Što je geotermalna energija, klimatizacijski sustavi 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 toplinska energija iz Zemlje.

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

Uz to, možemo reći da ta energija nije obnovljiva energija kao takva, budući da njegova obnova nije beskonačna, Međutim je neiscrpan u ljudskim razmjerima, pa se smatra obnovljivim u praktične svrhe.

Podrijetlo topline unutar Zemlje

Glavni uzrok topline unutar Zemlje je kontinuirano propadanje nekih radioaktivnih elemenata kao što su Uran 238, Torij 232 i Kalij 40.

Još jedan od podrijetlo geotermalne energije su sudari tektonskih ploča.

Međutim, u određenim je regijama geotermalna toplina 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 vruće izvore koristili za zahodi i u novije vrijeme ta se energija koristi za grijanje zgrada i staklenika te za proizvodnju električne energije.

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

• Rezervoari s visokom temperaturom
• Rezervoari s niskom temperaturom
• Suhi rezervoari vruće stijene

Rezervoari s visokom temperaturom

Kažemo da postoji polog od visoka temperatura kad voda rezervoara dosegne temperature iznad 100ºC zbog prisutnosti aktivnog izvora topline.

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 propusna stijena, pješčenjaci ili vapnenac na primjer, na vrhu a vodonepropusni 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, koji se pojavljuju u obliku vrućih izvora ili gejzira.

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

Rezervoari s niskom temperaturom

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

U tim ležištima, vrijednost toplinskog toka normalna je vrijednost zemljine kore, pa je nepotrebno postojanje 2 prethodna uvjeta: postojanje aktivnog izvora topline i izolacija spremišta tekućine.

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

Suhi rezervoari vruće stijene

Potencijal geotermalne energije es puno veća ako se toplina izvlači iz suhih 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 suhe vruće stijene, do čine ih poroznima.

tada uvodi se hladna voda s površine kroz cijev, puštajući je da prolazi kroz lomljenu vruću stijenu, tako da se zagrije, a zatim, izvlači se vodena para kroz drugu cijev iskoristiti svoj pritisak za pogon turbine i generiraju električnu energiju.

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

Iako je na tim područjima postignut velik napredak tehnikama bušenja nafte.

Geotermalna energija vrlo niske temperature

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

Pomoću prikladnog sustava za hvatanje i dizalice topline, toplina se može prenijeti iz ovog izvora na 15 ° C u sustav koji doseže 50 ° C, a potonji se koristi za grijanje i dobivanje sanitarne tople vode za upotrebu u kući.

Osim toga, ista dizalica topline može apsorbirati toplinu iz okoliša na 40 ° C i isporučiti je u podzemlje istim sustavom hvatanjaStoga sustav 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 korištenja kao sustava grijanja i hlađenja po vrlo niskoj cijeni.

Na sljedećem dijagramu možete vidjeti različite načine hvatanja ili prijenosa topline na pod za kasniju uporabu u grijanju, hlađenju i dobivanju PTV-a (sanitarne tople vode). Objasnit ću postupak u nastavku.

Klimatizacija kuće, bloka, bolnice itd. može se doći pojedinačno, budući da za sustav ne zahtijeva velika ulaganja, za razliku od geotermalnih postrojenja s visokim i srednjim temperaturama.

Ovaj sustav za iskorištavanje sunčeve energije koju apsorbira Zemljina površina temelji se na 3 glavna elementa:

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

Toplinska pumpa

Dizalica topline je termodinamički stroj koji se temelji na Carnotovom ciklusu koji izvodi plin.

Ovaj stroj apsorbira toplinu iz jednog izvora da bi je predao drugom na višoj temperaturi.

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

Ostali primjeri dizalica topline su klima uređaji i klima uređaji za kuće i automobile.

U ovoj shemi možete vidjeti da Hladna žarulja u zamjenu upija toplinu iz tla, a tekućina koja kruži krugom hladne žarulje upija toplinu 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.

Dizalica topline "pumpa" toplinu iz hladne žarulje u vruću žarulju.

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

Konvencionalni klimatizacijski sustavi apsorbiraju toplinu iz atmosfere, koja zimi može doseći temperaturas dolje -2 ° C.

Pri tim temperaturama isparivač praktički ne može zahvatiti toplinu i izvedba pumpe je vrlo niska.

Ljeti, kada je vruće, pumpa mora odustati od topline iz atmosfere u kojoj se može nalaziti 40 ° C, s onim što izvedba nije tako dobra kao što biste mogli očekivati.

Međutim, geotermalni slivni sustav, koji imaju izvor do stalna temperatura, izvedba je uvijek optimalna bez obzira na atmosferske temperaturne uvjete. Dakle, ovaj je sustav mnogo učinkovitiji od konvencionalne dizalice topline.

Izmijenite krugove sa Zemljom

Izmjena topline s površinskim vodama

Ovaj se sustav temelji na staviti vodu u termalni kontakt koji dolaze iz površinskog izvora s isparivačem / kondenzatorom, prema potrebama, za apsorpciju ili prijenos topline u spomenute vode.

Prednost: predstavlja da ima niska cijena

Nedostatak:  nije uvijek dostupan izvor vode.

