Mis on geotermiline energia, kliimaseadmed ja tulevik

Kindlasti teate, mis on geotermiline energia üldiselt, kuid Kas teate kõiki selle energia põhitõdesid?

Ütleme väga üldiselt, et geotermiline energia on soojusenergia Maa seest.

Teisisõnu, maaküte on ainus taastuv energiaallikas, mis ei tulene Päikesest.

Lisaks võime öelda, et see energia ei ole taastuvenergia kui selline, kuna selle uuendamine pole lõpmatu, Kuid on inimlikus plaanis ammendamatu, seega peetakse seda praktilistel eesmärkidel taastuvaks.

Soojuse päritolu Maa sees

Maa sees on peamine kuumuse põhjus mõnede radioaktiivsete elementide pidev lagunemine nagu Uraan 238, Toorium 232 ja Kaalium 40.

Veel üks geotermilise energia päritolu on tektooniliste plaatide kokkupõrked.

Teatavates piirkondades on geotermiline soojus aga kontsentreeritum, nagu see toimub vulkaanid, magmahoovused, geisrid ja kuumaveeallikad.

Maasoojusenergia kasutamine

See energia on olnud kasutusel vähemalt 2.000 aastat.

Roomlased kasutasid selleks kuumaveeallikaid tualetid ja viimasel ajal on seda energiat kasutatud hoonete ja kasvuhoonete kütmiseks ning elektri tootmiseks.

Praegu on geotermilist energiat kolme tüüpi maardlatest:

• Kõrge temperatuuriga reservuaarid
• Madala temperatuuriga reservuaarid
• Kuivad kuumakivihoidlad

Kõrge temperatuuriga reservuaarid

Me ütleme, et on tagatisraha kõrge temperatuur kui veehoidla vesi jõuab temperatuur ületab 100ºC aktiivse soojusallika olemasolu tõttu.

Maasoojuse loomiseks kasutatavat maasoojust peavad geoloogilised tingimused võimaldama moodustada a geotermiline veehoidla, mis sarnanevad nafta või maagaasi koostisega, koosnedes a läbilaskev kivim, liivakivid või näiteks lubjakivi, mille kohal on a veekindel kiht, nagu savi.

Kivimite poolt kuumutatud põhjavesi möödub ülespoole reservuaari, kus nad jäävad läbitungimatu kihi alla lõksu.

Millal on pragusid nimetatud mitteläbilaskvas kihis on auru või vee pääs pinnale võimalik, ilmuvad kuumaveeallikate või geisrite kujul.

Neid kuumaveeallikaid on kasutatud iidsetest aegadest ja neid saab hõlpsasti kasutada kütmiseks ja tööstusprotsessides.

Madala temperatuuriga reservuaarid

Madalatemperatuurilised reservuaarid on need, milles vee temperatuur, mida kavatseme kasutada, asub temperatuuril 60–100 ° C.

Nendes hoiustes soojusvoo väärtus on maakoore normaalne väärtus, seega on kahe eelneva tingimuse olemasolu tarbetu: aktiivse soojusallika olemasolu ja vedeliku varude isoleerimine.

Ainult lao olemasolu sobival sügavusel, nii et selle piirkonna geotermilise gradiendi korral on temperatuure, mis muudavad selle kasutamise ökonoomseks.

Kuivad kuumakivihoidlad

Potentsiaal geotermilisest energiast es palju suurem, kui kuivadest kivimitest eraldatakse soojust, mis ei sisalda loomulikult vett.

Nad on a temperatuur jääb vahemikku 250–300 ºC juba üks sügavus 2.000–3.000 meetrit.

Selle kasutamiseks on vaja purustada kuivad kuumad kivid, et muudavad need poorseks.

Siis tuuakse sisse külm vesi pinnalt läbi toru, lastes sellel läbi kuuma murdunud kivimi soojeneda ja seejärel ekstraheeritakse veeaur läbi teise toru, et kasutada selle survet turbiini juhtimiseks ja genereerida elektrienergiat.

Seda tüüpi kasutamise probleemiks on kivimite sellisel sügavusel lõhkumise ja puurimise meetodid.

Kuigi nendes valdkondades on õlipuurimismeetodeid kasutades tehtud palju edusamme.

Väga madala temperatuuriga geotermiline energia

Võime kaaluda aluspinnas väikeste sügavusteni nagu a soojusallikas temperatuuril 15ºC, täiesti taastuv ja ammendamatu.

