A Föld talajának felszíni rétege természetes hőtároló. A Föld felső rétegeibe belépő hőenergia fő forrása a napsugárzás. Körülbelül 3 m vagy annál nagyobb mélységben (fagypont alatt) a talaj hőmérséklete gyakorlatilag nem változik az év során, és megközelítőleg megegyezik a külső levegő éves átlagos hőmérsékletével. 1,5-3,2 m mélységben télen +5 és +7 °C, nyáron +10 és +12 °C között van a hőmérséklet. Ez a meleg télen megakadályozhatja a ház fagyását, nyáron pedig megakadályozhatja a 18-20°C feletti túlmelegedést
a legtöbben egyszerű módon A talajhő felhasználása talajhőcserélő (SHE) alkalmazása. A talaj alatt, a talajfagyás szintje alatt légcsatorna-rendszert helyeznek el, amely hőcserélőként működik a talaj és az ezeken a légcsatornákon áthaladó levegő között. Télen a beáramló hideg levegőt, amely a csöveken belép és áthalad, felmelegítik, nyáron pedig lehűtik. A légcsatornák ésszerű elhelyezésével alacsony energiaköltséggel jelentős mennyiségű hőenergia vehető ki a talajból.
Cső a csőben hőcserélő használható. A belső rozsdamentes acél légcsatornák rekuperátorként működnek.
A meleg évszakban a talajhőcserélő biztosítja a befújt levegő hűtését. A külső levegő a levegőbeszívó berendezésen keresztül a talajhőcserélőbe jut, ahol a talaj lehűti. Ezután a lehűtött levegőt légcsatornákon keresztül juttatják a befúvó-elszívó egységhez, amelyben nyári időszak rekuperátor helyett nyári betét van beépítve. Ennek a megoldásnak köszönhetően csökken a hőmérséklet a szobákban, javul a mikroklíma a házban, és csökken a klímaberendezés áramköltsége. 
Ha kicsi a kültéri és beltéri levegő hőmérsékletkülönbsége, a ház falán, a föld feletti részen elhelyezett befúvó rácson keresztül lehet friss levegőt juttatni. Abban az időszakban, amikor az eltérés jelentős, a frisslevegő-ellátás a PHE-n keresztül történhet, biztosítva a befúvott levegő fűtését/hűtését. 
A hideg évszakban a külső levegő a légbeömlőn keresztül jut be a PHE-be, ahol felmelegszik, majd belép a befúvó-elszívó egységbe fűtésre a hőcserélőben. A levegő előmelegítése a PHE-ben csökkenti a jegesedés lehetőségét a légkezelő egység hőcserélőjén, növeli a hőcserélő hatékony használatát, és minimalizálja a víz-/elektromos fűtőberendezésben a további levegő fűtésének költségeit. 
A holtszezonban 180 napig az átlagos napi hőmérséklet + 5 ° C - + 20 ° C-ra kell fűteni. A tervezett költségek 3305 kWh, és a geotermikus rendszerek 1322 vagy 1102 kWh-val csökkentik a költségeket.
A nyári időszakban 60 napon át a napi átlaghőmérséklet +20°C körül van, de 8 órán belül +26°C. A hűtés költsége 206 kWh lesz, a geotermikus rendszer pedig 137-tel csökkenti a költségeket. kWh.
Egy ilyen geotermikus rendszer működését az év során az SPF (szezonális teljesítménytényező) együtthatóval értékelik, amelyet a kapott hőmennyiség és az elfogyasztott villamos energia mennyiségének arányaként határoznak meg, figyelembe véve a levegő szezonális változásait. / talajhőmérséklet.
Ahhoz, hogy évente 2634 kWh hőteljesítményt nyerjünk a földből, a szellőztető egység 635 kWh villamos energiát fogyaszt. SPF = 2634/635 = 4,14.
Anyagok szerint.
Szénhidrogénekben gazdag hazánkban a geotermikus energia egyfajta egzotikus erőforrás, amely a dolgok jelenlegi állása szerint aligha veszi fel a versenyt az olajjal és a gázzal. Ennek ellenére ez az alternatív energiaforma szinte mindenhol és meglehetősen hatékonyan használható.
A geotermikus energia a föld belsejének hője. A mélyben keletkezik, és a Föld felszínére kerül különböző formákés különböző intenzitással.
A talaj felső rétegeinek hőmérséklete elsősorban a külső (exogén) tényezőktől – a napfénytől és a levegő hőmérsékletétől – függ. Nyáron és nappal a talaj bizonyos mélységekig felmelegszik, télen és éjszaka pedig a levegő hőmérséklet változását követően és némi késéssel, a mélységgel növekvő mértékben hűl le. A léghőmérséklet napi ingadozásának hatása néhány és több tíz centiméter közötti mélységben ér véget. A szezonális ingadozások a talaj mélyebb rétegeit ragadják meg - akár több tíz méterig.
Egy bizonyos mélységben - több tíztől több száz méterig - a talaj hőmérsékletét állandó szinten tartják, ami megegyezik a Föld felszínéhez közeli átlagos évi levegőhőmérséklettel. Ezt könnyű ellenőrizni, ha lemegy egy meglehetősen mély barlangba.
Mikor évi középhőmérséklet a levegő a területen nulla alatt van, ez örökfagyként (pontosabban permafrosztként) nyilvánul meg. Kelet-Szibériában az egész évben fagyott talajok vastagsága, azaz vastagsága helyenként eléri a 200-300 m-t.
Egy bizonyos mélységtől (a térkép minden pontjának sajátja) a Nap és a légkör hatása annyira gyengül, hogy az endogén (belső) tényezők kerülnek előtérbe, és a föld belsejét belülről melegszik fel, így a hőmérséklet elkezd emelkedni. emelkedik a mélységgel.
A Föld mélyrétegeinek felmelegedése elsősorban az ott található radioaktív elemek bomlásával függ össze, bár más hőforrásokat is megneveznek, például a földkéreg és a földköpeny mélyrétegeiben zajló fizikai-kémiai, tektonikai folyamatokat. De bármi is az ok, a hőmérséklet sziklákés a kapcsolódó folyékony és gáznemű anyagok a mélységgel nő. A bányászok szembesülnek ezzel a jelenséggel – a mély bányákban mindig meleg van. 1 km-es mélységben harminc fokos hőség a normális, mélyebben pedig még magasabb a hőmérséklet.
A föld belsejének a Föld felszínét elérő hőárama kicsi - átlagosan 0,03-0,05 W / m 2, vagyis körülbelül 350 W h / m 2 évente. A Nap hőáramának és az általa felmelegített levegőnek a hátterében ez észrevehetetlen érték: a Nap minden négyzetmétert megad a Föld felszíneévente kb. 4000 kWh, azaz 10 000-szer több (persze ez egy átlag, hatalmas szórással a sarki és egyenlítői szélesség között, valamint egyéb éghajlati és időjárási tényezőktől függően).
A mélységből a felszín felé áramló hő jelentéktelensége a bolygó nagy részén a kőzetek és jellemzők alacsony hővezető képességével függ össze. geológiai szerkezet. De vannak kivételek - olyan helyek, ahol magas a hőáramlás. Ezek mindenekelőtt a tektonikus törések, a megnövekedett szeizmikus aktivitás és a vulkanizmus zónái, ahol a föld belsejének energiája talál kiutat. Az ilyen zónákra jellemzőek a litoszféra termikus anomáliái, itt a Föld felszínét érő hőáramlás sokszorosára, sőt nagyságrendekkel is erősebb lehet a „szokásos”-nál. Ezekben a zónákban hatalmas mennyiségű hőt hoznak a felszínre a vulkánkitörések és a forró vízforrások.
Ezek a területek a legkedvezőbbek a geotermikus energia fejlesztésére. Oroszország területén ezek elsősorban Kamcsatka, a Kuril-szigetek és a Kaukázus.
Ugyanakkor a geotermikus energia fejlesztése szinte mindenhol lehetséges, hiszen a mélységgel járó hőmérséklet-emelkedés mindenütt jelen lévő jelenség, és a hő „kivonása” a belekből a feladat, ahogy onnan nyerik ki az ásványi nyersanyagokat.
Átlagosan 100 méterenként 2,5–3°C-kal növekszik a hőmérséklet a mélységgel, két különböző mélységben fekvő pont hőmérséklet-különbségének és a köztük lévő mélységkülönbségnek az arányát nevezzük geotermikus gradiensnek.
A reciprok a geotermikus lépés, vagy az a mélységi intervallum, amelynél a hőmérséklet 1°C-kal emelkedik.
Minél nagyobb a gradiens, és ennek megfelelően a lépcsőfok, annál közelebb kerül a Föld mélységének hője a felszínhez, és ez a terület annál ígéretesebb a geotermikus energia fejlesztésére.
Különböző területeken, a geológiai szerkezettől és egyéb regionális és helyi viszonyoktól függően, a hőmérséklet növekedési üteme a mélységgel drámaian változhat. A Föld skáláján a geotermikus gradiensek és lépések értékeinek ingadozása eléri a 25-szörösét. Például Oregon államban (USA) a gradiens 150°C/1 km, Dél-Afrika-6°C 1 km-enként.
A kérdés az, hogy milyen a hőmérséklet nagy mélységben - 5, 10 km vagy annál nagyobb? Ha a tendencia folytatódik, a 10 km-es mélységben a hőmérséklet átlagosan 250–300°C körüli lesz. Ezt többé-kevésbé megerősítik az ultramély kutakban végzett közvetlen megfigyelések, bár a kép sokkal bonyolultabb, mint a hőmérséklet lineáris növekedése.
Például Kolában ultramély kút, a Balti Kristálypajzsba fúrva a hőmérséklet 10°C/1 km sebességgel változik 3 km mélységig, majd a geotermikus gradiens 2-2,5-szeresére nő. 7 km-es mélységben már 120 °C-os hőmérsékletet regisztráltak, 10 km-től 180 °C-ig, 12 km-től 220 °C-ig.
Egy másik példa a Kaszpi-tenger északi részén fektetett kút, ahol 500 m mélységben 42 °C hőmérsékletet regisztráltak, 1,5 km - 70 ° C között, 2 km - 80 ° C között, 3 km - 108 ° C között.
Feltételezzük, hogy a geotermikus gradiens 20-30 km-es mélységtől kezdve csökken: 100 km-es mélységben a becsült hőmérséklet 1300-1500 °C, 400-1600 °C mélységben a Földön. mag (több mint 6000 km mélység) - 4000-5000 ° C.
