Meie süsivesinikerikkas riigis on geotermiline energia omamoodi eksootiline ressurss, mis praeguses olukorras tõenäoliselt nafta ja gaasiga ei konkureeri. Sellest hoolimata saab seda alternatiivset energiavormi kasutada peaaegu kõikjal ja üsna tõhusalt.
Geotermiline energia on maa sisemuse soojus. Seda toodetakse sügavustes ja see tuleb Maa pinnale erineval kujul ja erineva intensiivsusega.
Mulla ülemiste kihtide temperatuur sõltub peamiselt välistest (eksogeensetest) teguritest - päikesevalgusest ja õhutemperatuurist. Suvel ja päeval pinnas soojeneb teatud sügavuseni ning talvel ja öösel jahtub õhutemperatuuri muutumise järel ja mõningase hilinemisega, suurenedes sügavusega. Õhutemperatuuri ööpäevaste kõikumiste mõju lõpeb mõne kuni mitmekümne sentimeetri sügavusel. Hooajalised kõikumised haaravad sügavamad pinnasekihid – kuni kümnete meetriteni.
Teatud sügavusel – kümnetest kuni sadade meetriteni – hoitakse pinnase temperatuur konstantsena, mis on võrdne aasta keskmise õhutemperatuuriga Maa pinna lähedal. Seda on lihtne kontrollida, laskudes üsna sügavasse koopasse.
Kui aasta keskmine õhutemperatuur on antud piirkonnas alla nulli, väljendub see igikeltsana (täpsemalt igikeltsana). Ida-Siberis ulatub aastaringselt külmunud muldade paksus ehk paksus kohati 200–300 meetrini.
Teatud sügavusest (iga kaardi punkti jaoks oma) nõrgeneb Päikese ja atmosfääri mõju nii palju, et endogeensed (sisemised) tegurid tulevad esikohale ja maa sisemus soojeneb seestpoolt, nii et temperatuur hakkab tõusma. sügavusega tõusma.
Maa süvakihtide kuumenemist seostatakse peamiselt seal paiknevate radioaktiivsete elementide lagunemisega, kuigi nimetatakse ka teisi soojusallikaid, näiteks füüsikalis-keemilisi, tektoonilisi protsesse maakoore ja vahevöö sügavates kihtides. Kuid olenemata põhjusest tõuseb kivimite ja nendega seotud vedelate ja gaasiliste ainete temperatuur sügavusega. Kaevurid seisavad selle nähtusega silmitsi – sügavates kaevandustes on alati kuum. 1 km sügavusel on kolmekümnekraadine kuumus normaalne, sügavamal on temperatuur veelgi kõrgem.
Maa sisemuse soojusvoog, mis jõuab Maa pinnale, on väike - selle võimsus on keskmiselt 0,03–0,05 W / m 2 ehk ligikaudu 350 W h / m 2 aastas. Päikesest lähtuva soojusvoo ja selle soojendatava õhu taustal on see märkamatu väärtus: Päike annab igale maapinna ruutmeetrile aastas umbes 4000 kWh ehk 10 000 korda rohkem (see on muidugi keskmiselt tohutu levikuga polaar- ja ekvatoriaalsete laiuskraadide vahel ning olenevalt muudest kliima- ja ilmastikuteguritest).
Sügavusest pinnale suunduva soojusvoo tähtsusetus enamikul planeedil on seotud kivimite madala soojusjuhtivusega ja geoloogilise ehituse iseärasustega. Kuid on ka erandeid - kohad, kus soojusvoog on kõrge. Need on ennekõike tektooniliste rikete, suurenenud seismilise aktiivsuse ja vulkanismi tsoonid, kus maakera sisemuse energia leiab väljapääsu. Selliseid tsoone iseloomustavad litosfääri termilised anomaaliad, siin võib Maa pinnale jõudev soojusvoog olla kordades ja isegi suurusjärgus võimsam kui "tavaline". Vulkaanipursked ja kuumaveeallikad toovad neis tsoonides pinnale tohutul hulgal soojust.
Just need piirkonnad on geotermilise energia arendamiseks kõige soodsamad. Venemaa territooriumil on need ennekõike Kamtšatka, Kuriili saared ja Kaukaasia.
Samas on geotermilise energia arendamine võimalik peaaegu kõikjal, kuna temperatuuri tõus koos sügavusega on üldlevinud nähtus ja ülesandeks on soolestikust soojust “välja tõmmata”, nii nagu sealt ammutatakse mineraalset toorainet.
Keskmiselt tõuseb temperatuur sügavusega 2,5–3°C iga 100 m kohta. Kahe erineval sügavusel asuva punkti temperatuuride erinevuse ja nendevahelise sügavuse erinevuse suhet nimetatakse geotermiliseks gradiendiks.
Pöördväärtus on geotermiline samm ehk sügavuse intervall, mille juures temperatuur tõuseb 1°C võrra.
Mida suurem on gradient ja vastavalt madalam aste, seda lähemale Maa sügavuste soojus pinnale läheneb ja seda perspektiivsem on see ala geotermilise energia arendamiseks.
Erinevates piirkondades, sõltuvalt geoloogilisest struktuurist ning muudest piirkondlikest ja kohalikest tingimustest, võib temperatuuri tõusu kiirus sügavusega oluliselt erineda. Maa skaalal ulatuvad geotermiliste gradientide ja sammude väärtuste kõikumised 25-kordseks. Näiteks Oregoni osariigis (USA) on gradient 150°C 1 km kohta ja Lõuna-Aafrikas 6°C 1 km kohta.
Küsimus on selles, milline on temperatuur suurel sügavusel – 5, 10 km või rohkem? Kui trend jätkub, peaks temperatuur 10 km sügavusel olema keskmiselt 250–300 °C. Seda kinnitavad enam-vähem otsesed vaatlused ülisügavates kaevudes, kuigi pilt on lineaarsest temperatuuri tõusust palju keerulisem.
Näiteks Balti kristallkilbi puuritud Koola ülisügavas puurkaevus muutub temperatuur 3 km sügavusele kiirusega 10°C/1 km ja siis muutub geotermiline gradient 2–2,5 korda suuremaks. 7 km sügavusel on juba registreeritud temperatuur 120 ° C, 10 km - 180 ° C ja 12 km - 220 ° C.
Teine näide on Kaspia mere põhjaosas rajatud puurkaev, kus 500 m sügavusel registreeriti temperatuur 42 °C, 1,5 km - 70 ° C, 2 km - 80 ° C, 3 km - 108 ° C.
Eeldatakse, et geotermiline gradient väheneb alates 20–30 km sügavusest: 100 km sügavusel on hinnangulised temperatuurid umbes 1300–1500 °C, sügavusel 400–1600 °C, Maakera piirkonnas. südamik (sügavusega üle 6000 km) - 4000–5000 ° C.
Sügavusel kuni 10–12 km mõõdetakse temperatuuri puurkaevude kaudu; kus neid ei ole, määratakse see kaudsete märkide abil samamoodi nagu suuremates sügavustes. Sellised kaudsed märgid võivad olla seismiliste lainete läbipääsu iseloom või purskava laava temperatuur.
Kuid geotermilise energia jaoks ei paku andmed temperatuuride kohta rohkem kui 10 km sügavusel veel praktilist huvi.
Mitme kilomeetri sügavusel on palju soojust, aga kuidas seda tõsta? Mõnikord lahendab loodus ise selle probleemi meie jaoks loodusliku jahutusvedeliku abil - soojendatud termaalveed, mis tulevad pinnale või asuvad meile ligipääsetavas sügavuses. Mõnel juhul kuumutatakse sügavuses olev vesi auru olekusse.
