Keskimääräinen maaperän lämpötila syvyydessä. Maan päällä - Maan elämästä sopusoinnussa luonnon kanssa. Murtaan myyttejä geotermisistä NVC -järjestelmistä

Maassamme, jossa on runsaasti hiilivetyjä, maalämpö on eksoottinen luonnonvara, joka tämänhetkisen tilanteen vuoksi ei todennäköisesti kilpaile öljyn ja kaasun kanssa. Tätä vaihtoehtoista energiamuotoa voidaan kuitenkin käyttää lähes kaikkialla ja se on varsin tehokasta.

Geoterminen energia on maapallon sisäinen lämpö. Sitä tuotetaan syvyyksissä ja se tulee maan pinnalle eri muodoissa ja eri voimakkuuksilla.

Maaperän ylempien kerrosten lämpötila riippuu pääasiassa ulkoisista (ulkoisista) tekijöistä - auringonvalosta ja ilman lämpötilasta. Kesällä ja päivällä maaperä lämpenee tiettyihin syvyyksiin, ja talvella ja yöllä se jäähtyy ilman lämpötilan muutoksen jälkeen ja jonkin verran viiveellä ja kasvaa syvyyden myötä. Ilman lämpötilan päivittäisten vaihtelujen vaikutus päättyy muutamasta kymmeniin senttimetreihin. Kausivaihtelut kattavat syvemmät maaperän kerrokset - jopa kymmeniä metrejä.

Tietyllä syvyydellä - kymmenistä satoihin metreihin - maaperän lämpötila pidetään vakiona, joka on sama kuin maapallon keskimääräinen vuotuinen ilman lämpötila. Tämä on helppo varmistaa menemällä riittävän syvään luolaan.

Kun tietyn alueen vuotuinen keskilämpötila on alle nollan, tämä ilmenee ikiroudana (tarkemmin sanottuna ikiroudassa). Itä-Siperiassa ympäri vuoden jäätynyt maaperän paksuus eli paksuus saavuttaa paikoin 200-300 m.

Auringon ja ilmakehän toiminta heikkenee tietystä syvyydestä (oma jokaiselle kartan pisteelle) niin paljon, että endogeeniset (sisäiset) tekijät tulevat esiin ja maan sisäosa lämpenee sisältä, joten lämpötila alkaa nousta syvyyden kanssa.

Maapallon syvien kerrosten kuumeneminen liittyy lähinnä siellä sijaitsevien radioaktiivisten elementtien hajoamiseen, vaikka muita lämmönlähteitä kutsutaan myös esimerkiksi fysikaalis -kemiallisiksi, tektonisiksi prosesseiksi maankuoren ja vaipan syvissä kerroksissa. Mutta mistä syystä tahansa, kivien ja niihin liittyvien nestemäisten ja kaasumaisten aineiden lämpötila kasvaa syvyyden kanssa. Kaivostyöläiset kohtaavat tämän ilmiön - syvissä kaivoksissa on aina kuuma. Yhden kilometrin syvyydessä kolmenkymmenen asteen lämpö on normaalia, ja syvemmällä lämpötila on vielä korkeampi.

Maan sisäpuolen lämpövirta, joka saavuttaa maan pinnan, on pieni - sen teho on keskimäärin 0,03–0,05 W / m 2 eli noin 350 W · h / m 2 vuodessa. Auringosta ja sen lämmittämästä ilmavirrasta johtuen tämä on huomaamaton arvo: aurinko antaa jokaiselle maanpinnan neliömetrille noin 4000 kWh vuodessa, eli 10000 kertaa enemmän (tietysti keskimäärin valtava leviäminen napa- ja päiväntasaajan leveysasteiden välillä ja riippuen muista ilmasto- ja säätekijöistä).

Lämpövirran merkityksetön merkitys sisätiloista pintaan suurimmalla osalla planeettaa liittyy kallioiden heikkoon lämmönjohtavuuteen ja geologisen rakenteen erityispiirteisiin. Mutta on poikkeuksia - paikkoja, joissa lämpövirta on suuri. Nämä ovat ensinnäkin tektonisten vikojen vyöhykkeet, lisääntynyt seisminen aktiivisuus ja tulivuorenpurkaukset, joilla maan sisäisen energian ulostulo löytää. Tällaisille vyöhykkeille on ominaista litosfäärin lämpöpoikkeamat, täällä maanpinnalle saavuttava lämpövirta voi olla useita kertoja ja jopa suuruusluokkia tehokkaampi kuin "tavallinen". Tulivuorenpurkaukset ja kuumavesilähteet kuljettavat valtavan määrän lämpöä pintaan näillä alueilla.

Nämä alueet ovat edullisimmat geotermisen energian kehittämiselle. Venäjän alueella nämä ovat ennen kaikkea Kamtšatka, Kuril -saaret ja Kaukasus.

Samaan aikaan geotermisen energian kehittäminen on mahdollista lähes kaikkialla, koska lämpötilan nousu syvyydellä on kaikkialla läsnä oleva ilmiö, ja tehtävänä on "ottaa" lämpöä suolistosta aivan kuten mineraalisia raaka -aineita uutetaan sieltä.

Keskimäärin lämpötila nousee syvyydellä 2,5–3 ° C jokaista 100 metriä kohden. Kahden eri syvyyden pisteen lämpötilaeron suhdetta niiden väliseen syvyyseroon kutsutaan geotermiseksi gradientiksi.

Vastavuoroinen on geoterminen vaihe tai syvyysväli, jossa lämpötila nousee 1 ° C.

Mitä korkeampi kaltevuus ja vastaavasti mitä matalampi portaikko, sitä lähempänä maapallon syvyyden lämpö lähestyy pintaa ja sitä lupaavampi tämä alue on geotermisen energian kehittämiselle.

Eri alueilla geologisesta rakenteesta ja muista alueellisista ja paikallisista olosuhteista riippuen lämpötilan nousunopeus syvyyden mukaan voi vaihdella dramaattisesti. Maapallon mittakaavassa maalämpön kaltevuuksien ja portaiden vaihtelut vaihtelevat 25 kertaa. Esimerkiksi Oregonissa (USA) kaltevuus on 150 ° C / km ja Etelä -Afrikassa 6 ° C / km.

Kysymys kuuluu, mikä on lämpötila suurilla syvyyksillä - 5, 10 km tai enemmän? Jos suuntaus jatkuu, 10 km: n syvyyden lämpötilan tulisi olla keskimäärin noin 250–300 ° C. Tämä on enemmän tai vähemmän vahvistettu suorilla havainnoilla erittäin syvissä kaivoissa, vaikka kuva on paljon monimutkaisempi kuin lineaarinen lämpötilan nousu.

Esimerkiksi Itämeren kiteiseen kilpeen poratussa Kuolan syväkaivossa lämpötila 3 km: n syvyyteen muuttuu 10 ° C / 1 km: n nopeudella ja sitten geoterminen kaltevuus kasvaa 2–2,5 kertaa. 7 km: n syvyydessä 120 ° C lämpötila oli jo kirjattu, 10 km - 180 ° C ja 12 km - 220 ° C.

Toinen esimerkki on pohjoisen Kaspianmeren alueelle porattu kaivo, jossa lämpötila mitattiin 42 ° C 500 metrin syvyyteen, 70 ° C 1,5 km: n etäisyydelle, 80 ° C 2 km: n alueelle ja 108 ° C 3 km: n etäisyydelle.

Geotermisen kaltevuuden oletetaan laskevan 20-30 km: n syvyydestä alkaen: 100 km: n syvyydessä oletetut lämpötilat ovat noin 1300-1500 ° C, 400 km-1600 ° C ydin (syvyys yli 6000 km) - 4000-5000 ° C.

10–12 km: n syvyyksissä lämpötila mitataan porattujen kaivojen kautta; jos niitä ei ole, se määritetään epäsuorilla merkeillä samalla tavalla kuin suuremmissa syvyyksissä. Tällaisia ​​epäsuoria merkkejä voivat olla seismisten aaltojen kulun luonne tai ulos virtaavan laavan lämpötila.

Geotermisen energian osalta tiedot yli 10 km: n syvyyksien lämpötiloista eivät kuitenkaan ole vielä käytännön kiinnostavia.

Useiden kilometrien syvyyksissä on paljon lämpöä, mutta miten nostaa sitä? Joskus luonto ratkaisee tämän ongelman meille luonnollisen lämmönsiirtimen avulla - lämmitettyjä lämpökylmiä, jotka tulevat pintaan tai sijaitsevat meille saatavilla olevassa syvyydessä. Joissakin tapauksissa syvyyksissä oleva vesi kuumennetaan höyrytilaan.

Termille "lämpimät vedet" ei ole tarkkaa määritelmää. Yleensä ne tarkoittavat kuumaa pohjavettä nestemäisessä tilassa tai höyryn muodossa, mukaan lukien ne, jotka tulevat maan pinnalle ja joiden lämpötila on yli 20 ° C, eli yleensä korkeampi kuin ilman lämpötila.

Pohjaveden, höyryn, höyry-vesiseosten lämpö on hydrotermistä energiaa. Näin ollen sen käyttöön perustuvaa energiaa kutsutaan hydrotermiseksi.

Tilanne on monimutkaisempi tuotettaessa lämpöä suoraan kuivista kivistä - petrotermistä energiaa, varsinkin kun melko korkeat lämpötilat alkavat pääsääntöisesti usean kilometrin syvyydestä.

