L'énergie géothermique
Déjà à partir du nom, il est clair qu'il représente la chaleur de l'intérieur de la terre. Sous la croûte terrestre se trouve une couche de magma, qui est un fondu de silicate liquide enflammé. Selon les données de recherche, le potentiel énergétique de cette chaleur est beaucoup plus élevé que l'énergie des réserves mondiales de gaz naturel, ainsi que de pétrole. Magma - la lave remonte à la surface. De plus, la plus grande activité est observée dans les couches de la terre sur lesquelles se trouvent les limites des plaques tectoniques, ainsi que là où la croûte terrestre est caractérisée par sa minceur. L'énergie géothermique de la terre est obtenue de la manière suivante: la lave et les ressources en eau de la planète entrent en contact, à la suite de quoi l'eau commence à se réchauffer brusquement. Cela conduit à l'éruption d'un geyser, à la formation des soi-disant lacs chauds et des courants sous-marins. C'est-à-dire précisément à ces phénomènes naturels, dont les propriétés sont activement utilisées comme source d'énergie inépuisable.
Efficacité d'une centrale géothermique
En fait, on ne peut pas dire que les centrales géothermiques sont très efficaces, car leur efficacité n'est que de 7 à 10%. C'est très petit par rapport aux installations où l'énergie est extraite de la combustion de combustibles. C'est pourquoi vous ne pouvez pas simplement creuser un trou, y mettre un tuyau et vous reposer. Le système doit être très efficace et utiliser plusieurs cycles pour une productivité plus élevée, sinon l'énergie reçue ne sera même pas suffisante pour faire fonctionner les pompes utilisées pour fournir du fluide à la surface.
La clé du succès des centrales géothermiques, par rapport à l'éolien et au solaire, est leur cohérence. Ils sont capables de travailler 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 à la même intensité, en utilisant moins d'énergie pour travailler qu'ils n'en produisent à la sortie. Un avantage supplémentaire est la possibilité d'obtenir de la chaleur utilisée pour chauffer les maisons et les objets dans la zone la plus proche. Et pour tout cela, vous n'avez pas besoin de brûler du carburant coûteux.
Sources géothermiques artificielles
L'énergie contenue dans les entrailles de la terre doit être utilisée à bon escient. Par exemple, il y a une idée de créer des chaudières souterraines. Pour ce faire, vous devez forer deux puits de profondeur suffisante, qui seront connectés au fond. Autrement dit, il s'avère que dans presque tous les coins du terrain, il est possible d'obtenir de l'énergie géothermique de manière industrielle: de l'eau froide sera pompée dans le réservoir par un puits et de l'eau chaude ou de la vapeur sera extraite par le second. Les sources de chaleur artificielles seront bénéfiques et rationnelles si la chaleur qui en résulte fournit plus d'énergie. La vapeur peut être dirigée vers des turbogénérateurs, qui produiront de l'électricité.
Bien entendu, la chaleur sélectionnée ne représente qu'une fraction de ce qui est disponible dans les réserves totales. Mais il faut se rappeler que la chaleur profonde se reconstituera constamment en raison des processus de désintégration radioactive, de compression des roches, de stratification des intestins. Selon les experts, la croûte terrestre accumule de la chaleur, dont la quantité totale est 5000 fois supérieure à la valeur calorifique de toutes les ressources fossiles de la terre dans son ensemble. Il s'avère que la durée de fonctionnement de ces stations géothermiques créées artificiellement peut être illimitée.
Distribution mondiale de l'énergie géothermique
L'épaisseur de la croûte terrestre, la dépendance de la température de ses couches internes à la profondeur et, par conséquent, la disponibilité de l'énergie géothermique dans différentes régions de la planète varient considérablement.
Au-dessus des limites des plaques lithosphériques, dans les régions montagneuses et sur les côtes des océans, les sources d'énergie géothermique sont beaucoup plus accessibles. Dans la littérature, il existe de nombreuses cartes, diagrammes et figures illustrant cette inégalité.
Un indicateur numérique de la disponibilité de l'énergie géothermique peut être le gradient de l'élévation de température de l'environnement en fonction de la profondeur. Selon cet indicateur, les régions de la Terre peuvent être divisées en plusieurs catégories:
- Géothermie, située près des limites des plaques continentales. Gradient de température supérieur à 80 ° C / km. Des exemples sont la commune de Larderello située dans la province italienne de Pise, où la première centrale géothermique au monde est construite, les zones avec des geysers chauds en Islande, le Kamtchatka, la vallée des geysers dans le parc national américain de Yellowstone.
- Semi-thermique avec un gradient de température de 40-80 ° C / km. Certaines régions de France peuvent servir d'exemple. Commun, avec un gradient de température inférieur à 40 ° C / km - la majeure partie de la surface de la Terre.
La répartition des régions avec une forte occurrence de couches à haute température de la croûte terrestre sur la surface de la Terre détermine en grande partie la concentration dans certaines régions des entreprises industrielles utilisant la chaleur naturelle. Ainsi, en plus de l'Islande et du Japon industrialisé déjà mentionnés, une grande partie de ces entreprises est située aux Philippines.
En Russie, en plus de la côte extrême-orientale de Sakhaline et des îles Kouriles, les zones à activité géothermique plus élevée peuvent être presque complètement identifiées avec les régions montagneuses le long des frontières sud du pays, dans le Caucase et la Sibérie orientale.
