«Геоэнергетические ресурсы Украины и перспективы их применения на территории

Украины и Крыма.»

выполнилСтудент 4 курса ЧФ МГУфакультета естественных наукотделение физикигруппы Фз-401Червяков А.К.

V Молодежный Фестиваль «Экоэнерджи»

Севастополь 2012

Вступление Геоэнергетика — направление энергетики, основанное на

производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

Источники тепла в недрах земли: Радиоактивный распад элементов: элементы с периодом

полураспада, меньшим периода формирования Земли, распались при первоначальном разогреве планетного вещества; распад долгоживущих элементов продолжается в настоящее время.

Воздействие притяжения Солнца и Луны, приводящее к земным приливам и торможению Земли. За счет этого фактора за время существования Земли выделилось до 30% теплоты радиогенного происхождения.

Гравитационная деформация материала Земли с образованием плотного ядра и менее плотной оболочки.

Тектонические процессы, вызывающие вертикальные и горизонтальные смещения крупных блоков земной коры и ее упругие деформации.

Химические превращения в недрах Земли.

Вступление

Широкое распространение и применение в некоторых странах мира получила Геотермальная энергетика. Геотермальная энергия (от греческих слов geo – земля, и thermо – тепло) - это энергия, накопленная землей, водами или атмосферой.

Геотермальные ресурсы классифицируются по четырем группам:

Месторождения сухого пара - ресурсы сравнительно легко осваиваются, но встречаются редко;

Месторождения влажного пара - распространены в большей степени, однако при освоении возникают проблемы, связанные с коррозией и повышенным содержанием солей;

Горячая вода - ресурсы большие, используются главным образом для отопления в тепличном хозяйстве;

Теплота сухих горных пород - ресурсы большие, однако технология использования находится в ранней стадии освоения.

Достоинства и недостатки геотермальной энергии

Достоинства:возможность использования в виде

геотермальной воды или смеси воды и пара (в зависимости от их температуры) для нужд горячего водо- и теплоснабжения;

практическая неиссякаемость;многократное превосходство суммарного запаса

геотермальных ресурсов по сравнению с запасами горючих ископаемых.

полная независимость от условий окружающей среды, времени суток и года;

экологически чистый, возобновляемый источник энергии.

Достоинства и недостатки геотермальной энергии

Недостатки:необходимость обратной закачки отработанной

воды в подземный водоносный горизонт;высокая минерализация термальных вод

большинства месторождений и наличие в воде токсичных соединений и металлов;

необходимы значительные капитальные затраты на бурение скважин;

необходимо создание коррозийно-стойкого теплотехнического оборудования;

рассредоточенность геотермальных ресурсов по обширным площадям.

Распределение геоэнергетических ресурсов в Украине.

W = NKCρΔT(Hз-Hв)

Где N – норма расхода топлива на товарное тепло – 0,34*10-10 т у.т./Дж (т у.т. – тонна условного топлива); K – коэффициент температурного извлечения (принят равным 0,125); Cρ – объемная теплоемкость пород, ее можно считать практически постоянной – 2,5*106 Дж/м3; ΔT – разница в температуре теплоносителя и сброса - 40°С; Hз – глубина забоя, на которой определена Тз.

С учетом приведенных выше данных имеем:W = 0,000425(Нз – Нв), т у.т./м2.

Где Нв – это глубина, на которой обеспечивается средняя температура на интервале (Нз – Нв), равной 60 °С.

Нв = (Тз – Тт)/0,5γ

Где Тт – температура теплоносителя;

γ – средний геотермический градиент в интервале.

Запасы горючих ископаемых в Украине составляют 0,04 трл т у.т. Суммарный запас геоэнергетических ресурсов Украины составляет 0,83 трл т у.т. (на глубинах 5,5-6 км). Это более чем в 20 раз больше горючих ископаемых.

Распределение геоэнергетических ресурсов в Украине.

Рис.1. Геоэнергетические ресурсы Украины.

Суммарное количество геоэнергетических ресурсов на юге Украины оказывается довольно значительным – 0,29 трл т у.т. Оно во много раз больше количества энергии, которое можно получить при сжигании всех извлекаемых запасов месторождений нефти и газа региона.