Venäjän alueella petrotermisen energian potentiaali on sata kertaa suurempi kuin hydrotermisen energian - 3500 ja 35 biljoonaa tonnia polttoainekvivalenttia. Tämä on aivan luonnollista - maapallon syvyyden lämpö on kaikkialla, ja lämpövesiä löytyy paikallisesti. Kuitenkin ilmeisten teknisten vaikeuksien vuoksi lämmön ja sähkön tuotannossa terminen vesi on tällä hetkellä enimmäkseen käytössä.

Vedet, joiden lämpötila on 20-30 ° C - 100 ° C, soveltuvat lämmitykseen, 150 ° C: n ja sitä korkeampiin lämpötiloihin - ja sähkön tuottamiseen maalämpövoimalaitoksissa.

Yleensä geotermiset resurssit Venäjän alueella tonnia vastaavaa polttoainetta tai mitä tahansa muuta energiayksikköä mitattuna ovat noin 10 kertaa suurempia kuin fossiilisten polttoaineiden varannot.

Teoreettisesti vain geoterminen energia voisi täysin tyydyttää maan energiantarpeet. Käytännössä tämä ei tällä hetkellä ole mahdollista suurimmassa osassa sen alueita teknisistä ja taloudellisista syistä.

Maailmassa geotermisen energian käyttö liittyy useimmiten Islantiin - maahan, joka sijaitsee Keski -Atlantin harjanteen pohjoispäässä erittäin aktiivisella tektonisella ja tulivuoren vyöhykkeellä. Luultavasti kaikki muistavat Eyjafjallajokull -tulivuoren voimakkaan purkauksen ( Eyjafjallajökull) vuonna 2010.

Tämän geologisen ominaisuuden ansiosta Islannilla on valtavat geotermisen energian varannot, mukaan lukien kuumia lähteitä, jotka tulevat maan pinnalle ja jopa purskahtavat geysirien muodossa.

Islannissa yli 60% kaikesta kulutetusta energiasta otetaan tällä hetkellä maapallolta. Geotermiset lähteet mukaan lukien tuottavat 90% lämmityksestä ja 30% sähköntuotannosta. Lisäämme, että muu maan sähkö tuotetaan vesivoimalaitoksilla eli myös uusiutuvalla energialähteellä, minkä ansiosta Islanti näyttää eräänlaiselta maailmanlaajuiselta ympäristönormilta.

Geotermisen energian kesyttäminen 1900 -luvulla auttoi Islantia merkittävästi taloudellisesti. Viime vuosisadan puoliväliin saakka se oli erittäin köyhä maa, nyt se on maailman ensimmäisellä sijalla asennetun kapasiteetin ja geotermisen energian tuotannon asukasta kohden maailmassa ja on maalämmön asennetun kapasiteetin absoluuttisen arvon mukaan kymmenen parhaan joukossa. voimalaitokset. Sen väestö on kuitenkin vain 300 tuhatta ihmistä, mikä yksinkertaistaa siirtymistä ympäristöystävällisiin energialähteisiin: sen tarve on yleensä pieni.

Islannin lisäksi suuri osa geotermisestä energiasta sähköntuotannon kokonaistaseessa on Uudessa -Seelannissa ja Kaakkois -Aasian saarivaltioissa (Filippiinit ja Indonesia), Keski -Amerikan ja Itä -Afrikan maissa, joiden alue on myös jolle on ominaista korkea seisminen ja tulivuoren aktiivisuus. Näiden maiden geoterminen energia vaikuttaa nykyiseen kehitystasoonsa ja tarpeisiinsa merkittävällä tavalla sosioekonomiseen kehitykseen.

Geotermisen energian käytöllä on pitkä historia. Yksi ensimmäisistä tunnetuista esimerkeistä on Italia, paikka Toscanan maakunnassa, jota kutsutaan nyt nimellä Larderello, jossa jo 1800 -luvun alussa käytettiin paikallisia kuumia, luonnollisesti kaatettuja tai matalista kaivoista peräisin olevia lämpimiä vesiä. energiatarkoituksiin.

Booripitoista maanalaista vettä käytettiin täällä boorihapon saamiseen. Aluksi tämä happo saatiin haihduttamalla rautakattilassa, ja polttoaineeksi otettiin tavalliset polttopuut lähimetsistä, mutta vuonna 1827 Francesco Larderel loi järjestelmän, joka toimi vesien lämmöllä. Samaan aikaan luonnollisen vesihöyryn energiaa käytettiin porauslaitteiden käyttöön ja 1900 -luvun alussa - paikallisten talojen ja kasvihuoneiden lämmitykseen. Samassa paikassa Larderellossa vuonna 1904 lämpövesihöyrystä tuli energianlähde sähkön tuottamiseen.

Jotkut muut maat seurasivat Italian esimerkkiä 1800 -luvun lopulla ja 1900 -luvun alussa. Esimerkiksi vuonna 1892 lämpövettä käytettiin ensin paikalliseen lämmitykseen Yhdysvalloissa (Boise, Idaho), vuonna 1919 Japanissa ja vuonna 1928 Islannissa.

Yhdysvalloissa ensimmäinen hydroterminen voimalaitos ilmestyi Kaliforniassa 1930 -luvun alussa, Uudessa -Seelannissa 1958, Meksikossa 1959, Venäjällä (maailman ensimmäinen binäärinen geoterminen voimalaitos) vuonna 1965 ...

Vanha periaate uudessa lähteessä

Sähköntuotanto vaatii korkeamman vesilähteen lämpötilan kuin lämmityksen - yli 150 ° C. Geotermisen voimalaitoksen (GeoPP) toimintaperiaate on samanlainen kuin tavanomaisen lämpövoimalaitoksen (TPP) toimintaperiaate. Itse asiassa geoterminen voimala on eräänlainen lämpövoimala.

TPP -laitteissa kivihiili, kaasu tai polttoöljy toimivat pääsääntöisesti ensisijaisena energianlähteenä ja vesihöyry toimii työnesteenä. Polttava polttoaine lämmittää veden höyrytilaan, joka pyörii höyryturbiinia, ja se tuottaa sähköä.

GeoPP-laitteiden välinen ero on siinä, että ensisijainen energialähde on maan sisäinen lämpö ja höyryn muodossa oleva työneste syötetään sähkögeneraattorin turbiinilapoille "valmiina" muodossa suoraan tuotannosta hyvin.

GeoPP -toiminnassa on kolme päämallia: suora, kuiva (geoterminen) höyry; epäsuora, perustuu hydrotermiseen veteen ja sekoitettu tai binaarinen.

Tietyn järjestelmän käyttö riippuu aggregaatiotilasta ja energiankuljetuslämpötilasta.

Yksinkertaisin ja siksi ensimmäinen hallituista järjestelmistä on suora viiva, jossa kaivosta tuleva höyry johdetaan suoraan turbiinin läpi. Maailman ensimmäinen GeoPP Larderellossa toimi myös kuivalla höyryllä vuonna 1904.

GeoPP: t, joilla on epäsuora työjärjestelmä, ovat aikamme yleisimpiä. He käyttävät kuumaa maanalaista vettä, joka pumpataan korkeassa paineessa höyrystimeen, jossa osa siitä haihdutetaan ja tuloksena oleva höyry pyörii turbiinia. Joissakin tapauksissa tarvitaan muita laitteita ja piirejä geotermisen veden ja höyryn puhdistamiseksi aggressiivisista yhdisteistä.

Käytetty höyry tulee ruiskutuskaivoon tai sitä käytetään tilan lämmitykseen - tässä tapauksessa periaate on sama kuin CHP: n käytön aikana.

Binäärisissä GeoPP -laitteissa kuuma lämpövesi on vuorovaikutuksessa toisen nesteen kanssa, joka toimii käyttönesteenä, jolla on alhaisempi kiehumispiste. Molemmat nesteet johdetaan lämmönvaihtimen läpi, jossa lämpövesi haihduttaa työnesteen, jonka höyry pyörii turbiinia.

Tämä järjestelmä on suljettu, mikä ratkaisee ilmakehän päästöjen ongelman. Lisäksi suhteellisen alhaisella kiehumispisteellä varustetut työnesteet mahdollistavat ei -kuumien lämpökenttien käytön ensisijaisena energialähteenä.

Kaikki kolme järjestelmää käyttävät hydrotermistä lähdettä, mutta petrotermistä energiaa voidaan käyttää myös sähkön tuottamiseen.

Kaavamainen kaavio on tässä tapauksessa myös melko yksinkertainen. On tarpeen porata kaksi toisiinsa yhdistettyä kaivoa - ruiskutus- ja tuotantokaivot. Vesi pumpataan ruiskutuskaivoon. Syvyydellä se kuumenee, sitten voimakkaan kuumentamisen seurauksena syntynyt kuumennettu vesi tai höyry johdetaan tuotantokaivon läpi pintaan. Lisäksi kaikki riippuu siitä, miten petrotermistä energiaa käytetään - lämmitykseen tai sähkön tuotantoon. Suljettu sykli on mahdollista ruiskuttamalla höyryä ja vettä takaisin ruiskutuskaivoon tai muulla tavalla.

Tällaisen järjestelmän haitta on ilmeinen: riittävän korkean käyttönesteen lämpötilan saavuttamiseksi on tarpeen porata kaivoja suurelle syvyydelle. Nämä ovat vakavia kustannuksia ja huomattavan lämpöhäviön riski nesteen liikkuessa ylöspäin. Siksi petrotermiset järjestelmät ovat edelleen vähemmän yleisiä kuin hydrotermiset, vaikka petrotermisen energian potentiaali on suuruusluokkaa suurempi.

