§5. Энергия литосферы

Энергия литосферы или геотермальная энергия представляет собой естественное тепло нашей планеты. Она находит широкое применение для обогрева жилых помещений и теплиц, в лечебных целях. В промышленных масштабах геотермальная энергия впервые была использована в XVIII веке в Италии.

Насос Сепаратор пара Паровая турбина Турбогенератор

Вода 25⁰С

~

Вода 7⁰С

Нагреватель-

-испаритель

аммиака Конденсатор

аммиака

Вода 23⁰С

Вода 5 ⁰С с глубины

700…900 м

Рис. 66. Схема ОТЭС

Все источники геотермальной энергии подразделяются на гидротермальные и петротермальные. Гидротермальные источники в свою очередь делятся на водяные, паровые и пароводяные.

Водяные источники залегают на различной глубине, Одно из основных условий их существования – наличие водонепроницаемого слоя горных пород, который передает тепло от мантии к формациям, содержащим в большом количестве воду. Как правило, вода из таких источников выходит на поверхность в виде пароводяной смеси с температурой выше 100 ⁰С.

В пароводяных и паровых месторождениях водоносные слои располагаются между двумя водонепроницаемыми прослойками. Извлечение пара на поверхность земли возможно при помощи бурения.

В отличие от гидротермальной энергетики, связанной с получением из глубин Земли естественной горячей воды или пара, петротермальная энергетика использует тепло сухих нагретых горных пород. В этом случае процесс начинается с того, что бурят две скважины: первую - для нагнетания под землю холодной воды, а вторую – для получения из-под земли нагретой подземным теплом воды или пара.

Поскольку подземная вода сильно минерализована и содержит абразивные частицы горных пород, ГеоТЭС зачастую проектируются двухконтурными (рис. 67).

Контур 2 Паровая турбина

Парогенератор

~

Конден- Градир-

Контур 1 сатор ня

Напорная скважина Возвратная скважина

150…200 ⁰С 50…100 ⁰С

Рис. 67. Схема ГеоТЭС

Первый контур питается непосредственно из напорной скважины. Пароводяная смесь из нее поступает в теплообменник – генератор пара для второго контура. В качестве теплоносителя второго контура используется вода или другие жидкости, например, аммиак.

Горячий пар второго контура поступает в паровую турбину и далее в конденсатор, где окончательно охлаждается и конденсируется.

§6. Биологические источники энергии

Биомасса представляет собой весьма широкий класс энергоресурсов, включающий древесину, отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности, сельскохозяйственные и бытовые отходы.

Энергетическое использование биомассы возможно через сжигание, газификацию, биохимическую переработку. Однако следует учитывать, что некомпетентное использование древесной биомассы наносит большой ущерб окружающей среде: это и обезлесивание и опустынивание земли в Африке и сведение тропических лесов в Южной Америке.

С другой стороны, использование древесины с возобновляемых плантаций является примером получения энергии от органического топлива с нулевым суммарным выбросом углекислого газа.

Древесное топливо

В связи с подорожанием ископаемого топлива, в частности нефти, возрождается интерес к лесу как стабильному источнику топлива.

Лес произрастает очень медленно. Его восстановление длится 50 – 70 лет. В то же время «культурный» лес, за которым ухаживают, который подкармливают удобрениями, растет в 2 – 3 раза быстрее.

В настоящее время создаются специальные плантации быстрорастущих пород ивы, тополя, европейского каштана, эвкалипта – так называемые «агролеса». Экспериментальные плантации в США и Ирландии дают до 70 т сухой массы древесины с 1 га в год.

Использование древесного топлива наиболее целесообразно путем его газификации с последующим сжиганием генераторного газа в газовой турбине или в двигателе внутреннего сгорания.

Процессы газификации дерева и дальнейшего использования газа наиболее экологически чистые, т.к. дерево не содержит серы и тяжелых металлов, создающих угрозу отравления окружающей среды.

Биологические отходы

В сельском хозяйстве и городском быту образуется большое количество биологических отходов. В крупных городах они сжигаются на мусоросжигающих заводах, весьма дорогих и вредных для атмосферного воздуха комплексах.

Более рациональной является биологическая переработка отходов. Так, одна тонна сухого вещества биоотходов способна дать до 600 м³биогаза с теплотворной способностью 8570 ккал/м³, что более чем в 2 раза выше теплотворной способности природного газа.

В соответствии с известной технологией биоотходы (навоз, растительные и бытовые отходы) загружаются в герметичные реакторы, куда добавляются ферменты и биологические препараты, ускоряющие разложение биомассы.

Получающийся биогаз (преимущественно метан) после очистки направляется на бытовое потребление, на отопление или используется в двигателях внутреннего сгорания. Налажен серийный выпуск модульных биогазовых установок, перерабатывающих 30 м³биоотходов в сутки с получением 750 м³биогаза.

Продукт переработки биологических отходов – компост – является одним из самых ценных сельскохозяйственных удобрений.

Другие источники

Существуют проекты крупномасштабного производства водорода с помощью бактерий, пищей для которых служат некоторые виды водорослей, например, быстрорастущие синезеленые водоросли. Расчеты российских и японских ученых показывают, что всю энергетику города с миллионным населением может обеспечить один лишь водород, выделяемый бактериями, питающимися синезелеными водорослями на плантации площадью всего 17,5 км².

Другой проект предусматривает выращивание в океане быстрорастущих гигантских водорослей келп, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа.

Значительный интерес представляет такой вид биогаза, как сероводород, растворенный под давлением в морской воде. При подъеме насыщенной сероводородом морской воды на поверхность из нее можно извлечь газ и разложить его на водород – ценное топливо и серу – сырье для многих производств.

В заключение следует сказать, что биота является источником не только дешевой и чистой энергии, но и неисчерпаемым источником новых идей, которые реализуются в науке и технике. Так, при создании в США нового, абсолютно взрыво- и пожаробезопасного источника света была использована технология выработки света светлячками – хемолюминесценция, заключающаяся в том, что насекомые выделяют два вещества – люцифераз и люциферин, при реакции которых друг с другом и по очереди с кислородом высвобождается энергия в виде света.