Геотермальная энергия – это тепло, вырабатываемое в недрах земли. Слово “геотермальная” происходит от греческих слов “гео” (земля) и “терме” (тепло). Геотермальная энергия является возобновляемым источником энергии, поскольку тепло непрерывно вырабатывается внутри земли.
Поверхность земли поглощает около 50 процентов солнечной энергии. Это, а также радиоактивный распад минералов, приводит к выработке геотермальной энергии. — Масштабы использования геотермальной энергии поражают воображение.
Это экологически чистая энергия, которая может быть получена без сжигания ископаемого топлива, такого как уголь, газ или нефть. При использовании геотермальной энергии для производства электроэнергии образуется лишь около одной шестой объема углекислого газа, вырабатываемого на электростанциях, работающих на природном газе, и в очень малых объемах – если вообще образуется — выбрасываются закиси азота или диоксида серы.
На недавно прошедшей Международной научной конференции по энергетике (TESC 2024) доцент кафедры технических наук Военного института Министерства обороны Туркменистана Реджепмурат Ишанкулыев выступил с новаторской презентацией, призвав к более широкому использованию геотермальной энергии.
Ссылаясь на данные исследования Массачусетского технологического института, он сообщил, что ежегодно из ядра Земли на ее поверхность поступает 13000 ЗДЖ тепловой энергии, из которых 2000 ЗДЖ доступны для использования. Объем всех видов энергии, потребляемой человечеством в год, составляет примерно 0,5 ЗДЖ, что составляет всего 0,025% от имеющейся тепловой энергии Земли.
[1 Зеттаджоуль равен 1021 джоулю. 1 ZJ = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 Дж]
Очевидно, что если использовать эту энергию, человечество навсегда будет обеспечено экологически чистой электрической и тепловой энергией 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
Вот некоторые части презентации Ишанкулыева:
В технологиях производства геотермальной энергии в качестве теплоносителя для извлечения тепловой энергии Земли – пара воды, пароводяная смеси или горячей воды, контактирующие с недрами геотермального источника. Это создает ряд ограничений в освоении большинства геотермальных источников из-за:
– необходимости теплоносителя с температурой не менее 1820С при прямом способе и не менее 1070С при бинарном способе производства электрической энергии;
– недостаточного ресурса или дебета теплоносителя;
– загрязненности пара воды углекислым газом (CO2), сульфидом серы (H2S), аммиаком (NH3), метаном (CH4) и другими газами;
– загрязненности пароводяной смеси отравляющими газами, поваренной солью (NaCl), бором (B), мышьяком (As), ртутью (Hg) и другими химическими элементами и соединениями;
– высокой минерализации горячей воды.
Ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по усовершенствованной геотермальной системе (EGS) и внедрению передовых геотермальных систем (AGS) для расширения зон и увеличения производства геотермальной энергии. В этих технологиях используется водяной пар, находящийся в контакте с недрами геотермальных источников.
Однако вышеперечисленные и другие факторы являются причинами использования ничтожной доли тепловых ресурсов Земли. По данным Международного энергетического агентства, доля геотермальной энергии в мировом энергобалансе в настоящее время составляет 0,3%, а в 2030 году составит всего 0,5%.
Чтобы устранить причины ограниченности разработки большинства геотермальных источников, необходимо использовать теплоноситель, который не контактирует с землей. Эта идея легла в основу создания газового метода производства геотермальной энергии, который использует газ, образующийся при испарении кипящих жидкостей, для извлечения тепловой энергии Земли.
На основе газового способа получения геотермальной энергии разработан ряд изобретений, которые радикально меняют концепции развития геотермальной энергетики и оценки геотермальных ресурсов территорий.
Эти изобретения опубликованы в электронном журнале WIPO:
1. WO 20240047404 A2. Геотермальная теплофикационная электрическая станции, работающая на кипящей жидкости.
2. WO 20240047405 A2. Геотермальный комплекс по производству дистиллированной воды.
3. WO 20240047404 A2. Геотермальная электрическая станция, работающая на кипящей жидкости.
4. WO 20240052735 A2. Геотермальный комплекс по производству водорода.
5. WO 20240052735 A2. Установка тепловой насос с подземным испарителем.
На рис.1а приведена схема работы существующей бинарной электрической станции в одноступенчатом жидкостно-бинарном цикле, а в рис.1б показан тот же схема, после внесения в неё газового метода производства геотермальной энергии. Наглядно видно, что это позволяет создать ГеоЭС принципиально нового типа по принципу работы и конструкции.
Инновации изобретений позволяют:
– производить геотермальную энергию независимо от ресурса, дебета или состава пара воды, пароводяной смеси или горячей воды в геотермальном источнике;
– производить экологически чистый зеленый водород, электрическую и тепловую энергию без нанесения ущерба окружающей среде и недрам геотермального источника;
– обеспечить компактность геотермальной установки;
– устранить необходимости бурения разведочных скважин;
– значительно повысить их технико-экономические, экологические и другие показатели производства геотермальной энергии.
Одним из важнейших проблем современности является достижение гармоничного отношения развития человечества и окружающей среды. Пока по различным причинам этого нет, этому свидетельствуют происходящие и ожидаемые в мире различные природные катастрофы.
В настоящее время экологически чистым и эффективным способом производства зеленого водорода является высокотемпературный электролиз пара воды. Однако этот способ требует значительной электрической и тепловой энергии по сравнению с другими способами.
Например, для получения 1,1 тонны водорода при высокотемпературном электролизе воды требуется 39,4 МВт-ч, а при реформинге метана 5,7 МВт-ч.
Поэтому сейчас всего 2% от общего объема водорода в мире производится электролизом воды, 75% водорода получают из природного газа и остальное из угля.
Рассмотрим возможность одновременного решения проблем достижения нулевого углеродного уровня производства зеленого водорода и предотвращения извержения супервулканов с использованием предложенного в изобретении геотермального комплекса по производству водорода.
Наиболее оптимальной территорией для расположения геотермальных комплексов по производству водорода является кальдера супервулканов, где магма с температурой до 1300°C расположена на глубине 2…4 км. Они все расположены на берегу морей и океанов или по их территории текут реки являющихся естественными источниками воды необходимого для производства водорода.
В геотермальном комплексе по производству водорода жидкость и образуемая при испарении кипящей жидкости газ циркулирует по замкнутому контуру «испаритель кипящей жидкости – турбина – компрессор – испаритель воды – нагреватель воды – подогреватель воды – испаритель кипящей жидкости».
Комплекс способен обеспечить производства водорода полностью обеспечивается электрической и тепловой энергией, выработанной геотермальной энергией. Также комплекс способен эффективно охлаждать недра вулканов и кальдер супервулканов в результате теплообмена образуемого низкотемпературного газа в камере испарителя 2 и высоко нагретого грунта, охватывающего испаритель 1.
* * *
В 2023 году это были 10 ведущих геотермальных стран мира:
Соединенные Штаты – 3900 МВт.
Индонезия – 2418 МВт.
Филиппины – 1952 МВт.
Турция – 1691 МВт.
Новая Зеландия – 1042 МВт.
Кения – 985 МВт.
Мексика – 976 МВт.
Италия – 916 МВт. /// nCa, 12 июня 2024 г.