鉴于：地球内部有一个热核，您需要用它来发电。
问题：该怎么做？
答：建一个地热发电站。
我们确切地弄清了蒸汽是如何产生的，是从地下何处来的，以及从这种发电厂获得多少收益。
今天，在工业规模上最古老和最受欢迎的发电方法是通过强制加热使沸腾水产生强大的热蒸汽流，从而使发电机涡轮旋转。 如果您考虑一下，燃煤热电厂和现代核电厂的工作实质就是沸水，唯一的区别是为此目的燃烧煤炭，并且在核电厂的反应堆中，由于受控链式反应导致的加热元件使煤沸腾。
但是，为什么要加热水，如果某些地方的水已经热了呢？ 可以直接使用吗？ 您可以：1904年，意大利人Pierrot Ginori Conti推出了第一台发电机，该发电机由意大利大量存在的一对天然地热资源提供动力。 这就是世界上第一个仍然有效的地热发电站出现的方式。
但是，为了向地热发电厂提供可接受的效率和成本，您需要一定温度的水，且深度不超过一定水位。 如果要建造地热发电厂（例如，在夏天的小屋中），则首先必须开始向含水层钻探井，那里的高压水会加热到150-200°C，并准备以过热的沸水或蒸汽形式进入地表。 好吧，那么，就像化石燃料发电厂一样，进入的蒸汽将使涡轮旋转，涡轮将驱动发电机发电。 利用地球的自然热产生蒸汽-这是地热能。 现在了解详细信息。
关于地球的温暖
地球固核在约5100 km的深度处的表面温度约为6000°C。 当接近地壳时，温度逐渐降低。
当您移向地球中心时，清晰的岩石温度曲线会发生变化。 资料来源：Wikimedia / Bkilli1所谓的地热梯度-地球厚度特定区域的温度变化-每100米平均3°C。 也就是说，在深度为1公里的矿井中，会产生三十度的高温-任何访问过这种矿井的人都会证实这一点。 但是根据区域的不同，温度梯度会发生变化-例如，在12 km地平线的科拉超深井中，记录的温度为220°C，在地球的某些地方，靠近构造断层和火山活动区，要达到类似的温度，足以在数百米的范围内进行钻探长达几公里，通常是0.5到3公里。 在美国俄勒冈州，地热梯度为每1 km 150°C，而在南非，每1 km仅为6°C。 因此得出结论：您无法在任何地方建立良好的地热站（在开始工作之前，请确保您的避暑别墅在适当的地方）。 通常，合适的地方是地质活动活跃的地方-地震经常发生，并且有活火山。
地热发电厂的类型
根据可用的地热能源（例如，在DSC中），您将选择电站的类型。 我们将了解它们是什么。
热液站甚至对一个孩子来说，直接循环水力发电厂的简化图也很清楚：热蒸汽通过管道从地面升起，使发电机的涡轮旋转，然后冲入大气。 如果我们幸运地找到合适的蒸汽源，那就真的很简单。
GeoTES直接循环。 资料来源：节省能源如果可用的蒸汽没有打散蒸汽，而是温度超过150°C的蒸汽-水混合物，则将需要一个联合循环站。 在涡轮机的前面，分离器将蒸汽与水分离-蒸汽将进入涡轮机，而热水将被排放到井中或转移到膨胀机，在低压下，膨胀器将为涡轮机释放额外的蒸汽。
如果您的夏季小屋不适合使用温泉，例如，如果地下水的温度在经济上可接受的深度内低于100°C，并且您确实希望拥有GeoTES，那么您将需要建造一个复杂的
二元地热站 ，其周期是在苏联发明的。 其中，来自井的流体根本不以任何形式供应给涡轮机。 取而代之的是，它在热交换器中加热另一种沸点较低的工作流体，该工作流体转变成蒸汽，使涡轮旋转，冷凝并返回到热交换室。 这样的工作流体可以是例如氟利昂，甚至在51.9℃下，其中一种（氟二氯溴甲烷）也会沸腾。 当蒸汽将被供应到一个涡轮机时，该二元循环可与合并的一个相结合，而分离出的水将被送至另一个回路，以加热低沸点的冷却剂。
