¿Cómo utilizar la energía geotérmica?
En las profundidades de la tierra, de 25 a 50 kilómetros sobre el suelo, la temperatura es de 200°C a 1000°C si la profundidad alcanza los 6370 kilómetros del suelo, es decir, la profundidad del suelo; En el núcleo de la Tierra, la temperatura puede alcanzar los 4500°C.
Se estima que si sólo se consumiera energía térmica subterránea al ritmo actual de consumo eléctrico en el mundo, la temperatura de la Tierra sólo bajaría 1°C incluso si se utilizara durante 410.000 años. Esto demuestra que hay tanta energía térmica en la Tierra. La distribución de la temperatura terrestre es muy regular. Generalmente, dentro de la docena de kilómetros superiores de la corteza terrestre, por cada aumento de 30 metros en la profundidad del estrato, la temperatura del estrato aumentará en aproximadamente 65.438±0°C. Entre 15 y 25 kilómetros bajo tierra, la temperatura aumenta 1,5°C por cada 100 metros de profundidad. En zonas por debajo de 25 kilómetros, por cada 100 metros de profundidad, la temperatura sólo aumenta 0,8°C cuando se profundiza hasta cierto punto. profundidad, la temperatura sigue siendo la misma.
¿Por qué hay tanta energía térmica almacenada en las profundidades de la tierra? ¿De dónde vinieron? Esta cuestión aún se encuentra en la etapa exploratoria. Sin embargo, la mayoría de los estudiosos creen que esto se debe a la transformación natural de los materiales radiactivos en la Tierra. Durante la reacción nuclear se liberó una gran cantidad de energía térmica en los estratos cerrados y aislados, que con el tiempo se fue acumulando hasta formar la energía geotérmica actual. Vale la pena señalar que los recursos geotérmicos son una fuente de energía renovable que puede reponerse y regenerarse siempre que no se supere la intensidad de desarrollo de los recursos geotérmicos.
Por lo general, la gente divide los recursos geotérmicos en cuatro categorías:
(1) Recursos hidrotermales. Se trata de una gran cantidad de recursos geotérmicos, incluido el vapor geotérmico y el agua geotérmica, almacenados en acuíferos subterráneos. El vapor geotérmico es fácil de desarrollar y utilizar, pero sus reservas son muy pequeñas y representan sólo el 0,5 del total de recursos geotérmicos probados. Las reservas de agua geotérmica son grandes, representan alrededor del 10% de los recursos geotérmicos probados, y su temperatura varía desde cerca de la temperatura ambiente hasta 390°C.
(2) Recursos de presión del suelo. Se trata de agua caliente altamente salina que contiene metano en rocas sedimentarias en las profundidades de la tierra. Dado que la cubierta rocosa superior sella la energía térmica, la presión del agua caliente excede la presión estática del agua y la temperatura es de aproximadamente 150 ℃ ~ 260 ℃. Sus reservas representan aproximadamente el 20% del total de recursos geotérmicos probados.
(3) Rocas calientes y secas. Se trata de una formación rocosa caliente con una temperatura de 150°C a 650°C en su profundidad. La energía térmica almacenada en ella representa aproximadamente el 30% del total de recursos geotérmicos probados.
④Lava. Se trata de lava caliente completamente derretida con el lugar de enterramiento más profundo y una temperatura de hasta 650 ℃ ~ 1200 ℃. La lava almacena más energía térmica que otros tipos y representa aproximadamente el 40% del total de recursos geotérmicos probados.
Hasta ahora, la utilización de los recursos geotérmicos ha sido principalmente el desarrollo de recursos hidrotermales. En los últimos años, algunos países han comenzado a realizar investigaciones y experimentos sobre el desarrollo de rocas secas calientes. La excavación de fuentes termales artificiales es una de las aplicaciones específicas de las rocas secas calientes. Sin embargo, la utilización de recursos de geopresión y recursos de lava aún se encuentra en la etapa de exploración.
China es el primer país del mundo en desarrollar y utilizar recursos geotérmicos, y también se está desarrollando rápidamente. Beijing es una de las seis capitales del mundo con mejor desarrollo y utilización geotérmica (las otras cinco son París en Francia, Budapest en Hungría, Sofía en Bulgaria, Reykjavik en Islandia y Addis Abeba en Etiopía).
La temperatura del agua geotérmica en Beijing oscila principalmente entre 25 ℃ y 70 ℃. Debido a que el agua geotérmica contiene componentes minerales especiales como flúor, hidrógeno, cadmio y sílice soluble, se puede convertir en agua mineral potable después del tratamiento. En algunas zonas, el agua geotérmica también contiene sulfuro de hidrógeno, lo que la hace ideal para terapias de baño y fisioterapia.
