Aqui é publicada a dinâmica das mudanças nas temperaturas do solo no inverno (2012-13) a uma profundidade de 130 centímetros sob a casa (sob a borda interna da fundação), bem como ao nível do solo e a temperatura da água proveniente do Nós vamos. Tudo isso - no riser vindo do poço.
O gráfico está na parte inferior do artigo.
Dacha (na fronteira de Nova Moscou e região de Kaluga) inverno, visitas periódicas (2-4 vezes por mês por alguns dias).
A área cega e o porão da casa não são isolados, desde o outono foram fechados com tampões de isolamento térmico (10 cm de espuma). A perda de calor da varanda por onde passa o riser em janeiro mudou. Consulte a Nota 10.
As medições a uma profundidade de 130 cm são feitas pelo sistema Xital GSM (), discreto - 0,5 * C, add. o erro é de cerca de 0,3 * C.
O sensor é instalado em um tubo de PEAD de 20mm soldado por baixo próximo ao riser, (no exterior do isolamento térmico do riser, mas dentro do tubo de 110mm).
A abscissa mostra as datas, a ordenada mostra as temperaturas.
Nota 1:
Também monitorarei a temperatura da água no poço, bem como no nível do solo sob a casa, bem no riser sem água, mas apenas na chegada. O erro é de cerca de + -0,6 * C.
Nota 2:
Temperatura ao nível do solo debaixo da casa, no elevador de abastecimento de água, na ausência de pessoas e água, já caiu para menos 5 * C. Isso sugere que eu não fiz o sistema em vão - A propósito, o termostato que mostrou -5 * C é apenas deste sistema (RT-12-16).
Nota 3:
A temperatura da água "no poço" é medida pelo mesmo sensor (também está na Nota 2) que "ao nível do solo" - fica bem no riser sob o isolamento térmico, próximo ao riser ao nível do solo. Essas duas medições são feitas em momentos diferentes. "Ao nível do solo" - antes de bombear água para o riser e "no poço" - depois de bombear cerca de 50 litros por meia hora com interrupções.
Nota 4:
A temperatura da água no poço pode ser um pouco subestimada, porque. Eu não posso olhar para esta porra de assíntota, infinitamente bombeando água (minha)... Eu jogo o melhor que posso.
Nota 5: Não relevante, removido.
Nota 6:
Erro de fixação temperatura externa aproximadamente + - (3-7) * C.
Nota 7:
A taxa de resfriamento da água no nível do solo (sem ligar a bomba) é de aproximadamente 1-2 * C por hora (isso é menos 5 * C no nível do solo).
Nota 8:
Esqueci de descrever como meu riser subterrâneo é organizado e isolado. Duas meias de isolamento são colocadas no PND-32 no total - 2 cm. espessura (aparentemente, espuma de polietileno), tudo isso é inserido em um cano de esgoto de 110 mm e espumado até uma profundidade de 130 cm. É verdade que, como o PND-32 não entrou no centro do 110º tubo, e também o fato de que no meio a massa de espuma comum pode não endurecer por muito tempo, o que significa que não se transforma em um aquecedor, eu duvido fortemente da qualidade de tal isolamento adicional .. Provavelmente seria melhor usar uma espuma de dois componentes, cuja existência só descobri mais tarde ...
Nota 9:
Quero chamar a atenção dos leitores para a medição de temperatura "Ao nível do solo" datada de 01/12/2013. e datado de 18 de janeiro de 2013. Aqui, na minha opinião, o valor de +0,3 * C é muito superior ao esperado. Acho que isso é consequência da operação "Enchendo o porão do riser com neve", realizada em 31/12/2012.
Nota 10:
De 12 de janeiro a 3 de fevereiro, ele fez o isolamento adicional da varanda, onde vai o riser subterrâneo.
Como resultado, de acordo com estimativas aproximadas, a perda de calor da varanda foi reduzida de 100 W / m². andar para cerca de 50 (isto é menos 20 * C na rua).
Isso também se reflete nos gráficos. Veja a temperatura ao nível do solo em 9 de fevereiro: +1,4*C e em 16 de fevereiro: +1,1 - não há temperaturas tão altas desde o início do inverno real.
E mais uma coisa: de 4 a 16 de fevereiro, pela primeira vez em dois invernos de domingo a sexta-feira, a caldeira não ligou para manter a temperatura mínima definida porque não atingiu esse mínimo ...
Nota 11:
Conforme prometido (por "encomenda" e para completar o ciclo anual), publicarei periodicamente as temperaturas no verão. Mas - não na programação, para não "obscurecer" o inverno, mas aqui, na Nota-11.
11 de maio de 2013
Após 3 semanas de ventilação, as aberturas foram fechadas até o outono para evitar condensação.
13 de maio de 2013(na rua por uma semana + 25-30 * C):
- sob a casa ao nível do solo + 10,5 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +6*С,

12 de junho de 2013:
- sob a casa ao nível do solo + 14,5 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +10*С.
- água no poço de uma profundidade de 25 m não superior a + 8 * C.
26 de junho de 2013:
- sob a casa ao nível do solo + 16 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +11*С.
- a água do poço a uma profundidade de 25m não é superior a +9,3*C.
19 de agosto de 2013:
- sob a casa ao nível do solo + 15,5 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +13,5*С.
- água no poço a uma profundidade de 25m não superior a +9,0*C.
28 de setembro de 2013:
- sob a casa ao nível do solo + 10,3 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +12*С.
- água no poço de uma profundidade de 25m = + 8,0 * C.
26 de outubro de 2013:
- sob a casa ao nível do solo + 8,5 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +9,5*С.
- água no poço a uma profundidade de 25 m não superior a + 7,5 * C.
16 de novembro de 2013:
- sob a casa ao nível do solo + 7,5 * C,
- sob a casa a uma profundidade de 130cm. +9,0*С.
- água no poço de uma profundidade de 25m + 7,5 * C.
20 de fevereiro de 2014:
Esta é provavelmente a última entrada neste artigo.
Durante todo o inverno vivemos na casa o tempo todo, o ponto de repetir as medições do ano passado é pequeno, então apenas dois números significativos:
- a temperatura mínima sob a casa ao nível do solo durante as geadas (-20 - -30 * C) uma semana após o início, caiu repetidamente abaixo de + 0,5 * C. Nesses momentos, trabalhei

No nosso país, rico em hidrocarbonetos, a energia geotérmica é uma espécie de recurso exótico que, na situação atual, dificilmente concorrerá com o petróleo e o gás. No entanto, esta forma alternativa de energia pode ser usada em quase todos os lugares e com bastante eficiência.

A energia geotérmica é o calor do interior da Terra. É produzido nas profundezas e chega à superfície da Terra em formas diferentes e com diferentes intensidades.

A temperatura das camadas superiores do solo depende principalmente de fatores externos (exógenos) - luz solar e temperatura do ar. No verão e durante o dia, o solo aquece até certas profundidades, e no inverno e à noite esfria acompanhando a mudança da temperatura do ar e com algum atraso, aumentando com a profundidade. A influência das flutuações diárias na temperatura do ar termina em profundidades de algumas a várias dezenas de centímetros. As flutuações sazonais capturam camadas mais profundas do solo - até dezenas de metros.

A uma certa profundidade - de dezenas a centenas de metros - a temperatura do solo é mantida constante, igual à temperatura média anual do ar próximo à superfície da Terra. Isso é fácil de verificar descendo em uma caverna bastante profunda.

Quando temperatura média anual ar na área está abaixo de zero, isso se manifesta como permafrost (mais precisamente, permafrost). Na Sibéria Oriental, a espessura, ou seja, a espessura, dos solos congelados durante todo o ano atinge 200-300 m em alguns lugares.

A partir de uma determinada profundidade (a própria para cada ponto do mapa), a ação do Sol e da atmosfera enfraquece tanto que os fatores endógenos (internos) vêm primeiro e o interior da Terra é aquecido por dentro, de modo que a temperatura começa a subir com profundidade.

O aquecimento das camadas profundas da Terra está associado principalmente ao decaimento dos elementos radioativos ali localizados, embora outras fontes de calor também sejam denominadas, por exemplo, processos físico-químicos, tectônicos nas camadas profundas da crosta e do manto terrestre. Mas seja qual for a causa, a temperatura das rochas e das substâncias líquidas e gasosas associadas aumenta com a profundidade. Os mineiros enfrentam esse fenômeno - está sempre quente em minas profundas. A uma profundidade de 1 km, o calor de trinta graus é normal e, mais profundamente, a temperatura é ainda mais alta.

O fluxo de calor do interior da Terra, atingindo a superfície da Terra, é pequeno - em média, sua potência é de 0,03 a 0,05 W/m 2, ou aproximadamente 350 W h/m 2 por ano. No contexto do fluxo de calor do Sol e do ar aquecido por ele, este é um valor imperceptível: o Sol dá a todos metro quadrado superfície da Terra cerca de 4.000 kWh por ano, ou seja, 10.000 vezes mais (claro, esta é uma média, com uma enorme dispersão entre as latitudes polares e equatoriais e dependendo de outros fatores climáticos e climáticos).

A insignificância do fluxo de calor das profundezas para a superfície na maior parte do planeta está associada à baixa condutividade térmica das rochas e às peculiaridades da estrutura geológica. Mas há exceções - lugares onde o fluxo de calor é alto. São, em primeiro lugar, zonas de falhas tectónicas, aumento da actividade sísmica e vulcanismo, onde a energia do interior da Terra encontra uma saída. Tais zonas são caracterizadas por anomalias térmicas da litosfera, aqui o fluxo de calor que atinge a superfície da Terra pode ser muitas vezes e até ordens de magnitude mais poderoso do que o "normal". Uma enorme quantidade de calor é trazida à superfície nessas zonas por erupções vulcânicas e fontes termais de água.

São essas áreas que são mais favoráveis ​​para o desenvolvimento da energia geotérmica. No território da Rússia, são, em primeiro lugar, Kamchatka, as Ilhas Curilas e o Cáucaso.

Ao mesmo tempo, o desenvolvimento da energia geotérmica é possível em quase todos os lugares, já que o aumento da temperatura com a profundidade é um fenômeno onipresente, e a tarefa é “extrair” calor das entranhas, assim como as matérias-primas minerais são extraídas de lá.

