지열에너지와 그 이용, 지열에너지 전망

지구 내부에는 엄청난 열 에너지가 있습니다. 여기서 추정치는 여전히 상당히 다르지만 가장 보수적 인 추정치에 따르면 3km 깊이로 제한하면 8 x 1017kJ의 지열 에너지가됩니다. 동시에 우리나라와 전 세계에서 실제 적용 규모는 미미합니다. 여기서 문제는 무엇이며 지열 에너지 사용에 대한 전망은 무엇입니까?

지열 에너지는 지구의 열 에너지입니다. 지구의 자연 열에서 방출되는 에너지를 지열 에너지라고 합니다. 에너지원으로서 지구의 열은 기존 기술과 결합하여 수년 동안 인류의 필요를 공급할 수 있습니다. 그리고 그것은 지금까지 도달할 수 없었던 영역에서 너무 깊게 흐르는 따뜻함을 건드리지도 않습니다.

수백만 년 동안 이 열은 우리 행성의 창자에서 방출되며 코어의 냉각 속도는 10억 년 동안 400 ° C를 초과하지 않습니다! 동시에 다양한 출처에 따르면 지구 코어의 온도는 현재 6650 ° C 이상이며 표면쪽으로 점차 감소합니다. 42조 와트의 열이 지구에서 지속적으로 방출되며 그 중 2%만이 지각에 있습니다.

때때로 지구의 내부 열 에너지는 수천 개의 화산 폭발, 지진, 지각의 움직임 및 눈에 띄지 않지만 덜 세계적인 자연 과정의 형태로 위협적으로 나타납니다.

이 현상의 원인에 대한 과학적 관점은 지구 열의 기원이 행성 내부의 우라늄, 토륨 및 칼륨의 지속적인 방사성 붕괴 과정과 물질의 중력 분리와 관련이 있다는 것입니다. 그 핵심에.

20,000m 깊이에 있는 지각의 화강암 층은 대륙의 방사성 붕괴의 주요 영역이며 해양의 경우 상부 맨틀이 가장 활동적인 층입니다. 과학자들은 약 10,000m 깊이의 대륙에서 지각 바닥의 온도가 약 700°C인 반면 해양에서는 온도가 200°C에 불과하다고 믿습니다.

지각에 있는 지열 에너지의 2%는 일정한 8,400억 와트이며 이것은 기술적으로 접근 가능한 에너지입니다. 이 에너지를 추출하기에 가장 좋은 장소는 지각이 훨씬 더 얇은 대륙판 가장자리 근처 지역과 지진 ​​및 화산 활동 지역(지구의 열이 표면에 매우 가깝게 나타남)입니다.

지열 에너지는 어디에서 어떤 형태로 발생합니까?

현재 지열 에너지 개발은 미국, 아이슬란드, 뉴질랜드, 필리핀, 이탈리아, 엘살바도르, 헝가리, 일본, 러시아, 멕시코, 케냐 및 기타 국가에서 활발히 진행되고 있습니다. 300 ° C에 도달하는 온도에서 증기와 뜨거운 물의 형태로 표면으로 올라갑니다.

아이슬란드와 캄차카의 유명한 간헐천과 미국 와이오밍, 몬타나, 아이다호 주에 위치한 유명한 옐로스톤 국립공원은 거의 9,000제곱킬로미터에 달하는 면적을 생생한 예로 들 수 있습니다.

지열 에너지에 대해 이야기할 때, 대부분 낮은 포텐셜, 즉 우물에서 나오는 물이나 증기의 온도가 높지 않다는 점을 기억하는 것이 매우 중요합니다. 그리고 이것은 그러한 에너지 사용의 효율성에 상당한 영향을 미칩니다.

사실 오늘날 전기 생산을 위해서는 냉각수 온도가 150 ° C 이상인 것이 경제적으로 편리합니다. 이 경우 터빈으로 직접 보내집니다.

더 낮은 온도의 물을 사용하는 설비가 있습니다. 그 안에서 지열수는 끓는점이 낮은 2차 냉각수(예: 프레온)를 가열합니다. 생성된 증기는 터빈을 돌립니다. 그러나 이러한 설비의 용량은 작기 때문에(10 - 100kW) 고온의 물을 사용하는 발전소보다 에너지 비용이 더 많이 듭니다.