Tällä hetkellä Australia on johtava ns. Petrotermisen kiertojärjestelmän (PCS) luomisessa. Lisäksi tämä geotermisen energian suunta kehittyy aktiivisesti Yhdysvalloissa, Sveitsissä, Isossa -Britanniassa ja Japanissa.

Lordi Kelvinin lahja

Fyysikko William Thompsonin (alias Lord Kelvin) vuonna 1852 keksimä lämpöpumppu tarjosi ihmiskunnalle todellisen mahdollisuuden käyttää ylemmän maaperän matalan potentiaalin lämpöä. Lämpöpumppujärjestelmä tai, kuten Thompson kutsui sitä, lämmönkehitin perustuu fyysiseen prosessiin, jossa lämpö siirretään ympäristöstä kylmäaineeseen. Itse asiassa se käyttää samaa periaatetta kuin petrotermisissä järjestelmissä. Ero on lämmönlähteessä, jonka yhteydessä voi syntyä terminologinen kysymys: missä määrin lämpöpumppua voidaan pitää maalämpöjärjestelmänä? Tosiasia on, että ylemmissä kerroksissa, kymmenien tai satojen metrien syvyyteen, kiviä ja niiden sisältämiä nesteitä ei lämmitä maan syvä lämpö, ​​vaan aurinko. Näin ollen aurinko on tässä tapauksessa ensisijainen lämmönlähde, vaikka se otetaan, kuten geotermisissä järjestelmissä, maasta.

Lämpöpumpun työ perustuu maaperän lämmityksen ja jäähdytyksen viivästymiseen ilmakehään verrattuna, minkä seurauksena pinnan ja syvempien kerrosten väliin muodostuu lämpötilagradientti, joka säilyttää lämpöä myös talvella. mitä vesistöissä tapahtuu. Lämpöpumppujen päätarkoitus on tilan lämmitys. Itse asiassa se on "käänteinen jääkaappi". Sekä lämpöpumppu että jääkaappi ovat vuorovaikutuksessa kolmen komponentin kanssa: sisäinen ympäristö (ensimmäisessä tapauksessa - lämmitetty huone, toisessa - jääkaapin jäähdytyskammio), ulkoinen ympäristö - energialähde ja kylmäaine (jäähdytysneste) , se on myös lämmönsiirto, joka tarjoaa lämmönsiirron tai kylmän.

Alhaisen kiehumispisteen omaava aine toimii kylmäaineena, jolloin se voi ottaa lämpöä lähteestä, jonka lämpötila on jopa suhteellisen alhainen.

Jääkaapissa nestemäinen kylmäaine tulee höyrystimeen kaasun (painesäätimen) kautta, jossa neste haihtuu voimakkaasti paineen laskun vuoksi. Haihtuminen on endoterminen prosessi, joka vaatii ulkoista lämmön imeytymistä. Tämän seurauksena lämpö otetaan höyrystimen sisäseinämistä, mikä antaa jäähdytysvaikutuksen jääkaappikammiossa. Lisäksi kylmäaine imetään höyrystimestä kompressoriin, jossa se palaa nesteen kertymistilaan. Tämä on käänteinen prosessi, joka johtaa poistetun lämmön vapautumiseen ulkoiseen ympäristöön. Yleensä se heitetään huoneeseen ja jääkaapin takaosa on suhteellisen lämmin.

Lämpöpumppu toimii suunnilleen samalla tavalla sillä erolla, että lämpö otetaan ulkoisesta ympäristöstä ja höyrystimen kautta tulee sisäiseen ympäristöön - huoneen lämmitysjärjestelmään.

Todellisessa lämpöpumpussa vesi kuumennetaan ulkoisen piirin läpi, asetetaan maahan tai säiliöön ja menee sitten höyrystimeen.

Höyrystimessä lämpö siirretään sisäiseen piiriin, joka on täytetty matalalla kiehumispisteellä varustetulla kylmäaineella, joka höyrystimen läpi muuttuessaan nesteestä kaasumaiseen tilaan vie lämmön pois.

Lisäksi kaasumainen kylmäaine tulee kompressoriin, jossa se puristetaan korkeaan paineeseen ja lämpötilaan, ja lauhduttimeen, jossa lämmönvaihto tapahtuu kuuman kaasun ja lämmitysjärjestelmän jäähdytysnesteen välillä.

Kompressori tarvitsee sähköä toimiakseen, mutta muuntosuhde (kulutetun ja tuotetun energian suhde) nykyaikaisissa järjestelmissä on riittävän korkea niiden tehokkuuden varmistamiseksi.

Tällä hetkellä lämpöpumppuja käytetään laajalti tilan lämmitykseen lähinnä taloudellisesti kehittyneissä maissa.

Ympäristöystävällinen energia

Geotermistä energiaa pidetään ympäristöystävällisenä, mikä on yleensä totta. Ensinnäkin se käyttää uusiutuvaa ja käytännössä ehtymätöntä resurssia. Geoterminen energia ei vaadi suuria alueita, toisin kuin suuret vesivoimalaitokset tai tuulipuistot, eikä se saastuta ilmakehää, toisin kuin hiilivetyenergia. GeoPP käyttää keskimäärin 400 m 2 1 GW tuotettua sähköä. Sama luku esimerkiksi hiilivoimalaitoksella on 3600 m 2. GeoPP -laitteiden ekologisia etuja ovat myös alhainen vedenkulutus - 20 litraa makeaa vettä per 1 kW, kun taas TPP- ja ydinvoimalat tarvitsevat noin 1000 litraa. Huomaa, että nämä ovat "keskimääräisen" GeoPP: n ympäristöindikaattoreita.

Mutta negatiivisia sivuvaikutuksia on edelleen. Niistä useimmiten erotetaan melu, ilmakehän lämpösaasteet ja kemiallinen saastuminen - vesi ja maaperä sekä kiinteän jätteen muodostuminen.

Tärkein ympäristön kemiallisen saastumisen lähde on varsinainen lämpövesi (korkea lämpötila ja mineralisaatio), joka sisältää usein suuria määriä myrkyllisiä yhdisteitä, joiden yhteydessä on ongelma jäteveden ja vaarallisten aineiden hävittämisestä.

Geotermisen energian kielteiset vaikutukset voidaan jäljittää useissa vaiheissa, alkaen kaivojen poraamisesta. Täällä syntyy samat vaarat kuin mitä tahansa kaivoa porattaessa: maaperän ja kasvillisuuden peittäminen, maaperän ja pohjaveden saastuminen.

GeoPP: n toimintavaiheessa ympäristön pilaantumisen ongelmat jatkuvat. Lämpönesteet - vesi ja höyry - sisältävät yleensä hiilidioksidia (CO 2), rikkisulfidia (H 2 S), ammoniakkia (NH 3), metaania (CH 4), ruokasuolaa (NaCl), booria (B), arseenia (kuten ), elohopea (Hg). Kun ne päästetään ulkoiseen ympäristöön, niistä tulee sen saastumisen lähteitä. Lisäksi aggressiivinen kemiallinen ympäristö voi aiheuttaa korroosiovaurioita GeoTPP: n rakenteille.

Samaan aikaan GeoPP -laitteiden saastepäästöt ovat keskimäärin pienemmät kuin TPP -laitteilla. Esimerkiksi hiilidioksidipäästöt kutakin tuotettua sähköä kohden kilowattituntia kohti ovat jopa 380 g GeoPP -laitteilla, 1042 g - hiilivoimaloilla, 906 g - polttoöljyllä ja 453 g - kaasukäyttöisillä TPP -laitteilla.

Herää kysymys: mitä tehdä jätevedelle? Alhaisen suolapitoisuuden vuoksi se voidaan päästää pintavesiin jäähdytyksen jälkeen. Toinen tapa on pumpata se takaisin pohjavesikerrokseen ruiskutuskaivon kautta, joka on edullinen ja jota käytetään pääasiassa nykyään.

Lämpöveden poisto pohjavesistä (samoin kuin tavallisen veden pumppaaminen) voi aiheuttaa maaperän vajoamista ja liikkumista, muita geologisten kerrosten muodonmuutoksia, mikro-maanjäristyksiä. Tällaisten ilmiöiden todennäköisyys on pääsääntöisesti pieni, vaikka yksittäistapauksia on kirjattu (esimerkiksi GeoPP: ssä Staufen im Breisgaussa Saksassa).

On korostettava, että suurin osa GeoPP -laitteista sijaitsee suhteellisen harvaan asutuilla alueilla ja kolmannen maailman maissa, joissa ympäristövaatimukset ovat vähemmän tiukat kuin kehittyneissä maissa. Lisäksi tällä hetkellä GeoPP -laitteiden määrä ja niiden kapasiteetti ovat suhteellisen pieniä. Geotermisen energian laajemman kehityksen myötä ympäristöriskit voivat kasvaa ja moninkertaistua.

Paljonko on maapallon energiaa?