Mõiste "termaalvesi" ei ole rangelt määratletud. Reeglina tähendavad need kuuma põhjavett vedelas olekus või auru kujul, sealhulgas neid, mis tulevad Maa pinnale temperatuuriga üle 20 ° C, see tähendab reeglina õhutemperatuurist kõrgemal.
Põhjavee, auru, auru-vee segude soojus on hüdrotermiline energia. Sellest lähtuvalt nimetatakse selle kasutamisel põhinevat energiat hüdrotermiliseks.
Keerulisem on olukord soojuse tootmisega otse kuivadest kivimitest - naftatermilisest energiast, seda enam, et piisavalt kõrged temperatuurid algavad reeglina mitme kilomeetri sügavusest.
Venemaa territooriumil on naftasoojusenergia potentsiaal sada korda suurem kui hüdrotermilisel energial - vastavalt 3500 ja 35 triljonit tonni tavakütust. See on üsna loomulik – Maa sügavuste soojust on kõikjal ja termaalvett leidub kohapeal. Ilmsete tehniliste raskuste tõttu kasutatakse aga enamikku termaalveest praegu soojuse ja elektri tootmiseks.
Vee temperatuur 20-30 kuni 100°C sobib kütteks, temperatuur alates 150°C ja üle selle - ja elektri tootmiseks maasoojuselektrijaamades.
Üldiselt on geotermilised ressursid Venemaa territooriumil võrdluskütuse või mõne muu energia mõõtühiku tonnides ligikaudu 10 korda suuremad kui fossiilkütuste varud.
Teoreetiliselt suudaks riigi energiavajadust täielikult rahuldada ainult geotermiline energia. Praktikas ei ole see praegu enamikul selle territooriumist tehnilistel ja majanduslikel põhjustel teostatav.
Maailmas seostatakse geotermilise energia kasutamist kõige sagedamini Islandiga – riigiga, mis asub Kesk-Atlandi seljandiku põhjaotsas, äärmiselt aktiivses tektoonilises ja vulkaanilises vööndis. Tõenäoliselt mäletavad kõik vulkaani Eyyafyatlayokudl võimast purset ( Eyjafjallajokull) 2010. aastal.
Just tänu sellele geoloogilisele eripärale on Islandil tohutud geotermilise energia varud, sealhulgas kuumaveeallikad, mis tulevad Maa pinnale ja lausa purskavad geisritena.
Islandil võetakse praegu üle 60% kogu tarbitavast energiast Maalt. Sealhulgas tänu maaküttele tagatakse 90% kütte- ja 30% elektritootmisest. Lisame, et ülejäänud elektri riigis toodetakse hüdroelektrijaamades ehk siis ka taastuvat energiaallikat kasutades, tänu millele näeb Island välja omamoodi globaalse keskkonnastandardina.
Geotermilise energia "taltsutamine" 20. sajandil aitas Islandit oluliselt majanduslikult. Kuni eelmise sajandi keskpaigani oli see väga vaene riik, nüüd on see installeeritud võimsuse ja geotermilise energia tootmise poolest elaniku kohta maailmas esimesel kohal ning geotermilise elektri absoluutse installeeritud võimsuse poolest esikümnes. taimed. Selle rahvaarv on aga vaid 300 tuhat inimest, mis lihtsustab keskkonnasõbralikele energiaallikatele üleminekut: vajadus selle järele on üldiselt väike.
Lisaks Islandile annab geotermilise energia suur osa elektritootmise kogubilansist Uus-Meremaa ja Kagu-Aasia saareriigid (Filipiinid ja Indoneesia), Kesk-Ameerika ja Ida-Aafrika riigid, mille territoorium on samuti iseloomulik. kõrge seismilise ja vulkaanilise aktiivsuse tõttu. Nende riikide jaoks annab geotermiline energia nende praeguse arengutaseme ja vajaduste juures olulise panuse sotsiaal-majanduslikku arengusse.
Geotermilise energia kasutamisel on väga pikk ajalugu. Üks esimesi teadaolevaid näiteid on Itaalia, koht Toscana provintsis, praeguse nimega Larderello, kus juba 19. sajandi alguses kasutati energia saamiseks kohalikku kuuma termaalvett, mis voolas looduslikult või kaevandati madalatest kaevudest. eesmärkidel.
Siin kasutati boorhappe saamiseks maa-alustest allikatest pärit booririkast vett. Algselt saadi seda hapet raudkateldes aurutamisega ja tavalisi küttepuid võeti kütuseks lähedalasuvatest metsadest, kuid 1827. aastal lõi Francesco Larderel süsteemi, mis töötas vee enda soojusel. Samal ajal hakati loodusliku veeauru energiat kasutama puurplatvormide töös, 20. sajandi alguses aga kohalike elamute ja kasvuhoonete kütmiseks. Samas kohas, Larderellos, sai 1904. aastal termiline veeaur energiaallikaks elektri tootmisel.
Itaalia eeskuju 19. sajandi lõpus ja 20. sajandi alguses järgisid ka mõned teised riigid. Näiteks 1892. aastal kasutati termaalvett esmakordselt kohalikuks kütteks USA-s (Boise, Idaho), 1919. aastal - Jaapanis, 1928. aastal - Islandil.
Ameerika Ühendriikides ilmus esimene hüdrotermiline elektrijaam Californias 1930. aastate alguses, Uus-Meremaal - 1958. aastal, Mehhikos - 1959. aastal, Venemaal (maailma esimene binaarne GeoPP) - 1965. aastal.
Vana põhimõte uuel allikal
Elektri tootmiseks on vaja kütteallikast kõrgemat veetemperatuuri, üle 150°C. Geotermilise elektrijaama (GeoES) tööpõhimõte on sarnane tavapärase soojuselektrijaama (TPP) tööpõhimõttega. Tegelikult on maasoojuselektrijaam teatud tüüpi soojuselektrijaam.
Soojuselektrijaamades on reeglina esmase energiaallikana kivisüsi, gaas või kütteõli ning töövedelikuna veeaur. Kütus soojendab põledes vee auru olekusse, mis pöörab auruturbiini ja toodab elektrit.
GeoPP erinevus seisneb selles, et siin on esmaseks energiaallikaks maa sisemuse soojus ja töövedelik satub auru kujul elektrigeneraatori turbiini labadesse "valmis" kujul otse tootmiskaevust.
GeoPP töös on kolm peamist skeemi: otsene, kasutades kuiva (geotermilist) auru; kaudne, hüdrotermilise vee baasil ja segatud või kahekomponentne.
Ühe või teise skeemi kasutamine oleneb agregatsiooni olekust ja energiakandja temperatuurist.
Lihtsaim ja seetõttu ka esimene meisterdatud skeemidest on otsene, kus kaevust tulev aur juhitakse otse läbi turbiini. Maailma esimene GeoPP Larderellos 1904. aastal töötas samuti kuiva auruga.
Kaudse tööskeemiga GeoPP-d on meie ajal kõige levinumad. Nad kasutavad kuuma maa-alust vett, mis pumbatakse kõrge rõhu all aurustisse, kus osa sellest aurustatakse ning tekkiv aur paneb turbiini pöörlema. Mõnel juhul on geotermilise vee ja auru puhastamiseks agressiivsetest ühenditest vaja täiendavaid seadmeid ja ahelaid.
Heitgaasi aur siseneb sissepritsekaevu või kasutatakse ruumi kütmiseks - sel juhul on põhimõte sama, mis koostootmisjaama töötamise ajal.