10-12 km mélységig a hőmérsékletet fúrt kutak segítségével mérik; ahol nem léteznek, ott ugyanúgy közvetett jelek határozzák meg, mint nagyobb mélységekben. Ilyen közvetett jel lehet a szeizmikus hullámok áthaladásának jellege vagy a kitörő láva hőmérséklete.
A geotermikus energia szempontjából azonban a 10 km-nél mélyebb hőmérsékletekre vonatkozó adatok még nem jelentenek gyakorlati érdeklődést.
Nagy a hőség több kilométeres mélységben, de hogyan lehet emelni? Néha a természet maga oldja meg ezt a problémát egy természetes hűtőfolyadék segítségével - felmelegített termálvizek, amelyek a felszínre kerülnek, vagy a számunkra elérhető mélységben fekszenek. Egyes esetekben a mélyben lévő vizet gőz állapotára melegítik.
A „termálvizek” fogalmának nincs szigorú meghatározása. Általában folyékony halmazállapotú vagy gőz formájában lévő forró talajvizet jelentenek, beleértve azokat is, amelyek a Föld felszínére 20 ° C feletti, azaz általában a levegő hőmérsékleténél magasabb hőmérsékletűek kerülnek.
A talajvíz, a gőz, a gőz-víz keverékek hője hidrotermális energia. Ennek megfelelően a felhasználásán alapuló energiát hidrotermálisnak nevezzük.
Bonyolultabb a helyzet a hőtermelés közvetlenül száraz kőzetekből - petroltermikus energiából, különösen azért, mert a kellően magas hőmérséklet általában több kilométeres mélységből kezdődik.
Oroszország területén a petrotermikus energia potenciálja százszor nagyobb, mint a hidrotermikus energia - 3500 és 35 billió tonna szabványos üzemanyag. Ez teljesen természetes – a Föld mélyének melege mindenhol ott van, a termálvizek pedig helyben találhatók. A nyilvánvaló műszaki nehézségek miatt azonban a termálvizek nagy részét jelenleg hő- és villamosenergia-termelésre használják.
A 20-30°C és 100°C közötti vízhőmérséklet fűtésre, 150°C és afeletti vízhőmérséklet - és geotermikus erőművekben villamosenergia-termelésre alkalmas.
Általánosságban elmondható, hogy Oroszország területén a geotermikus erőforrások a referencia-tüzelőanyag tonnában vagy bármely más energiamértékegységben kifejezve körülbelül 10-szer magasabbak, mint a fosszilis tüzelőanyag-tartalékok.
Csak elméletileg geotermikus energia teljes mértékben ki tudná elégíteni az ország energiaszükségletét. A gyakorlatban jelenleg a terület nagy részén ez műszaki és gazdasági okokból nem kivitelezhető.
A világon a geotermikus energia felhasználását leggyakrabban Izlandhoz kötik - egy ország, amely a Közép-Atlanti-hátság északi végén található, egy rendkívül aktív tektonikus és vulkáni zónában. Valószínűleg mindenki emlékszik az Eyyafyatlayokudl vulkán erőteljes kitörésére ( Eyjafjallajokull) 2010-ben.
Ennek a geológiai sajátosságnak köszönhető, hogy Izland hatalmas geotermikus energiatartalékokkal rendelkezik, beleértve a Föld felszínére érkező, sőt gejzírek formájában feltörő hőforrásokat is.
Izlandon jelenleg az összes fogyasztott energia több mint 60%-át a Földről veszik. A geotermikus forrásoknak köszönhetően a fűtés 90%-a és a villamosenergia-termelés 30%-a biztosított. Hozzátesszük, hogy az országban az áram többi részét vízerőművek állítják elő, vagyis szintén megújuló energiaforrás felhasználásával, aminek köszönhetően Izland egyfajta globális környezetvédelmi szabványnak tűnik.
A geotermikus energia 20. századi „megszelídítése” jelentősen segítette Izlandot gazdaságilag. A múlt század közepéig nagyon szegény ország volt, mára az első helyen áll a világon az egy főre jutó telepített kapacitás és geotermikus energiatermelés tekintetében, a geotermikus energia abszolút beépített kapacitását tekintve pedig az első tízben van. növények. Lakossága azonban mindössze 300 ezer fő, ami leegyszerűsíti a környezetbarát energiaforrásokra való átállást: általában kicsi az igény.
Izlandon kívül a teljes villamosenergia-termelés egyenlegében a geotermikus energia nagy részét Új-Zéland és Délkelet-Ázsia szigetállamai (Fülöp-szigetek és Indonézia), Közép-Amerika és Kelet-Afrika országai biztosítják, amelyek területére szintén jellemző. magas szeizmikus és vulkáni aktivitás miatt. Ezen országok számára a geotermikus energia jelenlegi fejlettségi szintjük és szükségleteik mellett jelentős mértékben hozzájárul a társadalmi-gazdasági fejlődéshez.
A geotermikus energia felhasználásának nagyon hosszú története van. Az egyik első ismert példa Olaszország, a mai Larderello néven ismert Toszkána tartományban található hely, ahol már a 19. század elején a helyi, természetes eredetű vagy sekély kutakból kitermelt meleg termálvizeket használták energiaforrásként. célokra.
A bórsav előállításához földalatti forrásokból származó, bórban gazdag vizet használtak itt. Kezdetben ezt a savat vaskazánokban történő elpárologtatással nyerték, és a közönséges tűzifát a közeli erdőkből vették tüzelőként, de 1827-ben Francesco Larderel olyan rendszert hozott létre, amely maguknak a vizeknek a hőjére dolgozott. Ezzel egy időben a természetes vízgőz energiáját a fúrótornyok üzemeltetésére, a 20. század elején pedig a helyi házak, üvegházak fűtésére kezdték felhasználni. Ugyanitt, Larderellóban 1904-ben a termálvízgőz vált energiaforrássá az áramtermeléshez.
A 19. század végén és a 20. század elején Olaszország példáját más országok is követték. Például 1892-ben a termálvizet először az Egyesült Államokban (Boise, Idaho), 1919-ben - Japánban, 1928-ban - Izlandon használták helyi fűtésre.
Az Egyesült Államokban az első hidrotermikus erőmű Kaliforniában jelent meg az 1930-as évek elején, Új-Zélandon - 1958-ban, Mexikóban - 1959-ben, Oroszországban (a világ első bináris GeoPP) - 1965-ben.
A villamosenergia-termeléshez a fűtésnél magasabb, 150°C feletti vízforrás hőmérsékletre van szükség. A geotermikus erőmű (GeoES) működési elve hasonló a hagyományos hőerőmű (TPP) működési elvéhez. Valójában a geotermikus erőmű egyfajta hőerőmű.
A hőerőművekben általában a szén, a gáz vagy a fűtőolaj az elsődleges energiaforrás, a vízgőz pedig a munkaközeg. A tüzelőanyag égve gőz állapotba melegíti a vizet, ami forgatja a gőzturbinát, és elektromosságot termel.
A különbség a GeoPP között az, hogy itt az elsődleges energiaforrás a föld belsejének hője, és a munkaközeg gőz formájában közvetlenül a termelő kútból „kész” formában jut be az elektromos generátor turbinalapátjaiba.
A GeoPP működésének három fő sémája van: közvetlen, száraz (geotermikus) gőz felhasználásával; közvetett, hidrotermális vízen alapuló és vegyes, vagy bináris.
Egyik vagy másik séma használata az aggregáció állapotától és az energiahordozó hőmérsékletétől függ.
Az elsajátított séma közül a legegyszerűbb és ezért az első a közvetlen, amelyben a kútból érkező gőzt közvetlenül a turbinán vezetik át. A világ első GeoPP-je Larderellóban 1904-ben szintén száraz gőzzel működött.
A közvetett működési sémával rendelkező GeoPP-k korunkban a leggyakoribbak. Forró földalatti vizet használnak, amelyet nagy nyomás alatt egy elpárologtatóba szivattyúznak, ahol egy része elpárolog, és a keletkező gőz egy turbinát forgat. Bizonyos esetekben további eszközökre és áramkörökre van szükség a geotermikus víz és gőz agresszív vegyületektől való megtisztításához.
A kipufogó gőz belép a befecskendező kútba, vagy helyiségfűtésre szolgál - ebben az esetben az elv ugyanaz, mint a CHP működése során.
A bináris GeoPP-knél a forró termálvíz kölcsönhatásba lép egy másik folyadékkal, amely alacsonyabb forráspontú munkaközegként működik. Mindkét folyadékot hőcserélőn vezetik át, ahol a termálvíz elpárologtatja a munkafolyadékot, amelynek gőzei forgatják a turbinát.
Ez a rendszer zárt, ami megoldja a légkörbe történő kibocsátás problémáját. Ezenkívül a viszonylag alacsony forráspontú munkaközegek lehetővé teszik a nem túl forró termálvizek elsődleges energiaforrásként történő felhasználását.
Mindhárom séma hidrotermikus forrást használ, de a petroltermikus energia is felhasználható villamos energia előállítására.
A kapcsolási rajz ebben az esetben is meglehetősen egyszerű. Két egymáshoz kapcsolódó kutat kell fúrni - befecskendező és termelő. A vizet a befecskendező kútba szivattyúzzák. Mélységben felmelegszik, majd az erős melegítés eredményeként keletkező felmelegített vizet vagy gőzt termelő kúton keresztül juttatják a felszínre. Továbbá minden attól függ, hogy a petroltermikus energiát hogyan használják fel - fűtésre vagy villamosenergia-termelésre. Zárt ciklus lehetséges a kipufogó gőz és víz visszaszivattyúzásával a befecskendező kútba, vagy más ártalmatlanítási módszerrel.
Egy ilyen rendszer hátránya nyilvánvaló: a munkaközeg kellően magas hőmérsékletének elérése érdekében kutakat kell fúrni nagy mélység. Ez pedig komoly költséget jelent, és jelentős hőveszteség kockázatával jár, amikor a folyadék felfelé halad. Ezért a petrotermikus rendszerek még mindig kevésbé elterjedtek, mint a hidrotermikus rendszerek, bár a petroltermikus energia potenciálja nagyságrendekkel nagyobb.
Jelenleg az úgynevezett petrotermális keringtető rendszerek (PCS) létrehozásában Ausztrália az élen. Ezenkívül a geotermikus energia ezen iránya aktívan fejlődik az Egyesült Államokban, Svájcban, Nagy-Britanniában és Japánban.
