GirişDərinlikdə Yerin temperaturu 2. Geotermal isitmə və soyutma sistemləri haqqında on mif
Təsəvvür edin ki, həmişə rahat bir temperaturda saxlanılan, heç bir istilik və soyutma sistemi görünməyən bir ev. Bu sistem səmərəli işləyir, lakin sahiblərdən kompleks təmir və ya xüsusi bilik tələb etmir.
Hava təzədir, quşların cırıltısı, küləyin tənbəlcəsinə ağacların yarpaqları ilə oynaması eşidilir. Ev torpaqdan enerji alır, necə ki, yarpaqlar köklərdən enerji alır. Möhtəşəm bir şəkil, elə deyilmi?
Geotermal isitmə və soyutma sistemləri bu vizyonu reallığa çevirir. Geotermal HVAC (istilik, havalandırma və kondisioner) sistemi qışda isitmə və yayda soyutma təmin etmək üçün yerin temperaturundan istifadə edir.
Geotermal istilik və soyutma necə işləyir
Ətraf mühitin temperaturu fəsillərə görə dəyişir, lakin yerin izolyasiya xüsusiyyətlərinə görə yeraltı temperatur o qədər də dəyişmir. 1,5-2 metr dərinlikdə temperatur bütün il boyu nisbətən sabit qalır. Geotermal sistem adətən daxili təmizləmə avadanlığından, yeraltı döngə adlanan yeraltı boru sistemindən və/və ya suyun dövriyyəsi üçün nasosdan ibarətdir. Sistem "təmiz və sərbəst" enerji təmin etmək üçün yerin sabit temperaturundan istifadə edir.
(Geotermal NVC sistemi anlayışını "geotermal enerji" ilə qarışdırmayın - elektrik enerjisinin birbaşa yerdəki yüksək temperaturdan istehsal edildiyi bir proses. Sonuncu fərqli bir avadanlıq növü və müxtəlif proseslərdən istifadə edir, məqsədi adətən suyu qaynama nöqtəsinə qədər qızdırmaq.)
Yeraltı döngəni təşkil edən borular adətən polietilendən hazırlanır və relyefdən asılı olaraq üfüqi və ya şaquli şəkildə yeraltı quraşdırıla bilər. Sulu təbəqəyə əlçatan olarsa, mühəndislər yeraltı sulara quyu qazaraq "açıq dövrə" sistemini dizayn edə bilərlər. Su nasosla çıxarılır, istilik dəyişdiricisindən keçirilir və sonra "yenidən vurulma" yolu ilə eyni sulu təbəqəyə təkrar vurulur.
Qışda yeraltı döngədən keçən su yerin istiliyini özünə çəkir. Daxili avadanlıq temperaturu daha da artırır və onu bütün binaya paylayır. Bu, əks istiqamətdə işləyən kondisioner kimidir. Yayda geotermal NVC sistemi suyu ondan alır yüksək temperatur binadan çıxarır və onu yeraltı döngə/nasos vasitəsilə suyun soyuducu yerə/su qatına daxil olduğu təkrar vurma quyusuna aparır.
Adi istilik və soyutma sistemlərindən fərqli olaraq, geotermal HVAC sistemləri istilik yaratmaq üçün qalıq yanacaqlardan istifadə etmir. Onlar sadəcə yerdən istilik alırlar. Tipik olaraq, elektrik yalnız fan, kompressor və nasosun işləməsi üçün istifadə olunur.
Geotermal soyutma və istilik sistemində üç əsas komponent var: istilik nasosu, istilik mübadilə mayesi (açıq dövrə və ya qapalı dövrə sistemi) və hava təchizatı sistemi (boru sistemi).
Geotermal istilik nasosları üçün, eləcə də bütün digər növ istilik nasosları üçün onların faydalı təsirinin bu hərəkətə (səmərəliliyə) sərf olunan enerjiyə nisbəti ölçüldü. Əksər geotermal istilik nasos sistemlərinin səmərəliliyi 3,0 ilə 5,0 arasındadır. Bu, sistemin bir enerji vahidini 3-5 vahid istiliyə çevirməsi deməkdir.
Geotermal sistemlər yüksək texniki xidmət tələb etmir. Düzgün quraşdırılmış, çox vacib olan yeraltı döngə bir neçə nəsil üçün yaxşı xidmət edə bilər. Fan, kompressor və nasos içəridə yerləşir və dəyişənlərdən qorunur hava şəraiti Beləliklə, onların xidmət müddəti uzun illər, çox vaxt onilliklər davam edə bilər. Müntəzəm dövri yoxlamalar, filtrin vaxtında dəyişdirilməsi və rulonların illik təmizlənməsi tələb olunan yeganə texniki xidmətdir.
Geotermal NVC sistemlərindən istifadə təcrübəsi
Geotermal NVC sistemləri bütün dünyada 60 ildən artıqdır ki, istifadə olunur. Onlar təbiətə qarşı deyil, onunla işləyirlər və istixana qazları buraxmırlar (əvvəllər qeyd edildiyi kimi, onlar yerin sabit temperaturundan istifadə etdikləri üçün daha az elektrik enerjisi istifadə edirlər).
Geotermal HVAC sistemləri böyüyən yaşıl bina hərəkatının bir hissəsi kimi getdikcə ekoloji cəhətdən təmiz evlərin atributlarına çevrilir. Yaşıl layihələr keçən il ABŞ-da tikilən bütün evlərin 20 faizini təşkil edib. Wall Street Journal-dakı bir məqalədə 2016-cı ilə qədər yaşıl bina büdcəsinin illik 36 milyard dollardan 114 milyard dollara qədər artacağı təxmin edilir. Bu, bütün daşınmaz əmlak bazarının 30-40 faizini təşkil edəcək.
Lakin geotermal isitmə və soyutma ilə bağlı məlumatların çoxu köhnəlmiş məlumatlara və ya əsaslandırılmamış miflərə əsaslanır.
Geotermal NVC sistemləri haqqında mifləri məhv etmək
1. Geotermal NVC sistemləri bərpa olunan texnologiya deyil, çünki onlar elektrik enerjisindən istifadə edirlər.
Fakt: Geotermal HVAC sistemləri beş vahidə qədər soyutma və ya isitmə istehsal etmək üçün yalnız bir vahid elektrik enerjisindən istifadə edir.
2. Günəş enerjisi və külək enerjisi geotermal NVC sistemləri ilə müqayisədə daha əlverişli bərpa olunan texnologiyalardır.
Fakt: Bir dollara geotermal HVAC sistemləri günəş və ya külək enerjisindən dörd dəfə çox kilovat-saat istehsal edir. Bu texnologiyalar, əlbəttə ki, ətraf mühit üçün mühüm rol oynaya bilər, lakin geotermal NVC sistemi çox vaxt ətraf mühitə təsiri azaltmaq üçün ən effektiv və qənaətcil üsuldur.
3. Geotermal NVC sistemi yeraltı döngə polietilen borularını yerləşdirmək üçün çox yer tələb edir.
Fakt: Ərazidən asılı olaraq, yeraltı döngə şaquli ola bilər, yəni az səth sahəsi tələb olunur. Əlçatan bir akifer varsa, onda yalnız bir neçə kvadrat fut səth sahəsi lazımdır. Qeyd edək ki, su istilik dəyişdiricisindən keçdikdən sonra götürüldüyü eyni sulu təbəqəyə qayıdır. Beləliklə, su axmır və akiferi çirkləndirmir.
4. NVK geotermal istilik nasosları səs-küylüdür.
Fakt: Sistemlər çox səssizdir və qonşuları narahat etməmək üçün çöldə heç bir avadanlıq yoxdur.
5. Geotermal sistemlər sonda köhnəlir.
Fakt: Yeraltı döngələr nəsillər boyu davam edə bilər. İstilik mübadilə avadanlığı adətən onilliklər ərzində xidmət edir, çünki o, qapalı yerlərdə qorunur. Avadanlıqların dəyişdirilməsi vaxtı gəldikdə, dəyişdirmə dəyəri yeni geotermal sistemdən çox azdır, çünki yeraltı döngə və quyu ən bahalı hissələrdir. Yeni texniki həllər torpaqda istilik saxlama problemini aradan qaldırır, belə ki, sistem temperaturu qeyri-məhdud miqdarda mübadilə edə bilər. Keçmişdə səhv dizayn edilmiş sistemlərin həqiqətən həddindən artıq qızdırılması və ya soyudulması halları olub ki, sistemin işləməsi üçün lazım olan temperatur fərqi artıq yoxdur.
6. Geotermal NVC sistemləri yalnız istilik üçün işləyir.
Fakt: Onlar soyutma üçün eyni dərəcədə səmərəli işləyirlər və əlavə ehtiyat istilik mənbəyinə ehtiyac qalmaması üçün dizayn edilə bilər. Baxmayaraq ki, bəzi müştərilər ən soyuq vaxtlar üçün kiçik bir ehtiyat sistemə sahib olmağın daha sərfəli olduğuna qərar verirlər. Bu o deməkdir ki, onların yeraltı döngəsi daha kiçik və buna görə də daha ucuz olacaq.
7. Geotermal HVAC sistemləri eyni vaxtda məişət məqsədləri üçün suyu qızdıra, hovuzdakı suyu qızdıra və evi qızdıra bilməz.
Fakt: Sistemlər eyni vaxtda bir çox funksiyanı yerinə yetirmək üçün dizayn edilə bilər.
8. Geotermal NVC sistemləri yer üzünü soyuducu maddələrlə çirkləndirir.
Fakt: Əksər sistemlər döngələrdə yalnız sudan istifadə edir.
9. Geotermal NVC sistemləri çox su istifadə edir.
Fakt: Geotermal sistemlər əslində sudan istifadə etmir. Əgər qrunt suları temperatur mübadiləsi üçün istifadə olunursa, o zaman bütün su eyni sulu təbəqəyə qayıdır. Həqiqətən də keçmişdə istifadə edilən bəzi sistemlər var idi ki, su istilik dəyişdiricisindən keçdikdən sonra boş yerə sərf olunurdu, lakin bu gün belə sistemlərdən demək olar ki, istifadə olunmur. Əgər məsələyə kommersiya nöqteyi-nəzərindən baxsanız, geotermal NVC sistemləri əslində ənənəvi sistemlərdə buxarlanacaq milyonlarla litr suya qənaət edir.
10. Geotermal NVC texnologiyası dövlət və regional vergi güzəştləri olmadan maliyyə cəhətdən mümkün deyil.
Fakt: Dövlət və regional təşviqlər adətən geotermal sistemin ümumi dəyərinin 30-60 faizini təşkil edir ki, bu da tez-tez ilkin qiyməti adi avadanlıqla demək olar ki, eyni səviyyəyə endirə bilər. Standart HVAC hava sistemləri bir ton istilik və ya soyuq üçün təxminən 3000 dollara başa gəlir (evlər adətən bir tondan beş ton istifadə edir). Geotermal NVC sistemlərinin qiyməti ton başına təxminən 5000 dollardan 8000-9000 dollara qədər dəyişir. Bununla belə, yeni quraşdırma üsulları adi sistemlərin qiymətlərinə qədər xərcləri əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Xərclərin azaldılması, həmçinin ictimai və ya kommersiya istifadəsi üçün avadanlıqlara endirimlər və ya hətta yaşayış xarakterli böyük sifarişlər (xüsusilə Bosch, Carrier və Trane kimi böyük brendlərdən) əldə edilə bilər. Nasos və reinjection quyusundan istifadə edən açıq döngələrin quraşdırılması qapalı dövrə sistemlərindən daha ucuzdur.
Energyblog.nationalgeographic.com saytından materiallar əsasında
Ön söz əvəzinə.
Ağıllı və mehriban insanlar mənə işarə etdilər ki, bu iş yalnız qeyri-stasionar şəraitdə, yerin nəhəng istilik ətalətinə görə qiymətləndirilməli və temperaturun dəyişməsinin illik rejimini nəzərə almalıdır. Tamamlanmış nümunə stasionar bir istilik sahəsi üçün həll edildi, buna görə də açıq-aydın səhv nəticələrə malikdir, buna görə də stasionar rejimdə temperaturun paylanmasını göstərən çox sayda sadələşdirmə ilə yalnız bir növ ideallaşdırılmış model kimi qəbul edilməlidir. Deməli, necə deyərlər, istənilən təsadüf xalis təsadüfdür...
