Hvad er geotermisk energi, klimaanlæg og fremtiden

Geotermisk energi

Du ved helt sikkert, hvad geotermisk energi er generelt, men Kender du alt det grundlæggende om denne energi?

På en meget generel måde siger vi, at geotermisk energi er varmeenergi indefra Jorden.

Med andre ord er geotermisk energi den eneste vedvarende energikilde, der ikke stammer fra solen.

Derudover kan vi sige, at denne energi ikke er en vedvarende energi som sådan siden dens fornyelse er ikke uendeligDog er uudtømmelig på menneskelig skala, så det betragtes som fornyeligt til praktiske formål.

Oprindelse af varme inde i Jorden

Hovedårsagen til varme inde i Jorden er kontinuerligt henfald af nogle radioaktive grundstoffer såsom uran 238, thorium 232 og kalium 40.

En anden af oprindelsen af ​​geotermisk energi er kollisioner med tektoniske plader.

I visse regioner er geotermisk varme imidlertid mere koncentreret, som det sker i nærheden af vulkaner, magmastrømme, gejsere og varme kilder.

Brug af geotermisk energi

Denne energi har været i brug i mindst 2.000 år.

Romerne brugte de varme kilder til toiletter og for nylig er denne energi blevet brugt til opvarmning af bygninger og drivhuse og til produktion af elektricitet.

I øjeblikket er der 3 typer aflejringer, hvorfra vi kan få geotermisk energi:

  • Reservoirer med høj temperatur
  • Lavtemperatur reservoirer
  • Tørre varme stenreservoirer

Reservoirer med høj temperatur

Vi siger, at der er et depositum på høj temperatur når reservoirets vand når temperaturer over 100ºC på grund af tilstedeværelsen af ​​en aktiv varmekilde.

For at geotermisk varme kan skabe brugbar geotermisk energi, skal geologiske forhold gøre det muligt at danne en geotermisk reservoir, svarende til dem indeholdt i olie eller naturgas, bestående af en gennemtrængelig sten, sandsten eller kalksten f.eks. toppet af en vandtæt lag, som ler.

skema ved høj temperatur

Grundvandet opvarmet af klipperne passerer opad til reservoiret, hvor de forbliver fanget under det uigennemtrængelige lag.

Hvornår der er revner i det uigennemtrængelige lag er udslip af damp eller vand til overfladen mulig, vises i form af varme kilder eller gejsere.

Disse varme kilder er blevet brugt siden oldtiden og kan let bruges til opvarmning og industrielle processer.

termiske bade

Roman Baths of Bath

Lavtemperatur reservoirer

Lavtemperaturreservoirer er dem, hvori vandets temperatur, som vi skal bruge, er placeret mellem 60 og 100 ° C.

I disse indskud, værdien af ​​varmestrømmen er den normale værdi af jordskorpen, så eksistensen af ​​2 af de tidligere forhold er unødvendig: eksistensen af ​​en aktiv varmekilde og isolering af væskelageret.

Lavtemperaturskema

Kun den tilstedeværelse af et lager i den passende dybde, så der med den eksisterende geotermiske gradient i dette område er temperaturer, der gør dens udnyttelse økonomisk.

Tørre varme stenreservoirer

Potentialet af geotermisk energi es mucho større, hvis der ekstraheres varme fra tørre varme klipper, som ikke indeholder vand naturligt.

De er ved en temperatur mellem 250 og 300 ºC allerede en dybde mellem 2.000 og 3.000 meter.

For dets udnyttelse er det nødvendigt at bryde tørre varme klipper til gør dem porøse.

koldt vand indføres fra overfladen gennem et rør, der lader det passere gennem den brækkede varme sten, så den opvarmes og derefter, vanddamp ekstraheres gennem et andet rør for at bruge sit tryk til at drive en turbine og generere elektrisk energi.

hot rock disposition

Problemet med denne type udnyttelse er teknikkerne til brud på klipperne i en sådan dybde og til boring.

Selvom der er gjort store fremskridt i disse områder ved hjælp af olieboringsteknikker.

Meget lav temperatur geotermisk energi

Vi kan overveje undergrund til små dybder som en varmekilde ved 15ºC, helt fornyelig og uudtømmelig.