A hőszivattyú William Thompson (más néven Lord Kelvin) 1852-es feltalálása valódi lehetőséget biztosított az emberiségnek a talaj felső rétegeinek gyenge hőjének felhasználására. A hőszivattyús rendszer, vagy a Thompson által elnevezett hősokszorozó azon a fizikai folyamaton alapul, amely során hőt adnak át a környezetből a hűtőközegnek. Valójában ugyanazt az elvet használja, mint a petroltermikus rendszerekben. A különbség a hőforrásban van, amivel kapcsolatban felmerülhet egy terminológiai kérdés: a hőszivattyú mennyiben tekinthető geotermikus rendszernek? A helyzet az, hogy a felső rétegekben több tíz-száz méteres mélységig a kőzeteket és a bennük lévő folyadékokat nem a föld mély melege, hanem a nap melegíti fel. Így ebben az esetben a nap az elsődleges hőforrás, bár azt, mint a geotermikus rendszerekben, a Földből veszik.
A hőszivattyú működése a talaj felmelegedésének és lehűlésének a légkörhöz viszonyított késleltetésén alapul, aminek következtében a felszíni és a mélyebb rétegek között hőmérsékleti gradiens alakul ki, amely télen is megtartja a hőt, hasonlóan a hogyan történik ez a tározókban. A hőszivattyúk fő célja a helyiségek fűtése. Valójában ez egy „visszafordított hűtőszekrény”. Mind a hőszivattyú, mind a hűtőszekrény három összetevővel működik együtt: a belső környezettel (az első esetben - fűtött helyiség, a másodikban - egy hűtött hűtőkamra), a külső környezettel - egy energiaforrással és egy hűtőközeggel (hűtőközeg), amely is hűtőfolyadék, amely hőátadást vagy hideget biztosít.
Az alacsony forráspontú anyag hűtőközegként működik, ami lehetővé teszi, hogy még viszonylag alacsony hőmérsékletű forrásból is hőt vegyen fel.
A hűtőszekrényben a folyékony hűtőközeg egy fojtószelepen (nyomásszabályozón) keresztül jut be az elpárologtatóba, ahol a nyomás éles csökkenése miatt a folyadék elpárolog. A párolgás egy endoterm folyamat, amely a kívülről történő hő elnyelését igényli. Ennek eredményeként az elpárologtató belső falai hőt vesznek fel, ami hűsítő hatást biztosít a hűtőkamrában. Az elpárologtatótól távolabb a hűtőközeget a kompresszorba szívják, ahol az aggregált folyékony állapotba kerül vissza. Ez a folyamat fordított folyamata, amely során a kivont hő felszabadul külső környezet. Általában a szobába dobják, és a hűtőszekrény hátsó fala viszonylag meleg.
A hőszivattyú szinte ugyanúgy működik, azzal a különbséggel, hogy a hőt a külső környezetből veszik, és az elpárologtatón keresztül jutnak be belső környezet- szoba fűtési rendszer.
Egy igazi hőszivattyúban a víz felmelegszik, a földbe vagy egy tartályba fektetett külső körön keresztül halad át, majd belép az elpárologtatóba.
Az elpárologtatóban a hő egy alacsony forráspontú hűtőközeggel töltött belső körbe kerül, amely az elpárologtatón áthaladva hőt vesz fel folyékony halmazállapotból gáz halmazállapotúvá.
Ezután a gáznemű hűtőközeg belép a kompresszorba, ahol összenyomódik magas nyomásúés a hőmérsékletet, és belép a kondenzátorba, ahol hőcsere megy végbe a forró gáz és a fűtési rendszerből származó hűtőfolyadék között.
A kompresszor működéséhez elektromos áramra van szükség, azonban az átalakítási arány (az elhasznált és megtermelt energia aránya) in modern rendszerek elég magas ahhoz, hogy hatékony legyen.
Jelenleg a hőszivattyúkat széles körben használják helyiségek fűtésére, főként a gazdaságilag fejlett országokban.
A geotermikus energia környezetbarátnak számít, ami általában igaz. Először is megújuló és gyakorlatilag kimeríthetetlen erőforrást használ. A geotermikus energia a nagy vízerőművekkel vagy szélerőművekkel ellentétben nem igényel nagy területeket, és a szénhidrogén energiával ellentétben nem szennyezi a légkört. A GeoPP átlagosan 400 m 2 -t foglal el 1 GW megtermelt villamos energiával. Ugyanez a szám például egy széntüzelésű hőerőmű esetében 3600 m 2. A GeoPP környezeti előnyei közé tartozik az alacsony vízfogyasztás is – 20 liter friss víz 1 kW-ra, míg a hőerőművek és atomerőművek mintegy 1000 litert igényelnek. Vegye figyelembe, hogy ezek az "átlagos" GeoPP környezeti mutatói.
De még mindig vannak negatív mellékhatások. Közülük leggyakrabban a zajt, a légkör hőszennyezését, valamint a víz és a talaj kémiai szennyezését, valamint a szilárd hulladék képződését különböztetik meg.
A környezet kémiai szennyezésének fő forrása maga a (magas hőmérsékletű és sótartalmú) termálvíz, amely gyakran nagy mennyiségben tartalmaz mérgező vegyületeket, ezért gondot okoz a szennyvíz és a veszélyes anyagok elhelyezése.
A geotermikus energia negatív hatásai több lépcsőben nyomon követhetők, kezdve a kutak fúrásával. Itt ugyanazok a veszélyek merülnek fel, mint bármely kút fúrásakor: a talaj és a növénytakaró tönkretétele, a talaj és a talajvíz szennyeződése.
A GeoPP működési szakaszában továbbra is fennállnak a környezetszennyezési problémák. A termikus folyadékok - víz és gőz - jellemzően szén-dioxidot (CO 2), kén-szulfidot (H 2 S), ammóniát (NH 3), metánt (CH 4), konyhasót (NaCl), bórt (B), arzént (As) tartalmaznak. ), higany (Hg). A környezetbe kerülve szennyező forrásokká válnak. Ezenkívül az agresszív kémiai környezet korróziós károkat okozhat a GeoTPP szerkezetekben.
Ugyanakkor a GeoPP-k szennyezőanyag-kibocsátása átlagosan alacsonyabb, mint a hőerőműveknél. Például a megtermelt villamos energia kilowattóránkénti szén-dioxid-kibocsátása eléri a 380 g-ot a GeoPP-knél, az 1042 g-ot a széntüzelésű hőerőműveknél, a 906 g-ot a fűtőolajoknál és a 453 g-ot a gáztüzelésű hőerőműveknél.
Felmerül a kérdés: mi a teendő a szennyvízzel? Alacsony sótartalom mellett lehűlés után a felszíni vizekbe kerülhet. A másik lehetőség, hogy egy injektáló kúton keresztül visszapumpálják a víztartóba, ami jelenleg a preferált és uralkodó gyakorlat.
A vízadó rétegekből történő termálvíz kinyerése (valamint a közönséges víz kiszivattyúzása) süllyedést és talajmozgásokat, a geológiai rétegek egyéb deformációit, mikroföldrengéseket okozhat. Az ilyen jelenségek valószínűsége általában alacsony, bár egyedi eseteket is feljegyeztek (például a németországi Staufen im Breisgau-i GeoPP-ben).
Hangsúlyozni kell, hogy a legtöbb GeoPP viszonylag ritkán lakott területeken és a harmadik világ országaiban található, ahol Környezeti Előírások kevésbé szigorúak, mint a fejlett országokban. Ráadásul jelenleg a GeoPP-k száma és kapacitása viszonylag kicsi. A geotermikus energia nagyobb fejlesztésével a környezeti kockázatok növekedhetnek és megsokszorozódhatnak.
A geotermikus rendszerek építésének beruházási költségei nagyon széles tartományban változnak - 200 és 5000 dollár között 1 kW beépített kapacitásonként, vagyis a legolcsóbb lehetőségek összehasonlíthatók a hőerőmű építésének költségeivel. Ezek elsősorban a termálvizek előfordulási körülményeitől, összetételüktől és a rendszer kialakításától függenek. Nagy mélységű fúrás, zárt rendszer kialakítása két kúttal, a vízkezelés igénye megsokszorozhatja a költségeket.
Például a petroltermikus keringtető rendszer (PTS) létrehozására fordított beruházások 1 kW beépített kapacitásonként 1,6–4 ezer dollárra becsülhetők, ami meghaladja az atomerőmű építési költségeit, és összemérhető a szél- és a szélenergia építési költségeivel. naperőművek.
A GeoTPP nyilvánvaló gazdasági előnye az ingyenes energiahordozó. Összehasonlításképpen: egy működő hőerőmű vagy atomerőmű költségszerkezetében a tüzelőanyag az aktuális energiaáraktól függően 50-80%-ot vagy még többet is tesz ki. Ebből következik a geotermikus rendszer másik előnye: az üzemeltetési költségek stabilabbak és kiszámíthatóbbak, mivel nem függenek az energiaárak külső konjunktúrájától. Általánosságban elmondható, hogy a GeoTPP működési költségeit 2-10 centre (60 kopecks-3 rubelre) becsülik 1 kWh megtermelt kapacitásonként.
A második legnagyobb (és nagyon jelentős) kiadási tétel az energiahordozó után általában az állomás személyzetének fizetése, amely országonként és régiónként drámaian változhat.
Átlagosan 1 kWh geotermikus energia költsége hasonló a hőerőművekéhez. Orosz viszonyok- körülbelül 1 rubel/1 kWh), és tízszer magasabb, mint a villamosenergia-termelés költsége az erőműveknél (5–10 kopecks/1 kWh).
A magas költségek részben az, hogy a hő- és hidraulikus erőművekkel ellentétben a GeoTPP viszonylag kis teljesítmény. Ezenkívül össze kell hasonlítani az azonos régióban és hasonló körülmények között található rendszereket. Így például Kamcsatkában a szakértők szerint 1 kWh geotermikus áram 2-3-szor olcsóbb, mint a helyi hőerőművekben termelt villamos energia.
A geotermikus rendszer gazdasági hatékonyságának mutatói például attól függnek, hogy szükséges-e a szennyvizet elhelyezni, és ez milyen módokon történik, lehetséges-e az erőforrás együttes felhasználása. Így, kémiai elemek a termálvízből kinyert vegyületek pedig további bevételt jelenthetnek. Emlékezzünk vissza Larderello példájára: ott a vegyi termelés volt az elsődleges, a geotermikus energia felhasználása pedig kezdetben kisegítő jellegű volt.