En la actualidad, los recursos geotérmicos de Beijing se han utilizado ampliamente. Por ejemplo, el área utilizada para calefacción alcanza más de 320.000 metros cuadrados, lo que puede ahorrar más de 3 millones de yuanes en inversiones en la construcción de salas de calderas, ahorrar 6,543,8 millones de toneladas de carbón cada año y reducir 7,6 toneladas de contaminación por polvo generada por calderas de carbón. calefacción cada año.
Hay más de 50 baños en las aguas termales geotérmicas, con más de 60.000 baños cada día; la carpa cruciana africana criada en el agua geotermal crece rápidamente y tiene un sabor delicioso. Algunas fábricas de impresión y teñido en Beijing también utilizan agua geotérmica para imprimir y desencolar, lo que puede ahorrar miles de toneladas de carbón cada año.
Además de Beijing, muchas zonas de China también cuentan con recursos geotérmicos. Hay más de 3.500 manantiales geotérmicos naturales con temperaturas inferiores a 100°C. En el Tíbet, Yunnan y la provincia de Taiwán, hay muchos campos geotérmicos de alta temperatura que superan los 150°C. En Yangbajing, Tíbet, se construyó una fuente termal en el condado de Pingtung, Taiwán, con una temperatura de 140°C; La temperatura promedio en la boca del pozo geotérmico de la central es de 140°C y la capacidad instalada de generación de energía es de 10.000 kW. En el futuro se construirá aquí una central geotérmica más grande.
Desde la perspectiva de la distribución de las aguas termales, los recursos geotérmicos de mi país se concentran principalmente en las provincias costeras del sureste y en el Tíbet, Yunnan, el oeste de Sichuan y otros lugares. Hay dos zonas geotérmicas con una gran cantidad de aguas termales, altas temperaturas y entierros poco profundos. Se denominan zona tropical costera del Pacífico y zona tropical tibetana-Yunnan. En las antiguas zonas tropicales hay más de 600 fuentes termales, lo que representa aproximadamente 1/3 del número total de fuentes termales del país. Decenas de ellas superan los 90 °C y algunas incluso superan los 100 °C. Esta última zona tropical es la zona de actividad hidrotermal más activa de China continental, con una gran cantidad de fuentes y manantiales de vapor. Hay más de 700 fuentes termales en esta área, casi 100 de las cuales son áreas de actividad hidrotermal por encima del punto de ebullición local y zonas de distribución de vapor de agua de alta temperatura. Además, algunas cuencas en el este de mi país son ricas en agua caliente subterránea y cubren una amplia área, desde la llanura de Songliao y la llanura del norte de China en el norte hasta la llanura de Jianghan y el golfo de Beibu en el sur. Por ejemplo, cerca de las zonas urbanas y suburbanas de Tianjin hay una zona geotérmica con una superficie total de casi 700 kilómetros cuadrados. Hay más de 380 pozos de agua caliente con una profundidad de más de 500 metros. 30°C y la temperatura máxima del agua es de 94°C. La producción anual total es de casi 50 millones de toneladas, el calor disponible equivale a más de 300.000 toneladas de carbón estándar.
La energía geotérmica también está ampliamente distribuida por todo el mundo. El Valle de los Diez Mil Humos en Alaska, EE. UU., es una zona geotérmica de fama mundial. Hay decenas de miles de boquillas de agua caliente a vapor natural en un área de 24 kilómetros cuadrados. La temperatura más baja del agua caliente y el vapor rociado es de 97°C, y el vapor de alta temperatura alcanza los 645°C. Cada segundo se expulsan 23 millones de litros de agua caliente y vapor, y la energía térmica traída al suelo desde el interior de la Tierra cada año equivale a 6 millones de toneladas de carbón estándar. Nueva Zelanda tiene casi 70 campos geotérmicos y más de 1.000 fuentes termales. Hay muchos tipos de aguas termales, incluidas aguas termales de alta temperatura con temperaturas entre 200°C y 300°C; géiseres intermitentes y barro hirviendo; Los trópicos Mediterráneo-Himalaya se extienden por Eurasia, desde Italia y Hungría en la costa norte del Mediterráneo, pasando por el norte de la India, el Tíbet, Myanmar y Malasia en Turquía, el Cáucaso ruso, Irán, Pakistán y China, y finalmente se conectan con los trópicos de la Cuenca del Pacífico. en Indonesia.
Alguien ha calculado que si se excluye la energía liberada por las erupciones volcánicas y los terremotos en todo el mundo y la energía almacenada en las rocas calientes, la cantidad total de energía térmica almacenada sólo en el agua caliente subterránea y el vapor geotérmico es de 654,38 de todas las reservas de carbón del planeta 070 millones de veces. La energía geotérmica actualmente disponible para su explotación a 3 kilómetros bajo tierra equivale a todo el calor liberado cuando se queman 2,9 billones de toneladas de carbón. Se puede ver. El desarrollo y utilización de la energía geotérmica tiene amplias perspectivas.
