FYZIKA |
|
Školský
Informačný
|
|
GEOTERMÁLNA ENERGIA
Bolo overené, že tepelný tok z vnútra Zeme na jej povrch dosahuje 26 TJs-1. Ak porovnáme tepelný tok Zeme (množstvo tepla vyžiareného Zemou na 1m2 za 1s ) F Zem =0,06 W.m2 so slnečným tepelným tokom zistíme, že je cca 10 000-krát menší. Využitie tejto energie sa zdá zatiaľ lacnejšie ako stavba kozmických elektrárni. Je to zatiaľ najmocnejší, prakticky nevyčerpateľný zdroj energie. Je pritom vzdialený z ľubovoľného miesta na Zemi iba 10 až 12 km smerom do stredu Zeme. I keby sme pokryli všetku minulú i budúcu spotrebu ľudstva, poklesla by teplota zeme o 10C za 40 mil. rokov. Jediným problémom je, ako tento zdroj výhodne ekonomicky využiť. Zemské jadro (Obr.15) tvorí žeravá hmota z roztavených kovov, ktorá je pod tlakom 350 tis. MPa uzavretá do tvaru gule o priemere asi 300 km. Okolo jadra je obal z roztaveného železa a niklu, ktorý vyplňuje guľu o priemere asi 6800 km (od stredu Zeme). Medzi obalom a pevnou zemskou kôrou je asi 2900 km široká hrubá vrstva tvorená žeravými nerastami, ktorých teplota v mieste kde sa stretáva s pevnou zemou asi 10000C. Za tým nasleduje 30 až 60 km vrstva (pod oceánmi aj tenšia) zemská kôra - litosféra. Tu sa môžu nachádzať i veľké podzemné jazerá. Ak sa voda dostane do styku so žeravým obalom, zahrieva sa na vysoké teploty a niekedy sa vytvoria i veľké ložiská suchej alebo vlhkej pary. V niektorých miestach preniká táto voda alebo para na zemský povrch. S hĺbkou stúpa teplota približne na každých 30m o 10C. V hĺbke 3 km je to teda asi 1000C, v hĺbke 10 km už 3000C. Za jeden rok vyžiari Zem do okolitého prostredia teplo, k výrobe ktorého by bolo treba asi 30 mld. t najkvalitnejšieho uhlia. Zem pomaly, ale isto chladne, zmršťuje sa a tekutá žeravá hmota - magma – uniká veľkým tlakom z jej vnútra na povrch, kde spôsobuje nepredstaviteľné škody. Funkciu poistných ventilov majú sopky.
Obr. 15 Rozdelenie oblastí vo vnútri Zeme. 1- jádro, 2- kovové žeravé jádro Ni-Fe 10 (až 11 g/cm3), 3- medzivrstva (5-6 g/cm3), 4- horninový plášť (2,7-4,75g/cm3), 5- zemská kôra. Geotermické ložiská, čiže miesta s vysokou úrovňou geotermálnej energie delíme na: 1. Polia s vysokou hladinou termálnej vody. Tieto polia charakterizuje normálny geotermický gradient, pričom zdroj tepla neexistuje. Sú to miesta s vhodným geologickým podložím s jedným alebo viacerými zlomami. Najčastejšou formou geotermických polí sú :
z hĺbky na zemský povrch
odplyňovaním horúcej magmy alebo vyparovaním povrchovej vody
polia môžeme rozdeliť na:
horninách vo forme pary. Ohriata para sa potom sústreďuje v rezervoári. - hypertermické polia mokré, kedy v podzemí neexistuje forma pary. Voda sa ako kvapalina dostáva na povrch a následkom poklesu tlaku sa na povrchu časť vody premení na paru. Všeobecne je vznik hypertermických polí podmienený vhodným geologickým zložením hornín, silným termickým zdrojom a stále sa obnovujúcim množstvom vody.