***************************************************
Həmişə olduğu kimi, qəbul edilmiş istilik keçiriciliyi və materialların qalınlığı haqqında çox şey verməyəcəyəm, yalnız bir neçəsini təsvir etməklə məhdudlaşacağam, digər elementlərin real strukturlara mümkün qədər yaxın olduğunu güman edirik - termofiziki xüsusiyyətlər təyin olunur. düzgün və materialların qalınlıqları adekvatdır real hallar tikinti təcrübəsi. Məqalənin məqsədi müxtəlif şərtlər altında Bina-Zəmin sərhədində temperatur paylanması haqqında çərçivə anlayışını əldə etməkdir.
Demək lazım olanlar haqqında bir az. Bu nümunədəki hesablanmış sxemlər 3 temperatur sərhədini ehtiva edir, 1-ci qızdırılan binanın otaqlarının daxili havası +20 o C, 2-cisi xarici hava -10 o C (-28 o C), 3-cü isə müəyyən bir dərinlikdə torpağın qalınlığında müəyyən sabit dəyər ətrafında dəyişdiyi temperatur. Bu misalda, bu dərinliyin qəbul edilmiş dəyəri 8 m və temperaturu +10 o C-dir. Burada kimsə mənimlə 3-cü sərhədin qəbul edilmiş parametrləri ilə bağlı mübahisə edə bilər, lakin mübahisə təxminəndir. dəqiq dəyərlər Bu məqalənin məqsədi deyil, necə ki, əldə edilən nəticələr xüsusilə dəqiq olduğunu iddia etmir və hər hansı bir xüsusi dizayn işi ilə əlaqələndirilə bilər. Yenə deyirəm, vəzifə temperaturun paylanması haqqında fundamental, çərçivə anlayışını əldə etmək və bu məsələ ilə bağlı müəyyən edilmiş bəzi fikirləri yoxlamaqdır.
İndi gəlin birbaşa mətləbə keçək. Beləliklə, bunlar sınaqdan keçirilməli olan tezislərdir.
1. Qızdırılan binanın altındakı torpaq müsbət temperatura malikdir.
2. Torpağın dondurulmasının standart dərinliyi (bu, bəyanatdan daha çox sualdır). Geoloji hesabatlarda donma ilə bağlı məlumatlar verilərkən yerin qar örtüyü nəzərə alınırmı, çünki bir qayda olaraq evin ətrafı qardan təmizlənir, cığırlar, səkilər, kor sahələr, dayanacaqlar və s. təmizlənir?
Torpağın dondurulması zamanla bir prosesdir, buna görə hesablama üçün ən soyuq ayın orta temperaturu -10 o C-ə bərabər olan xarici temperaturu götürəcəyik. Bütün dərinlik üçün azaldılmış lambda = 1 olan torpağı götürəcəyik.
Şəkil 1. Hesablama sxemi.
Şəkil 2. Temperatur izolatları. Qar örtüyü olmayan sxem.
Ümumiyyətlə, binanın altındakı yerin temperaturu müsbətdir. Maksimumlar binanın mərkəzinə daha yaxındır, minimumlar xarici divarlara doğrudur. Üfüqi sıfır temperatur izolasiyası yalnız qızdırılan otağın üfüqi müstəvidəki proyeksiyasına toxunur.
Torpağın binadan kənarda donması (yəni mənfi temperatura çatması) ~2,4 metr dərinlikdə baş verir ki, bu da daha çoxdur. normativ dəyərşərti seçilmiş rayon üçün (1,4-1,6 m).
İndi lambda 0.3 olan 400 mm orta sıxlıqlı qar əlavə edək.
Şəkil 3. Temperatur izolatları. 400 mm qar örtüyü ilə sxem.
Müsbət temperaturun izolatları mənfi temperaturları xaricə sıxışdırır;
Qar örtüyü altında torpağın donması ~1,2 metrdir (-0,4 m qar = 0,8 m yerin donması). Qar "yorğanı" donma dərinliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır (demək olar ki, 3 dəfə).
Göründüyü kimi, qar örtüyünün olması, onun hündürlüyü və sıxılma dərəcəsi sabit dəyər deyil, buna görə də orta donma dərinliyi 2 sxemdən əldə edilən nəticələr diapazonundadır, (2,4 + 0,8) * 0,5 = 1,6 metrdir, bu da uyğun gəlir. standart dəyərə.
İndi gəlin görək şiddətli şaxtalar (-28 o C) vursa və binanın ətrafında qar örtüyü olmadığı halda istilik sahəsinin sabitləşməsi üçün kifayət qədər uzun müddət qalsa nə baş verəcək.
Şəkil 4. -28-də sxem O Qar örtüyü olmayan.
Mənfi temperatur binanın altında sürünür, müsbət temperatur qızdırılan otağın döşəməsinə basır. Vəqflər sahəsində torpaq donur. Binadan aralıda torpaq ~4,7 metrə qədər donur.
Əvvəlki blog yazılarına baxın.
Karbohidrogenlərlə zəngin olan ölkəmizdə geotermal enerji bir növ ekzotik resursdur ki, mövcud vəziyyəti nəzərə alsaq, neft və qazla rəqabət apara bilməyəcək. Bununla belə, bu alternativ enerji növündən demək olar ki, hər yerdə və kifayət qədər səmərəli istifadə etmək olar.
Geotermal enerji yerin daxili hissəsinin istiliyidir. Dərinliklərində istehsal olunur və Yerin səthinə çatır müxtəlif formalar və müxtəlif intensivliklə.
Torpağın yuxarı təbəqələrinin temperaturu əsasən xarici (ekzogen) amillərdən - günəş işığından və havanın temperaturundan asılıdır. Yayda və gündüzdə torpaq müəyyən dərinliklərə qədər isinir, qışda və gecə isə havanın temperaturunun dəyişməsindən sonra və dərinlik artdıqca bir qədər gecikməklə soyuyur. Hava istiliyində gündəlik dalğalanmaların təsiri bir neçə on santimetrdən bir neçə on santimetrə qədər dərinlikdə başa çatır. Mövsümi dalğalanmalar torpağın daha dərin qatlarına - onlarla metrə qədər təsir edir.
Bəzi dərinliklərdə - onlarla metrdən yüzlərlə metrə qədər - torpağın temperaturu sabit qalır, Yer səthində orta illik hava istiliyinə bərabərdir. Bunu kifayət qədər dərin bir mağaraya enərək asanlıqla yoxlaya bilərsiniz.
Müəyyən bir ərazidə havanın orta illik temperaturu sıfırdan aşağı olduqda, o, özünü əbədi don (daha dəqiq desək, permafrost) kimi göstərir. IN Şərqi Sibirİlboyu donmuş torpaqların qalınlığı, yəni qalınlığı bəzi yerlərdə 200-300 m-ə çatır.
Müəyyən bir dərinlikdən (xəritənin hər nöqtəsi üçün fərqli) Günəşin və atmosferin hərəkəti o qədər zəifləyir ki, endogen (daxili) faktorlar birinci yerə çıxır və yerin içi daxildən qızır, beləliklə temperatur yüksəlməyə başlayır. dərinliyi ilə.
Yerin dərin qatlarının istiləşməsi əsasən orada yerləşən radioaktiv elementlərin çürüməsi ilə bağlıdır, baxmayaraq ki, digər istilik mənbələri də, məsələn, yer qabığının və mantiyanın dərin qatlarında fiziki-kimyəvi, tektonik proseslər adlanır. Ancaq səbəb nə olursa olsun, süxurların və onunla əlaqəli maye və qaz halındakı maddələrin temperaturu dərinlik artdıqca artır. Mədənçilər bu fenomenlə üzləşirlər - dərin mədənlərdə həmişə isti olur. 1 km dərinlikdə otuz dərəcə istilik normaldır, daha dərində isə temperatur daha yüksəkdir.
Yerin daxili hissəsinin Yer səthinə çatan istilik axını kiçikdir - onun gücü orta hesabla 0,03-0,05 Vt/m2 və ya ildə təxminən 350 Vt/m2 təşkil edir. Günəşdən gələn istilik axını və onun qızdırdığı hava fonunda bu, gözə dəyməyən bir dəyərdir: Günəş hər kəsə kvadrat metr yerin səthi ildə təxminən 4000 kVt/saatdır, yəni 10 000 dəfə çoxdur (əlbəttə ki, bu, orta hesabla, qütb və ekvator enlikləri arasında böyük yayılma ilə və digər iqlim və hava faktorlarından asılı olaraq).
Planetin əksər hissəsində daxili hissədən səthə istilik axınının əhəmiyyətsizliyi süxurların aşağı istilik keçiriciliyi və geoloji quruluşun xüsusiyyətləri ilə əlaqələndirilir. Ancaq istisnalar var - istilik axınının yüksək olduğu yerlər. Bunlar, ilk növbədə, yerin daxili enerjisinin çıxış tapdığı tektonik qırılmalar, artan seysmik aktivlik və vulkanizm zonalarıdır. Belə zonalar litosferin istilik anomaliyaları ilə xarakterizə olunur; burada Yer səthinə çatan istilik axını bir neçə dəfə və hətta "adi" dən daha güclü ola bilər. Vulkan püskürmələri və isti bulaqlar bu zonalarda səthə böyük miqdarda istilik gətirir.
Bunlar geotermal enerjinin inkişafı üçün ən əlverişli sahələrdir. Rusiya ərazisində bunlar, ilk növbədə, Kamçatka, Kuril adaları və Qafqazdır.
Eyni zamanda, geotermal enerjinin inkişafı demək olar ki, hər yerdə mümkündür, çünki dərinlik ilə temperaturun artması universal bir hadisədir və vəzifə oradan mineral xammal çıxarıldığı kimi, dərinliklərdən istiliyi "çıxarmaq"dır.
Orta hesabla, hər 100 m üçün temperatur dərinliklə 2,5-3°C artır, müxtəlif dərinliklərdə yerləşən iki nöqtə arasındakı temperatur fərqinin onların arasındakı dərinlik fərqinə nisbəti geotermal qradiyent adlanır.
Qarşılıqlı geotermal mərhələ və ya temperaturun 1°C yüksəldiyi dərinlik intervalıdır.
Qradiyent nə qədər yüksək olarsa və müvafiq olaraq mərhələ nə qədər aşağı olarsa, Yerin dərinliklərinin istiliyi səthə bir o qədər yaxınlaşır və bu sahə geotermal enerjinin inkişafı üçün bir o qədər perspektivlidir.
Müxtəlif ərazilərdə, geoloji quruluşdan və digər regional və yerli şəraitdən asılı olaraq, dərinliyə görə temperaturun artması sürəti kəskin şəkildə dəyişə bilər. Yer miqyasında geotermal qradiyentin və pillələrin böyüklüyündə dalğalanmalar 25 dəfəyə çatır. Məsələn, Oreqonda (ABŞ) gradient 1 km-də 150°C, Cənubi Afrikada isə 1 km-də 6°C-dir.
Sual olunur ki, böyük dərinliklərdə - 5, 10 km və ya daha çox olan yerdə temperatur nə qədərdir? Əgər tendensiya davam edərsə, 10 km dərinlikdə temperatur orta hesabla təxminən 250-300°C olmalıdır. Bu, ultra dərin quyularda birbaşa müşahidələrlə az və ya çox təsdiqlənir, baxmayaraq ki, şəkil temperaturun xətti artımından daha mürəkkəbdir.
Məsələn, Baltik kristal sipərində qazılmış Kola superdərin quyusunda 3 km dərinliyə qədər temperatur 10°C/1 km sürətlə dəyişir və sonra geotermal qradiyent 2-2,5 dəfə artır. 7 km dərinlikdə artıq 120°C, 10 km-də - 180°C, 12 km-də isə -220°C temperatur qeydə alınıb.
Başqa bir misal, Şimali Xəzər regionunda qazılmış quyuda 500 m dərinlikdə 42°C, 1,5 km-70°C, 2 km-80°C, 3 km-108°C temperatur qeydə alınmışdır. .
Ehtimal olunur ki, geotermal qradiyentin 20–30 km dərinlikdən başlayaraq azaldığı ehtimal edilir: 100 km dərinlikdə təxmin edilən temperaturlar təxminən 1300–1500°C, 400 km – 1600°C, Yer kürəsində nüvə (dərinlik 6000 km-dən çox) - 4000–5000° C.
