Was ist Geothermie, Klimaanlagen und die Zukunft

Geothermie

Sicher wissen Sie aber allgemein, was Geothermie ist Kennen Sie alle Grundlagen dieser Energie?

Ganz allgemein sagen wir, dass Geothermie ist Wärmeenergie aus dem Erdinneren.

Mit anderen Worten, Geothermie ist die einzige erneuerbare Energiequelle, die nicht von der Sonne stammt.

Darüber hinaus können wir sagen, dass diese Energie seitdem keine erneuerbare Energie als solche ist seine Erneuerung ist nicht unendlich, Jedoch ist im menschlichen Maßstab unerschöpflichDaher wird es aus praktischen Gründen als erneuerbar angesehen.

Ursprung der Wärme in der Erde

Die Hauptursache für Hitze in der Erde ist die kontinuierlicher Zerfall einiger radioaktiver Elemente wie Uran 238, Thorium 232 und Kalium 40.

Ein anderer der Ursprünge der Geothermie sind Kollisionen von tektonischen Platten.

In bestimmten Regionen ist die Erdwärme jedoch stärker konzentriert, wie dies in der Nähe von der Fall ist Vulkane, Magma-Strömungen, Geysire und heiße Quellen.

Nutzung von Geothermie

Diese Energie wird seit mindestens 2.000 Jahren genutzt.

Die Römer nutzten die heißen Quellen, um Toiletten und in jüngerer Zeit wurde diese Energie für die verwendet Beheizung von Gebäuden und Gewächshäusern sowie zur Stromerzeugung.

Derzeit gibt es drei Arten von Lagerstätten, aus denen wir Geothermie gewinnen können:

  • Hochtemperaturbehälter
  • Niedertemperaturbehälter
  • Trockene heiße Gesteinsreservoirs

Hochtemperaturbehälter

Wir sagen, dass es eine Anzahlung von gibt hohe temperatur wenn das Reservoir Wasser erreicht Temperaturen über 100ºC aufgrund des Vorhandenseins einer aktiven Wärmequelle.

Damit geothermische Wärme nutzbare geothermische Energie erzeugen kann, müssen die geologischen Bedingungen die Bildung einer Geothermie ermöglichen geothermisches Reservoirähnlich wie in Öl oder Erdgas, bestehend aus a durchlässiges Gestein, Sandsteine oder Kalkstein zum Beispiel, gekrönt von a wasserdichte Schichtwie Ton.

Hochtemperaturschema

Das von den Felsen erwärmte Grundwasser fließt nach oben zum Reservoir, wo sie unter der undurchlässigen Schicht gefangen bleiben.

wenn Es gibt Risse in der undurchlässigen Schicht ist das Entweichen von Dampf oder Wasser an die Oberfläche möglich, Erscheinen in Form von heißen Quellen oder Geysiren.

Diese heißen Quellen werden seit der Antike verwendet und können leicht zum Heizen und für industrielle Prozesse verwendet werden.

Thermalbäder

Römische Badebäder

Niedertemperaturbehälter

Niedertemperaturspeicher sind solche, in denen die Wassertemperatur, die wir verwenden werden, befindet sich zwischen 60 und 100ºC.

In diesen Lagerstätten Der Wert des Wärmeflusses ist der Normalwert der ErdkrusteDas Vorhandensein von 2 der vorherigen Bedingungen ist daher nicht erforderlich: Vorhandensein einer aktiven Wärmequelle und Isolierung des Fluidspeichers.

Niedertemperaturschema

Nur der Vorhandensein eines Lagers in der geeigneten Tiefe, so dass bei dem vorhandenen geothermischen Gradienten in diesem Gebiet Temperaturen auftreten, die die Nutzung wirtschaftlich machen.

Trockene heiße Gesteinsreservoirs

Das Potenzial der Geothermie es mucho größer, wenn Wärme aus trockenen heißen Steinen gewonnen wird, die natürlich kein Wasser enthalten.