A geotermikus energia némileg másképp fejlődik, mint a szél- és a napenergia. Jelenleg ez nagymértékben magának az erőforrásnak a természetétől függ, amely régiónként élesen különbözik, és a legmagasabb koncentrációk a geotermikus anomáliák szűk zónáihoz kötődnek, amelyek általában tektonikus vetők és vulkanikus területekhez kapcsolódnak.
Ráadásul a geotermikus energia technológiailag kisebb kapacitású a szélhez és még inkább a napenergiához képest: a geotermikus állomások rendszerei meglehetősen egyszerűek.
A világ villamosenergia-termelésének általános szerkezetében a geotermikus komponens kevesebb mint 1%-ot tesz ki, de egyes régiókban és országokban eléri a 25-30%-ot is. A geológiai viszonyokhoz való kötődés miatt a geotermikus energia kapacitás jelentős része a harmadik világ országaiban összpontosul, ahol az iparág három legfejlettebb klasztere található: Délkelet-Ázsia, Közép-Amerika és Kelet-Afrika szigetei. Az első két régió a csendes-óceáni "Föld Tűz Övének" része, a harmadik pedig a kelet-afrikai hasadékhoz kötődik. A legnagyobb valószínűséggel a geotermikus energia továbbfejlődik ezekben az övezetekben. Egy távolabbi perspektíva a petroltermikus energia fejlesztése, a föld több kilométeres mélységben fekvő rétegeinek hőjének felhasználásával. Ez szinte mindenütt megtalálható erőforrás, de kitermelése magas költségeket igényel, így a petroltermikus energia elsősorban a gazdaságilag és technológiailag legerősebb országokban fejlődik.
Általában véve a geotermikus erőforrások mindenütt jelenléte és a környezeti biztonság elfogadható szintje miatt okkal feltételezhető, hogy a geotermikus energia jó kilátások fejlődés. Főleg a hagyományos energiahordozók hiányának és az ezek árának növekedésével járó növekvő veszély miatt.
Oroszországban a geotermikus energia fejlesztése meglehetősen hosszú múltra tekint vissza, és számos helyen a világelsők között vagyunk, bár a geotermikus energia részesedése egy hatalmas ország teljes energiamérlegében még mindig elhanyagolható.
Két régió, Kamcsatka és Észak-Kaukázus, és ha az első esetben elsősorban a villamosenergia-iparról beszélünk, akkor a második esetben - a termálvíz hőenergiájának felhasználásáról.
Az Észak-Kaukázusban, in Krasznodar terület, Csecsenföld, Dagesztán - a termálvizek hőjét energetikai célokra már a Nagy Honvédő Háború előtt is használták. Az 1980–1990-es években a geotermikus energia fejlesztése a térségben – érthető okokból – megtorpant, és még nem tért ki a stagnálás állapotából. Ennek ellenére az észak-kaukázusi geotermikus vízellátás mintegy 500 ezer ember számára biztosít hőt, és például a krasznodari területen található Labinszk városát, amelynek lakossága 60 ezer fő, teljes mértékben geotermikus vizek fűtik.
Kamcsatkán a geotermikus energia története elsősorban a GeoPP építéséhez kötődik. Közülük az első, még működő Pauzhetskaya és Paratunskaya állomás 1965–1967-ben épült, míg a 600 kW teljesítményű Paratunskaya GeoPP a világ első bináris ciklusú állomása lett. S. S. Kutateladze és A. M. Rosenfeld szovjet tudósok, az Orosz Tudományos Akadémia Szibériai Fiókjának Hőfizikai Intézetének fejlesztése volt, akik 1965-ben szerzői jogi tanúsítványt kaptak az elektromos áram 70 ° C hőmérsékletű vízből történő kinyerésére. Ez a technológia később több mint 400 bináris GeoPP prototípusa lett a világon.
Az 1966-ban üzembe helyezett Pauzhetskaya GeoPP kapacitása kezdetben 5 MW volt, majd ezt követően 12 MW-ra növelték. Jelenleg egy bináris blokk építése zajlik az állomáson, amely további 2,5 MW-tal növeli kapacitását.
A geotermikus energia fejlesztését a Szovjetunióban és Oroszországban hátráltatta a hagyományos energiaforrások - olaj, gáz, szén - elérhetősége, de soha nem állt meg. Jelenleg a legnagyobb geotermikus erőmű a Verkhne-Mutnovskaya GeoPP 12 MW összteljesítményű, 1999-ben üzembe helyezve, valamint a Mutnovskaya GeoPP 50 MW kapacitással (2002).
A Mutnovskaya és a Verkhne-Mutnovskaya GeoPP nemcsak Oroszország, hanem globális szinten is egyedülálló objektumok. Az állomások a Mutnovszkij vulkán lábánál, 800 méteres tengerszint feletti magasságban találhatók, és extrém éghajlati viszonyok között működnek, ahol évente 9-10 hónapig tél van. A jelenleg a világon az egyik legmodernebb Mutnovsky GeoPP berendezését teljes egészében hazai energetikai vállalatoknál hozták létre.
Jelenleg a Mutnovsky állomások részesedése a Közép-Kamcsatka energiaközpont energiafogyasztásának teljes szerkezetében 40%. A következő években kapacitásbővítést terveznek.
Külön meg kell említeni az orosz petroltermikus fejlesztéseket. Még nincs nagy PDS-ünk, de vannak fejlett technológiák nagy mélységig (kb. 10 km) fúráshoz, amelyeknek szintén nincs analógja a világon. További fejlesztésük lehetővé teszi a petroltermikus rendszerek létrehozásának költségeinek drasztikus csökkentését. E technológiák és projektek fejlesztői N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Orosz Tudományos Akadémia Földtani Intézete), A. S. Nekrasov (Orosz Tudományos Akadémia Gazdasági Előrejelzési Intézete) és a Kaluga Turbinagyár szakemberei. Jelenleg a petroltermikus keringtető rendszer projektje Oroszországban a kísérleti szakaszban van.
Oroszországban vannak kilátások a geotermikus energiára, bár ezek viszonylag távoliak: jelenleg elég nagy a potenciál, és erős a hagyományos energia pozíciója. Ugyanakkor az ország számos távoli régiójában a geotermikus energia felhasználása gazdaságilag kifizetődő és jelenleg is keresett. Ezek nagy geoenergetikai potenciállal rendelkező területek (Csukotka, Kamcsatka, Kurilek - a csendes-óceáni "Föld tűzövezetének" oroszországi része, Dél-Szibéria és a Kaukázus hegyei), ugyanakkor távol esnek a központosított energiától. kínálat.
Valószínű, hogy a következő évtizedekben hazánkban a geotermikus energia pontosan ilyen régiókban fog fejlődni.
A tőkeüvegházak építésének egyik legjobb, racionális módszere a föld alatti termosz üvegház.
Ennek a ténynek a földhőmérséklet mélységi állandóságának felhasználása az üvegház építésénél óriási megtakarítást eredményez a fűtési költségekben a hideg évszakban, megkönnyíti a gondozást, stabilabbá teszi a mikroklímát.
Egy ilyen üvegház a legsúlyosabb fagyokban működik, lehetővé teszi zöldségek termelését, virágok termesztését egész évben.
A megfelelően felszerelt betemetett üvegház lehetővé teszi többek között a melegkedvelő délvidéki növények termesztését. Gyakorlatilag nincsenek korlátozások. A citrusfélék és még az ananász is remekül érezheti magát üvegházban.
De annak érdekében, hogy minden megfelelően működjön a gyakorlatban, feltétlenül követni kell azokat a jól bevált technológiákat, amelyekkel a föld alatti üvegházakat építették. Végül is ez az ötlet nem új, még az oroszországi cár idején is az eltemetett üvegházakban termett ananász, amelyet a vállalkozó szellemű kereskedők Európába exportáltak eladásra.
Valamilyen oknál fogva az ilyen üvegházak építése nem talált széles körben elterjedt hazánkban, általában egyszerűen feledésbe merült, pedig a kialakítás ideális a mi éghajlatunkhoz.
Valószínűleg itt szerepet játszott a mély gödör ásása és az alapozás öntése. Az eltemetett üvegház építése meglehetősen drága, messze nem egy polietilénnel borított üvegház, de az üvegház megtérülése sokkal nagyobb.
A talajba mélyedéstől a teljes belső megvilágítás nem vész el, ez furcsának tűnhet, de egyes esetekben a fénytelítettség még magasabb, mint a klasszikus üvegházaké.
A szerkezet szilárdságáról és megbízhatóságáról nem is beszélhetünk, összehasonlíthatatlanul erősebb a szokásosnál, könnyebben tolerálja a hurrikános széllökéseket, jól ellenáll a jégesőnek, és a hódugulások sem jelentenek akadályt.
1. Gödör
Az üvegház létrehozása egy alapozó gödör ásásával kezdődik. Ahhoz, hogy a föld hőjét felhasználhassuk a belső térfogat fűtésére, az üvegházat kellőképpen mélyíteni kell. Minél mélyebbre melegszik a föld.
A hőmérséklet szinte nem változik az év során a felszíntől 2-2,5 méter távolságra. 1 m mélységben a talajhőmérséklet jobban ingadozik, de télen értéke pozitív marad, általában a középső zónában évszaktól függően 4-10 C a hőmérséklet.
Egy eltemetett üvegház egy szezonban épül fel. Vagyis télen már tud működni és bevételt termelni. Az építkezés nem olcsó, de találékonysággal, kompromisszumos anyagok használatával szó szerint meg lehet spórolni egész rend, az üvegház egyfajta gazdaságos változatát készítve az alapozógödörtől kezdve.
Például építőipari berendezések bevonása nélkül. Bár a munka legidőigényesebb részét - a gödör ásását - természetesen jobb kotrógépre adni. Ekkora földterület manuális eltávolítása nehéz és időigényes.
Az ásatási gödör mélysége legalább két méter legyen. Ilyen mélységben a föld elkezdi megosztani hőjét, és egyfajta termoszként működik. Ha a mélység kisebb, akkor az ötlet elvileg működik, de észrevehetően kevésbé hatékonyan. Ezért azt javasoljuk, hogy erőfeszítést és pénzt ne kíméljen a jövő üvegházának elmélyítésére.
A föld alatti üvegházak bármilyen hosszúságúak lehetnek, de jobb, ha a szélesség 5 méteren belül marad, ha nagyobb a szélesség, akkor a fűtés és a fényvisszaverés minőségi jellemzői romlanak.
