξοπλισμού και άλλες διαδικασίες, ο σκοπός εκ των οποίων είναι συνήθως η θέρμανση του νερού σε σημείο βρασμού.)
Οι σωλήνες που αποτελούν τον υπόγειο βρόχο είναι συνήθως από πολυαιθυλένιο και μπορούν να τοποθετηθούν οριζόντια ή κάθετα υπόγεια, ανάλογα με το έδαφος. Εάν υπάρχει διαθέσιμος υδροφόρος ορίζοντας, τότε οι μηχανικοί μπορούν να σχεδιάσουν ένα σύστημα «ανοιχτού βρόχου» ανοίγοντας ένα πηγάδι στον υδροφόρο ορίζοντα. Το νερό αντλείται έξω, διέρχεται από έναν εναλλάκτη θερμότητας και στη συνέχεια εγχέεται στον ίδιο υδροφόρο ορίζοντα μέσω «επανέγχυσης».
Το χειμώνα, το νερό, περνώντας από έναν υπόγειο βρόχο, απορροφά τη θερμότητα της γης. Ο εσωτερικός εξοπλισμός αυξάνει περαιτέρω τη θερμοκρασία και τη διανέμει σε όλο το κτίριο. Είναι σαν ένα κλιματιστικό που λειτουργεί αντίστροφα. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ένα γεωθερμικό σύστημα NWC αντλεί ζεστό νερό από το κτίριο και το μεταφέρει μέσω ενός υπόγειου βρόχου/αντλίας σε ένα φρεάτιο επανέγχυσης, από όπου το νερό εισέρχεται στο ψυχρότερο έδαφος/υδροφορέα.
Σε αντίθεση με τα συμβατικά συστήματα θέρμανσης και ψύξης, τα γεωθερμικά συστήματα HVAC δεν χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα για την παραγωγή θερμότητας. Απλώς παίρνουν θερμότητα από τη γη. Συνήθως, η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται μόνο για τη λειτουργία του ανεμιστήρα, του συμπιεστή και της αντλίας.
Υπάρχουν τρία κύρια στοιχεία σε ένα γεωθερμικό σύστημα ψύξης και θέρμανσης: μια αντλία θερμότητας, ένα ρευστό ανταλλαγής θερμότητας (ανοιχτό ή κλειστό σύστημα) και ένα σύστημα παροχής αέρα (σύστημα σωλήνων).
Για τις γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, καθώς και για όλους τους άλλους τύπους αντλιών θερμότητας, μετρήθηκε η αναλογία της χρήσιμης δράσης τους προς την ενέργεια που δαπανήθηκε για αυτή τη δράση (ΑΠΟΔΟΣΗ). Τα περισσότερα συστήματα γεωθερμικής αντλίας θερμότητας έχουν απόδοση από 3,0 έως 5,0. Αυτό σημαίνει ότι το σύστημα μετατρέπει μια μονάδα ενέργειας σε 3-5 μονάδες θερμότητας.
Τα γεωθερμικά συστήματα δεν απαιτούν πολύπλοκη συντήρηση. Εάν εγκατασταθεί σωστά, κάτι που είναι πολύ σημαντικό, ο υπόγειος βρόχος μπορεί να λειτουργήσει σωστά για αρκετές γενιές. Ο ανεμιστήρας, ο συμπιεστής και η αντλία βρίσκονται μέσα εντός κτίριουκαι προστατεύονται από την αλλαγή καιρικές συνθήκεςΈτσι, η διάρκεια ζωής τους μπορεί να διαρκέσει πολλά χρόνια, συχνά δεκαετίες. Οι τακτικοί περιοδικοί έλεγχοι, η έγκαιρη αντικατάσταση του φίλτρου και ο ετήσιος καθαρισμός του πηνίου είναι οι μόνες που απαιτούνται συντήρηση.
Εμπειρία χρήστη γεωθερμική NECσυστήματα
Τα γεωθερμικά συστήματα NVC χρησιμοποιούνται για περισσότερα από 60 χρόνια σε όλο τον κόσμο. Δουλεύουν με τη φύση, όχι εναντίον της, και δεν αποπνέουν αέρια θερμοκηπίου(όπως σημειώθηκε προηγουμένως, χρησιμοποιούν λιγότερο ηλεκτρισμό επειδή χρησιμοποιούν τη σταθερή θερμοκρασία του εδάφους).
