Геотермальная энергия — это энергия, извлекаемая из недр Земли. На большой глубине залегают пласты горячей воды, раскаленных пород и магмы. Каждый из этих слоев способен отдавать тепло, что, по сути, и является источником геотермальной энергии. Это тип энергии, который поступает из земных глубин и может использоваться для обогрева и охлаждения различных объектов.
Тепло исходит из приповерхностных слоев, расположенных всего в 3 метрах от поверхности. В этом диапазоне температура грунта стабильно держится в пределах 10–16 °C. Это означает, что внешние погодные условия практически не влияют на температуру внутри вашего дома. Поскольку температура в этих слоях земли постоянна, система обеспечивает стабильный обогрев или охлаждение помещения независимо от сезона.
Само понятие «геотермальная энергия» означает внутреннее тепло Земли. Очевидно, его можно использовать не только для отопления. Оно также эффективно применяется для охлаждения помещений и даже для генерации электроэнергии.
Далее в статье мы подробно разберем, как именно геотермальная энергия применяется в этих целях. Пока же отметим, что у нее много областей применения, и это полностью органический ресурс, формирующийся естественным образом под земной поверхностью.
Использование геотермальной энергии.
Способов применения геотермальной энергии несколько. Один из самых популярных (и выгодных как для экологии, так и для бюджета) — обогрев дома. Под зданием прокладывают трубы, которые углубляются в геотермальные пласты, чтобы использовать их тепло для отопления и кондиционирования. Более подробно этот процесс описан ниже.
Но не только отопление и охлаждение привлекают внимание к геотермальной энергии. Чаще всего ее используют для генерации электричества. В некоторых западных штатах США пробурены скважины, где пар вращает турбины, вырабатывая значительные объемы электроэнергии. Это электричество можно передавать на большие расстояния. Поскольку такой метод экологичнее и естественнее многих других, он обходится дешевле.
Итак, геотермальную энергию действительно можно применять по-разному. Пока она не получила повсеместного распространения (по причинам, которые мы обсудим позже), но перспективы ее использования оцениваются очень высоко. Проблема в том, что на практике не все так идеально, как в теории. Наряду с серьезными преимуществами, у геотермальной энергии есть и недостатки, которые приходится учитывать при внедрении этого возобновляемого источника.
Как работает геотермальная энергия?
Принцип геотермального отопления основан на системе труб, проложенных в приповерхностных слоях земли. В систему входят тепловой насос, воздуховоды и теплообменник. Летом теплообменник забирает излишки тепла из дома, а зимой, наоборот, передает его из грунта внутрь здания. Это позволяет обходиться без традиционных источников тепла, что повышает экономическую эффективность объекта (при условии правильно настроенной системы).
Многие полагают, что такой способ помогает экономить только часть года, поскольку температура ядра Земли растет с глубиной. Однако экономия возможна в течение всего года. Исходная температура грунта на глубине составляет те самые 10–16 °C.
Зимой обычный обогреватель начинает работать при температуре, которая может быть ниже нуля, и тратит энергию на нагрев до комфортных 20–22 °C. Если же начать с +10–16 °C, затраты будут значительно ниже.
Летом ситуация обратная: исходные +10–16 °C гораздо ниже уличной температуры, которая может превышать +27 °C. В результате кондиционирование помещения требует меньше энергии, поскольку разница температур меньше. Это ускоряет достижение нужного микроклимата и снижает расходы.
Для генерации электроэнергии требуется бурение глубоких скважин. Необходим резервуар, который производит достаточно пара для вращения турбины, или достаточно горячей воды, чтобы этот пар образовался. Оба метода позволяют получить электричество. Технологии продолжают развиваться, и мы пока даже не приблизились к полному использованию теплового потенциала земных недр.
Каковы преимущества геотермальной энергии?
У геотермальной энергии немало преимуществ. Одно из ключевых — низкая стоимость эксплуатации. Поскольку этот источник основан на естественном тепле земного ядра, которое постоянно восполняется, рисков для планеты практически нет, а стоимость энергии отражает возобновляемость ресурса. Затраты остаются низкими, так как собирать это тепло дешевле, чем использовать традиционные методы отопления и охлаждения.
Еще один плюс — снижение энергозатрат на обогрев и охлаждение. Это связано с тем, что требуемое изменение температуры относительно исходной (грунта) значительно меньше, чем при использовании наружного воздуха.
Как правило, температуру нужно изменить всего на несколько градусов, что ускоряет процесс и сокращает расходы.