10-12 km-ə qədər dərinliklərdə temperatur qazılmış quyular vasitəsilə ölçülür; olmadıqda, daha böyük dərinliklərdə olduğu kimi dolayı əlamətlərlə müəyyən edilir. Belə dolayı əlamətlər seysmik dalğaların keçməsinin xarakteri və ya püskürən lavanın temperaturu ola bilər.
Bununla belə, geotermal enerji məqsədləri üçün 10 km-dən çox dərinlikdə temperaturlar haqqında məlumatlar hələlik praktiki maraq doğurmur.
Bir neçə kilometr dərinlikdə çox istilik var, amma onu necə qaldırmaq olar? Bəzən təbiətin özü bu problemi bizim üçün təbii bir soyuducu - qızdırılan köməyi ilə həll edir termal sular, səthə çıxan və ya bizim üçün əlçatan bir dərinlikdə uzanan. Bəzi hallarda dərinliklərdəki su buxar vəziyyətinə qədər qızdırılır.
“Termal sular” anlayışının dəqiq tərifi yoxdur. Onlar, bir qayda olaraq, maye və ya buxar şəklində olan isti yeraltı suları, o cümlədən temperaturu 20°C-dən yuxarı olan, yəni bir qayda olaraq havanın temperaturundan yüksək olan yer səthinə çıxanlar deməkdir. .
Yeraltı suların, buxarın, buxar-su qarışıqlarının istiliyi hidrotermal enerjidir. Müvafiq olaraq, onun istifadəsinə əsaslanan enerji hidrotermal adlanır.
İstiliyin birbaşa quru süxurlardan çıxarılması ilə vəziyyət daha mürəkkəbdir - neft-termal enerji, xüsusən kifayət qədər yüksək temperaturlar, bir qayda olaraq, bir neçə kilometr dərinlikdən başlayır.
Rusiya ərazisində neft-termal enerji potensialı hidrotermal enerjidən yüz dəfə yüksəkdir - müvafiq olaraq 3500 və 35 trilyon ton standart yanacaq. Bu olduqca təbiidir - Yerin dərinliklərinin istiliyi hər yerdə mövcuddur və termal sular yerli olaraq tapılır. Lakin aşkar texniki çətinliklərə görə hazırda termal sulardan daha çox istilik və elektrik enerjisi istehsalı üçün istifadə olunur.
Temperaturu 20–30°C-dən 100°C-ə qədər olan sular isitmə üçün, 150°C-dən yuxarı temperaturlar isə geotermal elektrik stansiyalarında elektrik enerjisi istehsalı üçün əlverişlidir.
Ümumiyyətlə, Rusiyadakı geotermal ehtiyatlar, ton ekvivalent yanacaq və ya hər hansı digər enerji ölçü vahidi baxımından qalıq yanacaq ehtiyatlarından təxminən 10 dəfə çoxdur.
Nəzəri cəhətdən yalnız geotermal enerji ölkənin enerji tələbatını tam ödəyə bilərdi. Praktikada hazırda onun əksər ərazilərində texniki və iqtisadi səbəblərə görə bu mümkün deyil.
Dünyada geotermal enerjidən istifadə ən çox Orta Atlantik silsiləsinin şimal ucunda, son dərəcə aktiv tektonik və vulkanik zonada yerləşən İslandiya ilə əlaqələndirilir. Eyjafjallajökull vulkanının güclü püskürməsini yəqin ki, hamı xatırlayır ( Eyjafjallajökull) 2010-cu ildə.
Məhz bu geoloji xüsusiyyət sayəsində İslandiyanın nəhəng geotermal enerji ehtiyatları, o cümlədən Yerin səthində yaranan və hətta geyzerlər şəklində fışqıran isti bulaqlar var.
İslandiyada hazırda istehlak edilən bütün enerjinin 60%-dən çoxu Yerdən gəlir. Geotermal mənbələr istiliyin 90%-ni, elektrik enerjisinin 30%-ni təmin edir. Əlavə edək ki, ölkənin elektrik enerjisinin qalan hissəsi su elektrik stansiyaları tərəfindən istehsal olunur, yəni həm də bərpa olunan enerji mənbəyindən istifadə etməklə İslandiya bir növ qlobal ekoloji standart kimi görünür.
20-ci əsrdə geotermal enerjinin əhliləşdirilməsi İslandiyaya əhəmiyyətli dərəcədə kömək etdi iqtisadi cəhətdən. Ötən əsrin ortalarına qədər çox idi kasıb ölkə, indi adambaşına qoyulan gücə və geotermal enerji istehsalına görə dünyada birinci yerdədir və geotermal elektrik stansiyalarının quraşdırılmış gücünün mütləq dəyərinə görə ilk onluğa daxildir. Bununla belə, onun əhalisi cəmi 300 min nəfərdir ki, bu da ekoloji cəhətdən təmiz enerji mənbələrinə keçid vəzifəsini asanlaşdırır: ona ehtiyac ümumiyyətlə azdır.
İslandiya ilə yanaşı, elektrik enerjisi istehsalının ümumi balansında geotermal enerjinin yüksək payı Yeni Zelandiya və Cənub-Şərqi Asiyanın ada dövlətləri (Filippin və İndoneziya), Mərkəzi Amerika və Şərqi Afrika ölkələrində təmin edilir. yüksək seysmik və vulkanik aktivliklə səciyyələnir. Bu ölkələr üçün indiki inkişaf və ehtiyacları səviyyəsində geotermal enerji sosial-iqtisadi inkişafa mühüm töhfə verir.
Geotermal enerjinin istifadəsi çox qədim tarixə malikdir. İlk məlum nümunələrdən biri İtaliya, Toskana əyalətində, hazırda Larderello adlanan, 19-cu əsrin əvvəllərində təbii yolla axan və ya dayaz quyulardan çıxarılan yerli isti termal suların enerji məqsədləri üçün istifadə edildiyi yerdir.
Burada bor turşusu almaq üçün borla zəngin olan yeraltı bulaqların suyundan istifadə edilirdi. Əvvəlcə bu turşu dəmir qazanlarda buxarlanaraq əldə edilirdi və yanacaq kimi yaxınlıqdakı meşələrdən adi odun götürülürdü, lakin 1827-ci ildə Françesko Larderel suların öz istisi ilə işləyən bir sistem yaratdı. Eyni zamanda, təbii su buxarının enerjisi qazma qurğularının istismarı üçün, 20-ci əsrin əvvəllərində isə yerli evlərin və istixanaların qızdırılması üçün istifadə olunmağa başladı. Orada, 1904-cü ildə Larderelloda termal su buxarı elektrik enerjisi istehsal etmək üçün enerji mənbəyinə çevrildi.
İtaliya nümunəsini 19-cu əsrin sonu və 20-ci əsrin əvvəllərində bir neçə başqa ölkə izlədi. Məsələn, 1892-ci ildə termal sulardan ilk dəfə yerli isitmə üçün ABŞ-da (Boise, Aydaho), 1919-cu ildə Yaponiyada, 1928-ci ildə İslandiyada istifadə edilmişdir.
ABŞ-da hidrotermal enerji ilə işləyən ilk elektrik stansiyası 1930-cu illərin əvvəllərində Kaliforniyada, Yeni Zelandiyada - 1958-ci ildə, Meksikada - 1959-cu ildə, Rusiyada (dünyada ilk ikili GeoPP) - 1965-ci ildə meydana çıxdı.
Yeni mənbədə köhnə prinsip
Elektrik enerjisinin istehsalı istilik üçün daha yüksək bir su mənbəyi temperaturu tələb edir - 150 ° C-dən çox. Geotermal elektrik stansiyasının (GeoPP) iş prinsipi adi istilik elektrik stansiyasının (CHP) iş prinsipinə bənzəyir. Əslində, geotermal elektrik stansiyası istilik elektrik stansiyasının bir növüdür.
İstilik elektrik stansiyalarında ilkin enerji mənbəyi adətən kömür, qaz və ya mazut, işçi maye isə su buxarı olur. Yanacaq, yandırıldıqda suyu buxara çevirir, bu da elektrik enerjisi yaradan buxar turbinini fırladır.
GeoPP arasındakı fərq ondan ibarətdir ki, burada əsas enerji mənbəyi yerin içinin istiliyidir və buxar şəklində işləyən maye elektrik generatorunun turbin qanadlarına “hazır” formada birbaşa hasilat quyusundan verilir. .
GeoPP-lər üçün üç əsas əməliyyat sxemi var: birbaşa, quru (geotermal) buxardan istifadə etməklə; dolayı, hidrotermal suya əsaslanan və qarışıq və ya ikili.
Bu və ya digər sxemin istifadəsi enerji daşıyıcısının yığılma vəziyyətindən və temperaturundan asılıdır.
Ən sadə və buna görə də mənimsənilmiş sxemlərin birincisi birbaşadır, burada quyudan gələn buxar birbaşa turbindən keçirilir. 1904-cü ildə Larderelloda dünyanın ilk geoelektrik stansiyası da quru buxarla işləyirdi.
Dolayı əməliyyat sxemi olan GeoPP-lər dövrümüzdə ən çox yayılmışdır. Onlar isti yeraltı sudan istifadə edirlər, bu su yüksək təzyiq altında buxarlandırıcıya vurulur, burada onun bir hissəsi buxarlanır və nəticədə yaranan buxar turbin fırlanır. Bəzi hallarda geotermal su və buxarı aqressiv birləşmələrdən təmizləmək üçün əlavə qurğular və sxemlər tələb olunur.
Egzoz buxarı enjeksiyon quyusuna daxil olur və ya binaları qızdırmaq üçün istifadə olunur - bu halda prinsip istilik elektrik stansiyasının istismarı zamanı olduğu kimidir.
İkili GeoPP-lərdə isti termal su daha aşağı qaynama nöqtəsi olan işçi mayenin funksiyalarını yerinə yetirən başqa bir maye ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Hər iki maye bir istilik dəyişdiricisindən keçir, burada termal su işçi mayeni buxarlandırır, buxarları turbin fırlanır.
Bu sistem qapalıdır ki, bu da atmosferə atılan tullantıların problemini həll edir. Bundan əlavə, nisbətən aşağı qaynama nöqtəsi olan işçi mayelər əsas enerji mənbəyi kimi çox isti olmayan termal sulardan istifadə etməyə imkan verir.
Hər üç sxem hidrotermal mənbədən istifadə edir, lakin neft-termal enerji də elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər.
Bu vəziyyətdə dövrə diaqramı da olduqca sadədir. Bir-birinə bağlı iki quyu qazmaq lazımdır - inyeksiya və hasilat. Su vurma quyusuna vurulur. Dərinlikdə qızdırılır, daha sonra güclü qızdırma nəticəsində əmələ gələn qızdırılan su və ya buxar hasilat quyusu vasitəsilə səthə verilir. Sonra hər şey neft-termal enerjinin necə istifadə olunduğundan asılıdır - istilik və ya elektrik enerjisi istehsalı üçün. Qapalı dövrə tullantı buxarının və suyun vurulması və ya başqa bir utilizasiya üsulu ilə yenidən vurulması ilə mümkündür.
Belə bir sistemin dezavantajı göz qabağındadır: işçi mayenin kifayət qədər yüksək temperaturunu əldə etmək üçün quyuları böyük dərinliklərə qazmaq lazımdır. Və bunlar ciddi xərclərdir və maye yuxarıya doğru hərəkət edərkən əhəmiyyətli istilik itkiləri riskidir. Buna görə də, neft-termal sistemlər hələ də hidrotermal sistemlərlə müqayisədə daha az yayılmışdır, baxmayaraq ki, neft-termal enerjinin potensialı daha yüksəkdir.
Hazırda neft-termal dövriyyə sistemlərinin (PCS) yaradılması üzrə lider Avstraliyadır. Bundan əlavə, geotermal enerjinin bu sahəsi ABŞ, İsveçrə, Böyük Britaniya və Yaponiyada fəal şəkildə inkişaf edir.