GeoTES二进制周期。 资料来源：节省能源石油热站如您可能注意到的那样，地下热源在行星尺度上是非常罕见的现象，这严重限制了引入地热能的潜在区域，因此开发了一种替代方法：如果地壳的热深处没有水，则需要将其泵入那里。 石油热原理涉及将水注入具有加热岩石的深井中，在那里液体变成蒸汽并返回发电厂的涡轮机。
石油火力发电厂的简化图至少要钻两口井：将水从地面供应到一口井，以便岩石的热量转化为蒸汽并通过另一口井流出。 然后，发电过程将与热液站完全相似。
自然，在地下几公里的深度处连接两口井是不现实的-它们之间的水由于在巨大压力下泵送流体（水力压裂）而导致的裂缝而连通。 为了防止缝隙和空隙随着时间的流逝而封闭，将颗粒（例如沙子）添加到水中。
平均而言，一个用于石油热工艺的井产生的蒸汽-水混合物流量足以产生3-5兆瓦的能量。 到目前为止，还没有在工业级的任何地方实施这种系统，但是工作仍在进行中，特别是在日本和澳大利亚。
地热能的好处
从以上所述可以得出，利用地球的热量以工业规模发电，该公司并不便宜。 但是由于多种原因，这是非常有益的。
取之不尽。 使用化石燃料（天然气，煤炭，燃料油）的发电厂高度依赖于这种燃料的供应。 此外，危险不仅在于由于灾难或政治局势变化而停止供应，而且还在于原材料价格意外上涨的计划。 1970年代初，由于中东的政治动荡，一场燃料危机爆发，导致油价上涨了四倍。 这场危机为电力运输和替代能源的发展提供了新的动力。 使用地热的优点之一是其实用的不竭性（至少是由于人类行为造成的）。 每年地球表面的热通量约为400,000 TW·h，这是世界上所有发电厂同期产量的17倍。 地球核心的温度为6000°C，冷却速度估计为300-500°C，持续10亿年。 不用担心人类能够通过在井中钻井和抽水来加速这一过程-核心温度下降1度会释放2·1020 kWh的能量，这是全人类每年用电量的百万倍。
稳定度 风能和太阳能对天气和一天中的时间极为敏感。 没有阳光-没有发电，该站放弃了备用电池。 风减弱了-再也没有发电了，再也没有无限容量的电池开始发挥作用了。 受制于将水返回井的技术过程，水热发电厂将连续24/7运行。
紧凑而方便的区域。 使用隔离的基础架构为偏远地区供电并非易事。 如果该地区交通不便，情况更加复杂，而且地形不适合建造传统的发电厂。 地热发电厂的重要优势之一是其紧凑性：由于冷却液实际上是从地面上取走的，因此涡轮机大厅，发电机和冷却塔都建在地面上，它们仅占很小的空间。
每年发电量为1 GW·h的地热站将占地400平方米-即使在地热发电厂的高地上，也需要非常小的面积和高速公路。 对于具有相同输出的太阳能站，将需要3240平方米，对于风力发电站将需要1340平方米。
环境友好。 地热站本身的功能实际上是无害的：据估计，其向大气中排放的二氧化碳每1 kWh产生的二氧化碳为45千克二氧化碳。 作为比较：在加油站，同一千瓦时的二氧化碳排放量为1000千克，在加油站为840千克，天然气为469千克。 但是，核电站仅占16公斤-相当，而且它们产生的二氧化碳最少。
并行挖掘的可能性。 令人惊讶的是，事实是：在GeoTES的某些动力装置中，除电力外，它们还产生溶解于地下的蒸汽-水混合物中的气体和金属。 可以将它们与废冷凝水一起放回井中，但是，考虑到穿过地热发电站的有用元素的数量，合理的方式进行生产。 在意大利的某些地区，井中产生的蒸汽每千克蒸汽含150-700毫克硼酸。 当地的4兆瓦热电厂之一每秒消耗20公斤蒸汽，因此硼酸的生产以工业为基础。
地热能的缺点
工作液很危险。 如上所述，Geo-TPP不会产生额外的有毒排放物，只会产生少量的二氧化碳，比燃气TPP的排放量小一个数量级。 但是，这并不意味着地下水和蒸汽始终是纯净的物质，类似于矿泉水。 来自地球深处的蒸汽-水混合物充满了代表地壳特定部分的气体和重金属：铅，镉，砷，锌，硫，硼，氨，苯酚等。 在某些情况下，如此令人印象深刻的鸡尾酒会通过管道流到GeoTES，从而使其排放到大气或水体中将立即造成局部环境灾难。
