Energi panas bumi dan pemanfaatannya, prospek energi panas bumi

Ada energi panas yang sangat besar di dalam Bumi. Perkiraan di sini masih sangat berbeda, tetapi menurut perkiraan paling konservatif, jika kita membatasi diri pada kedalaman 3 km, maka energi panas bumi 8 x 1017 kJ. Pada saat yang sama, skala penerapannya yang sebenarnya di negara kita dan di seluruh dunia tidak signifikan. Apa masalahnya di sini dan bagaimana prospek untuk menggunakan energi panas bumi?

Energi panas bumi adalah energi panas bumi. Energi yang dilepaskan dari panas alami bumi disebut energi panas bumi. Sebagai sumber energi, panas bumi, dipadukan dengan teknologi yang ada, dapat memenuhi kebutuhan manusia selama bertahun-tahun. Dan itu bahkan tidak menyentuh kehangatan yang terlalu dalam, di daerah yang sampai sekarang tidak terjangkau.

Selama jutaan tahun, panas ini dilepaskan dari perut planet kita, dan laju pendinginan inti tidak melebihi 400 ° C per miliar tahun! Sementara itu, suhu inti bumi, menurut berbagai sumber, saat ini tidak lebih rendah dari 6650 ° C dan secara bertahap menurun ke permukaannya. 42 triliun watt panas terus-menerus terpancar dari Bumi, hanya 2% yang berada di kerak bumi.

Energi panas internal Bumi dari waktu ke waktu bermanifestasi secara mengancam dalam bentuk letusan ribuan gunung berapi, gempa bumi, pergerakan kerak bumi, dan proses alami lainnya yang kurang terlihat, tetapi tidak kalah globalnya.

Pandangan ilmiah tentang penyebab fenomena ini adalah bahwa asal mula panas Bumi terkait dengan proses peluruhan radioaktif uranium, torium, dan kalium yang terus menerus di bagian dalam planet, serta pemisahan materi secara gravitasi. pada intinya.

Lapisan granit kerak bumi, pada kedalaman 20.000 meter, adalah zona utama peluruhan radioaktif benua, dan untuk lautan, mantel atas adalah lapisan yang paling aktif. Para ilmuwan percaya bahwa di benua, pada kedalaman sekitar 10.000 meter, suhu di dasar kerak sekitar 700 ° C, sedangkan di lautan suhunya hanya mencapai 200 ° C.

Dua persen dari energi panas bumi di kerak bumi adalah 840 miliar watt konstan, dan ini adalah energi yang dapat diakses secara teknologi. Tempat terbaik untuk mengekstraksi energi ini adalah area di dekat tepi lempeng benua, di mana keraknya jauh lebih tipis, dan area aktivitas seismik dan vulkanik—di mana panas bumi termanifestasi sangat dekat dengan permukaan.

Di mana dan dalam bentuk apa energi panas bumi terjadi?

Saat ini, pengembangan energi panas bumi secara aktif dilakukan di: AS, Islandia, Selandia Baru, Filipina, Italia, El Salvador, Hongaria, Jepang, Rusia, Meksiko, Kenya, dan negara lain di mana panas dari perut planet naik ke permukaan berupa uap dan air panas, keluar pada suhu mencapai 300 °C.

Geyser Islandia dan Kamchatka yang terkenal, serta Taman Nasional Yellowstone yang terkenal, yang terletak di negara bagian Wyoming, Montana, dan Idaho, Amerika, seluas hampir 9.000 kilometer persegi, dapat dikutip sebagai contoh nyata.

Ketika berbicara tentang energi panas bumi, sangat penting untuk diingat bahwa sebagian besar berpotensi rendah, yaitu suhu air atau uap yang keluar dari sumur tidak tinggi. Dan ini secara signifikan mempengaruhi efisiensi penggunaan energi tersebut.

Faktanya adalah bahwa untuk produksi listrik saat ini, secara ekonomis lebih baik suhu pendingin setidaknya 150 ° C. Dalam hal ini, dikirim langsung ke turbin.

Ada instalasi yang menggunakan air dengan suhu lebih rendah. Di dalamnya, air panas bumi memanaskan pendingin sekunder (misalnya Freon), yang memiliki titik didih rendah. Uap yang dihasilkan memutar turbin. Tetapi kapasitas instalasi semacam itu kecil (10 — 100 kW) dan oleh karena itu biaya energinya akan lebih tinggi daripada pembangkit listrik yang menggunakan air bersuhu tinggi.

