Quyosh energiyasini konversiyalashning fizik asoslari

Shamol xususiyatlari

Bizni qiziqtirgan shamol parametrlari, qoida tariqasida, aeroportlar va shaharlar yaqinidagi ob-havo stantsiyalarida 10 m standart balandlikda qayd etiladi, ya'ni. joylar, ehtimol, shamoldan eng ko'p himoyalangan. Shuning uchun bu ma'lumotlardan faqat ko'rib chiqilayotgan hududning shamol energetika resurslarini taxminiy baholash uchun foydalanish mumkin, ammo ular shamol turbinasining optimal dizaynini tanlash kabi aniq texnik qarorlarni qabul qilish uchun etarli emas. Bu, qoida tariqasida, yilning turli oylarida ko'proq relef nuqtalarida va turli balandliklarda batafsilroq kuzatishlarni talab qiladi.
Shamol tezligi ob-havo xizmatlari bo'yicha tarixiy ravishda o'rnatilgan Beaufort shkalasi bo'yicha tasniflanadi, bu vizual kuzatishlarga asoslangan. Standart meteorologik o'lchovlar uchun shamol tezligi 10 metr balandlikda joylashgan anemometrning ko'rsatkichlarini 10 daqiqalik vaqt oralig'ida o'rtacha hisoblash yo'li bilan aniqlanadi. Ushbu o'lchovlar har soatda takrorlanishi mumkin, lekin odatda ular kamroq amalga oshiriladi, shuning uchun shamol tezligi va yo'nalishidagi tebranishlarni aniqlash qiyin, bu shamol turbinalarining xususiyatlarini hisoblash uchun zarurdir.
Shamolning yo'nalishi shamol esadigan kardinal yo'nalish bilan belgilanadi. Shamol yo'nalishi ob-havo ma'lumotlari odatda turli yo'nalishlarda o'rtacha shamol tezligini ko'rsatadigan shamol guli shaklida taqdim etiladi .
Shamol turbinalari tog'li hududlarda, binolar yoki boshqa shamol turbinalari yaqinida joylashganida, shamol yo'nalishi haqidagi ma'lumotlar juda muhimdir. ba'zi shamol yo'nalishlari bilan ularning soyalanishi mumkin bo'lgan hollarda.
Shamol parametrlarining balandlikka bog'liqligi. Turli balandliklarda shamol tezligi har xil, tabiiyki, turli balandliklarda joylashgan shamol turbinalariga shamolning ta'siri ham har xil. Yer yuzasida (z=0) shamol tezligi doimo nolga teng. Keyin, bu joyda joylashgan turli xil to'siqlar (binolar, daraxtlar va boshqalar) balandligiga teng balandlikka qadar shamol tezligi juda murakkab tarzda oshadi, uning yo'nalishi deyarli tasodifiy o'zgarishi mumkin.
Shu sababli, shamol g'ildiragi mahalliy to'siqlardan etarlicha baland bo'lishi kerak, shunda shamol oqimi kuchli, bir xil va tezligi va yo'nalishi bo'yicha minimal tebranishlar bilan bo'lishi kerak va shamol turbinasini joylashtirish uchun eng yaxshi joy silliq, gumbazli, soyasiz tepalikdir. . Umuman olganda, shamol turbinasi bir necha yuz metr radiusda dalalar yoki suv yuzasi bilan o'ralgan bo'lishi maqsadga muvofiqdir. Qoida tariqasida, shamol turbinalarining boshlari 5 dan 50 m gacha balandlikda joylashgan.
Shamol parametrlarining o'z vaqtida o'zgarishi. Shamol turbinalaridan amaliy foydalanishda, masalan, yiliga shamol turbinasi ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan umumiy energiya miqdorini emas, balki doimiy ravishda ta'minlaydigan quvvatni bilish muhimdir.
Kuchli shamol bilan, masalan, 12 m / s dan ortiq shamol turbinalari etarli darajada elektr energiyasini ishlab chiqaradi va ko'pincha uni tashlab yuborish yoki saqlash kerak. Uzoq muddatli sokin yoki engil shamollar davrida qiyinchiliklar tabiiy ravishda paydo bo'ladi.
shamol tezligi 5 m / s dan kam bo'lgan hududlarni shamol turbinalari uchun yaroqsiz deb hisoblashi va tezligi 8 m / s dan yuqori bo'lgan hududlarni juda yaxshi deb hisoblashi shamol energiyasi uchun qonundir . Ammo bundan qat'i nazar, barcha holatlarda mahalliy ob-havo sharoitlariga nisbatan shamol turbinasi parametrlarini sinchkovlik bilan tanlash kerak.
Shamol energiyasi resurslari
Shamol energiyasining uch turini ajratib ko'rsatish kerak:
 tabiiy resurslar (nazariy salohiyat);
 amaliy foydalanish uchun yaroqli resurslar (texnik salohiyat);
 iqtisodiy resurslar (iqtisodiy salohiyat).
Shamol energiyasining tabiiy manbai uning tarkibidagi kinetik energiyadir. Tabiat qonunlari va texnologik taraqqiyotning hozirgi darajasiga ko'ra foydali energiyaga aylantirilishi mumkin bo'lgan shamol kinetik energiyasining eng katta ulushini amaliy foydalanish uchun mos resurslar tashkil etadi. An'anaviy energiya manbalariga nisbatan iqtisodiy jihatdan oqlangan narxda an'anaviy energiyaga aylantirilishi mumkin bo'lgan energiya ulushi iqtisodiy resurslar deb ataladi.