Razmjena sa zemljom

ovo može biti izravna kada se izmjena između tla i isparivača / kondenzatora dizalice topline vrši pomoću zakopane bakrene cijevi.

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

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

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

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

• Prednost: nizak tlak u krugu, čime se izbjegavaju velike temperaturne razlike
• nedostaci: visoka cijena.

Razmjenjujte krugove s domom

Ti sklopovi može biti sa izravnom izmjenom ili s raspodjelom tople i hladne vode.

Izravna razmjena Temelji se na cirkulaciji zračne struje preko površine isparivača / kondenzatora na bočnoj strani kuće za izmjenu topline i distribuciju ovog vrućeg / hladnog zraka kroz kuću kroz toplinski izolirane cijevi.

Jedinstvenim distribucijskim sustavom riješena je raspodjela hladnoće i topline u kući.

• Prednost: obično su jeftini i vrlo jednostavni.
• nedostaci: niske performanse, umjerena udobnost i primjenjivo je samo na kuće koje su novoizgrađene ili imaju sustav grijanja s konvekcijskim zrakom.

Sustav distribucije tople i hladne vode zasniva se 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, ne može se koristiti za hlađenje, pa ako se koristi ova metoda ili ona radijatora za toplu vodu, morat će se instalirati drugi sustav da bi se moglo koristiti hlađenje.

• Prednost: vrlo visoka udobnost i performanse.
• nedostaci: visoka cijena.

Izvedba klimatizacijskih sustava

Energetska učinkovitost klimatizacijskog sustava koji se koristi kao izvor topline podzemlje na 15 ° C je najmanje od 400% u grijanju 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 dizalice topline koja izmjenjuje zrak sa zrakom na 40 stupnjeva, tako da u ovom slučaju postoji i ušteda energije veća od 50% u usporedbi s konvencionalnim klima uređajem.

To znači da je za pumpanje od hladnog pola do vrućeg pola 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 generira svu toplinu, ali većina se prenosi samo s jednog izvora na drugi.

Jedinice energije koje opskrbljujemo dizalicom topline su u obliku električne energije, tako da u osnovi proizvodimo CO2 u pogonu za proizvodnju električne energije, iako u znatno manjim količinama.

Međutim, mogli bismo koristiti neelektrične dizalice topline, ali njihov izvor energije bio je sunčeva energija, ali oni su još uvijek u eksperimentalnoj fazi.

Si uspoređujemo ovaj sustav sa sustavom grijanja za zahvatanje solarne energije kroz panele to možemo vidjeti predstavlja veliku prednostkao 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 s solarnom toplinskom energijom., ne za pomicanje dizalice topline kao što je gore spomenuto (što također) već za dodavanje topline u sustav, s obzirom na to da u sustavima grijanja i proizvodnje potrošne tople vode, voda se geotermalnom energijom može dovesti do 15 ° C za kasnije, povisite temperaturu vode solarnom energijom.

U ovom slučaju učinkovitost toplinske pumpe raste eksponencijalno.

Raspodjela geotermalne energije

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

Mislim na zonama u kojem više očituju učinci potresa i vulkana i koji se, općenito, podudaraju s tektonski rasjedi važna.

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 prednost možemo reći da:

• Pronađeno je distribuirana po cijelom planetu.
• Najjeftiniji geotermalni izvori nalaze se u vulkanska područja uglavnom se nalaze u zemljama u razvoju, što može biti vrlo korisno za poboljšanje vaše situacije.
• Je neiscrpni izvor energije u ljudskim razmjerima.
• Je li energija jeftinije to je poznato.

njihov nedostaci naprotiv su:

• Korištenje geotermalne energije predstavlja neke ekološki problemi, posebno, oslobađanje sumpornih plinova u atmosferu, zajedno s ispuštanja tople vode u rijeke, koji često sadrže visoku razinu krutina.

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

• Općenito, prijenos geotermalne topline na velike udaljenosti nije izvediv. Prije hlađenja treba koristiti vruću vodu ili paru u blizini izvora.
• Pronađena je većina geotermalnih voda temperature ispod 150ºC tako da općenito nije dovoljno vruće za proizvodnju električne energije.

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

• The suhi rezervoari vruće stijene kratko trajuKako se ispucane površine brzo hlade, njihova energetska učinkovitost brzo opada.
• The troškovi instalacije su vrlo visoki.

Budućnost geotermalne energije

Zasad samo bušenje i ekstrahirati toplinu do dubine od oko 3 km, iako se očekuje da će moći doseći veće dubine, s kojima bi se geotermalna energija mogla šire koristiti.

Ukupna raspoloživa energijana putu tople vode, pare ili vrućih stijena, do dubine od 10 km, pristupi 3.10¹⁷ nožni prst. 30 milijuna 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, budući da energetski sadržaj vode na 300 ° C tisuću je 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 uporaba geotermalnih izvora za proizvodnju električne energije u turbogeneratorima srednje veličine (10-100MW) smješteno u blizini mjesta bušotine, ali minimalna korisna geotermalna temperatura za proizvodnju električne energije bila je 150 ° C.

U posljednje vrijeme turbine bez lopatica razvijene su za geotermalnu vodu i paru do 100 ° C samo, što omogućuje proširenje područja upotrebe ove energije.

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

Ali vjerojatno 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 sustav grijanja i hlađenja.