Sie sind an einem Temperatur zwischen 250 und 300ºC schon eins Tiefe zwischen 2.000 und 3.000 Metern.

Für seine Ausbeutung ist es notwendig, trockene heiße Steine ​​zu brechen, um mach sie porös.

Dann kaltes Wasser wird eingeführt von der Oberfläche durch ein Rohr, lassen Sie es durch das gebrochene heiße Gestein passieren, so dass es sich erwärmt und dann, Wasserdampf wird extrahiert durch ein anderes Rohr, um seinen Druck zum Antrieb einer Turbine zu nutzen und elektrische Energie erzeugen.

Hot Rock Umriss

Das Problem bei dieser Art der Ausbeutung sind die Techniken zum Brechen der Gesteine ​​in dieser Tiefe und zum Bohren.

Obwohl in diesen Bereichen mit Ölbohrtechniken große Fortschritte erzielt wurden.

Geothermie bei sehr niedrigen Temperaturen

Wir können das berücksichtigen Untergrund zu kleinen Tiefen wie a Wärmequelle bei 15ºC, völlig erneuerbar und unerschöpflich.

Mittels eines geeigneten Auffangsystems und einer Wärmepumpe kann Wärme von dieser Quelle bei 15 ° C auf ein System übertragen werden, das 50 ° C erreicht, und letztere kann zum Erhitzen und Erhalten von sanitärem Warmwasser für den Hausgebrauch verwendet werden.

Zusätzlich Dieselbe Wärmepumpe kann bei 40 ° C Wärme aus der Umgebung aufnehmen und mit demselben Auffangsystem an den Untergrund abgebenDaher kann das System, das die Haushaltsheizung lösen kann, auch die Kühlung lösen, dh das Haus verfügt über eine einzige Installation für seine integrierte Klimaanlage.

Der Hauptnachteil dieser Art von Energie ist die benötigen eine sehr große Grabfläche des äußeren StromkreisesSein Hauptvorteil ist jedoch der pMöglichkeit, es als Heiz- und Kühlsystem zu sehr geringen Kosten einzusetzen.

In der folgenden Abbildung sehen Sie verschiedene Möglichkeiten, Wärme zu erfassen oder auf den Boden zu übertragen, um sie später zum Heizen, Kühlen und Erhalten von Warmwasser zu verwenden. Ich werde das Verfahren unten erklären.

Klimaanlage Schema

Klimaanlage eines Hauses, eines Wohnblocks, eines Krankenhauses usw. kann erreicht werden individuell, da es im Gegensatz zu geothermischen Hoch- und Mitteltemperaturanlagen keine großen Investitionen für das System erfordert.

Dieses System zur Nutzung der von der Erdoberfläche absorbierten Sonnenenergie basiert auf drei Hauptelementen:

  1. Klimaanlage
  2. Schaltung mit der Erde austauschen
    1. Wärmeaustausch mit Oberflächengewässern
    2. Austausch mit dem Boden
  3. Austauschschaltung mit dem Haus

Wärmepumpe

Die Wärmepumpe ist eine thermodynamische Maschine Dies basiert auf dem Carnot-Zyklus, der von einem Gas durchgeführt wird.

Diese Maschine absorbiert Wärme von einer Quelle, um sie an eine andere mit höherer Temperatur abzugeben.

Das typischste Beispiel sind KühlschränkeDiese haben eine Maschine, die Wärme von innen abführt und nach außen abgibt, die eine höhere Temperatur hat.

Andere Beispiele für Wärmepumpen sind Klimaanlagen und Klimaanlagen für Privathaushalte und Automobile.

In diesem Schema können Sie sehen, dass die Die kalte Glühbirne nimmt in einem Austausch Wärme vom Boden auf, und die Flüssigkeit, die durch die kalte Glühbirne zirkuliert, nimmt die Wärme auf, bis sie verdunstet.

Wärmepumpenschema

Der Kreislauf, der das Wasser mit Wärme vom Boden transportiert, kühlt ab und kehrt zum Boden zurück. Die Wiederherstellung der Bodentemperatur erfolgt sehr schnell.