Ved hjælp af et passende opsamlingssystem og en varmepumpe kan varme overføres fra denne kilde ved 15 ° C til et system, der når 50 ° C, og sidstnævnte bruges til opvarmning og opnåelse af varmt vand til brug i hjemmet.

Derudover den samme varmepumpe kan absorbere varme fra omgivelserne ved 40 ° C og levere den til undergrunden med det samme fangstsystemDerfor kan systemet, der kan løse opvarmning i hjemmet, også løse køling, det vil sige at huset har en enkelt installation til dets integrerede klimaanlæg.

Den største ulempe ved denne type energi er har brug for en meget stor gravflade på det ydre kredsløbImidlertid er dens største fordel pMulighed for at bruge det som et varme- og kølesystem til meget lave omkostninger.

I det følgende diagram kan du se forskellige måder at opsamle eller overføre varme til gulvet til senere brug til opvarmning, køling og opnåelse af varmt vand (sanitært varmt vand). Jeg vil forklare proceduren nedenfor.

HVAC-systemordning

Aircondition af et hus, en boligblok, et hospital osv. kan nås individuelt, da det ikke kræver store investeringer i systemet i modsætning til geotermiske anlæg med høj og medium temperatur.

Dette system til udnyttelse af solenergi absorberet af jordens overflade er baseret på 3 hovedelementer:

  1. Varmepumpe
  2. Skift kredsløb med Jorden
    1. Varmeveksling med overfladevand
    2. Udveksling med jorden
  3. Skift kredsløb med hjemmet

Varmepumpe

Varmepumpen er en termodynamisk maskine som er baseret på Carnot-cyklussen udført af en gas.

Denne maskine absorberer varme fra en kilde for at levere den til en anden, der har en højere temperatur.

Det mest typiske eksempel er køleskabeDisse har en maskine, der ekstraherer varme indefra og uddriver den udefra, som har en højere temperatur.

Andre eksempler på varmepumper er klimaanlæg og klimaanlæg til boliger og biler.

I dette skema kan du se, at Kold pære absorberer varme fra jorden i en udveksling, og væsken, der cirkulerer gennem kolde pærekredsen, absorberer varme, indtil den fordamper.

varmepumpeskema

Kredsløbet, der fører vandet med varme fra jorden, køler ned og vender tilbage til jorden, genopretning af jordtemperaturen er meget hurtig.

På den anden side varmer den varme pære inde i huset luften og giver den varme.

Varmepumpen “pumper” varme fra den kolde pære til den varme pære.

ydeevne (leveret energi / absorberet energi) det afhænger af temperaturen på kilden, der leverer den fordampede varme.

Konventionelle klimaanlæg absorbere varme fra atmosfæren, som om vinteren kan nå temperaturs nedenfor -2 ° C

Ved disse temperaturer kan fordamperen praktisk talt ikke opsamle nogen varme og pumpens ydeevne er meget lav.

Om sommeren, når det er varmere, skal pumpen opgive varmen fra den atmosfære, der kan være i 40 ° C, med hvad ydeevne er ikke så god som du kunne forvente.

Imidlertid det geotermiske afvandingssystem, ved at have en kilde til konstant temperatur, ydeevne er altid optimal uanset atmosfæriske temperaturforhold. Så dette system er meget mere effektivt end en konventionel varmepumpe.

Udveksl kredsløb med Jorden

Varmeveksling med overfladevand

Dette system er baseret på sæt vand i termisk kontakt kommer fra en overfladekilde med fordamperen / kondensatoren i overensstemmelse med behovene til absorption eller overførsel af varme til nævnte vand.

Fordel: gaver er, at den har en lavpris

Ulempe:  der er ikke altid en vandkilde tilgængelig.

Udveksling med jorden

dette kan være direkte når udvekslingen mellem jorden og fordamperen / kondensatoren på varmepumpen udføres ved hjælp af et nedgravet kobberrør.

For et hus kan der kræves mellem 100 og 150 meter rør.

  • Advantage: lave omkostninger, enkelhed og god ydelse.
  • ulemper: mulighed for gaslækager og frysning af jordområder.

Eller også kan være et hjælpekredsløb når det har et sæt nedgravede rør, hvorigennem vand cirkulerer, som igen udveksler varme med fordamperen / kondensatoren.

For et hus kan der kræves mellem 100 og 200 meter rør.