Sobiva kogumissüsteemi ja soojuspumba abil saab soojust sellest allikast temperatuuril 15 ° C üle viia süsteemi, mis jõuab temperatuurini 50 ° C, ning viimast saab kasutada kütmiseks ja sanitaarvee saamiseks kodus kasutamiseks.

Lisaks sama soojuspump suudab 40 ° C juures absorbeerida keskkonnast pärinevat soojust ja viia selle sama kogumissüsteemiga aluspinnasesseSeetõttu saab kodukütte lahendamise süsteem lahendada ka jahutuse, see tähendab, et majas on integreeritud kliimaseadme jaoks üks paigaldus.

Seda tüüpi energia peamine puudus on vajavad välise vooluahela väga suurt matmispindaKuid selle peamine eelis on pVõimalus kasutada seda kütte- ja jahutussüsteemina väga madalate kuludega.

Järgmisel diagrammil näete erinevaid viise, kuidas soojust põrandale koguda või üle kanda, et seda hiljem kasutada kütmiseks, jahutamiseks ja sooja tarbevee saamiseks. Seletan allpool toodud protseduuri.

Konditsioneer maja, korrusmaja, haigla jne. saab kätte individuaalselt, kuna see ei nõua süsteemi jaoks suuri investeeringuid, erinevalt kõrge ja keskmise temperatuuriga geotermilistest rajatistest.

See Maa pinnal neelduva päikeseenergia kasutamise süsteem põhineb kolmel põhielemendil:

1. Soojus pump
2. Vahetusahel Maaga
   1. Soojusvahetus pinnaveega
   2. Vahetus maaga
3. Vahetusring koduga

Soojus pump

Soojuspump on termodünaamiline masin mis põhineb Carnoti tsüklil gaasi abil.

See masin neelab soojust ühest allikast, et viia see teise, mis on kõrgemal temperatuuril.

Kõige tüüpilisem näide on külmikudNeil on masin, mis eraldab soojust seestpoolt ja väljutab selle väljapoole, mis on kõrgemal temperatuuril.

Soojuspumpade muud näited on konditsioneerid ja kodude ning autode kliimaseadmed.

Selles skeemis näete, et Külm pirn neelab maapinnast soojust vaheldumisi ja külm pirni ahelas ringlev vedelik neelab soojust kuni aurustumiseni.

Ring, mis kannab vett maapinnast tuleva soojusega, jahtub ja naaseb maapinnale, mullatemperatuuri taastumine toimub väga kiiresti.

Seevastu kuum pirn maja sees soojendab õhku, andes talle sooja.

Soojuspump “pumpab” soojust külmast pirnist kuumale pirnile.

Etendus (tarnitav energia / neeldunud energia) see sõltub aurustunud soojust tarniva allika temperatuurist.

Tavapärased kliimaseadmed neelavad atmosfääri soojust, mis talvel võib jõuda temperatuurs allpool -2 ° C

Nendel temperatuuridel ei suuda aurusti praktiliselt hõivata soojust ja pumba jõudlus on väga madal.

Suvel, kui on kuumem, peab pump loovutama atmosfääris olevat soojust 40 ºC, millega jõudlus pole nii hea, kui võiks arvata.

Kuid geotermilise valgala süsteem, millel on allikas püsiv temperatuur, jõudlus on alati optimaalne sõltumata atmosfääri temperatuuritingimustest. Nii et see süsteem on palju tõhusam kui tavaline soojuspump.

Vahetage vooluringe Maaga

Soojusvahetus pinnaveega

See süsteem põhineb pange vesi termokontakti pärinevad aurusti / kondensaatoriga pinnaveeallikast vastavalt vajadustele soojuse neeldumiseks või ülekandmiseks nimetatud vetesse.

Eelis: kingitused on see, et sellel on a odav

Puudus:  alati pole veeallikat saadaval.

Vahetus maaga

see võib olla otsene kui maapinna ja soojuspumba aurusti / kondensaatori vahetus toimub maetud vasktoru abil.

Maja jaoks võib vaja minna 100 kuni 150 meetrit toru.

• Eelis: madal hind, lihtsus ja hea jõudlus.
• Puudused: gaasilekete ja maa-alade külmumise võimalus.