Andererseits erwärmt die heiße Glühbirne im Haus die Luft und gibt ihr Wärme.

Die Wärmepumpe „pumpt“ Wärme von der kalten Glühbirne zur heißen Glühbirne.

Leistung (Energie geliefert / Energie absorbiert) Dies hängt von der Temperatur der Quelle ab, die die verdampfte Wärme liefert.

Herkömmliche Klimaanlagen absorbieren Wärme aus der Atmosphäre, die im Winter erreichen kann Temperaturs unten -2 ° C.

Bei diesen Temperaturen kann der Verdampfer praktisch keine Wärme aufnehmen und die Die Pumpenleistung ist sehr gering.

Im Sommer, wenn es heißer ist, muss die Pumpe die Wärme aus der Atmosphäre abgeben, in der sie sich möglicherweise befindet 40°C, mit was die Die Leistung ist nicht so gut wie erwartet.

Jedoch das geothermische Einzugsgebiet, eine Quelle zu haben konstante Temperatur, Leistung ist immer optimal unabhängig von atmosphärischen Temperaturbedingungen. Dieses System ist also viel effizienter als eine herkömmliche Wärmepumpe.

Schaltkreise mit der Erde austauschen

Wärmeaustausch mit Oberflächengewässern

Dieses System basiert auf Wasser in thermischen Kontakt bringen von einer Oberflächenquelle mit dem Verdampfer / Kondensator kommen, je nach Bedarf, um Wärme an diese Gewässer aufzunehmen oder zu übertragen.

Vorteil: Geschenke ist, dass es eine hat Low-Cost

Nachteil:  Es ist nicht immer eine Wasserquelle verfügbar.

Austausch mit dem Boden

diese kann direkt sein wenn der Austausch zwischen dem Boden und dem Verdampfer / Kondensator der Wärmepumpe mittels eines vergrabenen Kupferrohrs erfolgt.

Für ein Haus können zwischen 100 und 150 Meter Rohr erforderlich sein.

  • Vorteil: niedrige Kosten, Einfachheit und gute Leistung.
  • Nachteile: Möglichkeit von Gaslecks und Einfrieren von Landflächen.

Oder auch kann ein Hilfsstromkreis sein wenn es eine Reihe von vergrabenen Rohren hat, durch die Wasser zirkuliert, die wiederum Wärme mit dem Verdampfer / Kondensator austauschen.

Für ein Haus können zwischen 100 und 200 Meter Rohr erforderlich sein.

  • Vorteil: niedriger Druck im Kreislauf, wodurch große Temperaturunterschiede vermieden werden
  • Nachteile: Hohe Kosten.

Schaltkreise mit dem Haus austauschen

Diese Schaltungen kann mit sein ein direkter Austausch oder mit einer Verteilung von heißem und kaltem Wasser.

Direkter Austausch Es basiert auf der Zirkulation eines Luftstroms über die Oberfläche des Verdampfers / Kondensators an der Seite des Hauses zum Wärmeaustausch und der Verteilung dieser heißen / kalten Luft durch wärmeisolierte Rohre im ganzen Haus.

Mit einem einzigen Verteilungssystem wird die Verteilung von Kälte und Wärme im Haus gelöst.

  • Vorteil: Sie sind in der Regel kostengünstig und sehr einfach.
  • Nachteile: Geringe Leistung, mäßiger Komfort und gilt nur für Häuser, die neu gebaut wurden oder über ein Luftkonvektionsheizsystem verfügen.

Das Warm- und Kaltwasserverteilungssystem Es basiert auf der Zirkulation eines Wasserstroms über die Oberfläche des Verdampfers / Kondensators an der Seite des Hauses zum Wärmeaustausch.

Das Wasser wird normalerweise im Sommer auf 10 ° C abgekühlt und im Winter auf 45 ° C erwärmt, um als Mittel zur Klimatisierung verwendet zu werden.