Caractéristiques des sources
Les sources qui fournissent de l'énergie géothermique sont presque impossibles à utiliser pleinement. Ils existent dans plus de 60 pays du monde, avec la majorité des volcans terrestres de la ceinture de feu volcanique du Pacifique. Mais en pratique, il s'avère que les sources géothermiques dans différentes régions du monde ont des propriétés complètement différentes, à savoir la température moyenne, la minéralisation, la composition du gaz, l'acidité, etc.
Les geysers sont des sources d'énergie sur Terre, dont la particularité est qu'ils crachent de l'eau bouillante à intervalles réguliers. Une fois l'éruption terminée, la piscine devient exempte d'eau, au fond, vous pouvez voir un canal qui s'enfonce profondément dans le sol. Les geysers sont utilisés comme sources d'énergie dans des régions telles que le Kamtchatka, l'Islande, la Nouvelle-Zélande et l'Amérique du Nord, et des geysers solitaires se trouvent dans plusieurs autres régions.
Perspectives des centrales géothermiques
Plus de cent ans après la première démonstration des possibilités d'utilisation de la géothermie, les stations fonctionnant avec ce «combustible» sont prometteuses et irremplaçables pour certaines régions. En Russie, par exemple, presque toutes les stations sont situées au Kamtchatka. Aux États-Unis, on parle de la Californie, et en Allemagne, de certaines régions alpines.
Les pays sont des leaders dans la production d'énergie à partir de sources géothermiques.
Les cinq leaders en termes de volume d'énergie produite par les centrales géothermiques sont les États-Unis, l'Indonésie, les Philippines, l'Italie et la Nouvelle-Zélande. Il est facile de voir que ce sont des pays avec des niveaux de développement complètement différents. Il s'avère que la géothermie est accessible à tous et que tout le monde s'y intéresse. À mesure que la technologie progresse, que l'efficacité des centrales augmente et que les approvisionnements en sources d'énergie non renouvelables diminuent, l'énergie géothermique deviendra de plus en plus demandée.
Pour ceux qui s'inquiètent de la température de la planète, il faut dire qu'à une température du centre de la Terre d'au moins 6800 degrés Celsius, elle ne refroidit que de 300 à 500 degrés en un milliard d'années. Je pense qu'il n'y a pas lieu de s'inquiéter à ce sujet.
D'où vient l'énergie?
Le magma non refroidi est situé très près de la surface de la terre. Des gaz et vapeurs en sont libérés, qui montent et passent le long des fissures. En se mélangeant aux eaux souterraines, ils provoquent leur échauffement, ils se transforment eux-mêmes en eau chaude, dans laquelle de nombreuses substances se dissolvent.Cette eau est rejetée à la surface de la terre sous la forme de diverses sources géothermiques: sources chaudes, sources minérales, geysers, etc. Selon les scientifiques, les entrailles chaudes de la terre sont des grottes ou des chambres reliées par des passages, des fissures et des canaux. Ils sont juste remplis d'eau souterraine et les centres magmatiques sont situés très près d'eux. De cette manière, l'énergie thermique de la terre se forme de manière naturelle.
Chauffage géothermique à domicile
Système de chauffage géothermique
Tout d'abord, vous devez comprendre les principes d'obtention de l'énergie thermique. Ils sont basés sur l'augmentation de la température au fur et à mesure que vous vous enfoncez plus profondément dans le sol. À première vue, l'augmentation du degré de chauffage est insignifiante. Mais grâce à l'avènement des nouvelles technologies, chauffer une maison en utilisant la chaleur de la terre est devenu une réalité.
La condition principale pour organiser le chauffage géothermique est une température d'au moins 6 ° C. Ceci est typique des couches moyennes et profondes du sol et des plans d'eau. Ces derniers sont fortement dépendants de l'indicateur de température externe, ils sont donc extrêmement rarement utilisés. Comment est-il pratiquement possible d'organiser le chauffage d'une maison avec l'énergie de la terre?
Pour ce faire, il est nécessaire de réaliser 3 circuits remplis de liquides aux caractéristiques techniques différentes:
- Extérieur... Le plus souvent, de l'antigel y circule. Son chauffage à une température non inférieure à 6 ° C se produit en raison de l'énergie de la terre;
- Pompe à chaleur... Sans elle, le chauffage à partir de l'énergie de la terre est impossible. Le caloporteur du circuit externe à l'aide d'un échangeur de chaleur transfère son énergie au fluide frigorigène. Sa température d'évaporation est inférieure à 6 ° C. Après cela, il entre dans le compresseur, où, après compression, la température monte à 70 ° C;
- Contour intérieur... Un schéma similaire est utilisé pour transférer la chaleur du réfrigérant comprimé à l'eau dans le système de dépassement. Ainsi, le chauffage des entrailles de la terre a lieu à un coût minime.
Malgré les avantages évidents, de tels systèmes sont rares. Cela est dû aux coûts élevés d'achat des équipements et à l'organisation du circuit externe pour l'apport de chaleur.
Il est préférable de confier le calcul du chauffage à partir de la chaleur de la terre à des professionnels. L'efficacité de l'ensemble du système dépendra de l'exactitude des calculs.
Champ électrique de la Terre
Il existe une autre source d'énergie alternative dans la nature, qui se distingue par le caractère renouvelable, le respect de l'environnement et la facilité d'utilisation. Certes, jusqu'à présent, cette source est seulement étudiée et non appliquée dans la pratique. Ainsi, l'énergie potentielle de la Terre est cachée dans son champ électrique. L'énergie peut être obtenue de cette manière en étudiant les lois de base de l'électrostatique et les caractéristiques du champ électrique terrestre. En fait, notre planète d'un point de vue électrique est un condensateur sphérique chargé jusqu'à 300 000 volts. Sa sphère interne a une charge négative et la sphère externe, l'ionosphère, est positive. L'atmosphère terrestre est un isolant. À travers elle, il y a un flux constant de courants ioniques et convectifs, qui atteignent une force de plusieurs milliers d'ampères. Cependant, la différence de potentiel entre les plaques ne diminue pas dans ce cas.
