Геотермальные электростанции

Геотермальные электростанции находятся на этапе мощного развития. По данным исследования 2005 года, проведенного итальянской электросетевой компанией ENEL, геотермальные электростанции производят 8900 мегаватт электричества в 24 странах мира. При этом в США производится большая часть (32%) такого вида энергии.
Первая геотермальная электростанция появилась в Лардерелло (Италия) в 1904 году. Команда ученых под руководсвом принца Пьеро Гинори Конти разработала способ использования пара из местных источников для вращения турбин генератора. Эта электростанция работает и по сей день. В 1950 г. правительство Новой Зеландии начало изучение возможности использования геотермальных источников Ваиракеи для получения электричества. На Ваиракеи находятся гейзеры, горячие источники и грязевые бассейны. В 1958 году открылась геотермальная электростанция Ваиракеи, вторая в мире. Крупнейшая геотермальная электростанция называется Гейзеры, находится она близ города Санта-Роза в штате Калифорния. Эта станция открылась в 1960 году. Хотя самих гейзеров на станции нет, в регионе есть много паровых скважин. Гейзеры производят около 750 мегаватт электричества — этого достаточно для электроснабжения такого города, как Сан-Франциско.

С 2000 года объем получаемой геотермальной энергии во Франции, России и Кении утроился. В таких странах, как Филиппины, Исландия, Сальвадор из геотермальных источников получают 25% электричества, в Тибете - 30%.

В основе геотермальной электростанции лежит один из трех процессов. Электростанции прямого парового нагрева или нагрева сухим паром строятся в районах, где основной источник геотермальной активности - паровые скважины. Сжатый пар из скважины попадает по трубам к турбинам. Турбина состоит из серии наклонных лопастей, установленных на центральном вале. Сжатый пар, проходя через турбину, вращает ее. Вращающаяся турбина включает генератор. Вода охлаждается и поступает обратно в землю. Лардерелло и Гейзеры работают именно так.

На испульсной паровой электростанции для получения пара используется вода при температуре выше 180 градусов Цельсия. С помощью особой техники с большой глубины поступает горячая вода под высоким давлением и распрыскивается в емкости с низким давлением. Вода мгновенно превращается в пар. Пар, находящийся под высоким давлением, вращает турбины генератора, вырабатывающего электричество. Вода охлаждается и поступает обратно под землю.

На электростанциях двойного цикла используется средняя по температуре термальная вода, нагретая от 107 до 182 градусов. Термальная вода поступает в теплообменник, по которому течет жидкость, имеющая точку кипения ниже, чем у воды. Тепло превращает жидкость в пар, вращающий турбины. Термальная вода не входит в контакт с турбинами, из теплообменника она попадает обратно под землю. Большая часть геотермальных ресурсов имеет среднюю температуру, поэтому в будущем планируется постройка, в основном, электростанций двойного цикла.

Проблемы

Геотермальные электростанции поднимают вопросы о геотермальной энергии. Один из таких вопросов - провалы земли при изначальном заборе воды или пара. Это может быть серьезной проблемой. На Ваиракеи после начала работы станции земля опустилась на 13 м. Эта проблема на Ваиракеи существует до сих пор. На новых станциях вода быстро возвращается, чтобы сохранять давление и уровень подземных вод.

На геотермальных электростанциях двойного цикла эмиссии каких-либо газов не происходит. Однако паровые электростанции выбрасывают небольшое количество CO2, объем выбросов зависит от состава воды. Выбрасывается также небольшое количество сульфида водорода, недостаточное для образования кислотного дождя. Так как подземные воды содержат растворенную серу, то работа станции сопровождается неприятным для нас запахом. В США геотермальные электростанции должны отфильтровывать сульфид водорода в выбросах, сжигая его или преобразуя в диоксид серы. Диоксид серы впоследствии можно растворить или превратить в серную кислоту и продать. Соли и минералы, отфильтровываемые из воды, закачиваются обратно в скважину. Часть отходов перерабатывается в плане получения полезных минералов.

По течению

Исследователи работают над использованием тепла Земли, пробуривая скважины в теплые слои земной коры, близкие к мантии. Однако эти идеи требуют бурения намного более глубоких скважин, чем позволяют существующие технические возможности.