Распределение геоэнергетических ресурсов в Украине.

Рис. 2. Распределение W6 на юге Украины и на Черноморо-Азовском шельфе, т у.у./м2: 1- границы

Южно-Украинской моноклинали и Скифской плиты; 2 – пункты определения ТП; 3 – изолинии W6

Как видно из Рис.1 на территории Украины выделяются три основных «геоэнергетических бассейна»: западный, восточный и южный. В данных местах становится рентабельно практическое применение геотермальных ресурсов в государственных и частных масштабах.

Практическое применение геотермальной энергии

Для получения энергии из недр земли строятся геотермальные электростанции. Строительство таких станций выгодно при возможности получения пара с температурой более 200°С, пригодного для производства электроэнергии без догрева. Такое месторождение было найдено на небольшой территории Новоселовского поднятия в центре Крыма.

Австралийские геофизики отыскали в пустыне на юго-востоке Австралии точку, где тектоника и изолированность скальных пород создают аномалию, которая круглогодично поддерживает в округе очень высокую температуру. По оценкам австралийских геологов, залегающие на глубине 4,5 км гранитные породы разогреваются до 270°С. По предварительным расчетам в этой аномальной точке можно получать электроэнергию мощностью более 1 ГВт, причем стоимость этой энергии будет вдвое дешевле стоимости ветровой энергии и в 8 – 10 раз дешевле солнечной.

Практическое применение геотермальной энергии

Рис.3. Принципиальная схема получения электроэнергии по

технологии, предложенной австралийской компанией

Geodynamics Ltd.

Практическое применение геотермальной энергии

Также возможно использование геотермальной энергии в домашних условиях. Для этого устанавливают тепловые насосы.

Как видно из Рис. 4. основными источниками тепла для тепловых насосов являются земля, воздух и вода.

Рис. 4. Тепловой насос

Достоинства использования тепловых насосов:довольно компактныйПриблизительно 70% тепла, производимого тепловым

насосом, является бесплатным.Высокий коэффициент преобразования тепла (до 600%)Практически бесшумная работа установкиНе загрязняет окружающий воздух

Недостатки тепловых насосов:большая стоимость и высокие первоначальные затраты

(около 500-1000 у.е. на 1 кВт необходимой мощности)срок окупаемости тепловых насосов составляет 5-10

лет, при сроке службы по 15-20лет до капитального ремонта.

Достоинства и недостатки тепловых насосов

По типу теплоносителя в контурах тепловые насосы разделяют на:

Ри. 5. Тепловой насос воздушный контур

Фактически это то же самое, что и работа кондиционера. Главное при расчетах учитывать особенности климатических условий.

Рис. 6. Тепловой насос бурение нескольких скважин

Ориентировочно на 1 м/п скважины приходится порядка 50-60Вт тепловой энергии в год.Нецелесообразно бурить скважины глубже 200 метров, а экономичнее сделать несколько скважин меньшей глубины рядом с друг другом (через 10-20 метров).

По типу теплоносителя в контурах тепловые насосы разделяют на:

Ри. 7. Тепловой насос укладка земляного контура

Наиболее эффективный способ отбора тепла, так как температура грунта на глубине нескольких метров не меняется в течении года. Недостаток - высокая стоимость. Примерно, тепловая мощность на 1м трубопровода составляет в глине 50-60Вт, в песке 30-40Вт в год.

Рис. 8. Тепловой насос укладка контура в проточные водоемы

Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же, как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1м трубопровода 30 Вт в год.

Украина богата геоэнергетическими ресурсами. Суммарный запас геоэнергетических ресурсов Украины более чем в 20 раз больше запасов горючих ископаемых. Поэтому в регионах с наибольшей концентрацией геоэнергетических ресурсов становится целесообразным использование геотермальной энергии. По себестоимости геотермальная энергия уступает природному газу, но т.к. основную часть газа Украина покупает у России по высоким ценам, то использование геоэнергетических ресурсов становится экономически целесообразным.

Заключение

Спасибо за внимание!