Cela suggère qu'il existe un générateur dans la nature, dont le rôle est de reconstituer constamment la fuite de charges des plaques de condensateur. Le rôle d'un tel générateur est joué par le champ magnétique terrestre, qui tourne avec notre planète dans le flux du vent solaire. L'énergie du champ magnétique terrestre peut être obtenue simplement en connectant un consommateur d'énergie à ce générateur. Pour ce faire, vous devez effectuer une installation de mise à la terre fiable.
En quoi est-ce utile?
La terre est un symbole du monde matériel. De tous les éléments, c'est la terre qui est la plus proche de l'homme. C'est une force, un centre et un soutien pour tous les êtres vivants. Elle donne la vie, nourrit, préserve, prend soin des gens.
L'énergie de la Terre est dirigée pour nourrir toutes les parties du corps au niveau moléculaire. Il vous permet de rétablir l'équilibre intérieur, de ressentir une connexion avec votre famille et de recevoir son soutien.Cela donne à une personne une qualité de base - la durabilité.
Elle joue un rôle important dans le maintien de la santé, dans la normalisation des sphères matérielles, spirituelles et sexuelles de la vie. Avec l'aide de l'énergie terrestre, vous pouvez développer des qualités telles que la réactivité, la miséricorde, la gentillesse, l'harmonie, le calme.
Le manque d'énergie de la terre conduit une personne à un état dépressif et nerveux. La joie de vivre disparaît, la stabilité et la stabilité disparaissent. Les plans s'effondrent, les problèmes commencent dans la sphère sexuelle et dans le domaine de la finance.
L'énergie terrestre est particulièrement nécessaire pour les femmes. Cela donne la possibilité de ressentir la joie de se sentir dans son corps, de mouvements, de relations sexuelles.
La mise à la terre donne une force énergétique, vous permet d'agir sur la base des besoins internes. L'énergie terrestre aide une femme à résoudre des problèmes matériels, à rester une mère et une épouse sages, attentionnées et aimantes.
De sources renouvelables
Alors que la population de notre planète croît régulièrement, nous avons besoin de plus en plus d'énergie pour soutenir la population. L'énergie contenue dans les entrailles de la terre peut être très différente. Par exemple, il existe des sources renouvelables: l'énergie éolienne, solaire et hydraulique. Ils sont respectueux de l'environnement et vous pouvez donc les utiliser sans craindre de nuire à l'environnement.
Énergie thermique terrestre de basse qualité et pompes à chaleur
Les sources d'énergie à faible potentiel de la chaleur de la Terre sont le rayonnement solaire et le rayonnement thermique des entrailles chauffées de notre planète. À l'heure actuelle, l'utilisation de cette énergie est l'un des domaines énergétiques les plus dynamiques qui se développent à partir de sources d'énergie renouvelables.
La chaleur de la Terre peut être utilisée dans divers types de bâtiments et de structures pour le chauffage, l'approvisionnement en eau chaude, la climatisation (refroidissement), ainsi que pour le chauffage des chemins en hiver, la prévention du givrage, le chauffage des champs dans les stades ouverts, etc. l'utilisation de la chaleur de la Terre dans les systèmes de fourniture de chaleur et de climatisation sont désignées sous le nom de GHP - «pompes à chaleur géothermiques» (pompes à chaleur géothermiques). Les caractéristiques climatiques des pays d'Europe centrale et septentrionale, qui, avec les États-Unis et le Canada, sont les principales régions d'utilisation de la chaleur à faible potentiel de la Terre, le déterminent principalement pour le chauffage; le refroidissement de l'air même en été est relativement rare. Par conséquent, contrairement aux États-Unis, les pompes à chaleur des pays européens fonctionnent principalement en mode chauffage. Aux États-Unis, ils sont plus souvent utilisés dans les systèmes de chauffage de l'air combinés à la ventilation, ce qui permet à la fois de chauffer et de refroidir l'air extérieur. Dans les pays européens, les pompes à chaleur sont couramment utilisées dans les systèmes de chauffage à eau chaude. Étant donné que leur efficacité augmente avec une diminution de la différence de température entre l'évaporateur et le condenseur, les systèmes de chauffage par le sol sont souvent utilisés pour chauffer des bâtiments, dans lesquels un liquide de refroidissement circule à une température relativement basse (35–40 ° C).
Énergie de l'eau
Cette méthode est utilisée depuis de nombreux siècles. Aujourd'hui, un grand nombre de barrages, de réservoirs ont été construits, dans lesquels l'eau est utilisée pour produire de l'électricité. L'essence de ce mécanisme est simple: sous l'influence du débit de la rivière, les roues des turbines tournent, respectivement, l'énergie de l'eau est convertie en énergie électrique.
Aujourd'hui, il existe un grand nombre de centrales hydroélectriques qui convertissent l'énergie du flux d'eau en électricité. La particularité de cette méthode est que les ressources hydroélectriques sont renouvelées, respectivement, de telles structures ont un faible coût. C'est pourquoi, malgré le fait que la construction de centrales hydroélectriques dure depuis assez longtemps et que le processus lui-même est très coûteux, ces structures surpassent considérablement les industries à forte intensité énergétique.