Em média, a temperatura aumenta com a profundidade de 2,5 a 3°C a cada 100 m. A razão entre a diferença de temperatura entre dois pontos situados em profundidades diferentes e a diferença de profundidade entre eles é chamada de gradiente geotérmico.

O recíproco é o passo geotérmico, ou o intervalo de profundidade no qual a temperatura aumenta em 1°C.

Quanto maior o gradiente e, consequentemente, menor o degrau, mais próximo o calor das profundezas da Terra se aproxima da superfície e mais promissora é essa área para o desenvolvimento de energia geotérmica.

Em diferentes áreas, dependendo da estrutura geológica e de outras condições regionais e locais, a taxa de aumento da temperatura com a profundidade pode variar drasticamente. Na escala da Terra, as flutuações nos valores dos gradientes e degraus geotérmicos chegam a 25 vezes. Por exemplo, no estado de Oregon (EUA) o gradiente é de 150°C por 1 km, e em África do Sul- 6°C por 1 km.

A questão é: qual é a temperatura em grandes profundidades - 5, 10 km ou mais? Se a tendência continuar, as temperaturas a uma profundidade de 10 km devem ficar em torno de 250–300°C. Isso é mais ou menos confirmado por observações diretas em poços ultraprofundos, embora o quadro seja muito mais complicado do que o aumento linear da temperatura.

Por exemplo, no poço superprofundo de Kola perfurado no Escudo Cristalino Báltico, a temperatura muda a uma taxa de 10°C/1 km até uma profundidade de 3 km e, em seguida, o gradiente geotérmico torna-se 2 a 2,5 vezes maior. A uma profundidade de 7 km, já foi registrada uma temperatura de 120°C, a 10 km - 180°C e a 12 km - 220°C.

Outro exemplo é um poço colocado no norte do Cáspio, onde a uma profundidade de 500 m foi registrada uma temperatura de 42°C, a 1,5 km - 70°C, a 2 km - 80°C, a 3 km - 108°C.

Supõe-se que o gradiente geotérmico diminui a partir de uma profundidade de 20 a 30 km: a uma profundidade de 100 km, as temperaturas estimadas são de cerca de 1300 a 1500°C, a uma profundidade de 400 km - 1600°C, na superfície da Terra. núcleo (profundidades de mais de 6000 km) - 4000–5000° C.

Em profundidades de até 10–12 km, a temperatura é medida através de poços perfurados; onde eles não existem, é determinado por sinais indiretos da mesma forma que em maiores profundidades. Tais sinais indiretos podem ser a natureza da passagem das ondas sísmicas ou a temperatura da lava em erupção.

No entanto, para fins de energia geotérmica, os dados sobre temperaturas em profundidades superiores a 10 km ainda não são de interesse prático.

Há muito calor em profundidades de vários quilômetros, mas como aumentá-lo? Às vezes, a própria natureza resolve esse problema para nós com a ajuda de um refrigerante natural - águas termais aquecidas que vêm à superfície ou ficam a uma profundidade acessível a nós. Em alguns casos, a água nas profundezas é aquecida ao estado de vapor.

Não existe uma definição estrita do conceito de "águas termais". Em regra, significam águas subterrâneas quentes em estado líquido ou na forma de vapor, incluindo aquelas que chegam à superfície da Terra com uma temperatura superior a 20 ° C, ou seja, em regra, superior à temperatura do ar.

O calor das águas subterrâneas, vapor, misturas de água e vapor é energia hidrotérmica. Assim, a energia baseada em seu uso é chamada de hidrotermal.

A situação é mais complicada com a extração de calor diretamente de rochas secas - energia petrotérmica, especialmente porque temperaturas suficientemente altas, como regra, começam em profundidades de vários quilômetros.

No território da Rússia, o potencial da energia petrotérmica é cem vezes maior que o da energia hidrotérmica - 3.500 e 35 trilhões de toneladas, respectivamente. combustível de referência. Isso é bastante natural - o calor das profundezas da Terra está em toda parte e as águas termais são encontradas localmente. No entanto, devido a óbvias dificuldades técnicas, a maior parte das águas termais são atualmente utilizadas para gerar calor e eletricidade.

Temperaturas da água de 20-30 a 100°C são adequadas para aquecimento, temperaturas de 150°C e acima - e para a geração de eletricidade em usinas geotérmicas.

Em geral, os recursos geotérmicos na Rússia, em termos de toneladas de combustível padrão ou qualquer outra unidade de medida de energia, são aproximadamente 10 vezes maiores que as reservas de combustíveis fósseis.

Teoricamente, apenas energia geotérmica poderia atender plenamente às necessidades energéticas do país. Praticamente ligado este momento na maior parte de seu território, isso não é viável por razões técnicas e econômicas.

No mundo, o uso da energia geotérmica é mais frequentemente associado à Islândia - um país localizado no extremo norte da Dorsal Meso-Atlântica, em uma zona tectônica e vulcânica extremamente ativa. Provavelmente todos se lembram da poderosa erupção do vulcão Eyyafyatlayokudl ( Eyjafjallajokull) no ano de 2010.

É graças a essa especificidade geológica que a Islândia possui enormes reservas de energia geotérmica, incluindo fontes termais que chegam à superfície da Terra e até jorram na forma de gêiseres.

Na Islândia, mais de 60% de toda a energia consumida atualmente é retirada da Terra. Inclusive devido a fontes geotérmicas fornece 90% do aquecimento e 30% da geração de eletricidade. Acrescentamos que o restante da eletricidade do país é produzida por usinas hidrelétricas, ou seja, usando também uma fonte de energia renovável, graças à qual a Islândia parece uma espécie de padrão ambiental global.

A "domesticação" da energia geotérmica no século 20 ajudou significativamente a Islândia na termos econômicos. Até meados do século passado, era um país muito pobre, agora ocupa o primeiro lugar no mundo em termos de capacidade instalada e produção de energia geotérmica per capita, e está entre os dez primeiros em termos de capacidade instalada absoluta de energia geotérmica plantas. No entanto, sua população é de apenas 300 mil pessoas, o que simplifica a tarefa de mudar para fontes de energia ecologicamente corretas: a necessidade geralmente é pequena.

Além da Islândia, uma alta participação da energia geotérmica no saldo total da produção de eletricidade é fornecida na Nova Zelândia e nos estados insulares do Sudeste Asiático (Filipinas e Indonésia), nos países da América Central e da África Oriental, cujo território também é caracterizado por alta sísmica e atividade vulcânica. Para esses países, em seu nível atual de desenvolvimento e necessidades, a energia geotérmica contribui significativamente para o desenvolvimento socioeconômico.

O uso da energia geotérmica tem uma longa história. Um dos primeiros exemplos conhecidos é a Itália, um lugar na província da Toscana, agora chamado Larderello, onde, no início do século XIX, as águas termais quentes locais, fluindo naturalmente ou extraídas de poços rasos, eram usadas para fins energéticos.

A água de fontes subterrâneas, rica em boro, foi usada aqui para obter ácido bórico. Inicialmente, esse ácido era obtido por evaporação em caldeiras de ferro, e a lenha comum era retirada como combustível das florestas próximas, mas em 1827 Francesco Larderel criou um sistema que funcionava com o calor das próprias águas. Ao mesmo tempo, a energia do vapor de água natural começou a ser utilizada para o funcionamento das sondas de perfuração e, no início do século XX, para o aquecimento de casas e estufas locais. No mesmo local, em Larderello, em 1904, o vapor de água termal tornou-se uma fonte de energia para geração de eletricidade.

O exemplo da Itália no final do século XIX e início do século XX foi seguido por alguns outros países. Por exemplo, em 1892, as águas termais foram usadas pela primeira vez para aquecimento local nos Estados Unidos (Boise, Idaho), em 1919 - no Japão, em 1928 - na Islândia.

Nos Estados Unidos, a primeira usina hidrotermal apareceu na Califórnia no início da década de 1930, na Nova Zelândia - em 1958, no México - em 1959, na Rússia (o primeiro GeoPP binário do mundo) - em 1965 .

Um velho princípio em uma nova fonte

A geração de energia requer mais Temperatura alta fonte de água do que para aquecimento - mais de 150 ° C. O princípio de operação de uma usina geotérmica (GeoES) é semelhante ao princípio de operação de uma usina termelétrica convencional (UTE). Na verdade, uma usina geotérmica é um tipo de usina termelétrica.

Em usinas termelétricas, como regra, carvão, gás ou óleo combustível atuam como fonte primária de energia e o vapor de água serve como fluido de trabalho. O combustível, queimando, aquece a água a um estado de vapor, que gira turbina a vapor e gera eletricidade.

A diferença entre o GeoPP é que a fonte primária de energia aqui é o calor do interior da terra e o fluido de trabalho na forma de vapor entra nas pás da turbina do gerador elétrico de forma “pronta” diretamente do poço produtor.

Existem três esquemas principais de operação do GeoPP: direto, usando vapor seco (geotérmico); indireta, à base de água hidrotermal, e mista, ou binária.

O uso de um ou outro esquema depende do estado de agregação e da temperatura do portador de energia.

O mais simples e, portanto, o primeiro dos esquemas dominados é o direto, no qual o vapor proveniente do poço passa diretamente pela turbina. O primeiro GeoPP do mundo em Larderello em 1904 também operava a vapor seco.

GeoPPs com esquema indireto de operação são os mais comuns em nosso tempo. Eles usam quente água subterrânea, que é injetado sob alta pressão no evaporador, onde parte dele é evaporado, e o vapor resultante gira a turbina. Em alguns casos, são necessários dispositivos e circuitos adicionais para purificar a água geotérmica e o vapor de compostos agressivos.

O vapor de exaustão entra no poço de injeção ou é usado para aquecimento do ambiente - neste caso, o princípio é o mesmo que durante a operação de um CHP.

Nos GeoPPs binários, a água termal quente interage com outro líquido que atua como fluido de trabalho com um ponto de ebulição mais baixo. Ambos os fluidos passam por um trocador de calor, onde a água térmica evapora o fluido de trabalho, cujos vapores giram a turbina.

