Šta je geotermalna energija, klima uređaji i budućnost

Sigurno znate što je geotermalna energija općenito, ali Znate li sve osnove o ovoj energiji?

Na vrlo općenit način kažemo da je geotermalna energija toplotna energija iz Zemlje.

Drugim riječima, geotermalna energija je jedini obnovljivi izvor energije koji ne potječe od Sunca.

Pored toga, možemo reći da ta energija nije obnovljiva energija kao takva, budući da njegovo obnavljanje nije beskonačno, Kako god je neiscrpan u ljudskim razmjerima, pa se smatra obnovljivim u praktične svrhe.

Porijeklo topline unutar Zemlje

Glavni uzrok toplote unutar Zemlje je kontinuirano propadanje nekih radioaktivnih elemenata kao što su uran 238, torijum 232 i kalijum 40.

Još jedan porijeklo geotermalne energije su sudari tektonskih ploča.

Međutim, u određenim regijama geotermalna toplota je koncentriranija, kao što se događa u blizini vulkani, struje magme, gejziri i vrući izvori.

Korištenje geotermalne energije

Ova se energija koristi najmanje 2.000 godina.

Rimljani su koristili tople izvore toaleti a u novije vrijeme ta se energija koristi za grejanje zgrada i staklenika i za proizvodnju električne energije.

Trenutno postoje 3 vrste ležišta iz kojih možemo dobiti geotermalnu energiju:

• Rezervoari sa visokom temperaturom
• Rezervoari sa niskom temperaturom
• Suvi rezervoari vruće stijene

Rezervoari sa visokom temperaturom

Kažemo da postoji polog od visoke temperature kada voda iz rezervoara dosegne temperature iznad 100ºC zbog prisustva aktivnog izvora toplote.

Da bi geotermalna toplina stvorila korisnu geotermalnu energiju, geološki uvjeti moraju omogućiti stvaranje a geotermalni rezervoar, slične onima koje sadrže nafta ili prirodni plin, a sastoje se od a propusne stijene, pješčenjaci ili krečnjak, na primjer, na vrhu a vodootporni sloj, poput gline.

Podzemna voda zagrijana kamenjem prolazi prema gore do rezervoara, gdje ostaju zarobljeni ispod nepropusnog sloja.

Kada postoje pukotine u spomenutom nepropusnom sloju moguć je izlazak pare ili vode na površinu, pojavljuju se u obliku vrućih izvora ili gejzira.

Ovi vrući izvori koriste se od davnina i lako se mogu koristiti za grijanje i industrijske procese.

Rezervoari sa niskom temperaturom

Niskotemperaturni rezervoari su oni u kojima temperatura vode, koji ćemo koristiti, nalazi se između 60 i 100ºC.

U ovim ležištima, vrijednost toplotnog toka je normala zemljine kore, pa je nepotrebno postojanje 2 od prethodnih uvjeta: postojanje aktivnog izvora toplote i izolacija spremišta tečnosti.

Samo prisustvo skladišta na odgovarajućoj dubini, tako da, uz postojeći geotermalni gradijent u navedenom području, postoje temperature koje njegovo eksploataciju čine ekonomičnom.

Suvi rezervoari vruće stijene

Potencijal geotermalne energije es puno veća ako se toplota izvlači iz suvih vrućih stijena, koji prirodno ne sadrže vodu.

Oni su na temperatura između 250 i 300ºC već jedan dubina između 2.000 i 3.000 metara.

Za njegovo iskorištavanje potrebno je razbiti suve vruće stijene, da se čine ih poroznim.

Zatim, uvedena je hladna voda sa površine kroz cijev, puštajući je da prolazi kroz lomljenu vruću stijenu, tako da se zagrije, a zatim, vodena para se izdvaja kroz drugu cijev da koristi svoj pritisak za pogon turbine i generišu električnu energiju.

Problem ove vrste eksploatacije su tehnike lomljenja stijena na takvoj dubini i bušenja.

Iako je u tim područjima postignut veliki napredak tehnikama bušenja nafte.

Geotermalna energija vrlo niske temperature

Možemo razmotriti podzemlje do malih dubina poput izvor toplote na 15ºC, potpuno obnovljiv i neiscrpan.