A horizont oldalain a föld alatti üvegházakat, mint a közönséges üvegházakat és üvegházakat, keletről nyugatra kell irányítani, vagyis úgy, hogy az egyik oldal délre nézzen. Ebben a helyzetben a növények maximális mennyiségű napenergiát kapnak.
2. Falak és tető
A gödör kerülete mentén alapot öntenek vagy blokkokat helyeznek el. Az alap szolgál a szerkezet falainak és keretének alapjául. A falak a legjobban jó hőszigetelő tulajdonságú anyagokból készülnek, a termoblokkok kiváló választás.
A tetőkeret gyakran fából, antiszeptikus szerekkel impregnált rudakból készül. A tetőszerkezet általában egyenes oromzatú. A szerkezet közepén egy gerincgerenda van rögzítve, ehhez központi támasztékokat kell felszerelni a padlóra az üvegház teljes hosszában.
A gerincgerendát és a falakat szarufasor köti össze. A keret magas támasztékok nélkül is elkészíthető. Kicserélik őket kicsikre, amelyeket az üvegház ellentétes oldalait összekötő keresztirányú gerendákra helyeznek - ez a kialakítás szabadabbá teszi a belső teret.
Tetőfedésként jobb cellás polikarbonátot venni - egy népszerű modern anyagot. A szarufák közötti távolság az építés során a polikarbonát lemezek szélességéhez igazodik. Kényelmes az anyaggal dolgozni. A bevonatot kis számú illesztéssel készítik, mivel a lemezeket 12 m hosszúságban gyártják.
Önmetsző csavarokkal vannak a kerethez rögzítve, jobb, ha alátét formájú kupakkal választjuk őket. A lap megrepedésének elkerülése érdekében minden önmetsző csavar alá megfelelő átmérőjű lyukat kell fúróval fúrni. Csavarhúzóval vagy hagyományos fúróval Phillips fúróval az üvegezési munka nagyon gyorsan megy. A hézagok elkerülése érdekében a szarufákat célszerű előre lefektetni a tetején puha gumiból vagy más alkalmas anyagból készült tömítőanyaggal, és csak ezután csavarni a lapokat. A tető csúcsát a gerinc mentén puha szigeteléssel kell lefektetni, és valamilyen sarokkal kell préselni: műanyag, bádog vagy más alkalmas anyag.
A jó hőszigetelés érdekében a tető néha dupla polikarbonátréteggel készül. Bár az átlátszóság körülbelül 10%-kal csökken, de ezt a kiváló hőszigetelő teljesítmény fedi. Meg kell jegyezni, hogy egy ilyen tetőn a hó nem olvad el. Ezért a lejtésnek megfelelő szögben, legalább 30 fokosnak kell lennie, hogy a hó ne halmozódjon fel a tetőn. Ezenkívül elektromos vibrátor van felszerelve a rázáshoz, amely megmenti a tetőt, ha még mindig felhalmozódik a hó.
A kettős üvegezés kétféleképpen történik:
Két lap közé speciális profilt helyeznek be, a lapokat felülről rögzítik a kerethez;
Először az üvegezés alsó rétegét belülről, a szarufák alsó oldalára rögzítik a kerethez. A tetőt a szokásos módon felülről a második réteg borítja.
A munka befejezése után kívánatos az összes illesztést ragasztószalaggal ragasztani. A kész tető nagyon lenyűgözőnek tűnik: szükségtelen kötések nélkül, sima, kiemelkedő részek nélkül.
3. Melegítés és fűtés
A falszigetelés a következőképpen történik. Először gondosan be kell vonni a fal összes illesztését és varrását oldattal, itt is alkalmazható szerelőhab. A falak belső oldalát hőszigetelő fólia borítja.
Az ország hideg részein érdemes fólia vastag fóliát használni, amely dupla réteggel borítja a falat.
Az üvegház talajának mélyén a hőmérséklet nulla feletti, de hidegebb, mint a növények növekedéséhez szükséges levegő hőmérséklete. A felső réteget felmelegíti a napsugárzás és az üvegház levegője, de a talaj mégis elvonja a hőt, ezért a föld alatti üvegházakban gyakran a „meleg padló” technológiáját alkalmazzák: a fűtőelem - az elektromos kábel - védett. fémrács vagy betonnal töltve.
A második esetben az ágyások talaját betonra öntik, vagy cserépben és virágcserépben zöldeket termesztenek.
A padlófűtés alkalmazása elegendő lehet az egész üvegház fűtésére, ha van elegendő teljesítmény. De hatékonyabb és kényelmesebb a növények számára a kombinált fűtés alkalmazása: padlófűtés + légfűtés. A jó növekedéshez 25-35 fokos levegőhőmérsékletre van szükségük, körülbelül 25 C-os földhőmérséklet mellett.
KÖVETKEZTETÉS
Természetesen egy eltemetett üvegház építése többe fog kerülni, és több erőfeszítést igényel, mint egy hasonló, hagyományos kialakítású üvegház építése. De az üvegházi termoszba fektetett pénzek idővel indokoltak.
Először is energiát takarít meg a fűtésnél. Nem számít, hogyan fűtenek egy közönséges földi üvegházat télen, ez mindig drágább és nehezebb lesz, mint egy hasonló fűtési módszer egy föld alatti üvegházban. Másodszor, megtakarítás a világításon. A falak fényvisszaverő fólia hőszigetelése megduplázza a megvilágítást. Télen a mélyreható üvegházban a mikroklíma kedvezőbb lesz a növények számára, ami minden bizonnyal befolyásolja a hozamot. A palánták könnyen gyökeret vernek, a gyengéd növények jól érzik magukat. Egy ilyen üvegház garantálja bármely növény stabil, magas hozamát egész évben.
hőmérséklet a föld belsejében. A Föld héjainak hőmérsékletének meghatározása különféle, gyakran közvetett adatokon alapul. A legmegbízhatóbb hőmérsékleti adatok a földkéreg legfelső részére vonatkoznak, amelyet az aknák és fúrások legfeljebb 12 km-es mélységig tárnak fel (Kola-kút).
A hőmérséklet növekedését Celsius fokban egységnyi mélységben ún geotermikus gradiens,és a mélység méterben, amely alatt a hőmérséklet 1 0 C-kal emelkedik - geotermikus lépés. A geotermikus gradiens és ennek megfelelően a geotermikus lépcsőfoka a geológiai viszonyoktól, a különböző területeken végbemenő endogén aktivitástól, valamint a kőzetek heterogén hővezető képességétől függően helyenként változik. Ugyanakkor B. Gutenberg szerint a fluktuációk határai több mint 25-ször különböznek egymástól. Példa erre két élesen eltérő gradiens: 1) 150 o 1 km-enként Oregonban (USA), 2) 6 o 1 km-enként Dél-Afrikában. Ezen geotermikus gradiensek szerint a geotermikus lépcső is az első esetben 6,67 m-ről a második esetben 167 m-re változik. A gradiens leggyakoribb ingadozása 20-50 o , a geotermikus lépés 15-45 m. Az átlagos geotermikus gradienst régóta 30 o C-on vették 1 km-enként.
VN Zharkov szerint a Föld felszínéhez közeli geotermikus gradienst 20 o C-ra becsülik 1 km-enként. A geotermikus gradiens e két értéke és invarianciája a Föld mélyén, akkor 100 km mélységben 3000 vagy 2000 o C hőmérsékletnek kellett volna lennie. Ez azonban ellentmond a tényleges adatoknak. Ebben a mélységben keletkeznek időszakosan magmakamrák, amelyekből láva folyik a felszínre, maximális hőmérséklete 1200-1250 o. Figyelembe véve ezt a fajta "hőmérőt", számos szerző (V. A. Lyubimov, V. A. Magnitsky) úgy véli, hogy 100 km mélységben a hőmérséklet nem haladhatja meg az 1300-1500 o C-ot.
Magasabb hőmérsékleten a köpenykőzetek teljesen megolvadnának, ami ellentmond a keresztirányú szeizmikus hullámok szabad áthaladásának. Így az átlagos geotermikus gradiens a felszíntől csak viszonylag kis mélységig (20-30 km) követhető, majd csökkennie kell. De még ebben az esetben, ugyanazon a helyen, a hőmérséklet változása a mélységgel nem egyenletes. Ez látható a platform stabil kristályos pajzsán belül elhelyezkedő Kola-kút mentén a hőmérséklet változásának példáján. Ennek a kútnak a fektetésekor 1 km-enként 10 o-os geotermikus gradiensre számítottak, így a tervezési mélységben (15 km) 150 o C-os nagyságrendű hőmérsékletre számítottak, ilyen gradiens azonban csak egy kb. 3 km mélységben, majd 1,5-2,0-szeresére nőtt. 7 km-es mélységben 120 o C, 10 km-en -180 o C, 12 km-en -220 o C volt a hőmérséklet. Feltételezzük, hogy a tervezési mélységben a hőmérséklet közel 280 o C lesz. Kaszpi térség, az aktívabb endogén rendszer területén. Ebben 500 m mélységben a hőmérséklet 42,2 o C, 1500 m - 69,9 o C, 2000 m - 80,4 o C, 3000 m - 108,3 o C hőmérsékletnek bizonyult.
Milyen a hőmérséklet a Föld köpenyének és magjának mélyebb zónáiban? A felső köpenyben lévő B réteg aljzatának hőmérsékletéről többé-kevésbé megbízható adatok születtek (lásd 1.6. ábra). V. N. Zharkov szerint "a Mg 2 SiO 4 - Fe 2 Si0 4 fázisdiagramjának részletes tanulmányozása lehetővé tette a referencia hőmérséklet meghatározását a fázisátalakulások első zónájának (400 km) megfelelő mélységben" (azaz a olivin átmenete spinellbe). A hőmérséklet itt a vizsgálatok eredményeként körülbelül 1600 50 o C.
A B réteg alatti köpenyben és a Föld magjában a hőmérsékletek eloszlásának kérdése még nem megoldott, ezért különféle nézetek fogalmazódnak meg. Csak feltételezhető, hogy a hőmérséklet a mélységgel növekszik a geotermikus gradiens jelentős csökkenésével és a geotermikus lépés növekedésével. Feltételezik, hogy a Föld magjában a hőmérséklet 4000-5000 o C tartományba esik.