Või ka võib olla abiskeem kui sellel on maetud torude komplekt, mille kaudu ringleb vesi, mis omakorda vahetab soojust aurusti / kondensaatoriga.

Maja jaoks võib vaja minna 100 kuni 200 meetrit toru.

• Eelis: madal rõhk vooluringis, vältides seeläbi suuri temperatuuride erinevusi
• Puudused: kõrge hind.

Vahetage vooluahelad koduga

Need vooluringid saab koos olla otsene vahetus või kuuma ja külma vee jaotamine.

Otsevahetus See põhineb õhuvoolu ringlemisel üle aurusti / kondensaatori pinna maja küljel soojusvahetuseks ja selle kuuma / külma õhu jaotamiseks kogu majas, soojusisolatsiooniga torude kaudu.

Ühe jaotussüsteemiga on majas lahendatud sooja ja külma jaotamine.

• Eelis: neil on tavaliselt madal hind ja palju lihtsust.
• Puudused: madal jõudlus, mõõdukas mugavus ja see kehtib ainult äsja ehitatud või õhukonvektsiooniga küttesüsteemiga kodude puhul.

Kuuma ja külma vee jaotussüsteem See põhineb veevoolu ringlemisel üle aurusti / kondensaatori pinna maja küljel soojusvahetuseks.

Tavaliselt jahutatakse vesi suvel temperatuurini 10 ºC ja talvel kuumutatakse temperatuurini 45 ºC, et seda saaks kasutada kliimaseadmena.

Põrandaküte on meetod, millel on parim jõudlus ja suurim mugavus kütte lahendamiseks ei saa seda aga jahutamiseks kasutada, nii et kui kasutatakse seda või kuuma vee radiaatorite meetodit, tuleb jahutamise kasutamiseks paigaldada teine ​​süsteem.

• Eelis: väga kõrge mugavus ja jõudlus.
• Puudused: kõrge hind.

Kliimaseadmete toimivus

Energiatõhusus konditsioneerimissüsteem, mida kasutatakse soojusallikana aluspinnas temperatuuril 15 ° C on vähemalt 400% kütmisel ja 500% jahutamisel.

Kui see kuumeneb elektrienergia panus moodustab ainult 25% kogu vajalikust energiast. Ja kui seda kasutatakse jahutamiseks, on jõudlus rohkem kui kahekordne 40-kraadise õhuga vahetatava soojuspumba omaga, seega on sel juhul ka energiasääst tavalise kliimaseadmega võrreldes üle 50%.

See tähendab, et külma pooluse ja kuuma pooluse pumpamiseks on vaja 4 ühikut energiat (näiteks 4 kalorit), vaja on ainult 1 ühikut energiat.

Külmkütuses on iga 5 pumbatava seadme jaoks nende pumpamiseks vaja 1 üksust.

See on võimalik alates ei tekita kogu soojust, aga suurem osa sellest kantakse ainult ühest allikast teise.

Soojuspumpa tarnitavad energiaühikud on elektrienergia kujul, nii et põhimõtteliselt toodame elektrienergiat tootvas jaamas CO2, ehkki palju vähem.

Kuid võiksime kasutada mitteelektrilisi soojuspumpasid, kuid nende energiaallikaks oli päikesesoojus, kuid nad on endiselt katsefaasis.

Si võrdleme seda süsteemi päikeseenergia püüdmise küttesüsteemiga läbi paneelide näeme seda kujutab endast suurt eelistKui ei vaja suuri akusid kompenseerida päikesekiirguse puudumise tunde.

Suur akumulaator on Maa enda mass see paneb meid püsiva temperatuuriga energiaallikaks, mis selle rakenduse ulatuses käitub lõpmatuna.

Kuid see, kes seda teeb Parim variant selle energiaallika kasutamiseks on kombineerida see päikese soojusenergiaga., mitte liigutada soojuspumpa, nagu eespool mainitud (mis ka), vaid süsteemi soojuse lisamiseks, arvestades, et kütte- ja tarbevee tootmise rakendustes geotermilise energia abil saab vee viia 15 ° C-ni hilisemaks, tõsta päikeseenergia abil vee temperatuuri.

Sel juhul soojuspumba kasutegur kasvab hüppeliselt.

Geotermiline energiajaotus

Geotermiline energia on kogu planeedil laialt levinud, eriti kuivade kuumade kivimite kujul, kuid on piirkondi, kus see ulatub ehk üle 10% planeedi pinnast ja neil on seda tüüpi energia arendamiseks eritingimused.