La puissance des volcans: comment la chaleur de la terre fournit de l'énergie aux gens
Nous savons tous très bien que l’énergie alternative est plus sûre pour l’environnement que l’énergie traditionnelle. Nous savons que ses sources sont le soleil, le vent, les marées, la biomasse. Cependant, dans le monde de l'information moderne, peu d'attention est accordée à une autre source d'énergie alternative - les volcans. En partie, les succès sur ce front ne sont pas si significatifs.
Mais si nous apprenions à utiliser la puissance des volcans à au moins 50%, nous n'aurions pas besoin de gaz ou de pétrole pour obtenir de la lumière et de la chaleur. Le fait est que les volcans peuvent fournir aux gens une telle quantité d'énergie qui dépasse celle des réserves mondiales de gaz et de pétrole d'un facteur de milliers.
D'où vient l'énergie des volcans?
Dans une certaine mesure, notre planète peut être comparée à un œuf: il y a d'abord une «coquille dure» appelée lithosphère, puis une «protéine visqueuse» - le manteau, et un «jaune» dense (vraisemblablement) - le noyau.
L'épaisseur de la «coquille dure» sur terre et dans l'océan varie: dans le premier cas, elle atteint 50-70 km, dans le second, elle peut faire 5-20 km. La lithosphère entière est divisée en blocs qui, ensemble, ressemblent à une mosaïque découpée par des failles et des fissures - les scientifiques appellent ces blocs des plaques lithosphériques.
Photo: geographyofrussia.com/ La structure interne de la Terre
Quant au manteau, il est très chaud, sa température varie de plusieurs centaines à plusieurs milliers de degrés: plus il est proche du noyau, plus la température est élevée et, par conséquent, plus proche de la lithosphère, plus basse est. La différence de température est la raison pour laquelle les substances dans le manteau sont mélangées: les masses plus froides descendent et les masses chaudes montent. Bien que le manteau soit chauffé à des températures élevées, il n'est pas liquide, mais, comme nous l'avons dit ci-dessus, visqueux en raison de la forte pression à l'intérieur de la Terre.
Les blocs de notre «coque dure» reposent sur le manteau, s'enfonçant légèrement sous le poids de leur poids. Lorsque la masse du manteau chauffé remonte à la surface, elle commence à se déplacer sous les plaques lithosphériques de «mosaïque», les forçant à la suivre involontairement.
Si en même temps une partie d'une plaque est pressée par le haut par un autre bloc lithosphérique, cette partie s'enfonce progressivement de plus en plus profondément dans le manteau et fond, à la suite de quoi un liquide magma
- roches fondues avec vapeur d'eau et gaz.
Le magma étant plus léger que les roches environnantes, il commence à monter lentement et à s'accumuler dans les chambres magmatiques le long des lignes de collision des plaques. Sa température à ce moment est d'environ 900-1200 ° C.
Photo: shilchik.livejournal.com/ Lorsque le magma atteint la surface, il se refroidit, perd des gaz et devient de la lave
Le comportement du magma chauffé au rouge dans de telles chambres peut dans une certaine mesure être comparé à la pâte à la levure: le magma augmente de volume, occupe tout l'espace libre et monte des profondeurs le long des fissures, essayant de se libérer (si le magma est riche en aluminium et en silicium) , il peut se solidifier directement dans la croûte et former des roches ignées profondes). Au fur et à mesure que la pâte soulève le couvercle du pot et s'écoule par-dessus le bord, le magma se soulève, puis traverse la croûte terrestre dans les endroits les plus faibles et éclate à la surface. C'est ainsi que se produisent les éruptions.
Lorsque la roche fond profondément sous terre, au cours de réactions chimiques et de la désintégration radioactive des éléments, de la chaleur est libérée qui, comme le magma, monte au sol et sort. La densité du flux thermique diminue à mesure qu'il s'approche de la surface.
La chaleur des entrailles de la terre intéresse de nombreux chercheurs, car avec son aide, il est possible de fournir de l'énergie aux gens pendant une très longue période. Ce type d'énergie dans la science est appelé géothermie.
Comment l'homme essaie d'apprivoiser l'énergie des volcans
Le flux de chaleur qui atteint la surface dans la plupart des régions de la planète est faible: sa puissance est d'environ 0,06 watts par mètre carré, soit quelque chose de l'ordre de 355 Wh / m2 par an. Les scientifiques attribuent cela à une structure géologique particulière et, éventuellement, à une faible conductivité thermique des roches sur une grande partie de la Terre. Mais si ces flux de chaleur sortent à travers des fissures et des failles, ainsi que des volcans existants dans des zones d'activité volcanique et sismique accrue de la planète, ils sont, en règle générale, des centaines de fois plus puissants que d'habitude, car une coquille moins épaisse "est rencontré sur leur chemin, et, par conséquent, la projection thermique n'est pas aussi forte. Les éruptions elles-mêmes et les eaux souterraines chaudes apportent à la surface des flux de chaleur, parfois cela se produit sous forme de vapeur (les eaux se trouvent à des profondeurs auxquelles nous pouvons nous rendre, où elles sont chauffées par le magma, généralement à l'état de vapeur).
Ces zones actives attirent l'attention des géologues du monde entier, et c'est ici, près des volcans, que des stations géothermiques spéciales sont construites pour apprivoiser la chaleur souterraine et en générer de l'électricité et de l'énergie pour chauffer les maisons.