Este sistema é fechado, o que resolve o problema das emissões para a atmosfera. Além disso, os fluidos de trabalho com um ponto de ebulição relativamente baixo possibilitam o uso de águas termais não muito quentes como fonte primária de energia.

Todos os três esquemas usam uma fonte hidrotérmica, mas a energia petrotérmica também pode ser usada para gerar eletricidade.

O diagrama de circuito neste caso também é bastante simples. É necessário perfurar dois poços interligados - injeção e produção. A água é bombeada para o poço de injeção. Em profundidade, ele aquece e, em seguida, a água aquecida ou o vapor formado como resultado do forte aquecimento é fornecido à superfície através de um poço de produção. Além disso, tudo depende de como a energia petrotérmica é usada - para aquecimento ou para a produção de eletricidade. Um ciclo fechado é possível com o bombeamento de vapor de exaustão e água de volta ao poço de injeção ou outro método de descarte.

A desvantagem de tal sistema é óbvia: para obter uma temperatura suficientemente alta fluido de trabalho poços profundos precisam ser perfurados. E este é um custo sério e o risco de perda significativa de calor quando o fluido sobe. Portanto, os sistemas petrotérmicos ainda são menos comuns do que os sistemas hidrotérmicos, embora o potencial da energia petrotérmica seja ordens de magnitude maior.

Atualmente, o líder na criação dos chamados sistemas circulantes petrotérmicos (PCS) é a Austrália. Além disso, essa direção da energia geotérmica está se desenvolvendo ativamente nos EUA, Suíça, Grã-Bretanha e Japão.

Presente de Lord Kelvin

A invenção da bomba de calor em 1852 pelo físico William Thompson (também conhecido como Lord Kelvin) proporcionou à humanidade uma oportunidade real de usar o calor de baixo potencial das camadas superiores do solo. O sistema de bomba de calor, ou multiplicador de calor como Thompson o chamou, é baseado no processo físico de transferência de calor de meio Ambiente ao refrigerante. Na verdade, ele usa o mesmo princípio dos sistemas petrotérmicos. A diferença está na fonte de calor, em relação à qual pode surgir uma questão terminológica: até que ponto uma bomba de calor pode ser considerada um sistema geotérmico? O fato é que nas camadas superiores, a profundidades de dezenas ou centenas de metros, as rochas e os fluidos nelas contidos são aquecidos não pelo calor profundo da terra, mas pelo sol. Assim, é o sol, neste caso, que é a fonte primária de calor, embora seja retirado, como nos sistemas geotérmicos, da terra.

O funcionamento de uma bomba de calor baseia-se no atraso no aquecimento e resfriamento do solo em relação à atmosfera, resultando em um gradiente de temperatura entre a superfície e as camadas mais profundas que retêm calor mesmo no inverno, semelhante ao que ocorre nos reservatórios. O principal objetivo das bombas de calor é o aquecimento do ambiente. Na verdade, é uma “geladeira ao contrário”. Tanto a bomba de calor quanto o refrigerador interagem com três componentes: o ambiente interno (no primeiro caso - uma sala aquecida, no segundo - uma câmara refrigerada), o ambiente externo - uma fonte de energia e um refrigerante (refrigerante), que é também um refrigerante que fornece transferência de calor ou frio.

Uma substância com baixo ponto de ebulição atua como um refrigerante, o que permite que ela receba calor de uma fonte que tenha uma temperatura relativamente baixa.

No refrigerador, o refrigerante líquido entra no evaporador através de um acelerador (regulador de pressão), onde, devido a uma queda acentuada na pressão, o líquido evapora. A evaporação é um processo endotérmico que requer que o calor seja absorvido do exterior. Como resultado, o calor é retirado das paredes internas do evaporador, o que proporciona um efeito de resfriamento na câmara do refrigerador. Além do evaporador, o refrigerante é sugado para dentro do compressor, onde retorna ao estado líquido de agregação. Este é o processo inverso, levando à liberação do calor captado para o ambiente externo. Como regra, ele é jogado na sala e a parede traseira da geladeira é relativamente quente.

Uma bomba de calor funciona quase da mesma forma, com a diferença de que o calor é retirado do ambiente externo e entra pelo evaporador no ambiente interno- sistema de aquecimento da sala.

Em uma bomba de calor real, a água é aquecida, passando por um circuito externo colocado no solo ou em um reservatório, e depois entra no evaporador.

No evaporador, o calor é transferido para um circuito interno preenchido com um refrigerante de baixo ponto de ebulição, que, passando pelo evaporador, passa do estado líquido para o gasoso, absorvendo calor.

Em seguida, o refrigerante gasoso entra no compressor, onde é comprimido para alta pressão e temperatura, e entra no condensador, onde ocorre a troca de calor entre o gás quente e o refrigerante do sistema de aquecimento.

O compressor necessita de energia elétrica para funcionar, porém, a relação de transformação (a relação entre energia consumida e gerada) em sistemas modernos alto o suficiente para ser eficaz.

Atualmente, as bombas de calor são amplamente utilizadas para aquecimento de ambientes, principalmente em países economicamente desenvolvidos.

Energia eco-correta

A energia geotérmica é considerada ecologicamente correta, o que geralmente é verdade. Em primeiro lugar, utiliza um recurso renovável e praticamente inesgotável. A energia geotérmica não requer Grandes áreas, ao contrário das grandes hidrelétricas ou parques eólicos, e não polui a atmosfera, ao contrário da energia de hidrocarbonetos. Em média, o GeoPP ocupa 400 m 2 em termos de 1 GW de eletricidade gerada. O mesmo valor para uma usina termelétrica a carvão, por exemplo, é de 3600 m 2. Os benefícios ambientais dos GeoPPs também incluem baixo consumo de água - 20 litros de água doce por 1 kW, enquanto as usinas termelétricas e nucleares requerem cerca de 1.000 litros. Observe que esses são os indicadores ambientais do GeoPP "médio".

Mas ainda há efeitos colaterais negativos. Entre eles, o ruído é mais frequentemente distinguido, poluição térmica atmosfera e química - água e solo, bem como a formação de resíduos sólidos.

A principal fonte de poluição química do meio ambiente é a própria água termal (com alta temperatura e mineralização), muitas vezes contendo grandes quantidades de compostos tóxicos, e por isso há um problema de descarte de águas residuais e substâncias perigosas.

Os efeitos negativos da energia geotérmica podem ser rastreados em várias etapas, começando com a perfuração de poços. Aqui surgem os mesmos perigos da perfuração de qualquer poço: destruição do solo e da cobertura vegetal, poluição do solo e das águas subterrâneas.

Na fase de operação do GeoPP, os problemas de poluição ambiental persistem. Fluidos térmicos - água e vapor - normalmente contêm dióxido de carbono (CO 2), sulfeto de enxofre (H 2 S), amônia (NH 3), metano (CH 4), sal comum (NaCl), boro (B), arsênico (As ), mercúrio (Hg). Quando liberados no meio ambiente, tornam-se fontes de poluição. Além disso, um ambiente químico agressivo pode causar danos por corrosão às estruturas GeoTPP.

Ao mesmo tempo, as emissões de poluentes nas GeoPPs são, em média, menores do que nas UTEs. Por exemplo, as emissões de dióxido de carbono por quilowatt-hora de eletricidade gerada são de até 380 g em GeoPPs, 1.042 g em usinas termelétricas a carvão, 906 g em óleo combustível e 453 g em usinas termelétricas a gás.

Surge a pergunta: o que fazer com as águas residuais? Com baixa salinidade, após o resfriamento, pode ser descarregado em águas superficiais. A outra maneira é bombeá-lo de volta ao aquífero através de um poço de injeção, que é a prática preferida e predominante no momento.

A extração de água termal de aquíferos (bem como o bombeamento de água comum) pode causar subsidência e movimentos do solo, outras deformações de camadas geológicas e micro-sismos. A probabilidade de tais fenômenos é geralmente baixa, embora casos individuais tenham sido registrados (por exemplo, no GeoPP em Staufen im Breisgau na Alemanha).

Deve-se enfatizar que o máximo de O GeoPP está localizado em áreas relativamente pouco povoadas e em países do terceiro mundo, onde os requisitos ambientais são menos rigorosos do que nos países desenvolvidos. Além disso, no momento o número de GeoPPs e suas capacidades são relativamente pequenos. Com um maior desenvolvimento da energia geotérmica riscos ambientais pode crescer e se multiplicar.

Quanto é a energia da Terra?

Os custos de investimento para a construção de sistemas geotérmicos variam muito. ampla variedade- de 200 a 5000 dólares por 1 kW de potência instalada, ou seja, o mais opções baratas comparável ao custo de construção de uma usina termelétrica. Dependem, em primeiro lugar, das condições de ocorrência das águas termais, da sua composição e do desenho do sistema. Perfurando a grandes profundidades, criando um sistema fechado com dois poços, a necessidade de tratamento de água pode multiplicar o custo.

Por exemplo, os investimentos na criação de um sistema de circulação petrotérmica (PTS) são estimados em 1,6-4 mil dólares por 1 kW de capacidade instalada, o que supera os custos de construção de uma usina nuclear e é comparável aos custos de construção eólica e usinas de energia solar.

A vantagem econômica óbvia do GeoTPP é um transportador de energia gratuito. Para efeito de comparação, na estrutura de custos de uma usina termelétrica ou usina nuclear em operação, o combustível representa 50–80% ou até mais, dependendo dos preços atuais da energia. Daí outra vantagem sistema geotérmico: os custos operacionais são mais estáveis ​​e previsíveis, pois não dependem dos preços externos da energia. Em geral, os custos operacionais do GeoTPP são estimados em 2–10 centavos (60 copeques–3 rublos) por 1 kWh de capacidade gerada.

O segundo maior (e muito significativo) item de despesa depois do transportador de energia é, em regra, remuneração pessoal da fábrica, que pode variar drasticamente entre países e regiões.

Em média, o custo de 1 kWh de energia geotérmica é comparável ao de usinas termelétricas (em condições russas - cerca de 1 rublo / 1 kWh) e dez vezes maior que o custo de geração de eletricidade em usinas hidrelétricas (5 a 10 copeques / 1 kWh).

