Co je to geotermální energie, klimatizační systémy a budoucnost

Geotermální energie

Určitě víte, co je geotermální energie obecně, ale Znáte všechny základní informace o této energii?

Velmi obecně říkáme, že geotermální energie je tepelná energie zevnitř Země.

Jinými slovy, geotermální energie je jediným obnovitelným zdrojem energie, který nepochází ze Slunce.

Kromě toho můžeme říci, že tato energie není obnovitelná energie jako taková, protože jeho obnova není nekonečná, Nicméně je v lidském měřítku nevyčerpatelný, proto je z praktických důvodů považován za obnovitelný.

Původ tepla uvnitř Země

Hlavní příčinou tepla uvnitř Země je kontinuální rozpad některých radioaktivních prvků jako je Uran 238, Thorium 232 a Draslík 40.

Další z nich počátky geotermální energie jsou srážky tektonických desek.

V některých regionech je však geotermální teplo koncentrovanější, jaké se vyskytuje v okolí sopky, magmatické proudy, gejzíry a horké prameny.

Využití geotermální energie

Tato energie se používá minimálně 2.000 XNUMX let.

Římané využívali horké prameny koupelny a v poslední době byla tato energie použita pro vytápění budov a skleníků a na výrobu elektřiny.

V současné době existují 3 typy ložisek, ze kterých můžeme získávat geotermální energii:

  • Vysokoteplotní nádrže
  • Nízkoteplotní nádrže
  • Suché horké horninové nádrže

Vysokoteplotní nádrže

Říkáme, že existuje záloha ve výši vysoká teplota když voda v nádrži dosáhne teploty nad 100 ° C v důsledku přítomnosti aktivního zdroje tepla.

Aby geotermální teplo vytvářelo využitelnou geotermální energii, musí geologické podmínky umožnit vytvoření a geotermální nádrž, podobné těm obsaženým v ropě nebo zemním plynu, sestávající z a propustná hornina, pískovce nebo například vápenec zakončený a vodotěsná vrstvajako hlína.

schéma vysoké teploty

Podzemní voda ohřátá skalami prochází vzhůru do nádrže, kde zůstávají uvězněni pod nepropustnou vrstvou.

Kdy jsou tam praskliny v uvedené nepropustné vrstvě je možný únik páry nebo vody na povrch, objevují se ve formě horkých pramenů nebo gejzírů.

Tyto horké prameny se používají od starověku a lze je snadno použít pro vytápění a průmyslové procesy.

termální lázně

Římské lázně z Bathu

Nízkoteplotní nádrže

Nízkoteplotní nádrže jsou ty, ve kterých teplota vody, který budeme používat, se nachází mezi 60 a 100 ° C.

V těchto vkladech hodnota tepelného toku je normálou zemské kůry, takže existence 2 předchozích podmínek je zbytečná: existence aktivního zdroje tepla a izolace zásobníku tekutiny.

Schéma nízké teploty

Pouze přítomnost skladu ve vhodné hloubce, aby při stávajícím geotermálním gradientu v uvedené oblasti existovaly teploty, díky nimž bude jeho využívání ekonomické.

Suché horké horninové nádrže

Potenciál geotermální energie es mucho větší, pokud se teplo získává ze suchých horkých hornin, které přirozeně neobsahují vodu.

Jsou na teplota mezi 250 a 300 ° C už jeden hloubka mezi 2.000 3.000 a XNUMX XNUMX metry.

Pro jeho využití je nutné rozbít suché horké kameny, k aby byly porézní.

Pak zavádí se studená voda z povrchu trubkou a necháme ji projít rozbitou horkou horninou, aby se ohřála a poté, vodní pára je extrahována přes další potrubí, aby použil svůj tlak k pohonu turbíny a generovat elektrickou energii.

horký rockový obrys

Problémem tohoto typu těžby jsou techniky štěpení hornin v takové hloubce a vrtání.

Přestože v těchto oblastech bylo pomocí technik těžby ropy dosaženo velkého pokroku.

Velmi nízká teplota geotermální energie

Můžeme zvážit podloží do malých hloubek jako a zdroj tepla při 15 ° C, zcela obnovitelné a nevyčerpatelné.