Lord Kelvindən hədiyyə
1852-ci ildə fizik Uilyam Tompson (digər adı Lord Kelvin) tərəfindən istilik nasosunun ixtirası bəşəriyyətə torpağın yuxarı təbəqələrinin aşağı dərəcəli istiliyindən istifadə etmək üçün real imkan yaratdı. İstilik nasosu sistemi və ya Tompsonun dediyi kimi istilik çarpanı, istiliyin ətraf mühitdən soyuducuya ötürülməsinin fiziki prosesinə əsaslanır. Əslində, o, neft-termal sistemlərlə eyni prinsipdən istifadə edir. Fərq istilik mənbəyindədir ki, bu da terminoloji sual yarada bilər: istilik nasosunu nə dərəcədə geotermal sistem hesab etmək olar? Məsələ burasındadır ki, üst qatlarda on-yüzlərlə metr dərinliklərə qədər olan süxurlar və onların tərkibindəki mayelər yerin dərin istisi ilə deyil, günəş tərəfindən qızdırılır. Beləliklə, geotermal sistemlərdə olduğu kimi yerdən götürülsə də, bu halda ilkin istilik mənbəyi günəşdir.
İstilik nasosunun işləməsi atmosferlə müqayisədə torpağın qızdırılması və soyumasının gecikməsinə əsaslanır, nəticədə səth və daha dərin təbəqələr arasında temperatur qradiyenti əmələ gəlir, hətta qışda da olduğu kimi istiliyi saxlayır. su anbarları. İstilik nasoslarının əsas məqsədi yerin istiləşməsidir. Əslində, bu, "əks soyuducu"dur. Həm istilik nasosu, həm də soyuducu üç komponentlə qarşılıqlı əlaqədədir: daxili mühit (birinci halda - qızdırılan otaq, ikincidə - soyuducunun soyudulmuş kamerası), xarici mühit - enerji mənbəyi və soyuducu (soyuducu) , bu da istilik köçürməsini və ya soyuqluğu təmin edən bir soyuducudur.
Aşağı qaynama nöqtəsi olan bir maddə soyuducu rolunu oynayır və bu, hətta nisbətən aşağı temperaturu olan bir mənbədən istilik almağa imkan verir.
Soyuducuda maye soyuducu bir tənzimləyici (təzyiq tənzimləyicisi) vasitəsilə buxarlandırıcıya axır, burada təzyiqin kəskin azalması səbəbindən maye buxarlanır. Buxarlanma xaricdən istiliyin udulmasını tələb edən endotermik bir prosesdir. Nəticədə, istilik buxarlandırıcının daxili divarlarından çıxarılır, bu da soyuducu kamerada soyutma effektini təmin edir. Sonra, soyuducu buxarlandırıcıdan kompressora çəkilir və burada maye vəziyyətinə qaytarılır. Bu, çıxarılan istiliyin sərbəst buraxılmasına səbəb olan tərs bir prosesdir xarici mühit. Bir qayda olaraq, qapalı yerə atılır və soyuducunun arxa divarı nisbətən isti olur.
İstilik nasosu demək olar ki, eyni şəkildə işləyir, fərqi ilə istilik xarici mühitdən alınır və buxarlandırıcı vasitəsilə daxili mühitə - otaq istilik sisteminə daxil olur.
Həqiqi istilik nasosunda su yerə və ya su anbarına yerləşdirilən xarici dövrədən keçərək qızdırılır və sonra buxarlandırıcıya daxil olur.
Buxarlandırıcıda istilik aşağı qaynama nöqtəsi olan soyuducu ilə doldurulmuş daxili dövrəyə ötürülür, buxarlandırıcıdan keçərək, istiliyi götürərək maye haldan qaz halına keçir.
Sonra, qaz halında olan soyuducu yüksək təzyiqə və temperatura qədər sıxıldığı kompressorun içərisinə daxil olur və isti qaz və istilik sistemindən olan soyuducu arasında istilik mübadiləsinin baş verdiyi kondensatora daxil olur.
Kompressor işləmək üçün elektrik tələb edir, lakin transformasiya nisbəti (istehlak olunan və istehsal olunan enerji nisbəti) müasir sistemlər onların effektivliyini təmin etmək üçün kifayət qədər yüksəkdir.
Hal-hazırda istilik nasosları, əsasən iqtisadi cəhətdən inkişaf etmiş ölkələrdə kosmik istilik üçün kifayət qədər geniş istifadə olunur.
Eko-düzgün enerji
Geotermal enerji ekoloji cəhətdən təmiz hesab olunur, bu ümumiyyətlə doğrudur. Hər şeydən əvvəl, bərpa olunan və faktiki olaraq tükənməz resursdan istifadə edir. Geotermal enerji böyük su elektrik stansiyalarından və ya külək stansiyalarından fərqli olaraq böyük ərazilərə ehtiyac duymur və karbohidrogen enerjisindən fərqli olaraq atmosferi çirkləndirmir. Orta hesabla, bir GeoPP istehsal olunan 1 GW elektrik enerjisi baxımından 400 m 2 ərazini tutur. Məsələn, kömürlə işləyən istilik elektrik stansiyası üçün eyni rəqəm 3600 m2-dir. GeoPP-nin ekoloji üstünlükləri arasında aşağı su istehlakı da daxildir - 1 kVt üçün 20 litr şirin su, istilik elektrik stansiyaları və atom elektrik stansiyaları isə təxminən 1000 litr tələb edir. Qeyd edək ki, bunlar “orta” GeoPP-nin ekoloji göstəriciləridir.
Amma mənfi yan təsirlər hələ də mövcuddur. Onların arasında ən çox səs-küy, atmosferin istilik çirklənməsi və suyun və torpağın kimyəvi çirklənməsi, eləcə də bərk tullantıların əmələ gəlməsi müəyyən edilir.
Ətraf mühitin kimyəvi çirklənməsinin əsas mənbəyi termal suyun özüdür (yüksək temperatur və minerallaşma ilə), çox vaxt tərkibində çoxlu miqdarda zəhərli birləşmələr var və buna görə də tullantı sularının və təhlükəli maddələrin utilizasiyası problemi var.
Geotermal enerjinin mənfi təsirlərini quyuların qazılmasından başlayaraq bir neçə mərhələdə izləmək olar. Burada hər hansı bir quyu qazarkən olduğu kimi eyni təhlükələr yaranır: torpaq və bitki örtüyünün məhv edilməsi, torpağın və yeraltı suların çirklənməsi.
GeoPP-nin istismarı mərhələsində ətraf mühitin çirklənməsi problemləri qalmaqdadır. Termal mayelər - su və buxar - adətən karbon qazı (CO 2), kükürd sulfid (H 2 S), ammonyak (NH 3), metan (CH 4), xörək duzu (NaCl), bor (B), arsen (As) ehtiva edir. ), civə (Hg). Xarici mühitə buraxıldıqda onlar çirklənmə mənbəyinə çevrilirlər. Bundan əlavə, aqressiv kimyəvi mühit geotermal elektrik stansiyalarının strukturlarının korroziyalı məhvinə səbəb ola bilər.
Eyni zamanda, GeoPP-lərdən çirkləndiricilərin emissiyaları istilik elektrik stansiyalarından orta hesabla aşağıdır. Məsələn, istehsal olunan hər kilovat-saat elektrik enerjisi üçün karbon qazı emissiyaları GeoPP-lərdə 380 q, kömürlə işləyən istilik elektrik stansiyalarında 1042 q, neftlə işləyən elektrik stansiyalarında 906 q və qazla işləyən istilik elektrik stansiyalarında 453 q-a qədərdir. .
Sual yaranır: çirkab su ilə nə etmək lazımdır? Minerallaşma azdırsa, soyuduqdan sonra səth sularına axıdıla bilər. Başqa bir üsul, hazırda üstünlük verilən və əsasən istifadə olunan bir inyeksiya quyusu vasitəsilə onu sulu təbəqəyə geri vurmaqdır.
Sulu təbəqələrdən termal suyun çıxarılması (eləcə də adi suyun vurulması) çökmə və qrunt hərəkətlərinə, geoloji təbəqələrin digər deformasiyalarına və mikrozəlzələlərə səbəb ola bilər. Bu cür hadisələrin baş vermə ehtimalı, bir qayda olaraq, aşağıdır, baxmayaraq ki, təcrid olunmuş hallar qeydə alınıb (məsələn, Almaniyanın Staufen im Breisqau şəhərindəki GeoPP-də).
Vurğulamaq lazımdır ki, GeoPP-lərin əksəriyyəti nisbətən az məskunlaşan ərazilərdə və ekoloji tələblərin inkişaf etmiş ölkələrlə müqayisədə daha az sərt olduğu üçüncü dünya ölkələrində yerləşir. Bundan əlavə, hazırda GeoPP-lərin sayı və onların imkanları nisbətən azdır. Geotermal enerjinin daha geniş miqyaslı inkişafı ilə ekoloji risklər arta və çoxalda bilər.
Yerin enerjisi nə qədərdir?
Geotermal sistemlərin tikintisi üçün investisiya xərcləri çox geniş diapazonda dəyişir - 1 kVt quraşdırılmış güc üçün 200-dən 5000 dollara qədər, yəni ən ucuz variantlar istilik elektrik stansiyasının tikintisinin dəyəri ilə müqayisə edilə bilər. Onlar, ilk növbədə, termal suların meydana gəlmə şərtlərindən, onların tərkibindən və sistemin dizaynından asılıdır. Böyük dərinliklərə qazma, iki quyu ilə qapalı sistem yaratmaq və suyun təmizlənməsi ehtiyacı xərcləri dəfələrlə artıra bilər.
Məsələn, neft-termal dövriyyə sisteminin (PCS) yaradılmasına investisiyalar 1 kVt quraşdırılmış güc üçün 1,6-4 min dollar həcmində qiymətləndirilir ki, bu da tikinti xərclərini üstələyir. nüvə elektrik stansiyası və külək və günəş elektrik stansiyalarının tikintisi xərcləri ilə müqayisə edilə bilər.
GeoTES-in aşkar iqtisadi üstünlüyü pulsuz enerjidir. Müqayisə üçün qeyd edək ki, işləyən istilik elektrik stansiyasının və ya atom elektrik stansiyasının maya dəyəri strukturunda mövcud enerji qiymətlərindən asılı olaraq yanacaq 50-80% və ya daha çox təşkil edir. Beləliklə, geotermal sistemin başqa bir üstünlüyü: istismar xərcləri daha sabit və proqnozlaşdırıla biləndir, çünki onlar xarici enerji qiymətlərindən asılı deyildir. Ümumiyyətlə, geotermal elektrik stansiyalarının istismar xərcləri istehsal olunan 1 kVt/saat enerji üçün 2-10 sent (60 qəpik-3 rubl) səviyyəsində qiymətləndirilir.
Enerjidən sonra ikinci ən böyük xərc maddəsi (və çox əhəmiyyətli), bir qayda olaraq, ölkələr və regionlar üzrə kəskin şəkildə dəyişə bilən zavod işçilərinin əmək haqqıdır.
Orta hesabla, 1 kVt-saat geotermal enerjinin dəyəri istilik elektrik stansiyaları ilə müqayisə edilə bilər (Rusiya şəraitində - təxminən 1 rubl/1 kVt/saat) və su elektrik stansiyasında elektrik enerjisi istehsalının dəyərindən (5-10 dəfə) on dəfə yüksəkdir. qəpik/1 kVt/saat).
Xərclərin yüksək olmasının səbəblərindən biri də istilik və hidravlik stansiyalardan fərqli olaraq geotermal elektrik stansiyalarının nisbətən kiçik gücə malik olmasıdır. Bundan əlavə, eyni bölgədə və oxşar şəraitdə yerləşən sistemləri müqayisə etmək lazımdır. Məsələn, Kamçatkada mütəxəssislərin fikrincə, 1 kVt/saat geotermal elektrik enerjisi yerli istilik elektrik stansiyalarında istehsal olunan elektrik enerjisindən 2-3 dəfə ucuz başa gəlir.
Geotermal sistemin iqtisadi səmərəliliyinin göstəriciləri, məsələn, tullantı sularının utilizasiyasına ehtiyac olub-olmamasından və bunun hansı üsullarla həyata keçirildiyindən və resursdan birgə istifadənin mümkün olub-olmamasından asılıdır. Belə ki, kimyəvi elementlər və termal sudan çıxarılan birləşmələr əlavə gəlir verə bilər. Larderello nümunəsini xatırlayaq: orada əsas şey dəqiq idi kimyəvi istehsal, və geotermal enerjidən istifadə ilkin olaraq köməkçi xarakter daşıyırdı.
Geotermal enerji irəliləyir
Geotermal enerji külək və günəş enerjisindən bir qədər fərqli inkişaf edir. Hal-hazırda, bu, daha çox bölgələrə görə kəskin şəkildə dəyişən resursun özünün təbiətindən asılıdır və ən yüksək konsentrasiyalar, adətən tektonik qırılmalar və vulkanizm sahələri ilə əlaqəli dar geotermal anomaliyalar zonaları ilə əlaqələndirilir.