Τα γεωθερμικά συστήματα NVC γίνονται όλο και περισσότερο χαρακτηριστικά των πράσινων σπιτιών, ως μέρος του αυξανόμενου κινήματος των πράσινων κτιρίων. Πράσινα έργα αποτελούσαν το 20 τοις εκατό όλων των σπιτιών που κατασκευάστηκαν στις ΗΠΑ πέρυσι. Ένα άρθρο στην Wall Street Journal αναφέρει ότι μέχρι το 2016 ο προϋπολογισμός των πράσινων κτιρίων θα αυξηθεί από 36 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως σε 114 δισεκατομμύρια δολάρια. Αυτό θα ανέλθει στο 30-40 τοις εκατό της συνολικής αγοράς ακινήτων.
Ωστόσο, πολλές από τις πληροφορίες σχετικά με τη γεωθερμική θέρμανση και ψύξη βασίζονται σε ξεπερασμένα δεδομένα ή σε αβάσιμους μύθους.
Καταστρέφοντας τους μύθους για τα γεωθερμικά συστήματα NWC
1. Τα συστήματα γεωθερμικής NVC δεν αποτελούν ανανεώσιμη τεχνολογία επειδή χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια.
Γεγονός: Τα συστήματα γεωθερμικής HVAC χρησιμοποιούν μόνο μία μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή έως και πέντε μονάδων ψύξης ή θέρμανσης.
2. Η ηλιακή ενέργεια και η αιολική ενέργεια είναι πιο ευνοϊκές τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε σύγκριση με τα γεωθερμικά συστήματα NVC.
Γεγονός: Τα γεωθερμικά συστήματα NVC για ένα δολάριο επεξεργάζονται τέσσερις φορές περισσότερα κιλοβάτ/ώρα από ό,τι η ηλιακή ή η αιολική ενέργεια παράγει για το ίδιο δολάριο. Αυτές οι τεχνολογίες μπορούν, φυσικά, να παίξουν σημαντικός ρόλοςγια το περιβάλλον, αλλά ένα γεωθερμικό σύστημα NVC είναι συχνά ο πιο αποτελεσματικός και οικονομικός τρόπος για τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.
3. Το σύστημα γεωθερμικής NVC απαιτεί πολύ χώρο για να φιλοξενήσει τους σωλήνες πολυαιθυλενίου του υπόγειου βρόχου.
Γεγονός: Ανάλογα με το έδαφος, ο υπόγειος βρόχος μπορεί να τοποθετηθεί κάθετα, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεται μια μικρή επιφάνεια. Εάν υπάρχει διαθέσιμος υδροφόρος ορίζοντας, τότε χρειάζονται μόνο μερικά τετραγωνικά πόδια επιφάνειας. Σημειώστε ότι το νερό επιστρέφει στον ίδιο υδροφόρο ορίζοντα από τον οποίο λήφθηκε αφού περάσει από τον εναλλάκτη θερμότητας. Έτσι, το νερό δεν είναι απορροή και δεν μολύνει τον υδροφόρο ορίζοντα.
4. Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας HVK είναι θορυβώδεις.
Γεγονός: Τα συστήματα είναι πολύ ήσυχα και δεν υπάρχει εξοπλισμός έξω για να μην ενοχλούν τους γείτονες.
5. Τα γεωθερμικά συστήματα τελικά φθείρονται.
Γεγονός: Οι υπόγειοι βρόχοι μπορούν να διαρκέσουν για γενιές. Ο εξοπλισμός ανταλλαγής θερμότητας συνήθως διαρκεί για δεκαετίες καθώς προστατεύεται σε εσωτερικούς χώρους. Όταν έρθει η ώρα για την απαραίτητη αντικατάσταση του εξοπλισμού, το κόστος μιας τέτοιας αντικατάστασης είναι πολύ μικρότερο από ένα νέο. γεωθερμικό σύστημα, αφού ο υπόγειος βρόχος και το πηγάδι είναι τα πιο ακριβά μέρη του. Νέος τεχνικές λύσειςεξαλείψτε το πρόβλημα της κατακράτησης θερμότητας στο έδαφος, ώστε το σύστημα να μπορεί να ανταλλάσσει θερμοκρασίες σε απεριόριστες ποσότητες. Υπήρξαν περιπτώσεις λανθασμένων υπολογισμών συστημάτων στο παρελθόν που στην πραγματικότητα υπερθέρμανση ή υποψύξη του εδάφους σε σημείο που δεν υπήρχε πλέον η διαφορά θερμοκρασίας που απαιτείται για τη λειτουργία του συστήματος.