Pomoću odgovarajućeg sistema za sakupljanje i toplotne pumpe, toplota se može prenijeti iz ovog izvora na 15 ° C u sistem koji dostiže 50 ° C, a potonji se može koristiti za grijanje i dobivanje sanitarne tople vode za upotrebu u kući.

Takođe, ista toplotna pumpa može apsorbirati toplotu iz okoline na 40ºC i isporučiti je u podzemlje istim sistemom hvatanjaDakle, sistem koji može riješiti grijanje u domaćinstvu može riješiti i hlađenje, odnosno kuća ima jednu instalaciju za svoj integrirani klima uređaj.

Glavni nedostatak ove vrste energije je treba vrlo velika grobna površina vanjskog krugaMeđutim, njegova glavna prednost je strMogućnost upotrebe kao sistem grijanja i hlađenja po vrlo niskoj cijeni.

Na sledećem dijagramu možete videti različite načine hvatanja ili prenošenja toplote na pod za kasniju upotrebu u grejanju, hlađenju i dobijanju PTV-a (sanitarne tople vode). Objasnit ću postupak u nastavku.

Klima kuće, bloka, bolnice itd. može se doći pojedinačno, s obzirom da ne zahtijeva velika ulaganja za sistem, za razliku od geotermalnih objekata visoke i srednje temperature.

Ovaj sistem za iskorištavanje sunčeve energije koju apsorbira Zemljina površina zasnovan je na 3 glavna elementa:

1. Toplinska pumpa
2. Razmijenite krug sa Zemljom
   1. Izmjena topline s površinskim vodama
   2. Razmjena sa zemljom
3. Razmjenite krug s domom

Toplinska pumpa

Toplotna pumpa je termodinamička mašina koji se temelji na Carnotovom ciklusu koji izvodi plin.

Ova mašina upija toplinu iz jednog izvora da bi je predala drugom na višoj temperaturi.

Najtipičniji primjer su hladnjaciOni imaju mašinu koja izvlači toplinu iznutra i izbacuje je prema van, koja je na višoj temperaturi.

Ostali primjeri toplotnih pumpi su klima uređaji i klima uređaji za kuće i automobile.

U ovoj shemi možete vidjeti da Hladna sijalica u zamjenu upija toplotu iz tla, a tečnost koja kruži kroz krug hladne žarulje upija toplotu dok ne ispari.

Krug koji vodi vodu toplinom iz tla hladi se i vraća u zemlju, Oporavak temperature tla je vrlo brz.

S druge strane, vruća žarulja, unutar kuće, zagrijava zrak dajući mu toplinu.

Toplotna pumpa „pumpa“ toplinu iz hladne sijalice u vruću.

Performanse (isporučena / apsorbirana energija) to ovisi o temperaturi izvora koji dovodi isparenu toplinu.

Konvencionalni klima uređaji apsorbiraju toplinu iz atmosfere, koja zimi može doseći temperaturas ispod -2 ° C.

Na ovim temperaturama isparivač praktično ne može zahvatiti toplinu i performanse pumpe su vrlo niske.

Ljeti, kada je vruće, pumpa mora predati toplinu iz atmosfere koja može biti 40ºC, sa onim što izvedba nije tako dobra kao što biste mogli očekivati.

Međutim, geotermalni slivni sistem, koji imaju izvor konstantna temperatura, performanse su uvijek optimalne bez obzira na atmosferske temperaturne uslove. Dakle, ovaj sistem je mnogo efikasniji od konvencionalne toplotne pumpe.

Razmjenjujte krugove sa Zemljom

Izmjena topline s površinskim vodama

Ovaj sistem je zasnovan na staviti vodu u termalni kontakt dolaze iz površinskog izvora s isparivačem / kondenzatorom, u skladu s potrebama, za apsorpcijom ili prijenosom topline u navedene vode.

Prednost: predstavlja da ima low cost

Nedostatak:  nije uvijek dostupan izvor vode.

Razmjena sa zemljom

Este može biti direktno kada se izmjena između tla i isparivača / kondenzatora toplotne pumpe vrši pomoću zakopane bakarne cijevi.

Za kuću može biti potrebno između 100 i 150 metara cijevi.

• Ventajas: niska cijena, jednostavnost i dobre performanse.
• Nedostaci: mogućnost curenja plina i smrzavanje područja na zemlji.