뉴질랜드의 GeoPP

지열 퇴적물은 뜨거운 물로 채워진 다공성 암석입니다. 그들은 본질적으로 천연 지열 보일러입니다.

하지만 지표면에서 소비한 물을 버리지 않고 보일러로 되돌린다면? 순환 시스템을 만들고 있습니까? 이 경우 열수의 열뿐만 아니라 주변 암석도 사용됩니다. 이러한 시스템은 총 수를 4-5배 증가시킵니다. 염수로 인한 환경오염 문제는 지하수평선으로 되돌아가므로 제거된다.

뜨거운 물이나 증기의 형태로 열은 표면으로 전달되어 건물과 주택을 가열하거나 전기를 생성하는 데 직접 사용됩니다. 또한 일반적으로 시추 우물을 통해 도달하는 지구의 표면 열도 유용하며 경사도는 36미터마다 1°C씩 증가합니다.

이 열을 흡수하기 위해 그들은 다음을 사용합니다. 열 펌프… 뜨거운 물과 증기를 이용하여 전기를 생산하고 직접 가열하며, 물이 없을 때 깊숙이 모인 열은 히트펌프에 의해 유용한 형태로 변환됩니다. 마그마의 에너지와 화산 아래에 축적된 열도 비슷한 방식으로 추출됩니다.

일반적으로 지열 발전소에서 전기를 생성하는 데는 여러 가지 표준 방법이 있지만 다시 직접 또는 열 펌프와 같은 방식으로 전기를 생성합니다.

가장 간단한 경우 증기는 파이프라인을 통해 발전기의 터빈으로 전달됩니다. 복잡한 계획에서 증기는 용해된 물질이 파이프를 파괴하지 않도록 사전 정화됩니다. 혼합 방식에서 물에 용해된 가스는 물에 증기가 응축된 후 제거됩니다.

마지막으로 끓는점이 낮은 다른 액체(열교환기 방식)가 냉각수 역할(열을 흡수하고 발전기 터빈을 돌리기 위해)인 이원 방식이 있습니다.

가장 유망한 것은 물과 염화 리튬을 사용하는 진공 흡수 열 펌프입니다. 전자는 진공워터펌프의 전력소모로 인해 열수의 온도를 높인다.

60 - 90 ° C의 우물물이 진공 증발기로 들어갑니다. 생성된 증기는 터보차저에 의해 압축됩니다. 압력은 필요한 냉각수 온도에 따라 선택됩니다.

물이 난방 시스템으로 직접 이동하면 90 - 95 ° C이고 난방 네트워크의 경우 120 - 140 ° C입니다. 응축기에서 응축된 증기는 도시 난방에서 순환하는 물에 열을 공급합니다. 네트워크, 난방 시스템 및 온수.

지열 에너지 사용을 늘리기 위해 어떤 다른 옵션이 있습니까?

방향 중 하나는 크게 고갈된 석유 및 가스 매장지의 사용과 관련이 있습니다.

아시다시피 오래된 분야에서이 원료의 생산은 물 범람 방법으로 수행됩니다. 즉, 물이 우물로 펌핑되어 저수지의 구멍에서 기름과 가스를 대체합니다.

고갈이 진행됨에 따라 다공성 저장소는 주변 암석의 온도를 획득하는 물로 채워지고 따라서 퇴적물은 지열 보일러로 변환되어 오일을 추출하고 난방용 물을 동시에 얻을 수 있습니다.

물론 추가 우물을 파고 순환 시스템을 만들어야 하지만 이것은 새로운 지열 지대를 개발하는 것보다 훨씬 저렴할 것입니다.

또 다른 옵션은 인공 투과 구역을 형성하여 마른 암석에서 열을 추출하는 것입니다. 방법의 본질은 마른 암석에서 폭발을 사용하여 다공성을 만드는 것입니다.

