Mengingat: ada inti panas di dalam Bumi, dengan itu Anda perlu menghasilkan listrik.
Pertanyaan: bagaimana melakukan ini?
Jawab: bangun pembangkit listrik tenaga panas bumi.
Kami mencari tahu bagaimana, tepatnya, dari mana tanah bawah tanah berasal, dan seberapa banyak penggunaan pembangkit listrik ini.
Metode tertua dan paling populer untuk menghasilkan listrik pada skala industri saat ini adalah rotasi turbin generator dengan aliran uap panas yang kuat dari air mendidih karena pemanasan paksa. Jika Anda memikirkannya, baik di pembangkit listrik tenaga batubara dan di pembangkit listrik tenaga nuklir modern, esensi dari pekerjaan ini adalah air mendidih, dengan satu-satunya perbedaan adalah bahwa batubara dibakar untuk tujuan ini, dan dalam reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir itu direbus oleh elemen pemanas yang dipanaskan sebagai hasil dari reaksi berantai yang terkontrol.
Tapi mengapa memanaskan air jika di beberapa tempat keluar dari tanah sudah panas? Apakah mungkin untuk menggunakannya secara langsung? Anda dapat: pada tahun 1904, Pierrot Italia, Ginori Conti meluncurkan generator pertama, yang ditenagai oleh sepasang sumber panas bumi alami, yang jumlahnya sangat banyak di Italia. Begitulah pembangkit listrik tenaga panas bumi pertama di dunia muncul, yang masih berfungsi.
Namun, untuk menyediakan pembangkit listrik panas bumi dengan efisiensi dan biaya yang dapat diterima, Anda memerlukan air pada suhu tertentu, tidak lebih dalam dari level tertentu. Jika Anda ingin membangun pembangkit listrik tenaga panas bumi (katakanlah, di pondok musim panas Anda), pertama-tama Anda harus mulai mengebor sumur ke akuifer, di mana air di bawah tekanan besar memanas hingga 150-200 ° C dan siap untuk muncul ke permukaan dalam bentuk air mendidih atau uap yang sangat panas. Nah, kemudian, seperti pembangkit listrik berbahan bakar fosil, uap yang masuk akan memutar turbin yang akan menggerakkan generator yang menghasilkan listrik. Gunakan panas alami dari planet ini untuk menghasilkan uap - ini adalah energi panas bumi. Dan sekarang untuk detailnya.
Sedikit tentang kehangatan Bumi
Suhu permukaan inti padat Bumi pada kedalaman sekitar 5.100 km adalah sekitar 6.000 ° C. Saat mendekati kerak bumi, suhu berangsur-angsur berkurang.
Grafik yang jelas tentang perubahan suhu batuan saat Anda bergerak menuju pusat bumi. Sumber: Wikimedia / Bkilli1Gradien panas bumi yang disebut - perubahan suhu di area spesifik dari ketebalan bumi - rata-rata 3 ° C untuk setiap 100 meter. Artinya, di sebuah tambang di kedalaman 1 km akan ada panas tiga puluh derajat - siapa pun yang telah mengunjungi tambang semacam itu akan mengonfirmasi hal ini. Tetapi tergantung pada wilayahnya, gradien suhu berubah - misalnya, di sumur Kola superdeep di cakrawala 12 km, suhu 220 ° C tercatat, dan di beberapa tempat di planet ini, di dekat patahan tektonik dan zona aktivitas vulkanik, untuk mencapai suhu yang sama, cukup untuk mengebor dari beberapa ratus meter. hingga beberapa kilometer, biasanya dari 0,5 hingga 3 km. Di negara bagian Oregon, AS, gradien panas bumi adalah 150 ° C per 1 km, dan di Afrika Selatan hanya 6 ° C per 1 km. Karena itu kesimpulannya: Anda tidak dapat membangun stasiun panas bumi yang baik di mana pun (sebelum mulai bekerja, pastikan pondok musim panas Anda berada di tempat yang cocok). Biasanya, tempat yang cocok adalah tempat di mana terdapat aktivitas geologi yang kuat - gempa bumi sering terjadi dan ada gunung berapi aktif.