Ili takođe može biti pomoćni krug kada ima set zakopanih cijevi kroz koje cirkulira voda koja zauzvrat izmjenjuje toplinu s isparivačem / kondenzatorom.

Za kuću može biti potrebno između 100 i 200 metara cijevi.

• Ventajas: nizak pritisak u krugu, čime se izbjegavaju velike temperaturne razlike
• Nedostaci: visoka cijena.

Razmjenjujte krugove s domom

Ovi krugovi može biti sa direktnom izmjenom ili distribucijom tople i hladne vode.

Direktna razmjena Zasnovan je na cirkulaciji struje zraka preko površine isparivača / kondenzatora na bočnoj strani kuće za razmjenu topline i distribuciju ovog vrućeg / hladnog zraka kroz kuću kroz toplinski izolirane cijevi.

Jedinstvenim distributivnim sistemom riješena je distribucija toplog i hladnog u kući.

• Ventajas: obično imaju nisku cijenu i puno jednostavnosti.
• Nedostaci: niske performanse, umjerena udobnost i primjenjivo je samo na kuće koje su novoizgrađene ili imaju sistem grijanja s konvekcijskim zrakom.

Sistem distribucije tople i hladne vode Zasnovan je na cirkulaciji protoka vode preko površine isparivača / kondenzatora na bočnoj strani kuće za izmjenu topline.

Voda se ljeti obično hladi na 10 ° C, a zimi zagrijava na 45 ° C da bi se koristila kao klima uređaj.

Podno grijanje je najučinkovitija i najudobnija metoda da bi se riješilo grijanje, međutim, ono se ne može koristiti za hlađenje, pa ako se koristi ovaj ili onaj način radijatora za toplu vodu, morat će se instalirati drugi sustav da bi se moglo koristiti hlađenje.

• Ventajas: vrlo visoka udobnost i performanse.
• Nedostaci: visoka cijena.

Performanse klimatizacionih sistema

Energetske efikasnosti sistema klimatizacije koji se koristi kao izvor toplote podzemlje na 15ºC je najmanje 400% u grejanju i 500% u hlađenju.

Kad se zagrije postoji samo doprinos električne energije od 25% ukupne potrebne energije. A kada se koristi za hlađenje, performanse su više nego dvostruko veće od performansi toplotne pumpe koja razmenjuje vazduh na 40 stepeni, tako da u ovom slučaju postoji i ušteda energije veća od 50% u odnosu na konvencionalni klima uređaj.

To znači da je za pumpanje sa hladnog pola na vrući pol potrebna 4 jedinice energije (na primjer 4 kalorije), potrebna je samo 1 jedinica energije.

U hladnjaku je za svakih 5 pumpanih jedinica potrebna jedna jedinica za njihovo pumpanje.

To je moguće od ne generiše svu toplotu, ali većina se prenosi samo iz jednog izvora u drugi.

Jedinice energije koje isporučujemo toplotnoj pumpi su u obliku električne energije, tako da u osnovi proizvodimo CO2 u postrojenju za proizvodnju električne energije, iako u mnogo manjim količinama.

Međutim, mogli bismo koristiti neelektrične toplotne pumpe, ali da im je izvor energije bio solarni, ali su još uvijek u eksperimentalnoj fazi.

Si upoređujemo ovaj sistem sa sistemom grijanja sa solarnom energijom kroz panele to možemo vidjeti predstavlja veliku prednost, since ne zahtijeva velike akumulatore da nadoknadi sate nedostatka sunčevog zračenja.

Veliki akumulator je vlastita masa Zemlje zbog čega imamo izvor energije pri konstantnoj temperaturi, koji se u opsegu ove aplikacije ponaša beskonačno.

Međutim, onaj koji to čini Najbolja opcija za upotrebu ovog izvora energije je kombiniranje sa solarnom toplotnom energijom., ne za pomicanje toplotne pumpe kao što je gore spomenuto (što takođe) već za dodavanje toplote sistemu, s obzirom da u aplikacijama za grijanje i proizvodnju tople vode za domaćinstvo, voda se geotermalnom energijom može dovesti do 15ºC za kasnije, povisite temperaturu vode solarnom energijom.

U ovom slučaju efikasnost toplotne pumpe raste eksponencijalno.