이러한 시스템에서 열 추출은 다음과 같이 수행됩니다. 두 개의 우물이 서로 일정한 거리에 뚫려 있습니다. 물은 하나에 펌핑되어 형성된 모공과 균열을 통해 두 번째로 이동하여 암석에서 열을 제거하고 가열 된 다음 표면으로 올라갑니다.

이러한 실험 시스템은 이미 미국과 영국에서 운영되고 있습니다. Los Alamos(미국)에서는 깊이가 2,700m이고 다른 하나는 2,300m인 두 개의 우물이 수압 파쇄로 연결되어 있으며 185°C의 온도로 가열된 순환수로 채워져 있습니다. 영국에서는 Rosemenius에서 채석장에서 물은 80 °C로 가열됩니다.

지열 발전소

에너지 자원으로서의 지구의 열

이탈리아 도시인 Larederello 근처에는 우물에서 나오는 마른 증기로 구동되는 전기 철도가 운행됩니다. 이 제도는 1904년부터 시행되었습니다.

일본과 샌프란시스코의 간헐천 지대도 전기를 생산하기 위해 건조하고 뜨거운 증기를 사용하는 세계에서 유명한 두 곳입니다. 습한 증기의 경우 더 넓은 분야는 뉴질랜드에 있고 면적은 일본, 러시아, 엘살바도르, 멕시코, 니카라과에 더 작습니다.

지열을 에너지 자원으로 생각하면 그 매장량은 전 세계 인류의 연간 에너지 소비량보다 수백억 배 더 많습니다.

10,000m 깊이에서 채취한 지각 열에너지의 1%만으로도 인류가 지속적으로 생산하는 석유, 가스 등 화석연료 매장량의 수백 배를 덮어 돌이킬 수 없는 고갈을 초래한다. 하층토와 환경 오염.

이것은 경제적인 이유 때문입니다. 그러나 지열 발전소는 생성된 전력의 메가와트시당 약 122kg으로 매우 온건한 이산화탄소 배출량을 가지고 있으며, 이는 화석 연료 발전의 배출량보다 훨씬 적습니다.

산업용 GeoPE 및 지열 에너지 전망

7.5MW 용량의 최초의 산업용 geoPE는 1916년 이탈리아에서 건설되었습니다. 그 이후로 귀중한 경험이 축적되었습니다.

1975년 현재 전 세계 GeoPP의 총 설치 용량은 1278MW였으며 1990년에는 이미 7300MW였습니다. 가장 많은 양의 지열 에너지 개발은 미국, 멕시코, 일본, 필리핀 및 이탈리아에 있습니다.

소련 영토의 첫 번째 geoPE는 1966년 캄차카에 건설되었으며 용량은 12MW입니다.

2003년부터 Mutnovskaya 지리적 발전소는 러시아에서 운영되고 있으며 현재 50MW의 전력을 보유하고 있으며 현재 러시아에서 가장 강력한 지열 발전소입니다.

세계에서 가장 큰 GeoPP는 케냐의 Olkaria IV로 용량은 140MW입니다.

미래에는 마그마의 열 에너지가 지구 표면 아래로 너무 깊지 않은 행성의 지역에서 사용될 가능성이 매우 높습니다. 수 킬로미터 깊이의 드릴 구멍으로 펌핑되고 ​​뜨거운 물이 표면이나 증기로 반환된 후 가열되거나 전기가 생성됩니다.

질문이 생깁니다. 현재 지열 에너지를 사용하여 완료된 프로젝트가 왜 그렇게 적은가요? 우선, 물이 지구 표면에 쏟아지거나 매우 얕게 위치하는 유리한 위치에 있기 때문입니다. 이런 경우 지열에너지 개발에서 가장 비용이 많이 드는 깊은 우물을 뚫을 필요가 없다.

열 공급을 위한 열수 사용은 전기 생산보다 훨씬 더 많지만 여전히 규모가 작고 에너지 부문에서 중요한 역할을 하지 않습니다.

GThermal 에너지는 이제 막 첫 걸음을 내디뎠을 뿐이며 현재 연구, 실험-산업 작업은 향후 개발 규모에 대한 답을 제공해야 합니다.