«Геоэнергетические ресурсы Украины и перспективы их применения на территории Украины и Крыма.» выполнил Студент 4 курса ЧФ МГУ факультета естественных наук отделение физики группы Фз-401 Червяков А.К. V Молодежный Фестиваль «Экоэнерджи» Севастополь 2012

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.

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: 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.

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.

W = NKC ρ ΔT(H з -H в ) Где N – норма расхода топлива на товарное тепло – 0,34* т у.т./Дж (т у.т. – тонна условного топлива); K – коэффициент температурного извлечения (принят равным 0,125); C ρ – объемная теплоемкость пород, ее можно считать практически постоянной – 2,5*10 6 Дж/м 3 ; ΔT – разница в температуре теплоносителя и сброса - 40°С; H з – глубина забоя, на которой определена Т з. С учетом приведенных выше данных имеем: W = 0,000425(Н з – Н в ), т у.т./м 2. Где Н в – это глубина, на которой обеспечивается средняя температура на интервале (Н з – Н в ), равной 60 °С. Н в = (Т з – Т т )/0,5γ Где Т т – температура теплоносителя; γ – средний геотермический градиент в интервале.

Запасы горючих ископаемых в Украине составляют 0,04 трл т у.т. Суммарный запас геоэнергетическ их ресурсов Украины составляет 0,83 трл т у.т. (на глубинах 5,5-6 км). Это более чем в 20 раз больше горючих ископаемых. 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. Рис. 2. Распределение W 6 на юге Украины и на Черноморо- Азовском шельфе, т у.у./м 2 : 1- границы Южно-Украинской моноклинали и Скифской плиты; 2 – пункты определения ТП; 3 – изолинии W 6

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.

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. Рис.3. Принципиальная схема получения электроэнергии по технологии, предложенной австралийской компанией Geodynamics Ltd.

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 компактный Приблизительно 70% тепла, производимого тепловым насосом, является бесплатным. Высокий коэффициент преобразования тепла (до 600%) Практически бесшумная работа установки Не загрязняет окружающий воздух Недостатки тепловых насосов: большая стоимость и высокие первоначальные затраты (около у.е. на 1 кВт необходимой мощности) срок окупаемости тепловых насосов составляет 5-10 лет, при сроке службы по 15-20лет до капитального ремонта.

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 метров).

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.