.2 Shamol resurslarini baholash

Havo oqimining birlik massasining kinetik energiyasi v2/2 ga teng, A maydonining ma'lum kesimidan o'tadigan massa oqimi tezligi r Av. Nazariy mavjud havo oqimi kuchi ushbu ikki miqdorning mahsulotidir:

bu erda v - havo harakati tezligi,

r - uning zichligi.
Agar A diametri D bo'lgan shamol g'ildiragi pichoqlari bilan tasvirlangan doira maydoni bo'lsa, unda:

va mavjud quvvat:

Haqiqiy mavjud quvvatni quyidagi shaklda ifodalash qulay:

bu erda Kg shamol energiyasidan foydalanish koeffitsienti, shamol dinamikasi va rotor tizimining samaradorligini hisobga olgan holda.

Harakatlanuvchi havo oqimidan olinadigan maksimal energiya miqdori, bu nazariy jihatdan mavjud energiyaning 0,59259 ni tashkil qiladi. Bunday energiya miqdorini faqat pichoqlarning mukammal dizayni bilan olish mumkin va pichoqlar uchlari harakat tezligi shamol tezligidan olti barobar ko'p bo'lishi kerak. Har qanday havo generatori Vn minimal (boshlang'ich) tezligidan boshlab va nominal ish tezligi Vnom bilan tugaydigan shamol tezligining ma'lum diapazonida ishlashi mumkin. Odatda, Vnom va Vn nisbati 2 va 3 orasida. Agar pichoq burchagi Vnom dan kattaroq shamol tezligida o'zgartirilishi mumkin bo'lsa, tizim ishlab chiqarilgan quvvatning nominal energiyasida ishlashni davom ettirishi mumkin va tezlik chegarasi faqat bog'liq . dizayn. Ba'zi tizimlarda shamol g'ildiragining yuqori shamol tezligida sinishiga yo'l qo'ymaslik uchun u shamol ostidan butunlay chiqariladi.
Ko'pgina zamonaviy shamol turbinalari uchun quvvatni shamol g'ildiragi milidan generator chiqishiga o'tkazishda samaradorlik 75% ga etadi. Oddiy atmosfera bosimi (1000 Pa) va 290K haroratda havo zichligi p = 1,201 .kg / m3 ekanligini hisobga olib, shamol g'ildiragidan generatorga quvvat o'tkazishda samaradorlik 75% ni tashkil qiladi, olamiz:

Shamol turbinasining ustun balandligining uning ishlashiga ta'siri sezilarli bo'lishi mumkin. Shamol turbinasini o'rnatish uchun ideal joy uzun, yumshoq tepalikdir[24].

.3 Shamol energiyasi asoslari

Shamol turbinasi quvvati

Shamol energetikasi o'zining zamonaviy texnik jihozlariga ega bo'lgan energetikaning yaxshi yo'lga qo'yilgan tarmog'idir.
r da shamol g'ildiragining supurish maydoni A kuchga ega ekanligi ko'rsatilgan :
=CpA r (ru3/2)
Bu erda Cp - shamol g'ildiragi tomonidan shamol oqimi energiyasidan foydalanish samaradorligini tavsiflovchi parametr va quvvat omili deb ataladi.
Tenglamadan ko'rinib turibdiki, quvvat P supurilgan maydon A va u tezlik kubiga proportsionaldir. Quvvat omili Cp shamol g'ildiragining dizayni va shamol tezligiga bog'liq.
Shamol tezligi doimiy emasligi va quvvat tezligiga juda bog'liqligi sababli, shamol g'ildiragining optimal dizaynini tanlash asosan energiya iste'molchisining talablari bilan belgilanadi.
Odatda, shamol g'ildiragining birlik maydonidan olinadigan o'rtacha yillik quvvat Cp, havo zichligi va o'rtacha tezlik kubiga mutanosibdir, ya'ni.

P ~ Cp p (u)3.

Shamol elektr stantsiyasining (WPP) maksimal loyiha quvvati ba'zi bir standart shamol tezligi uchun aniqlanadi. Odatda, bu tezlik taxminan 12 m / s ni tashkil qiladi, 1 m2 supurilgan maydondan chiqarilgan quvvat esa 0,35 dan 0,45 gacha bo'lgan Cp qiymatida taxminan 300 Vtni tashkil qiladi.

Shamol sharoiti qulay bo'lgan hududlarda o'rtacha yillik elektr energiyasi ishlab chiqarish uning maksimal loyiha qiymatining 25-33% ni tashkil qiladi.
Shamol energiyasi asrlar davomida tegirmonlar va suv nasoslari kabi mexanik dasturlarda ishlatilgan. Neft narxining keskin ko'tarilishidan keyin bunday qurilmalarga qiziqish yana kuchaydi va ularni boshqarish va boshqarish uchun mikroelektronikadan keng foydalangan holda ko'plab zamonaviy shamol turbinalari qurildi.
Shamol turbinalarini loyihalashning asosiy shartlaridan biri ularni juda kuchli tasodifiy shamol shamollari tomonidan vayronagarchilikdan himoya qilishni ta'minlashdir: Shamol yuklari shamol tezligi kvadratiga proportsionaldir va har 50 yilda bir marta 5 tezlikda shamollar bo'ladi. -O'rtacha ko'rsatkichdan 10 baravar yuqori, shuning uchun o'rnatishlar juda katta xavfsizlik chegarasi bilan ishlab chiqilishi kerak.
Bundan tashqari, shamol tezligi vaqt o'tishi bilan sezilarli darajada o'zgarib turadi, bu charchoqning buzilishiga olib kelishi mumkin va pichoqlar uchun o'zgaruvchan tortishish yuklari ham muhimdir [25].

.4 Shamol turbinalarining tasnifi

Shamol elektr stantsiyalari ikkita asosiy xususiyatga ko'ra tasniflanadi - shamol g'ildiragining geometriyasi va uning shamol yo'nalishiga nisbatan joylashishi. 6.2-rasmda. havo oqimining shamol turbinasi pichog'i va hosil bo'lgan kuchlar bilan o'zaro ta'sirini ko'rsatadi.