Maalämpöjärjestelmien rakentamisen investointikustannukset vaihtelevat hyvin laajalla alueella - 200 dollarista 5 000 dollariin 1 kW: n asennettua kapasiteettia kohden, eli halvimmat vaihtoehdot ovat verrattavissa lämpövoimalaitoksen rakentamiskustannuksiin. Ne riippuvat ennen kaikkea lämpövesien esiintymisolosuhteista, niiden koostumuksesta ja järjestelmän suunnittelusta. Poraus suuriin syvyyksiin, suljetun järjestelmän luominen kahdella kaivolla vedenpuhdistuksen tarve voi moninkertaistaa kustannukset.

Esimerkiksi petrotermisen kiertojärjestelmän (PCS) luomiseen investoidaan arviolta 1,6–4 tuhatta dollaria 1 kW: n asennettua kapasiteettia kohden, mikä ylittää ydinvoimalaitoksen rakentamiskustannukset ja on verrattavissa tuulivoiman ja aurinkovoimaloita.

GeoTPP: n ilmeinen taloudellinen etu on ilmainen energiankuljetus. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että toimivan voimalaitoksen tai ydinvoimalaitoksen kustannusrakenteessa polttoaineen osuus on 50–80% tai jopa enemmän riippuen nykyisistä energian hinnoista. Tästä seuraa toinen geotermisen järjestelmän etu: käyttökustannukset ovat vakaampia ja ennustettavissa, koska ne eivät ole riippuvaisia ​​energian hintojen ulkoisesta rakenteesta. Yleensä GeoTPP: n käyttökustannusten arvioidaan olevan 2–10 senttiä (60 kapeikkaa - 3 ruplaa) 1 kWh tuotettua kapasiteettia kohti.

Toiseksi suurin (energian jälkeen) (ja erittäin merkittävä) menoerä on pääsääntöisesti laitoksen henkilöstön palkka, joka voi vaihdella radikaalisti maittain ja alueittain.

Keskimäärin 1 kWh: n geotermisen energian kustannukset ovat verrattavissa TPP -laitteiden kustannuksiin (Venäjän olosuhteissa noin 1 rupla / 1 kWh) ja kymmenen kertaa korkeammat kuin vesivoimalaitosten sähköntuotantokustannukset (5–10 kopiaa / 1 kWh).

Osana korkeita kustannuksia on se, että toisin kuin lämpö- ja hydraulivoimalaitokset, GeoTPP: n kapasiteetti on suhteellisen pieni. Lisäksi on tarpeen verrata järjestelmiä, jotka sijaitsevat samalla alueella ja samanlaisissa olosuhteissa. Esimerkiksi Kamtšatkalla asiantuntijoiden mukaan 1 kWh geotermistä sähköä maksaa 2-3 kertaa vähemmän kuin paikallisissa lämpövoimalaitoksissa tuotettu sähkö.

Geotermisen järjestelmän taloudellisen tehokkuuden indikaattorit riippuvat esimerkiksi siitä, onko jäteveden poistaminen tarpeellista ja millä tavalla se tehdään, onko resurssin yhteiskäyttö mahdollista. Siten lämpövedestä uutetut kemialliset alkuaineet ja yhdisteet voivat tarjota lisätuloja. Muistakaamme Larderellon esimerkki: siellä kemian tuotanto oli ensisijaista, ja geotermisen energian käyttö oli aluksi aputyötä.

Geoterminen energia eteenpäin

Geoterminen energia kehittyy hieman eri tavalla kuin tuuli ja aurinko. Tällä hetkellä se riippuu suurelta osin itse resurssin luonteesta, joka vaihtelee jyrkästi alueittain, ja suurimmat pitoisuudet ovat sidoksissa kapeille geotermisten epämuodostumien vyöhykkeille, jotka liittyvät pääsääntöisesti tektonisten vikojen ja tulivuoren alueisiin.

Lisäksi maalämpö on teknisesti vähemmän kapasiteettista verrattuna tuuliin ja vielä enemmän aurinkoenergiaan: maalämpöasemien järjestelmät ovat melko yksinkertaisia.

Maailman sähköntuotannon kokonaisrakenteessa geotermisen komponentin osuus on alle 1%, mutta joillakin alueilla ja maissa sen osuus on 25-30%. Geologisiin olosuhteisiin liittyvän yhteyden vuoksi merkittävä osa geotermisen energian kapasiteetista on keskittynyt kolmannen maailman maihin, joissa erotetaan kolme alan suurimman kehityksen ryhmää - Kaakkois -Aasian saaret, Keski -Amerikka ja Itä -Afrikka. Kaksi ensimmäistä aluetta kuuluvat Tyynenmeren "Maan palovyöhykkeeseen", kolmas on sidottu Itä -Afrikan kuiluun. Todennäköisesti geoterminen energia kehittyy edelleen näissä hihnoissa. Kaukaisempi mahdollisuus on petrotermisen energian kehittäminen käyttämällä maaperän lämpöä useiden kilometrien syvyydessä. Tämä on lähes kaikkialla läsnä oleva luonnonvara, mutta sen hyödyntäminen vaatii suuria kustannuksia; siksi petroterminen energia kehittyy pääasiassa taloudellisesti ja teknologisesti tehokkaimmissa maissa.

Yleensä ottaen huomioon geotermisten resurssien kaikkialla läsnä oleva jakautuminen ja hyväksyttävä ympäristöturvallisuustaso, on syytä uskoa, että maalämmöllä on hyvät kehitysnäkymät. Varsinkin kun kasvava uhka perinteisistä energiavaroista on pula ja niiden hinnat nousevat.

Kamtšatkasta Kaukasukseen

Venäjällä geotermisen energian kehittämisellä on melko pitkä historia, ja monissa paikoissa olemme maailman johtajia, vaikka geotermisen energian osuus valtavan maan kokonaistaseesta on edelleen vähäinen.

Kahdesta alueesta - Kamtšatkasta ja Pohjois -Kaukasiasta - on tullut pioneereja ja keskuksia geotermisen energian kehittämisessä Venäjällä, ja jos ensimmäisessä tapauksessa puhumme ensisijaisesti sähköteollisuudesta, niin toisella - lämpöenergian käytöstä lämpövedestä.

Pohjois -Kaukasuksella - Krasnodarin alueella, Tšetšeniassa, Dagestanissa - lämpövesien lämpöä käytettiin energiakäyttöön jo ennen suurta isänmaallista sotaa. Geotermisen energian kehitys alueella pysähtyi ilmeisistä syistä 1980- ja 1990 -luvuilla, eikä se ole vielä noussut pysähtyneisyydestä. Siitä huolimatta Pohjois -Kaukasian maalämpövesi tuottaa lämpöä noin 500 tuhannelle ihmiselle, ja esimerkiksi Krasnodarin alueella sijaitseva Labinskin kaupunki, jossa asuu 60 tuhatta ihmistä, on täysin geotermisten vesien lämmittämä.

Kamtšatkalla geotermisen energian historia liittyy ensisijaisesti GeoPP -laitteiden rakentamiseen. Ensimmäinen niistä, jotka edelleen toimivat Pauzhetskaya- ja Paratunskaya-asemilla, rakennettiin vuosina 1965-1967, kun taas Paratunskaya GeoPP, jonka kapasiteetti oli 600 kW, tuli maailman ensimmäisenä binäärisyklinä. Tämä oli Neuvostoliiton tutkijoiden S.S.Kutateladzen ja A.M.Rosenfeldin kehitys Venäjän tiedeakatemian Siperian haaratoimiston termofysiikan instituutista, joka sai vuonna 1965 kirjallisen todistuksen sähkön erottamisesta vedestä, jonka lämpötila oli 70 ° C. Tästä tekniikasta tuli myöhemmin prototyyppi yli 400 binääriselle GeoPP: lle maailmassa.

Vuonna 1966 käyttöön otetun Pauzhetskaya GeoPP: n kapasiteetti oli aluksi 5 MW ja sittemmin 12 MW. Tällä hetkellä asemalla on rakenteilla binäärilohko, joka lisää sen kapasiteettia vielä 2,5 MW.

Geotermisen energian kehitystä Neuvostoliitossa ja Venäjällä haittasi perinteisten energialähteiden - öljyn, kaasun, hiilen - saatavuus, mutta se ei koskaan pysähtynyt. Suurimmat maalämpölaitokset ovat tällä hetkellä vuonna 1999 käyttöön otettu Verkhne-Mutnovskaya GeoPP, jonka kokonaiskapasiteetti on 12 MW, ja Mutnovskaya GeoPP, jonka kapasiteetti on 50 MW (2002).

Mutnovskaya ja Verkhne-Mutnovskaya GeoPP: t ovat ainutlaatuisia kohteita paitsi Venäjälle myös maailmanlaajuisesti. Asemat sijaitsevat Mutnovskin tulivuoren juurella 800 metrin korkeudessa merenpinnan yläpuolella ja toimivat äärimmäisissä ilmasto-olosuhteissa, joissa on talvi 9-10 kuukautta vuodessa. Mutnovsky GeoPP -laitteet, jotka ovat tällä hetkellä yksi maailman moderneimmista, on luotu kokonaan kotimaisissa sähkötekniikan yrityksissä.

Tällä hetkellä Mutnovskien laitosten osuus Keski -Kamtšatkan energiakeskuksen energiankulutuksen kokonaisrakenteesta on 40%. Kapasiteettia on tarkoitus lisätä tulevina vuosina.