6. Τα συστήματα γεωθερμικής HVAC λειτουργούν μόνο για θέρμανση.
Γεγονός: Λειτουργούν εξίσου αποτελεσματικά για την ψύξη και μπορούν να σχεδιαστούν έτσι ώστε να μην υπάρχει ανάγκη για επιπλέον εφεδρική πηγή θερμότητας. Αν και ορισμένοι πελάτες αποφασίζουν ότι είναι πιο αποδοτικό να έχουν ένα μικρό εφεδρικό σύστημα για τις πιο κρύες στιγμές. Αυτό σημαίνει ότι ο υπόγειος βρόχος τους θα είναι μικρότερος και άρα φθηνότερος.
7. Τα συστήματα γεωθερμικής HVAC δεν μπορούν να θερμαίνουν ταυτόχρονα το νερό οικιακής χρήσης, το νερό της πισίνας και τη θέρμανση ενός σπιτιού.
Γεγονός: Τα συστήματα μπορούν να σχεδιαστούν για να εκτελούν πολλές λειτουργίες ταυτόχρονα.
8. Τα γεωθερμικά συστήματα NHC ρυπαίνουν το έδαφος με ψυκτικά μέσα.
Γεγονός: Τα περισσότερα συστήματα χρησιμοποιούν μόνο νερό στους μεντεσέδες.
9. Τα γεωθερμικά συστήματα NWC χρησιμοποιούν πολύ νερό.
Γεγονός: Τα γεωθερμικά συστήματα στην πραγματικότητα δεν καταναλώνουν νερό. Εάν τα υπόγεια ύδατα χρησιμοποιούνται για ανταλλαγή θερμοκρασίας, τότε όλο το νερό επιστρέφει στον ίδιο υδροφόρο ορίζοντα. Στο παρελθόν, όντως χρησιμοποιήθηκαν ορισμένα συστήματα που σπαταλούσαν νερό αφού περνούσαν από τον εναλλάκτη θερμότητας, αλλά τέτοια συστήματα δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν καθόλου σήμερα. Εξετάζοντας το ζήτημα από εμπορική σκοπιά, τα γεωθερμικά συστήματα HC εξοικονομούν στην πραγματικότητα εκατομμύρια λίτρα νερού που θα είχαν εξατμιστεί στα παραδοσιακά συστήματα.
10. Η τεχνολογία γεωθερμικών NVC δεν είναι οικονομικά εφικτή χωρίς κρατικά και περιφερειακά φορολογικά κίνητρα.
Γεγονός: Τα κρατικά και περιφερειακά κίνητρα συνήθως ανέρχονται στο 30 έως 60 τοις εκατό του συνολικού κόστους ενός γεωθερμικού συστήματος, το οποίο μπορεί συχνά να μειώσει την αρχική τιμή κοντά στην τιμή του συμβατικού εξοπλισμού. Τα τυπικά συστήματα αέρα HVAC κοστίζουν περίπου 3.000 $ ανά τόνο θερμότητας ή κρύου (τα σπίτια χρησιμοποιούν συνήθως έναν έως πέντε τόνους). Η τιμή των γεωθερμικών συστημάτων NVC κυμαίνεται από περίπου 5.000 $ ανά τόνο έως 8.000-9.000 $. Ωστόσο, οι νέες μέθοδοι εγκατάστασης μειώνουν σημαντικά το κόστος, μέχρι τις τιμές των συμβατικών συστημάτων.
Εξοικονόμηση κόστους μπορεί επίσης να επιτευχθεί μέσω εκπτώσεων σε εξοπλισμό δημόσιας ή εμπορικής χρήσης ή ακόμα και μεγάλων παραγγελιών για το σπίτι (ειδικά από μεγάλες μάρκες όπως η Bosch, η Carrier και η Trane). Οι ανοιχτοί βρόχοι, που χρησιμοποιούν αντλία και φρεάτιο επανέγχυσης, είναι φθηνότεροι στην εγκατάσταση από τα κλειστά συστήματα.
Πηγή: energyblog.nationalgeographic.com
Kirill Degtyarev, Ερευνητής, Μόσχα Κρατικό Πανεπιστήμιοτους. M. V. Lomonosov.