U tezlikda havo oqimi oqib, v tezlik bilan harakatlanuvchi pichoqqa tushsin va u holda pichoqqa nisbatan oqim tezligi vr bo'ladi. Oqim pichoq bilan o'zaro ta'sir qilganda, quyidagilar yuzaga keladi:
) qarshilik kuchi FD, kelayotgan oqimning nisbiy tezligi vektoriga parallel vr;
) FD kuchiga perpendikulyar FL ko'tarish kuchi. Bu atamadagi "ko'tarish" so'zi, albatta, aerodinamikadagi kabi, bu kuchning yuqoriga yo'naltirilganligini anglatmaydi;
) pichoq atrofidagi oqimning aylanishi. Natijada, bu shamol g'ildiragi tekisligi orqasida havo oqimining aylanishiga, ya'ni kelayotgan oqimning tezlik vektoriga nisbatan aylanishiga olib keladi;
) oqimning turbulentligi, ya'ni uning tezligining kattaligi va yo'nalishi bo'yicha xaotik buzilishlari. Turbulentlik g'ildirak orqasida ham, uning oldida ham sodir bo'ladi , natijada pichoq ko'pincha boshqa pichoqlar tomonidan turbulent oqimda o'zini topadi;
) kelayotgan oqimga to'siq. Bu xususiyat geometrik to'ldirish deb ataladigan parametr bilan tavsiflanadi va pichoqlar proektsiyalari maydonining oqimga perpendikulyar tekislikdagi ular tomonidan olib tashlangan maydonga nisbatiga teng. Shunday qilib, masalan, bir xil pichoqlar bilan, to'rt pichoqli g'ildirak ikki pichoqliga qaraganda ikki baravar ko'p geometrik to'ldirishga ega.
Gorizontal o'qi bo'lgan shamol g'ildiragi.
Keling, gorizontal eksenel pervanel tipidagi shamol turbinalarini ko'rib chiqaylik. Ushbu turdagi g'ildirak uchun asosiy aylanish kuchi ko'tarilishdir. Shamolga nisbatan, ish holatidagi shamol g'ildiragi qo'llab-quvvatlash minorasi oldida yoki uning orqasida joylashgan bo'lishi mumkin. Old holatda shamol g'ildiragi aerodinamik stabilizatorga yoki uni ish holatida ushlab turadigan boshqa qurilmaga ega bo'lishi kerak. Orqa joyda minora shamol g'ildiragini qisman to'sib qo'yadi va kiruvchi oqimni turbulizatsiya qiladi. G'ildirak bunday sharoitlarda ishlaganda, tsiklik yuklar, shovqinning kuchayishi va shamol turbinasi chiqish parametrlarining o'zgarishi sodir bo'ladi. Shamol yo'nalishi juda tez o'zgarishi mumkin va shamol g'ildiragi bu o'zgarishlarni aniq kuzatishi kerak. Shuning uchun 50 kVt dan ortiq quvvatga ega shamol turbinalarida bu maqsadda elektr servomotorlar qo'llaniladi.
Shamol energiyasi generatorlarida odatda ikki va uch qanotli shamol g'ildiraklari ishlatiladi, ikkinchisi juda silliq yugurish bilan ajralib turadi. Elektr generatori va uni shamol g'ildiragi bilan bog'laydigan vites qutisi odatda aylanadigan boshdagi qo'llab-quvvatlovchi minoraning tepasida joylashgan. Asos sifatida, ularni pastki qismga joylashtirish qulayroqdir, ammo momentni uzatishda yuzaga keladigan qiyinchiliklar bunday joylashtirishning afzalliklarini qadrsizlantiradi. Yengil shamollarda yuqori momentni rivojlantiradigan ko'p qanotli g'ildiraklar suvni quyish va shamol g'ildiragining yuqori tezligini talab qilmaydigan boshqa maqsadlar uchun ishlatiladi.
Vertikal o'qi bo'lgan shamol turbinalari.
Vertikal aylanish o'qi bo'lgan shamol energiyasi generatorlari geometriyasi tufayli shamolning istalgan yo'nalishida ish holatidadir.
Bunga qo'shimcha ravishda, bunday sxema faqat milni uzaytirish tufayli minoraning pastki qismida generatorlar bilan vites qutisini o'rnatishga imkon beradi. Bunday o'rnatishning asosiy kamchiliklari:
 ularda tez-tez sodir bo'ladigan o'z-o'zidan tebranish jarayonlari tufayli charchoq etishmovchiligiga ko'proq moyillik
 Jeneratorning chiqish parametrlarida kiruvchi to‘lqinlar paydo bo‘ladigan moment to‘lqini.
Shu sababli, shamol energiyasi generatorlarining katta qismi gorizontal o'q sxemasiga muvofiq ishlab chiqariladi, ammo vertikal o'qli qurilmalarning har xil turlari bo'yicha tadqiqotlar davom etmoqda.
Vertikal eksa o'rnatish turlari
Stakan rotori (anemometr)
Ushbu turdagi shamol g'ildiragi qarshilik kuchi bilan aylanadi. Piyola shaklidagi pichoqning shakli g'ildirak tezligining shamol tezligiga deyarli chiziqli bog'liqligini ta'minlaydi.
Savonius rotori
Bu g'ildirak ham qarshilik va qisman reaktiv kuchlar bilan aylanadi. Uning pichoqlari nozik kavisli to'rtburchaklar choyshablardan yasalgan, ya'ni ular oddiy va arzon. Tork, unga nisbatan konkav va kavisli rotor pichoqlari tomonidan havo oqimiga ta'minlangan turli qarshilik tufayli hosil bo'ladi. Katta geometrik plomba tufayli bu shamol g'ildiragi katta momentga ega va suvni quyish uchun ishlatiladi.
Rotor Daria
Moment aerodinamik profilga ega bo'lgan ikki yoki uchta yupqa kavisli rulmanli yuzalarda yuzaga keladigan ko'tarish kuchi bilan hosil bo'ladi. Pichoq kelayotgan havo oqimini yuqori tezlikda kesib o'tganda, ko'tarish kuchi maksimal bo'ladi. Darrieus rotori shamol energiyasi generatorlarida qo'llaniladi. Qoida tariqasida, rotor o'z-o'zidan aylana olmaydi, shuning uchun uni ishga tushirish uchun odatda dvigatel rejimida ishlaydigan generator ishlatiladi.
Rotor Musgrove
Ushbu shamol turbinasining pichoqlari ish holatida vertikal holda joylashgan, lekin o'chirilganda gorizontal o'q atrofida aylanish yoki burish qobiliyatiga ega. Musgrove rotorlarining turli xil variantlari mavjud, ammo ularning barchasi kuchli shamolda yopiladi.
Evans rotori
Ushbu rotorning pichoqlari favqulodda vaziyatda va nazorat paytida vertikal o'q atrofida aylanadi.
7-bob Geotermal energiya