Pomocí vhodného záchytného systému a tepelného čerpadla může být teplo přenášeno z tohoto zdroje při 15 ° C do systému, který dosáhne 50 ° C, a ten může být použit k ohřevu a získání teplé užitkové vody pro použití v domácnosti.

Navíc, stejné tepelné čerpadlo může absorbovat teplo z prostředí při 40 ° C a dodávat ho do podloží se stejným záchytným systémemSystém, který dokáže vyřešit vytápění domácností, může tedy vyřešit i chlazení, to znamená, že dům má jedinou instalaci pro svou integrovanou klimatizaci.

Hlavní nevýhodou tohoto typu energie je potřebujete velmi velkou pohřební plochu vnějšího obvoduJeho hlavní výhodou je však strMožnost použití jako systému vytápění a chlazení za velmi nízké náklady.

V následujícím diagramu vidíte různé způsoby zachycování nebo přenosu tepla na podlahu pro pozdější použití při vytápění, chlazení a ohřevu TUV (teplá užitková voda). Níže vysvětlím postup.

Schéma systému HVAC

Klimatizace domu, bytového domu, nemocnice atd. lze dosáhnout jednotlivě, protože to nevyžaduje velké investice do systému, na rozdíl od geotermálních zařízení s vysokou a střední teplotou.

Tento systém pro využití sluneční energie absorbované zemským povrchem je založen na 3 hlavních prvcích:

  1. Tepelné čerpadlo
  2. Výměnný obvod se Zemí
    1. Výměna tepla s povrchovými vodami
    2. Výměna se zemí
  3. Výměnný okruh s domovem

Tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo je termodynamický stroj který je založen na Carnotově cyklu prováděném plynem.

Tento stroj absorbuje teplo z jednoho zdroje a dodává jej do jiného, ​​který má vyšší teplotu.

Nejtypičtějším příkladem jsou ledničkyMají stroj, který extrahuje teplo zevnitř a vytlačuje ho ven, což je při vyšší teplotě.

Dalšími příklady tepelných čerpadel jsou klimatizace a klimatizace pro domácnosti a automobily.

Na tomto schématu vidíte, že Studená baňka absorbuje teplo ze země výměnou a kapalina, která cirkuluje okruhem studené baňky, absorbuje teplo, dokud se neodpaří.

schéma tepelného čerpadla

Okruh, který přenáší vodu teplem ze země, se ochladí a vrátí se na zem, zotavení teploty půdy je velmi rychlé.

Na druhé straně horká žárovka uvnitř domu ohřívá vzduch a dodává mu teplo.

Tepelné čerpadlo „pumpuje“ teplo ze studené baňky do horké baňky.

Výkon (dodaná energie / absorbovaná energie) záleží na teplotě zdroje dodávajícího odpařené teplo.

Konvenční klimatizační systémy absorbovat teplo z atmosféry, které může v zimě dosáhnout teplotaníže -2 ° C

Při těchto teplotách nemůže výparník zachytit prakticky žádné teplo a výkon čerpadla je velmi nízký.

V létě, kdy je tepleji, se musí čerpadlo vzdát tepla z atmosféry, která může být 40 ° C, s čím výkon není tak dobrý, jak byste čekali.

Nicméně, geotermální povodí, který má zdroj konstantní teplota, výkon je vždy optimální bez ohledu na atmosférické teplotní podmínky. Tento systém je tedy mnohem efektivnější než běžné tepelné čerpadlo.

Vyměňujte si obvody se Zemí

Výměna tepla s povrchovými vodami

Tento systém je založen na vložte vodu do tepelného kontaktu pocházející z povrchového zdroje s výparníkem / kondenzátorem, podle potřeby, pro absorpci nebo přenos tepla do uvedených vod.

Výhoda: dárky je, že má nízké náklady

Nevýhoda:  není vždy k dispozici zdroj vody.

Výměna se zemí

toto může být přímý když se výměna mezi zemí a výparníkem / kondenzátorem tepelného čerpadla provádí pomocí zakopané měděné trubky.

Pro domácnost může být zapotřebí 100 až 150 metrů potrubí.

  • Výhoda: nízké náklady, jednoduchost a dobrý výkon.
  • Nevýhody: možnost úniku plynu a zamrzání oblastí země.

Nebo také může být pomocný obvod když má soustavu zakopaných potrubí, kterými cirkuluje voda, která zase vyměňuje teplo s výparníkem / kondenzátorem.