Στην πλούσια σε υδρογονάνθρακες χώρα μας, η γεωθερμική ενέργεια είναι ένα είδος εξωτικού πόρου που, στην παρούσα κατάσταση, είναι απίθανο να ανταγωνιστεί το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Ωστόσο, αυτή η εναλλακτική μορφή ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν παντού και αρκετά αποτελεσματικά.
Φωτογραφία του Igor Konstantinov.
Αλλαγή της θερμοκρασίας του εδάφους με το βάθος.
Αύξηση θερμοκρασίας ιαματικών νερών και ξηρών πετρωμάτων που τα περιέχουν με βάθος.
Αλλαγή της θερμοκρασίας με το βάθος σε διάφορες περιοχές.
Η έκρηξη του ισλανδικού ηφαιστείου Eyjafjallajökull είναι μια απεικόνιση βίαιων ηφαιστειακών διεργασιών που συμβαίνουν σε ενεργές τεκτονικές και ηφαιστειακές ζώνες με ισχυρή ροή θερμότητας από το εσωτερικό της γης.
Εγκατεστημένες ισχύς γεωθερμικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής ανά χώρες του κόσμου, MW.
Κατανομή γεωθερμικών πόρων στο έδαφος της Ρωσίας. Τα αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, σύμφωνα με τους ειδικούς, είναι αρκετές φορές υψηλότερα από τα ενεργειακά αποθέματα των οργανικών ορυκτών καυσίμων. Σύμφωνα με το Geothermal Energy Society Association.
Η γεωθερμική ενέργεια είναι η θερμότητα του εσωτερικού της γης. Παράγεται στα βάθη και έρχεται στην επιφάνεια της Γης μέσα διαφορετικές μορφέςκαι με διαφορετικές εντάσεις.
Η θερμοκρασία των ανώτερων στρωμάτων του εδάφους εξαρτάται κυρίως από εξωτερικούς (εξωγενείς) παράγοντες - ηλιακό φως και θερμοκρασία αέρα. Το καλοκαίρι και την ημέρα, το έδαφος θερμαίνεται σε ορισμένα βάθη και το χειμώνα και τη νύχτα ψύχεται μετά την αλλαγή της θερμοκρασίας του αέρα και με κάποια καθυστέρηση, αυξάνοντας με το βάθος. Η επίδραση των ημερήσιων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας του αέρα τελειώνει σε βάθη από μερικά έως αρκετές δεκάδες εκατοστά. Οι εποχιακές διακυμάνσεις καταγράφουν βαθύτερα στρώματα εδάφους - έως και δεκάδες μέτρα.
Σε ένα ορισμένο βάθος -από δεκάδες έως εκατοντάδες μέτρα- η θερμοκρασία του εδάφους διατηρείται σταθερή, ίση με τη μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης. Αυτό είναι εύκολο να επαληθευτεί κατεβαίνοντας σε μια αρκετά βαθιά σπηλιά.
Οταν μέση ετήσια θερμοκρασίαο αέρας στην περιοχή είναι κάτω από το μηδέν, αυτό εκδηλώνεται ως μόνιμος παγετός (πιο συγκεκριμένα, μόνιμος παγετός). ΣΕ Ανατολική Σιβηρίατο πάχος, δηλαδή το πάχος, των κατεψυγμένων εδαφών όλο το χρόνο φτάνει κατά τόπους τα 200-300 m.
Από ένα συγκεκριμένο βάθος (το δικό του για κάθε σημείο του χάρτη), η επίδραση του Ήλιου και της ατμόσφαιρας εξασθενεί τόσο πολύ που οι ενδογενείς (εσωτερικοί) παράγοντες έρχονται πρώτοι και το εσωτερικό της γης θερμαίνεται από το εσωτερικό, έτσι ώστε η θερμοκρασία αρχίζει να άνοδος με βάθος.
Η θέρμανση των βαθιών στρωμάτων της Γης συνδέεται κυρίως με την αποσύνθεση των ραδιενεργών στοιχείων που βρίσκονται εκεί, αν και άλλες πηγές θερμότητας ονομάζονται επίσης, για παράδειγμα, φυσικοχημικές, τεκτονικές διεργασίες στα βαθιά στρώματα του φλοιού και του μανδύα της γης. Όποια και αν είναι όμως η αιτία, η θερμοκρασία των πετρωμάτων και των σχετικών υγρών και αέριων ουσιών αυξάνεται με το βάθος. Οι ανθρακωρύχοι αντιμετωπίζουν αυτό το φαινόμενο - είναι πάντα ζεστό στα βαθιά ορυχεία. Σε βάθος 1 χλμ., η ζέστη τριάντα βαθμών είναι φυσιολογική και βαθύτερα η θερμοκρασία είναι ακόμη υψηλότερη.