.1 Yer qobig'ining issiqlik rejimi

Geotermal (yunoncha «geo» — yer va «termo» — issiqlik soʻzlaridan) — yer qobigʻining va butun Yerning issiqlik holatini, uning geologik tuzilishiga, togʻ jinslarining tarkibiga bogʻliqligini oʻrganuvchi fan sifatida tushuniladi. magmatik jarayonlar va boshqa bir qator omillar.

Er sharining termal holatining mezoni sirt harorati gradienti bo'lib, bu Yerning issiqlik yo'qotilishini baholashga imkon beradi. Gradientni katta chuqurlikka ekstrapolyatsiya qilish orqali yer qobig'ining harorat holatini ma'lum darajada taxmin qilish mumkin. Harorat 1°C ga ko‘tarilgan chuqurlikka metrlarda mos keladigan qiymat geotermik qadam deb ataladi.[7]
Quyosh nurlanishi intensivligining o'zgarishi tufayli yer qobig'ining dastlabki 1,5-40 m issiqlik rejimi kunlik va yillik tebranishlar bilan tavsiflanadi. Bundan tashqari, uzoq muddatli va dunyoviy harorat o'zgarishlari sodir bo'ladi, ular chuqurlik bilan asta-sekin yo'qoladi. Har qanday chuqurlikda jinslarning harorati (T) taxminan formula bilan aniqlanishi mumkin

Bu erda tv - ma'lum bir hududning o'rtacha havo harorati; harorat aniqlanadigan chuqurlik; doimiy yillik haroratlar qatlamining chuqurligi;