Átlagos kémiai összetétel Föld. A Föld kémiai összetételének megítéléséhez meteoritokra vonatkozó adatokat használnak, amelyek a legvalószínűbb minták a protoplanetáris anyagokból, amelyekből a földi bolygók és aszteroidák keletkeztek. A mai napig sokan estek a Földre különböző időpontokbanés a meteoritok különböző helyein. Az összetétel szerint a meteoritoknak három típusát különböztetjük meg: 1) Vas, főleg nikkelvasból (90-91% Fe) áll, kis mennyiségű foszfor és kobalt keverékével; 2) vas-kő(sziderolitok), amelyek vasból és szilikát ásványokból állnak; 3) kő, vagy aerolitok, főleg vastartalmú-magnézium-szilikátokból és nikkelvas zárványokból áll.
A leggyakoribbak a kőmeteoritok – az összes lelet mintegy 92,7%-a, a köves vas 1,3%, a vas pedig 5,6%. A kőmeteoritokat két csoportra osztják: a) kis lekerekített szemcsékkel rendelkező kondritok - chondrulák (90%); b) achondriták, amelyek nem tartalmaznak kondrulát. A köves meteoritok összetétele közel áll az ultramafikus magmás kőzetekhez. M. Bott szerint körülbelül 12% vas-nikkel fázist tartalmaznak.
A különböző meteoritok összetételének elemzése, valamint a kapott kísérleti geokémiai és geofizikai adatok alapján számos kutató ad korszerű becslést a Föld bruttó elemi összetételére vonatkozóan, amelyet a táblázatban mutatunk be. 1.3.
A táblázat adataiból látható, hogy a megnövekedett megoszlás a négy legfontosabb elemre vonatkozik - O, Fe, Si, Mg, amelyek több mint 91%-ot tesznek ki. A kevésbé elterjedt elemek csoportjába tartozik a Ni, S, Ca, A1. Egyéb elemek periodikus rendszer Mengyelejev globális szinten az általános eloszlás szempontjából másodlagos jelentőségű. Ha összevetjük a megadott adatokat a földkéreg összetételével, akkor jól látható egy szignifikáns különbség, amely az O, Al, Si meredek csökkenésében és a Fe, Mg jelentős növekedésében, valamint a S és Ni észrevehető mennyiségben történő megjelenésében áll. .
A Föld alakját geoidnak nevezzük. A Föld mélyszerkezetét hosszanti és keresztirányú szeizmikus hullámok alapján ítélik meg, amelyek a Föld belsejében terjedve fénytörést, visszaverődést és csillapodást tapasztalnak, ami a Föld rétegződését jelzi. Három fő terület van:
Földkéreg;
köpeny: felső 900 km mélységig, alsó 2900 km mélységig;
a Föld magja 5120 km mélységig külső, 6371 km mélységig belső.
A Föld belső hője radioaktív elemek – urán, tórium, kálium, rubídium stb. – bomlásával jár. A hőáram átlagos értéke 1,4-1,5 μkal/cm 2. s.
1. Milyen alakú és méretű a Föld?
2. Milyen módszerekkel vizsgálható a Föld belső szerkezete?
3. Milyen a Föld belső szerkezete?
4. Milyen elsőrendű szeizmikus szakaszok különböztethetők meg egyértelműen a Föld szerkezetének elemzésekor?
5. Melyek a Mohorovic és Gutenberg szakaszok határai?
6. Mekkora a Föld átlagos sűrűsége, és hogyan változik a köpeny és a mag határán?
7. Hogyan változik a hőáramlás a különböző zónákban? Hogyan érthető a geotermikus gradiens és a geotermikus lépés változása?
8. Milyen adatok alapján határozzuk meg a Föld átlagos kémiai összetételét?
Irodalom
Voytkevich G.V. A Föld eredetelméletének alapjai. M., 1988.
Zharkov V.N. Belső szerkezet Föld és bolygók. M., 1978.
Magnitsky V.A. A Föld belső szerkezete és fizikája. M., 1965.
Esszékösszehasonlító planetológia. M., 1981.
Ringwood A.E. A Föld összetétele és eredete. M., 1981.
Leírás:
Ellentétben a nagy potenciál "közvetlen" használatával geotermikus hő(hidrotermikus erőforrások) a Föld felszíni rétegeinek talajának alacsony minőségű hőenergia-forrásként való felhasználása a geotermikus hőszivattyús hőellátó rendszerekben (GTSS) szinte mindenhol lehetséges. Jelenleg ez a világ egyik legdinamikusabban fejlődő területe a nem hagyományos megújuló energiaforrások felhasználásának.
G. P. Vasziljev, a JSC "INSOLAR-INVEST" tudományos igazgatója
A nagy potenciálú geotermikus hő (hidrotermikus erőforrások) „közvetlen” felhasználásával szemben a Föld felszíni rétegeinek talajának alacsony minőségű hőenergia-forrásként való felhasználása a geotermikus hőszivattyús hőellátó rendszerekben (GHPS) szinte mindenhol lehetséges. Jelenleg ez a világ egyik legdinamikusabban fejlődő területe a nem hagyományos megújuló energiaforrások felhasználásának.
A Föld felszíni rétegeinek talaja valójában korlátlan teljesítményű hőtároló. A talaj termikus rezsimje két fő tényező hatására alakul ki - a felszínre eső napsugárzás és a radiogén hőáramlás a föld belsejéből. A napsugárzás intenzitásának és a kültéri hőmérséklet évszakos és napi változásai a talaj felső rétegeinek hőmérsékletének ingadozását okozzák. A külső levegő hőmérsékletének napi ingadozásának behatolási mélysége és a beeső napsugárzás intenzitása az adott talajtól függően éghajlati viszonyok néhány tíz centimétertől másfél méterig terjed. A külső levegő hőmérsékletének szezonális ingadozásainak behatolási mélysége és a beeső napsugárzás intenzitása általában nem haladja meg a 15-20 m-t.
Az e mélység alatt („semleges zóna”) elhelyezkedő talajrétegek termikus rezsimje a Föld beléből érkező hőenergia hatására alakul ki, és gyakorlatilag nem függ a kültéri klímaparaméterek szezonális, még inkább napi változásaitól ( 1. ábra). A mélység növekedésével a talajhőmérséklet is emelkedik a geotermikus gradiensnek megfelelően (100 m-enként kb. 3 °C). A Föld belsejéből származó radiogén hőáram nagysága a különböző helyeken eltérő. Általában ez az érték 0,05–0,12 W / m 2.
1. kép |
A gázturbinás erőmű üzemelése során az évszakos változások miatt a gyenge minőségű talajhő gyűjtésére szolgáló rendszer (hőgyűjtő rendszer) talajhőcserélő csöveinek hőhatási zónájában elhelyezkedő talajtömeg. a külső klíma paramétereiben, valamint a hőgyűjtő rendszer működési terhelése alatt rendszerint ismételt fagyasztásnak és leolvasztásnak van kitéve. Ebben az esetben természetesen megváltozik a talaj pórusaiban és általában a folyékony, valamint a szilárd és gázfázisban lévő nedvesség aggregációs állapota egyidejűleg. Ugyanakkor a kapilláris-porózus rendszerekben, amelyek a hőgyűjtő rendszer talajtömege, a nedvesség jelenléte a pórustérben érezhetően befolyásolja a hőelosztás folyamatát. Ennek a hatásnak a helyes elszámolása ma jelentős nehézségekkel jár, amelyek elsősorban a szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú nedvességfázisok szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú fázisainak eloszlásának természetére vonatkozó világos elképzelések hiányával járnak a rendszer egy adott szerkezetében. Ha a talajtömeg vastagságában hőmérsékleti gradiens van, a vízgőz molekulák alacsonyabb hőmérsékleti potenciállal rendelkező helyekre költöznek, ugyanakkor a gravitációs erők hatására a folyadékfázisban ellentétes irányú nedvességáramlás lép fel. . Ezenkívül a talaj felső rétegeinek hőmérsékleti rendszerét befolyásolja a légköri csapadék nedvessége, valamint a talajvíz.
A talajhőgyűjtő rendszerek, mint tervezési objektumok termikus rezsimjének jellemző sajátosságai közé tartozik az ilyen folyamatokat leíró matematikai modellek úgynevezett „informatív bizonytalansága”, más szóval a megbízható információ hiánya a hőre gyakorolt hatásokról. környezeti rendszer (a hőgyűjtő rendszer talajhőcserélőjének hőhatási zónáján kívül eső légkör és talajtömeg) és közelítésük rendkívül összetettsége. Valóban, ha a kültéri klímarendszerre gyakorolt hatások közelítése, bár bonyolult, de bizonyos „számítógépes idő” és a meglévő modellek felhasználásának költségén (például „tipikus éghajlati év”) mégis megvalósítható, akkor a probléma a légköri rendszerre gyakorolt hatás figyelembevétele a modell hatásokban (harmat, köd, eső, hó stb.), valamint az alatta lévő és a környező hőgyűjtő rendszer talajtömegére gyakorolt hőhatás közelítése. talajrétegek, ma gyakorlatilag feloldhatatlan, és külön tanulmányok tárgya lehetne. Így például kevés az ismerete a talajvíz-szűrési áramlások kialakulásának folyamatairól, sebességükről, valamint arról, hogy nem lehet megbízható információkat szerezni a talajhő termikus hatásának zónája alatt található talajrétegek hő- és nedvességtartalmáról. hőcserélő, nagymértékben megnehezíti az alacsony potenciálú hőgyűjtő rendszer termikus rezsimjének megfelelő matematikai modelljének megalkotását.
A gázturbinás erőmű tervezése során felmerülő, leírt nehézségek leküzdésére kidolgozott és a gyakorlatban tesztelt módszer a talajhőgyűjtő rendszerek termikus rezsimjének matematikai modellezésére, valamint a nedvesség fázisátalakulásának figyelembevételére a pórustérben. gázturbinás erőművek tervezésekor a hőgyűjtő rendszerek talajmasszívuma ajánlható.