Jenis pembangkit listrik tenaga panas bumi
Bergantung pada sumber energi geotermal mana yang tersedia (katakanlah, di DSC Anda), Anda akan memilih jenis pembangkit listrik. Kami akan mengerti apa itu.
Stasiun hidrotermalDiagram disederhanakan dari pembangkit listrik siklus hidrotermal siklus langsung akan jelas bahkan untuk seorang anak: uap panas naik dari tanah melalui pipa, yang memutar turbin generator, dan kemudian mengalir ke atmosfer. Sangat sederhana jika kita beruntung menemukan sumber uap yang cocok.
Siklus langsung GeoTES. Sumber: Hemat EnergiJika uap yang Anda miliki tidak mengalahkan uap, tetapi campuran air-uap dengan suhu di atas 150 ° C, maka stasiun siklus gabungan akan diperlukan. Di depan turbin, pemisah akan memisahkan uap dari air - uap akan pergi ke turbin, dan air panas akan dibuang ke sumur atau dipindahkan ke expander, di mana, dalam kondisi tekanan rendah, itu akan mengeluarkan uap tambahan untuk turbin.
Jika desa liburan Anda tidak beruntung dengan mata air panas - misalnya, jika suhu air bawah tanah kurang dari 100 ° C pada kedalaman yang dapat diterima secara ekonomi - dan Anda benar-benar ingin memiliki GeoTES, Anda perlu membangun
stasiun geotermal biner yang kompleks, siklus yang diciptakan di USSR . Di dalamnya, fluida dari sumur tidak disuplai ke turbin sama sekali dalam bentuk apa pun. Sebaliknya, dalam penukar panas, ia memanaskan fluida kerja lain dengan titik didih yang lebih rendah, yang, berubah menjadi uap, memutar turbin, mengembun, dan kembali ke ruang pertukaran panas. Cairan yang bekerja seperti itu dapat, misalnya, freon, salah satunya spesies (fluorodichlorobromomethane) mendidih bahkan pada 51,9 ° C. Siklus biner dapat dikombinasikan dengan yang digabungkan, ketika uap akan disuplai ke satu turbin, dan air yang terpisah akan dikirim ke sirkuit lain untuk memanaskan pendingin dengan titik didih yang rendah.
Siklus biner GeoTES. Sumber: Hemat EnergiStasiun PetrothermalSumber bawah tanah yang dipanaskan adalah fenomena yang sangat langka pada skala planet, seperti yang mungkin Anda perhatikan, yang sangat membatasi area potensial untuk pengenalan energi panas bumi, sehingga pendekatan alternatif dikembangkan: jika tidak ada air di kedalaman panas kerak bumi, maka Anda perlu memompanya di sana. Prinsip petrothermal melibatkan injeksi air ke sumur yang dalam dengan batu yang dipanaskan, di mana cairan berubah menjadi uap dan kembali ke turbin pembangkit listrik.
Diagram disederhanakan dari pembangkit listrik petrothermalPenting untuk mengebor setidaknya dua sumur: air akan disuplai ke satu dari permukaan sehingga dari panas batu berubah menjadi uap dan keluar melalui sumur lain. Dan kemudian proses menghasilkan listrik akan benar-benar mirip dengan stasiun hidrotermal.
Tentu saja, tidak realistis untuk menghubungkan dua sumur di bawah tanah pada kedalaman beberapa kilometer - air di antara mereka berkomunikasi karena fraktur akibat memompa fluida di bawah tekanan luar biasa (rekahan hidrolik). Untuk mencegah celah dan celah dari penutupan seiring waktu, butiran, misalnya pasir, ditambahkan ke air.