Parte do motivo do alto custo é que, diferentemente das usinas termelétricas e hidráulicas, o GeoTPP tem uma capacidade relativamente pequena. Além disso, é necessário comparar sistemas localizados na mesma região e em condições semelhantes. Assim, por exemplo, em Kamchatka, de acordo com especialistas, 1 kWh de eletricidade geotérmica custa 2-3 vezes mais barato que a eletricidade produzida em usinas térmicas locais.

Os indicadores de eficiência econômica do sistema geotérmico dependem, por exemplo, da necessidade de disposição das águas residuais e de que formas isso é feito, se o uso combinado do recurso é possível. Assim, elementos químicos e compostos extraídos da água termal podem fornecer renda adicional. Lembre-se do exemplo de Larderello: ali era a produção química que era primária, e o uso da energia geotérmica era inicialmente de natureza auxiliar.

Energia geotérmica para a frente

A energia geotérmica está se desenvolvendo de maneira um pouco diferente da eólica e solar. Atualmente, depende muito da natureza do próprio recurso, que difere muito por região, e as maiores concentrações estão ligadas a estreitas zonas de anomalias geotérmicas, geralmente associadas a áreas de falhas tectônicas e vulcanismo.

Além disso, a energia geotérmica é tecnologicamente menos abrangente em comparação com a eólica e ainda mais com a energia solar: os sistemas de estações geotérmicas são bastante simples.

NO estrutura geral O componente geotérmico responde por menos de 1% da produção global de eletricidade, mas em algumas regiões e países sua participação chega a 25-30%. Devido à ligação às condições geológicas, uma parte significativa das capacidades de energia geotérmica está concentrada em países do terceiro mundo, onde se distinguem três clusters maior desenvolvimento indústrias - as ilhas do Sudeste Asiático, América Central e África Oriental. As duas primeiras regiões fazem parte do "Cinturão de Fogo da Terra" do Pacífico, a terceira está ligada ao Rift da África Oriental. Com a maior probabilidade, a energia geotérmica continuará a se desenvolver nesses cinturões. Uma perspectiva mais distante é o desenvolvimento da energia petrotérmica, usando o calor das camadas da Terra situadas a vários quilômetros de profundidade. Este é um recurso quase onipresente, mas sua extração exige altos custos, de modo que a energia petrotérmica está se desenvolvendo principalmente nos países mais poderosos econômica e tecnologicamente.

Em geral, dada a onipresença dos recursos geotérmicos e um nível aceitável de segurança ambiental, há razões para acreditar que a energia geotérmica tem boas perspectivas de desenvolvimento. Especialmente com a crescente ameaça de escassez de transportadores de energia tradicionais e aumento de preços para eles.

De Kamchatka ao Cáucaso

Na Rússia, o desenvolvimento da energia geotérmica tem uma história bastante longa e, em várias posições, estamos entre os líderes mundiais, embora no balanço energético geral país enorme a participação da energia geotérmica ainda é insignificante.

Os pioneiros e centros para o desenvolvimento de energia geotérmica na Rússia foram duas regiões - Kamchatka e o norte do Cáucaso, e se no primeiro caso estamos falando principalmente sobre a indústria de energia elétrica, no segundo - sobre o uso da energia térmica de água termal.

No norte do Cáucaso - no território de Krasnodar, Chechênia, Daguestão - o calor das águas termais era usado para fins energéticos mesmo antes da Grande Guerra Patriótica. Nos anos 1980-1990, o desenvolvimento da energia geotérmica na região, por razões óbvias, estagnou e ainda não se recuperou do estado de estagnação. No entanto, o abastecimento de água geotérmica no norte do Cáucaso fornece calor para cerca de 500 mil pessoas e, por exemplo, a cidade de Labinsk, no território de Krasnodar, com uma população de 60 mil pessoas, é completamente aquecida pelas águas geotérmicas.

Em Kamchatka, a história da energia geotérmica está associada principalmente à construção do GeoPP. O primeiro deles, ainda operando as estações Pauzhetskaya e Paratunskaya, foi construído em 1965-1967, enquanto o Paratunskaya GeoPP com capacidade de 600 kW tornou-se a primeira estação do mundo com um ciclo binário. Foi o desenvolvimento dos cientistas soviéticos S. S. Kutateladze e A. M. Rosenfeld do Instituto de Física Térmica do Ramo Siberiano da Academia Russa de Ciências, que receberam em 1965 um certificado de direitos autorais para extrair eletricidade da água com temperatura de 70 ° C. Essa tecnologia posteriormente se tornou o protótipo para mais de 400 GeoPPs binários no mundo.

A capacidade do GeoPP Pauzhetskaya, comissionado em 1966, era inicialmente de 5 MW e posteriormente aumentada para 12 MW. Atualmente, a estação está em construção de um bloco binário, que aumentará sua capacidade em mais 2,5 MW.

O desenvolvimento da energia geotérmica na URSS e na Rússia foi dificultado pela disponibilidade de fontes de energia tradicionais - petróleo, gás, carvão, mas nunca parou. As maiores instalações de energia geotérmica no momento são o Verkhne-Mutnovskaya GeoPP com uma capacidade total de 12 MW unidades de energia, comissionadas em 1999, e o Mutnovskaya GeoPP com uma capacidade de 50 MW (2002).

Mutnovskaya e Verkhne-Mutnovskaya GeoPP são objetos únicos não apenas para a Rússia, mas também em escala global. As estações estão localizadas no sopé do vulcão Mutnovsky, a uma altitude de 800 metros acima do nível do mar, e operam em condições climáticas extremas, onde é inverno por 9 a 10 meses por ano. Os equipamentos dos GeoPPs Mutnovsky, atualmente um dos mais modernos do mundo, foram totalmente criados em empresas nacionais de engenharia de energia.

Atualmente, a participação das estações Mutnovsky na estrutura geral do consumo de energia do hub de energia Central Kamchatka é de 40%. Está previsto um aumento da capacidade nos próximos anos.

Separadamente, deve ser dito sobre os desenvolvimentos petrotérmicos russos. Ainda não temos grandes PDS, no entanto, existem tecnologias avançadas para perfuração a grandes profundidades (cerca de 10 km), que também não possuem análogos no mundo. Seu desenvolvimento posterior permitirá reduzir drasticamente os custos de criação de sistemas petrotérmicos. Os desenvolvedores dessas tecnologias e projetos são N. A. Gnatus, M. D. Khutorskoy (Instituto Geológico da Academia Russa de Ciências), A. S. Nekrasov (Instituto de Previsão Econômica da Academia Russa de Ciências) e especialistas da Usina de Turbinas Kaluga. Atualmente, o projeto do sistema de circulação petrotérmica na Rússia está em fase piloto.

Há perspectivas para a energia geotérmica na Rússia, embora sejam relativamente distantes: no momento, o potencial é bastante grande e a posição da energia tradicional é forte. Ao mesmo tempo, em várias regiões remotas do país, o uso de energia geotérmica é economicamente lucrativo e está em demanda até agora. São territórios com alto potencial geoenergético (Chukotka, Kamchatka, Kuriles - a parte russa do Pacífico "Fire Belt of the Earth", montanhas Sul da Sibéria e Cáucaso) e ao mesmo tempo distantes e desconectados do fornecimento centralizado de energia.

É provável que nas próximas décadas a energia geotérmica em nosso país se desenvolva justamente nessas regiões.

"Uso de energia térmica de baixo potencial da terra em sistemas de bomba de calor"

Vasiliev G.P., Conselheiro científico OJSC INSOLAR-INVEST, Doutor em Ciências Técnicas, Presidente do Conselho de Administração da OJSC INSOLAR-INVEST
N. V. Shilkin, engenheiro, NIISF (Moscou)

Uso racional de combustível e recursos energéticos hoje é um dos problemas mundiais globais, cuja solução bem-sucedida, aparentemente, será de importância decisiva não apenas para o desenvolvimento da comunidade mundial, mas também para a preservação de seu habitat. Uma das maneiras promissoras de resolver este problema é aplicação de novas tecnologias de economia de energia usando fontes de energia renovável não tradicionais (NRES) O esgotamento dos combustíveis fósseis tradicionais e as consequências ambientais de sua combustão levaram a um aumento significativo do interesse por essas tecnologias nas últimas décadas em quase todos os países desenvolvidos do mundo.

As vantagens das tecnologias de fornecimento de calor que utilizam em comparação com os seus homólogos tradicionais estão associadas não só a reduções significativas nos custos de energia nos sistemas de suporte à vida de edifícios e estruturas, mas também à sua compatibilidade ambiental, bem como a novas oportunidades no domínio da aumentando o grau de autonomia dos sistemas de suporte à vida. Aparentemente, num futuro próximo, são estas qualidades que terão uma importância decisiva na configuração de uma situação competitiva no mercado de equipamentos geradores de calor.

Análise de possíveis áreas de aplicação na economia russa de tecnologias de economia de energia usando fontes de energia não tradicionais, mostra que na Rússia a área mais promissora para sua implementação são os sistemas de suporte à vida dos edifícios. Ao mesmo tempo, o uso generalizado de sistemas de fornecimento de calor para bombas de calor (TST), usando o solo das camadas superficiais da Terra como uma fonte de calor de baixo potencial disponível ubiquamente.

Usando calor da terra Existem dois tipos de energia térmica - alto potencial e baixo potencial. A fonte de energia térmica de alto potencial são os recursos hidrotermais - águas termais aquecidas a alta temperatura como resultado de processos geológicos, o que permite que sejam utilizadas para o fornecimento de calor aos edifícios. No entanto, o uso de calor de alto potencial da Terra é limitado a áreas com certos parâmetros geológicos. Na Rússia, por exemplo, Kamchatka, a região das águas minerais do Cáucaso; na Europa, existem fontes de calor de alto potencial na Hungria, Islândia e França.

Em contraste com o uso "direto" de calor de alto potencial (recursos hidrotérmicos), uso do calor de baixo grau da Terra através de bombas de calor é possível em quase todos os lugares. Atualmente é uma das áreas de uso que mais cresce fontes de energia renováveis ​​não tradicionais.