Bundan əlavə, geotermal enerji külək və xüsusilə günəş enerjisi ilə müqayisədə texnoloji cəhətdən daha az intensivdir: geotermal stansiya sistemləri olduqca sadədir.
Qlobal elektrik enerjisi istehsalının ümumi strukturunda geotermal komponent 1%-dən azdır, lakin bəzi regionlarda və ölkələrdə onun payı 25-30%-ə çatır. Geoloji şəraitlə əlaqəli olduğuna görə, geotermal enerji potensialının əhəmiyyətli hissəsi sənayenin ən böyük inkişafının üç klasterinin - Cənub-Şərqi Asiya, Mərkəzi Amerika və Şərqi Afrika adalarının mövcud olduğu üçüncü dünya ölkələrində cəmləşmişdir. İlk iki bölgə Sakit Okeanın "Yerin od kəmərinə", üçüncüsü isə Şərqi Afrika Riftinə bağlıdır. Çox güman ki, bu kəmərlərdə geotermal enerji inkişaf etməyə davam edəcək. Daha uzaq bir perspektiv, bir neçə kilometr dərinlikdə yerləşən yerin təbəqələrinin istiliyindən istifadə edərək, neft-termal enerjinin inkişafıdır. Bu, demək olar ki, hər yerdə yayılmış resursdur, lakin onun çıxarılması yüksək xərclər tələb edir, ona görə də neft-termal enerji ilk növbədə iqtisadi və texnoloji cəhətdən ən güclü ölkələrdə inkişaf edir.
Ümumiyyətlə, geotermal ehtiyatların geniş yayılmasını və ekoloji təhlükəsizliyin məqbul səviyyəsini nəzərə alsaq, geotermal enerjinin yaxşı inkişaf perspektivlərinə malik olduğunu düşünməyə əsas var. Xüsusilə ənənəvi enerji resurslarının çatışmazlığı təhlükəsi və onların qiymətlərinin artması ilə.
Kamçatkadan Qafqaza
Rusiyada geotermal enerjinin inkişafı kifayət qədər uzun tarixə malikdir və biz bir sıra mövqelərdə dünya liderləri sırasındayıq, baxmayaraq ki, nəhəng ölkənin ümumi enerji balansında geotermal enerjinin payı hələ də cüzidir.
Rusiyada iki region - Kamçatka və Şimali Qafqazda geotermal energetikanın inkişafı üçün qabaqcıl və mərkəzlər oldu və əgər birinci halda biz ilk növbədə elektrik enerjisindən danışırıqsa, ikinci halda - termal sudan istilik enerjisinin istifadəsi haqqında .
Şimali Qafqazda - Krasnodar diyarında, Çeçenistanda, Dağıstanda termal suların istiliyindən hələ Böyük eradan əvvəl də enerji məqsədləri üçün istifadə olunurdu. Vətən Müharibəsi. 1980-1990-cı illərdə regionda geotermal enerjinin inkişafı məlum səbəblərdən dalana dirənmiş və hələ də durğunluq vəziyyətindən çıxmamışdır. Buna baxmayaraq, Şimali Qafqazda geotermal su təchizatı təxminən 500 min insanı istiliklə təmin edir və məsələn, 60 min nəfər əhalisi olan Krasnodar diyarının Labinsk şəhəri geotermal sularla tamamilə qızdırılır.
Kamçatkada geotermal enerjinin tarixi, ilk növbədə, GeoPP-lərin tikintisi ilə bağlıdır. Onlardan birincisi, hələ də fəaliyyət göstərən Pauzetskaya və Paratunka stansiyaları 1965-1967-ci illərdə tikilmişdir, 600 kVt gücündə Paratunka GeoPP isə dünyada ikili dövrəli ilk stansiya olmuşdur. Bu, 1965-ci ildə 70°C temperaturda sudan elektrik enerjisinin çıxarılmasına görə müəlliflik şəhadətnaməsi almış SB RAS Termofizika İnstitutundan sovet alimləri S.S.Kutateladze və A.M.Rozenfeldin inkişafı idi. Bu texnologiya sonradan dünyada 400-dən çox ikili GeoPP-nin prototipinə çevrildi.
1966-cı ildə istismara verilən Pauzetskaya GeoPP-nin gücü əvvəlcə 5 MVt idi və sonradan 12 MVt-a çatdırıldı. Hazırda stansiyada onun gücünü daha 2,5 MVt artıracaq binar blok tikilir.
SSRİ və Rusiyada geotermal energetikanın inkişafı ənənəvi enerji mənbələrinin - neft, qaz, kömürün mövcudluğu ilə əngəlləndi, lakin heç vaxt dayanmadı. Hazırda ən böyük geotermal enerji obyektləri 1999-cu ildə istismara verilmiş ümumi enerji blokunun gücü 12 MVt olan Verxne-Mutnovskaya GeoPP və 50 MVt gücündə Mutnovskaya GeoPP-dir (2002).
Mutnovskaya və Verkhne-Mutnovskaya GeoPPs təkcə Rusiya üçün deyil, həm də qlobal miqyasda unikal obyektlərdir. Stansiyalar Mutnovski vulkanının ətəyində, dəniz səviyyəsindən 800 metr yüksəklikdə yerləşir və ilin 9-10 ayı qış olan ekstremal iqlim şəraitində işləyir. Hazırda dünyanın ən müasirlərindən biri olan Mutnovski GeoPP-lərinin avadanlığı tamamilə yerli energetika müəssisələrində yaradılmışdır.
Hazırda Mərkəzi Kamçatka enerji qovşağının ümumi enerji istehlakı strukturunda Mutnovski stansiyalarının payı 40% təşkil edir. Növbəti illərdə gücün artırılması planları var.
Rusiya neft-termal inkişaflarını xüsusi qeyd etmək lazımdır. Bizim hələ böyük qazma mərkəzlərimiz yoxdur, lakin böyük dərinliklərə (təxminən 10 km) qazma üçün qabaqcıl texnologiyalarımız var ki, onların da dünyada analoqu yoxdur. Onların gələcək inkişaf neft-termal sistemlərin yaradılması xərclərini kökündən azaldacaq. Bu texnologiya və layihələrin yaradıcıları N. A. Qnatus, M. D. Xutorskoy (Rusiya Elmlər Akademiyasının Geologiya İnstitutu), A. S. Nekrasov (Rusiya Elmlər Akademiyasının Milli İqtisadiyyat Proqnozlaşdırma İnstitutu) və Kaluqa Turbin Zavodunun mütəxəssisləridir. Hazırda Rusiyada neft-termal dövriyyə sistemi layihəsi eksperimental mərhələdədir.
Rusiyada geotermal enerjinin perspektivləri var, baxmayaraq ki, onlar nisbətən uzaqdır: hazırda potensial kifayət qədər böyükdür və ənənəvi enerjinin mövqeyi güclüdür. Eyni zamanda, ölkənin bir sıra ucqar rayonlarında geotermal enerjidən istifadə iqtisadi cəhətdən sərfəlidir və artıq tələbat var. Bunlar yüksək geoenerji potensialına malik ərazilərdir (Çukotka, Kamçatka, Kuril adaları - Sakit Okeanın “Yerin odlu kəməri”nin Rusiya hissəsi, Cənubi Sibir və Qafqaz dağları) və eyni zamanda uzaq və dənizdən kəsilmiş ərazilərdir. mərkəzləşdirilmiş enerji təchizatı.
Yəqin ki, yaxın onilliklərdə ölkəmizdə geotermal enerji məhz belə regionlarda inkişaf edəcək.
Daimi istixanaların tikintisində ən yaxşı, ən rasional üsullardan biri yeraltı termos istixanasıdır.
Bir istixananın tikintisində dərinlikdə yerin temperaturunun sabitliyinin bu faktından istifadə soyuq mövsümdə istilik xərclərinə böyük qənaət edir, texniki xidməti asanlaşdırır və mikroiqlimi daha sabit edir..
Belə bir istixana ən acı şaxtalarda işləyir, bütün il boyu tərəvəz istehsal etməyə və çiçək yetişdirməyə imkan verir.
Düzgün təchiz olunmuş yeraltı istixana, digər şeylərlə yanaşı, istiliyi sevən cənub bitkilərini yetişdirməyə imkan verir. Praktiki olaraq heç bir məhdudiyyət yoxdur. Sitrus meyvələri və hətta ananaslar istixana şəraitində inkişaf edə bilər.
Ancaq praktikada hər şeyin düzgün işləməsi üçün yeraltı istixanaların qurulması üçün istifadə olunan zamanla sınaqdan keçirilmiş texnologiyalara riayət etmək vacibdir. Axı, bu fikir yeni deyil, hətta Rusiyada Çar dövründə, batmış istixanalar, təşəbbüskar tacirlərin Avropaya satış üçün ixrac etdiyi ananas məhsulu istehsal edirdi;
Nədənsə, bu cür istixanaların tikintisi ölkəmizdə geniş yayılmayıb, sadəcə olaraq unudulub, baxmayaraq ki, dizayn bizim iqlimimiz üçün idealdır.
Yəqin ki, burada dərin çuxur qazmaq və bünövrə tökmək zərurəti rol oynayıb. Basdırılmış bir istixananın tikintisi olduqca bahalıdır;
Ümumi daxili işıqlandırma yerə basdırıldığından itirilmir, bu qəribə görünə bilər, lakin bəzi hallarda işıq doyması klassik istixanalardan daha yüksəkdir.
Quruluşun gücü və etibarlılığını qeyd etməmək mümkün deyil, o, adi haldan müqayisə olunmaz dərəcədə güclüdür, küləyin qasırğasına daha asan dözür, doluya yaxşı müqavimət göstərir və qar zibilləri maneəyə çevrilməyəcəkdir.
1. Çuxur
İstixana yaratmaq bir çuxur qazmaqla başlayır. Daxili istilik üçün yerin istiliyindən istifadə etmək üçün istixana kifayət qədər dərin olmalıdır. Nə qədər dərinə getsən, yer bir o qədər isti olur.
Səthdən 2-2,5 metr məsafədə temperatur il boyu demək olar ki, dəyişməz qalır. 1 m dərinlikdə torpağın temperaturu daha çox dəyişir, lakin hətta qışda onun dəyəri müsbət olaraq qalır, adətən orta zonada ilin vaxtından asılı olaraq temperatur 4-10 C-dir;
Bir mövsümdə girintili istixana tikilir. Yəni qışda tam fəaliyyət göstərib gəlir gətirə biləcək. Tikinti ucuz deyil, lakin ixtiraçılıq və kompromis materiallardan istifadə edərək, təməl çuxurundan başlayaraq istixananın bir növ iqtisadi versiyasını hazırlamaqla sözün həqiqi mənasında böyüklük sifarişinə qənaət etmək mümkündür.
Məsələn, tikinti avadanlıqlarından istifadə etmədən edin. Baxmayaraq ki, işin ən çox əmək tələb edən hissəsi - çuxur qazmaq - əlbəttə ki, onu ekskavatora vermək daha yaxşıdır. Belə bir həcmdə torpağın əl ilə çıxarılması çətin və vaxt aparır.
Qazıntı çuxurunun dərinliyi ən azı iki metr olmalıdır. Belə bir dərinlikdə yer öz istiliyini bölüşməyə başlayacaq və bir növ termos kimi işləyəcək. Dərinlik daha azdırsa, prinsipcə fikir işləyəcək, lakin nəzərəçarpacaq dərəcədə az təsirli olacaq. Buna görə gələcək istixananı dərinləşdirmək üçün səy və pul əsirgəməmək tövsiyə olunur.
Yeraltı istixanalar hər hansı bir uzunluqda ola bilər, lakin eni daha böyükdürsə, istilik və işığın əks olunmasının keyfiyyət xüsusiyyətləri pisləşirsə, eni 5 metr daxilində saxlamaq daha yaxşıdır;
Üfüqün yan tərəflərində yeraltı istixanalar adi istixanalar və istixanalar kimi şərqdən qərbə, yəni tərəflərdən biri cənuba baxacaq şəkildə istiqamətləndirilməlidir. Bu vəziyyətdə bitkilər maksimum günəş enerjisi alacaqlar.