A módszer lényege, hogy a matematikai modell megalkotása során figyelembe kell venni a különbséget két probléma között: az „alap” probléma között, amely a talaj természetes állapotában (a talaj hőcserélőjének hatása nélkül) leírja a termikus állapotot. gyűjtőrendszer), illetve a talajtömeg hőkezelését leíró megoldandó probléma hőelnyelőkkel (forrásokkal). Ennek eredményeként a módszer lehetővé teszi valamilyen új funkció megoldását, amely a hőelnyelőknek a talaj természetes hőkezelésére gyakorolt hatásának függvénye, és megegyezik a talaj természetes tömegének hőmérséklet-különbségével. állapotot és a talajtömeget nyelőkkel (hőforrásokkal) - a hőgyűjtő rendszer talajhőcserélőjével. Ennek a módszernek az alkalmazása az alacsony potenciálú talajhő gyűjtésére szolgáló rendszerek termikus rezsimjének matematikai modelljeinek felépítésében lehetővé tette nemcsak a hőgyűjtő rendszerre gyakorolt külső hatások közelítésével kapcsolatos nehézségek megkerülését, hanem a felhasználást is modellezi a meteorológiai állomások által kísérletileg nyert információkat a talaj természetes hőháztartásáról. Ez lehetővé teszi a tényezők teljes komplexumának részleges figyelembevételét (mint például a talajvíz jelenléte, sebessége és hőviszonyok, a talajrétegek szerkezete és elhelyezkedése, a Föld "termikus" háttere, csapadék, a nedvesség fázisátalakulása a pórustérben és még sok más), amelyek a legjelentősebben befolyásolják a hőgyűjtő rendszer termikus rezsimjének kialakulását, és amelyeket gyakorlatilag lehetetlen figyelembe venni a probléma szigorú megfogalmazása során.
A talajtömeg pórusterében a nedvesség fázisátalakulásának figyelembevételének módszere egy gázturbinás erőmű tervezésekor a talaj „egyenértékű” hővezető képességének új koncepcióján alapul, amelyet a termikus probléma helyettesítésével határoznak meg. talajhőcserélő csövei köré fagyott talajhenger rezsimje „egyenértékű” kvázi-stacionárius problémával, szoros hőmérsékleti mezővel és azonos peremfeltételekkel, de eltérő „egyenértékű” hővezető képességgel.
Az épületek geotermikus hőellátó rendszereinek tervezése során a legfontosabb megoldandó feladat az építési terület klímája energetikai képességeinek részletes felmérése, és ennek alapján következtetés levonása az épületek geotermikus hőellátó rendszereinek tervezése során. vagy a GTTS más áramköri kialakítása. A jelenlegi szabályozási dokumentumokban megadott éghajlati paraméterek számított értékei nem adnak meg teljes jellemzői a kültéri klímát, annak hónaponkénti változékonyságát, valamint az év bizonyos időszakaiban - fűtési szezonban, túlmelegedés időszakában stb. -potenciális természetes hőforrások, ezek (források) hőmérsékleti szintjének értékelése az éves ciklusban, teljesebb éghajlati adatok bevonása szükséges, például a Szovjetunió Éghajlati Kézikönyvében (L.: Gidrometioizdat. 1-34. szám).
Az ilyen klímainformációk közül esetünkben mindenekelőtt ki kell emelnünk:
– adatok a havi átlagos talajhőmérsékletről különböző mélységekben;
– a napsugárzás eltérő orientációjú felületekre érkezésére vonatkozó adatok.
táblázatban. Az 1–5. táblázatok különböző mélységekben egyes orosz városok átlagos havi talajhőmérsékletére vonatkozó adatokat mutatják be. táblázatban. Az 1. táblázat az Orosz Föderáció 23 városának átlagos havi talajhőmérsékletét mutatja 1,6 m mélységben, ami a talaj hőmérsékleti potenciálja és a fektetési munkák gyártásának gépesítési lehetőségei szempontjából a legracionálisabbnak tűnik. vízszintes talajhőcserélők.
| Asztal 1 Átlagos talajhőmérséklet hónaponként 1,6 m mélységben egyes orosz városokban |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| 2. táblázat Talajhőmérséklet Sztavropolban (talaj - csernozjom) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| 3. táblázat Talajhőmérséklet Jakutszkban (iszapos-homokos talaj humuszos keverékkel, alul - homok) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| 4. táblázat Talajhőmérséklet Pszkovban (fenék, agyagos talaj, altalaj - agyag) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| 5. táblázat Talajhőmérséklet Vlagyivosztokban (barna, köves talaj, ömlesztett) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
A talajhőmérséklet természetes lefolyásáról 3,2 m mélységig (vagyis a vízszintes talajhőcserélős gázturbinás erőműnél a „munka” talajrétegben) közölt táblázatokban közölt információk egyértelműen szemléltetik a felhasználás lehetőségeit. a talaj, mint alacsony potenciálú hőforrás. Nyilvánvaló, hogy Oroszország területén az azonos mélységben elhelyezkedő rétegek hőmérsékletének viszonylag kis időköze változik. Így például Sztavropol városában a minimális talajhőmérséklet a felszíntől 3,2 m mélységben 7,4 °C, Jakutszk városában pedig -4,4 °C; ennek megfelelően a talajhőmérséklet-változások tartománya adott mélységben 11,8 fok. Ez a tény lehetővé teszi, hogy számoljunk egy kellően egységes hőszivattyú berendezés létrehozásával, amely gyakorlatilag Oroszország egész területén működik.
Amint az a bemutatott táblázatokból látható, a talaj természetes hőmérsékleti rendszerének jellemző sajátossága a minimális talajhőmérséklet késése a minimális külső levegő hőmérsékletek érkezési idejéhez képest. A minimális külső levegő hőmérsékletét januárban mindenütt megfigyelik, Sztavropolban 1,6 m mélységben a talaj minimális hőmérsékletét márciusban, Jakutszkban márciusban, Szocsiban márciusban, Vlagyivosztokban áprilisban figyelik meg. Így nyilvánvaló, hogy a talajban a minimumhőmérséklet beálltára a hőszivattyús hőellátó rendszer terhelése (épületi hőveszteség) csökken. Ez a pont elég komoly lehetőségeket nyit meg a GTTS beépített kapacitásának csökkentésére (tőkeköltség-megtakarítás), és a tervezéskor figyelembe kell venni.
A geotermikus hőszivattyús hőellátó rendszerek oroszországi éghajlati viszonyok között történő felhasználásának hatékonyságának felmérésére az Orosz Föderáció területének zónázását végezték el az alacsony potenciálú geotermikus hő hőellátási célú felhasználásának hatékonysága szerint. A zónák felosztását a GTTS működési módjának az Orosz Föderáció területének különböző régióinak éghajlati viszonyaiban történő modellezésére vonatkozó numerikus kísérletek eredményei alapján végezték. A numerikus kísérleteket egy hipotetikus, 200 m 2 fűtött területű, geotermikus hőszivattyús hőellátó rendszerrel felszerelt, kétszintes házikó példáján végeztük. A vizsgált ház külső burkolati szerkezetei a következő csökkentett hőátadási ellenállásokkal rendelkeznek:
- külső falak - 3,2 m 2 h ° C / W;
- ablakok és ajtók - 0,6 m 2 h ° C / W;
- bevonatok és mennyezetek - 4,2 m 2 h ° C / W.
A numerikus kísérletek során a következőket vettük figyelembe:
– földhőgyűjtő rendszer alacsony sűrűségű geotermikus energiafogyasztással;
– 0,05 m átmérőjű és 400 m hosszú polietilén csövekből álló vízszintes hőgyűjtő rendszer;
– földhőgyűjtő rendszer nagy sűrűségű geotermikus energiafogyasztással;
– függőleges hőgyűjtő rendszer egy 0,16 m átmérőjű és 40 m hosszú termálkútból.
Az elvégzett vizsgálatok kimutatták, hogy a fűtési szezon végére a talajtömegből származó hőenergia-felhasználás a talajhőmérséklet csökkenését okozza a hőgyűjtő rendszer vezetékeinek regisztere közelében, ami a legtöbb talaj- és éghajlati viszonyok között. az Orosz Föderáció területén, nincs ideje kompenzálni az év nyári időszakában, és a következő fűtési szezon elejére a talaj csökkentett hőmérsékleti potenciállal jön ki. A következő fűtési szezon hőenergia-felhasználása a talaj hőmérsékletének további csökkenését okozza, és a harmadik fűtési szezon kezdetére hőmérsékleti potenciálja még jobban eltér a természetestől. És így tovább... A hőgyűjtő rendszer hosszú távú működésének a talaj természetes hőmérsékleti viszonyára gyakorolt hőhatásának burkolatai azonban kifejezetten exponenciális jellegűek, és az ötödik működési évre a talaj belép a talajba. a periodikushoz közeli új rezsim, azaz az ötödik üzemévtől kezdődően a hőgyűjtő rendszer talajtömegéből származó hőenergia hosszú távú felhasználása időszakos hőmérsékletváltozással jár együtt. Így az Orosz Föderáció területének zónázásánál figyelembe kellett venni a talajhőmérséklet hőmérséklet-csökkenését, amelyet a hőgyűjtő rendszer hosszú távú működése okozott, és az 5. évre várható talajhőmérsékleteket kellett használni. a GTTS működését, mint a talajtömeg hőmérsékletének tervezési paramétereit. Figyelembe véve ezt a körülményt, az Orosz Föderáció területének a GTES használatának hatékonysága szerint, mint a geotermikus hőszivattyús hőellátó rendszer hatékonyságának kritériuma szerint, az átlagos hőátalakulási együttható az 5. működési évre. Kr tr-t választottuk, amely a GTST által termelt hasznos hőenergia és a hajtásra fordított energia aránya, és az ideális termodinamikai Carnot-ciklusra a következőképpen definiáltuk:
K tr \u003d T o / (T o - T u), (1)
ahol T o a fűtési vagy hőellátó rendszerbe elvezetett hő hőmérsékleti potenciálja, K;
T és - a hőforrás hőmérsékleti potenciálja, K.
A hőszivattyús hőellátó rendszer átalakulási együtthatója K tr a fogyasztó hőellátó rendszerébe elvitt hasznos hőnek a GTST működésére fordított energiához viszonyított aránya, és számszerűen megegyezik a nyert hasznos hő mennyiségével. T o és T hőmérsékletek, valamint a GTST meghajtóra fordított energia egységenkénti értéke. A valós átalakulási arány az (1) képlettel leírt ideálistól a h együttható értékével tér el, amely figyelembe veszi a GTST termodinamikai tökéletességének mértékét és a ciklus végrehajtása során bekövetkező visszafordíthatatlan energiaveszteségeket.