Pro domácnost může být zapotřebí 100 až 200 metrů potrubí.

  • Výhoda: nízký tlak v okruhu, čímž se zabrání velkým teplotním rozdílům
  • Nevýhody: vysoká cena.

Vyměňujte obvody s domovem

Tyto obvody může být s přímou výměnou nebo s rozvodem teplé a studené vody.

Přímá výměna Je založen na cirkulaci proudu vzduchu po povrchu výparníku / kondenzátoru na straně domu pro výměnu tepla a distribuci tohoto horkého / studeného vzduchu po domě tepelně izolovanými trubkami.

U jediného distribučního systému je vyřešen rozvod chladu a tepla v domě.

  • Výhoda: obvykle mají nízké náklady a spoustu jednoduchosti.
  • Nevýhody: nízký výkon, mírný komfort a lze jej použít pouze u domů, které jsou nově postavené nebo mají systém konvekčního vytápění.

Systém rozvodu teplé a studené vody Je založen na cirkulaci toku vody po povrchu výparníku / kondenzátoru na straně domu pro výměnu tepla.

Voda je obvykle ochlazována na 10 ° C v létě a ohřívána na 45 ° C v zimě, aby byla použita jako prostředek klimatizace.

Podlahové topení je nejvýkonnější a nejpohodlnější metoda k vyřešení vytápění však nelze použít k chlazení, takže pokud se použije tento způsob nebo způsob použití teplovodních radiátorů, bude nutné nainstalovat jiný systém, aby bylo možné toto chlazení využívat.

  • Výhoda: velmi vysoký komfort a výkon.
  • Nevýhody: vysoká cena.

Výkon klimatizačních systémů

Energetická účinnost klimatizačního systému používajícího jako zdroj tepla podloží při 15 ° C je alespoň z 400% při vytápění a 500% při chlazení.

Když se topí existuje pouze příspěvek elektrické energie ve výši 25% z celkové potřebné energie. A když se používá k chlazení, výkon je více než dvojnásobný ve srovnání s tepelným čerpadlem vyměňujícím se vzduchem na 40 stupňů, takže v tomto případě existuje také úspora energie více než 50% ve srovnání s konvenční klimatizací.

To znamená, že k čerpání ze studeného pólu na horký pól 4 jednotky energie (například 4 kalorie) je zapotřebí pouze 1 jednotka energie.

V chlazení je na každých 5 čerpaných jednotek potřeba 1 jednotka k jejich čerpání.

To je možné, protože nevytváří veškeré teploale většina z nich se přenáší pouze z jednoho zdroje do druhého.

Jednotky energie, které dodáváme tepelnému čerpadlu, jsou ve formě elektrické energie, takže v zásadě vyrábíme CO2 v továrně na výrobu elektrické energie, i když v mnohem menším množství.

nicméně, mohli bychom použít neelektrická tepelná čerpadla, ale že jejich zdrojem energie byla sluneční termální energie, ale stále jsou v experimentální fázi.

Si porovnáváme tento systém se systémem vytápění solární energie skrz panely to vidíme představuje velkou výhoduJak nevyžaduje velké akumulátory kompenzovat hodiny nedostatku slunečního záření.

Velký akumulátor je vlastní hmota Země díky čemuž máme zdroj energie při konstantní teplotě, který se v rámci této aplikace chová jako nekonečný.

Výkon

Ten, který to dělá Nejlepším řešením pro použití tohoto zdroje energie je jeho kombinace se solární tepelnou energií., nepohybovat tepelným čerpadlem, jak je uvedeno výše (které také), ale pro přidání tepla do systému, vzhledem k tomu, že v aplikacích pro vytápění a přípravu teplé vody, voda může být přivedena na 15 ° C pomocí geotermální energie na později, zvýšit teplotu vody solární energií.

V tomto případě účinnost tepelného čerpadla se exponenciálně zvyšuje.

Distribuce geotermální energie

Geotermální energie je rozšířena po celé planetě, zejména ve formě suchých horkých hornin, ale existují oblasti, ve kterých se rozkládá snad přes 10% povrchu planety a mají zvláštní podmínky pro vývoj tohoto typu energie.