Binaarsetes GeoPP-des interakteerub kuum termiline vesi teise vedelikuga, mis toimib madalama keemistemperatuuriga töövedelikuna. Mõlemad vedelikud juhitakse läbi soojusvaheti, kus termiline vesi aurustab töövedeliku, mille aurud pööravad turbiini.
See süsteem on suletud, mis lahendab atmosfääri heidete probleemi. Lisaks võimaldavad suhteliselt madala keemistemperatuuriga töövedelikud kasutada esmase energiaallikana mitte väga kuuma termaalvett.
Kõik kolm skeemi kasutavad hüdrotermilist allikat, kuid elektrienergia tootmiseks saab kasutada ka naftatermilist energiat.
Elektriskeem on sel juhul samuti üsna lihtne. On vaja puurida kaks omavahel ühendatud kaevu - sissepritse ja tootmine. Vesi pumbatakse süstekaevu. Sügavusel see soojeneb, seejärel juhitakse läbi tootmiskaevu pinnale tugeva kuumutamise tulemusena tekkinud kuumutatud vesi või aur. Edasi oleneb kõik sellest, kuidas naftatermilist energiat kasutatakse – kütteks või elektri tootmiseks. Suletud tsükkel on võimalik heitgaasi auru ja vee pumpamisega tagasi sissepritsekaevu või muul viisil kõrvaldamiseks.
Sellise süsteemi puudus on ilmne: töövedeliku piisavalt kõrge temperatuuri saavutamiseks on vaja puurida kaevud suure sügavusega. Ja see on tõsine kulu ja oht, et vedelik liigub ülespoole, tekib märkimisväärne soojuskadu. Seetõttu on naftatermilised süsteemid endiselt vähem levinud kui hüdrotermilised süsteemid, kuigi petrotermilise energia potentsiaal on suurusjärgus suurem.
Praegu on niinimetatud petrotermiliste tsirkulatsioonisüsteemide (PCS) loomise liider Austraalia. Lisaks areneb see geotermilise energia suund aktiivselt USA-s, Šveitsis, Suurbritannias ja Jaapanis.
Kingitus Lord Kelvinilt
Soojuspumba leiutamine 1852. aastal füüsiku William Thompsoni (teise nimega Lord Kelvin) poolt andis inimkonnale reaalse võimaluse kasutada pinnase ülemiste kihtide madala kvaliteediga soojust. Soojuspumba süsteem ehk soojuskordisti, nagu Thompson seda nimetas, põhineb füüsikalisel protsessil, mille käigus viiakse soojus keskkonnast külmaainesse. Tegelikult kasutab see sama põhimõtet nagu naftatermilistes süsteemides. Erinevus on soojusallikas, millega seoses võib tekkida terminoloogiline küsimus: kuivõrd võib soojuspumpa pidada maasoojussüsteemiks? Fakt on see, et ülemistes kihtides, kümnete või sadade meetrite sügavuseni, ei soojenda kivimid ja neis sisalduvad vedelikud mitte maa sügavast kuumusest, vaid päikesest. Seega on päike sel juhul peamine soojusallikas, kuigi see võetakse, nagu geotermilistes süsteemides, maast.
Soojuspumba töö põhineb pinnase soojenemise ja jahtumise hilinemisel võrreldes atmosfääriga, mille tulemusena moodustub pinnase ja sügavamate kihtide vahel temperatuurigradient, mis säilitab soojust ka talvel sarnaselt kuidas see reservuaarides toimub. Soojuspumpade põhieesmärk on ruumide küte. Tegelikult on see "tagurpidi külmkapp". Nii soojuspump kui ka külmik suhtlevad kolme komponendiga: sisekeskkond (esimesel juhul - köetav ruum, teisel - jahutatud külmikukamber), väliskeskkond - energiaallikas ja külmutusagens (külmaaine), mis on ka jahutusvedelik, mis tagab soojusülekande või külma.
Madala keemistemperatuuriga aine toimib külmutusagensina, mis võimaldab tal võtta soojust isegi suhteliselt madala temperatuuriga allikast.
Külmkapis siseneb vedel külmutusagens läbi drosselklapi (rõhuregulaatori) aurustisse, kus rõhu järsu languse tõttu vedelik aurustub. Aurustumine on endotermiline protsess, mis nõuab soojuse neelamist väljastpoolt. Selle tulemusena võetakse aurusti siseseintelt soojust, mis tagab külmiku kambris jahutava efekti. Aurustist kaugemal imetakse külmutusagens kompressorisse, kus see naaseb agregatsiooni vedelasse olekusse. See on vastupidine protsess, mille tulemuseks on võetud soojuse eraldumine väliskeskkonda. Reeglina visatakse tuppa ja külmkapi tagasein on suhteliselt soe.
Soojuspump töötab peaaegu samamoodi, selle erinevusega, et soojust võetakse väliskeskkonnast ja see siseneb sisekeskkonda läbi aurusti - ruumiküttesüsteemi.
Päris soojuspumbas soojendatakse vett, läbides maasse või reservuaari asetatud välise vooluringi ja seejärel sisenedes aurustisse.
Aurustis kantakse soojus siseringi, mis on täidetud madala keemistemperatuuriga külmutusagensiga, mis aurustit läbides muutub soojust võttes vedelast olekust gaasiliseks.
Edasi siseneb gaasiline külmutusagens kompressorisse, kus see surutakse kokku kõrge rõhu ja temperatuurini ning siseneb kondensaatorisse, kus toimub soojusvahetus kuuma gaasi ja küttesüsteemi soojuskandja vahel.
Kompressor vajab töötamiseks elektrienergiat, kuid muundussuhe (kulutatud ja toodetud energia suhe) on kaasaegsetes süsteemides piisavalt kõrge, et tagada nende tõhusus.
Praegu kasutatakse soojuspumpasid laialdaselt ruumide kütmiseks, peamiselt majanduslikult arenenud riikides.
Ökokorrektne energia
Geotermilist energiat peetakse keskkonnasõbralikuks, mis üldiselt on tõsi. Esiteks kasutab see taastuvat ja praktiliselt ammendamatut ressurssi. Geotermiline energia ei vaja erinevalt suurtest hüdroelektrijaamadest või tuuleparkidest suuri alasid ega saasta atmosfääri, erinevalt süsivesinike energiast. Keskmiselt võtab GeoPP 1 GW toodetud elektri kohta enda alla 400 m 2 . Sama näitaja näiteks kivisöe soojuselektrijaama puhul on 3600 m 2. GeoPP-de keskkonnakasu hõlmab ka väikest veetarbimist – 20 liitrit magevett 1 kW kohta, samas kui soojuselektrijaamad ja tuumajaamad nõuavad umbes 1000 liitrit. Pange tähele, et need on "keskmise" GeoPP keskkonnanäitajad.
Kuid ikkagi on negatiivseid kõrvalmõjusid. Nende hulgas eristatakse kõige sagedamini müra, atmosfääri termilist reostust ning vee ja pinnase keemilist reostust ning tahkete jäätmete teket.
Keskkonna peamiseks keemilise reostuse allikaks on termaalvesi ise (kõrge temperatuuri ja mineralisatsiooniga), mis sisaldab sageli suures koguses mürgiseid ühendeid ning seetõttu tekib probleem reovee ja ohtlike ainete kõrvaldamisega.
Geotermilise energia negatiivseid mõjusid saab jälgida mitmes etapis, alustades kaevude puurimisest. Siin tekivad samad ohud, mis iga kaevu puurimisel: pinnase ja taimkatte hävimine, pinnase ja põhjavee saastumine.