El desarrollo y utilización de la energía geotérmica tiene una historia de casi 100 años desde que Italia construyó la primera central geotérmica del mundo en 1904. Sin embargo, no es hasta las últimas dos o tres décadas que el desarrollo y utilización de la energía geotérmica ha atraído gradualmente una atención generalizada por parte de países de todo el mundo.
Según las estadísticas, se han descubierto o perforado más de 7.500 manantiales y pozos geotérmicos en más de 120 países y regiones del mundo, ampliando continuamente el uso de la energía geotérmica. Actualmente, la energía geotérmica se utiliza principalmente en calefacción, generación de energía, cría, cultivo en invernaderos, baños, etc. Una universidad de Estados Unidos tiene tres pozos geotérmicos con una profundidad de 600 metros y una temperatura del agua de 89°C. Pueden calentar un edificio de enseñanza con una superficie total de más de 46.000 metros cuadrados, ahorrando 250.000 dólares en costes de calefacción. cada año. Aunque Islandia se encuentra en una zona fría, es rica en recursos geotérmicos. Actualmente, más del 70% de la población del país ya utiliza calefacción geotérmica.
El uso de energía geotérmica para generar electricidad tiene muchas ventajas únicas: la inversión en la construcción de una central eléctrica es menor, generalmente menor que la de una central hidroeléctrica; el costo de generación de energía es menor que el de la energía hidroeléctrica térmica; centrales eléctricas y nucleares; el equipo de generación de energía tiene un tiempo de utilización prolongado; la energía geotérmica es limpia y no requiere contaminación del medio ambiente; el vapor y el agua caliente utilizados para generar electricidad también se pueden utilizar para calefacción u otros fines.
En la actualidad, muchos países como Estados Unidos, Japón, Rusia, Italia e Islandia han construido centrales térmicas de diferentes tamaños, sumando alrededor de 150 con una capacidad instalada total de 3,2 millones de kilovatios.
El principio de generación de energía geotérmica es similar al de la generación de energía térmica general, es decir, la energía geotérmica se utiliza para generar vapor para impulsar la turbina generadora para generar electricidad. Actualmente, aproximadamente 3/4 de las centrales geotérmicas del mundo utilizan vapor de alta temperatura como energía para generar electricidad. Este tipo de central eléctrica extrae vapor geotérmico del suelo, luego lo purifica para eliminar las diversas impurezas que contiene y luego acciona un generador de turbina para generar electricidad. Las centrales geotérmicas que utilizan vapor de alta temperatura como energía suelen utilizar el método de separación de vapor y agua para generar electricidad; en el caso de las centrales eléctricas que utilizan agua caliente subterránea como energía, es común utilizar agua caliente subterránea como fuente de calor para generar vapor; de cierta manera y luego utiliza el vapor para impulsar la turbina de vapor. Los grupos electrógenos generan electricidad.
Además, la energía geotérmica también se puede utilizar para calefacción, secado, refrigeración y almacenamiento en frío, procesamiento de deshidratación, desalinización de agua de mar y extracción de elementos químicos en la industria. En términos de atención médica, el agua termal puede tratar enfermedades de la piel, las articulaciones y otras enfermedades. Hay fuentes termales disponibles en muchos países.
Debido a que hay muy pocas fuentes termales naturales y no están disponibles en todas partes, en algunas áreas donde no hay fuentes termales naturales, la gente usa la energía geotérmica de rocas calientes secas ampliamente distribuidas para crear artificialmente fuentes termales subterráneas. . Las fuentes termales artificiales están talladas en rocas calientes del tipo roca seca y caliente. La fuente termal más antigua del mundo creada por el hombre se excavó en el norte de Nuevo México, con un pozo de 3.000 metros de profundidad y una temperatura de 200°C.
Estados Unidos ha construido una central térmica de aguas termales artificiales con una capacidad de generación de energía de 50.000 kilovatios. Además, el Laboratorio Nacional de Los Álamos perforó dos pozos geotérmicos con una profundidad de 4.389 metros. Primero, se bombea agua al pozo y después de 65,438 02 horas se bombea hacia afuera. En este momento, la temperatura del agua alcanza los 375°C. Francia ha excavado sucesivamente 6 fuentes termales artificiales. Cada pozo tiene una profundidad de 6.000 m y puede obtener 100 toneladas de agua caliente a 200°C por hora.
La capacidad instalada actual de centrales geotérmicas en Estados Unidos ha alcanzado los 9,3 millones de kilovatios y aumentará hasta los 318.000 kilovatios en 2020.
Ahora, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, la gente ha comenzado a construir capas artificiales de almacenamiento de energía térmica alrededor de la fuente de calor del magma y a utilizar el vapor de la fuente de calor para generar electricidad para desarrollar masas rocosas de alta temperatura. Se prevé que para finales del siglo XXI, la capacidad total de generación de energía geotérmica mundial alcanzará los 100 millones de kilovatios.