Photo: elementy.ru/ Le principe de fonctionnement d'une centrale géothermique à vapeur sèche
Comme nous l'avons dit précédemment, plus le cœur de la planète est proche, plus la température augmente, ce qui signifie que la puissance du flux de chaleur augmente. Par exemple, dans la chambre magmatique, située à une profondeur d'un peu plus de 5 kilomètres sous le volcan Avachinsky au Kamtchatka, environ 7 x 10 (à la 14e puissance) kcal / km3 de chaleur ont été accumulés, ce qui fournirait de l'énergie pour des centaines de milliers de foyers.
Par conséquent, lors de la construction de centrales géothermiques, les ingénieurs essaient de forer des puits aussi profondément que possible, cela vous permet d'atteindre des températures plus élevées et d'obtenir des flux de chaleur plus puissants sous forme de vapeur sèche et humide ou d'eau chaude, qui ensuite dans un "fini" forme aller aux évaporateurs ou aux turbines, puis dans les générateurs.
Pendant le forage, la température augmente à chaque kilomètre de 20 à 30 ° C en moyenne et, selon la structure géologique, dans différentes régions de la Terre, le taux de montée en température peut différer.
Il est intéressant de noter que l'eau chaude à une température de 20-30 à 100 ° C convient au chauffage des locaux et à partir de 150 ° C à la production d'électricité.
À l'heure actuelle, les puits géothermiques les plus profonds que les humains ont pu forer ne mesurent que 2 à 4 km de long. Grâce à eux et aux centrales géothermiques, par exemple, en Russie et aux États-Unis, en 2010, il a été possible d'obtenir une puissance installée d'un peu plus de 80 MW et 3086 MW, respectivement. Fait intéressant, une centrale nucléaire conventionnelle produit en moyenne 1 000 à 2 000 MW par an.
Actuellement, des projets sont envisagés qui permettent de creuser des trous jusqu'à 5 kilomètres de profondeur directement dans les volcans et d'extraire de l'énergie du magma (rappelez-vous que la température à une telle profondeur dans les chambres magmatiques peut atteindre 900-1200 ° C). Les expériences montrent qu'il existe aujourd'hui des produits de construction qui peuvent être utilisés avec succès dans les chambres magmatiques, en particulier les alliages résistants à la chaleur Inconel 718 et 310 (ils peuvent être utilisés jusqu'à 980 ° C).
Photo: gazeta.ru/ Forage d'un puits géothermique en Islande
En 2000, le projet de forage profond en Islande a été lancé en Islande. Neuf ans plus tard, lors du forage du premier puits, des spécialistes ont réussi à atteindre la chambre magmatique à une profondeur de 2 kilomètres et à créer le flux géothermique le plus chaud à 450 ° C.
En 2020, l'Islande a commencé à forer un deuxième puits à une profondeur de 5 kilomètres à l'aide de la plate-forme de forage Tor (du nom du dieu scandinave du tonnerre et de la tempête). Les travaux se sont poursuivis sur la péninsule de Reykjanes et se sont terminés un an plus tard. Avec cette installation, les Islandais ont pu pénétrer 4659 mètres de profondeur dans des couches d'eau profondes au contact du magma, et recevoir un débit de 427 ° C.
À une telle profondeur, l'eau est dans un état supercritique (c'est-à-dire qu'elle ne se comporte pas comme un liquide ou un gaz), elle peut stocker une énorme quantité de chaleur et produire plusieurs fois plus d'énergie que la vapeur sèche et humide ou l'eau chaude souterraine. .
Ce puits, selon certains scientifiques, est capable de fournir jusqu'à 50 MW d'électricité, soit 10 fois la puissance d'un puits géothermique conventionnel, et de fournir de l'énergie à 50 000 foyers supplémentaires.
Projets géothermiques en Russie et aux USA
L'Islande n'est pas le seul pays au monde à utiliser l'énergie volcanique. Des sources géothermiques se développent en Italie, au Japon, au Mexique, en Russie, aux États-Unis, à Hawaï, dans les pays africains, c'est-à-dire dans les endroits où il y a une activité volcanique et sismique.
Il existe 5 centrales géothermiques en Russie, situées principalement au Kamtchatka. Le plus puissant d'entre eux est Mutnovskaya. En 2020, sa puissance installée était de 50 MW.
Cependant, ce n'est qu'une petite fraction; la Russie n'utilise pratiquement pas son potentiel dans ce domaine. Selon des recherches scientifiques, notre pays dispose de 10 fois plus de ressources géothermiques que de réserves de pétrole et de gaz. Ce n'est qu'aux dépens d'une forme d'énergie géothermique que la Russie pourrait pleinement satisfaire son «appétit énergétique». Mais pour des raisons économiques et techniques, cela ne peut être fait. Aujourd'hui, la part de l'énergie géothermique dans le secteur énergétique total du pays reste négligeable.
Aux États-Unis, les choses vont beaucoup mieux. La géothermie s'y développe. Par exemple, à 116 kilomètres de San Francisco, à la frontière des comtés californiens de Lake et Sonoma, un seul groupe de centrales géothermiques (il y en a 22 au total) est capable de recevoir une puissance installée allant jusqu'à 1520 MW par an.
Les entreprises américaines sont les leaders mondiaux de l'industrie de la géothermie, même si ce secteur n'a commencé que récemment à émerger aux États-Unis. Selon le département américain du Commerce, les exportations d'énergie géothermique de ce pays sont plus importantes que les importations (la même situation est avec les technologies pour ce type d'énergie).