Calor de baixo potencial da Terra pode ser usado em vários tipos de edifícios e estruturas de várias maneiras: para aquecimento, água quente, ar condicionado (refrigeração), caminhos de aquecimento em inverno ano, para evitar gelo, campos de aquecimento em estádios ao ar livre, etc. Na literatura técnica inglesa, tais sistemas são referidos como "GHP" - "bombas de calor geotérmicas", bombas de calor geotérmicas.

As características climáticas dos países da Europa Central e do Norte, que, juntamente com os Estados Unidos e o Canadá, são as principais áreas de aproveitamento do calor de baixa intensidade da Terra, determinam principalmente a necessidade de aquecimento; o resfriamento do ar, mesmo no verão, é relativamente raramente necessário. Portanto, diferentemente dos Estados Unidos, bombas de calor nos países europeus operam principalmente no modo de aquecimento. NOS ESTADOS UNIDOS bombas de calor são mais frequentemente usados ​​em sistemas de aquecimento de ar combinados com ventilação, o que permite aquecer e resfriar o ar externo. Nos países europeus bombas de calor comumente usado em sistemas de aquecimento de água. Porque o eficiência da bomba de calor aumenta com a diminuição da diferença de temperatura entre o evaporador e o condensador, os sistemas de aquecimento de piso são frequentemente usados ​​​​para aquecer edifícios, nos quais circula um refrigerante de temperatura relativamente baixa (35 a 40 ° C).

Maioria bombas de calor na Europa, projetados para usar o calor de baixa intensidade da Terra, são equipados com compressores acionados eletricamente.

Nos últimos dez anos, o número de sistemas que utilizam o calor de baixa intensidade da Terra para o fornecimento de calor e frio de edifícios através de bombas de calor, aumentou significativamente. O maior número desses sistemas é usado nos EUA. Um grande número desses sistemas opera no Canadá e nos países do centro e norte da Europa: Áustria, Alemanha, Suécia e Suíça. A Suíça lidera no uso de energia térmica de baixo grau da Terra per capita. Na Rússia, nos últimos dez anos, com recurso à tecnologia e com a participação da INSOLAR-INVEST OJSC, especializada nesta área, foram construídos apenas alguns objetos, dos quais se apresentam os mais interessantes.

Em Moscou, no microdistrito Nikulino-2, de fato, pela primeira vez, um sistema de bomba de calor de água quente edifício residencial de vários andares. Este projeto foi implementado em 1998-2002 pelo Ministério da Defesa da Federação Russa em conjunto com o Governo de Moscou, o Ministério da Indústria e Ciência da Rússia, a Associação NP ABOK e no âmbito da "Programa de economia de energia a longo prazo em Moscou".

Como fonte de energia térmica de baixo potencial para os evaporadores das bombas de calor, é utilizado o calor do solo das camadas superficiais da Terra, bem como o calor do ar de ventilação removido. A estação de preparação de água quente está localizada na cave do edifício. Inclui os seguintes elementos principais:

• instalações de bombas de calor por compressão de vapor (HPU);
• tanques de armazenamento de água quente;
• sistemas para coletar energia térmica de baixo grau do solo e calor de baixo grau do ar de ventilação removido;
• bombas de circulação, instrumentação

O principal elemento de troca de calor do sistema para coletar o calor do solo de baixa qualidade são os trocadores de calor do solo coaxiais verticais localizados fora ao longo do perímetro do edifício. Esses trocadores de calor são 8 poços com profundidade de 32 a 35 m cada, dispostos próximos à casa. Uma vez que o modo de funcionamento das bombas de calor que utilizam o calor da terra e o calor do ar removido é constante, enquanto o consumo de água quente é variável, o sistema de abastecimento de água quente é equipado com tanques de armazenamento.

Os dados que estimam o nível mundial de uso de energia térmica de baixo potencial da Terra por meio de bombas de calor são fornecidos na tabela.

Tabela 1. Nível mundial de uso de energia térmica de baixo potencial da Terra através de bombas de calor

O solo como fonte de energia térmica de baixo potencial

Como fonte de energia térmica de baixo potencial, podem ser utilizadas águas subterrâneas com temperatura relativamente baixa ou camadas de solo da superfície (até 400 m de profundidade) da Terra.. O conteúdo de calor da massa do solo é geralmente maior. O regime térmico do solo das camadas superficiais da Terra é formado sob a influência de dois fatores principais - incidentes na superfície radiação solar e o fluxo de calor radiogênico do interior da Terra. Mudanças sazonais e diárias na intensidade da radiação solar e na temperatura externa causam flutuações na temperatura das camadas superiores do solo. A profundidade de penetração das flutuações diárias na temperatura do ar exterior e a intensidade da radiação solar incidente, dependendo do solo específico- condições climáticas varia de algumas dezenas de centímetros a um metro e meio. A profundidade de penetração das flutuações sazonais na temperatura do ar externo e a intensidade da radiação solar incidente não excede, via de regra, 15 a 20 m.

O regime de temperatura das camadas do solo localizadas abaixo dessa profundidade (“zona neutra”) é formado sob a influência da energia térmica proveniente das entranhas da Terra e praticamente independe de mudanças sazonais e ainda mais diárias nos parâmetros climáticos externos ( Figura 1).

Arroz. 1. Gráfico de mudanças na temperatura do solo dependendo da profundidade

Com o aumento da profundidade, a temperatura do solo aumenta de acordo com o gradiente geotérmico (aproximadamente 3 graus C a cada 100 m). A magnitude do fluxo de calor radiogênico proveniente das entranhas da terra varia para diferentes localidades. Para a Europa Central, este valor é de 0,05–0,12 W/m2.

Durante o período de operação, a massa de solo localizada dentro da zona de influência térmica do registro das tubulações do trocador de calor do solo do sistema de coleta de calor do solo de baixo grau (sistema de coleta de calor), devido a mudanças sazonais nos parâmetros do clima externo, bem como sob a influência de cargas operacionais no sistema de coleta de calor, como regra, é submetido a repetidos congelamentos e descongelamentos. Neste caso, naturalmente, há uma mudança no estado de agregação da umidade contida nos poros do solo e, no caso geral, tanto nas fases líquida quanto nas fases sólida e gasosa simultaneamente. Em outras palavras, a massa de solo do sistema de coleta de calor, independentemente do estado em que se encontra (congelado ou descongelado), é um sistema complexo heterogêneo polidisperso trifásico, cujo esqueleto é formado por um grande número de partículas sólidas de várias formas e tamanhos e podem ser rígidos e móveis, dependendo se as partículas estão firmemente unidas ou se estão separadas umas das outras por uma substância na fase móvel. Os interstícios entre partículas sólidas podem ser preenchidos com umidade mineralizada, gás, vapor e gelo, ou ambos. Modelar os processos de transferência de calor e massa que formam o regime térmico de tal sistema multicomponente é uma tarefa extremamente difícil, pois requer levar em consideração e descrição matemática de vários mecanismos para sua implementação: condução de calor em uma partícula individual, transferência de calor de uma partícula a outra em seu contato, condução de calor molecular em um meio preenchendo lacunas entre partículas, convecção de vapor e umidade contida no espaço poroso, e muitos outros.

Atenção especial deve ser dada à influência da umidade da massa do solo e da migração da umidade em seu espaço poroso nos processos térmicos que determinam as características do solo como fonte de energia térmica de baixo potencial.

Em sistemas capilar-porosos, que é a massa de solo do sistema de coleta de calor, a presença de umidade no espaço poroso tem um efeito significativo no processo de distribuição de calor. A contabilização correta dessa influência hoje está associada a dificuldades significativas, principalmente associadas à falta de idéias claras sobre a natureza da distribuição das fases sólida, líquida e gasosa da umidade em uma estrutura específica do sistema. A natureza das forças de ligação da umidade com as partículas esqueléticas, a dependência das formas de ligação da umidade com o material em vários estágios de umedecimento e o mecanismo do movimento da umidade no espaço poroso ainda não foram elucidados.

Se houver um gradiente de temperatura na espessura da massa de solo, as moléculas de vapor se movem para locais com potencial de temperatura reduzido, mas ao mesmo tempo, sob a ação de forças gravitacionais, ocorre um fluxo de umidade direcionado de forma oposta na fase líquida . Além disso, a umidade afeta o regime de temperatura das camadas superiores do solo. precipitação assim como as águas subterrâneas.

Os principais fatores sob a influência dos quais se forma o regime de temperatura do maciço de solo de sistemas para coletar calor de solo de baixo potencial são mostrados na fig. 2.

Arroz. 2. Fatores sob a influência dos quais o regime de temperatura do solo é formado

Tipos de sistemas para o uso de energia térmica de baixo potencial da Terra

Trocadores de calor de terra conectam equipamento de bomba de calor com massa de solo. Além de "extrair" o calor da Terra, os trocadores de calor do solo também podem ser usados ​​para acumular calor (ou frio) no maciço terrestre.

No caso geral, dois tipos de sistemas para o uso de energia térmica de baixo potencial da Terra podem ser distinguidos:

• sistemas abertos: como fonte de energia térmica de baixo potencial, utiliza-se a água subterrânea, que é fornecida diretamente às bombas de calor;
• sistemas fechados: trocadores de calor estão localizados no maciço do solo; quando um refrigerante circula por eles com uma temperatura baixa em relação ao solo, a energia térmica é “selecionada” do solo e transferida para o evaporador bomba de calor(ou, ao usar um refrigerante com temperatura elevada em relação ao solo, seu resfriamento).

A parte principal dos sistemas abertos são os poços, que permitem extrair água subterrânea dos aquíferos do solo e devolver a água de volta aos mesmos aquíferos. Normalmente, os poços emparelhados são organizados para isso. Um diagrama de tal sistema é mostrado na fig. 3.

Arroz. 3. Esquema de um sistema aberto para aproveitamento de energia térmica de baixo potencial de águas subterrâneas

A vantagem dos sistemas abertos é a possibilidade de obter uma grande quantidade de energia térmica a um custo relativamente baixo. No entanto, os poços requerem manutenção. Além disso, o uso de tais sistemas não é possível em todas as áreas. Os principais requisitos para o solo e as águas subterrâneas são os seguintes:

• permeabilidade suficiente do solo, permitindo a reposição das reservas de água;
• Boa composição químicaáguas subterrâneas (por exemplo, baixo teor de ferro) para evitar problemas de corrosão e escala de tubulação.