Ma mõtlen tsoonides milles maavärinate ja vulkaanide mõju ja see langeb üldiselt kokku tektoonilised vead oluline.

Nende hulgas on:

• Ameerika mandri Vaikse ookeani rannik Alaskast Tšiilini.
• Vaikse ookeani lääneosa, Uus-Meremaalt läbi Filipiinide ja Indoneesia, Lõuna-Hiina ja Jaapanini.
• Keenia, Uganda, Zaire ja Etioopia dislokatsiooni org.
• Vahemere ümbrus.

Maasoojusenergia eelised ja puudused

Sellel energial, nagu kõigel olemasoleval, on nii häid kui ka halbu osi.

Como eelis võime öelda, et:

• See on leitud levinud üle kogu planeedi.
• Odavaimad geotermilised allikad on vulkaanilised alad enamasti arengumaades, mis võib olla väga kasulik oma olukorra parandamiseks.
• Kas ammendamatu energiaallikas inimese mastaabis.
• Kas energiat odavam see on teada.

Sus puudused vastupidi, nad on:

• Geotermilise energia kasutamine on mõningane keskkonnaprobleemid, eriti väävelgaaside eraldumine atmosfääri koos kuuma vett juhitakse jõgedesse, mis sisaldavad sageli kõrget tahket ainet.

Ehkki üldiselt võib reovee pinnasesse tagasi juhtida, on see pärast mõnel juhul kaubanduslikult kasutatava kaaliumsoola ekstraheerimist.

• Üldiselt geotermilise soojuse ülekandmine pika vahemaa tagant ei ole teostatav. Enne jahtumist tuleks selle allika läheduses kasutada kuuma vett või auru.
• Suurem osa geotermilistest vetest on leitud temperatuur alla 150 ºC nii et üldiselt pole see elektritootmiseks piisavalt kuum.

Neid veekogusid saab kasutada ainult suplemiseks, hoonete ja kasvuhoonete ning välikultuuride soojendamiseks või eelsoojendatud veega katelde jaoks.

• osa kuivad kuumakivihoidlad on lühiajalisedKui pragunenud pinnad kiiresti jahtuvad, langeb nende energiatõhusus kiiresti.
• osa paigalduskulud on väga kõrged.

Geotermilise energia tulevik

Siiani ainult puurimine ja eraldada soojust umbes 3 km sügavusele, ehkki eeldatavasti suudab see jõuda suurematesse sügavustesse, millega geotermilist energiat saaks laiemalt kasutada.

Kättesaadav kogu energiakuuma vee, auru või kuumade kivimite kujul kuni 10 km sügavusele, läheneb 3.10¹⁷ varvas. 30 miljonit korda suurem kui praegune energiatarbimine maailmas. Mis näitab seda geotermiline energia võib lühikese aja jooksul olla huvitav alternatiiv.

Geotermiliste ressursside arendamiseks täiustatud tehnikad on väga sarnased naftasektoris kasutatavatega. Kuid kuna vee energiasisaldus temperatuuril 300ºC on tuhat korda madalam kui õli oma, kapitali saab majanduslikult investeerida uuringutesse ja puurimist on palju vähem.

Kuid naftapuudus võib soodustada geotermilise energia üha suuremat kasutamist.

Teisalt on see alati olnud võimalik geotermiliste allikate kasutamine elektri tootmiseks keskmise suurusega turbogeneraatorites (10-100MW), mis paiknesid kaevude läheduses, kuid minimaalne kasutatav geotermiline temperatuur elektritootmiseks oli 150ºC.

Hiljuti geotermilise vee ja auru jaoks kuni 100ºC on välja töötatud labadeta turbiinid ainult, mis võimaldab laiendada selle energia kasutusvaldkonda.

Lisaks saab kasutada tööstusprotsessides näiteks metallide tootmine, igasuguste tööstusprotsesside kütmine, kasvuhoonete kütmine jne.

Aga ilmselt geotermilise energia suurim tulevik seisneb väga madalatemperatuurilise geotermilise energia kasutamises, selle mitmekülgsuse, lihtsuse, madalate majanduslike ja keskkonnakulude ning võimaluste tõttu kasutage seda kütte- ja jahutussüsteemina.