GeoPP di Selandia Baru

Endapan panas bumi adalah batuan berpori yang diisi dengan air panas. Mereka pada dasarnya adalah boiler panas bumi alami.

Namun bagaimana jika air yang dihabiskan di permukaan bumi tidak dibuang, melainkan dikembalikan ke ketel? Membuat sistem sirkulasi? Dalam hal ini, tidak hanya panas dari air panas, tetapi juga bebatuan di sekitarnya akan digunakan. Sistem seperti itu akan meningkatkan jumlah totalnya sebanyak 4-5 kali lipat. Masalah pencemaran lingkungan dengan air asin dihilangkan, karena kembali ke cakrawala bawah tanah.

Dalam bentuk air panas atau uap, panas dialirkan ke permukaan, yang digunakan baik secara langsung untuk memanaskan bangunan dan rumah, atau untuk menghasilkan listrik. Yang juga berguna adalah panas permukaan Bumi, yang biasanya dicapai dengan mengebor sumur, di mana gradiennya meningkat sebesar 1 °C setiap 36 meter.

Untuk menyerap panas ini, mereka menggunakan pompa panas… Air panas dan uap digunakan untuk menghasilkan listrik dan untuk pemanasan langsung, dan panas yang terkonsentrasi jauh di dalam ketiadaan air diubah menjadi bentuk yang berguna oleh pompa panas. Energi magma dan panas yang terakumulasi di bawah gunung berapi diekstraksi dengan cara yang sama.

Secara umum, ada sejumlah metode standar untuk menghasilkan listrik di pembangkit listrik tenaga panas bumi, tetapi sekali lagi baik secara langsung atau dalam skema seperti pompa panas.

Dalam kasus paling sederhana, uap hanya diarahkan melalui pipa ke turbin generator listrik. Dalam skema yang kompleks, uap dimurnikan terlebih dahulu sehingga zat terlarut tidak merusak pipa. Dalam skema campuran, gas terlarut dalam air dihilangkan setelah kondensasi uap dalam air.

Terakhir, ada skema biner di mana cairan lain dengan titik didih rendah (skema penukar panas) bertindak sebagai pendingin (untuk mengambil panas dan memutar turbin generator).

Yang paling menjanjikan adalah pompa panas penyerapan vakum dengan air dan litium klorida. Yang pertama meningkatkan suhu air panas karena konsumsi listrik di pompa air vakum.

Air sumur dengan suhu 60—90 °C masuk ke vacuum evaporator. Uap yang dihasilkan dikompresi oleh turbocharger. Tekanan dipilih tergantung pada suhu cairan pendingin yang dibutuhkan.

Jika air masuk langsung ke sistem pemanas, maka suhunya 90 — 95 ° C, jika ke jaringan pemanas, maka 120 — 140 ° C. Di kondensor, uap yang terkondensasi memberikan panasnya ke air yang bersirkulasi di pemanas kota jaringan, sistem pemanas dan air panas .

Apa pilihan lain yang tersedia untuk meningkatkan penggunaan energi panas bumi?

Salah satu arahan terkait dengan penggunaan cadangan minyak dan gas yang sebagian besar sudah habis.

Seperti diketahui, produksi bahan baku ini di lapangan lama dilakukan dengan metode water flooding, yaitu air dipompa ke dalam sumur-sumur yang memindahkan minyak dan gas dari pori-pori reservoir.

Saat penipisan berlangsung, reservoir berpori diisi dengan air, yang memperoleh suhu batuan di sekitarnya, dan dengan demikian endapan diubah menjadi ketel panas bumi, yang darinya dimungkinkan untuk mengekstraksi minyak secara bersamaan dan mendapatkan air untuk pemanasan.

Tentu saja, sumur tambahan harus dibor dan sistem sirkulasi dibuat, tetapi ini akan jauh lebih murah daripada mengembangkan lapangan panas bumi baru.

Pilihan lainnya adalah mengekstraksi panas dari batuan kering dengan membentuk zona permeabel buatan. Inti dari metode ini adalah menciptakan porositas dengan menggunakan ledakan di batuan kering.