  • Advantage: lavt tryk i kredsløbet, hvorved store temperaturforskelle undgås
  • ulemper: høj omkostning.

Udveksle kredsløb med hjemmet

Disse kredsløb kan være med en direkte udveksling eller med en distribution af varmt og koldt vand.

Direkte udveksling Det er baseret på at cirkulere en luftstrøm over fordamperen / kondensatorens overflade på siden af ​​huset til varmeveksling og distribuere denne varme / kolde luft gennem huset gennem termisk isolerede rør.

Med et enkelt distributionssystem løses fordelingen af ​​varmt og koldt i huset.

  • Advantage: de har normalt lave omkostninger og meget enkelhed.
  • ulemper: lav ydelse, moderat komfort og gælder kun for boliger, der er nybyggede eller har et luftkonvektionssystem.

Distributionssystemet for varmt og koldt vand Det er baseret på at cirkulere en strøm af vand over fordamperen / kondensatorens overflade på siden af ​​huset til varmeveksling.

Vandet afkøles normalt til 10 ° C om sommeren og opvarmes til 45 ° C om vinteren for at blive brugt som et middel til klimaanlæg.

Gulvvarme er den bedste og mest behagelige metode for at løse opvarmningen kan den dog ikke bruges til køling, så hvis denne metode eller den til varmtvandsradiatorer anvendes, skal der installeres et andet system for at kunne bruge køling.

  • Advantage: meget høj komfort og ydeevne.
  • ulemper: høj omkostning.

Ydelse af klimaanlæg

Energieffektivitet af et klimaanlæg, der bruger som varmekilde undergrunden ved 15ºC er i det mindste af 400% i opvarmning og 500% i køling.

Når det varmer op der er kun et bidrag af elektrisk energi på 25% af den samlede krævede energi. Og når det bruges til at afkøle, er ydelsen mere end det dobbelte af en varmepumpe, der udveksler med luft ved 40 grader, så i dette tilfælde er der også en energibesparelse på mere end 50% sammenlignet med et konventionelt klimaanlæg.

Dette betyder, at kun 4 enhed energi er nødvendig for at pumpe fra den kolde pol til den varme pol 4 enheder (f.eks. 1 kalorier).

I køling er der brug for 5 enhed for at pumpe dem for hver 1 enheder, der pumpes.

Dette er muligt siden genererer ikke al varmen, men det meste overføres kun fra en kilde til en anden.

Enhedsenhederne, som vi leverer til varmepumpen, er i form af elektrisk energi, så dybest set producerer vi CO2 i det elektriske energiproducerende anlæg, dog i meget mindre mængde.

Men vi kunne bruge andre varmepumper end elektriske, men deres energikilde var solvarme, men de er stadig i den eksperimentelle fase.

Si vi sammenligner dette system med et opvarmningssystem til opsamling af solenergi gennem paneler kan vi se det udgør en stor fordelfordi kræver ikke store akkumulatorer for at kompensere for timerne med manglende solstråling.

Den store akkumulator er Jordens egen masse det får os til at have en energikilde ved konstant temperatur, som inden for anvendelsesområdet for denne applikation opfører sig som uendelig.

Ydelse

Dog den, der gør Den bedste mulighed for at bruge denne energikilde er at kombinere den med solvarme., ikke for at flytte varmepumpen som nævnt ovenfor (som også) men for at tilføje varme til systemet, i betragtning af at i applikationer til opvarmning og brug af varmt vand til boliger, vand kan bringes til 15 ° C ved hjælp af geotermisk energi til senere, hæve vandets temperatur med solenergi.

I dette tilfælde effektiviteten af ​​varmepumpen øges eksponentielt.

Distribution af geotermisk energi

Geotermisk energi er udbredt over hele planeten, især i form af tørre varme klipper, men der er områder, hvor den måske strækker sig over 10% af planetens overflade og de har særlige betingelser for at udvikle denne type energi.

Jeg mener områder hvori mere manifesterer virkningerne af jordskælv og vulkaner og det falder generelt sammen med tektoniske fejl vigtigt.

kort over geotermisk energi

Blandt dem er:

  • Stillehavskysten på det amerikanske kontinent, fra Alaska til Chile.
  • Det vestlige Stillehav, fra New Zealand, gennem Filippinerne og Indonesien, til det sydlige Kina og Japan.
  • Dislokationsdalen i Kenya, Uganda, Zaire og Etiopien.
  • Omgivelserne ved Middelhavet.