Erikseen on sanottava Venäjän petrotermisestä kehityksestä. Meillä ei ole vielä suuria DSP: itä, mutta on olemassa kehittyneitä tekniikoita poraamiseen suuriin syvyyksiin (noin 10 km), joilla ei myöskään ole analogia maailmassa. Niiden jatkokehittämisen ansiosta voidaan pienentää rajusti petrotermisten järjestelmien luomiskustannuksia. Näiden teknologioiden ja hankkeiden kehittäjät ovat N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (geologinen instituutti, RAS), A. S. Nekrasov (taloudellisen ennusteen instituutti, RAS) ja Kaluga Turbine Worksin asiantuntijat. Venäjän petrotermisen kiertojärjestelmän hanke on tällä hetkellä kokeiluvaiheessa.

Venäjällä on mahdollisuuksia geotermiseen energiaan, vaikkakin suhteellisen kaukana: tällä hetkellä potentiaali on melko suuri ja perinteisen energian asema on vahva. Samaan aikaan geotermisen energian käyttö on monilla maan syrjäisillä alueilla taloudellisesti kannattavaa ja kysyntää jo nyt. Nämä ovat alueita, joilla on suuri geoenergeettinen potentiaali (Tšukotka, Kamtšatka, Kuriles - Venäjän osa Tyynenmeren "Maan palovyöhykettä", Etelä -Siperian ja Kaukasian vuoret) ja samalla kaukana ja keskeytetty keskitetystä energiantoimituksesta.

Luultavasti tulevina vuosikymmeninä geoterminen energia kehittyy maassamme juuri tällaisilla alueilla.

Maaperän lämpötila muuttuu jatkuvasti syvyyden ja ajan myötä. Se riippuu useista tekijöistä, joista monia on vaikea ottaa huomioon. Näihin jälkimmäisiin kuuluvat esimerkiksi: kasvillisuuden luonne, rinteen altistuminen pääpisteille, varjostus, lumipeite, maaperän luonne, ylisuuruisten vesien läsnäolo jne. Vakaa ja ratkaiseva vaikutus tässä pysyy ilman lämpötila.

Maaperän lämpötila eri syvyyksissä ja eri vuodenaikoina voidaan saada suorilla mittauksilla lämpökaivoissa, jotka asetetaan mittauksen aikana. Tämä menetelmä vaatii kuitenkin pitkäaikaisia ​​havaintoja ja merkittäviä kustannuksia, mikä ei aina ole perusteltua. Yhdestä tai kahdesta kaivosta saadut tiedot leviävät suurille alueille ja pituuksille, mikä vääristää merkittävästi todellisuutta niin, että lasketut tiedot maaperän lämpötilasta osoittautuvat monissa tapauksissa luotettavammiksi.

Ikuisen maaperän lämpötila missä tahansa syvyydessä (korkeintaan 10 m pinnasta) ja mihin tahansa vuoden aikaan voidaan määrittää kaavalla:

tr = mt °, (3,7)

jossa z on syvyys VGM: stä mitattuna, m;

tr - maaperän lämpötila syvyydessä z, asteina.

τr on vuotta vastaava aika (8760 tuntia);

τ on aika, joka lasketaan eteenpäin (1. tammikuuta) maaperän syksyn jäätymisen alkamishetkestä siihen hetkeen, jona lämpötila mitataan, tunteina;

exp x - eksponentti (eksponenttifunktio exp otetaan taulukoista);

m - kerroin vuodenajan mukaan (loka -toukokuu m = 1,5-0,05z ja kesä -syyskuu m = 1)

Alin lämpötila tietyllä syvyydellä on silloin, kun kosinin kaavassa (3.7) tulee yhtä kuin -1, eli maaperän minimilämpötila vuodelle tietyssä syvyydessä on

tr min = (1,5-0,05z) t °, (3,8)

Suurin maaperän lämpötila syvyydessä z on silloin, kun kosinin arvo on yhtä, ts.

tr max = t °, (3,9)

Kaikissa kolmessa kaavassa tilavuuslämpökapasiteetin C m arvo on laskettava maaperän lämpötilalle t ° kaavan (3.10) mukaisesti.

C 1 m = 1 / L, (3.10)

Maaperän lämpötila kausiluonteisen sulatuksen kerroksessa voidaan määrittää myös laskemalla, ottaen huomioon, että tämän kerroksen lämpötilan muutos arvioidaan melko tarkasti lineaarisella riippuvuudella seuraavissa lämpötilagradientteissa (taulukko 3.1).

Laskenut maaperän lämpötilan VGM -tasolle käyttämällä yhtä kaavoista (3.8) - (3.9), ts. laskemalla kaavat Z = 0, sitten taulukon 3.1 avulla määritetään maaperän lämpötila tietyllä syvyydellä kausiluonteisesta sulatuskerroksesta. Ylimmässä maaperässä, noin 1 metrin päässä pinnasta, lämpötilan vaihtelut ovat hyvin monimutkaisia.

Taulukko 3.1

Lämpötilagradientti kausiluonteisessa sulatuskerroksessa alle 1 metrin syvyydessä maan pinnasta

Huomautus. Kaltevuusmerkki näkyy päivänpintaa kohti.

Voit saada lasketun maaperän lämpötilan metrikerroksessa pinnasta seuraavasti. Laske lämpötila 1 metrin syvyydessä ja maaperän päiväpinnan lämpötila ja määritä sitten näiden kahden arvon interpoloimalla lämpötila tietyssä syvyydessä.

Kylmän kauden maaperän pinnan lämpötila t p voidaan ottaa yhtä suureksi kuin ilman lämpötila. Kesällä:

t p = 2 + 1,15 t, (3,11)

jossa t p on pinnan lämpötila asteina.

t sisään - ilman lämpötila asteina.

Maaperän lämpötila virtaamattomassa kryolitozonissa lasketaan eri tavalla kuin yhdistettäessä. Käytännössä voidaan olettaa, että lämpötila VGM -tasolla on 0 ° C koko vuoden. Ikuiskerrosten maaperän mitoituslämpötila tietyllä syvyydellä voidaan määrittää interpoloimalla olettaen, että se muuttuu lineaarisen lain mukaan syvyydessä t °: sta 10 metrin syvyydestä 0 ° C: een VGM: n syvyydessä . Lämpötila sulatetussa kerroksessa h t voidaan mitata välillä 0,5 - 1,5 ° C.

Kausittaisen jäädytyskerroksen h p maaperän lämpötila voidaan laskea samalla tavalla kuin sulautuvan ikiroudan kausittaisen sulatuksen kerrokseen, ts. kerroksessa h p - 1 m lämpötilagradienttia pitkin (taulukko 3.1) olettaen, että lämpötila h p: n syvyydessä on 0 ° C kylmällä kaudella ja 1 ° C kesällä. Ylemmässä 1 metrin maaperässä lämpötila määritetään interpoloimalla 1 metrin syvyydessä olevan lämpötilan ja pinnan lämpötilan välillä.