Os sistemas abertos são mais usados ​​para aquecer ou resfriar grandes edifícios. O maior sistema de bomba de calor geotérmica do mundo utiliza as águas subterrâneas como fonte de energia térmica de baixo potencial. Este sistema está localizado nos EUA em Louisville, Kentucky. O sistema é utilizado para o fornecimento de calor e frio de um complexo hoteleiro-escritório; sua potência é de cerca de 10 MW.

Às vezes, os sistemas que usam o calor da Terra incluem sistemas para usar o calor de baixo grau de corpos d'água abertos, naturais e artificiais. Esta abordagem é adotada, em particular, nos Estados Unidos. Os sistemas que usam calor de baixo grau de reservatórios são classificados como abertos, assim como os sistemas que usam calor de baixo grau das águas subterrâneas.

Os sistemas fechados, por sua vez, são divididos em horizontais e verticais.

Horizontal trocador de calor terra (na literatura inglesa, os termos “coletor de calor do solo” e “loop horizontal” também são usados) geralmente é disposto perto da casa a uma profundidade rasa (mas abaixo do nível de congelamento do solo no inverno). O uso de trocadores de calor de solo horizontais é limitado pelo tamanho do local disponível.

Nos países da Europa Ocidental e Central, os trocadores de calor horizontais são geralmente tubos separados colocados de forma relativamente apertada e conectados uns aos outros em série ou em paralelo (Fig. 4a, 4b). Para economizar área do local, foram desenvolvidos tipos aprimorados de trocadores de calor, por exemplo, trocadores de calor em forma de espiral, localizados horizontalmente ou verticalmente (Fig. 4e, 4f). Esta forma de trocadores de calor é comum nos EUA.

Arroz. 4. Tipos de trocadores de calor de solo horizontais
a - um trocador de calor de tubos conectados em série;
b - trocador de calor de tubos paralelos;
c - um coletor horizontal colocado em uma vala;
d - trocador de calor na forma de um loop;
e - um trocador de calor na forma de uma espiral localizada horizontalmente (o chamado coletor "furtivo";
e - um trocador de calor na forma de uma espiral localizada verticalmente

Se um sistema com trocadores de calor horizontais é usado apenas para gerar calor, sua operação normal só é possível se houver entrada de calor suficiente da superfície da terra devido à radiação solar. Por esta razão, a superfície acima dos trocadores de calor deve ser exposta à luz solar.

Trocadores de calor de terra verticais(na literatura inglesa, a designação "BHE" - "borehole heat exchanger" é aceita) permitem o uso de energia térmica de baixo potencial da massa de solo situada abaixo da "zona neutra" (10 a 20 m do nível do solo). Sistemas com trocadores de calor de solo verticais não requerem seções grande área e não dependem da intensidade da radiação solar incidente na superfície. Os trocadores de calor de solo verticais funcionam de forma eficaz em quase todos os tipos ambientes geológicos, exceto para solos com baixa condutividade térmica, como areia seca ou cascalho seco. Sistemas com trocadores de calor de solo verticais são muito difundidos.

Na fig. 5.

Arroz. 5. Esquema de aquecimento e abastecimento de água quente de um edifício residencial de apartamento único por meio de uma unidade de bomba de calor com um trocador de calor vertical no solo

O refrigerante circula através de tubos (na maioria das vezes polietileno ou polipropileno) colocados em poços verticais de 50 a 200 m de profundidade. Geralmente são usados ​​dois tipos de trocadores de calor verticais no solo (Fig. 6):

• Trocador de calor em forma de U, que são dois tubos paralelos conectados na parte inferior. Um ou dois (raramente três) pares de tais tubos estão localizados em um poço. A vantagem de tal esquema é o custo de fabricação relativamente baixo. Os trocadores de calor em forma de U duplo são o tipo de trocador de calor vertical de solo mais utilizado na Europa.
• Trocador de calor coaxial (concêntrico). O trocador de calor coaxial mais simples consiste em dois tubos de diâmetros diferentes. Um tubo de diâmetro menor é colocado dentro de outro tubo. Os trocadores de calor coaxiais podem ser de configurações mais complexas.

Arroz. 6. Seção Vários tipos trocadores de calor terra vertical

Para aumentar a eficiência dos trocadores de calor, o espaço entre as paredes do poço e os tubos é preenchido com materiais especiais condutores de calor.

Sistemas com trocadores de calor de solo verticais podem ser usados ​​para aquecer e resfriar edifícios de vários tamanhos. Para um prédio pequeno, um trocador de calor é suficiente; para grandes edifícios, pode ser necessário um conjunto completo de poços com trocadores de calor verticais. O maior número de poços do mundo é usado no sistema de aquecimento e resfriamento do Richard Stockton College, no estado americano de Nova Jersey. Os trocadores de calor de solo verticais desta faculdade estão localizados em 400 poços de 130 m de profundidade. Na Europa, o maior número de poços (154 poços de 70 m de profundidade) é usado no sistema de aquecimento e resfriamento do escritório central do Controle de Tráfego Aéreo Alemão Serviço (“Deutsche Flug-sicherung”).

Um caso especial de sistemas verticais fechados é o uso de estruturas prediais como trocadores de calor no solo, por exemplo, estacas de fundação com dutos embutidos. A seção de tal pilha com três contornos de um trocador de calor do solo é mostrada na fig. 7.

Arroz. 7. Esquema de trocadores de calor de solo embutidos nas estacas de fundação do edifício e a seção transversal de tal estaca

A massa do solo (no caso de trocadores de calor de solo verticais) e estruturas de edifícios com trocadores de calor de solo podem ser usados ​​não apenas como fonte, mas também como acumulador natural de energia térmica ou "frio", por exemplo, calor da radiação solar .

Existem sistemas que não podem ser claramente classificados como abertos ou fechados. Por exemplo, o mesmo poço profundo (de 100 a 450 m de profundidade) cheio de água pode ser tanto de produção quanto de injeção. O diâmetro do poço é geralmente de 15 cm. Na parte inferior do poço é colocada uma bomba, através da qual a água do poço é fornecida aos evaporadores da bomba de calor. A água de retorno retorna ao topo da coluna de água no mesmo poço. Há uma recarga constante do poço com água subterrânea, e o sistema aberto funciona como um sistema fechado. Sistemas deste tipo na literatura inglesa são chamados de "sistema de poço de coluna ereta" (Fig. 8).

Arroz. 8. Esquema do tipo de poço "poço de coluna em pé"

Normalmente, poços deste tipo também são usados ​​para abastecer o edifício com água potável.. No entanto, tal sistema só pode funcionar de forma eficaz em solos que fornecem um fornecimento constante de água ao poço, o que impede o seu congelamento. Se o aquífero for muito profundo, será necessária uma bomba potente para o normal funcionamento do sistema, exigindo custos de energia acrescidos. A grande profundidade do poço causa um custo bastante alto de tais sistemas, por isso não são usados ​​para fornecimento de calor e frio de pequenos edifícios. Agora no mundo existem vários desses sistemas nos EUA, Alemanha e Europa.

Uma das áreas promissoras é o uso de água de minas e túneis como fonte de energia térmica de baixo grau. A temperatura desta água é constante durante todo o ano. A água de minas e túneis está prontamente disponível.

"Sustentabilidade" de sistemas para o uso de calor de baixo grau da Terra

Ao operar um trocador de calor do solo, pode surgir uma situação em que durante a estação de aquecimento a temperatura do solo perto do trocador de calor do solo diminui e no verão o solo não tem tempo para aquecer até a temperatura inicial - seu potencial de temperatura diminui . O consumo de energia durante a próxima estação de aquecimento provoca uma diminuição ainda maior na temperatura do solo, e seu potencial de temperatura é ainda mais reduzido. Isso força o projeto do sistema uso do calor de baixo grau da Terra considerar o problema da "estabilidade" (sustentabilidade) de tais sistemas. Muitas vezes, os recursos energéticos são utilizados de forma muito intensa para reduzir o período de retorno dos equipamentos, o que pode levar ao seu rápido esgotamento. Portanto, é necessário manter um nível de produção de energia que permita que a fonte de recursos energéticos seja operada por um longo tempo. Essa capacidade dos sistemas de manter o nível necessário de produção de calor por um longo tempo é chamada de “sustentabilidade”. Para sistemas com baixo potencial calor da terraé dada a seguinte definição de sustentabilidade: “Para cada sistema de aproveitamento do calor de baixo potencial da Terra e para cada modo de operação desse sistema, existe um determinado nível máximo de produção de energia; a produção de energia abaixo deste nível pode ser mantida por um longo tempo (100-300 anos).”

Realizado em OJSC INSOLAR-INVEST estudos mostraram que o consumo de energia térmica da massa de solo ao final da estação de aquecimento provoca uma diminuição da temperatura do solo próximo ao registro das tubulações do sistema de coleta de calor, o que, sob as condições edafoclimáticas da maior parte do território da Rússia, não tem tempo para ser compensado na temporada de verão e, no início da próxima temporada de aquecimento, o solo sai com potencial de baixa temperatura. O consumo de energia térmica durante a próxima estação de aquecimento provoca uma diminuição ainda maior da temperatura do solo e, no início da terceira estação de aquecimento, seu potencial de temperatura difere ainda mais do natural. E assim por diante. No entanto, os envelopes da influência térmica da operação de longo prazo do sistema de coleta de calor no regime natural de temperatura do solo têm um caráter exponencial pronunciado e, no quinto ano de operação, o solo entra em um novo regime próximo ao periódico, ou seja, a partir do quinto ano de operação, o consumo a longo prazo de energia térmica da massa de solo do sistema de coleta de calor é acompanhado por mudanças periódicas em sua temperatura. Assim, ao projetar sistemas de aquecimento da bomba de calor parece necessário levar em consideração a queda nas temperaturas da massa de solo, causada pela operação de longo prazo do sistema de coleta de calor, e usar as temperaturas da massa de solo esperadas para o 5º ano de operação do TST como parâmetros de projeto .