Геотермальная энергия как источник электричества также дешевле, поскольку она возобновляема и способна обеспечивать большие объемы электроэнергии в конкретном регионе. Это снижает зависимость от ископаемого топлива, сжигание которого вредит атмосфере и является невозобновляемым — оно не восстановится в обозримом будущем.
Это означает, что一 когда ископаемые ресурсы закончатся, их не станет не только в нашей жизни, но и, вероятно, в жизни многих последующих поколений.
Такой тип энергии также не загрязняет окружающую среду, поскольку основан на воде и паре. При выбросе этих компонентов в атмосферу они не наносят вреда, что сокращает объем парниковых газов, способствующих изменению климата.
Мы также не загрязняем почву и воду, необходимые для жизни других живых существ. Сохранение чистоты планеты — важная задача, и переход на геотермальную энергию делает этот процесс более доступным и простым.
Еще одно преимущество — создание новых рабочих мест. Поскольку эта отрасль только развивается, требуются специалисты для разработки технологий, внедрения систем и анализа их влияния на окружающую среду. Эти высокооплачиваемые должности способствуют улучшению уровня жизни и укреплению местной экономики.
Каковы недостатки геотермальной энергии?
Разумеется, у геотермальной энергии есть и недостатки, иначе она применялась бы повсеместно. Несмотря на весомые преимущества, некоторые проблемы пока не решены. Именно поэтому внедрение идет медленнее, чем хотелось бы. Необходимо учитывать множество факторов.
Первый недостаток — географическая привязанность. Для развертывания оборудования, инфраструктуры и работы персонала требуются подходящие условия. Это осуществимо не везде, и часто сложно доставить все необходимое в нужный регион. Кроме того, требуется обучение местных кадров, чтобы система продолжала работать эффективно и приносила пользу, а не вред.
Далее — высокие первоначальные затраты, которые отпугивают многих потенциальных пользователей. Хотя в долгосрочной перспективе экономия значительна, начальные вложения велики. Бурение скважин в земных пластах — сложный и дорогой процесс, требующий специального оборудования и квалифицированных рабочих. Прокладка трубопроводов и их подключение также сопряжены с трудностями.
Вредные газы, содержащиеся в недрах, — еще одна проблема. Они могут включать токсичные вещества, опасные для окружающей среды и людей, работающих на объектах. Необходимы меры по сдерживанию этих выбросов при бурении и эксплуатации, иначе возможны серьезные последствия для окружающей территорий.
Многие не учитывают, что для эффективной работы требуется достаточная концентрация пара или горячих пород. В некоторых регионах это недостижимо из-за большой глубины залегания ресурсов.
Кроме того, некоторые месторождения не способны стабильно производить пар. Как и вулканы, они активны только при определенных условиях. Это может выясниться уже после строительства станции.
Чтобы определить пригодность региона для геотермальной электростанции, компания должна провести масштабные исследования недр. Необходимо оценить, будет ли месторождение стабильно работать и как долго.
Если после всех изысканий окажется, что регион непригоден, затраты не окупятся. Еще хуже, если станцию построят, но она не будет функционировать — убытки будут колоссальные.
Наконец, этот тип энергии нельзя транспортировать. В отличие от ископаемого топлива, пар и горячая вода не могут передаваться на большие расстояния. Их можно использовать только вблизи источника.
Это ограничивает потенциал электростанций — они могут обслуживать лишь небольшие территории. Расширить зону охвата можно только путем строительства новых объектов.
Использовать или не использовать?
В целом, есть много причин считать геотермальную энергию значительным шагом вперед в области отопления, охлаждения и электроснабжения. Ее преимущества включают снижение эксплуатационных расходов, быстрое достижение комфортной температуры в помещениях, отсутствие загрязнения среды, уменьшение зависимости от ископаемого топлива, сокращение парниковых газов.
В то же время недостатки — это высокие первоначальные затраты, необходимость тщательных исследований и сложность масштабного планирования. Кроме того, этот вид энергии не сучит больших прибылей инвесторам, поскольку его нельзя транспортировать и размещать повсеместно.
В результате компании не спешат вкладываться в геотермальные проекты. Внедрение происходит медленно и, вероятно, будет постепенным.
Тем не менее, геотермальная энергия активно используется в частном секторе для отопления и охлаждения домов и предприятий. Первоначальные затраты на систему высоки, но долгосрочная экономия привлекает многих. Надежность и эффективность такого подхода убеждают все больше людей переходить на этот современный и экологичный метод.