s - geotermik qadam.
Geotermal qadamning o'rtacha qiymati 33 m ni tashkil qiladi va doimiy harorat zonasidan chuqurlashishi bilan har 33 m uchun harorat 1 ° C ga ko'tariladi.
Geotermal sharoit juda xilma-xildir. Bu Yerning ma'lum bir mintaqasining geologik tuzilishi bilan bog'liq. 2-3 m chuqurlikda haroratning 1 ° S ga ko'tarilishi holatlari ma'lum.Bu anomaliyalar odatda zamonaviy vulkanizm hududlarida uchraydi. 400-600 m chuqurlikda ba'zi hududlarda, masalan, Kamchatkada harorat 150-200 ° S yoki undan ko'proqqa etadi. Hozirgi vaqtda er qobig'ining yuqori zonasining etarlicha chuqur muzlashi haqida ma'lumotlar olingan. Permafrost zonasida olib borilgan geotermal kuzatuvlar muzlatilgan jinslarning qalinligi 1,5 ming m ga etishini aniqlashga imkon berdi.Shunday qilib, Marki daryosi (Vilyuy irmog'i) mintaqasida 1,8 ming m chuqurlikdagi harorat faqat. 3,6 ° S. Bu yerda geotermal qadam 1 °C uchun 500 m. Hududning alohida platforma qismlarida (Rossiya platformasida) chuqurlikdagi harorat taxminan quyidagicha: 500 m - 20 ° C dan yuqori emas, 1 ming m - 25-35 ° S; 2 ming m - 40-60 ° S gacha; 3-4 ming m - 100 ° S gacha va undan ko'p.
.2.Yer osti termal suvlari (gidrotermlar)
Yer qobig'ida harakatchan va o'ta issiqlik ko'p energiya tashuvchisi - suv mavjud bo'lib, u yuqori geosferalarning issiqlik balansida muhim rol o'ynaydi. Suv cho'kindi qoplamining barcha jinslarini to'ydiradi. U granit va cho'kindi qobiqlarning jinslarida va ehtimol mantiyaning yuqori qismlarida joylashgan. Suyuq suv faqat 10-15 km chuqurlikda, pastda, taxminan 700 ° C haroratda, suv faqat gaz holatida bo'ladi.
50-60 km chuqurlikda taxminan 3 104 atm bosim ostida. faza chegarasi yo'qoladi, ya'ni. suv gazi suyuq suv bilan bir xil zichlikka ega bo'ladi. Yer yuzasining istalgan nuqtasida, ma'lum bir chuqurlikda, hududning geotermik xususiyatlariga qarab, termal suvlar (gidrotermlar) bo'lgan jinslar qatlamlari mavjud. Shu munosabat bilan er qobig'ida shartli ravishda "gidrotermal qobiq" deb ataladigan yana bir zonani ajratib ko'rsatish kerak. Uni butun dunyo bo'ylab faqat turli xil chuqurliklarda kuzatish mumkin . Zamonaviy vulkanizm hududlarida gidrotermal konvert ba'zan yuzaga chiqadi. Bu yerda siz nafaqat issiq buloqlar, qaynayotgan griffinlar va geyzerlarni, balki 180-200 ° S va undan yuqori haroratli bug'-gaz oqimlarini ham topishingiz mumkin. Er osti suvlarining harorati keng diapazonda o'zgarib turadi, bu ularning holatini keltirib chiqaradi, tarkibi va xususiyatlariga ta'sir qiladi. Sovutish suvining haroratiga ko'ra, barcha geotermal manbalar epitermik, mezotermik va hipotermiklarga bo'linadi [27].
Epitermik manbalarga, odatda, tuproq suvi kirib boradigan cho'kindi jinslarning yuqori qatlamlarida joylashgan 50-90 ° S haroratli issiq suv manbalari kiradi.
Mezotermal buloqlarga suv harorati 100-200 ° S bo'lgan buloqlar kiradi.
Hipotermik buloqlarda yuqori qatlamlardagi harorat 200 ° C dan oshadi va amalda tuproq suvidan mustaqildir.
Termal suvlarning kelib chiqishi termal markazlarning faoliyati bilan bog'liq bo'lishi mumkin, lekin ko'pincha suv u yoki bu tarzda tosh qatlamiga tushib, issiqlik oqimi bilan aloqa qilguncha yoki asta-sekin qizib ketguncha uzoq sayohat qiladi. toshlardan issiqlikni olish.
Suv va issiqlikning suyuq fazasi faqat bir xil manbadan kelib chiqishi mumkin, agar u sovutuvchi magmatik eritma bo'lsa. Bug 'oqimlari ko'rinishidagi haddan tashqari qizib ketgan suv gazlar va uchuvchi komponentlar bilan birga eritmadan chiqariladi va yuqori, sovuqroq gorizontlarga shoshiladi. Allaqachon 425-375 ° S haroratda bug 'suyuq suvga kondensatsiyalanishi mumkin; uchuvchi komponentlarning aksariyati unda eriydi - "balog'atga etmagan" (birlamchi) turdagi gidrotermal eritma shunday paydo bo'ladi. "Voyaga yetmaganlar" atamasi bilan geologlar ilgari hech qachon suv aylanishida ishtirok etmagan suvlarni anglatadi; bunday gidrotermlar so'zning to'liq ma'nosida birlamchi, yangi hosil bo'lgan. Dengiz va okeanlarning butun er usti gidrosferasi sayyoramizning yosh magmatik faolligi davrida, kontinental platformalarning qattiq konsolidatsiyalangan "orollari" endi paydo bo'lgan davrda shunday shakllangan deb ishoniladi.
"Balog'atga etmagan" suvlarning to'g'ridan-to'g'ri qarama-qarshiligi infiltratsiya kelib chiqishi suvlaridir. Agar magmatik eritmadan ajraladigan "balog'atga etmagan" suvlar yer yuzasiga ko'tarilsa, unda infiltratsion suvlarning ustun harakati - sirtdan chuqurlikka. Ushbu turdagi suvning manbai atmosfera yog'inlari yoki odatda er usti suv oqimlari hisoblanadi. Tog' jinslarining g'ovak bo'shlig'i yoki yoriq zonalari orqali bu suvlar chuqurroq gorizontlarga kirib boradi (infiltrlanadi). Yo'lda ular turli xil tuzlar bilan to'yingan, er osti gazlarini eritib, isitiladi, suv o'tkazuvchi jinslardan issiqlik oladi. Infiltratsion suvlarning kirib borish chuqurligiga qarab, ular ko'proq yoki kamroq qiziydi. O'rtacha geotermal sharoitda, infiltratsiya suvlari termal bo'lishi uchun (ya'ni, 37 ° C dan yuqori haroratda) ularni 800-1000 m chuqurlikka cho'mish kerak.
Infiltratsion gidrotermlar, agar ta'minot zonasiga nisbatan pastroq joylarda yuzaga keladigan qatlamlardan chiqib ketish, yoriqlar bo'ylab suvni er yuzasiga tushirish imkoniyati mavjud bo'lsa, issiq buloqlar shaklida er yuzasiga oqib chiqishga qodir. Bundan tashqari, suvning termal bo'lib qolishi uchun uning yuzasiga ko'tarilishi juda tez sodir bo'lishi kerak, masalan, yoriqlardagi keng yoriqlar bo'ylab. Suyuqlik asta-sekin ko'tarilganda, u soviydi va to'plangan issiqlikni asosiy jinslarga beradi.
Biroq, agar quduq 3-4 ming metr chuqurlikda burg'ilangan bo'lsa va suvning tez ko'tarilishi ta'minlansa, 100 ° S gacha bo'lgan haroratli termal eritmani olish mumkin. Bularning barchasi o'rtacha geotermal parametrlarga ega bo'lgan hududlarga taalluqlidir va vulqon mintaqalari yoki yaqinda joylashgan tog 'binosi zonalariga taalluqli emas.
Termal suvlarning vulqon turini alohida ta'kidlash kerak. Yuqorida aytib o'tilganidek, vulqon mintaqalarining issiq buloqlarini butunlay "balog'atga etmagan", ya'ni magmatik deb hisoblash mumkin emas. Tadqiqot tajribasi shuni ko'rsatadiki, aksariyat hollarda vulqon issiq buloqlari suvi sirt infiltratsiyasidan kelib chiqadi. Vulkan tipidagi gidrotermlarga geyzerlardan tashqari loy grifonlari va qozonlari, bug 'ajralishlari va gaz fumarollari kiradi.
Termal suvlarning barcha sanab o'tilgan turlari turli xil kimyoviy va gaz tarkibiga ega. Ularning umumiy minerallashuvi o‘ta yangi toifalardan (0,1 g/l dan kam) o‘ta kuchli sho‘r suv toifalarigacha (600 g/l dan ortiq) o‘zgarib turadi. Gidrotermlar erigan holatda turli gazlarni o'z ichiga oladi: faol (agressiv), masalan, karbonat angidrid, vodorod sulfidi, atom vodorod va kam faol gazlar - azot, metan, vodorod.
Geotermal energiyada deyarli barcha turdagi termal suvlardan foydalanish mumkin: o'ta qizib ketgan suvlar - elektr energiyasi ishlab chiqarishda, chuchuk termal suvlar - shahar issiqlik ta'minotida, sho'r suvlar - balneologik maqsadlarda, sho'r suvlar - sanoat xom ashyosi sifatida.

