Шахтёрам давно известно: чем глубже, тем жарче. Горячие источники, гейзеры и вулканы напоминают о том же. Земля внутри горячая, и это тепло непрерывно, хотя и медленно, просачивается к поверхности. В отличие от солнца и ветра, оно не зависит ни от погоды, ни от времени суток.
Почему внутри Земли жарко
Причин две. Первая — тепло, оставшееся со времён образования планеты, когда она собиралась из сталкивающихся тел и разогревалась. Вторая — распад радиоактивных элементов в горных породах: урана, тория, калия. Их там немного, но Земля велика, а породы плохо проводят тепло, так что оно накапливается.
В среднем температура растёт на двадцать пять — тридцать градусов на каждый километр глубины. Но это именно среднее. В местах, где земная кора тоньше или разломана, где в геологически близкое к нам время действовали вулканы, горячие породы подходят близко к поверхности. Такие области тянутся вдоль границ литосферных плит: Исландия, Италия, Япония, Новая Зеландия, запад Северной Америки, Камчатка и Курилы.
Электричество из пара
Там, где подземные воды нагреты выше ста пятидесяти — двухсот градусов, можно строить электростанции. Бурят скважины, по ним поднимается пар или перегретая вода, пар вращает турбину. Отработанную воду обычно закачивают обратно в пласт, чтобы он не истощался.
Впервые электричество из подземного пара получили в Италии в начале XX века: небольшой генератор зажёг несколько ламп, а через несколько лет там заработала настоящая станция. В СССР первая геотермальная электростанция появилась на Камчатке в 1960-х годах.
Если вода недостаточно горяча, применяют другую схему: её теплом испаряют вспомогательную жидкость с низкой температурой кипения, и турбину вращает уже её пар. Это позволяет использовать более скромные месторождения.
Тепло для домов
Гораздо шире подземное тепло применяют напрямую, без превращения в электричество. Горячая вода из скважин идёт в батареи, теплицы, бассейны, рыбоводные хозяйства. В Исландии так отапливается подавляющая часть жилья, и даже тротуары кое-где подогревают, чтобы не образовывался лёд.
Есть способ, доступный почти везде, — тепловой насос. На глубине в несколько метров температура грунта круглый год почти постоянна. Зимой она выше, чем у наружного воздуха, летом ниже. Тепловой насос работает как холодильник наоборот: забирает тепло у грунта и переносит его в дом, тратя на это в несколько раз меньше электричества, чем потребовал бы обычный электронагреватель. Летом тот же прибор может охлаждать помещение.
Что сдерживает геотермальную энергетику
- География. Удобные месторождения с высокой температурой редки и привязаны к определённым районам.
- Стоимость бурения. Глубокая скважина дорога, а результат заранее не гарантирован: нужного количества горячей воды может не оказаться.
- Состав вод. Подземные воды часто содержат растворённые соли и газы, включая сероводород. Они разъедают трубы и требуют очистки.
- Истощение. Если отбирать тепло быстрее, чем оно поступает из глубины, месторождение остывает. Поэтому важно возвращать воду в пласт и не превышать разумный темп.
Инженеры работают над тем, чтобы обойти первое ограничение: бурить глубже, туда, где горячо повсеместно, и создавать в сухих горячих породах искусственную систему трещин, по которой можно прокачивать воду. Такие проекты пока находятся на стадии опытов; среди трудностей — высокая цена и риск вызвать слабые подземные толчки.
Тихий источник
Геотермальная станция занимает мало места, работает круглосуточно и почти ничего не выбрасывает в воздух. Там, где недра горячи у самой поверхности, это один из самых удобных источников энергии. В остальном мире подземное тепло пока используют скромнее — через тепловые насосы и отдельные скважины. Но запас его под ногами огромен, и вопрос только в том, как до него дотянуться без чрезмерных затрат.