Fordele og ulemper ved geotermisk energi

Denne energi har, ligesom alt, hvad der findes, sine gode dele såvel som sine dårlige dele.

Como fordel det kan vi godt sige:

  • Det er fundet fordelt over hele planeten.
  • De mest økonomiske geotermiske kilder findes i vulkanske områder placeret for det meste i udviklingslande, hvilket kan være meget nyttigt til at forbedre din situation.
  • Er en uudtømmelig energikilde på menneskelig skala.
  • Er energien billigere det er kendt.

Deres desventajas tværtimod er de:

  • Anvendelsen af ​​geotermisk energi præsenterer noget miljøproblemer, især frigivelse af svovlholdige gasser ind i atmosfæren sammen med varmt vand udledes til floder, som ofte indeholder et højt faststofniveau.

Selvom spildevand generelt kan genindsprøjtes i jorden efter at have i nogle tilfælde ekstraheret kommercielt anvendelige kaliumsalte.

  • Generelt, transmission af geotermisk varme over lange afstande er ikke mulig. Brug varmt vand eller damp i nærheden af ​​kilden, inden det køler af.
  • De fleste af de geotermiske farvande findes temperaturer under 150 ° C så generelt er det ikke varmt nok til elproduktion.

Disse farvande kan kun bruges til badning, opvarmning af bygninger og drivhuse og udendørs afgrøder eller som forvarmet vand til kedler.

  • masse tørveste stenreservoirer er kortvarigeDa revnede overflader hurtigt afkøles, falder deres energieffektivitet hurtigt.
  • masse installationsomkostningerne er meget høje.

Fremtiden for geotermisk energi

Indtil videre er kun perforeringer og udsug varmen til dybder på ca. 3 km, selvom det forventes at være i stand til at nå større dybder, hvormed geotermisk energi kunne bruges mere bredt.

Den samlede tilgængelige energii vejen for varmt vand, damp eller varme klipper op til en dybde på 10 km nærmer sig 3.1017 toe. 30 millioner gange det nuværende verdens energiforbrug. Hvilket indikerer det geotermisk energi kan være et interessant alternativ på kort sigt.

De perfekte teknikker til udvikling af geotermiske ressourcer ligner meget dem, der anvendes i oliesektoren. Men siden energiindholdet i vand ved 300 ° C er tusind gange lavere end olieets, kan kapitalen investeres økonomisk i efterforskning, og boring er meget mindre.

Oliemangel kan imidlertid give anledning til den stigende anvendelse af geotermisk energi.

Industriel proces

På den anden side har det altid været muligt at anvendelse af geotermiske kilder til produktion af elektricitet i mellemstore turbogeneratorer (10-100 MW) placeret i nærheden af ​​brøndstederne, men den mindste anvendelige geotermiske temperatur til elproduktion var 150 ° C.

På det sidste bladløse vindmøller er udviklet til geotermisk vand og damp op til 100 ° C kun, hvilket gør det muligt at udvide anvendelsesområdet for denne energi.

Derudover kan bruges i industrielle processer såsom forarbejdning af metaller, opvarmning af industrielle processer af enhver art, opvarmning af drivhuse mv.

Men sandsynligvis den største fremtid for geotermisk energi ligger i udnyttelsen af ​​geotermisk energi ved meget lave temperaturerpå grund af dets alsidighed, enkelhed, lave økonomiske og miljømæssige omkostninger og muligheden for bruge det som et varme- og kølesystem.


Indholdet af artiklen overholder vores principper for redaktionel etik. Klik på for at rapportere en fejl her.

Vær den første til at kommentere

Efterlad din kommentar

Din e-mailadresse vil ikke blive offentliggjort. Obligatoriske felter er markeret med *

*

*

  1. Ansvarlig for dataene: Miguel Ángel Gatón
  2. Formålet med dataene: Control SPAM, management af kommentarer.
  3. Legitimering: Dit samtykke
  4. Kommunikation af dataene: Dataene vil ikke blive kommunikeret til tredjemand, undtagen ved juridisk forpligtelse.
  5. Datalagring: Database hostet af Occentus Networks (EU)
  6. Rettigheder: Du kan til enhver tid begrænse, gendanne og slette dine oplysninger.