 |
Ученые Пермского Политеха впервые почти вдвое повысили эффективность добычи геотермальной энергии
На смену ископаемому топливу сегодня приходит возобновляемая геотермальная энергетика. Однако оборудование для добычи работает неэффективно. Ученые Пермского Политеха впервые нашли способ почти в два раза сократить потери энергии при добыче высокотемпературной геотермальной жидкости.
Статья опубликована в сборнике «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика».
На сегодняшний день основой мировой энергетики остаются ископаемые виды топлива — уголь, нефть и природный газ. Именно на них приходится основная часть выработки электроэнергии и тепла. Однако при их сгорании в атмосферу выделяется огромное количество парниковых газов, которые постепенно загрязняют окружающую среду. По последним данным, глобальные выбросы от сжигания ископаемого топлива в 2025 году достигли рекордного уровня — 38,1 млрд тонн.
Именно поэтому разные страны все активнее переходят на возобновляемые источники энергии. В первую очередь это касается солнечных и ветровых электростанций, которые уже давно работают во многих регионах, и их число продолжает расти.
Среди всех направлений возобновляемой энергетики особое место занимает геотермальная, которая использует естественное тепло, содержащееся в земных недрах. Ее объем в мире стабильно растет: по прогнозам, к 2035 году он превысит 16 миллиардов долларов. Геотермальные станции работают уже в десятках стран по всему миру — в Исландии, Норвегии, Новой Зеландии, а также в России.
Добыча геотермальной энергии устроена следующим образом. Сначала геологи выбирают участки, где рядом с поверхностью залегают горячие породы — например, в районах с вулканической активностью. Потом на глубине, где температура земли достаточно высока, бурятся скважины, через которые наверх поднимается горячая вода. Ее тепло преобразуют в электричество и используют для питания домов, предприятий и городов.
В отличие от ископаемого топлива, ресурсы геотермальной энергетики неисчерпаемы. Всю поднятую на поверхность горячую воду после использования закачивают обратно в землю, где она снова нагревается и повторно подается на электростанцию. Это делает геотермальную энергетику не только возобновляемой, но и практически безотходной.
Чтобы поднять жидкость из скважин, используются водяные струйные насосы. Их главное преимущество в том, что они могут работать на больших глубинах и выдерживают высокие температуры. Обычные центробежные насосы, которые используются в бытовых системах водоснабжения, не подходят для такой горячей воды. В геотермальных скважинах, где температура достигает 200–300 °C, они быстро выходят из строя или просто не могут работать, поскольку их конструкция и материалы рассчитаны на иные условия.
Однако у струйных насосов есть свои недостатки: до сих пор они работают очень неэффективно. КПД серийных насосов обычно не превышает 15–20%. Это напрямую ведет к удорожанию вырабатываемой электроэнергии и тепла и снижает экономическую привлекательность геотермальных проектов. Ранее различные ученые предпринимали попытки улучшить характеристики струйных насосов, но существенного прогресса достигнуто не было.
Ученые Пермского Политеха оптимизировали конструкцию водяного струйного насоса, что впервые в мире позволило повысить его эффективность до 46,4%. Это значит, что он будет тратить почти вдвое меньше энергии на перекачку воды по сравнению с серийными аналогами. Разработанная конструкция упростит добычу геотермальной энергии, сделает ее более эффективной и доступной.
Сегодня струйный насос работает следующим образом: горячая вода из скважины засасывается в камеру смешения, а оттуда попадает в специальную трубу и по ней поднимается на поверхность земли. Проблема в том, что вся жидкость поступает внутрь под напором, сильно бьется о стенки, закручивается и создает завихрения. Из-за этого вода теряет скорость, а значит, много энергии уходит на то, чтобы поднять ее наверх. Именно поэтому особое внимание инженеры уделяют оптимизации камеры смешения.
Ученые выделили три главных параметра, которые больше всего могут повлиять на эффективность: радиус камеры, ее длину и расстояние от нее до сопла (отверстия, через которое вода попадает внутрь). Чтобы найти лучшее сочетание, на основе реальной серийной конструкции они построили трехмерную модель, в которой меняли размеры.
— Мы подбирали разные варианты геометрии и установили условия, приближенные к реальной добыче: задавали давление на входе и на выходе конструкции, а также температуру горячей воды. В процессе моделирования наблюдали, как при этом меняется скорость жидкости внутри насоса. Это позволило понять, при каких параметрах возникает меньше всего завихрений воды и потерь энергии, — рассказал Сергей Пещеренко, заведующий кафедрой «Физические и технологические проблемы нефтедобычи» ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
В результате ученые нашли самое лучшее сочетание параметров, которое показало энергоэффективность 46,4%. Это заметно выше, чем у серийных водяных насосов, у которых она обычно не превышает 20–30%. При этом они выяснили, что сильнее всего на производительность влияет именно радиус камеры смешения, а длина и расстояние от сопла оказались менее значимыми. Расчеты подтвердили испытаниями на модельных образцах: экспериментальные данные полностью совпали с результатами компьютерного моделирования.
Новая конструкция водяного струйного насоса открывает возможность для экономически эффективной добычи высокотемпературных геотермальных жидкостей с глубины более 1–2 километров, где традиционное оборудование выходит из строя. Это может поспособствовать развитию геотермальной энергетики — возобновляемого источника с круглосуточной доступностью и минимальным выбросом парниковых газов.
Контактное лицо: Макарова Татьяна Андреевна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:32, 04.07.2026
Количество просмотров: 40
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха нашли способ улучшить качество бумаги и картона, ПНИПУ, 22:45, 17.07.2026, Россия |
446 |
| Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали систему, которая диагностирует состояние воды в реальном времени. Это позволит в несколько раз быстрее отслеживать ухудшение ее качества и оперативно реагировать на него, сокращая убытки предприятий и снижая себестоимость товаров. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказал о «горизонтальном» июльском звездопаде, ПНИПУ, 22:02, 17.07.2026, Россия |
43 |
| С середины июля до конца августа россияне смогут наблюдать звездопад Южные дельта-Аквариды. В ночь на 31 июля ожидается до 25 метеоров в час. Эти метеоры летят почти горизонтально, их называют «пасущимися». Ученый Пермского Политеха объяснил, почему поток стабилен, как на него влияет Юпитер и откуда желтоватый след. |
|
| Улучшает иммунитет, пищеварение и защищает от инсульта: ученый Пермского Политеха назвал 7 причин разрешать себе лениться, ПНИПУ, 22:13, 14.07.2026, Россия |
273 |
| 15 июля отмечается День русской лени. Ученый ПНИПУ рассказал, как она помогает очищать мозг от токсинов, восстанавливать оболочку нервов, повышать иммунитет, улучшать пищеварение, предотвращает образование тромбов, увеличивает фазу медленного сна и поднимает мотивацию, а также чем здоровая лень отличается от вредной. |
|
| Ученый Пермского Политеха объяснил, почему мы испытываем симптомы акклиматизации, даже не покидая родной город, ПНИПУ, 21:26, 14.07.2026, Россия |
48 |
| Резкие перепады температуры могут вызывать у человека симптомы, сходные с теми, что возникают при смене климатической зоны. Ученый ПНИПУ рассказал, что происходит с организмом при температурных контрастах, какие привычные средства самопомощи только вредят и почему самочувствие может ухудшиться уже после нормализации. |
|
|
|