Em sistemas combinados, usado tanto para o fornecimento de calor como para o frio, o equilíbrio térmico é definido “automaticamente”: no inverno (é necessário o fornecimento de calor), a massa do solo é resfriada, em horário de verão(requer refrigeração) - aquecimento do maciço de solo. Em sistemas que utilizam calor de águas subterrâneas de baixo grau, há um constante reabastecimento das reservas de água devido à infiltração de água da superfície e água proveniente de camadas mais profundas do solo. Assim, o conteúdo de calor das águas subterrâneas aumenta tanto "de cima" (devido ao calor ar atmosférico), e “de baixo” (devido ao calor da Terra); o valor do ganho de calor "de cima" e "de baixo" depende da espessura e profundidade do aquífero. Devido a essas transferências de calor, a temperatura da água subterrânea permanece constante ao longo da estação e muda pouco durante a operação.

Em sistemas com trocadores de calor de solo verticais, a situação é diferente. Quando o calor é removido, a temperatura do solo ao redor do trocador de calor do solo diminui. A diminuição da temperatura é afetada tanto pelas características de projeto do trocador de calor quanto pelo modo de operação. Por exemplo, em sistemas com altos valores de dissipação de calor (várias dezenas de watts por metro de comprimento do trocador de calor) ou em sistemas com trocador de calor no solo localizado em solo com baixa condutividade térmica (por exemplo, em areia seca ou cascalho seco) , uma diminuição na temperatura será especialmente perceptível e pode levar ao congelamento da massa do solo ao redor do trocador de calor do solo.

Especialistas alemães mediram a temperatura do maciço do solo, no qual está instalado um trocador de calor vertical do solo com 50 m de profundidade, localizado perto de Frankfurt am Main. Para isso, foram perfurados 9 poços de mesma profundidade ao redor do poço principal a uma distância de 2,5, 5 e 10 m. Em todos os dez poços, foram instalados sensores de temperatura a cada 2 m – um total de 240 sensores. Na fig. A Figura 9 mostra diagramas mostrando a distribuição de temperatura na massa de solo ao redor do trocador de calor vertical do solo no início e no final da primeira estação de aquecimento. No final da estação de aquecimento, é claramente visível uma diminuição da temperatura da massa de solo ao redor do trocador de calor. Há um fluxo de calor direcionado ao trocador de calor da massa de solo circundante, que compensa parcialmente a diminuição da temperatura do solo causada pela "seleção" de calor. A magnitude deste fluxo em comparação com a magnitude do fluxo de calor do interior da Terra em uma determinada área (80-100 mW/m²) é estimada bastante alta (vários watts por metro quadrado).

Arroz. Fig. 9. Esquemas de distribuição de temperatura na massa de solo ao redor do trocador de calor vertical do solo no início e no final da primeira estação de aquecimento

Desde que os trocadores de calor verticais começaram a se tornar relativamente difundidos aproximadamente 15 a 20 anos atrás, há uma falta de dados experimentais em todo o mundo obtidos durante períodos de operação de longo prazo (várias dezenas de anos) de sistemas com trocadores de calor desse tipo. Surge a questão sobre a estabilidade desses sistemas, sobre sua confiabilidade por longos períodos de operação. O calor de baixo potencial da Terra é uma fonte de energia renovável? Qual é o período de "renovação" desta fonte?

Ao operar uma escola rural em região de Yaroslavl equipado sistema de bomba de calor, usando um trocador de calor de solo vertical, os valores médios de remoção de calor específico ficaram no nível de 120–190 W/rm. m de comprimento do trocador de calor.

Desde 1986, pesquisas foram realizadas na Suíça, perto de Zurique, em um sistema com trocadores de calor verticais no solo. No maciço de solo foi instalado um trocador de calor vertical de solo do tipo coaxial com profundidade de 105 m, utilizado como fonte de energia térmica de baixo grau para um sistema de bomba de calor instalado em um edifício residencial de apartamento único. O trocador de calor de solo vertical forneceu uma potência de pico de aproximadamente 70 watts por metro de comprimento, o que criou uma carga térmica significativa na massa de solo circundante. A produção anual de energia térmica é de cerca de 13 MWh

A uma distância de 0,5 e 1 m do poço principal, foram perfurados dois poços adicionais, nos quais foram instalados sensores de temperatura nas profundidades de 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 e 105 m, após o que os poços foram preenchidos com mistura de argila-cimento. A temperatura foi medida a cada trinta minutos. Além da temperatura do solo, outros parâmetros foram registrados: a velocidade do refrigerante, o consumo de energia do acionamento do compressor da bomba de calor, a temperatura do ar, etc.

O primeiro período de observação durou de 1986 a 1991. As medições mostraram que a influência do calor do ar externo e da radiação solar é notada na camada superficial do solo a uma profundidade de até 15 m. Abaixo deste nível, o regime térmico do solo é formado principalmente devido à calor do interior da Terra. Durante os primeiros 2-3 anos de operação temperatura da massa do solo, em torno do trocador de calor vertical, caiu drasticamente, mas a cada ano a diminuição da temperatura diminuiu, e após alguns anos o sistema atingiu um regime próximo da constante, quando a temperatura da massa de solo ao redor do trocador de calor tornou-se menor que a inicial em 1–2 °C.

No outono de 1996, dez anos após o início da operação do sistema, as medições foram retomadas. Essas medições mostraram que a temperatura do solo não mudou significativamente. Nos anos seguintes, pequenas flutuações na temperatura do solo foram registradas em 0,5 graus C, dependendo da carga anual de aquecimento. Assim, o sistema entrou em um regime quase estacionário após os primeiros anos de operação.

Com base nos dados experimentais, foram construídos modelos matemáticos dos processos que ocorrem no maciço de solo, o que permitiu fazer uma previsão de longo prazo das mudanças na temperatura do maciço de solo.

A modelagem matemática mostrou que a diminuição anual da temperatura diminuirá gradativamente, e o volume da massa de solo ao redor do trocador de calor, sujeito à diminuição da temperatura, aumentará a cada ano. No final do período de operação, começa o processo de regeneração: a temperatura do solo começa a subir. A natureza do processo de regeneração é semelhante à natureza do processo de "seleção" de calor: nos primeiros anos de operação, ocorre um aumento acentuado da temperatura do solo e, nos anos subsequentes, a taxa de aumento da temperatura diminui. A duração do período de “regeneração” depende da duração do período de operação. Esses dois períodos são quase os mesmos. Nesse caso, o período de operação do trocador de calor de solo foi de trinta anos, e o período de "regeneração" também é estimado em trinta anos.

Assim, os sistemas de fornecimento de calor e frio dos edifícios, utilizando o calor de baixa intensidade da Terra, são uma fonte confiável de energia que pode ser utilizada em todos os lugares. Esta fonte pode ser utilizada por bastante tempo, podendo ser renovada ao final do período de operação.

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Mudança de temperatura com profundidade. A superfície da Terra, devido ao fornecimento desigual de calor solar, aquece ou esfria. Essas flutuações de temperatura penetram muito superficialmente na espessura da Terra. Assim, flutuações diárias a uma profundidade de 1 m geralmente não é mais sentida. Quanto às flutuações anuais, elas penetram profundidade diferente: em países quentes por 10-15 m, e em países com invernos frios e verões quentes até 25-30 e até 40 m. Mais profundo que 30-40 m já em todos os lugares da Terra a temperatura é mantida constante. Por exemplo, um termômetro colocado no porão do Observatório de Paris mostra 11°.85C o tempo todo há mais de 100 anos.

Uma camada com uma temperatura constante é observada em tudo o Globo e é chamada de zona de temperatura constante ou neutra. A profundidade deste cinturão varia de acordo com as condições climáticas, e a temperatura é aproximadamente igual à temperatura média anual deste local.

Ao se aprofundar na Terra abaixo de uma camada de temperatura constante, geralmente é notado um aumento gradual da temperatura. Isso foi notado pela primeira vez por trabalhadores nas minas profundas. Isso também foi notado ao colocar túneis. Assim, por exemplo, ao colocar o túnel Simplon (nos Alpes), a temperatura subiu para 60 °, o que criou dificuldades consideráveis ​​​​no trabalho. Temperaturas ainda mais altas são observadas em poços profundos. Um exemplo é o poço Chukhovskaya (Alta Silésia), no qual a uma profundidade de 2220 m temperatura estava acima de 80° (83°, 1), etc. m a temperatura aumenta 1°C.

O número de metros que você precisa para ir fundo na Terra para que a temperatura suba 1 ° C é chamado passo geotérmico. A etapa geotérmica em diferentes casos não é a mesma e na maioria das vezes varia de 30 a 35 m. Em alguns casos, essas flutuações podem ser ainda maiores. Por exemplo, no estado de Michigan (EUA), em um dos poços localizados perto do lago. Michigan, o estágio geotérmico acabou não sendo 33, mas 70 m Pelo contrário, um pequeno passo geotérmico foi observado em um dos poços no México, a uma profundidade de 670 m havia água com uma temperatura de 70 °. Assim, o estágio geotérmico acabou sendo apenas cerca de 12 m. Pequenos degraus geotérmicos também são observados em regiões vulcânicas, onde em profundidades rasas ainda podem existir estratos não resfriados de rochas ígneas. Mas todos esses casos não são tanto regras quanto exceções.

Há muitas razões que afetam o estágio geotérmico. (Além do acima, pode-se apontar a diferente condutividade térmica das rochas, a natureza da ocorrência de camadas, etc.

Grande importância na distribuição de temperatura tem um terreno. Este último pode ser visto claramente no desenho anexo (Fig. 23), representando uma seção dos Alpes ao longo da linha do Túnel Simplon, com geoisotermas traçadas por uma linha pontilhada (ou seja, linhas de temperaturas iguais dentro da Terra). As geoisotermas aqui parecem repetir o relevo, mas com a profundidade a influência do relevo diminui gradativamente. (A forte flexão para baixo das geoisotermas em Balle é devido à forte circulação de água observada aqui.)

Temperatura da Terra em grandes profundidades. Observações sobre temperaturas em poços, cuja profundidade raramente excede 2-3 km, Naturalmente, eles não podem dar uma ideia das temperaturas das camadas mais profundas da Terra. Mas aqui alguns fenômenos da vida da crosta terrestre vêm em nosso auxílio. O vulcanismo é um desses fenômenos. Vulcões, amplamente distribuídos pela superfície da terra, trazem lavas derretidas para a superfície da terra, cuja temperatura é superior a 1000 °. Portanto, em grandes profundidades temos temperaturas superiores a 1000°.