GeoPP tööstaadiumis püsivad keskkonnareostuse probleemid. Termilised vedelikud – vesi ja aur – sisaldavad tavaliselt süsinikdioksiidi (CO 2), väävelsulfiidi (H 2 S), ammoniaaki (NH 3), metaani (CH 4), keedusoola (NaCl), boori (B), arseeni (As). ), elavhõbe (Hg). Keskkonda sattudes muutuvad need saasteallikateks. Lisaks võib agressiivne keemiline keskkond põhjustada korrosioonikahjustusi GeoTPP konstruktsioonidele.
Samal ajal on GeoPP-de saasteainete heitkogused keskmiselt väiksemad kui TPP-des. Näiteks süsihappegaasi emissioon toodetud elektrienergia kilovatt-tunni kohta on GeoPP-des kuni 380 g, söeküttel töötavatel soojuselektrijaamadel 1042 g, kütteõlil 906 g ja gaasiküttel töötavatel soojuselektrijaamadel 453 g.
Tekib küsimus: mida teha reoveega? Madala soolsusega, pärast jahutamist, võib see lasta pinnavette. Teine võimalus on pumbata see süstekaevu kaudu tagasi põhjaveekihti, mis on praegu eelistatud ja valdav praktika.
Termovee ammutamine põhjaveekihtidest (nagu ka tavalise vee väljapumpamine) võib põhjustada vajumist ja pinnase liikumist, muid geoloogiliste kihtide deformatsioone ja mikromaavärinaid. Selliste nähtuste tõenäosus on tavaliselt väike, kuigi üksikuid juhtumeid on registreeritud (näiteks GeoPP-s Staufen im Breisgaus Saksamaal).
Tuleb rõhutada, et suurem osa GeoPP-dest asub suhteliselt hõredalt asustatud piirkondades ja kolmanda maailma riikides, kus keskkonnanõuded on vähem ranged kui arenenud riikides. Lisaks on hetkel GeoPP-de arv ja nende võimsused suhteliselt väikesed. Geotermilise energia suurema arenguga võivad keskkonnariskid suureneda ja mitmekordistuda.
Kui palju on Maa energiat?
Investeerimiskulud geotermiliste süsteemide ehitamiseks varieeruvad väga laias vahemikus – 200–5000 dollarit 1 kW installeeritud võimsuse kohta ehk odavaimad variandid on võrreldavad soojuselektrijaama ehitamise maksumusega. Need sõltuvad ennekõike termaalvete tekketingimustest, nende koostisest ja süsteemi konstruktsioonist. Suure sügavusega puurimine, kahe kaevuga suletud süsteemi loomine, veetöötluse vajadus võib kulusid mitmekordistada.
Näiteks investeeringuteks petrotermilise tsirkulatsioonisüsteemi (PTS) loomiseks hinnatakse 1,6–4 tuhat dollarit 1 kW installeeritud võimsuse kohta, mis ületab tuumajaama rajamise kulud ning on võrreldav tuule- ja elektrienergia rajamise kuludega. päikeseelektrijaamad.
GeoTPP ilmselge majanduslik eelis on tasuta energiakandja. Võrdluseks, töötava soojus- või tuumaelektrijaama kulustruktuuris moodustab kütus olenevalt hetkeenergia hindadest 50–80% või isegi rohkem. Siit tuleneb ka geotermilise süsteemi eelis: tegevuskulud on stabiilsemad ja prognoositavamad, kuna need ei sõltu energiahindade välisest konjunktuurist. Üldiselt on GeoTPP tegevuskulud hinnanguliselt 2–10 senti (60 kopikat–3 rubla) 1 kWh toodetud võimsuse kohta.
Suuruselt teine (ja väga oluline) kuluartikkel energiakandja järel on reeglina jaama personali palk, mis võib riigiti ja piirkonniti dramaatiliselt erineda.
Keskmiselt on 1 kWh maasoojusenergia maksumus võrreldav soojuselektrijaamade omaga (Venemaa tingimustes umbes 1 rubla / 1 kWh) ja kümme korda kõrgem kui hüdroelektrijaamade elektritootmise maksumus (5–10 kopikat). / 1 kWh).
Osaliselt on kõrge hinna põhjuseks see, et erinevalt soojus- ja hüdroelektrijaamadest on GeoTPP suhteliselt väike võimsus. Lisaks on vaja võrrelda süsteeme, mis asuvad samas piirkonnas ja sarnastes tingimustes. Nii näiteks maksab Kamtšatkal ekspertide sõnul 1 kWh maasoojuselektrit 2–3 korda odavamalt kui kohalikes soojuselektrijaamades toodetud elekter.
Maasoojussüsteemi majandusliku efektiivsuse näitajad sõltuvad näiteks sellest, kas heitvett on vaja ära visata ja millistel viisidel seda tehakse, kas ressursi kombineeritud kasutamine on võimalik. Seega võivad termaalveest ekstraheeritud keemilised elemendid ja ühendid anda lisatulu. Tuletagem meelde Larderello näidet: seal oli primaarne keemiline tootmine ja maasoojusenergia kasutamine oli esialgu abistava iseloomuga.
Geotermiline energia edasi
Geotermiline energia areneb mõnevõrra teisiti kui tuule- ja päikeseenergia. Praegu sõltub see suuresti ressursi enda olemusest, mis on piirkonniti järsult erinev, ja suurimad kontsentratsioonid on seotud kitsaste geotermiliste anomaaliate tsoonidega, mis on tavaliselt seotud tektooniliste rikete ja vulkanismi piirkondadega.
Lisaks on maasoojusenergia võrreldes tuule- ja veelgi enam päikeseenergiaga tehnoloogiliselt vähem mahukas: maasoojusjaamade süsteemid on üsna lihtsad.
Maailma elektritootmise üldises struktuuris moodustab geotermiline komponent alla 1%, kuid mõnes piirkonnas ja riigis ulatub selle osakaal 25–30%. Geoloogiliste tingimustega seotuse tõttu on märkimisväärne osa geotermilise energia võimsusest koondunud kolmanda maailma riikidesse, kus on kolm tööstuse suurima arenguga klastrit – Kagu-Aasia, Kesk-Ameerika ja Ida-Aafrika saared. Esimesed kaks piirkonda on osa Vaikse ookeani "Maa tulevööst", kolmas on seotud Ida-Aafrika lõhega. Suure tõenäosusega jätkab nendes vööndites maasoojusenergia areng. Kaugem väljavaade on naftatermilise energia arendamine, kasutades mitme kilomeetri sügavusel asuvate maakihtide soojust. See on peaaegu üldlevinud ressurss, kuid selle kaevandamine nõuab suuri kulutusi, mistõttu naftasoojusenergia areneb eelkõige majanduslikult ja tehnoloogiliselt võimsaimates riikides.
Üldiselt, arvestades geotermiliste ressursside laialdast levikut ja vastuvõetavat keskkonnaohutuse taset, on põhjust arvata, et maasoojusenergial on head arenguväljavaated. Eelkõige traditsiooniliste energiakandjate nappuse ja nende hinnatõusu ohuga.
Kamtšatkast Kaukaasiasse
Venemaal on maasoojusenergia areng küllaltki pika ajalooga ning mitmel positsioonil oleme maailma liidrite hulgas, kuigi maasoojusenergia osatähtsus tohutu riigi üldises energiabilansis on siiski tühine.
Geotermilise energia arendamise teerajajad ja keskused Venemaal olid kaks piirkonda - Kamtšatka ja Põhja-Kaukaasia ning kui esimesel juhul räägime peamiselt elektrienergiatööstusest, siis teisel - soojusenergia kasutamisest. termiline vesi.