地热水对金属的作用的结果。在遵守所有安全要求的前提下，送入大气的蒸汽会经过精心过滤，以去除金属和气体，并将冷凝水泵回井中。 但是，在紧急情况下或故意违反技术法规的情况下，地热站可能会对环境造成一些破坏。
每千瓦成本高。 尽管GeoTES的设计相对简单，但其建造的初期投资还是相当可观的。 大量资金用于勘探和分析，结果地热站的成本在2800美元/千瓦的装机容量水平上波动。 作为比较：TPP-1000美元/千瓦，风力涡轮机-1600美元/千瓦，太阳能发电厂-1800-2000美元/千瓦，核电站-大约6000美元/千瓦。 此外，给出了地热发电站的平均成本，根据国家，地势，蒸汽的化学成分和钻探深度的不同，成本可能会有很大差异。
相对较低的功率。 从原则上讲，尚不能将Geo-TPPs与水力发电厂，核电厂和火力发电厂进行发电。 即使在钻大量油井时，蒸汽流量仍然很小，而且发电量仅对小城镇就足够了。
2019年最强大的Geysers地热能综合设施分布在美国加利福尼亚州，面积为78平方公里。 它由22个热液站和350口井组成，总装机容量为1,517 MW（实际生产为955 MW），可满足该州北部海岸的能源需求的60％。 间歇泉的总容量可与苏联的RBMK-1500反应堆媲美，后者曾经在伊格纳利纳核电厂工作，那里有两个，而核电厂本身的面积为0.75平方公里。 发电量为200-300兆瓦的Geo-TPP被认为非常强大，而世界上大多数站点都使用两位数的数字运行。
加利福尼亚间歇泉综合体的热液联合站。 共有22个。来源：Wikimedia / Stepheng3它在哪里运作，前景如何？
截至2018年，全球地热发电厂的发电量超过14.3 GW，而2007年仅产生9.7 GW。 是的，不是地热革命，但增长是显而易见的。
地热发电的领先者是美国，发电量为3,591兆瓦。 令人印象深刻的价值，但是，仅占该国总产出的0.3％。 紧随其后的是印度尼西亚（1948兆瓦）和3.7％。 但是，排在第三位的是有趣的事情：在菲律宾，地热发电厂的装机容量为1868兆瓦，而装机容量却占该国电力的27％。 在肯尼亚-51％！ 就Geo-TPP产生的千瓦数而言，日本也是前十名。
1966年，第一座地热发电站松川在日本开业。 它产生了23.5兆瓦，东芝为其生产了涡轮机和发电机。 在2010年代，地热能成为非洲国家中需求最旺盛的国家，在非洲国家开始积极签订合同并建造GeoTPS。 2015年，肯尼亚开设了Olkaria IV站，这是四个站点之一，位于距内罗毕120公里的Olkaria地区，容量为140兆瓦。 在其帮助下，政府减少了对水力发电厂的依赖，水力发电厂的排水往往导致毁灭性的洪灾。
肯尼亚的GeoTES Olkaria IV。 Olkaria V和Olkaria VI计划于2021年投入使用。 资料来源：东芝在乌干达，坦桑尼亚，埃塞俄比亚和吉布提也正在积极建立Geo-TPP。
在俄罗斯，地热能的发展非常悠闲，因为不需要额外建造电厂。 在2015年，此类电站仅占82兆瓦。
于1966年在堪察加建立的Pauzhet地热站是苏联的第一个。 它的初始装机容量仅为5 MW，现在已提高到12 MW。 随后，容量仅为600 kW的Paratunskaya站出现了-世界上第一个二进制GeoTES。
现在在俄罗斯，只有四个电站，其中三个为堪察加半岛供电，另一个为3.6兆瓦门捷列夫GeoPP供电，为千岛岭的库纳什尔岛供电。
没有化石燃料的帮助，有很多方法可以在我们的星球上发电。 其中一些，例如太阳能和风能，现已成功使用。 一些电池，例如氢燃料电池，仍处于适应的初始阶段。 地热能是我们未来的基础，我们尚未发挥其全部潜力。