Доля альтернативной энергетики

По прогнозам ООН население планеты увеличится еще на 3 миллиарда в срок до 2032 года, что повлечет за собой значительное увеличение спроса на энергию и воду. Необходимо будет увеличить к 2050 году производство сельскохозяйственной продукции в два раза, энергии – на 85%, а потребление водных ресурсов увеличится на 55%. По степени развития альтернативной (зеленой) энергетики страны расположились в настоящее время в следующем порядке: Германия, США, Дания, Швеция, Норвегия, Финляндия, ЮАР, Чили, Филиппины, Иордания, Российская Федерация, Мозамбик, Эстония, Кипр. Как видно, Россия занимает в этой череде далеко не первое место, хотя возможности развития альтернативной энергетики в нашей стране весьма значительны [8].
Земля обладает гигантскими запасами энергии. Ядро Земли имеет температуру около 6500°C, которая успешно излучается во внешние слои планеты. Термальная энергия земных недр (геотермальная энергия) образуется в результате физико-химических процессов. Эта энергия нагревает подземные воды. Международное энергетическое агентство классифицирует источники геотермальной энергии на 5 типов:
1) месторождения геотермального сухого пара,
2) источники горячего пара (соединение горячей воды и пара),
3) месторождения геотермальной воды,
4) сухие горячие скальные породы,
5) магма.
Геотермальная энергия используется двумя способами: для производства электроэнергии и прямым использованием тепла. Напрямую используют тепло Земли в значительном объеме в Исландии и Японии, поскольку эти страны располагаются на границах тектонических плит и там можно легко монтировать водопровод рядом с глубинными скважинами. Именно тепло нагретой воды активно используют для подогрева дорог, отопления зданий и сельскохозяйственных сооружений, а также для ряда технологических процессов по переработке продуктов питания. Для выработки электроэнергии используют геотермальные высокотемпературные тепловые и энергетические станции (ГеоЭС) [2].
Люди тратят много ресурсов на обогрев помещений – газ, уголь, иногда дрова, электроэнергию, а ведь в центре нашей планеты находится раскаленное ядро, его температура достигает 5000 °C. Этой огромной температуры достаточно, что бы «прогреть» всю планету до поверхности. Надо лишь знать, как это использовать [12].
Использование геотермальной энергии дает очень низкий уровень выбросов парниковых газов - примерно три процента от выбросов углекислого газа от выбросов электростанций, работающих на ископаемом топливе [12].
Тепловой насос может полностью покрыть потребности дома в тепле, ГИС, обеспечить пассивное кондиционирование, одновременно выполняя функции энергосберегающей системы вентиляции. Расходы электроэнергии по сравнению с традиционными системами отопления / кондиционирования уменьшаются в 2 раза.
Принцип работы теплового насоса - «холодильник наоборот». Работает на электроэнергии, но, кажется, тепловая мощность в 3-5 раз больше чем тратится электроэнергии

. Срок службы такого насоса- 15-25 лет.
Тепловой поток, текущий из недр Земли через ее поверхность, составляет 47±2 ТВт тепла (400 тыс. ТВт/ч в год, что в 17 раз больше всей мировой выработки, и эквивалентно сжиганию 46 млрд тонн угля), а тепловая мощность, вырабатываемая Землей за счет радиоактивного распада урана, тория и калия-40 оценивается в 33±2028 ТВт, т.е. до 70% теплопотерь Земли восполняется. Использование даже 1% этой мощности эквивалентно нескольким сотням мощных электростанций. Однако, плотность теплового потока при этом составляет менее 0,1 Вт/м2 (в тысячи и десятки тысяч раз меньше плотности солнечного излучения), что затрудняет ее использование.
Преимущества тепловых насосов:
работают круглогодично, так как используют стабильный источник постоянной положительной температуры,
оснащены функцией охлаждения - обеспечивают пассивное кондиционирования здания через систему отопления,
имеют встроенный бойлер, который нагревает воду для бытовых нужд или бассейна,
специальный модуль в них отбирает тепло из вытяжного воздуха и передает его в систему сбора тепла (рекуператор-теплообменник).
В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более, чем такие паротермы, распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды (рис. 3). Высокие горизонты пород с температурой менее +100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла [9].
Гейзерный источник энергии следует разрабатывать как перспективный. Возможно, стоит создавать системы надежных трубопроводов, по которым горячая вода подавалась бы на большие расстояние, что обеспечивало бы эффективность использования гейзера и его безопасность [15].
Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) имеют имеют ряд особенностей:
- постоянный остаток энергоресурсов, обеспечивает использование полной установленной мощности оборудования геоТЭС;
- достаточно простой уровень автоматизации;
- последствия возможных аварий ограничивают;
- удельные капиталовложения и себестоимость электрической энергии в основном могут быть ниже, чем на электростанциях, использующих другие возобновляемые источники энергии.
1 – подземный коллектор; 2 – приемная скважина; 3 – газошлакоотделитель; 4 – нагнетательная помпа; 5 – нагнетательная скважина; 6 – теплообменник системы отопления; 7 – насос системы отопления; 8 – теплообменник работы системы горячего водоснабжения; 9 – отопительная система; 10 – система горячего водоснабжения; 11 – источник воды горячего водоснабжения; 12 – система утилизации газов и шламов.
Рисунок 3 – Схема геотермального теплоснабжения с использованием агрессивных геотермальных вод
ГеоТЭС можно разделить на три основных типа:
- станции, работающие на месторождениях сухого пара;
- станции с парообразователем, работающих на месторождениях горячей воды под давлением;
- станции с бинарным циклом, в которых геотермальная теплота передается вторичной жидкости (например, фреона или изобутана) и происходит классический цикл Ренкина.
На рисунке 4 приведена принципиальная схема станции третьего типа - с бинарным циклом работы.
Наибольший эффект имеет место при комбинированных схемах использования геотермальных источников как теплоносителя для подогрева воды и выработки электроэнергии на тепловых электростанциях, обеспечивает значительную экономию органического топлива и увеличивает КПД преобразования низкопотенциальной энергии