Põhja-Kaukaasias - Krasnodari territooriumil, Tšetšeenias, Dagestanis - kasutati termaalvee soojust energeetikaks juba enne Suurt Isamaasõda. 1980.–1990. aastatel jäi geotermilise energia areng piirkonnas arusaadavatel põhjustel soiku ega ole siiani seisakust taastunud. Sellegipoolest annab Põhja-Kaukaasia geotermiline veevarustus soojust umbes 500 tuhandele inimesele ja näiteks Krasnodari territooriumil asuv Labinski linn, kus elab 60 tuhat inimest, on täielikult geotermiliste vete poolt soojendatud.
Kamtšatkal seostatakse geotermilise energia ajalugu eelkõige GeoPP ehitamisega. Neist esimesed, siiani töötavad Paužetskaja ja Paratunskaja jaamad, ehitati aastatel 1965–1967, Paratunskaja GeoPP võimsusega 600 kW sai aga esimeseks kahendtsükliga jaamaks maailmas. See oli Nõukogude teadlaste S. S. Kutateladze ja A. M. Rosenfeldi väljatöötamine Venemaa Teaduste Akadeemia Siberi filiaali soojusfüüsika instituudist, kes said 1965. aastal autoriõiguse tunnistuse 70 °C temperatuuriga veest elektri ammutamiseks. Sellest tehnoloogiast sai hiljem prototüüp enam kui 400 binaarsele GeoPP-le maailmas.
1966. aastal kasutusele võetud Pauzhetskaya GeoPP võimsus oli algselt 5 MW ja seejärel suurendati võimsust 12 MW-ni. Praegu on jaamas pooleli binaarplokk, mis suurendab selle võimsust veel 2,5 MW võrra.
Geotermilise energia arengut NSV Liidus ja Venemaal takistas traditsiooniliste energiaallikate – nafta, gaasi, kivisüsi – kättesaadavus, kuid see ei peatunud kunagi. Hetkel on suurimad maasoojuselektrijaamad Verhne-Mutnovskaja GeoPP koguvõimsusega 12 MW, mis võeti kasutusele 1999. aastal, ja Mutnovskaja Geoelektrijaama võimsusega 50 MW (2002).
Mutnovskaja ja Verkhne-Mutnovskaja GeoPP on ainulaadsed objektid mitte ainult Venemaa, vaid ka maailma mastaabis. Jaamad asuvad Mutnovski vulkaani jalamil, 800 meetri kõrgusel merepinnast ja töötavad ekstreemsetes kliimatingimustes, kus aastas on talv 9-10 kuud. Mutnovsky GeoPP-de seadmed, mis on praegu üks kaasaegsemaid maailmas, loodi täielikult kodumaistes energeetikaettevõtetes.
Praegu on Mutnovski jaamade osakaal Kesk-Kamtšatka energiakeskuse energiatarbimise üldises struktuuris 40%. Lähiaastatel on plaanis võimsuse suurendamine.
Eraldi tuleks seda öelda Venemaa naftatermiliste arengute kohta. Meil pole veel suuri PDS-e, küll aga on olemas arenenud tehnoloogiad suure sügavusega (umbes 10 km) puurimiseks, millel samuti maailmas analooge pole. Nende edasine arendamine võimaldab oluliselt vähendada naftatermiliste süsteemide loomise kulusid. Nende tehnoloogiate ja projektide arendajad on N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Venemaa Teaduste Akadeemia Geoloogiainstituut), A. S. Nekrasov (Venemaa Teaduste Akadeemia Majandusprognooside Instituut) ja Kaluga turbiinitehase spetsialistid. Praegu on Venemaal petrotermilise tsirkulatsioonisüsteemi projekt pilootfaasis.
Venemaal on geotermilisel energial väljavaateid, kuigi need on suhteliselt kauged: hetkel on potentsiaal üsna suur ja traditsioonilise energia positsioon tugev. Samas on mitmetes riigi kaugemates piirkondades maasoojusenergia kasutamine majanduslikult tasuv ja nõutud ka praegu. Need on suure geoenergeetilise potentsiaaliga territooriumid (Tšukotka, Kamtšatka, Kuriilid - Vaikse ookeani "Maa tulevööndi" Venemaa osa, Lõuna-Siberi ja Kaukaasia mäed) ning samal ajal kauged ja tsentraliseeritud energiast ära lõigatud. pakkumine.
Tõenäoliselt areneb lähikümnenditel geotermiline energia meie riigis just sellistes piirkondades.
Üks parimaid, ratsionaalsemaid meetodeid kapitaalsete kasvuhoonete ehitamisel on maa-alune termoskasvuhoone.
Selle maa temperatuuri püsivuse tõsiasja kasutamine sügavusel kasvuhoone ehitamisel annab külmal aastaajal küttekuludes tohutu kokkuhoiu, hõlbustab hooldust, muudab mikrokliima stabiilsemaks..
Selline kasvuhoone töötab kõige tõsisemate külmade korral, võimaldab teil toota köögivilju, kasvatada lilli aastaringselt.
Korralikult varustatud maetud kasvuhoone võimaldab kasvatada muuhulgas soojalembeseid lõunamaa kultuure. Piirangud praktiliselt puuduvad. Tsitrusviljad ja isegi ananassid võivad end kasvuhoones suurepäraselt tunda.
Kuid selleks, et kõik praktikas korralikult toimiks, on hädavajalik järgida ajaproovitud tehnoloogiaid, mille abil maa-alused kasvuhooned ehitati. See idee pole ju uus, isegi tsaari ajal Venemaal andsid maetud kasvuhooned ananassisaaki, mida ettevõtlikud kaupmehed Euroopasse müügiks eksportisid.
Millegipärast pole selliste kasvuhoonete ehitamine meie riigis laialt levinud, suures plaanis unustatakse see lihtsalt ära, kuigi disain sobib just meie kliimasse ideaalselt.
Tõenäoliselt mängis siin rolli vajadus kaevata sügav süvend ja valada vundament. Maetud kasvuhoone ehitamine on üsna kallis, see pole kaugeltki polüetüleeniga kaetud kasvuhoone, kuid kasvuhoone tootlus on palju suurem.
Maasse süvenedes ei kao üldine sisemine valgustus, see võib tunduda kummaline, kuid mõnel juhul on valgusküllastus isegi suurem kui klassikalistel kasvuhoonetel.
Konstruktsiooni tugevusest ja töökindlusest ei saa mainimata jätta, see on tavapärasest võrreldamatult tugevam, talub kergemini orkaanilisi tuuleiile, talub hästi rahet ning lumeummistused ei saa takistuseks.
1. Pit
Kasvuhoone loomine algab vundamendi süvendi kaevamisest. Maa soojuse kasutamiseks sisemahu soojendamiseks tuleb kasvuhoone piisavalt süvendada. Mida sügavamale maapind soojeneb.
Maapinnast 2-2,5 meetri kaugusel temperatuur aasta jooksul peaaegu ei muutu. 1 m sügavusel kõigub mulla temperatuur rohkem, kuid talvel jääb selle väärtus plussiks, tavaliselt on keskmises vööndis temperatuur olenevalt aastaajast 4-10 C.
Maetud kasvuhoone ehitatakse ühe hooajaga. See tähendab, et talvel saab see juba toimida ja tulu teenida. Ehitamine ei ole odav, kuid kasutades leidlikkust, kompromissi materjale, on võimalik säästa sõna otseses mõttes suurusjärgus, tehes kasvuhoonele omamoodi säästliku variandi, alustades vundamendi süvendist.