.3 Termal suvlarning zahiralari va taqsimlanishi

Termal suv konlarining tarqalish joylariga quyidagilar kiradi: Tinch okeani havzasining vulqon halqasi, Alp burmalari kamari, qit'alarning rift vodiylari, o'rta okean tizmalari, platforma cho'kmalari va tog' etaklari oldingi chuqurliklari.

Ularning kelib chiqishiga ko'ra, termal suv konlarini issiqlik energiyasini uzatish usuli bilan farq qiladigan ikki turga bo'lish mumkin.
Birinchi tur er yuzasiga oqiziladigan suvlarning yuqori harorati bilan tavsiflangan konveksiya kelib chiqishi geotermal tizimlar tomonidan hosil bo'ladi. Bular nafaqat issiq suvlar, balki 200 ° C va undan yuqori haroratli bug '-suv aralashmasi paydo bo'ladigan zamonaviy yoki yaqinda so'ngan vulqonlar joylashgan hududlardir. Bugungi kunga qadar barcha geotermal elektr stantsiyalari zamonaviy vulkanizm zonalarida ishlaydi.
Konveksiya tipidagi konlar, shuningdek, faol tektonik rejim va o'rtacha ko'tarilgan geotermal gradyanlar - 45-70 ° S/km bilan xarakterlanadigan rift zonalari deb ataladigan gidrotermik ko'rinishlarni ham o'z ichiga oladi. (Rift zonalari va ular bilan bog'liq termal anomaliyalar, qoida tariqasida, juda katta masofalarga cho'zilgan. Masalan, Shimoliy Meksika termal suv havzasi Meksikaning shimoli-sharqiy qismidan Floridagacha bo'lgan 1,5 ming km ga cho'zilgan. Bu erdagi quduqlardan biri 5859 m 273 ° C haroratli bug '-suv aralashmasini beradi va bu suyuqlik yuqori bosimda chiqadi.) [28].
Ikkinchi turdagi geotermal konlar er osti suvlarining ustun o'tkazuvchan isishi bilan hosil bo'lib, chuqur platforma pastliklarida va tog' oldi chuqurliklarida to'plangan. Ular vulqon bo'lmagan hududlarda joylashgan bo'lib, oddiy geotermal gradient bilan tavsiflanadi - 30-33 ° S / km.
Neft va gaz va qisman suv uchun burg'ulash natijasida bir necha million kvadrat kilometr maydonni egallagan yuzlab er osti artezian hovuzlari topildi. Qoida tariqasida, tekislik va tog' oldi hududlarida joylashgan artezian havzalarida 3-4 km chuqurlikda 100-150 ° S haroratli suv mavjud.
Mubolag'asiz aytish mumkinki, xaritada belgilab qo'yilgan, Alp tog'lari qurilishi davrida shakllangan har qanday tog'li chuqurlikda termal suvlar havzasi mavjud. Pireney, Alp, Karpat, Qrim, Kavkaz, Kopet-Tog', Tyan-Shan, Pomir, Himoloy tog' etaklarining artezian havzalari shunday. Ushbu hovuzlarning termal suvlari qimmatbaho elementlarni olish uchun mineral xom ashyo sifatida ishlatiladigan yangi (ichimlik) dan sho'r suvgacha bo'lgan noyob turli xil kimyoviy turlarning qulayligini namoyish etadi. Ma'lum bo'lgan barcha mineral (dorivor) suvlarning yarmidan ko'pi buloq shaklida chiqariladi yoki Alp tog' etaklari va tog'lararo chuqurlikdagi quduqlar orqali chiqariladi. Tajriba shuni ko'rsatadiki, bunday kichik hovuzlarning termal suvlari amaliy maqsadlarda kompleks foydalanish uchun eng istiqbolli hisoblanadi.
Termal suv zahiralarini hisoblash qatlamlardagi gravitatsion suvlar hajmi, suvli qatlamlarning o'z hajmi va ularni tashkil etuvchi jinslarning rezervuar xususiyatlari to'g'risidagi mavjud ma'lumotlarga asoslanadi. Termal suv zahiralari suvli qatlamlarning teshiklari va yoriqlarida joylashgan, harorati 40-200 ° S, minerallashuvi 35 g / l gacha va kunduzi 3,5 ming m gacha chuqurlikda joylashgan aniqlangan termal suvlarning umumiy miqdorini ifodalaydi. .
10-15 km chuqurlikda burg'ulashning rivojlanishi bilan yuqori haroratli issiqlik manbalarini ochish uchun istiqbolli istiqbollar ochiladi. Mamlakatning ba'zi hududlarida (vulqonlardan tashqari) bunday chuqurliklarda suvning harorati 350 ° S va undan ko'proqqa yetishi mumkin.
Kristalli podval yuzaga chiqadigan hududlar (Boltiqbo'yi, Ukraina, Anabar qalqonlari) va baland tog'li tuzilmalarda (Ural, Kavkaz, Karpat va boshqalar) termal suvlarning zaxiralari mutlaqo yo'q. Erto'la cho'kish joylarida, ya'ni cho'kindi qoplamining qalinligi oshishi bilan platformalarda 35-40 ° C gacha va chuqur tog' etaklarida 100-120 ° S gacha bo'lgan er osti qatlamida biroz "isish" kuzatiladi.
Kuril-Kamchatka vulqon zonasi, shubhasiz, erning ichki qismi eng "issiq" bo'lgan mintaqalar qatoriga kiradi. Bu erda tog' jinslari va ulardagi suvlarning isishi nafaqat ularning paydo bo'lish chuqurligiga, balki ko'proq vulqon markazlari va er qobig'idagi yoriqlarga yaqinligiga bog'liq.
Shunday qilib, tog 'jinslarining va shunga mos ravishda suvlarning harorati paydo bo'lish chuqurligiga va katta yoki kamroq geotermal faollik bilan tavsiflangan maydonga bog'liq.