Η ροή θερμότητας του εσωτερικού της γης, φτάνοντας στην επιφάνεια της Γης, είναι μικρή - κατά μέσο όρο, η ισχύς της είναι 0,03-0,05 W / m 2,
ή περίπου 350 Wh/m 2 ετησίως. Στο φόντο της ροής θερμότητας από τον Ήλιο και του αέρα που θερμαίνεται από αυτόν, αυτή είναι μια ανεπαίσθητη τιμή: ο Ήλιος δίνει σε κάθε τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της γης περίπου 4000 kWh ετησίως, δηλαδή 10.000 φορές περισσότερο (φυσικά, αυτό είναι κατά μέσο όρο, με τεράστια εξάπλωση μεταξύ πολικών και ισημερινών γεωγραφικών πλάτη και ανάλογα με άλλους κλιματικούς και καιρικούς παράγοντες).
Η ασήμαντη ροή θερμότητας από τα βάθη προς την επιφάνεια στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη σχετίζεται με τη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα των πετρωμάτων και των χαρακτηριστικών γεωλογική δομή. Υπάρχουν όμως εξαιρέσεις - μέρη όπου η ροή θερμότητας είναι υψηλή. Πρόκειται πρώτα για ζώνες τεκτονικών ρηγμάτων, αυξημένης σεισμικής δραστηριότητας και ηφαιστειότητας, όπου η ενέργεια του εσωτερικού της γης βρίσκει διέξοδο. Τέτοιες ζώνες χαρακτηρίζονται από θερμικές ανωμαλίες της λιθόσφαιρας, εδώ η ροή θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης μπορεί να είναι πολλές φορές και ακόμη και τάξεις μεγέθους πιο ισχυρή από τη "συνηθισμένη". Μεγάλο ποσόΗ θερμότητα έρχεται στην επιφάνεια σε αυτές τις ζώνες από ηφαιστειακές εκρήξεις και πηγές ζεστού νερού.
Αυτές οι περιοχές είναι οι πιο ευνοϊκές για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας. Στο έδαφος της Ρωσίας, αυτή είναι, πρώτα απ 'όλα, η Καμτσάτκα, Νήσοι Κουρίλεςκαι τον Καύκασο.
Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας είναι δυνατή σχεδόν παντού, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας με το βάθος είναι ένα πανταχού παρόν φαινόμενο και το καθήκον είναι η «εξαγωγή» θερμότητας από τα έντερα, όπως εξάγονται ορυκτές πρώτες ύλες από εκεί.
Κατά μέσο όρο, η θερμοκρασία αυξάνεται με το βάθος κατά 2,5-3 o C για κάθε 100 m. Ο λόγος της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δύο σημείων που βρίσκονται σε διαφορετικά βάθη προς τη διαφορά βάθους μεταξύ τους ονομάζεται γεωθερμική κλίση.
Το αντίστροφο είναι το γεωθερμικό βήμα, ή το διάστημα βάθους στο οποίο η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 1 o C.
Όσο υψηλότερη είναι η κλίση και, κατά συνέπεια, όσο χαμηλότερη είναι η βαθμίδα, τόσο πιο κοντά η θερμότητα του βάθους της Γης πλησιάζει την επιφάνεια και τόσο πιο πολλά υποσχόμενη είναι αυτή η περιοχή για την ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας.
Σε διαφορετικές περιοχές, ανάλογα με τη γεωλογική δομή και άλλες τοπικές και τοπικές συνθήκες, ο ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας με το βάθος μπορεί να ποικίλλει δραματικά. Στην κλίμακα της Γης, οι διακυμάνσεις στις τιμές των γεωθερμικών κλίσεων και των βημάτων φτάνουν τις 25 φορές. Για παράδειγμα, στην πολιτεία του Όρεγκον (ΗΠΑ), η κλίση είναι 150 ° C ανά 1 km και σε Νότια Αφρική- 6 o C ανά 1 km.