Myslím oblastech ve kterém více projevují účinky zemětřesení a sopek a to se obecně shoduje s tektonické poruchy důležité

mapa geotermální energie

Mezi ně patří:

  • Tichomořské pobřeží amerického kontinentu, od Aljašky po Chile.
  • Západní Pacifik, od Nového Zélandu přes Filipíny a Indonésii až po jižní Čínu a Japonsko.
  • Údolí dislokace v Keni, Ugandě, Zairu a Etiopii.
  • Okolí Středomoří.

Výhody a nevýhody geotermální energie

Tato energie, stejně jako vše, co existuje, má své dobré i špatné části.

Como výhoda můžeme říci, že:

  • Je to nalezeno distribuováno po celé planetě.
  • Nejekonomičtější geotermální zdroje jsou v vulkanické oblasti většinou se nachází v rozvojových zemích, což může být velmi užitečné pro zlepšení vaší situace.
  • Je nevyčerpatelný zdroj energie v lidském měřítku.
  • Je energie levnější to je známé.

Jejich desventajas naopak jsou:

  • Využití geotermální energie představuje něco environmentální problémyzejména uvolňování sirných plynů spolu s vypouštění horké vody do řek, které často obsahují vysokou hladinu pevných látek.

I když obecně lze odpadní vodu znovu vstřikovat do země, po vytěžení v některých případech komerčně použitelných solí draslíku.

  • Obecně platí, přenos geotermálního tepla na velké vzdálenosti není možný. Před ochlazením by měla být v blízkosti zdroje horká voda nebo pára.
  • Většina geotermálních vod se nachází teploty pod 150 ° C takže obecně není dostatečně horký pro výrobu elektřiny.

Tyto vody lze použít pouze ke koupání, vytápění budov a skleníků a venkovních plodin nebo jako předehřátou vodu pro kotle.

  • L suché horké horninové nádrže jsou krátkodobéJak popraskané povrchy rychle vychladnou, jejich energetická účinnost rychle klesá.
  • L instalační náklady jsou velmi vysoké.

Budoucnost geotermální energie

Zatím pouze perforace a extrahovat teplo do hloubky asi 3 km, i když se očekává, že bude schopen dosáhnout větších hloubek, ve kterých by geotermální energie mohla být široce využívána.

Celková dostupná energiehorkou vodou, párou nebo horkými kameny, do hloubky 10 km, přístupy 3.1017 prst. 30 milionůkrát větší spotřeba energie než v současnosti. Což tomu nasvědčuje geotermální energie může být z krátkodobého hlediska zajímavou alternativou.

Techniky zdokonalené pro rozvoj geotermálních zdrojů jsou velmi podobné těm, které se používají v ropném sektoru. Nicméně od té doby energetický obsah vody při 300 ° C je tisíckrát nižší než u ropy, kapitál lze ekonomicky investovat do průzkumu a vrtání je mnohem méně.

Nedostatek ropy však může podporovat rostoucí využití geotermální energie.

Průmyslový proces

Na druhou stranu to vždy bylo možné využití geotermálních zdrojů k výrobě elektřiny ve středních turbogenerátorech (10–100 MW) umístěné v blízkosti vrtů, ale minimální využitelná geotermální teplota pro výrobu elektřiny byla 150 ° C.

Nedávno lopatkové turbíny byly vyvinuty pro geotermální vodu a páru do 100 ° C pouze, což umožňuje rozšířit pole využití této energie.

Navíc, lze použít v průmyslových procesech jako je výroba kovů, vytápění průmyslových procesů všeho druhu, vytápění skleníků atd.

Ale pravděpodobně největší budoucnost geotermální energie spočívá ve využití geotermální energie s velmi nízkou teplotou, díky své univerzálnosti, jednoduchosti, nízkým ekonomickým a ekologickým nákladům a možnosti použít jako systém vytápění a chlazení.


Obsah článku se řídí našimi zásadami redakční etika. Chcete-li nahlásit chybu, klikněte zde.

Buďte první komentář

Zanechte svůj komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

*

*

  1. Odpovědný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajů: Ovládací SPAM, správa komentářů.
  3. Legitimace: Váš souhlas
  4. Sdělování údajů: Údaje nebudou sděleny třetím osobám, s výjimkou zákonných povinností.
  5. Úložiště dat: Databáze hostovaná společností Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Vaše údaje můžete kdykoli omezit, obnovit a odstranit.