Rata-rata, satu sumur untuk proses petrothermal menghasilkan aliran campuran uap-air yang cukup untuk menghasilkan energi 3-5 MW. Sejauh ini, sistem seperti itu belum diterapkan di mana pun di tingkat industri, tetapi pekerjaan masih berlangsung, khususnya di Jepang dan Australia.
Manfaat energi panas bumi
Dari hal tersebut di atas, maka penggunaan panas bumi untuk menghasilkan listrik pada skala industri, perusahaan tidak murah. Tetapi sangat bermanfaat karena sejumlah alasan.
Tidak habis-habisnya. Pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar fosil - gas alam, batu bara, bahan bakar minyak - sangat tergantung pada pasokan bahan bakar yang sama ini. Selain itu, bahayanya tidak hanya terletak pada penghentian pasokan karena bencana atau perubahan situasi politik, tetapi juga pada peningkatan spasmodik yang tidak direncanakan dalam harga bahan baku. Pada awal 1970-an, karena turbulensi politik di Timur Tengah, krisis bahan bakar meletus, yang menyebabkan kenaikan harga minyak empat kali lipat. Krisis memberikan dorongan baru untuk pengembangan transportasi listrik dan jenis energi alternatif. Salah satu keuntungan menggunakan panas bumi adalah praktisnya yang tidak habis-habisnya (setidaknya sebagai akibat dari tindakan manusia). Fluks panas tahunan Bumi ke permukaan adalah sekitar 400.000 TW · h per tahun, yang 17 kali lebih banyak dari pada periode yang sama yang dihasilkan oleh semua pembangkit listrik dunia. Suhu inti Bumi adalah 6000 ° C, dan laju pendinginan diperkirakan 300-500 ° C selama 1 miliar tahun. Jangan khawatir bahwa umat manusia dapat mempercepat proses ini dengan mengebor sumur dan memompa air di sana - penurunan suhu inti sebesar 1 derajat melepaskan 2 · 1020 kWh energi, yang jutaan kali lebih banyak daripada konsumsi listrik tahunan oleh seluruh umat manusia.
Stabilitas Tenaga angin dan matahari sangat peka terhadap cuaca dan waktu. Tidak ada sinar matahari - tidak ada generasi, stasiun memberikan cadangan baterai. Angin telah melemah - lagi tidak ada generasi, lagi baterai tanpa kapasitas yang tak terbatas ikut bermain. Tunduk pada proses teknis untuk mengembalikan air ke sumur, pembangkit listrik tenaga air akan terus beroperasi 24/7.
Kekompakan dan kenyamanan untuk area yang sulit. Memberi daya pada daerah terpencil dengan infrastruktur yang terisolasi bukanlah tugas yang mudah. Lebih rumit lagi jika daerah tersebut memiliki akses transportasi yang buruk, dan medannya tidak cocok untuk pembangunan pembangkit listrik tradisional. Salah satu keuntungan penting dari pembangkit listrik tenaga panas bumi adalah kekompakannya: karena pendingin diambil dari tanah, sebuah ruang turbin dan generator serta menara pendingin dibangun di permukaan, yang secara bersama-sama menyita sedikit ruang.
Stasiun geotermal dengan generasi 1 GW · h / tahun akan menempati area seluas 400 m2 - bahkan di dataran tinggi pembangkit listrik geotermal, diperlukan area yang sangat kecil dan jalan raya. Untuk stasiun tenaga surya dengan output yang sama, 3240 m2 akan diperlukan, untuk stasiun angin - 1340 m2.
Keramahan lingkungan. Fungsi stasiun panas bumi itu sendiri praktis tidak berbahaya: emisi karbon dioksida ke atmosfer diperkirakan sebesar 45 kg CO2 per 1 kWh energi yang dihasilkan. Sebagai perbandingan: di stasiun batubara, kilowatt-hour yang sama menyumbang 1000 kg CO2, di stasiun minyak - 840 kg, gas - 469 kg. Namun, pembangkit nuklir hanya menghasilkan 16 kg - sesuatu, dan mereka menghasilkan minimum karbon dioksida.