Maan talven (2012-13) lämpötilan muutosten dynamiikka 130 senttimetrin syvyydessä talon alla (perustuksen sisäreunan alla) sekä maanpinnan tasolla ja kaivosta tulevan veden lämpötila julkaistaan ​​täällä. Kaikki tämä on kaivosta tulevassa nousuputkessa.
Kaavio on artikkelin lopussa.
Dacha (Uuden Moskovan ja Kalugan alueen rajalla) on talvi, säännöllisesti vierailtu (2-4 kertaa kuukaudessa pari päivää).
Talon sokea alue ja kellari eivät ole eristettyjä, koska ne on suljettu syksystä lähtien lämpöä eristävillä tulpilla (10 cm vaahtoa). Kuistin lämpöhäviö, josta nousuputki poistuu, muuttui tammikuussa. Katso huomautus 10.
Mittaukset 130 cm: n syvyydessä tehdään Xital GSM () -järjestelmällä, diskreetti - 0,5 * C, lisää. virhe on noin 0,3 * C.
Anturi on asennettu 20 mm: n HDPE -putkeen, joka on hitsattu alhaalta nousuputken lähelle (nousuputken eristyksen ulkopuolelle, mutta 110 mm: n putken sisään).
Abskissa on päivämäärä, ordinaatti lämpötila.
Huomautus 1:
Veden lämpötilaa kaivossa sekä maanpinnan alapuolella talon alla, suoraan nousuputkessa ilman vettä, seurataan myös, mutta vain saapuessa. Virhe on noin + -0,6 * C.
Muistio 2:
Lämpötila maanpinnalla talon alla, vesijohtoverkon nousuputkessa, ihmisten ja veden poissa ollessa, se laski miinus 5 * C. Tämä viittaa siihen, että ei ollut turhaa, että tein järjestelmän -Muuten, termostaatti, joka näytti -5 * C, on juuri tästä järjestelmästä (RT -12-16).
Huomautus 3:
Veden lämpötila "kaivossa" mitataan samalla anturilla (johon viitataan myös huomautuksessa 2) kuin "maanpinnalla" - se seisoo suoraan lämpöeristyksen alla olevassa nousuputkessa, lähellä nousuputkea maanpinnan tasolla. Nämä kaksi mittausta tehdään eri ajankohtina. "Maanpinnan tasolla" - ennen veden pumppaamista nousuputkeen ja "kaivoon" - pumpattuaan noin 50 litraa puolen tunnin ajan keskeytyksillä.
Huomautus 4:
Kaivon veden lämpötila voi olla aliarvioitu, koska En voi etsiä tätä vitun asymptoottia, joka pumppaa loputtomasti vettä (minun) ... Kuten voin - niin pelaan.
Huomautus 5: Ei relevantti, poistettu.
Huomautus 6:
Virhe ulkolämpötilan määrittämisessä on noin + - (3-7) * С.
Huomautus 7:
Veden jäähdytysnopeus maanpinnalla (ilman pumpun käynnistämistä) on hyvin noin 1-2 * C tunnissa (tämä on miinus 5 * C maanpinnan tasolla).
Huomautus 8:
Unohdin kuvata, miten maanalainen nousuputkeni on järjestetty ja eristetty. PND -32 on varustettu kahdella eristyssukalla - yhteensä 2 cm. paksuus (ilmeisesti vaahdotettu polyeteeni), kaikki tämä työnnetään 110 mm: n viemäriputkeen ja vaahdotetaan siellä 130 cm: n syvyyteen. Totta, koska PND-32 ei mennyt 110. putken keskelle, ja myös se, että keskellä tavallisen vaahdon massa ei ehkä jähmene pitkään aikaan, mikä tarkoittaa, että se ei muutu eristykseksi, epäilen vahvasti tällaisen lisäeristyksen laatu .. Olisi luultavasti parempi käyttää kaksikomponenttista vaahtoa, josta huomasin vasta myöhemmin ...
Huomautus 9:
Haluan kiinnittää lukijoiden huomion 01.12.2013 tehtyyn maanpinnan lämpötilan mittaukseen. ja 18.1.2013 alkaen. Tässä mielestäni + 0,3 * C arvo on huomattavasti odotettua suurempi. Luulen, että tämä on seurausta operaatiosta "Lumen täyttäminen kellarista nousuputkessa", joka suoritettiin 31.12.2012.
Huomautus 10:
12. tammikuuta - 3. helmikuuta hän teki lisäeristyksen verannalle, johon maanalainen nousuputki menee.
Tämän seurauksena verannan lämpöhäviöt vähenivät karkeiden arvioiden mukaan 100 W / m2. kerros jopa noin 50 (tämä on miinus 20 * C kadulla).
Tämä näkyi myös kaavioissa. Katso maanpinnan lämpötila 9. helmikuuta: + 1.4 * C ja 16. helmikuuta: +1.1 - niin korkeita lämpötiloja ei ole ollut todellisen talven alusta lähtien.
Ja vielä yksi asia: 4. - 16. helmikuuta ensimmäistä kertaa kahteen talveen sunnuntaista perjantaihin kattila ei käynnistynyt ylläpitämään asetettua minimilämpötilaa, koska se ei saavuttanut tätä minimiä ...
Huomautus 11:
Kuten luvattiin ("tilaukselle" ja vuosikierron loppuun saattamiselle), aion julkaista ajoittain lämpötilat kesällä. Mutta - ei aikataulussa, jotta ei "varjosteta" talvea, vaan täällä, huomautuksessa 11.
11. toukokuuta 2013
Kolmen viikon ilmanvaihdon jälkeen ilma suljettiin syksyyn asti kondensaation välttämiseksi.
13. toukokuuta 2013(kadulla viikon ajan + 25-30 * С):
- talon alla maanpinnan tasolla + 10,5 * С,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 6 * C,

12. kesäkuuta 2013:
- talon alla maanpinnan tasolla + 14,5 * С,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 10 * C.
- vesi kaivossa 25 metrin syvyydestä korkeintaan + 8 * С.
26. kesäkuuta 2013:
- talon alla maanpinnan tasolla + 16 * C,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 11 * C.
- vesi kaivossa 25 metrin syvyydestä korkeintaan + 9,3 * С.
19. elokuuta 2013:
- talon alla maanpinnan tasolla + 15,5 * C,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 13,5 * C.
- vesi kaivossa 25 metrin syvyydestä korkeintaan + 9,0 * С.
28. syyskuuta 2013:
- talon alla maanpinnan tasolla + 10,3 * С,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 12 * C.
- vesi kaivossa 25 metrin syvyydestä = + 8,0 * C.
26. lokakuuta 2013:
- talon alla maanpinnan tasolla + 8,5 * C,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 9,5 * C.
- vesi kaivossa 25 metrin syvyydestä korkeintaan + 7,5 * С.
16. marraskuuta 2013:
- talon alla maanpinnan tasolla + 7,5 * С,
- talon alla 130 cm: n syvyydessä. + 9,0 * C.
- vesi kaivossa 25m + 7,5 * С syvyydestä.
20. helmikuuta 2014:
Tämä on luultavasti tämän artikkelin viimeinen merkintä.
Koko talven asumme talossa jatkuvasti, viime vuoden mittausten toistamisen tarkoitus on pieni, joten vain kaksi merkittävää lukua:
- talon alin lämpötila maanpinnan alapuolella kylmimmillä pakkasilla (-20 - -30 * C) viikko sen alkamisen jälkeen laskenut toistuvasti alle + 0,5 * C. Näinä hetkinä se toimi minulle

Se voi tuntua fantasialta, jos se ei olisi totta. On käynyt ilmi, että ankarissa Siperian olosuhteissa voit saada lämpöä suoraan maasta. Ensimmäiset maalämpöjärjestelmillä varustetut tilat ilmestyivät Tomskin alueelle viime vuonna, ja vaikka ne voivat alentaa lämmityskustannuksia perinteisiin lähteisiin verrattuna noin neljä kertaa, massan kiertoa ei vielä ole "maan alla". Suuntaus on kuitenkin havaittavissa ja mikä tärkeintä, se saa vauhtia. Tämä on itse asiassa edullisin vaihtoehtoinen energialähde Siperiaan, jossa esimerkiksi aurinkopaneelit tai tuuligeneraattorit eivät aina voi osoittaa tehokkuuttaan. Geoterminen energia on itse asiassa vain jalkojemme alla.

”Maaperän jäätymissyvyys on 2–2,5 metriä. Maan lämpötila tämän merkin alapuolella pysyy samana sekä talvella että kesällä välillä plus yksi - viisi astetta. Lämpöpumpun työ perustuu tähän ominaisuuteen, - sanoo Tomskin aluehallinnon opetusosaston sähköinsinööri. Roman Alekseenko... - Kommunikoivat putket on haudattu maanmuotoon 2,5 metrin syvyyteen noin puolentoista metrin etäisyydelle toisistaan. Jäähdytysneste kiertää putkistossa - etyleeniglykoli. Ulkoinen vaakasuuntainen maapiiri on yhteydessä kylmälaitteeseen, jossa kylmäaine kiertää - freoni, kaasu, jonka kiehumispiste on matala. Yli kolmen asteen lämpötilassa tämä kaasu alkaa kiehua, ja kun kompressori puristaa äkillisesti kiehuvaa kaasua, jälkimmäisen lämpötila nousee plus 50 celsiusasteeseen. Lämmitetty kaasu johdetaan lämmönvaihtimeen, jossa tavallinen tislattu vesi kiertää. Neste lämpenee ja kuljettaa lämpöä koko lattialämmitysjärjestelmässä. "

Puhdasta fysiikkaa eikä ihmeitä

Lasten päiväkoti, joka on varustettu nykyaikaisella tanskalaisella maalämpöjärjestelmällä, avattiin viime kesänä Turuntaevon kylään Tomskin lähellä. Tomsk -yhtiön "Ecoclimate" johtajan mukaan George Granin, energiatehokas järjestelmä mahdollisti lämmönjakelumaksun pienentämisen useita kertoja. Tämä Tomskin yritys on jo kahdeksan vuoden ajan varustanut noin kaksisataa kohdetta eri puolilla Venäjää maalämpöjärjestelmillä, ja se tekee niin edelleen Tomskin alueella. Joten Graninin sanoista ei ole epäilystäkään. Vuotta ennen päiväkodin avaamista Turuntaevossa Ecoclimate varusteli maalämmitysjärjestelmän, joka maksoi 13 miljoonaa ruplaa, toisen päiväkodin, Sunny Bunny, Tomskin Zelenye Gorkin mikroalueella. Itse asiassa tämä oli ensimmäinen tällainen kokemus. Ja hän osoittautui varsin onnistuneeksi.

Vuonna 2012 kirjeenvaihtokeskuksen (EICC-Tomskin alue) Euro Info -ohjelman yhteydessä järjestetyn vierailun aikana Tanskassa yritys onnistui sopimaan yhteistyöstä tanskalaisen Danfoss-yrityksen kanssa. Ja tänään tanskalaiset laitteet auttavat ottamaan lämpöä Tomskin maaperästä, ja kuten asiantuntijat sanovat ilman kohtuutonta vaatimattomuutta, se osoittautuu melko tehokkaasti. Tärkein tehokkuuden indikaattori on talous. "250 neliömetrin päiväkotirakennuksen lämmitysjärjestelmä Turuntaevossa maksoi 1,9 miljoonaa ruplaa", Granin sanoo. - Ja lämmitysmaksu on 20-25 tuhatta ruplaa vuodessa. " Tämä määrä on verrattavissa siihen, mitä päiväkoti maksaisi lämmöstä perinteisistä lähteistä.

Järjestelmä toimi ilman ongelmia Siperian talven olosuhteissa. Laskettiin lämmityslaitteiden yhdenmukaisuus SanPiN -standardien kanssa, joiden mukaan sen on pidettävä päiväkodin rakennuksen lämpötila vähintään + 19 ° C: n ulkolämpötilassa -40 ° C. Yhteensä noin neljä miljoonaa ruplaa käytettiin rakennuksen kunnostamiseen, korjaamiseen ja uusimiseen. Yhdessä lämpöpumpun kanssa määrä oli vajaat kuusi miljoonaa. Lämpöpumppujen ansiosta päiväkodin lämmitys on nyt täysin eristetty ja itsenäinen järjestelmä. Rakennuksessa ei ole nyt perinteisiä lämpöpattereita, ja tilojen lämmitys toteutetaan "lämmin lattia" -järjestelmän avulla.