Problèmes d'extraction d'énergie des intestins de la Terre
La géothermie appartient à des sources respectueuses de l'environnement et les centrales électriques spéciales pour sa production ne nécessitent pas de grandes surfaces (en moyenne, une station occupe 400 mètres carrés pour 1 GW d'énergie produite).
Cependant, il présente encore des inconvénients écologiques. En particulier, la formation de déchets solides, certaines pollutions chimiques de l'eau et du sol, ainsi que la pollution thermique de l'atmosphère.
La principale source de pollution chimique est constituée par les eaux chaudes sous-marines, qui contiennent assez souvent une grande quantité de composés toxiques, ce qui pose à son tour un problème d'élimination des eaux usées.
Ou, par exemple, forer des puits. Au cours de ce processus, le même danger survient que lors du forage d'un puits conventionnel: le sol et le couvert végétal sont détruits.
Photo: wikipedia.org/ Panache de gaz du volcan Augustine en 2006, situé sur l'île du même nom près de l'Alaska
En outre, la vapeur impliquée dans le fonctionnement des centrales géothermiques peut contenir de l'ammoniac, du dioxyde de carbone et d'autres substances et, lorsqu'elle est rejetée dans l'atmosphère, devenir une source de sa pollution.
Certes, ces émissions sont bien inférieures à celles des centrales thermiques. Si l'on compare avec les émissions de dioxyde de carbone, alors par kWh d'électricité produite, elles s'élèvent à 380 g dans une station géothermique contre 1042 pour le charbon et 453 g pour le gaz.
Le problème des eaux usées a déjà reçu une solution simple. Avec une faible salinité après refroidissement, l'eau est renvoyée dans l'aquifère par un puits d'injection sans nuire à la nature, qui est actuellement utilisée.
La géothermie dans le futur en Russie
Les volcans sont une énorme source d'énergie sous notre nez, ce qui suffit à tout le monde avec intérêt.Pour maîtriser la chaleur de l'intérieur de la Terre, nous devons apprendre à forer des puits profonds et à transférer la chaleur souterraine à la surface sans aucun problème. Il sera difficile d'y parvenir sans investissements, assistance mutuelle des États et introduction d'idées innovantes.
La nature nous donne d'énormes réserves de chaleur souterraine - une source d'énergie alternative qui peut être utilisée au profit de l'homme et non au détriment de la planète, et nous ignorons malheureusement ce don pour deux raisons simples: la cupidité et la réticence à prendre responsabilité de ce que nous faisons avec l’environnement.
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L'énergie du soleil: moderne et pérenne
L'énergie solaire est obtenue à l'aide de panneaux solaires, mais la technologie moderne vous permet d'utiliser de nouvelles méthodes pour cela. La plus grande centrale solaire du monde est un système construit dans le désert californien. Il alimente entièrement 2 000 maisons. La conception fonctionne comme suit: les rayons du soleil sont réfléchis par les miroirs, qui sont envoyés à la chaudière centrale avec de l'eau. Il bout et se transforme en vapeur qui entraîne la turbine. Elle, à son tour, est connectée à un générateur électrique. Le vent peut également être utilisé comme énergie que la Terre nous donne. Le vent souffle les voiles, fait tourner les moulins. Et maintenant, il peut être utilisé pour créer des appareils générant de l'énergie électrique. En faisant tourner les pales de l'éolienne, il entraîne l'arbre de la turbine, qui, à son tour, est relié à un générateur électrique.
Applications
L'exploitation de l'énergie géothermique remonte au 19ème siècle. La première a été l'expérience des Italiens vivant dans la province de Toscane, qui utilisaient l'eau chaude de sources pour se chauffer. Avec son aide, de nouvelles plates-formes de forage de puits ont fonctionné.
L'eau toscane est riche en bore et une fois évaporée transformée en acide borique, les chaudières fonctionnaient à la chaleur de leurs propres eaux. Au début du XXe siècle (1904), les Toscans allèrent plus loin et lancèrent une centrale à vapeur. L'exemple des Italiens est devenu une expérience importante pour les USA, le Japon, l'Islande.
Agriculture et horticulture
L'énergie géothermique est utilisée dans l'agriculture, les soins de santé et les ménages dans 80 pays à travers le monde.
La première chose à laquelle l'eau thermale a été et est utilisée est le chauffage des serres et des serres, ce qui permet de récolter des légumes, des fruits et des fleurs même en hiver. L'eau chaude était également utile pour l'arrosage.
La culture des cultures hydroponiques est considérée comme une direction prometteuse pour les producteurs agricoles. Certaines fermes piscicoles utilisent de l'eau chauffée dans des réservoirs artificiels pour élever des alevins et des poissons.
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Ces technologies sont courantes en Israël, au Kenya, en Grèce et au Mexique.
Industrie et logement et services communaux
Il y a plus d'un siècle, la vapeur thermique chaude était déjà la base de la production d'électricité. Depuis, il a servi l'industrie et les services publics.
En Islande, 80% des logements sont chauffés à l'eau thermale.
Trois schémas de production d'électricité ont été développés:
- Ligne droite utilisant de la vapeur d'eau. Le plus simple: il est utilisé là où il y a un accès direct aux vapeurs géothermiques.
- Indirecte, n'utilise pas de vapeur, mais de l'eau. Il est alimenté à l'évaporateur, converti en vapeur par une méthode technique et envoyé au turbogénérateur.
L'eau nécessite une purification supplémentaire, car elle contient des composés agressifs qui peuvent détruire les mécanismes de fonctionnement. La vapeur résiduelle, mais pas encore refroidie, convient aux besoins de chauffage.