Fußbodenheizung ist die leistungsstärkste und bequemste Methode Um die Heizung zu lösen, kann sie jedoch nicht zum Kühlen verwendet werden. Wenn also diese Methode oder die von Heißwasserheizkörpern verwendet wird, muss ein anderes System installiert werden, um die Kühlung verwenden zu können.

  • Vorteil: sehr hoher Komfort und Leistung.
  • Nachteile: Hohe Kosten.

Leistung von Klimaanlagen

Energieeffizienz einer Klimaanlage als Wärmequelle der Untergrund bei 15ºC ist zumindest von 400% beim Heizen und 500% beim Kühlen.

Wenn es heiß wird Es gibt nur einen Beitrag der elektrischen Energie von 25% der insgesamt benötigten Energie. Und wenn es zum Kühlen verwendet wird, ist die Leistung mehr als doppelt so hoch wie die einer Wärmepumpe, die sich bei 40 Grad mit der Luft austauscht. In diesem Fall gibt es also auch eine Energieeinsparung von mehr als 50% im Vergleich zu einer herkömmlichen Klimaanlage.

Dies bedeutet, dass zum Pumpen von 4 Energieeinheiten (zum Beispiel 4 Kalorien) vom kalten zum heißen Pol nur 1 Energieeinheit benötigt wird.

In der Kühlung wird für jeweils 5 gepumpte Einheiten 1 Einheit benötigt, um sie zu pumpen.

Dies ist seitdem möglich erzeugt nicht die gesamte Wärme, aber Das meiste davon wird nur von einer Quelle zur anderen übertragen.

Die Energieeinheiten, die wir der Wärmepumpe zuführen, liegen in Form von elektrischer Energie vor. Im Grunde genommen produzieren wir in der Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie CO2, wenn auch in viel geringeren Mengen.

Allerdings Wir könnten nicht elektrische Wärmepumpen verwenden, aber ihre Energiequelle war Solarthermie, aber sie befinden sich noch in der experimentellen Phase.

Si Wir vergleichen dieses System mit einem Solarenergie-Heizsystem durch Panels können wir das sehen bietet einen großen VorteilAls erfordert keine großen Akkus um die Stunden des Mangels an Sonnenstrahlung zu kompensieren.

Der große Akkumulator ist die Masse der Erde Dadurch haben wir eine Energiequelle mit konstanter Temperatur, die sich im Rahmen dieser Anwendung als unendlich verhält.

Performance

Allerdings derjenige, der es tut Die beste Möglichkeit, diese Energiequelle zu nutzen, besteht darin, sie mit solarthermischer Energie zu kombinieren., die Wärmepumpe nicht wie oben erwähnt zu bewegen (was auch) aber um dem System Wärme zuzuführen, da in Heizungs- und Warmwasserbereitungsanwendungen, Wasser kann mit Geothermie auf 15 ° C gebracht werden für später, Erhöhen Sie die Wassertemperatur mit Sonnenenergie.

In diesem Fall Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe steigt exponentiell an.

Geothermische Energieverteilung

Geothermie ist auf dem ganzen Planeten verbreitetvor allem in Form von trockenen heißen Steinen, aber Es gibt Gebiete, in denen es sich vielleicht über 10% der Planetenoberfläche erstreckt und sie haben besondere Bedingungen, um diese Art von Energie zu entwickeln.

Ich meine das Zones wobei deutlicher die Auswirkungen von Erdbeben und Vulkanen und das fällt im Allgemeinen mit zusammen tektonische Fehler wichtig.

Geothermiekarte

Unter ihnen sind:

  • Die Pazifikküste des amerikanischen Kontinents von Alaska bis Chile.
  • Der westliche Pazifik von Neuseeland über die Philippinen und Indonesien bis nach Südchina und Japan.
  • Das Tal der Versetzung von Kenia, Uganda, Zaire und Äthiopien.
  • Die Umgebung des Mittelmeers.

Vor- und Nachteile der Geothermie

Diese Energie hat, wie alles, was existiert, sowohl ihre guten als auch ihre schlechten Teile.