Энергия биомассы

Биомасса - один из быстрорастущих возобновляемых источников энергии. Что же такое биомасса? Как она используется? И как она заменяет нефть, природный газ и уголь, от которых мы так зависим?

Название биомасса говорит само за себя: биологические вещества — растения в больших объемах, (в массе). Биологическое топливо позволяет получать энергию из растений и преобразовывать ее форму, используемую для получения электричества или заправки автомобилей.

Вот как это работает. В процессе фотосинтеза в растениях появляются углеводороды: сахар и крахмал. Углеводороды - органические компоненты, получаемые из угля и водорода. Эти компоненты хранят энергию в связях, удерживающих их. Хранимая энергия испускается, когда растения съедают или, что нам важнее, когда растения закапывают. Кислород в воздухе вступает в реакцию с углеродом в растениях, при этом выделяется энергия, вода, и диоксид углерода (CO₂). Эта энергия используется для превращения воды в пар. Пар вращает турбины, вырабатывающие электричество.

Есть и другой способ высвобождения энергии растений. В процессе ферментации сахар в растениях превращается в спирт. Спирт в жидком или газообразном виде можно сжигать, чтобы получить энергию. Топливо, получаемое из биомассы таким образом, называется биологическим.

Одно из сильнейших достоинств биомассы в том, что она получается из растений, которые легко возобновляются - их можно выращивать повторно. Потенциал использования биомассы очень велик. Так как на фабрике в качестве топлива используются те же водородные и углеродные элементы, биомасса может заменить нефть и стать тем, что называют общественными химикалиями. Эти вещества используются для производства многих товаров, таких как изделия из пластика, краски и клей. Однако сейчас биомасса является малоиспользуемым возобновляемым источником энергии.

Что такое биомасса?

Биомасса - очень широкий термин, которым называют любой вид растительных отходов. Сюда относят и древесные, и сельскохозяйственные отходы, а также некоторые виды зерновых, выращенных специально для использования в качестве биотоплива.

Тысячи лет назад кто-то специально положил дерево в огонь, чтобы получить тепло. Это было первое использование биотоплива. С тех пор дерево в качестве топлива использовалось очень долго. Жители многих стран до сих пор обогревают свои дома и готовят еду, сжигая дрова. Несмотря на общедоступность, дерево при сжигании в костре является относительно неэффективным топливом. При использовании в качестве биомассы дерево используется максимально эффективно.

ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ

Люди сжигают древесные и растительные отходы и получают энергию. Отходы поставляет промышленность: вырубка леса, строительство, производство бумаги, фермерские хозяйства, твердый мусор с городских свалок и метан – газ, вырабатываемый на свалках. Некоторые виды трав после ферментации также могут быть использованы в качестве биотоплива.

Как используется биотопливо?

Во всем мире биотопливо – преимущественно это продукты из древесины, сжигается вместе с углем на теплоэлектростанциях. Этот процесс называется попутным сжиганием, поскольку вместо одного вида топлива используется два. Попутное сжигание используется в различных видах угольных бойлеров. Чтобы получить максимум от использования биотоплива в конструкцию бойлеров, необходимо внести лишь небольшие изменения. Наиболее эффективный способ - добавлять биотопливо после распыления угля.

В 2005 году в странах Европейского союза 4% энергии получали, используя биотопливо. Лидерами в этом были Финляндия и Швеция: 16 и 20% энергии соответственно. Проекты по использованию биоотходов развиваются в Азии, чтобы заменить до сих пор широко используемое дерево Биотопливные проекты так же развиваются в Африке.

В 2002 году в США объем биоэнергии составлял 9733 мегаватта. Большинство видов биотоплива попутно сжигается вместе с углем для достижения базовой мощности - устойчивого электроснабжения (энергии, необходимой для обеспечения повышенного спроса во время пиковых нагрузок). Биоэнергия обеспечивает более 3% общего энергопотребления США. В США биотопливо превзошло гидроэлектростанции как возобновляемый источник энергии.