Näiteks tehke ilma ehitustehnikat kaasamata. Kuigi töö kõige aeganõudvam osa - kaevu kaevamine - on muidugi parem ekskavaatorile anda. Sellise maapinna käsitsi eemaldamine on keeruline ja aeganõudev.
Kaeveõõne sügavus peaks olema vähemalt kaks meetrit. Sellisel sügavusel hakkab maa oma soojust jagama ja töötama nagu omamoodi termos. Kui sügavus on väiksem, siis põhimõtteliselt idee töötab, kuid märgatavalt vähem tõhusalt. Seetõttu on soovitatav tulevase kasvuhoone süvendamiseks vaeva ja raha säästa.
Maa-alused kasvuhooned võivad olla mis tahes pikkusega, kuid parem on hoida laiust 5 meetri piires, kui laius on suurem, halvenevad kütte ja valguse peegelduse kvaliteediomadused.
Horisondi külgedel peavad maa-alused kasvuhooned, nagu tavalised kasvuhooned ja kasvuhooned, olema orienteeritud idast läände, st nii, et üks külg oleks suunatud lõuna poole. Selles asendis saavad taimed maksimaalselt päikeseenergiat.
2. Seinad ja katus
Piki kaevu perimeetrit valatakse vundament või laotakse plokid. Vundament on konstruktsiooni seinte ja karkassi aluseks. Seinad on kõige parem teha heade soojusisolatsiooniomadustega materjalidest, termoplokid on suurepärane valik.
Katuseraam on sageli valmistatud puidust, antiseptiliste ainetega immutatud vardadest. Katusekonstruktsioon on tavaliselt sirge viil. Konstruktsiooni keskele on kinnitatud harjatala, selleks paigaldatakse põrandale kogu kasvuhoone pikkuses kesksed toed.
Harjatala ja seinad on ühendatud sarikareaga. Raami saab teha ilma kõrgete tugedeta. Need asendatakse väikestega, mis asetatakse kasvuhoone vastaskülgi ühendavatele põiktaladele - see disain muudab siseruumi vabamaks.
Katusekattena on parem võtta kärgpolükarbonaat - populaarne kaasaegne materjal. Sarikate vaheline kaugus ehituse ajal reguleeritakse polükarbonaadist lehtede laiusega. Materjaliga on mugav töötada. Kate saadakse väikese arvu vuukidega, kuna lehti toodetakse pikkusega 12 m.
Need on raami külge kinnitatud isekeermestavate kruvidega, parem on valida need seibi kujul oleva korgiga. Lehe pragunemise vältimiseks tuleb iga isekeermestava kruvi alla puurida puuriga sobiva läbimõõduga auk. Kruvikeeraja või tavalise Phillipsi otsaga puuriga liiguvad klaasimistööd väga kiiresti. Vahede vältimiseks on hea eelnevalt laduda sarikad mööda pealmist pehmest kummist või muust sobivast materjalist hermeetikuga ja alles seejärel plekke kruvida. Katusetipp piki harja tuleb laotada pehme isolatsiooniga ja vajutada mingi nurgaga: plastik, plekk või muu sobiv materjal.
Hea soojusisolatsiooni tagamiseks tehakse katus mõnikord kahekordse polükarbonaadikihiga. Kuigi läbipaistvus väheneb umbes 10%, on see kaetud suurepärase soojusisolatsiooniga. Tuleb märkida, et lumi sellisel katusel ei sula. Seetõttu peab kalle olema piisava nurga all, vähemalt 30 kraadi, et lumi katusele ei koguneks. Lisaks on raputamiseks paigaldatud elektrivibraator, mis säästab katust, kui lund siiski koguneb.
Topeltklaasid tehakse kahel viisil:
Kahe lehe vahele sisestatakse spetsiaalne profiil, lehed kinnitatakse raami külge ülalt;
Esiteks kinnitatakse alumine klaasikiht seestpoolt raami külge, sarikate alla. Teise kihiga kaetakse katus nagu ikka ülevalt.
Pärast töö lõpetamist on soovitav kõik vuugid teibiga liimida. Valmis katus näeb välja väga muljetavaldav: ilma tarbetute liigenditeta, sile, ilma silmapaistvate osadeta.
3. Soojenemine ja soojendamine
Seinte isolatsioon toimub järgmiselt. Esmalt tuleb kõik seina vuugid ja õmblused hoolikalt lahusega katta, siin saab kasutada ka montaaživahtu. Seinte sisekülg on kaetud soojusisolatsioonikilega.
Külmades piirkondades on hea kasutada fooliumi paksu kilet, kattes seina kahekordse kihiga.
Kasvuhoone sügaval mullas on temperatuur üle nulli, kuid külmem kui taimede kasvuks vajalik õhutemperatuur. Pealmist kihti soojendavad päikesekiired ja kasvuhoone õhk, kuid siiski võtab muld soojust ära, mistõttu kasutatakse sageli maa-alustes kasvuhoonetes "sooja põranda" tehnoloogiat: kütteelementi - elektrikaablit - kaitseb metallist grill või valatakse betooniga.
Teisel juhul valatakse peenarde muld betooni peale või kasvatatakse rohelist pottides ja lillepottides.
Põrandakütte kasutamine võib piisava võimsuse korral olla piisav kogu kasvuhoone kütmiseks. Kuid efektiivsem ja taimedele mugavam on kasutada kombineeritud kütet: põrandaküte + õhkküte. Hea kasvu jaoks vajavad nad õhutemperatuuri 25–35 kraadi ja maapinna temperatuuri umbes 25 ° C.
KOKKUVÕTE
Muidugi maksab maetud kasvuhoone ehitamine rohkem ja nõuab rohkem pingutusi kui tavapärase konstruktsiooniga sarnase kasvuhoone ehitamisel. Kuid kasvuhoonetermosse investeeritud vahendid on aja jooksul õigustatud.
Esiteks säästab see kütmisel energiat. Ükskõik, kuidas tavalist maapealset kasvuhoonet talvel köetakse, on see alati kallim ja keerulisem kui sarnane kütteviis maa-aluses kasvuhoones. Teiseks säästa valgustuse pealt. Seinte valgust peegeldav fooliumsoojusisolatsioon kahekordistab valgustuse. Sügavkasvuhoones on talvel taimedele soodsam mikrokliima, mis kindlasti mõjutab saagikust. Seemikud juurduvad kergesti, õrnad taimed tunnevad end suurepäraselt. Selline kasvuhoone tagab kõigi taimede stabiilse kõrge saagi aastaringselt.
Et arvutada, milliste väärtusteni ulatub rõhk Maa sees, mis on põhjustatud erinevatest kestadest moodustavate kivimite massist, peate teadma kivimite tihedust kõigil sügavustel ja gravitatsiooni suurust ka kõigil sügavustel kuni Keskus.
Nagu nägime, suureneb kivimite tihedus sügavusega, kuigi ebaühtlaselt. Alates 2,5 pinnalt tõuseb see umbes 100 sügavusel 3,4-ni km ja kuni 6.0 2900 juures km pinna all. Siin, südamiku piiril, täheldatakse tiheduse väärtuse hüpet: see jõuab kohe väärtuseni 9,5 (ligikaudu) ja kasvab seejärel ühtlaselt, jõudes südamiku keskel 12,5-ni (MS Molodensky, 1955 järgi) ) (vt joonis 8).
Riis. 8. Tiheduse muutus Maa sees.