2. Divarlar və dam
Çuxurun perimetri ətrafında təməl tökülür və ya bloklar qoyulur. Vəqf strukturun divarları və çərçivəsi üçün əsas kimi xidmət edir. Yaxşı istilik izolyasiya xüsusiyyətləri olan materiallardan divarlar etmək daha yaxşıdır, istilik blokları əla seçimdir;
Dam çərçivəsi tez-tez antiseptik maddələrlə emprenye edilmiş çubuqlardan ağacdan hazırlanır. Dam quruluşu adətən düz gabledir. Bunun üçün quruluşun mərkəzində bir silsilə şüası sabitlənir, istixananın bütün uzunluğu boyunca zəmində mərkəzi dayaqlar quraşdırılır;
Silsilənin şüası və divarları bir sıra rafters ilə bağlanır. Çərçivə yüksək dayaqlar olmadan edilə bilər. Onlar istixananın əks tərəflərini birləşdirən eninə şüalara yerləşdirilən kiçik olanlarla əvəz olunur - bu dizayn daxili məkanı daha azad edir.
Dam örtüyü kimi, mobil polikarbonat almaq daha yaxşıdır - məşhur müasir material. Tikinti zamanı rafters arasındakı məsafə polikarbonat təbəqələrinin eninə uyğunlaşdırılır. Materialla işləmək rahatdır. Çarşaflar 12 m uzunluğunda istehsal edildiyi üçün örtük az sayda birləşmə ilə əldə edilir.
Çərçivəyə özünü vurma vintləri ilə yapışdırılır, onları yuyucu formalı bir qapaq ilə seçmək daha yaxşıdır. Çarşafın çatlamaması üçün hər bir özünü vurma vintinə uyğun diametrli bir çuxur qazmaq lazımdır. Bir tornavida və ya Phillips biti ilə adi bir qazma istifadə edərək, şüşə işi çox tez hərəkət edir. Boşluqların qalmamasını təmin etmək üçün əvvəlcədən raftersin yuxarı hissəsi boyunca yumşaq rezin və ya digər uyğun materialdan hazırlanmış bir mastik qoymaq və yalnız bundan sonra təbəqələri vidalamaq yaxşıdır. Silsiləsi boyunca damın zirvəsi yumşaq izolyasiya ilə qoyulmalı və bir növ künclə sıxılmalıdır: plastik, qalay və ya digər uyğun material.
Yaxşı istilik izolyasiyası üçün dam bəzən ikiqat polikarbonat təbəqəsi ilə hazırlanır. Şəffaflıq təxminən 10% azalsa da, əla istilik izolyasiya performansı ilə örtülür. Belə bir damda qar ərimədiyini nəzərə almaq lazımdır. Buna görə də, yamac kifayət qədər bir açıda, ən azı 30 dərəcə olmalıdır ki, damda qar yığılmasın. Bundan əlavə, sarsıntı üçün elektrik vibratoru quraşdırılmışdır, əgər qar yığılsa, damı qoruyacaqdır.
İkiqat şüşələr iki şəkildə həyata keçirilir:
İki təbəqə arasına xüsusi bir profil qoyulur, təbəqələr yuxarıdan çərçivəyə yapışdırılır;
Birincisi, şüşənin alt təbəqəsi içəridən çərçivəyə, raftersin altına yapışdırılır. Damın ikinci təbəqəsi, hər zamanki kimi, yuxarıdan örtülmüşdür.
İşi bitirdikdən sonra bütün oynaqları lentlə bağlamaq məsləhətdir. Bitmiş dam çox təsir edici görünür: lazımsız birləşmələr olmadan, hamar, çıxıntılı hissələr olmadan.
3. İzolyasiya və istilik
Divarların izolyasiyası aşağıdakı kimi aparılır. Əvvəlcə divarın bütün birləşmələrini və tikişlərini burada da istifadə edə bilərsiniz poliuretan köpük. Divarların daxili hissəsi istilik izolyasiya filmi ilə örtülmüşdür.
Ölkənin soyuq bölgələrində divarı ikiqat təbəqə ilə örtən qalın folqa filmindən istifadə etmək yaxşıdır.
İstixananın torpağındakı dərinlikdəki temperatur donmadan yuxarıdır, lakin bitki inkişafı üçün lazım olan hava istiliyindən daha soyuqdur. Üst təbəqə günəş şüaları və istixananın havası ilə qızdırılır, lakin yenə də torpaq istiliyi götürür, buna görə də yeraltı istixanalarda tez-tez "isti döşəmələr" texnologiyasından istifadə edirlər: istilik elementi - elektrik kabeli - qorunur. metal ızgara və ya betonla doldurulmuş.
İkinci halda, çarpayılar üçün torpaq betonun üstünə tökülür və ya göyərti qablarda və çiçək qablarında yetişdirilir.
Döşəmə istiliyinin istifadəsi kifayət qədər güc varsa, bütün istixananı qızdırmaq üçün kifayət ola bilər. Ancaq bitkilər üçün kombinə edilmiş istilikdən istifadə etmək daha effektiv və daha rahatdır: isti mərtəbə + hava istiliyi. Yaxşı böyümək üçün onlara 25-35 dərəcə hava istiliyi, təxminən 25 C torpaq temperaturu lazımdır.
NƏTİCƏ
Əlbəttə ki, girintili bir istixana qurmaq daha çox başa gələcək və şərti dizaynın oxşar istixanasını qurmaqdan daha çox səy tələb edəcəkdir. Amma termos istixanasına qoyulan pul zamanla öz bəhrəsini verir.
Birincisi, istilik enerjisinə qənaət edir. Qışda adi yerüstü istixananın necə qızdırılmasından asılı olmayaraq, yeraltı istixanada oxşar istilik üsulundan həmişə daha bahalı və daha çətin olacaq. İkincisi, işıqlandırmaya qənaət. İşığı əks etdirən divarların folqa istilik izolyasiyası, işıqlandırmanı ikiqat artırır. Qışda dərin bir istixanada mikroiqlim bitkilər üçün daha əlverişli olacaq və bu, əlbəttə ki, məhsuldarlığa təsir edəcəkdir. Fidanlar asanlıqla kök alacaq və zərif bitkilər əla hiss edəcəklər. Belə bir istixana bütün il boyu istənilən bitkinin sabit, yüksək məhsuldarlığına zəmanət verir.
Təsvir:
Yüksək potensiallı geotermal istiliyin (hidrotermal ehtiyatların) “birbaşa” istifadəsindən fərqli olaraq, yerin səth təbəqələrindən olan torpağın geotermal istilik nasosunun istilik təchizatı sistemləri (GHST) üçün aşağı potensiallı istilik enerjisi mənbəyi kimi istifadəsi. demək olar ki, hər yerdə mümkündür. Hazırda dünyada bu qeyri-ənənəvi bərpa olunan enerji mənbələrindən istifadənin ən dinamik inkişaf edən sahələrindən biridir.
Geotermal istilik nasoslarının istilik təchizatı sistemləri və Rusiyanın iqlim şəraitində istifadəsinin səmərəliliyi
G. P. Vasilyev, “INSOLAR-INVEST” ASC-nin elmi direktoru
Yüksək potensiallı geotermal istiliyin (hidrotermal ehtiyatların) “birbaşa” istifadəsindən fərqli olaraq, yerin səth təbəqələrindən olan torpağın geotermal istilik nasosunun istilik təchizatı sistemləri (GHST) üçün aşağı potensiallı istilik enerjisi mənbəyi kimi istifadəsi. demək olar ki, hər yerdə mümkündür. Hazırda dünyada bu qeyri-ənənəvi bərpa olunan enerji mənbələrindən istifadənin ən dinamik inkişaf edən sahələrindən biridir.
Yerin səth təbəqələrinin torpağı əslində qeyri-məhdud gücün istilik akkumulyatorudur. Torpağın istilik rejimi iki əsas amilin - səthə düşən günəş radiasiyasının və yerin bağırsaqlarından radiogen istilik axınının təsiri altında formalaşır. Günəş radiasiyasının intensivliyində və xarici havanın temperaturunda mövsümi və gündəlik dəyişikliklər torpağın yuxarı təbəqələrinin temperaturunda dalğalanmalara səbəb olur. Xarici havanın temperaturunda gündəlik dalğalanmaların nüfuzetmə dərinliyi və günəş radiasiyasının intensivliyi konkret torpaq və iqlim şəraitindən asılı olaraq bir neçə on santimetrdən bir yarım metrə qədər dəyişir. Xarici hava istiliyində mövsümi dalğalanmaların nüfuz dərinliyi və günəş radiasiyasının intensivliyi, bir qayda olaraq, 15-20 m-dən çox deyil.
Bu dərinlikdən aşağıda yerləşən torpaq laylarının istilik rejimi (“neytral zona”) Yerin bağırsaqlarından gələn istilik enerjisinin təsiri altında formalaşır və praktiki olaraq mövsümi, hətta daha çox gündəlik parametrlərdəki dəyişikliklərdən asılı deyildir. xarici iqlim (şək. 1). Dərinlik artdıqca, yerin temperaturu da geotermal qradientə uyğun olaraq artır (hər 100 m üçün təxminən 3 °C). Yerin daxili hissəsindən gələn radiogen istilik axınının böyüklüyü müxtəlif sahələr dəyişir. Bir qayda olaraq, bu dəyər 0,05-0,12 W / m2 təşkil edir.
Şəkil 1. |
GTST-nin istismarı zamanı aşağı potensiallı qrunt istilik toplama sisteminin (istilik yığım sistemi) qrunt istilik dəyişdiricisinin borularının reyestrinin istilik təsir zonası daxilində yerləşən torpaq kütləsinin parametrlərində mövsümi dəyişikliklərlə əlaqədar olaraq. xarici iqlim, eləcə də istilik toplama sisteminə əməliyyat yüklərinin təsiri altında, adətən təkrar dondurma və defrostlaşmaya məruz qalır. Bu zaman təbii olaraq torpağın məsamələrində və ümumi halda həm maye, həm bərk, həm də qaz fazalarında olan rütubətin məcmu vəziyyətində dəyişiklik baş verir. Üstəlik, kapilyar məsaməli sistemlərdə, məsələn, istilik toplama sisteminin torpaq kütləsi, məsamə boşluğunda nəmin olması istilik yayılması prosesinə nəzərəçarpacaq dərəcədə təsir göstərir. Bu təsirin düzgün nəzərə alınması bu gün ilk növbədə olmaması ilə əlaqəli olan əhəmiyyətli çətinliklərlə əlaqələndirilir aydın fikirlər
Torpağın istilik toplama sistemlərinin istilik rejiminin dizayn obyekti kimi xarakterik xüsusiyyətlərinə bu cür prosesləri təsvir edən riyazi modellərin "informativ qeyri-müəyyənliyi" və ya başqa sözlə, ətraf mühitə təsirləri haqqında etibarlı məlumatların olmaması da daxildir. sistem (istilik toplama sisteminin yeraltı istilik dəyişdiricisinin istilik təsir zonasından kənarda yerləşən atmosfer və torpaq kütləsi) və onların yaxınlaşmasının həddindən artıq mürəkkəbliyi. Həqiqətən də, əgər xarici iqlim sisteminə təsirlərin yaxınlaşması mürəkkəb olsa da, hələ də “kompüter vaxtı” və mövcud modellərdən istifadə etməklə (məsələn, “tipik iqlim ili”) müəyyən xərclə həyata keçirilə bilərsə, onda model təsirlərdə (şeh, duman, yağış, qar və s.) atmosfer sisteminə təsirin nəzərə alınması problemi, həmçinin əsas və ətrafdakı istilik toplama sisteminin torpaq kütləsinə istilik təsirinin yaxınlaşması. torpaq qatlarının həlli bu gün praktiki olaraq mümkün deyil və ayrıca tədqiqatların mövzusu ola bilər. Məsələn, qrunt sularının filtrasiya axınlarının formalaşması prosesləri, onların sürət rejimi, eləcə də yeraltı istilik dəyişdiricisinin istilik təsir zonasının altında yerləşən torpaq qatlarının istilik və rütubət rejimi haqqında etibarlı məlumat əldə etməyin mümkünsüzlüyü haqqında az bilik. , aşağı dərəcəli istilik toplama sistemi torpağın istilik rejiminin düzgün riyazi modelinin qurulması vəzifəsini əhəmiyyətli dərəcədə çətinləşdirir.