Το ερώτημα είναι, ποια είναι η θερμοκρασία σε μεγάλα βάθη - 5, 10 km ή περισσότερο; Εάν η τάση συνεχιστεί, η θερμοκρασία σε βάθος 10 km θα πρέπει να είναι κατά μέσο όρο περίπου 250-300 ° C. Αυτό επιβεβαιώνεται λίγο πολύ από άμεσες παρατηρήσεις σε εξαιρετικά βαθιά πηγάδια, αν και η εικόνα είναι πολύ πιο περίπλοκη από μια γραμμική αύξηση της θερμοκρασίας .
Για παράδειγμα, στο Κόλα εξαιρετικά βαθύ πηγάδι, τρυπημένο στην κρυσταλλική ασπίδα της Βαλτικής, η θερμοκρασία σε βάθος 3 km αλλάζει με ρυθμό 10 ° C / 1 km και στη συνέχεια η γεωθερμική κλίση γίνεται 2-2,5 φορές μεγαλύτερη. Σε βάθος 7 km καταγράφηκε ήδη θερμοκρασία 120 o C, στα 10 km - 180 o C και στα 12 km - 220 o C.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα πηγάδι στη Βόρεια Κασπία, όπου σε βάθος 500 m καταγράφηκε θερμοκρασία 42 o C, στα 1,5 km - 70 o C, στα 2 km - 80 o C, στα 3 km - 108 o C.
Υποτίθεται ότι η γεωθερμική κλίση μειώνεται ξεκινώντας από ένα βάθος 20-30 km: σε βάθος 100 km, οι εκτιμώμενες θερμοκρασίες είναι περίπου 1300-1500 o C, σε βάθος 400 km - 1600 o C, στη Γη πυρήνα (βάθη άνω των 6000 km) - 4000-5000 o ΜΕ.
Σε βάθη έως 10-12 km, η θερμοκρασία μετράται μέσω γεωτρήσεων. όπου δεν υπάρχουν, προσδιορίζεται από έμμεσα σημάδια με τον ίδιο τρόπο όπως και σε μεγαλύτερα βάθη. Τέτοια έμμεσα σημάδια μπορεί να είναι η φύση της διέλευσης των σεισμικών κυμάτων ή η θερμοκρασία της λάβας που εκρήγνυται.
Ωστόσο, για τους σκοπούς της γεωθερμικής ενέργειας, τα δεδομένα για τις θερμοκρασίες σε βάθη άνω των 10 km δεν παρουσιάζουν ακόμη πρακτικό ενδιαφέρον.
Υπάρχει πολλή ζέστη σε βάθη αρκετών χιλιομέτρων, αλλά πώς να την ανεβάσουμε; Μερικές φορές η ίδια η φύση μας λύνει αυτό το πρόβλημα με τη βοήθεια ενός φυσικού ψυκτικού υγρού - θερμαινόμενων ιαματικών νερών που έρχονται στην επιφάνεια ή βρίσκονται σε βάθος προσβάσιμο σε εμάς. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το νερό στα βάθη θερμαίνεται μέχρι την κατάσταση του ατμού.
Ένας αυστηρός ορισμός της έννοιας " ιαματικα νερα" Οχι. Κατά κανόνα, σημαίνουν ζεστά υπόγεια ύδατα σε υγρή κατάσταση ή σε μορφή ατμού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έρχονται στην επιφάνεια της Γης με θερμοκρασία πάνω από 20 ° C, δηλαδή, κατά κανόνα, υψηλότερη από τη θερμοκρασία του αέρα.
Ζεστός υπόγεια ύδατα, ατμός, μείγματα ατμού-νερού - αυτή είναι η υδροθερμική ενέργεια. Αντίστοιχα, η ενέργεια που βασίζεται στη χρήση της ονομάζεται υδροθερμική.
Η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη με την παραγωγή θερμότητας απευθείας από ξηρά πετρώματα - πετροθερμική ενέργεια, ειδικά επειδή οι επαρκώς υψηλές θερμοκρασίες, κατά κανόνα, ξεκινούν από βάθη αρκετών χιλιομέτρων.