Como Vorteil Wir können das sagen:

  • Es ist auf dem ganzen Planeten verteilt.
  • Die billigsten geothermischen Quellen befinden sich in der vulkanische Gebiete meist in Entwicklungsländern gelegen, was sehr sein kann nützlich, um Ihre Situation zu verbessern.
  • Ist ein unerschöpfliche Energiequelle auf menschlicher Ebene.
  • Ist die Energie billiger das ist bekannt.

Ihre desventajas im Gegenteil sind sie:

  • Die Nutzung von Geothermie bietet einige Umweltproblemeinsbesondere die Freisetzung von schwefelhaltigen Gasen in die Atmosphäre, zusammen mit heißes Wasser fließt in Flüsse, die oft einen hohen Feststoffgehalt enthalten.

Obwohl Abwasser im Allgemeinen wieder in die Erde eingeleitet werden kann, nachdem in einigen Fällen kommerziell verwendbare Kaliumsalze gewonnen wurden.

  • Insgesamt Eine Übertragung von Erdwärme über große Entfernungen ist nicht möglich. Heißes Wasser oder Dampf sollte in der Nähe der Quelle verwendet werden, bevor es abkühlt.
  • Die meisten geothermischen Gewässer sind vorhanden Temperaturen unter 150ºC Daher ist es im Allgemeinen nicht heiß genug für die Stromerzeugung.

Dieses Wasser kann nur zum Baden, Heizen von Gebäuden und Gewächshäusern sowie für Nutzpflanzen im Freien oder als vorgewärmtes Wasser für Kessel verwendet werden.

  • die trockene heiße Gesteinsreservoire sind von kurzer DauerWenn rissige Oberflächen schnell abkühlen, sinkt ihre Energieeffizienz schnell.
  • die Installationskosten sind sehr hoch.

Die Zukunft der Geothermie

Bisher nur Bohren und Wärme in Tiefen von ca. 3 km abführen, obwohl erwartet wird, dass es in der Lage sein wird, größere Tiefen zu erreichen, mit denen Geothermie in größerem Umfang genutzt werden könnte.

Die gesamte verfügbare Energiein Form von heißem Wasser, Dampf oder heißen Steinen bis zu einer Tiefe von 10 km, Ansätze 3.1017 TEP. 30 Millionen Mal der aktuelle weltweite Energieverbrauch. Was darauf hinweist Geothermie kann kurzfristig eine interessante Alternative sein.

Die perfektionierten Techniken zur Entwicklung geothermischer Ressourcen sind denen im Ölsektor sehr ähnlich. Da jedoch Der Energiegehalt von Wasser bei 300 ° C ist tausendmal niedriger als der von Ölkann das Kapital wirtschaftlich in Exploration investiert werden und Bohrungen sind viel weniger.

Ölmangel kann jedoch die zunehmende Nutzung von Geothermie befeuern.

Industrieller Prozess

Andererseits war es immer möglich Nutzung geothermischer Quellen zur Stromerzeugung in mittelgroßen Turbogeneratoren (10-100 MW) in der Nähe der Bohrstellen, aber die minimal nutzbare geothermische Temperatur für die Stromerzeugung betrug 150 ° C.

In letzter Zeit Schaufellose Turbinen wurden für geothermisches Wasser und Dampf bis 100 ° C entwickelt nur, was es ermöglicht, den Einsatzbereich dieser Energie zu erweitern.

Zusätzlich kann in industriellen Prozessen eingesetzt werden wie die Herstellung von Metallen, die Erwärmung von Industrieprozessen aller Art, die Erwärmung von Gewächshäusern usw.

Aber wahrscheinlich Die größte Zukunft der Geothermie liegt in der Nutzung von Geothermie mit sehr niedrigen Temperaturenaufgrund seiner Vielseitigkeit, Einfachheit, geringen wirtschaftlichen und ökologischen Kosten und der Möglichkeit von Verwenden Sie es als Heiz- und Kühlsystem.


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