- Mixte (binaire). L'eau remplace le carburant, qui chauffe un autre fluide avec un transfert de chaleur plus élevé. Il entraîne la turbine.
Le système binaire utilise une turbine, qui est activée par l'énergie de l'eau chauffée.
L'énergie hydrothermale est utilisée par les États-Unis, la Russie, le Japon, la Nouvelle-Zélande, la Turquie et d'autres pays.
Systèmes de chauffage géothermique pour la maison
Un caloporteur chauffé à +50 - 600C convient au chauffage des logements, la géothermie répond à cette exigence. Les villes de plusieurs dizaines de milliers d'habitants peuvent être chauffées par la chaleur de l'intérieur de la terre. A titre d'exemple: le chauffage de la ville de Labinsk, sur le territoire de Krasnodar, fonctionne au carburant naturel terrestre.
Schéma d'un système géothermique pour chauffer une maison
Pas besoin de perdre du temps et de l'énergie pour chauffer l'eau et construire une chaufferie. Le liquide de refroidissement provient directement de la source du geyser. La même eau convient également pour l'approvisionnement en eau chaude. Dans les premier et second cas, il subit le nettoyage technique et chimique préalable nécessaire.
L'énergie qui en résulte coûte deux à trois fois moins cher. Des installations pour des maisons privées sont apparues. Elles sont plus chères que les chaudières à combustible traditionnelles, mais en cours de fonctionnement, elles justifient les coûts.
Les avantages et les inconvénients de l'utilisation de la géothermie pour chauffer une maison.
Énergie intérieure de la Terre
Il est apparu à la suite de plusieurs processus dont les principaux sont l'accrétion et la radioactivité. Selon les scientifiques, la formation de la Terre et de sa masse s'est déroulée sur plusieurs millions d'années, et cela s'est produit en raison de la formation de planétésimaux. Ils collaient ensemble, respectivement, la masse de la Terre devenait de plus en plus. Après que notre planète ait commencé à avoir une masse moderne, mais qu'elle était toujours dépourvue d'atmosphère, des corps de météorites et d'astéroïdes sont tombés dessus sans entrave. Ce processus s'appelle l'accrétion et a conduit à la libération d'une énergie gravitationnelle significative. Et plus les corps tombaient gros sur la planète, plus la quantité d'énergie libérée, contenue dans les intestins de la Terre, était grande.
Cette différenciation gravitationnelle a conduit au fait que les substances ont commencé à se stratifier: les substances lourdes se sont simplement noyées et les substances légères et volatiles ont flotté. La différenciation a également affecté la libération supplémentaire d'énergie gravitationnelle.
Énergie atomique
L'utilisation de l'énergie de la terre peut se faire de différentes manières. Par exemple, avec la construction de centrales nucléaires, lorsque de l'énergie thermique est libérée en raison de la désintégration des plus petites particules de matière d'atomes. Le principal combustible est l'uranium, qui est contenu dans la croûte terrestre. Beaucoup pensent que cette méthode particulière d'obtention d'énergie est la plus prometteuse, mais son application pose un certain nombre de problèmes. Premièrement, l'uranium émet un rayonnement qui tue tous les organismes vivants. De plus, si cette substance pénètre dans le sol ou l'atmosphère, une véritable catastrophe d'origine humaine se produira. Nous subissons toujours les tristes conséquences de l’accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl. Le danger réside dans le fait que les déchets radioactifs peuvent menacer tous les êtres vivants pendant très, très longtemps, des millénaires entiers.
Énergie chimique
À travers
L'énergie chimique est stockée dans des liaisons entre les atomes.
L'énergie chimique est une forme énergie potentielle stockée dans les liaisons entre les atomes en raison des forces d'attraction entre eux.
Lors d'une réaction chimique, un ou plusieurs composés appelés réactifs sont convertis en d'autres composés appelés produits. Ces transformations sont dues à la rupture ou à la formation de liaisons chimiques qui provoquent des changements d'énergie chimique.
De l'énergie est libérée lorsque les liaisons sont rompues lors de réactions chimiques. C'est ce qu'on appelle réaction exothermique... Par exemple, les voitures utilisent l'énergie chimique de l'essence pour générer de l'énergie thermique qui est utilisée pour conduire la voiture. De même, les aliments stockent l'énergie chimique que nous utilisons par les êtres vivants pour fonctionner.
Lorsque les connexions sont établies, il faut de l'énergie; il réaction endothermique... La photosynthèse est une réaction endothermique dont l'énergie provient du soleil.
New Time - nouvelles idées
Bien sûr, les gens ne s'arrêtent pas là, et chaque année, de plus en plus de tentatives sont faites pour trouver de nouvelles façons d'obtenir de l'énergie. Si l'énergie de la chaleur de la terre est obtenue tout simplement, alors certaines méthodes ne sont pas si simples. Par exemple, comme source d'énergie, il est tout à fait possible d'utiliser du gaz biologique, qui est obtenu à partir de déchets en décomposition. Il peut être utilisé pour chauffer les maisons et chauffer l'eau.
De plus en plus, des centrales marémotrices sont construites, lorsque des barrages et des turbines sont installés à l'embouchure des réservoirs, qui sont entraînés par flux et reflux, respectivement, de l'électricité est obtenue.
Stations solaires spatiales.
Chaque heure, la terre reçoit autant d'énergie solaire que les terriens ne l'utilisent pendant une année entière. Une façon d'exploiter cette énergie est de construire des fermes solaires géantes qui collecteront une partie du rayonnement solaire de haute intensité et ininterrompu.