Kemungkinan penambangan paralel. Anehnya, itu adalah fakta: di beberapa unit daya GeoTES, selain listrik, mereka juga menghasilkan gas dan logam yang larut dalam campuran air-uap yang berasal dari bawah tanah. Mereka hanya bisa dimasukkan kembali ke dalam sumur bersama dengan uap kental bekas, tetapi, mengingat volume elemen berguna yang melewati pembangkit listrik tenaga panas bumi, akan lebih masuk akal untuk mengatur produksi mereka. Di beberapa daerah Italia, uap dari sumur mengandung 150-700 mg asam borat per kilogram uap. Salah satu dari pembangkit listrik tenaga air 4 MW lokal mengkonsumsi 20 kg uap per detik, sehingga produksi asam borat diletakkan pada basis industri di sana.
Kekurangan energi panas bumi
Cairan yang bekerja berbahaya. Seperti disebutkan di atas, Geo-TPP tidak menghasilkan emisi toksik tambahan, hanya sejumlah kecil karbon dioksida, urutan besarnya lebih kecil dari TPP berbahan bakar gas. Namun, itu tidak berarti bahwa air tanah dan uap selalu zat murni, mirip dengan air minum mineral. Campuran air-uap dari kedalaman bumi jenuh dengan gas dan logam berat yang merupakan karakteristik bagian tertentu dari kerak bumi: timah, kadmium, arsenik, seng, belerang, boron, amonia, fenol, dan sebagainya. Dalam beberapa kasus, koktail yang mengesankan mengalir melalui pipa ke GeoTES sehingga pelepasannya ke atmosfer atau badan air akan segera menyebabkan bencana lingkungan lokal.
Hasil dari tindakan panas bumi pada logam.Tunduk pada semua persyaratan keselamatan, uap yang dikirim ke atmosfer disaring dengan hati-hati dari logam dan gas, dan kondensat dipompa kembali ke sumur. Tetapi dalam kasus situasi darurat atau pelanggaran peraturan teknis yang disengaja, stasiun panas bumi dapat menyebabkan kerusakan lingkungan.
Biaya tinggi per kilowatt. Meskipun kesederhanaan relatif dari desain GeoTES, investasi awal dalam konstruksi mereka cukup besar. Banyak uang dihabiskan untuk eksplorasi dan analisis, sebagai akibatnya biaya stasiun panas bumi berfluktuasi pada level $ 2800 / kW kapasitas terpasang. Sebagai perbandingan: TPP - $ 1000 / kW, turbin angin - $ 1600 / kW, pembangkit listrik tenaga surya - $ 1800-2000 / kW, pembangkit listrik tenaga nuklir - sekitar $ 6000 / kW. Selain itu, biaya rata-rata diberikan untuk Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi, yang dapat sangat bervariasi tergantung pada negara, topografi, komposisi kimia uap dan kedalaman pengeboran.
Daya yang relatif rendah. Geo-TPP, pada prinsipnya, belum dapat dibandingkan dalam hal menghasilkan listrik dengan pembangkit listrik tenaga air, pembangkit listrik tenaga nuklir dan pembangkit listrik tenaga termal. Bahkan ketika mengebor sumur dalam jumlah besar, aliran uapnya masih kecil, dan listrik yang dihasilkan hanya cukup untuk kota-kota kecil.