Distribucija geotermalne energije

Geotermalna energija raširena je širom planete, posebno u obliku suvih vrućih stijena, ali postoje područja u kojima se proteže možda preko 10% površine planete i oni imaju posebne uslove za razvoj ove vrste energije.

Mislim na zonama u kojem više očituju posljedice zemljotresa i vulkana i koji se, generalno, podudaraju sa tektonski rasjedi važno.

Među njima su:

• Tihookeanska obala američkog kontinenta, od Aljaske do Čilea.
• Zapadni Pacifik, od Novog Zelanda, preko Filipina i Indonezije, do južne Kine i Japana.
• Dolina dislokacije Kenije, Ugande, Zaira i Etiopije.
• Okolina Mediterana.

Prednosti i nedostaci geotermalne energije

Ova energija, kao i sve što postoji, ima i svojih dobrih i loših dijelova.

como prednosti možemo reći da:

• Pronađeno je distribuirana širom planete.
• Najjeftiniji geotermalni izvori nalaze se u vulkanska područja uglavnom se nalaze u zemljama u razvoju, što može biti vrlo korisno za poboljšanje vaše situacije.
• To je a neiscrpan izvor energije na ljudskoj skali.
• Je li energija jeftinije to je poznato.

Vaš nedostaci naprotiv su:

• Korištenje geotermalne energije predstavlja neke ekološki problemi, posebno oslobađanje sumpornih gasova u atmosferu, zajedno sa ispuštanje tople vode u rijeke, koji često sadrže visok nivo čvrstih tvari.

Iako se općenito otpadne vode mogu ponovno ubrizgati u zemlju nakon što se u nekim slučajevima izvade komercijalno korisne kalijeve soli.

• Generalno, prijenos geotermalne topline na velike udaljenosti nije izvediv. Vruću vodu ili paru treba koristiti u blizini izvora pre nego što se ohladi.
• Pronađena je većina geotermalnih voda temperature ispod 150ºC tako da generalno nije dovoljno vruće za proizvodnju električne energije.

Te se vode mogu koristiti samo za kupanje, grejanje zgrada i plastenika i za vanjske usjeve ili kao prethodno zagrijana voda za kotlove.

• u suvi rezervoari vrućih stijena su kratkog vijekaKako se ispucale površine brzo hlade, njihova energetska efikasnost brzo opada.
• u troškovi instalacije su vrlo visoki.

Budućnost geotermalne energije

Do sada samo bušenje i ekstrahirati toplotu do dubine od oko 3 km, iako se očekuje da će moći doseći veće dubine, s kojima bi se geotermalna energija mogla široko koristiti.

Ukupna raspoloživa energijana putu tople vode, pare ili vrućeg kamenja, do dubine od 10 km, pristupi 3.10¹⁷ toe. 30 miliona puta veći od trenutne svjetske potrošnje energije. Što ukazuje na to geotermalna energija može biti zanimljiva alternativa u kratkom roku.

Usavršene tehnike za razvoj geotermalnih resursa vrlo su slične onima koje se koriste u naftnom sektoru. Međutim, od energetski sadržaj vode na 300ºC je hiljadu puta manji od sadržaja ulja, kapital se može ekonomski uložiti u istraživanje i bušenje je mnogo manje.

Međutim, nestašica nafte može potaknuti sve veću upotrebu geotermalne energije.

S druge strane, to je uvijek bilo moguće upotreba geotermalnih izvora za proizvodnju električne energije u turbogeneratorima srednje veličine (10-100MW) nalazi se u blizini bunara, ali minimalna upotrebljiva geotermalna temperatura za proizvodnju električne energije bila je 150ºC.

U poslednje vreme turbine bez lopatica razvijene su za geotermalnu vodu i paru do 100 ° C samo, što omogućava proširenje polja upotrebe ove energije.

Takođe, mogu se koristiti u industrijskim procesima kao što su proizvodnja metala, zagrijavanje industrijskih procesa svih vrsta, grijanje staklenika itd.

Ali vjerovatno najveća budućnost geotermalne energije leži u iskorištavanju geotermalne energije vrlo niskih temperatura, zbog svoje svestranosti, jednostavnosti, niskih ekonomskih i ekoloških troškova i mogućnosti koristite ga kao sistem grejanja i hlađenja.