GTST-ni tərtib edərkən ortaya çıxan təsvir olunan çətinlikləri aradan qaldırmaq üçün, torpağın istilik toplama sistemlərinin istilik rejiminin riyazi modelləşdirilməsi metodu və istilik toplama sistemlərinin torpaq kütləsinin məsamə boşluğunda nəmin faza keçidlərinin nəzərə alınması metodologiyası. GTST tərtib edərkən tövsiyə edilə bilər.
Metodun mahiyyəti riyazi model qurarkən iki məsələ arasındakı fərqi nəzərə almaqdan ibarətdir: qruntun təbii vəziyyətdə istilik rejimini təsvir edən "əsas" məsələ (yeraltı istilik dəyişdiricisinin təsiri olmadan). istilik toplama sistemi) və torpaq kütləsinin istilik rejimini istilik qəbulediciləri (mənbələri) ilə təsvir edən həll edilməli olan problem. Nəticədə, üsul istilik qəbuledicilərinin torpağın təbii istilik rejiminə təsirinin bir funksiyası olan müəyyən bir yeni funksiya ilə bağlı bir həll əldə etməyə imkan verir. bərabər fərq torpaq kütləsinin təbii vəziyyətdə olan temperaturu və drenajlarla (istilik mənbələri) torpaq kütləsi - istilik toplama sisteminin yeraltı istilik dəyişdiricisi ilə.
Aşağı potensiallı qrunt istilik toplama sistemlərinin istilik rejiminin riyazi modellərinin qurulmasında bu metoddan istifadə yalnız istilik toplama sisteminə xarici təsirlərin yaxınlaşması ilə bağlı çətinliklərdən qaçmağa deyil, həm də təbii istilik haqqında məlumatlardan istifadə etməyə imkan verdi. modellərdə meteoroloji stansiyalar tərəfindən eksperimental olaraq alınan torpağın rejimi. Bu, bütün amillər kompleksini (qrunt sularının mövcudluğu, onların sürəti və istilik rejimləri, torpaq qatlarının quruluşu və yeri, Yerin "termal" fonu, yağıntılar, rütubətin faza dəyişiklikləri kimi) qismən nəzərə almağa imkan verir. məsamə məkanında və daha çox) istilik toplama sisteminin istilik rejiminin formalaşmasına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir və problemin ciddi şəkildə tərtib edilməsində birgə nəzərdən keçirilməsi praktiki olaraq mümkün deyil.
Torpaq istilik dəyişdiricisinin layihələndirilməsi zamanı torpaq kütləsinin məsamə boşluğunda nəmin faza keçidlərinin nəzərə alınması metodologiyası, istilik rejimi problemini əvəz etməklə müəyyən edilən qruntun "ekvivalent" istilik keçiriciliyinin yeni konsepsiyasına əsaslanır. yaxın temperatur sahəsi və eyni sərhəd qiymətləri şərtləri ilə "ekvivalent" kvazistasionar problemi olan, lakin fərqli "ekvivalent" istilik keçiriciliyi olan qrunt istilik dəyişdiricisinin boruları ətrafında donmuş qrunt silindrinin. Binalar üçün geotermal istilik sistemlərinin layihələndirilməsi zamanı həll edilən ən vacib vəzifə iqlimin enerji imkanlarının ətraflı qiymətləndirilməsidir. tikinti sahəsi və bu əsasda müəyyən GTST dövrə həllindən istifadənin effektivliyi və məqsədəuyğunluğu haqqında nəticənin tərtib edilməsi. Cərəyanda verilən iqlim parametrlərinin hesablanmış dəyərləri normativ sənədlər
açıq hava iqliminin tam təsvirini, onun aylar üzrə dəyişkənliyini, eləcə də ilin müəyyən dövrlərində - isitmə mövsümünü, həddindən artıq istiləşmə müddətini və s. aşağı potensiala malik digər təbii istilik mənbələri ilə birləşməsi, onların (mənbələrinin) temperatur səviyyəsinin illik tsikldə qiymətləndirilməsi, məsələn, SSRİ İqlim Arayış Kitabında (L.: Gidrometioizdat. Issue) verilmiş daha dolğun iqlim məlumatlarından istifadəni tələb edir. 1–34).
Bizim vəziyyətimizdə belə iqlim məlumatları arasında, ilk növbədə, vurğulamalıyıq:
- fərqli istiqamətlənmiş səthlərdə günəş radiasiyasının qəbulu haqqında məlumatlar.
Cədvəldə Cədvəl 1-5 Rusiyanın bəzi şəhərləri üçün müxtəlif dərinliklərdə orta aylıq torpaq temperaturu haqqında məlumatları göstərir. Cədvəldə Cədvəl 1-də Rusiya Federasiyasının 23 şəhəri üçün 1,6 m dərinlikdə orta aylıq torpaq temperaturu göstərilir ki, bu da torpağın temperatur potensialı və üfüqi döşəmə işlərinin mexanikləşdirilməsi imkanları baxımından ən rasional görünür. torpaq istilik dəyişdiriciləri.
| Cədvəl 1 Rusiyanın bəzi şəhərləri üçün 1,6 m dərinlikdə aylara görə orta yer temperaturu |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Cədvəl 2 Stavropolda torpağın temperaturu (torpaq - qara torpaq) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Cədvəl 3 Yakutskda yerin temperaturu (torpaq humus qarışığı ilə lilli-qumlu, aşağıda - qum) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Cədvəl 4 Pskovda yerin temperaturu (alt, gilli torpaq, gilli torpaq) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| Cədvəl 5 Vladivostokda torpağın temperaturu (qəhvəyi qayalı torpaq, toplu torpaq) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Cədvəllərdə 3,2 m-ə qədər dərinlikdə (yəni, torpaq istilik dəyişdiricisinin üfüqi yerləşdiyi GTST üçün "işləyən" torpaq qatında) torpağın temperaturunun təbii gedişi haqqında təqdim olunan məlumatlar torpaqdan istifadə imkanlarını aydın şəkildə göstərir. aşağı potensiallı istilik mənbəyi kimi.
Aydındır ki, Rusiya ərazisində eyni dərinlikdə yerləşən təbəqələrin temperaturunda nisbətən kiçik dəyişikliklər diapazonu var. Məsələn, Stavropol şəhərində səthdən 3,2 m dərinlikdə minimum yer temperaturu 7,4 ° C, Yakutsk şəhərində isə (–4,4 ° C); Müvafiq olaraq, müəyyən bir dərinlikdə torpağın temperaturunun dəyişmə diapazonu 11,8 dərəcədir. Bu fakt bizə Rusiyanın demək olar ki, bütün ərazisində istismara yararlı kifayət qədər vahid istilik nasosu avadanlıqlarının yaradılmasına ümid etməyə imkan verir. Təqdim olunan cədvəllərdən göründüyü kimi, torpağın təbii temperatur rejiminin xarakterik xüsusiyyəti, minimum torpaq temperaturlarının gəliş vaxtı ilə müqayisədə gecikməsidir. xarici hava. Minimum açıq hava temperaturu yanvar ayında hər yerdə, Stavropolda 1,6 m dərinlikdə yerin minimum temperaturu martda, Yakutskda - martda, Soçidə - martda, Vladivostokda - apreldə müşahidə olunur. Beləliklə, yerin minimum temperaturu baş verən zaman istilik nasosunun istilik sisteminə yükün (binanın istilik itkisi) azaldığı aydındır. Bu məqam GTST-nin quraşdırılmış gücünün azaldılması (kapital xərclərinə qənaət) üçün kifayət qədər ciddi imkanlar açır və layihələndirmə zamanı nəzərə alınmalıdır.
Rusiyanın iqlim şəraitində geotermal istilik nasoslarının istilik təchizatı sistemlərinin istifadəsinin effektivliyini qiymətləndirmək üçün Rusiya Federasiyasının ərazisi istilik təchizatı məqsədləri üçün aşağı potensiallı geotermal istilikdən istifadənin səmərəliliyinə görə rayonlaşdırıldı. Zonalaşdırma iqlim şəraitində GTST-nin iş rejimlərinin modelləşdirilməsi üzrə ədədi təcrübələrin nəticələrinə əsasən həyata keçirilmişdir. müxtəlif bölgələr Rusiya Federasiyasının ərazisi.
Rəqəmsal təcrübələr, geotermal istilik nasosu istilik təchizatı sistemi ilə təchiz edilmiş 200 m2 qızdırılan sahəsi olan hipotetik iki mərtəbəli kottec nümunəsindən istifadə edərək aparılmışdır. Sözügedən evin xarici qapalı strukturları aşağıdakı azaldılmış istilik ötürmə müqavimətinə malikdir:
– xarici divarlar – 3,2 m 2 h °C/W;
– pəncərələr və qapılar – 0,6 m 2 saat °C/W;
– örtüklər və tavanlar – 4,2 m 2 h °C/W.
Rəqəmsal təcrübələr apararkən aşağıdakılar nəzərə alındı:
– aşağı geotermal enerji sərfiyyatı sıxlığı olan torpaq istilik toplama sistemi;
– diametri 0,05 m və uzunluğu 400 m olan polietilen borulardan hazırlanmış horizontal istilik toplama sistemi;
– geotermal enerji istehlakının yüksək sıxlığına malik torpaq istilik toplama sistemi;
Aparılmış tədqiqatlar göstərmişdir ki, istilik mövsümünün sonunda torpaq kütləsindən istilik enerjisinin istehlakı ərazinin əksər hissəsinin torpaq-iqlim şəraitində istilik toplama sistemi borularının registrinin yaxınlığında torpağın temperaturunun aşağı düşməsinə səbəb olur. Rusiya Federasiyasının ilin yay dövründə kompensasiya etmək üçün vaxtı yoxdur və növbəti istilik mövsümünün başlanğıcında torpaq aşağı temperatur potensialı ilə çıxır. Növbəti istilik mövsümündə istilik enerjisinin istehlakı torpağın temperaturunun daha da azalmasına səbəb olur və üçüncü istilik mövsümünün başlanğıcında onun temperatur potensialı təbiidən daha da fərqlənir. Və s... Bununla belə, istilik yığım sisteminin uzunmüddətli istismarının qruntun təbii temperatur rejiminə istilik təsirinin zərfləri açıq-aşkar eksponensial xarakter daşıyır və istismarın beşinci ilində torpaq yeni səviyyəyə çatır. rejim, dövriliyə yaxın, yəni beşinci il istismarından başlayaraq, istilik toplama sisteminin torpaq massivindən istilik enerjisinin uzunmüddətli istehlakı onun temperaturunda dövri dəyişikliklərlə müşayiət olunur. Beləliklə, Rusiya Federasiyasının ərazisinin rayonlaşdırılmasını həyata keçirərkən, istilik toplama sisteminin uzun illər istismarı nəticəsində torpaq kütləsinin temperaturunun aşağı düşməsini nəzərə almaq və 2010-cu il üçün gözlənilən torpaq temperaturundan istifadə etmək lazım idi. Torpaq kütləsinin temperaturları üçün hesablanmış parametrlər kimi GTST-nin işinin 5-ci ili.
Bu vəziyyəti nəzərə alaraq, Rusiya Federasiyasının ərazisini GTST-dən istifadənin səmərəliliyinə görə rayonlaşdırarkən, geotermal istilik nasosunun istilik səmərəliliyinin meyarı kimi istismarın 5-ci ili üçün orta istilik çevrilmə əmsalı K p tr seçildi. GTST tərəfindən yaradılan faydalı istilik enerjisinin onun hərəkətinə sərf olunan enerjiyə nisbəti olan təchizat sistemi və ideal termodinamik Karno dövrü üçün aşağıdakı kimi müəyyən edilir:
K tr = T o / (T o – T i), (1)
burada T o - istilik və ya istilik təchizatı sisteminə çıxarılan istiliyin temperatur potensialı, K;
İstilik nasosunun istilik sisteminin transformasiya əmsalı K tr istehlakçının istilik təchizatı sisteminə çıxarılan faydalı istiliyin GTST-nin istismarına sərf olunan enerjiyə nisbətidir və ədədi olaraq T o temperaturda alınan faydalı istilik miqdarına bərabərdir. və T və GTST-nin sürücüsünə sərf olunan enerji vahidi üçün. Həqiqi çevrilmə əmsalı (1) düsturla təsvir edilən idealdan GTST-nin termodinamik mükəmməllik dərəcəsini və dövrün həyata keçirilməsi zamanı geri dönməz enerji itkilərini nəzərə alan h əmsalının qiyməti ilə fərqlənir.