Para využívajúca sa na výrobu elektrickej energie obsahuje množstvo prímesí, kyslých plynov a piesku, ktoré koróziou ohrozujú funkčnosť turbíny. Preto je nutné paru pred akýmkoľvek využitím odfiltrovať. Z hypertermických polí sa získava prehriata para, pričom teplota horúcej vody pod tlakom je väčšia ako teplota pary pri atmosférickom tlaku. Aby bolo využitie tejto formy energie efektívnejšie, mokrá para sa v zásobníku niekoľkokrát separuje z tekutej vody. Takto upravená para sa už môže bezprostredne využívať na pohon turbíny, pričom v parovode dosahuje rýchlosť okolo 200 km.hod-1. Vzhľadom na vhodnú geografickú stavbu podložia je geotermálna energia využívaná na výrobu elektrickej energie iba na niekoľkých miestach sveta. Medzi lokality s najvyšším inštalovaným výkonom patrí Larderello (Taliansko, 450 MW), Wairakei (Nový Zéland,160MW) a kalifornská “Centrála gejzírov” (USA, 2000 MW). Ďalšou reálnou možnosťou využitia geotermálnej energie je vykurovanie bytov a iných objektov, skleníkov bazénov a rybníkov. Prím v tejto oblasti patrí Islandu, kde dnes 80% budov hlavného mesta Reykjavík je vykurovaných práve horúcou parou pochádzajúcou z vnútra Zeme. Ďalším príkladom je francúzsky Coulomniers, kde termálnou vodou s teplotou T=85 ° C je vyhrievaných 1100 bytov a mestská nemocnica so 450 lôžkami. Tab.4: Využitie geotermálnej energie vo svete.
Významnú úlohu pri využívaní tepla Zeme majú tepelné čerpadlá. Najjednoduchším a zároveň najznámejším tepelným čerpadlom je obyčajná chladnička, ktorá prečerpáva teplo z nižšej teplotnej hladiny (asi 3° C vnútri chladničky) na vyššiu teplotnú hladinu (asi 30-50 ° C na zadnej strane), ktorá vyhrieva kuchyňu. Teda tepelné čerpadlá ochladzujú zdroj tepla (vzduch, vodu, pôdu ) a získané teplo odovzdávajú okoliu. Princíp fungovania tepelného čerpadla názorne ukazuje Obr.16. Tepelné čerpadlo funguje v podstate podobne ako chladiaci stroj, rozdiel je len vo využití energetických tokov. Vo výparníku sa teplom vhodného zdroja odparuje chladiaca zmes, čím sa zdroj tepla ochladí o Q1. V kondenzátore sa musí táto chladiaca zmes opäť skvapalniť. Robí sa to pomocou kompresora. Na to, aby sa chladiaca zmes v kompresore stlačila, je treba dodať energiu Pel, pričom sa zvýši teplota stlačenej zmesi. V kondenzátore odovzdá ohriata chladiaca zmes energiu Q2 vode v topnom systéme, čo má za následok kondenzáciu chladiacej zmesi. Posledným krokom premeny je zníženie tlaku kondenzovanej chladiacej zmesi pri prechode škrtiacim ventilom. Z termodynamického hľadiska (ak zanedbáme straty spôsobené okolím) platí: Q2 = Q1 + Pel Efektivita kompresného tepelného čerpadla charakterizuje výkonové číslo b definované vzťahom :
Takto definované výkonové číslo sa pre tepelné čerpadlá pohybuje v rozmedzí od asi 3 do 6. To znamená, že tepelné čerpadlo s výkonovým číslom napr. b = 3 spotrebuje na svoju prevádzku 1 kWh elektrickej energie a dodá 3kW tepla. Z uvedeného je zrejmé, že čím menší teplotný rozdiel musí čerpadlo prekonávať, tým má vyššiu efektivitu. Preto sa v praxi tepelné čerpadlá kombinujú s podlahovým teplovzdušným kúrením, ktoré využíva teplonosné médium (voda, vzduch) s teplotou 50-55 ° C ( u klasických radiátorov 80-90 ° C ). Výhodným, no zároveň dosť ekonomicky náročným, sa javí odber tepla pomocou tepelného čerpadla z dvoch geotermických miest (geotermálne vrty, studne, pôda, vodné nádrže, vzduch) s rôznou intenzitou, pričom jedno miesto slúži ako zdroj tepla a druhé ako chladič (systémy s “Hot Dry Rock” ).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Geotermálna energia, tiež vnútorné teplo Zeme, je iba časťou
energie, ktorou disponuje naša planéta. Navonok sa prejavuje mechanicky (zemetrasenia,
vrásnenia horských masívov) alebo tepelne (sopky, gejzíry a horúce pramene).
Už z toho je vidieť aké množstvo energie skrýva Zem vo svojom vnútri.
Posledná aktualizácia: 09.02.2001