.4 Geotermal energiyadan bevosita foydalanish

Vulkanik mintaqalardagi geotermal stansiyalar 0,5-3 km chuqurlikdagi tabiiy yer osti yoriqli kollektorlardan olinadigan bug'-suv aralashmasi konlariga asoslanadi. Bug '-suv aralashmasining o'rtacha quruqlik darajasi 0,2-0,5 va entalpiyasi 1500-2500 kJ / kg. O'rtacha bitta qazib olish qudug'i 3-5 MVt elektr energiyasini ta'minlaydi, burg'ulashning o'rtacha qiymati har bir metr uchun 900 dollarni tashkil qiladi.

.5 Turar-joy va sanoat binolarini issiqlik bilan ta'minlash uchun geotermal energiyadan foydalanish

Issiq termal suv ham, issiq suv ham turar-joy va sanoat binolarini isitish va issiq suv bilan ta'minlash uchun keng qo'llanilishi mumkin.

Ikkinchi holda, u qozon suvini oldindan isitish yoki issiqlik pompasida issiqlik manbai sifatida xizmat qiladi.
Turar-joy va sanoat binolarini isitish va issiq suv bilan ta'minlash uchun kamida 50-60 ° S suv harorati talab qilinadi.

Termal suvlardan eng oqilona foydalanish izchil va x ishlashi bilan amalga oshirilishi mumkin: dastlab isitishda, keyin esa issiq suv ta'minotida. Ammo bu ba'zi qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi, chunki issiq suvga bo'lgan ehtiyoj yil davomida nisbatan doimiy bo'lib, isitish mavsumiy bo'lsa-da, bu hududning iqlim sharoitiga, tashqi havo haroratiga, yil va kun vaqtiga bog'liq.

8-bob. “Okean energiya resurslari”

.1 Okeanning qayta tiklanadigan energiya balansi

Jahon okeaniga kiradigan energiyaning asosiy ulushi uning quyosh radiatsiyasini singdirish natijasidir. Energiya okeanga kosmik jismlar va sayyora suv massalarining gravitatsiyaviy o'zaro ta'siri natijasida ham kiradi, bu suv toshqini hosil qiladi va sayyora tubidan issiqlik oqimi. Jahon okeanining yuzasi butun sayyora yuzasining taxminan 70% ni egallaydi va taxminan 360 million km2 ni tashkil qiladi. Bu sirtning ko'p qismi doimiy muzsiz va quyosh nurlarini yaxshi o'zlashtiradi. Okean suvida quyosh radiatsiyasining taxminan 65% suv ustunining birinchi metri va 90% gacha o'n metrli qatlam tomonidan so'riladi. Kunduzi, past kengliklarda, issiqlik o'tkazuvchanligi va turbulent aralashtirish jarayonlari tufayli suv taxminan 10 m yoki undan ko'proq isiydi (erning qattiq yuzasi 0,5 m dan oshmaydi).