Houve um tempo em que os cientistas, com base no estágio geotérmico, tentaram calcular a profundidade em que poderiam ser temperaturas tão altas quanto 1000-2000 °. No entanto, tais cálculos não podem ser considerados suficientemente fundamentados. Observações feitas sobre a temperatura da bola de basalto de resfriamento e cálculos teóricos dão razão para dizer que o valor do degrau geotérmico aumenta com a profundidade. Mas até que ponto e em que profundidade esse aumento vai, também não podemos dizer.

Se assumirmos que a temperatura aumenta continuamente com a profundidade, então no centro da Terra ela deve ser medida em dezenas de milhares de graus. A tais temperaturas, todas as rochas conhecidas por nós devem entrar em estado líquido. É verdade que há uma pressão enorme dentro da Terra, e não sabemos nada sobre o estado dos corpos em tais pressões. No entanto, não temos dados para afirmar que a temperatura aumenta continuamente com a profundidade. Agora, a maioria dos geofísicos chega à conclusão de que a temperatura no interior da Terra dificilmente pode ser superior a 2000 °.

Fontes de calor. Quanto às fontes de calor que determinam a temperatura interna da Terra, elas podem ser diferentes. Com base nas hipóteses que consideram a Terra formada a partir de uma massa incandescente e fundida, o calor interno deve ser considerado o calor residual de um corpo que está derretendo a partir da superfície. No entanto, há motivos para acreditar que o motivo da alta temperatura interna da Terra pode ser o decaimento radioativo do urânio, tório, actinourânio, potássio e outros elementos contidos nas rochas. Elementos radioativos são distribuídos principalmente nas rochas ácidas da superfície da Terra; eles são menos comuns em rochas básicas profundas. Ao mesmo tempo, as rochas básicas são mais ricas neles do que os meteoritos de ferro, que são considerados fragmentos das partes internas dos corpos cósmicos.

Apesar da pequena quantidade de substâncias radioativas nas rochas e seu lento decaimento, a quantidade total de calor resultante do decaimento radioativo é grande. geólogo soviético V. G. Khlopin calculou que os elementos radioativos contidos na camada superior de 90 quilômetros da Terra são suficientes para cobrir a perda de calor do planeta por radiação. Junto com decaimento radioativo energia térmicaé liberado durante a compressão da matéria da Terra, durante reações químicas, etc.

Foto: "NesjavellirPowerPlant edit2" por Gretar Ívarsson / https://commons.wikimedia.org/wiki/ 25 de maio de 2015 / Etiquetas:

Na cidade de Espoo, a primeira usina geotérmica da Finlândia será lançada em dois anos. Engenheiros finlandeses planejam usar o calor natural do interior da Terra para aquecer edifícios. E se o experimento for bem-sucedido, essas usinas de aquecimento podem ser construídas em todos os lugares, por exemplo, em região de Leningrado. A questão é o quão lucrativo isso é.

Aproveitar a energia da Terra não é uma ideia nova. Naturalmente, os habitantes das regiões onde a própria natureza criou “motores a vapor” começaram a implementar sua implementação. Assim, por exemplo, em 1904, o príncipe italiano Piero Ginori Conti acendeu quatro lâmpadas elétricas colocando uma turbina com um gerador elétrico próximo à saída natural de vapor aquecido da terra, na região de Larderello (Toscana).

Nove anos depois, em 1913, foi lançada a primeira estação geotérmica comercial com capacidade de 250 quilowatts. A estação usou o recurso mais lucrativo, mas, infelizmente, raro - vapor seco superaquecido, que só pode ser encontrado nas profundezas dos maciços vulcânicos. Mas, de fato, o calor da Terra pode ser encontrado não apenas perto das montanhas que cospem fogo. Está em toda parte, sob nossos pés.

As entranhas do planeta são aquecidas a vários milhares de graus. Os cientistas ainda não descobriram os processos pelos quais nosso planeta armazena uma quantidade gigantesca de calor por vários bilhões de anos, e é impossível estimar quantos bilhões de anos durará. Sabe-se com segurança que para cada 100 metros de profundidade na terra, a temperatura das rochas aumenta em média 3 graus. Em média, isso significa que há lugares no planeta onde a temperatura aumenta meio grau e em algum lugar em 15 graus. E estas não são zonas de vulcanismo ativo.

O gradiente de temperatura, é claro, aumenta de forma desigual. Especialistas finlandeses esperam atingir uma zona a uma profundidade de 7 km na qual a temperatura das rochas será de 120 graus Celsius, enquanto o gradiente de temperatura em Espoo é de cerca de 1,7 graus por 100 metros, que está até abaixo do nível médio. E, no entanto, esta já é uma temperatura suficiente para iniciar uma usina de aquecimento geotérmico.

A essência do sistema é, em princípio, simples. Dois poços são perfurados a uma distância de várias centenas de metros um do outro. Entre elas, na parte inferior, é injetada água sob pressão para romper as camadas e criar um sistema de fraturas permeáveis ​​entre elas. A tecnologia foi elaborada: o óleo e o gás de xisto agora estão sendo extraídos de maneira semelhante.

Então, a água é bombeada da superfície para um dos poços e vice-versa, é bombeada para fora do segundo. A água viaja através de fissuras entre rochas quentes e, em seguida, flui através de um segundo poço até a superfície, onde transfere calor de uma usina convencional de aquecimento urbano. Tais sistemas já foram lançados nos Estados Unidos e atualmente estão sendo desenvolvidos na Austrália e nos países da União Européia.

Foto: www.facepla.net (captura de tela)

Além disso, há calor suficiente para começar a gerar eletricidade. A prioridade no desenvolvimento da energia geotérmica de baixa temperatura pertence aos cientistas soviéticos - foram eles que resolveram a questão do uso dessa energia em Kamchatka há mais de meio século. Os cientistas propuseram usar como refrigerante em ebulição um líquido orgânico - freon12, que tem um ponto de ebulição normal pressão atmosférica menos 30 graus. A água de um poço com temperatura de 80 graus Celsius transferiu seu calor para o freon, que fez girar as turbinas. A primeira usina do mundo a operar com água dessa temperatura foi a usina geotérmica Pauzhetskaya em Kamchatka, construída em 1967.

As vantagens de tal esquema são óbvias - em qualquer ponto da Terra, a humanidade poderá fornecer calor e eletricidade, mesmo que o Sol se apague. Enorme energia é armazenada na espessura da crosta terrestre, mais de 10 mil vezes todo o consumo de combustível da civilização moderna por ano. E esta energia é constantemente renovada devido ao influxo de calor das entranhas do planeta. Tecnologias modernas permitem a produção deste tipo de energia.

Existem lugares interessantes para a construção de usinas geotérmicas semelhantes na região de Leningrado. A expressão "Peter está de pé em um pântano" é aplicável apenas do ponto de vista da construção de instalações baixas e do ponto de vista da "grande geologia" - a cobertura sedimentar nas proximidades de São Petersburgo é bastante fina , apenas dezenas de metros, e então, como na Finlândia, originam-se rochas ígneas primárias. Este escudo rochoso é heterogêneo: é pontilhado de falhas, ao longo de algumas das quais se eleva um fluxo de calor.

Os botânicos foram os primeiros a prestar atenção a esse fenômeno, que encontraram ilhas de calor no istmo da Carélia e no planalto de Izhora, onde as plantas crescem com alta taxa de reprodução ou pertencentes às subzonas botânicas mais meridionais. E perto de Gatchina, uma anomalia botânica foi descoberta - plantas da flora alpino-cárpato. As plantas existem graças aos fluxos de calor provenientes do solo.

De acordo com os resultados da perfuração na área de Pulkovo a uma profundidade de 1000 metros, a temperatura das rochas cristalinas foi de mais 30 graus, ou seja, em média, aumentou 3 graus a cada 100 metros. Este é o nível "médio" do gradiente de temperatura, mas é quase duas vezes maior do que na região de Espoo, na Finlândia. Isso significa que em Pulkovo basta perfurar um poço a uma profundidade de apenas 3.500 metros; portanto, essa usina de aquecimento custará muito menos do que em Espoo.

Vale a pena considerar que o período de retorno dessas estações também depende das tarifas de fornecimento de calor e eletricidade para os consumidores deste país ou região. Em maio de 2015, a tarifa dos edifícios de apartamentos sem aquecimento elétrico da Helsingin Energia era de 6,19 cêntimos de euro por kWh, com aquecimento elétrico, respetivamente - 7,12 cêntimos de euro por kWh (em dia). Em comparação com as tarifas de São Petersburgo, a diferença para quem usa eletricidade e para aquecimento é de cerca de 40%, devendo também ser tidas em conta as flutuações das tarifas. O preço tão baixo da eletricidade na Finlândia se deve, entre outras coisas, ao fato de o país ter suas próprias instalações de geração nuclear.

Mas na Letônia, que é forçada a comprar constantemente eletricidade e combustível, o preço de venda da eletricidade é quase duas vezes maior do que na Finlândia. No entanto, os finlandeses estão determinados a construir uma estação em Espoo, num local que não é dos mais favoráveis ​​em termos de gradiente geotérmico.

O fato é que a energia geotérmica requer investimentos de longo prazo. Nesse sentido, está mais próximo das grandes hidrelétricas e da energia nuclear. Uma usina geotérmica é muito mais difícil de construir do que uma usina solar ou eólica. E você precisa ter certeza de que os políticos não começarão a brincar com os preços e as regras não mudarão na hora.

Portanto, os finlandeses decidem sobre este importante experimento industrial. Se eles conseguirem realizar seu plano e, pelo menos para começar, aquecer seus habitantes com um calor que nunca acabará (mesmo na escala da vida em geral em nosso planeta), isso nos permitirá pensar no futuro da energia geotérmica energia nas vastas extensões russas. Agora, na Rússia, eles estão se aquecendo com o calor da Terra em Kamchatka e no Daguestão, mas talvez o tempo de Pulkovo também chegue.

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