Mis puudutab gravitatsiooni, siis selle kohta võib öelda järgmist. Gravitatsioon on jõud, millega Maa tõmbab kõik kehad enda poole. Selle jõu mõjul langevad vabas olekus (näiteks õhus) olevad kehad Maale, s.t. liiguvad Maa keskpunkti poole, järk-järgult kiirendades, s.t. saavad "kiirenduse". "Gravitatsioonikiirenduse" suurusjärku saab välja arvutada. Maa pinnal on gravitatsioonist tingitud kiirendus ligikaudu 9,8 m/s 2; Maa sügavustes see esmalt veidi suureneb, saavutades maksimumi tuuma pinna lähedal ja seejärel kiiresti väheneb, jõudes Maa keskpunktis nullini (joon. 9). See on arusaadav: maakera keskel asuvat punkti tõmbavad kõik seda ümbritsevad osad kõigi raadiuste ulatuses ühesuguse jõuga ja selle tulemusena võrdub resultant nulliga.
Riis. 9. Gravitatsioonikiirenduse muutus Maa sees.
Selle teabe abil saame arvutada kivisamba massi, mille ristlõige on 1 ruut. sentimeetrit ja pikkus, mis võrdub Maa või selle mis tahes osa raadiusega. See on rõhk, mida avaldab katvate kivimite kaal elementaaralale (1 ruut cm) sügaval maa sees. Arvutused annavad tulemuseks järgmised arvud: maakoore "jalamil" ehk siaalkesta põhjas (50 sügavusel km) - umbes 13 tuhat atmosfääri, st umbes 13 tonni ruutsentimeetri kohta; südamiku piiril - umbes 1,4 miljonit atmosfääri; Maa keskosas - umbes 3 miljonit atmosfääri (joon. 10). Kolm miljonit atmosfääri on ligikaudu kolm tuhat tonni ruutsentimeetri kohta. See on tohutu summa. Sellist survet pole veel ükski labor suutnud saavutada.
Riis. 10. Rõhu muutused Maa sees.
Liigume edasi temperatuuri juurde. Puuraukudes ja ka kaevandustes tehtud mõõtmiste kohaselt leiti, et temperatuur tõuseb sügavusega, tõustes ligikaudu 3 ° iga 100 meetri kohta. Sarnane temperatuuri kasvutempo püsib kõikjal, kõigil mandritel, kuid ainult Maa välimistel osadel, selle pinna lähedal. Sügavuse korral "geotermilise gradiendi" (geotermiline gradient - temperatuuri muutus kraadides sentimeetri kohta) suurus langeb. Kivimite soojusjuhtivusel põhinevad arvutused näitavad, et maakera välimiste osade kohta tuntud geotermiline gradient püsib mitte kauem kui esimesed 20 km; allpool aeglustub temperatuuri tõus märgatavalt. Sialkesta talla juures ei ole temperatuur tõenäoliselt üle 900°; 100 sügavusel km - umbes 1500°; Lisaks aeglustub selle kasv veelgi. Mis puudutab Maa keskosasid, eriti tuuma, siis nende kohta on väga raske midagi kindlalt väita. Seda küsimust uurinud eksperdid usuvad, et Maa sisemust soojeneb mitte rohkem kui 2-3 tuhat kraadi (joonis 11).
Riis. 11. Temperatuuri muutus Maa sees.
Võrdluseks võib olla huvitav meenutada, et Päikese keskel hinnatakse temperatuuri 1 miljon kraadi, Päikese pinnal - umbes 6000 °. Põleva elektripirni juuksed kuumutatakse kuni 3000°.
Soojusallikate ja maakera soojusrežiimi kohta on saadaval huvitavaid andmeid. Kunagi usuti, et Maa säilitab "algse" soojuse, mis on talle "pärinud" Päikese poolt, ja kaotab selle järk-järgult, jahtudes ja mahult kahaneb. Radioaktiivsete elementide avastamine on muutnud varasemaid ideid. Selgus, et maakoore moodustavad kivimid sisaldavad radioaktiivseid elemente, mis spontaanselt ja pidevalt soojust eraldavad. Selle soojuse koguseks hinnatakse ligikaudu 6 miljondikut väikest kalorit 1 kuupsentimeetri kivimi kohta aastas ja selleks, et katta kogu maapinnalt maailmaruumi kiirgava soojuse kulu, on vajalik, et sama elementaar kivikuubik eraldab aastas vaid kolm kümnemiljonikut väikest kalorit. Teisisõnu pole põhjust arvata, et maakera jahtub. Pigem vastupidi, see võib soojendada. Selle põhjal on viimastel aastatel välja pakutud uusi hüpoteese maakoore arengu ja selle kogetud liikumiste tekke kohta.
Arvestades kõrge temperatuuri olemasolu Maa soolestikus, on meil õigus esitada järgmine küsimus: millises füüsilises (“agregeeritud”) olekus on Maa sisemised osad? Tahkel või vedelal või võib-olla gaasilisel kujul?
Viimase versiooni, st Maa sees oleva aine gaasilise oleku kontseptsiooni, võib kohe tagasi lükata. Maa moodustavate mineraalide gaasiks muutmine nõuab ülaltoodud andmete põhjal lubatust palju kõrgemat temperatuuri.
Kuid kivimid võivad olla vedelas olekus. On teada näiteks, et “happelised” kivimid sulavad 1000°C, “aluselised” kivimid sulavad 1000–1200°C ja “ülialuselised” 1300–1400°C juures. See tähendab, et juba 100–130 sügavusel km kivid peaksid sulama. Kuid seal on väga kõrge rõhk ja rõhk tõstab sulamistemperatuuri. Kelle mõju on suurem: kõrge temperatuur või kõrge rõhk?
Siin tuleb taas pöörduda seismiliste vaatluste appi. Piki- ja põiklained läbivad vabalt kõik Maa kestad, mis on suletud Maa pinna ja tuuma piiri vahele; järelikult käitub mateeria siin kõikjal nagu tahke aine. See järeldus on kooskõlas astronoomide ja geofüüsikute järeldusega, kes on näidanud, et Maa kõvadus on tervikuna lähedane terase kõvadusele. V. F. Bonchkovsky arvutuste kohaselt on Maa kõvaduseks hinnatud 12 10 11 düüni ruutsentimeetri kohta, mis on neli korda suurem kui graniidi kõvadus.
Seega viitab tänapäevaste andmete kogum, et kõiki Maa kestasid (välja arvatud selle tuum!) tuleks pidada tahkes olekus olevateks. Aine vedelat olekut saab eeldada vaid üsna ebaolulistel maakoore paksuse aladel, millega vulkaanid on otseselt seotud.
Temperatuuriväljade modelleerimiseks ja muudeks arvutusteks on vaja teada mulla temperatuuri antud sügavusel.
Pinnase temperatuuri sügavusel mõõdetakse heitgaasi sügavuse termomeetrite abil. Need on plaanilised uuringud, mida meteoroloogiajaamad regulaarselt läbi viivad. Uuringuandmed on aluseks kliimaatlastele ja regulatiivsele dokumentatsioonile.
Pinnase temperatuuri saamiseks etteantud sügavusel võite proovida näiteks kahte lihtsat meetodit. Mõlemad meetodid põhinevad teatmekirjandusel:
- Temperatuuri ligikaudseks määramiseks võite kasutada dokumenti TsPI-22. "Raudteeületuskohad torujuhtmetega". Siin on torustike soojustehnilise arvutuse metoodika raames toodud tabel 1, kus teatud kliimapiirkondade jaoks on toodud pinnase temperatuurid sõltuvalt mõõtesügavusest. Esitan selle tabeli allpool.
Tabel 1
- Pinnase temperatuuride tabel erinevatel sügavustel allikast "gaasitööstuse töölise abistamiseks" NSV Liidu aegadest
Mõne linna normatiivne külmumissügavus:
Mulla külmumise sügavus sõltub pinnase tüübist:
Arvan, et kõige lihtsam variant on kasutada ülaltoodud viiteandmeid ja seejärel interpoleerida.