Очень часто биотопливо используется промышленностью, которая его и создает. К примеру, деревообрабатывающая промышленность сжигает собственные древесные отходы, чтобы получать пар и электроэнергию, необходимые для работы фабрики. К отходам относится древесные опилки, неиспользуемые ветки и щепки. Лесопромышленность получает более 50% необходимого ей электричества, используя собственные отходы. То же самое касается бумажной промышленности.

Другой вариант использования биомассы - получения биотоплива. Крахмал или сахаросодержащие злаковые превращаются в этиловый спирт: этанол. В Бразилии большая часть транспорта заправляется этанолом. Перевод транспорта на этанол начался в середине 1970-х, когда впервые повысились цены на бензин. Лидеры бразильской промышленности решили снизить зависимость страны от нефти. Этаноловая промышленность развивалась медленно, год за годом. В Бразилии выращивается сахарный тросник, он ферментируется и превращается в этанол. Бразильские автомобили должны быть универсальными, то есть работать и на этаноле, и на бензине. Потребители делали выбор сами, основываясь на цене топлива.

Вскоре опыт Бразилии стали перенимать другие страны. Производство этанола увеличивается в Китае и Европейском союзе. В США в 2004 году производилось 12,9 млрд. литров этанола, что почти в два раза больше показателя 2002 года. Производимый этанол добавляется в бензин для увеличения октанового числа и снижения выбросов. В США источником этанола является кукуруза. Злаковые дают меньше этанола, чем сахарный тростник или свекла, на земли выход этанола меньше в два раза.

Альтернативой кукурузе как источнику этанола в США может быть прутьевидное просо. Родина этого растения - Северная Америка, просо является более эффективным источником этанола, нежели кукуруза. Использование этого злака находится в стадии опробации.

В США для экспериментальной заправки городских автобусов используется смесь бензина и этанола, называемая E-дизельным топливом. По мере роста цен на бензин, этанол к автомобилям, работающим на этаноле продолжает увеличиваться.

Потребление биодизельного топлива так же растет и в Европе. Биодизельное топливо получается из растительного масла, прошедшего так называемую трансэфиризации. Животный жир и ресторанные отходы так же могут быть превращены в биотопливо. Это биотопливо в ближайшие дни может полностью заменить дизельного топливо или использоваться в виде смеси: 20% биотоплива и 80% дизельного. В 2005 году в Европейских странах произведено более 3 миллионов метрических тонн биотоплива. Самым крупным потребителем и производителем является Германия. В мире начинают появляться специальные программы по популяризации использования биотоплива.

Препятствия

У использования биомассы в качестве топлива есть свои преграды. Как и в случае с ископаемым топливом, сжигание вызывает образование CO₂. Однако ископаемое топливо выделяет CO₂ миллионы лет, создавая избыток CO₂ в атмосфере. В противоположность CO₂, выделяемый биомассой при сжигании, поглощается растениями. Биотопливо считается "углеродно-нейтральным".

В биологическом уравнении ископаемые виды топлива все еще играют ключевую роль. Они используются на всех этапах получения биомассы: выращивании растений, их сборе, доставке и обработке. Биомасса не станет углеродно-нейтральной до тех пор, пока на всех этапах не будет использоваться возобновляемое топливо. Когда это произойдет - загадка для всех. Пока биотопливо позволяет сократить выбросы CO₂, так как в процессе использования биомассы в атмосферу выбрасывается меньше СО₂.

По течению

В будущем биомассы могут заменить нефть, газ и уголь во многих областях. Правительства различных стран будут финансировать исследования в области развития биотоплива. Среди вещей, которые предстоит усовершенствовать, - фабрики по очистке биомассы. Такие фабрики будут принимать различные виды биотоплива и создавать постоянный запас для использования в различных областях промышленности. На одной из рафинадных фабрик в качестве основы для ферментации используются сахар в виде целлюлозы и лигнин из растений, в результате получается этанол. В качестве биотоплива может использоваться дерево и различные виды трав. На других рафинадных заводах для стандартизации биомассы используется термохимический подход, превращающий массу в более эффективные жидкость или газ.

Исследователи видят будущее биомассы в замене нефти, как источника многих химикатов, используемых в современном мире. Вещи из пластика, краски и клеи можно производить не из нефтепродуктов, а из биомассы.