Turuntaevsky -päiväkoti on eristetty, kuten sanotaan, "alkaen" ja " -" - rakennus on varustettu lisälämmöneristyksellä: olemassa olevan seinän päälle (kolme tiiliä paksu) asennetaan 10 cm: n eristekerros, joka vastaa kaksi tai kolme tiiliä. Eristyksen takana on ilmarako, jota seuraa metallivuoraus. Katto on eristetty samalla tavalla. Rakentajien pääpaino oli "lämpimässä lattiassa" - rakennuksen lämmitysjärjestelmässä. Osoitettiin useita kerroksia: betonilattia, 50 mm paksu vaahtomuovikerros, putkijärjestelmä, jossa kuuma vesi ja linoleumi kiertävät. Vaikka veden lämpötila lämmönvaihtimessa voi nousta + 50 ° C: een, todellisen lattiapäällysteen maksimilämmitys ei ylitä + 30 ° C. Jokaisen huoneen todellinen lämpötila voidaan säätää manuaalisesti - automaattisten antureiden avulla voit asettaa lattialämpötilan siten, että lastentarhahuone lämpenee vaadittujen hygieniastandardien mukaan.

Turuntajevskin lastentarhan pumpputeho on 40 kW tuotettua lämpöenergiaa, jonka tuottamiseen lämpöpumppu vaatii 10 kW sähkötehoa. Näin ollen 1 kW kulutetusta sähköenergiasta lämpöpumppu tuottaa 4 kW lämpöä. ”Pelkäsimme hieman talvea - emme tienneet, miten lämpöpumput käyttäytyisivät. Mutta jopa kovissa pakkasissa päiväkoti oli jatkuvasti lämmin - plus 18-23 astetta ", sanoo Turuntaevskajan lukion johtaja Jevgeni Belonogov... - Tässä on tietysti syytä harkita, että rakennus itse oli hyvin eristetty. Laitteisto on vaatimaton kunnossapidossa, ja huolimatta siitä, että tämä on länsimaista kehitystä, se on osoittautunut erittäin tehokkaaksi ankarissa Siperian olosuhteissamme. "

Tomskin kauppa- ja teollisuuskamarin EICC-Tomskin alue toteutti kattavan hankkeen resurssien säilyttämisen kokemusten vaihdosta. Tilaisuuteen osallistuivat pienet ja keskisuuret yritykset, jotka kehittävät ja toteuttavat resursseja säästäviä tekniikoita. Viime vuoden toukokuussa venäläis-tanskalaisen hankkeen puitteissa tanskalaiset asiantuntijat vierailivat Tomskissa, ja tulos oli, kuten sanotaan, ilmeinen.

Innovaatio tulee kouluun

Uusi koulu Vershininon kylässä, Tomskin alueella, maanviljelijän rakentama Mihail Kolpakov, on alueen kolmas kohde, joka käyttää maan lämpöä lämmönlähteenä lämmitykseen ja käyttöveden toimitukseen. Koulu on myös ainutlaatuinen, koska sillä on korkein energiatehokkuusluokka - "A". Lämmitysjärjestelmän suunnitteli ja lanseerasi sama yritys "Ecoclimate".

"Kun päätimme, millaista lämmitystä koulussa tehdään, meillä oli useita vaihtoehtoja - hiilikattila ja lämpöpumput", sanoo Mihail Kolpakov. -Tutkimme Zelenye Gorkin energiatehokkaan päiväkodin kokemusta ja laskimme, että vanhanaikaisen lämmitys hiilellä maksaisi meille yli 1,2 miljoonaa ruplaa talveksi ja tarvitsemme myös kuumaa vettä. Ja lämpöpumpuilla kustannukset ovat noin 170 tuhatta euroa koko vuodelle yhdessä kuuman veden kanssa. "

Järjestelmä tarvitsee vain sähköä lämmön tuottamiseen. 1 kW sähköä kuluttavat koulun lämpöpumput tuottavat noin 7 kW lämpöenergiaa. Lisäksi toisin kuin hiili ja kaasu, maan lämpö on itse uusiutuva energialähde. Nykyaikaisen lämmitysjärjestelmän asennus kouluun maksoi noin 10 miljoonaa ruplaa. Tätä varten koulun pihalle porattiin 28 kaivoa.

"Aritmetiikka on täällä yksinkertaista. Laskimme, että hiilikattiloiden ylläpito maksaisi stokerin palkan ja polttoainekustannukset huomioon ottaen yli miljoona ruplaa vuodessa, - sanoo koulutusosaston johtaja. Sergei Efimov... - Lämpöpumppuja käytettäessä sinun on maksettava noin viisitoista tuhatta ruplaa kuukaudessa kaikista resursseista. Lämpöpumppujen käytön kiistaton etu on niiden tehokkuus ja ympäristöystävällisyys. Lämmönsyöttöjärjestelmän avulla voit säätää lämmönsyöttöä ulkosäästä riippuen, mikä sulkee pois huoneen niin kutsutun "alivirtauksen" tai "ylikuumenemisen". "

Alustavien laskelmien mukaan kalliit tanskalaiset laitteet maksavat itsensä takaisin 4-5 vuodessa. Ecoclimate LLC: n kanssa toimivien Danfoss -lämpöpumppujen käyttöikä on 50 vuotta. Tietokone vastaanottaa tietoja ulkolämpötilasta ja määrittää, milloin koulu lämmitetään ja milloin sitä ei voida tehdä. Siksi kysymys lämmityksen kytkemisestä päälle ja pois päältä katoaa kokonaan. Riippumatta säästä koulun ikkunoiden ulkopuolella, ilmastointi toimii aina lapsille.

”Kun Tanskan kuningaskunnan ylimääräinen ja täysivaltainen suurlähettiläs saapui viime vuonna koko Venäjän kokoukseen ja vieraili päiväkodissamme Zelenye Gorkissa, hän oli iloisesti yllättynyt siitä, että jopa Kööpenhaminassa innovatiivisina pidettyjä tekniikoita on sovellettu ja ne toimivat Tomskin alue, - sanoo Ecoclimate -yrityksen kaupallinen johtaja Alexander Granin.

Yleisesti ottaen paikallisten uusiutuvien energialähteiden käyttö eri talouden aloilla, tässä tapauksessa sosiaalialalla, mukaan lukien koulut ja päiväkodit, on yksi tärkeimmistä suunnista, joita alueella toteutetaan osana energiansäästöä ja energiaa tehokkuusohjelma. Alueen kuvernööri tukee aktiivisesti uusiutuvan energian kehittämistä Sergei Žvachkin... Kolme budjettilaitosta, joissa on maalämpöjärjestelmä, ovat vasta ensimmäisiä askeleita suuren ja lupaavan hankkeen toteuttamisessa.

Zelenye Gorkin päiväkoti tunnustettiin Skolkovon kilpailussa Venäjän parhaaksi energiatehokkaaksi laitokseksi. Sitten Vershininskaya -koulu ilmestyi maalämmöllä, joka oli myös korkein energiatehokkuusluokka. Seuraava kohde, joka on yhtä merkittävä Tomskin alueelle, on päiväkoti Turuntaevossa. Tänä vuonna Gazkhimstroyinvest ja Stroygarant ovat jo alkaneet rakentaa päiväkoteja 80 ja 60 lapselle Tomskin alueen, Kopylovon ja Kandinkan kylissä. Molemmat uudet tilat lämmitetään maalämpöjärjestelmillä - lämpöpumpuista. Yhteensä tänä vuonna aluehallinto aikoo käyttää lähes 205 miljoonaa ruplaa uusien lastentarhojen rakentamiseen ja nykyisten korjaamiseen. Takhtamyshevon kylän päiväkodin rakennuksen jälleenrakentaminen ja uudelleen varustaminen on tehtävä. Tässä rakennuksessa lämmitys toteutetaan myös lämpöpumppujen avulla, koska järjestelmä on onnistunut osoittautumaan hyvin.