Kompleks energi panas bumi The Geysers yang paling kuat untuk tahun 2019 tersebar di area seluas 78 km2 di California, AS. Ini terdiri dari 22 stasiun hidrotermal dan 350 sumur dengan total kapasitas terpasang 1.517 MW (produksi aktual 955 MW), yang mencakup hingga 60% dari kebutuhan energi di pantai utara negara bagian. Total kapasitas Geyser sebanding dengan reaktor Soviet RBMK-1500, yang pernah bekerja di PLTN Ignalina, di mana ada dua, dan PLTN itu sendiri terletak di area 0,75 km2. Geo-TPP dengan generasi 200-300 MW dianggap sangat kuat, sementara sebagian besar stasiun di seluruh dunia beroperasi dengan angka dua digit.
Stasiun gabungan hidrotermal dari kompleks The Geysers di California. Dan ada 22. Sumber: Wikimedia / Stepheng3Di mana semuanya bekerja dan seberapa menjanjikannya
Pada 2018, pembangkit listrik tenaga panas bumi di seluruh dunia menghasilkan lebih dari 14,3 GW energi, sementara pada 2007 mereka hanya menghasilkan 9,7 GW. Ya, bukan revolusi panas bumi, tetapi pertumbuhan terbukti.
Pemimpin dalam produksi panas bumi adalah Amerika Serikat dengan 3.591 MW-nya. Nilai yang mengesankan, yang, bagaimanapun, hanya 0,3% dari total output negara. Berikutnya datang Indonesia dari 1948 MW dan 3,7%. Tetapi di tempat ketiga, kesenangan dimulai: di Filipina, pembangkit listrik tenaga panas bumi memiliki kapasitas terpasang 1868 MW, sementara mereka menyumbang 27% dari listrik negara. Dan di Kenya - 51%! Jepang juga termasuk dalam sepuluh besar dalam hal jumlah kilowatt yang dihasilkan oleh Geo-TPP.
Pembangkit listrik panas bumi pertama, Matsukawa, dibuka di Jepang pada tahun 1966. Ini menghasilkan 23,5 MW, dan Toshiba menghasilkan turbin dan generator untuk itu. Pada 2010-an, energi panas bumi menjadi yang paling dituntut di negara-negara Afrika, di mana kesimpulan aktif dari kontrak dan pembangunan GeoTPS dimulai. Pada 2015, Kenya membuka stasiun Olkaria IV, satu dari empat, yang terletak di daerah Olkaria 120 km dari Nairobi, dengan kapasitas 140 MW. Dengan bantuannya, pemerintah mengurangi ketergantungannya pada pembangkit listrik tenaga air, pembuangan air yang sering menyebabkan banjir yang menghancurkan.
GeoTES Olkaria IV di Kenya. Olkaria V dan Olkaria VI berencana untuk ditugaskan pada tahun 2021. Sumber: ToshibaGeo-TPP juga aktif dibangun di Uganda, Tanzania, Ethiopia dan Djibouti.
Di Rusia, pengembangan energi geotermal berjalan dengan sangat santai, karena tidak ada kebutuhan khusus untuk pembangunan pembangkit listrik tambahan. Pada 2015, stasiun-stasiun semacam itu hanya menyumbang 82 MW.
Stasiun panas bumi Pauzhet, dibangun di Kamchatka pada tahun 1966, adalah yang pertama di Uni Soviet. Kapasitas terpasang awalnya hanya 5 MW, sekarang telah dibawa hingga 12 MW. Setelahnya, stasiun Paratunskaya dengan kapasitas hanya 600 kW muncul - biner GeoTES pertama di dunia.
Sekarang di Rusia hanya ada empat stasiun, tiga di antaranya memberi makan Kamchatka, satu lagi, 3,6 MW Mendeleev GeoPP, memasok pulau Kunashir dari punggung Kuril.
Ada banyak cara untuk menghasilkan listrik di planet kita tanpa bantuan bahan bakar fosil. Beberapa dari mereka, misalnya, energi matahari dan angin, berhasil digunakan sekarang. Beberapa, seperti sel bahan bakar hidrogen, masih pada tahap awal adaptasi. Energi panas bumi adalah fondasi kami untuk masa depan, potensi penuh yang belum kami lepaskan.