Kõige usaldusväärsem võimalus täpseteks arvutusteks maapinna temperatuuride abil on kasutada meteoroloogiateenistuste andmeid. Meteoroloogiateenuste alusel töötavad mõned veebikataloogid. Näiteks http://www.atlas-yakutia.ru/.
Siin piisab, kui valida asula, pinnase tüüp ja saad mulla temperatuurikaardi või selle andmed tabelina. Põhimõtteliselt on see mugav, kuid tundub, et see ressurss on tasuline.
Kui teate rohkem võimalusi mulla temperatuuri määramiseks antud sügavusel, siis kirjutage kommentaaridesse.
Teid võivad huvitada järgmised materjalid:
Temperatuuri muutus sügavusega. Maa pind päikesesoojuse ebaühtlase varustamise tõttu kas soojeneb või jahtub. Need temperatuurikõikumised tungivad väga madalalt Maa paksusesse. Niisiis, päevane kõikumine sügavusel 1 m tavaliselt enam ei tunneta. Mis puutub iga-aastastesse kõikumisse, siis need tungivad erinevatele sügavustele: soojades maades 10-15. m, ja külmade talvede ja kuumade suvedega riikides kuni 25-30 ja isegi 40 m. Sügavam kui 30-40 m juba kõikjal Maal hoitakse temperatuuri konstantsena. Näiteks Pariisi observatooriumi keldrisse paigutatud termomeeter on juba üle 100 aasta kogu aeg näidanud 11°,85C.
Konstantse temperatuuriga kihti vaadeldakse kogu maakeral ja seda nimetatakse konstantse või neutraalse temperatuuriga vööndiks. Selle vöö sügavus varieerub sõltuvalt kliimatingimustest ja temperatuur on ligikaudu võrdne selle koha aasta keskmise temperatuuriga.
Süvenedes Maa sisse püsiva temperatuuri kihi alla, on tavaliselt märgata temperatuuri järkjärgulist tõusu. Seda märkasid esmalt sügavates kaevandustes olevad töötajad. Seda täheldati ka tunnelite rajamisel. Näiteks Simploni tunneli rajamisel (Alpides) tõusis temperatuur 60 ° -ni, mis tekitas töös märkimisväärseid raskusi. Sügavates puuraukudes täheldatakse veelgi kõrgemat temperatuuri. Näiteks võib tuua Tšuhhovskaja kaevu (Ülem-Sileesia), mille sügavusel 2220 m temperatuur oli üle 80° (83°, 1) jne. m temperatuur tõuseb 1°C võrra.
Nimetatakse meetrite arvu, mille jooksul peate Maa sügavale sisenema, et temperatuur tõuseks 1 ° C geotermiline samm. Geotermiline samm erinevatel juhtudel ei ole sama ja enamasti jääb see vahemikku 30 kuni 35 m. Mõnel juhul võivad need kõikumised olla isegi suuremad. Näiteks Michigani osariigis (USA) ühes järve lähedal asuvas puuraugus. Michigan, geotermiline etapp osutus mitte 33, vaid 70 m Vastupidi, ühes Mehhiko kaevus, seal 670 kraadi sügavusel, täheldati väga väikest geotermilist sammu. m seal oli vesi temperatuuriga 70 °. Seega osutus maasoojusaste ainult umbes 12-ks m. Väikseid geotermilisi astmeid täheldatakse ka vulkaanilistes piirkondades, kus madalal sügavusel võib veel olla tardkivimite jahtumata kihte. Kuid kõik sellised juhtumid pole niivõrd reeglid, kuivõrd erandid.
Põhjuseid, mis mõjutavad geotermilist faasi, on palju. (Lisaks eeltoodule võib välja tuua kivimite erineva soojusjuhtivuse, kihtide tekke iseloomu jne.
Maastikul on temperatuuride jaotumises suur tähtsus. Viimast on selgelt näha lisatud joonisel (joonis 23), mis kujutab Alpide lõiku piki Simploni tunneli joont, kusjuures geoisotermid on joonistatud punktiirjoonega (st võrdse temperatuuriga jooned Maa sees). Geoisotermid näivad siin reljeefi kordavat, kuid sügavusega reljeefi mõju järk-järgult väheneb. (Geoisotermide tugev allapoole painutamine Balle'is on tingitud siin täheldatud tugevast veeringlusest.)
Maa temperatuur suurtes sügavustes. Vaatlused temperatuuride kohta puuraukudes, mille sügavus ületab harva 2-3 km, Loomulikult ei saa nad Maa sügavamate kihtide temperatuuridest aimu anda. Kuid siin tulevad meile appi mõned nähtused maapõue elust. Vulkanism on üks selline nähtus. Maa pinnal laialt levinud vulkaanid toovad maapinnale sulalaavat, mille temperatuur on üle 1000 °. Seetõttu on meil suurtel sügavustel temperatuur üle 1000°.
Oli aeg, mil teadlased püüdsid geotermilise staadiumi põhjal arvutada sügavust, mille juures võib temperatuur olla kuni 1000–2000 °. Selliseid arvutusi ei saa aga pidada piisavalt põhjendatuks. Jahutava basaltkuuli temperatuuri kohta tehtud vaatlused ja teoreetilised arvutused annavad alust väita, et maasoojusastme väärtus kasvab sügavusega. Kuid millises ulatuses ja sügavusele selline tõus läheb, ei oska me samuti veel öelda.
Kui eeldada, et temperatuur tõuseb pidevalt sügavusega, siis Maa keskmes tuleks seda mõõta kümnetes tuhandetes kraadides. Sellistel temperatuuridel peaksid kõik meile teadaolevad kivimid minema vedelasse olekusse. Tõsi, Maa sees on tohutu rõhk ja me ei tea midagi kehade seisundist sellisel rõhul. Meil pole aga andmeid selle kohta, et temperatuur tõuseb pidevalt sügavusega. Nüüd jõuab enamik geofüüsikuid järeldusele, et temperatuur Maa sees võib vaevalt olla üle 2000 °.
Soojusallikad. Mis puudutab Maa sisetemperatuuri määravaid soojusallikaid, siis need võivad olla erinevad. Lähtudes hüpoteesidest, mille kohaselt on Maa moodustunud punakuumusest ja sulamassist, tuleb sisesoojuseks pidada keha pinnalt sulava keha jääksoojust. Siiski on alust arvata, et Maa sisemise kõrge temperatuuri põhjuseks võib olla uraani, tooriumi, aktinouraani, kaaliumi ja teiste kivimites sisalduvate elementide radioaktiivne lagunemine. Radioaktiivsed elemendid on enamasti levinud Maa pinnakihi happelistes kivimites, vähem levinud sügavamal asuvates aluselistes kivimites. Samas on põhikivimid neis rikkamad kui raudmeteoriidid, mida peetakse kosmiliste kehade siseosade fragmentideks.
Vaatamata radioaktiivsete ainete vähesele hulgale kivimites ja nende aeglasele lagunemisele, on radioaktiivse lagunemise tulemusena tekkiva soojuse summaarne hulk suur. Nõukogude geoloog V. G. Khlopin arvutas, et Maa ülemises 90-kilomeetrises kestas sisalduvatest radioaktiivsetest elementidest piisab, et katta planeedi soojuskadu kiirgusest. Koos radioaktiivse lagunemisega vabaneb soojusenergia Maa aine kokkusurumisel, keemiliste reaktsioonide jne käigus.