Okean tomonidan saqlanadigan issiqlik qisman uzun to'lqinli nurlanish shaklida bo'ladi[31].
(l > 10 mkm) qayta chiqariladi va issiqlik o'tkazuvchi chegara qatlami va bug'lanish tufayli qisman atmosferaga o'tadi. Ushbu jarayonlarning nisbiy roli sayyoramizning turli mintaqalari uchun har xil, ammo 70 ° shimoliy kengliklarda. 70 ° S gacha taxminan bir xil qiymatlar bilan tavsiflanadi: atmosfera va kosmosga uzoq to'lqinli nurlanish 41%; issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli atmosferaga issiqlik uzatish 5%; bug'lanish yo'qotilishi 54%.
Havo va suv massalarining harakati tufayli okean tomonidan to'plangan energiya butun sayyora bo'ylab tarqaladi. Bundan tashqari, ekvatordan 70 ° N gacha bo'lgan hududda. sh. - issiqlikning o'rtacha 40% okean oqimlari tomonidan tashiladi; va 20 ° s da. sh.- energiyani uzatishda okeanning hissasi 74% gacha. Har yili okean yuzasidan taxminan 1 m qalinlikdagi (taxminan 340 1012 tonna) suv qatlami bug'lanadi va daryolar, muzliklar va boshqalar oqimi bilan 36 1012 tonna suv qaytib keladi. Umumiy quyosh radiatsiyasining taxminan 2/3 qismi okean va quruqlik yuzasida turli xil o'zgarishlarni boshdan kechiradi. 43% issiqlikka aylanadi; bug'lanishga, yog'ingarchilik hosil bo'lishiga 22% sarflanadi; energiyaning daryolar, shamol, to'lqinlar, okeandagi turli xil oqimlarga aloqasi 0,2%. Qabul qilingan quyosh radiatsiyasining umumiy energiyasining taxminan 0,02% fotosintez mahsulotlarini shakllantirishga va qisman qazib olinadigan yoqilg'ilarning shakllanishiga ketadi. Keling, bu qiymat bilan Yerning ichaklaridan keladigan va to'lqin energiyasi ko'rinishidagi umumiy energiya oqimini mutanosib qilaylik. Ushbu oqimlardan faqat okean bilan bevosita bog'liq bo'lgan oqimlarni ajratib ko'rsatish juda qiyin. Energetika sektori uchun turli manbalar quvvatlarining mutlaq qiymatlari emas, balki ularning faqat iqtisodiy faoliyat uchun zarur bo'lgan energiya turlariga aylantirilishi mumkin bo'lgan qismi muhim ahamiyatga ega. Skripps Okeanografiya Instituti (AQSh) xodimlari besh yil davomida turli okean energiya manbalarining umumiy va qayta ishlash quvvatlarini baholashdi. Tegishli ma'lumotlar rasmdagi diagrammalarda ko'rsatilgan, ularda ikkita daraja belgilangan - umumiy va o'zgartirishga ruxsat beruvchi (soyali). Keyinchalik hisob-kitoblar bir qator texnologik va ekologik omillarni hisobga olgan holda amalga oshiriladi. Qoida tariqasida, ular foydalanishga ruxsat etilgan energiya jihatidan pastroq bo'lib chiqdi.
To'lqinli energiya imkoniyatlarini baholashda IESlar faqat 30% vaqt davomida to'liq quvvat bilan ishlashi mumkinligi hisobga olindi. Okean oqimlari haqidagi ma'lumotlar oqimning 1% ruxsat etilgan sekinlashuviga asoslanadi. Okean fotosintezi mahsulotlarini energiyadan foydalanish imkoniyatlarini baholashda jigarrang suv o'tlarini metanga aylantirish samaradorligining 50% va tabiiy ko'tarilgan hududlarning 20 foizida tegishli fermer xo'jaliklarini joylashtirish imkoniyati hisobga olingan . Ko'tarilish - o'g'it rolini o'ynaydigan ozuqa moddalariga boy chuqur suvlarning ko'tarilishi. Sohil to'lqinlari generatorlari yillik vaqt byudjetining 50% samaradorligi va 40% ish vaqtiga ega bo'lishi kerak . Sho'rlanish gradientining konversiya samaradorligi 3% ga, harorat gradienti esa 5% ga teng qabul qilinadi va oxirgi holatda konvertorlarni tropik zonadagi okean yuzasining 2% ga joylashtirish real hisoblanadi. Shamol fermalari uchun shamol energiyasini konversiyalash koeffitsienti 60% ga teng qabul qilinadi va qirg'oqdan esadigan shamollar kuchining 1% quvvatni tortib olishning maqbul darajasi hisoblanadi.

.2 To'lqin energiyasining konversiyalari

Dengiz to'lqinlaridan katta miqdorda energiya olish mumkin. Chuqur suvda to'lqinlar olib yuradigan quvvat ularning amplitudasi va davrining kvadratiga proportsionaldir. Shuning uchun katta amplitudali (a ≈ 2 m) uzoq muddatli (T ≈ 10 s) to'lqinlar eng katta qiziqish uyg'otadi, ular cho'qqi uzunligi birligiga o'rtacha 50 dan 70 kVt / m gacha yozish imkonini beradi. Chuqur suvdagi to'lqinlardan energiya olish uchun eng ko'p to'lqin energiyasi qurilmalari ishlab chiqilmoqda. Bu dengizning o'rtacha chuqurligi D l/2 to'lqin uzunligining yarmidan kattaroq bo'lgan to'lqinlarning eng keng tarqalgan turi . [33]

Chuqur suvdagi sirt to'lqinlari quyidagi asosiy xususiyatlarga ega:
− to‘lqinlar uzunligi, fazasi va kelish yo‘nalishi tartibsiz bo‘lgan buzilmaydigan sinusoidal;
- to'lqindagi har bir suyuqlik zarrasining harakati aylana shaklida (to'lqinlarning o'zgaruvchan konturlari to'lqin harakatining tarqalishini ko'rsatadi , zarralarning o'zi bu harakat bilan bog'liq emas va uning yo'nalishi bo'yicha harakat qilmaydi);
− suyuqlik zarralari harakatining amplitudasi chuqurlik bilan eksponensial ravishda kamayadi.
l , tarqalish tezligi c, T davriga bogʻliq boʻlmasligi, faqat shamolning dengiz yuzasi bilan oldingi oʻzaro taʼsirining tabiatiga bogʻliq boʻlishi muhim . Chuqur suv to'lqinlarida suyuqlikning translatsion harakati yo'q. Suyuqlikning er osti qatlamida uning zarralari orbita radiusi to'lqin amplitudasiga teng bo'lgan aylana harakatini amalga oshiradi (8.2-rasm). To'lqin balandligi H cho'qqining tepasidan poydevorgacha bo'lgan ikki barobar amplitudaga teng (H = 2a). Zarrachalarning burchak tezligi ō sekundiga radyanlarda o'lchanadi. To'lqin yuzasi shaklining o'zgarishi shundan iboratki, suvning o'zi to'lqin tarqalish yo'nalishi bo'yicha (chapdan o'ngga) harakat qilmasa ham, translatsiya harakati kuzatiladi. Bu zohiriy harakat suyuqlikning ketma-ket zarrachalarining siljish fazalarini kuzatish natijasidir; cho'qqidagi bir zarracha tushishi bilanoq uning o'rnini boshqasi egallaydi, bu esa cho'qqi shaklining saqlanishini va to'lqin harakatining oldinga tarqalishini ta'minlaydi.



8.2-rasm.To'lqinning xarakteristikasi.

Chuqur suvdagi sirt to'lqini uchun chastota va uzunlik o'rtasidagi munosabatni o'rnatuvchi munosabatlar