Yksi parhaista, järkevimmistä menetelmistä pääomarakenteisten kasvihuoneiden rakentamisessa on maanalainen termoskasvihuone.
Tämän tosiasian käyttö, joka koskee maapallon lämpötilan pysyvyyttä kasvihuoneen syvyydessä, antaa valtavia säästöjä lämmityskustannuksissa kylmänä vuodenaikana, helpottaa huoltoa ja tekee mikroilmasta vakaamman..
Tällainen kasvihuone toimii pahimmilla pakkasilla, voit tuottaa vihanneksia, kasvattaa kukkia ympäri vuoden.
Oikein varustettu haudattu kasvihuone mahdollistaa kasvun, mukaan lukien lämpöä rakastavat eteläiset sadot. Rajoituksia ei käytännössä ole. Kasvihuoneessa sitrushedelmät ja jopa ananakset voivat tuntua hyvältä.
Mutta jotta kaikki toimisi kunnolla käytännössä, on ehdottomasti noudatettava aikatestattua tekniikkaa, jolla maanalaiset kasvihuoneet rakennettiin. Loppujen lopuksi tämä ajatus ei ole uusi, jopa Venäjän tsaarin aikana, haudatut kasvihuoneet antoivat ananasta, jonka yrittäjäkauppiaat veivät Eurooppaan myytäväksi.
Jostain syystä tällaisten kasvihuoneiden rakentaminen ei ole laajalti levinnyt maassamme, yleensä se vain unohdetaan, vaikka muotoilu sopii ihanteellisesti ilmastoomme.
Luultavasti rooli tässä oli tarve kaivaa syvä perustuskuoppa ja täyttää perusta. Haudatun kasvihuoneen rakentaminen on melko kallista, tämä on kaukana polyeteenillä peitetystä kasvihuoneesta, mutta kasvihuoneen tuotto on paljon suurempi.
Maahan syvenemisestä sisäinen kokonaisvalaistus ei häviä, se voi tuntua oudolta, mutta joissakin tapauksissa valon kylläisyys on jopa korkeampi kuin klassisissa kasvihuoneissa.
On mahdotonta puhua rakenteen lujuudesta ja luotettavuudesta, se on vertaansa vailla vahvempi kuin tavallinen, se sietää helpommin hurrikaanin tuulenpuuskia, kestää hyvin rakeita, eikä lumipalloista tule este.

1. Perustuskuoppa

Kasvihuoneen luominen alkaa pohjakuopan kaivamisesta. Jotta maan lämpöä voitaisiin käyttää sisätilojen lämmittämiseen, kasvihuoneen on oltava riittävän syvä. Mitä syvemmälle, sitä lämpimämmäksi maa muuttuu.
Lämpötila tuskin muuttuu vuoden aikana 2-2,5 metrin etäisyydellä pinnasta. 1 metrin syvyydessä maaperän lämpötila vaihtelee enemmän, mutta talvella sen arvo pysyy positiivisena, yleensä keskikaistalla lämpötila on 4-10 C vuodenajasta riippuen.
Upotettu kasvihuone rakennetaan yhden kauden aikana. Toisin sanoen talvella se pystyy jo toimimaan ja tuottamaan tuloja. Rakentaminen ei ole halpaa, mutta kekseliäisyyttä ja kompromissimateriaaleja käyttämällä on mahdollista säästää kirjaimellisesti suuruusluokkaa tekemällä eräänlainen taloudellinen versio kasvihuoneesta alustakaivosta alkaen.
Tee esimerkiksi ilman rakennuslaitteiden osallistumista. Vaikka aikaa vievin osa työstä - perustuskuopan kaivaminen - on tietysti parasta jättää kaivinkoneelle. Tällaisen maanmäärän poistaminen manuaalisesti on vaikeaa ja aikaa vievää.
Perustuskuopan syvyyden on oltava vähintään kaksi metriä. Tällaisessa syvyydessä maa alkaa jakaa lämpöä ja toimia kuin eräänlainen termos. Jos syvyys on pienempi, idea periaatteessa toimii, mutta paljon vähemmän tehokkaasti. Siksi on suositeltavaa säästää vaivaa ja rahaa tulevan kasvihuoneen syventämiseksi.
Maanalaisten kasvihuoneiden pituus voi olla mikä tahansa, mutta on parempi pitää leveys 5 metrin sisällä, jos leveys on suurempi, lämmityksen ja valon heijastumisen laatuominaisuudet heikkenevät.
Horisontin sivuilla maanalaiset kasvihuoneet on suunnattava tavallisten kasvihuoneiden ja kasvihuoneiden tapaan idästä länteen eli siten, että toinen sivu on etelään. Tässä asennossa laitokset saavat enimmäismäärän aurinkoenergiaa.

2. Seinät ja katto

Pohja kaadetaan tai lohkot asetetaan kaivon kehälle. Säätiö toimii rakenteen seinien ja kehyksen perustana. Seinät on parempi tehdä materiaaleista, joilla on hyvät lämmöneristysominaisuudet; lämpölohkot ovat erinomainen vaihtoehto.

Kattorunko on usein puuta, antiseptisillä aineilla kyllästettyjä tankoja. Kattorakenne on yleensä suora. Harjannepalkki on kiinnitetty rakenteen keskelle; tätä varten keskitukit asennetaan lattialle koko kasvihuoneen pituudelta.

Harjanteen palkki ja seinät on yhdistetty kattorivillä. Runko voidaan tehdä ilman korkeita tukia. Ne korvataan pienillä, jotka on sijoitettu poikittaispalkkeihin, jotka yhdistävät kasvihuoneen vastakkaiset sivut - tämä muotoilu tekee sisätilasta vapaamman.

Katon päällysteenä on parempi ottaa solupolykarbonaatti - suosittu moderni materiaali. Kattojen välinen etäisyys rakentamisen aikana säädetään polykarbonaattilevyjen leveyteen. On kätevää työskennellä materiaalin kanssa. Pinnoite saadaan pienellä määrällä liitoksia, koska levyt valmistetaan 12 metrin pituisina.

Ne on kiinnitetty runkoon itsekierteittävillä ruuveilla, on parempi valita ne aluslevyn muodossa. Arkin halkeamisen välttämiseksi poraa jokaisen itsekelausruuvin alle vastaavan halkaisijan reikä poralla. Ruuvimeisselin tai tavanomaisen Phillips -poranterän avulla lasityöt liikkuvat erittäin nopeasti. Aukkojen välttämiseksi on hyvä laittaa kattopinnat etukäteen yläreunaan pehmeällä kumilla tai muusta sopivasta materiaalista valmistetulla tiivisteellä ja ruuvata levyt vasta sitten. Katon huippu harjannetta pitkin on asetettava pehmeällä eristyksellä ja puristettava jollakin kulmalla: muovilla, tinalla tai muulla sopivalla materiaalilla.

Hyvän lämmöneristyksen vuoksi katto on joskus valmistettu kaksinkertaisesta polykarbonaattikerroksesta. Vaikka läpinäkyvyys vähenee noin 10%, se kattaa erinomaiset lämmöneristysominaisuudet. On huomattava, että tällaisen katon lumi ei sulaa. Siksi kaltevuuden on oltava riittävässä kulmassa, vähintään 30 astetta, jotta lumi ei kerry katolle. Lisäksi sähkövibraattori on asennettu ravistamaan, joka suojaa kattoa siltä varalta, että lunta kertyy.

Kaksoislasit valmistetaan kahdella tavalla:

Kahden levyn väliin asetetaan erityinen profiili, levyt kiinnitetään runkoon ylhäältä;

Ensinnäkin alempi lasikerros kiinnitetään runkoon sisäpuolelta, koskien alapuolelle. Katto on peitetty toisella kerroksella, kuten tavallista, ylhäältä.

Työn päätyttyä on suositeltavaa liimata kaikki liitokset teipillä. Valmis katto näyttää erittäin vaikuttavalta: ilman tarpeettomia liitoksia, sileä, ilman ulkonevia osia.

3. Eristys ja lämmitys

Seinäeristys suoritetaan seuraavasti. Ensin sinun on päällystettävä kaikki seinän liitokset ja saumat liuoksella, täällä voit myös levittää polyuretaanivaahtoa. Seinien sisäpuoli on peitetty lämpöeristyskalvolla.

Maan kylmemmissä osissa on hyvä käyttää paksua kalvokalvoa, joka peittää seinän kaksinkertaisella kerroksella.

Kasvihuoneen syvän maaperän lämpötila on pakkasen yläpuolella, mutta kylmempi kuin kasvien kasvulle välttämätön ilman lämpötila. Yläkerros lämmitetään auringon säteiden ja kasvihuoneilman vaikutuksesta, mutta maaperä vie silti lämmön pois, joten maanalaiset kasvihuoneet käyttävät usein "lämpimien lattioiden" tekniikkaa: lämmityselementti - sähkökaapeli - on suojattu metalliristikko tai kaadettu betonilla.

Toisessa tapauksessa sänkyjen maaperä kaadetaan betonin päälle tai vihreät kasvatetaan ruukuissa ja kukkaruukkuissa.

Lattialämmityksen käyttö voi riittää lämmittämään koko kasvihuoneen, jos tehoa on riittävästi. Mutta kasveille on tehokkaampaa ja mukavampaa käyttää yhdistettyä lämmitystä: lämmin lattia + ilmalämmitys. Hyvään kasvuun he tarvitsevat 25-35 asteen ilman lämpötilan noin 25 asteen maan lämpötilassa.

PÄÄTELMÄ

Upotetun kasvihuoneen rakentaminen on tietysti kalliimpaa ja vaatii enemmän vaivaa kuin vastaavan tavanomaisen kasvihuoneen rakentaminen. Kasvihuone-termosiin sijoitetut varat ovat kuitenkin perusteltuja ajan myötä.

Ensinnäkin se säästää energiaa lämmitykseen. Riippumatta siitä, kuinka tavallinen maa -kasvihuone lämmitetään talvella, se on aina kalliimpaa ja vaikeampaa kuin vastaava lämmitysmenetelmä maanalaisessa kasvihuoneessa. Toiseksi säästö valaistuksessa. Seinien kalvoeristys, joka heijastaa valoa, kaksinkertaistaa valaistuksen. Talvisin syvän kasvihuoneen mikroilmasto on kasveille suotuisampi, mikä vaikuttaa varmasti satoon. Taimet juurtuvat helposti, herkät kasvit tuntuvat hyviltä. Tällainen kasvihuone takaa vakaan ja korkean sadon kaikista kasveista ympäri vuoden.