Στο έδαφος της Ρωσίας, το δυναμικό της πετρελαιοθερμικής ενέργειας είναι εκατό φορές υψηλότερο από αυτό της υδροθερμικής ενέργειας - 3.500 και 35 τρισεκατομμύρια τόνους τυπικού καυσίμου, αντίστοιχα. Αυτό είναι απολύτως φυσικό - η ζεστασιά των βάθη της Γης είναι παντού και τα ιαματικά νερά βρίσκονται τοπικά. Ωστόσο, λόγω προφανών τεχνικών δυσκολιών, τα περισσότερα από τα ιαματικά νερά χρησιμοποιούνται σήμερα για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας.
Νερά με θερμοκρασίες από 20-30 έως 100 o C είναι κατάλληλα για θέρμανση, θερμοκρασίες από 150 o C και πάνω - και για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε γεωθερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Γενικά, οι γεωθερμικοί πόροι στο έδαφος της Ρωσίας, όσον αφορά τους τόνους καυσίμου αναφοράς ή οποιαδήποτε άλλη μονάδα μέτρησης ενέργειας, είναι περίπου 10 φορές υψηλότεροι από τα αποθέματα ορυκτών καυσίμων.
Θεωρητικά, μόνο η γεωθερμική ενέργεια θα μπορούσε να καλύψει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες της χώρας. Πρακτικά επάνω αυτή τη στιγμήστο μεγαλύτερο μέρος της επικράτειάς της, αυτό δεν είναι εφικτό για τεχνικούς και οικονομικούς λόγους.
Στον κόσμο, η χρήση της γεωθερμικής ενέργειας συνδέεται συχνότερα με την Ισλανδία - μια χώρα που βρίσκεται στο βόρειο άκρο της Μεσοατλαντικής Κορυφογραμμής, σε μια εξαιρετικά ενεργή τεκτονική και ηφαιστειακή ζώνη. Πιθανώς όλοι θυμούνται την ισχυρή έκρηξη του ηφαιστείου Eyjafjallajökull το 2010.
Χάρη σε αυτή τη γεωλογική ιδιαιτερότητα, η Ισλανδία διαθέτει τεράστια αποθέματα γεωθερμικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των θερμών πηγών που έρχονται στην επιφάνεια της Γης και μάλιστα αναβλύζουν με τη μορφή θερμοπίδακες.
Στην Ισλανδία, περισσότερο από το 60% της συνολικής ενέργειας που καταναλώνεται αυτή τη στιγμή λαμβάνεται από τη Γη. Συμπεριλαμβανομένων των γεωθερμικών πηγών, παρέχεται το 90% της θέρμανσης και το 30% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Προσθέτουμε ότι η υπόλοιπη ηλεκτρική ενέργεια στη χώρα παράγεται από υδροηλεκτρικούς σταθμούς, δηλαδή χρησιμοποιώντας επίσης μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, χάρη στην οποία η Ισλανδία μοιάζει με ένα είδος παγκόσμιου περιβαλλοντικού προτύπου.
Η «εξημέρευση» της γεωθερμικής ενέργειας τον 20ο αιώνα βοήθησε σημαντικά οικονομικά την Ισλανδία. Μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα ήταν πολύ φτωχή χώρα, κατέχει πλέον την πρώτη θέση παγκοσμίως σε εγκατεστημένη ισχύ και παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας κατά κεφαλήν και βρίσκεται στην πρώτη δεκάδα ως προς την απόλυτη εγκατεστημένη ισχύ γεωθερμικών σταθμών. Ωστόσο, ο πληθυσμός του είναι μόνο 300 χιλιάδες άτομα, γεγονός που απλοποιεί το έργο της μετάβασης σε φιλικές προς το περιβάλλον πηγές ενέργειας: η ανάγκη για αυτό είναι γενικά μικρή.
Εκτός από την Ισλανδία, υψηλό μερίδιο γεωθερμικής ενέργειας στο συνολικό ισοζύγιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας παρέχεται στη Νέα Ζηλανδία και τα νησιωτικά κράτη Νοτιοανατολική Ασία(Φιλιππίνες και Ινδονησία), χώρες της Κεντρικής Αμερικής και Ανατολική Αφρική, το έδαφος του οποίου χαρακτηρίζεται επίσης από υψηλή σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα. Για αυτές τις χώρες, στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης και των αναγκών τους, η γεωθερμική ενέργεια συμβάλλει σημαντικά στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη.
(Το τέλος ακολουθεί.)
