Использование силы вулканов: экологически чистая электроэнергия

Оглушительный рев извергающейся лавы, возвышающиеся клубы серого дыма и дрожание земли – вулканические извержения являются свидетельством огромной силы Земли. С другой стороны, погружение в горячий источник под открытым небом, находя утешение как для тела, так и для разума, – это еще один дар, который предлагают вулканы. Эта ужасающая, но завораживающая сила природы на самом деле имеет потенциал стать нашим будущим источником чистой энергии.

Геотермальная энергия привлекает внимание как возобновляемый ресурс из вулканических регионов. Хотя она не так широко известна, как энергия ветра или солнца, использование естественного тепла Земли может стать новым вариантом устойчивой энергии.

Геотермальная электростанция Несьяведлир в Исландии. Горы на заднем плане свидетельствуют о вулканической активности региона. Автор Greta Ívarsson

Наука о геотермальной энергии

Геотермальная энергия использует тепло, генерируемое естественными процессами в глубинах Земли. Ядро Земли имеет поразительно высокую температуру около 5 400°C, и это тепло постепенно движется к поверхности. Обычно это тепло только нагревает породы и грунтовые воды у поверхности, но в регионах с вулканической активностью интенсивность тепла значительно увеличивается.

Вулканы действуют как гигантские вентиляционные отверстия, подводя магму (расплавленную породу) ближе к поверхности Земли. Хотя часть этой магмы может извергаться, большая ее часть остается под землей, непрерывно нагревая окружающие породы и воду.

Когда эта нагретая вода достигает поверхности, она проявляется как горячие источники или гейзеры. Эти явления могут продолжаться тысячелетиями, демонстрируя долгосрочную стабильность геотермальной энергии.

Как используется геотермальная энергия

Для преобразования геотермальной энергии в электричество инженеры сначала должны идентифицировать геотермальные горячие точки. Они ищут области, где магма близка к поверхности, и бурят глубокие скважины. Эти скважины бурятся до тех пор, пока не достигают нагретых пород и воды.

Пар, поднимающийся на поверхность через эти скважины, направляется на электростанции. Там он вращает турбины, приводя в действие генераторы для производства электроэнергии. После генерации энергии пар охлаждается и превращается обратно в воду.

Эта вода затем повторно используется для повышения эффективности. Например, она может использоваться для испарения другой жидкости с более низкой температурой кипения (например, бутана) для приведения в действие вторичного генератора. После этого вода возвращается под землю для повторного нагрева, и цикл повторяется.

Этот процесс основан на том факте, что Земля постоянно генерирует тепло. Вот почему геотермальная энергия является действительно возобновляемым ресурсом.

Преимущества геотермальной энергии

Геотермальная энергия имеет множество преимуществ по сравнению с другими источниками энергии. Во-первых, она возобновляемая. Внутреннее тепло Земли постоянно генерируется, поэтому нет опасений по поводу его истощения.

Кроме того, геотермальные электростанции выбрасывают гораздо меньше загрязняющих веществ, отходов и парниковых газов по сравнению с электростанциями, работающими на угле, газе, нефти или атомной энергии. Это имеет огромное значение с точки зрения борьбы с глобальным потеплением.

Более того, геотермальные источники энергии могут использоваться в течение десятилетий или даже дольше. В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, геотермальная энергия доступна круглосуточно, 365 дней в года. Она не зависит от погоды или времени суток, что позволяет стабильно поставлять электроэнергию.

Глобальные инициативы в области геотермальной энергии

Геотермальная энергия уже используется во многих местах по всему миру, особенно в регионах с активной вулканической деятельностью.