Ekstraksi panas dari sistem tersebut dilakukan sebagai berikut: dua sumur dibor pada jarak tertentu satu sama lain. Air dipompa menjadi satu, yang bergerak ke yang kedua melalui pori-pori dan retakan yang terbentuk, menghilangkan panas dari bebatuan, memanas dan kemudian naik ke permukaan.

Sistem eksperimental semacam itu sudah beroperasi di Amerika Serikat dan Inggris. Di Los Alamos (AS), dua sumur - satu dengan kedalaman 2.700 m, dan yang lainnya - 2.300 m, dihubungkan dengan rekahan hidrolik dan diisi dengan air sirkulasi yang dipanaskan hingga suhu 185 ° C. Di Inggris, di Rosemenius tambang, air dipanaskan hingga 80 °C.

pembangkit listrik tenaga panas bumi

Panas planet sebagai sumber energi

Di dekat kota Larederello, Italia, terdapat rel kereta api listrik yang ditenagai oleh uap kering dari sebuah sumur. Sistem ini telah beroperasi sejak 1904.

Ladang geyser di Jepang dan San Francisco adalah dua tempat terkenal lainnya di dunia yang juga menggunakan uap panas kering untuk menghasilkan listrik. Sedangkan untuk uap lembab, ladangnya yang lebih luas ada di Selandia Baru, dan lebih kecil luasnya - di Jepang, Rusia, El Salvador, Meksiko, Nikaragua.

Jika kita menganggap panas bumi sebagai sumber energi, maka cadangannya puluhan miliar kali lebih tinggi dari konsumsi energi tahunan umat manusia di seluruh dunia.

Hanya 1% dari energi panas kerak bumi, yang diambil dari kedalaman 10.000 meter, akan cukup untuk menutupi ratusan kali lipat cadangan bahan bakar fosil, seperti minyak dan gas, yang terus diproduksi oleh umat manusia, yang menyebabkan penipisan yang tidak dapat diubah. lapisan tanah dan pencemaran lingkungan.

Ini karena alasan ekonomi. Tetapi pembangkit listrik panas bumi memiliki emisi karbon dioksida yang sangat moderat, sekitar 122 kg per megawatt jam dari listrik yang dihasilkan, jauh lebih sedikit daripada emisi dari pembangkit listrik bahan bakar fosil.

Prospek GeoPE Industri dan Energi Panas Bumi

GeoPE industri pertama dengan kapasitas 7,5 MW dibangun pada tahun 1916 di Italia. Sejak itu, pengalaman yang tak ternilai telah terkumpul.

Pada tahun 1975, total kapasitas terpasang GeoPP di dunia adalah 1278 MW, dan pada tahun 1990 sudah menjadi 7300 MW. Volume pengembangan energi panas bumi terbesar berada di Amerika Serikat, Meksiko, Jepang, Filipina, dan Italia.

GeoPE pertama di wilayah Uni Soviet dibangun di Kamchatka pada tahun 1966, kapasitasnya 12 MW.

Sejak 2003, pembangkit listrik geografis Mutnovskaya telah beroperasi di Rusia, yang kekuatannya sekarang 50 MW - ini adalah pembangkit listrik geolistrik terkuat di Rusia saat ini.

GeoPP terbesar di dunia adalah Olkaria IV di Kenya, dengan kapasitas 140 MW.

Di masa depan, sangat mungkin energi panas magma akan digunakan di wilayah planet yang tidak terlalu jauh di bawah permukaan bumi, serta energi panas dari batuan kristal yang dipanaskan, ketika air dingin dipompa ke dalam lubang yang dibor pada kedalaman beberapa kilometer dan air panas dikembalikan ke permukaan atau uap, setelah itu mereka mendapatkan pemanasan atau menghasilkan listrik.

Timbul pertanyaan - mengapa saat ini hanya sedikit proyek yang selesai menggunakan energi panas bumi? Pertama-tama, karena mereka berada di tempat yang menguntungkan, di mana air mengalir ke permukaan bumi, atau terletak sangat dangkal. Dalam kasus seperti itu, tidak perlu mengebor sumur dalam, yang merupakan bagian termahal dari pengembangan energi panas bumi.

Penggunaan thermal water untuk suplai panas jauh lebih besar dibandingkan untuk produksi listrik, namun masih kecil dan tidak berperan signifikan di sektor energi.

Energi termal hanya mengambil langkah pertama dan penelitian saat ini, pekerjaan industri eksperimental harus memberikan jawaban untuk skala pengembangan lebih lanjut.