Η θερμοκρασία στο εσωτερικό της γης είναι συχνά αρκετή υποκειμενικός δείκτης, αφού η ακριβής θερμοκρασία μπορεί να δοθεί μόνο σε προσβάσιμα σημεία, για παράδειγμα, στο πηγάδι Kola (βάθος 12 km). Αλλά αυτό το μέρος ανήκει στο εξωτερικό μέρος του φλοιού της γης.
Θερμοκρασίες διαφορετικών βάθη της Γης
Όπως διαπίστωσαν οι επιστήμονες, η θερμοκρασία αυξάνεται κατά 3 βαθμούς κάθε 100 μέτρα βαθιά μέσα στη Γη. Αυτός ο αριθμός είναι σταθερός για όλες τις ηπείρους και τα μέρη την υδρόγειο. Μια τέτοια αύξηση της θερμοκρασίας συμβαίνει στο πάνω μέρος του φλοιού της γης, περίπου τα πρώτα 20 χιλιόμετρα, και μετά η αύξηση της θερμοκρασίας επιβραδύνεται.
Η μεγαλύτερη αύξηση καταγράφηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου η θερμοκρασία αυξήθηκε κατά 150 βαθμούς ανά 1000 μέτρα βαθιά μέσα στη γη. Η πιο αργή ανάπτυξη καταγράφηκε στη Νότια Αφρική, το θερμόμετρο ανέβηκε μόνο κατά 6 βαθμούς Κελσίου.
Σε βάθος περίπου 35-40 χιλιομέτρων, η θερμοκρασία κυμαίνεται γύρω στους 1400 βαθμούς. Το όριο του μανδύα και του εξωτερικού πυρήνα σε βάθος 25 έως 3000 km θερμαίνεται από 2000 έως 3000 μοίρες. Ο εσωτερικός πυρήνας θερμαίνεται στους 4000 βαθμούς. Η θερμοκρασία στο κέντρο της Γης, σύμφωνα με τις τελευταίες πληροφορίες που ελήφθησαν ως αποτέλεσμα πολύπλοκων πειραμάτων, είναι περίπου 6000 βαθμοί. Ο Ήλιος μπορεί να υπερηφανεύεται για την ίδια θερμοκρασία στην επιφάνειά του.
Ελάχιστες και μέγιστες θερμοκρασίες στα βάθη της Γης
Κατά τον υπολογισμό της ελάχιστης και της μέγιστης θερμοκρασίας στο εσωτερικό της Γης, δεν λαμβάνονται υπόψη τα δεδομένα της ζώνης σταθερής θερμοκρασίας. Στη ζώνη αυτή, η θερμοκρασία είναι σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Η ζώνη βρίσκεται σε βάθος 5 μέτρων (τροπικές περιοχές) και έως 30 μέτρα (υψηλά γεωγραφικά πλάτη).
Μέγιστη θερμοκρασίαμετρήθηκε και καταγράφηκε σε βάθος περίπου 6000 μέτρων και ανήλθε στους 274 βαθμούς Κελσίου. Η ελάχιστη θερμοκρασία στο εσωτερικό της γης είναι σταθερή κυρίως στις βόρειες περιοχές του πλανήτη μας, όπου ακόμη και σε βάθος άνω των 100 μέτρων το θερμόμετρο δείχνει μείον θερμοκρασίες.
Από πού προέρχεται η θερμότητα και πώς κατανέμεται στα έγκατα του πλανήτη
Η θερμότητα μέσα στη γη προέρχεται από διάφορες πηγές:
1) Διάσπαση ραδιενεργών στοιχείων;
2) Η βαρυτική διαφοροποίηση της ύλης που θερμαίνεται στον πυρήνα της Γης;
3) Παλιρροϊκή τριβή (η πρόσκρουση της Σελήνης στη Γη, συνοδευόμενη από επιβράδυνση της τελευταίας).
Αυτές είναι μερικές επιλογές για την εμφάνιση θερμότητας στα έγκατα της γης, αλλά το ερώτημα του πλήρης λίστακαι την ορθότητα των ήδη διαθέσιμων ανοιχτών μέχρι τώρα.
Η ροή θερμότητας που προέρχεται από τα έγκατα του πλανήτη μας ποικίλλει ανάλογα με τις δομικές ζώνες. Επομένως, η κατανομή της θερμότητας σε ένα μέρος όπου βρίσκονται ο ωκεανός, τα βουνά ή οι πεδιάδες έχει εντελώς διαφορετικούς δείκτες.