• Исландия: Исландия является пионером в использовании геотермальной энергии. Около 25% ее электроэнергии поставляется геотермальной энергией, причем почти 100% электроэнергии поступает от возобновляемых источников. Используя свои географические особенности, заключающиеся в расположении на множестве активных вулканов, Исландия использует геотермальную энергию не только для генерации электроэнергии, но и для отопительных систем районов и сельского хозяйства в теплицах.
• Новая Зеландия: Новая Зеландия имеет один из самых высоких показателей производства геотермальной энергии в мире. Около 17% электроэнергии поступает из геотермальных источников, с уникальным подходом, сочетающим традиционное использование геотермальной энергии Маори с последними технологиями.
• Филиппины: Филиппины являются третьим в мире производителем геотермальной энергии. Около 14% внутреннего электричества поставляется благодаря геотермальной энергии, при активном развитии, использующем географические особенности в виде вулканического архипелага.
• Индонезия: Индонезия считается обладателем крупнейших в мире геотермальных ресурсов. В настоящее время только около 5% электроэнергии поступает благодаря геотермальной энергии, но есть планы утроить мощность геотермальной энергетики к 2025 году.
• Соединенные Штаты: Соединенные Штаты являются крупнейшим в мире производителем геотермальной энергии. Она активно используется, особенно в западных вулканических регионах, таких как Калифорния и Невада. В последнее время усилия сосредоточены на разработке технологий улучшенной геотермальной системы (EGS).
• Япония: Япония – третий в мире обладатель геотермальных ресурсов, но их использование ограничено. Однако после Великого землетрясения в Восточнояпонском регионе в 2011 году интерес к возобновляемым источникам энергии возрос, и геотермальное развитие постепенно продвигается.

Проблемы и конкретные меры противодействия

Несмотря на множество преимуществ геотермальной энергии, существуют и некоторые проблемы. Вот основные из них и их меры противодействия:

• Высокие начальные затраты: Строительство геотермальных электростанций требует значительных первоначальных инвестиций.
  Меры противодействия: Введение государственных субсидий и налоговых льгот, обеспечение долгосрочных контрактов на покупку электроэнергии для стимулирования частных инвестиций, снижение затрат за счет технологических инноваций (например, разработка более эффективных технологий бурения)
• Географические ограничения: Геотермальные ресурсы сосредоточены в отдельных регионах.
  Меры противодействия: Разработка технологий улучшенных геотермальных систем (EGS), разработка небольших геотермальных энергетических систем
• Экологическое воздействие: Существует риск проседания земли и небольших землетрясений, связанных с геотермальным развитием.
  Меры противодействия: Введение систем непрерывного мониторинга земли, разработка технологий оптимизации впрыска воды
• Выброс вредных газов: Гидротермальные жидкости могут содержать вредные газы, такие как сероводород.
  Меры противодействия: Использование замкнутых систем, улучшение систем удаления газов
• Истощение ресурсов: Чрезмерная добыча может привести к истощению геотермальных ресурсов.
  Меры противодействия: Введение планов устойчивого управления ресурсами, улучшение технологий моделирования геотермальных резервуаров

Последние технологические инновации

Область геотермальной энергетики в последние годы стала свидетелем значительных технологических инноваций. Например, исследования, объявленные в 2022 году, способствуют развитию сверхкритических геотермальных систем. Они работают при более высоких температурах и давлениях, чем обычные геотермальные системы, что потенциально позволяет более эффективно извлекать энергию.

Также предпринимаются усилия по оптимизации исследований геотермальных ресурсов и работы электростанций с использованием технологий искусственного интеллекта (AI) и машинного обучения. Это должно позволить более точно выявлять перспективные геотермальные участки и повышать эффективность генерации электроэнергии.

Кроме того, технология извлечения лития привлекла внимание как новое применение геотермальной энергии. Путем извлечения лития из сточных вод геотермальных электростанций, возможно, можно будет способствовать снабжению нужными ресурсами для производства аккумуляторов для электромобилей.

Заключение

Геотермальная энергия имеет потенциал сыграть решающую роль в нашем устойчивом будущем как чистый и возобновляемый источник энергии. Используя природное тепло из вулканических регионов, мы можем потенциально сократить нашу зависимость от ископаемых видов топлива и значительно уменьшить выбросы парниковых газов.

Глобальные инициативы и последние технологические инновации продолжают повышать эффективность извлечения и использования геотермальной энергии. Хотя проблемы остаются, разрабатываются конкретные меры противодействия, и долгосрочные преимущества геотермальной энергии очевидны. Как источник энергии, доступный круглосуточно и круглогодично, не зависящий от погодных условий, геотермальная энергия является важным дополнением к другим возобновляемым источникам энергии.

Вместо того чтобы бояться силы вулканов, разумно используя её, мы можем открыть новые пути для удовлетворения наших растущих энергетических потребностей, защищая при этом окружающую среду. Будущее геотермальной энергии светлое, и ожидается, что оно займет важное место в устойчивом энергетическом балансе. За ревом извержений и паром горячих источников скрывается будущее чистой энергии.