D'énormes miroirs refléteront les rayons du soleil sur des collecteurs plus petits. Cette énergie sera ensuite transmise à la Terre à l'aide de micro-ondes ou de faisceaux laser.
L'une des raisons pour lesquelles ce projet en est au stade de l'idée est son coût énorme. Néanmoins, cela pourrait devenir une réalité il n'y a pas si longtemps en raison du développement des technologies de gel et de la diminution du coût de transport de la cargaison dans l'espace.
Brûler des ordures, nous obtenons de l'énergie
Une autre méthode, déjà utilisée au Japon, est la création d'incinérateurs. Aujourd'hui, elles sont construites en Angleterre, en Italie, au Danemark, en Allemagne, en France, aux Pays-Bas et aux États-Unis, mais seulement au Japon, ces entreprises ont commencé à être utilisées non seulement pour leur destination, mais aussi pour produire de l'électricité. Les usines locales brûlent 2/3 de tous les déchets, tandis que les usines sont équipées de turbines à vapeur. En conséquence, ils fournissent de la chaleur et de l'électricité aux zones environnantes. Dans le même temps, en termes de coûts, il est beaucoup plus rentable de créer une telle entreprise que de construire une cogénération.
La perspective d'utiliser la chaleur de la Terre là où les volcans sont concentrés semble plus tentante. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de forer la Terre trop profondément, car déjà à une profondeur de 300 à 500 mètres, la température sera au moins le double du point d'ébullition de l'eau.
Il existe également une méthode de production d'électricité sous forme d'énergie hydrogène. L'hydrogène - l'élément chimique le plus simple et le plus léger - peut être considéré comme un carburant idéal, car il se trouve là où il y a de l'eau. Si vous brûlez de l'hydrogène, vous pouvez obtenir de l'eau qui se décompose en oxygène et en hydrogène. La flamme d'hydrogène elle-même est inoffensive, c'est-à-dire qu'il n'y aura aucun dommage à l'environnement. La particularité de cet élément est qu'il a une valeur calorifique élevée.
Pays utilisant la chaleur de la planète
Le leader incontesté de l'utilisation des géo-ressources sont les États-Unis - en 2012, la production d'énergie dans ce pays a atteint 16,792 millions de mégawattheures. La même année, la capacité totale de toutes les centrales géothermiques aux États-Unis a atteint 3 386 MW.
Les centrales géothermiques aux États-Unis sont situées dans les États de Californie, du Nevada, de l'Utah, d'Hawaï, de l'Oregon, de l'Idaho, du Nouveau-Mexique, de l'Alaska et du Wyoming. Le plus grand groupe d'usines s'appelle "Geysers" et est situé près de San Francisco.
Outre les États-Unis, les Philippines, l'Indonésie, l'Italie, la Nouvelle-Zélande, le Mexique, l'Islande, le Japon, le Kenya et la Turquie font également partie des dix premiers leaders (en 2013). Dans le même temps, en Islande, les sources d'énergie géothermique fournissent 30% de la demande totale du pays, aux Philippines - 27% et aux États-Unis - moins de 1%.
Qu'y a-t-il dans le futur?
Bien entendu, l'énergie du champ magnétique terrestre ou celle qui est obtenue dans les centrales nucléaires ne peut pas satisfaire pleinement tous les besoins de l'humanité, qui croissent chaque année.Cependant, les experts disent qu'il n'y a pas de raisons de s'inquiéter, car les ressources en carburant de la planète sont encore suffisantes. De plus, de plus en plus de nouvelles sources, respectueuses de l'environnement et renouvelables, sont utilisées.
Le problème de la pollution de l'environnement demeure, et il s'aggrave de manière catastrophique. La quantité d'émissions nocives dépasse l'échelle, respectivement, l'air que nous respirons est nocif, l'eau contient des impuretés dangereuses et le sol s'épuise progressivement. C'est pourquoi il est si important d'étudier en temps opportun un phénomène tel que l'énergie dans les entrailles de la Terre afin de rechercher des moyens de réduire la demande de combustibles fossiles et d'utiliser plus activement des sources d'énergie non conventionnelles.
Comment obtenir de l'énergie géothermique et où est-elle utilisée
La façon la plus naturelle d'utiliser l'énergie géothermique est de l'utiliser pour le chauffage. Le principe de fonctionnement et l'équipement d'une telle station thermique restent pratiquement inchangés, la différence réside dans l'absence ou la puissance réduite de la chaudière pour chauffer l'eau et la nécessité d'une purification chimique de l'eau thermale, souvent contenant des impuretés actives, avant qu'elle ne soit dirigée vers les tuyaux de chauffage. Ainsi, dans notre pays du territoire de Krasnodar, il y a tout un village (Mostovskoy), chauffé exclusivement par des sources géothermiques.
À une température suffisamment élevée de l'eau thermale, elle peut être utilisée pour produire de l'électricité sur le principe des centrales thermiques. Dans le cas le plus simple, la vapeur générée directement à partir de la source thermique est acheminée vers la turbine. Si la température de l'eau thermale est trop basse pour une formation intensive de vapeur faisant tourner la turbine, elle est en outre chauffée.
Si la température de l'eau thermale est insuffisante pour une évaporation intensive, le principe dit binaire peut également être appliqué: l'eau thermale chaude est utilisée pour chauffer et évaporer un autre liquide à bas point d'ébullition, comme le fréon, qui forme la vapeur de travail qui fait tourner la turbine. Ce principe est incarné en Russie dans une installation expérimentale, qui fait partie du complexe géothermique du Kamtchatka.