Ədədi eksperimentlər INSOLAR-İNVEST ASC-də yaradılmış, tikinti sahəsinin iqlim şəraitindən, binanın istilik izolyasiya keyfiyyətlərindən, binanın istismar xüsusiyyətlərindən asılı olaraq istilik toplama sisteminin optimal parametrlərinin müəyyən edilməsini təmin edən proqram vasitəsilə aparılmışdır. istilik nasos avadanlığı, sirkulyasiya nasosları, istilik cihazları istilik sistemləri, eləcə də onların iş rejimləri. Proqram, modellərin informativ qeyri-müəyyənliyi və xarici təsirlərin yaxınlaşması ilə bağlı çətinlikləri dəf etməyə imkan verən aşağı potensiallı torpaq istiliyinin toplanması sistemlərinin istilik rejiminin riyazi modellərinin qurulması üçün əvvəllər təsvir edilmiş metoda əsaslanır. qruntun təbii istilik rejimi haqqında təcrübi yolla əldə edilmiş məlumatların proqramda istifadə edilməsi hesabına bütün amillər kompleksini (qrunt sularının mövcudluğu, onların sürəti və istilik rejimləri, strukturu və yerləşdiyi yer kimi) qismən nəzərə almağa imkan verir. torpaq təbəqələrinin, Yerin "termal" fonu, yağıntılar, məsamə məkanında rütubətin faza çevrilmələri və daha çox) sistemin istilik yığımının istilik rejiminin formalaşmasına əhəmiyyətli dərəcədə təsir edən və birgə uçotu. problemin ciddi formalaşdırılması bu gün praktiki olaraq mümkün deyil. “Əsas” problemi həll etmək üçün biz SSRİ İqlim Kitabçasının məlumatlarından istifadə etdik (L.: Gidrometioizdat. Buraxılış 1-34).
Proqram əslində müəyyən bir bina və tikinti sahəsi üçün GTST konfiqurasiyasının çox parametrli optimallaşdırılması problemini həll etməyə imkan verir.
Binaların isitmə məqsədləri üçün aşağı potensial geotermal istilikdən istifadənin səmərəliliyinə görə ədədi təcrübələrin və Rusiya ərazisinin rayonlaşdırılmasının nəticələri Şəkil 1-də qrafik olaraq təqdim olunur. 2–9.
Şəkildə. Şəkil 2, üfüqi istilik toplama sistemləri olan geotermal istilik nasosu istilik təchizatı sistemlərinin transformasiya əmsalının dəyərlərini və izolatlarını göstərir və Şek. 3 – şaquli istilik toplama sistemləri olan GTST üçün. Rəqəmlərdən göründüyü kimi, Rusiyanın cənubunda üfüqi istilik toplama sistemləri üçün K p tr 4,24 və şaquli sistemlər üçün 4,14 maksimum dəyərləri gözlənilə bilər və minimum dəyərlər, şimalda, Uelendə müvafiq olaraq 2,87 və 2,73. Mərkəzi Rusiya üçün üfüqi istilik toplama sistemləri üçün K p tr dəyərləri 3,4-3,6, şaquli sistemlər üçün isə 3,2-3,4 aralığındadır. Uzaq Şərq bölgələri, ənənəvi olaraq çətin yanacaq təchizatı şərtləri olan bölgələr üçün K p tr (3,2-3,5) olduqca yüksək dəyərləri diqqətəlayiqdir. Görünür Uzaq Şərq GTST-nin prioritet həyata keçirildiyi bölgədir.
Şəkildə. Şəkil 4 "üfüqi" GTST+PD (pik daha yaxın) ötürülməsi üçün xüsusi illik enerji xərclərinin dəyərlərini və izolatlarını göstərir, o cümlədən istilik, ventilyasiya və isti su təchizatı üçün enerji xərcləri, qızdırılan ərazinin 1 m2-ə qədər azaldılır və Şəkildə. 5 – şaquli istilik toplama sistemləri olan GTST üçün. Rəqəmlərdən göründüyü kimi, binanın qızdırılan sahəsinin 1 m2-ə endirilən üfüqi GTST-nin ötürülməsi üçün illik xüsusi enerji istehlakı Rusiyanın cənubunda 28,8 kVt/(il m2) ilə 241 kVt/saat arasında dəyişir. /(il m2) Yakutskda, şaquli GTST üçün isə müvafiq olaraq cənubda 28,7 kVt// (il m2) və Yakutskda 248 kVt// (il m2). Müəyyən bir sahə üçün rəqəmlərdə təqdim olunan GTST sürücüsü üçün illik xüsusi enerji istehlakının dəyərini bu sahənin dəyərinə vursaq, K p tr 1 azaldılırsa, GTST-nin 1-ə qənaət etdiyi enerji miqdarını alacağıq. ildə m 2 qızdırılan sahə. Məsələn, Moskva üçün şaquli GTST üçün bu dəyər ildə 1 m 2 üçün 189,2 kWh olacaq. Müqayisə üçün, Moskva enerji qənaət standartları MGSN 2.01-99 ilə müəyyən edilmiş xüsusi enerji istehlakının dəyərlərini göstərə bilərik, aşağı mərtəbəli binalar üçün 130 və hündürmərtəbəli binalar üçün 95 kVt / (il m2). Eyni zamanda, MGSN 2.01–99 ilə standartlaşdırılmış enerji xərclərinə yalnız istilik və ventilyasiya üçün enerji xərcləri daxildir, bizim vəziyyətimizdə enerji xərclərinə isti su təchizatı üçün enerji xərcləri də daxildir. Fakt budur ki, binanın istismarı üçün enerji xərclərinin qiymətləndirilməsinə mövcud standartlarda mövcud olan yanaşma binanın istiləşməsi və ventilyasiyası üçün enerji xərclərini və isti su təchizatı üçün enerji xərclərini ayrı-ayrı maddələrə ayırır. Eyni zamanda, isti su təchizatı üçün enerji istehlakı standartlaşdırılmamışdır. Bu yanaşma düzgün görünmür, çünki isti su təchizatı üçün enerji xərcləri çox vaxt istilik və ventilyasiya üçün enerji xərcləri ilə mütənasib olur.
Şəkildə. Şəkil 6, zirvəyə yaxınlaşan istilik gücünün (PD) və üfüqi GTST-nin quraşdırılmış elektrik gücünün vahid fraksiyalarında rasional nisbətinin dəyərlərini və izolatlarını göstərir və Şek. 7 – şaquli istilik toplama sistemləri olan GTST üçün. Pik yaxınlaşmasının istilik gücü ilə GTST-nin quraşdırılmış elektrik enerjisi (PD istisna olmaqla) arasında rasional əlaqənin meyarı GTST+PD sürücüsü üçün minimum illik elektrik enerjisi istehlakı idi. Rəqəmlərdən göründüyü kimi, istilik PD və elektrik GTST (PD olmadan) güclərinin rasional nisbəti Rusiyanın cənubunda 0-dan, Yakutskda üfüqi GTST üçün 2,88 və şaquli sistemlər üçün 2,92-ə qədər dəyişir. Rusiya Federasiyasının mərkəzi zonasında GTST + PD-nin yaxın və quraşdırılmış elektrik enerjisinin istilik gücünün rasional nisbəti həm üfüqi, həm də şaquli GTST üçün 1,1-1,3 aralığındadır. Bu məqamı daha ətraflı müzakirə etmək lazımdır. Fakt budur ki, məsələn, Rusiyanın mərkəzi zonasında elektrik isitmə sistemini əvəz edərkən, həqiqətən, qızdırılan bir binada quraşdırılmış elektrik avadanlıqlarının gücünü 35-40% azaltmaq və müvafiq olaraq tələb olunan elektrik enerjisini azaltmaq imkanımız var. RAO UES-dən, bu gün "dəyər" təxminən 50 min rubl. evdə quraşdırılmış 1 kVt elektrik enerjisi üçün. Beləliklə, məsələn, 15 kVt-a bərabər olan ən soyuq beş günlük müddətdə təxmin edilən istilik itkisi olan bir kottec üçün 6 kVt quraşdırılmış elektrik enerjisinə və müvafiq olaraq təxminən 300 min rubla qənaət edəcəyik. və ya ≈ 11,5 min ABŞ dolları təşkil edib. Bu rəqəm demək olar ki, belə istilik gücünün GTST dəyərinə bərabərdir.
Beləliklə, bir binanın mərkəzləşdirilmiş enerji təchizatı ilə əlaqələndirilməsi ilə bağlı bütün xərcləri düzgün nəzərə alsaq, məlum olur ki, mövcud elektrik tarifləri və Rusiya Federasiyasının Mərkəzi Kəmərində mərkəzləşdirilmiş enerji təchizatı şəbəkələrinə qoşulma ilə, hətta bir- vaxt xərcləri, GTST 60% enerji qənaətini nəzərə almasaq, elektrik isitmə ilə müqayisədə daha sərfəli olur.
Şəkildə. Şəkil 8, üfüqi GTST+PD sisteminin ümumi illik enerji istehlakında pik bobin (PD) tərəfindən il ərzində istehsal olunan istilik enerjisinin xüsusi çəkisinin dəyərlərini və izolatlarını faizlə göstərir və Şəkil 1-də. 9 – şaquli istilik toplama sistemləri olan GTST üçün. Rəqəmlərdən göründüyü kimi, üfüqi GTST+PD sisteminin ümumi illik enerji istehlakında il ərzində pik bobin (PD) tərəfindən istehsal olunan istilik enerjisinin payı Rusiyanın cənubunda 0%-dən 38-40-a qədər dəyişir. Yakutsk və Turlarda % və şaquli GTST+PD üçün - müvafiq olaraq, cənubda 0% və Yakutskda 48,5% -ə qədər.
Rusiyanın mərkəzi zonasında bu dəyərlər həm şaquli, həm də üfüqi GTST üçün təxminən 5-7% təşkil edir. Bunlar kiçik enerji xərcləridir və buna görə də daha yaxın bir zirvə seçərkən diqqətli olmalısınız. Həm 1 kVt gücə xüsusi kapital qoyuluşu, həm də avtomatlaşdırma nöqteyi-nəzərindən ən rasional olan pik elektrik bağlayıcılarıdır. Pelet qazanlarının istifadəsi diqqətə layiqdir.
Sonda çox vacib bir məsələ üzərində dayanmaq istərdim: binalar üçün istilik qorunmasının rasional səviyyəsinin seçilməsi problemi. Bu problem bu gün çox ciddi bir vəzifədir, onun həlli iqlimimizin xüsusiyyətlərini və istifadə olunan mühəndis avadanlıqlarının xüsusiyyətlərini, mərkəzləşdirilmiş şəbəkələrin infrastrukturunu, habelə şəhərlərdə ekoloji vəziyyəti nəzərə almaqla ciddi rəqəmsal təhlil tələb edir. , gözümüzün qarşısında sözün əsl mənasında pisləşən və daha çox. Aydındır ki, bu gün (binanın) iqlim və enerji təchizatı sistemi, kommunal xidmətlər və s. ilə əlaqəsini nəzərə almadan bina zərfinə dair hər hansı tələbi formalaşdırmaq artıq düzgün deyil. Nəticədə, çox yaxın gələcəkdə , istilik mühafizəsinin rasional səviyyəsinin seçilməsi probleminin həlli yalnız kompleks bina + enerji təchizatı sistemi + iqlim + ətraf mühitin vahid eko-enerji sistemi kimi nəzərə alınması və bu yanaşma ilə GTST-nin rəqabət üstünlüklərinin nəzərə alınması əsasında mümkün olacaqdır. daxili bazarı çox qiymətləndirmək olmaz.
Ədəbiyyat
1. Sanner B. İstilik nasosları üçün yerüstü istilik mənbələri (təsnifat, xüsusiyyətlər, üstünlüklər). Geotermal istilik nasosları kursu, 2002.
2. Vasiliev G. P. Binaların istilik qorunmasının iqtisadi cəhətdən mümkün səviyyəsi // Enerji qənaəti. – 2002. – № 5. 3. Vasiliev G.P. Yerin səth təbəqələrinin aşağı potensial istilik enerjisindən istifadə edərək bina və tikililərin istilik və soyuq təchizatı: Monoqrafiya."Sərhəd". - M.: Qırmızı Ulduz, 2006.