A numerikus kísérleteket az INSOLAR-INVEST OJSC-nél készített program segítségével végeztük, amely biztosítja a hőgyűjtő rendszer optimális paramétereinek meghatározását az építési terület éghajlati viszonyaitól, az épület hővédő tulajdonságaitól, a hőszivattyús berendezések, keringtető szivattyúk, a fűtési rendszer fűtőberendezéseinek teljesítményjellemzői, valamint azok üzemmódjai. A program az alacsony potenciálú talajhő gyűjtésére szolgáló rendszerek termikus rezsimjére vonatkozó matematikai modellek felépítésének korábban ismertetett módszerén alapul, amely lehetővé tette a modellek informatív bizonytalanságával és a külső hatások közelítésével kapcsolatos nehézségek megkerülését, a talaj természetes termikus rezsimjére vonatkozó kísérleti úton nyert információk programban való felhasználása miatt, ami lehetővé teszi a tényezők teljes komplexumának részleges figyelembevételét (mint például a talajvíz jelenléte, sebességük és hőviszonyok, a talaj szerkezete és a talajrétegek elhelyezkedése, a Föld „termikus” háttere, csapadék, a nedvesség fázis átalakulása a pórustérben és még sok más), amelyek a legjelentősebben befolyásolják a rendszer hőgyűjtésének termikus rezsimjének kialakulását és a közös elszámolást. amiből a probléma szigorú megfogalmazásában ma gyakorlatilag lehetetlen. Az „alap” probléma megoldásaként a Szovjetunió Éghajlati Kézikönyvének (L.: Gidrometioizdat. 1–34. szám) adatait használták fel.
A program valójában lehetővé teszi a GTTS konfiguráció többparaméteres optimalizálásának problémáját egy adott épületre és építési területre. Ugyanakkor az optimalizálási probléma célfüggvénye a gázturbinás erőmű üzemeltetésének minimális éves energiaköltsége, az optimalizálási szempont pedig a talajhőcserélő vezetékeinek sugara, (hőcserélő) hossza. és a mélység.
A numerikus kísérletek eredményeit és Oroszország területének zónázását a kispotenciálú geotermikus hő épületek hőellátására való felhasználásának hatékonysága szempontjából az 1. ábra grafikusan mutatja be. 2–9.
ábrán. A 2. ábra a vízszintes hőgyűjtő rendszerrel rendelkező geotermikus hőszivattyús hőellátó rendszerek transzformációs együtthatójának értékeit és izolinjait mutatja, a 2. ábra pedig. 3 - GTST-hez függőleges hőgyűjtő rendszerekkel. Amint az az ábrákból is látható, a vízszintes hőgyűjtő rendszerek esetében 4,24, a függőleges rendszerek esetében 4,14, a minimális értékek pedig 2,87 és 2,73 északon várhatók. Uelen. Mert középső sáv Oroszországban a vízszintes hőgyűjtő rendszerek Кр tr értéke 3,4–3,6, a függőleges rendszerek esetében pedig 3,2–3,4. A viszonylag magas Кр tr értéke (3,2–3,5) figyelemre méltó a távol-keleti régiókban, a hagyományosan nehéz üzemanyag-ellátási feltételekkel rendelkező régiókban. Úgy tűnik, a Távol-Kelet a GTST kiemelt végrehajtási régiója.
ábrán. A 4. ábra mutatja a „vízszintes” GTST + PD (csúcsközelítés) fajlagos éves energiaköltségeinek értékeit és izolinjait, beleértve a fűtési, szellőztetési és melegvíz-ellátási energiaköltségeket, a fűtött 1 m 2 -re csökkentve. területen, és az ábrán. 5 - GTST-hez függőleges hőgyűjtő rendszerekkel. Amint az az ábrákon látható, a vízszintes gázturbinás erőművek meghajtásának éves fajlagos energiafogyasztása, az épület fűtött felületének 1 m 2 -re csökkentve, 28,8 kWh / (év m 2) között változik. Dél-Oroszországban 241 kWh / (év m 2) Moszkvában. Jakutszkban, függőleges gázturbinás erőműveknél pedig 28,7 kWh / / (év m 2) délen és 248 kWh / / ( év m 2) Jakutszkban. Ha a gázturbinás erőmű hajtásának éves fajlagos energiafogyasztásának egy adott területre vonatkozó ábrákon látható értékét megszorozzuk az erre a területre vonatkozó, 1-gyel csökkentett K p tr értékével, akkor megkapjuk a megtakarított energia mennyiségét. a gázturbinás erőmű által évi 1 m 2 fűtött területről. Például Moszkva esetében egy függőleges gázturbinás erőmű esetében ez az érték évi 189,2 kWh/1 m 2 lesz. Összehasonlításképpen megemlíthetjük a moszkvai MGSN 2.01–99 energiatakarékossági szabványok fajlagos energiafogyasztásának értékeit alacsony épületeknél 130 szinten, és többszintes épületeknél 95 kWh / (év m 2) . Ugyanakkor az MGSN 2.01–99 szabvány szerint normalizált energiaköltségek csak a fűtés és a szellőztetés energiaköltségeit tartalmazzák, esetünkben az energiaköltségek a melegvíz-szolgáltatás energiaköltségeit is tartalmazzák. Az a tény, hogy az épület üzemeltetéséhez szükséges energiaköltségek felmérésének a jelenlegi szabványok szerinti megközelítése külön tételként különíti el az épület fűtésének és szellőzésének energiaköltségét, valamint a melegvíz-ellátás energiaköltségét. Ugyanakkor a melegvíz-ellátás energiaköltségei nincsenek szabványosítva. Ez a megközelítés nem tűnik helyesnek, mivel a melegvíz-ellátás energiaköltségei gyakran arányosak a fűtés és a szellőztetés energiaköltségeivel.
ábrán. A 6. ábra a csúcs közelítő hőteljesítményének (PD) és a vízszintes GTST beépített elektromos teljesítményének racionális arányának értékeit és izolinjait mutatja egy egység töredékében, és az 1. ábra. 7 - GTST-hez függőleges hőgyűjtő rendszerekkel. A csúcsközelítő hőteljesítménye és a GTST beépített elektromos teljesítménye (PD nélkül) racionális arányának kritériuma a GTST + PD meghajtásának minimális éves villamosenergia-költsége volt. Amint az az ábrákon látható, a termikus PD és az elektromos GTPP (PD nélkül) kapacitásának racionális aránya 0-tól Dél-Oroszországban, 2,88-ig a vízszintes GTPP és 2,92-ig a függőleges rendszerek esetében Jakutszkban. Az Orosz Föderáció területének központi sávjában az ajtócsukó hőteljesítményének és a GTST + PD beépített elektromos teljesítményének ésszerű aránya 1,1–1,3 között van mind a vízszintes, mind a függőleges GTST esetében. Ezen a ponton részletesebben kell foglalkozni. A helyzet az, hogy például az elektromos fűtés cseréjekor Közép-Oroszországban ténylegesen lehetőségünk van a fűtött épületbe telepített elektromos berendezések teljesítményének 35-40%-os csökkentésére, és ennek megfelelően a RAO UES-től igényelt elektromos teljesítmény csökkentésére. , amely ma "költségei" körülbelül 50 ezer rubel. a házba telepített 1 kW elektromos teljesítményre vetítve. Tehát például egy 15 kW-os leghidegebb ötnapos időszakban számított hőveszteséggel rendelkező nyaraló esetében 6 kW beépített elektromos teljesítményt takarítunk meg, és ennek megfelelően körülbelül 300 ezer rubelt. vagy ≈ 11,5 ezer USD. Ez a szám gyakorlatilag megegyezik egy ilyen hőkapacitás GTST költségével.
Így, ha helyesen figyelembe vesszük az épület központi áramellátáshoz való csatlakoztatásával kapcsolatos összes költséget, kiderül, hogy az Orosz Föderáció területének központi sávjában a villamos energia és a központi áramellátó hálózatokhoz való csatlakozás jelenlegi tarifái mellett. , még az egyszeri költségeket tekintve is a GTST jövedelmezőbbnek bizonyul, mint az elektromos fűtés, nem beszélve a 60%-os energiamegtakarításról.
ábrán. A 8. ábra a vízszintes GTST + PD rendszer teljes éves energiafogyasztásában a csúcsközelítővel (PD) termelt hőenergia részarányának értékeit és izolinjait mutatja százalékban, az 1. ábra pedig. 9 - GTST-hez függőleges hőgyűjtő rendszerekkel. Amint az az ábrákból is látható, a vízszintes GTST + PD rendszer teljes éves energiafogyasztásában az év során a csúcsközeli (PD) által termelt hőenergia részaránya a dél-oroszországi 0%-tól 38-40%-ig változik. % Jakutszkban és Turában, a függőleges GTST+PD esetében pedig 0%-ról délen és 48,5%-ra Jakutszkban. Oroszország középső zónájában ezek az értékek körülbelül 5-7% mind a függőleges, mind a vízszintes GTS esetében. Ezek kis energiaköltségek, és ebben a tekintetben óvatosnak kell lennie a közelebbi csúcs kiválasztásánál. Mind az 1 kW teljesítménybe történő fajlagos tőkebefektetés, mind az automatizálás szempontjából a legracionálisabbak a csúcsvillamos meghajtók. Figyelemre méltó a pellet kazánok használata.
Befejezésül egy nagyon fontos kérdésnél szeretnék elidőzni: az épületek hővédelmének racionális szintjének megválasztásának problémájával. Ez a probléma ma már nagyon komoly feladat, melynek megoldása komoly számszerű elemzést igényel, figyelembe véve klímánk sajátosságait, valamint az alkalmazott mérnöki berendezések sajátosságait, a központosított hálózatok infrastruktúráját, valamint a környezeti helyzetet. városok, ami szó szerint romlik a szemünk előtt, és még sok más. Nyilvánvaló, hogy ma már helytelen olyan követelményeket megfogalmazni az épülethéjjal szemben, amely nem veszi figyelembe annak (az épület) kapcsolatát a klímával és az energiaellátó rendszerrel, közművekkel stb. Ennek eredményeként a nagyon közeljövőben a racionális hővédelmi szint megválasztásának problémájának megoldása csak a komplex épület + energiaellátó rendszer + klíma + környezet egységes ökoenergia-rendszerként való figyelembevétele alapján lesz lehetséges, és ezzel a megközelítéssel versenyelőnyök A GTST-t a hazai piacon nehéz túlbecsülni.
1. Sanner B. Talajhőforrások hőszivattyúkhoz (osztályozás, jellemzők, előnyök). Tanfolyam a geotermikus hőszivattyúkról, 2002.
2. Vasiliev G. P. Az épületek hővédelmének gazdaságilag megvalósítható szintje // Energiatakarékosság. - 2002. - 5. sz.
3. Vasziljev G. P. Épületek és építmények hő- és hidegellátása a Föld felszíni rétegeinek alacsony potenciálú hőenergiájával: Monográfia. "Border" kiadó. – M. : Krasznaja Zvezda, 2006.
