Петротермальная энергетика: 7 согревающих фактов

Планета Земля, глубже своей поверхности, горяча, причем, чем глубже, тем температура выше. На глубине порядка 12 километров температура может достигать 200 и больше градусов. Как обстоят дела еще ниже, мы пока не знаем — туда еще никто с градусником не нырял.

1. Нет, это не геотермальная энергетика, их не надо путать. Геотермальная основана на том, что в нужном нам месте близко к поверхности подходят нагретые земным теплом воды, энергию которых можно использовать в полезных целях. Петротермальная использует для наших нужд тепло самих горных пород, которые могут и не содержать заметного количества воды.

Геотермальная станция Рейкьявика.

2. Откуда берется тепло? По сегодняшним представлениям, главную роль в нагреве земных недр сыграла их гравитационная дифференциация. Тяжелые элементы, вроде железа, за долгое, порядка миллиардов лет, время «утонули», а к поверхности «всплыли» кремний, водород, кислород и прочие. Это сопровождалось значительным выделением тепла, которое не закончилось и по сию пору. На долю гравитационной дифференциации приходится примерно 90% тепла земных недр. Остальное — результат распада радиоактивных элементов.

3. Увеличение температуры с глубиной характеризуется геотермическим градиентом — величиной прироста температуры на сотню метров или километр. Его величина различна в разных районах Земли, но, в первом приближении, речь тут идет о первых градусах на сотню метров.

4. Таким образом, если пробурить скважину пятикилометровой глубины, то температура горных пород на ее забое будет превышать сто или более градусов Цельсия.

5. Если пробурить не одну скважину, а две, то через одну можно будет закачивать холодную воду, а через другую — выкачивать горячую. По мере подъема из глубин, она закипит и превратится в пар, который можно будет направить в турбину. Если даже температура воды для этого недостаточна, ею можно вскипятить какой-то промежуточный реагент, вроде фреона.

6. А как обеспечить переток воды из одной скважины в другую? Эта задача решается гидроразрывом пласта — технологией, опробованной множество раз при добыче нефти и газа. В скважину закачивается жидкость (чаще всего — на водяной основе, но возможны варианты), под давлением, существенно превосходящим пластовое. Эта жидкость разрывает пласт, распространяя в стороны от него трещины разного размера. Чтобы потом они не схлопнулись в жидкость добавляются микрогранулы (простейший вариант — песок) которые забиваются в трещины.

7. Сейчас в мире работают 22 петротермальные станции, большинство — в Европе. Из них 14 производят электроэнергию, остальные работают на обогрев. Главной проблемой технологии является постоянный контакт с горячей и, обычно, минерализованной водой. Это значит, что трещины в горных породах надо обновлять, скважины — прочищать, а оборудование — ремонтировать.

В целом, отрасль развивается неспешно, хотя по своему потенциалу это едва ли не лучший конкурент термоядерной энергетики.

Ну, а про геотермальные станции мы недавно уже писали.

• Как пожар ядерным взрывом тушили
• Патент недели: эффективный катализатор
• Как цистерна стала гаджетом
• Почему у ветрогенераторов три лопасти, а не две или четыре?
• В 2050 году 50% источников энергии не будут зависеть от нефти и газа
• Накопители энергии: очевидные и невероятные
• Правила блокчейна: что это такое и как работает
• Вспышка русского света: лампа русского инженера
• Ханги, колесные лиры и другие странные инструменты
• История насосного производства, или введение в датские технологии