Ի՞նչ է երկրաջերմային էներգիան, օդորակման համակարգերը և ապագան

Իհարկե գիտեք, թե ընդհանուր առմամբ ինչ է երկրաջերմային էներգիան, բայց Գիտե՞ք այս էներգիայի մասին բոլոր հիմունքները:

Շատ ընդհանուր ձևով ասում ենք, որ երկրաջերմային էներգիան է ջերմային էներգիան Երկրի ներսից:

Այլ կերպ ասած, երկրաջերմային էներգիան միակ վերականգնվող էներգիայի ռեսուրսն է, որը չի բխում Արեգակից:

Բացի այդ, մենք կարող ենք ասել, որ այդ էներգիան վերականգնվող էներգիա չէ, որպես այդպիսին, քանի որ դրա նորացումը անսահման չէ, Այնուամենայնիվ մարդկային մասշտաբով անսպառ է, ուստի այն համարվում է վերականգնվող գործնական նպատակներով:

Heatերմության ծագումը Երկրի ներսում

Երկրի ներսում ջերմության հիմնական պատճառն այն է որոշ ռադիոակտիվ տարրերի շարունակական քայքայում ինչպիսիք են Ուրան 238-ը, Թորիում 232-ը և Կալիում 40-ը:

Մեկ այլ երկրաջերմային էներգիայի ակունքները են տեկտոնական թիթեղների բախումներ:

Որոշ շրջաններում, սակայն, երկրաջերմային ջերմությունն ավելի կենտրոնացված է, ինչպես տեղի է ունենում մերձակայքում հրաբուխներ, մագմա հոսանքներ, գեյզերներ և տաք աղբյուրներ:

Երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը

Այս էներգիան օգտագործվում է նվազագույնը 2.000 տարի:

Հռոմեացիները օգտագործում էին տաք աղբյուրները լոգարաններ և, վերջերս, այդ էներգիան օգտագործվել է ՀԿ-ի համար շենքերի և ջերմոցների տաքացում և էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար:

Ներկայումս կան ավանդների 3 տեսակ, որոնցից մենք կարող ենք ստանալ երկրաջերմային էներգիա.

• Բարձր ջերմաստիճանի ջրամբարներ
• Temperatureածր ջերմաստիճանի ջրամբարներ
• Չոր տաք ժայռի ջրամբարներ

Բարձր ջերմաստիճանի ջրամբարներ

Մենք ասում ենք, որ կա ավանդ բարձր ջերմաստիճանի երբ ջրամբարի ջուրը հասնում է 100ºC- ից բարձր ջերմաստիճան ակտիվ ջերմային աղբյուրի առկայության պատճառով:

Որպեսզի երկրաջերմային ջերմությունը օգտագործելի երկրաջերմային էներգիա ստեղծի, երկրաբանական պայմանները պետք է հնարավոր դարձնեն ա երկրաջերմային ջրամբար, նման են նավթի կամ բնական գազի պարունակությանը, որը բաղկացած է ա թափանցելի ժայռ, ավազաքարեր կամ կրաքար, օրինակ, գագաթով a անջրանցիկ շերտ, ինչպես կավը:

Cksայռերով տաքացած ստորերկրյա ջրերն անցնում են վերևի ուղղությամբ դեպի ջրամբար, որտեղ նրանք մնում են թակարդում անթափանց շերտի տակ:

Երբ կան ճաքեր նշված անթափանց շերտում հնարավոր է գոլորշու կամ ջրի արտահոսք դեպի մակերես, հայտնվելով տաք աղբյուրների կամ գեյզերների տեսքով:

Այս տաք աղբյուրները օգտագործվել են հին ժամանակներից և հեշտությամբ կարող են օգտագործվել ջեռուցման և արդյունաբերական գործընթացների համար:

Temperatureածր ջերմաստիճանի ջրամբարներ

Lowածր ջերմաստիճանի ջրամբարներն այն ջրամբարներն են, որոնցում ջրի ջերմաստիճանը, որը մենք պատրաստվում ենք օգտագործել, գտնվում է 60-ից մինչև 100ºC:

Այս ավանդներում, ջերմային հոսքի արժեքը երկրի ընդերքի նորմալ արժեքն է, այնպես որ նախորդ պայմաններից 2-ի առկայությունն ավելորդ է. ակտիվ ջերմային աղբյուրի առկայություն և հեղուկի պաշարների մեկուսացում:

Միայն պահեստի առկայություն համապատասխան խորության վրա, որպեսզի նշված տարածքում առկա երկրաջերմային գրադիենտի հետ միասին լինեն ջերմաստիճաններ, որոնք դրա շահագործումը դարձնում են տնտեսական:

Չոր տաք ժայռի ջրամբարներ

Ներուժը երկրաջերմային էներգիայի es շատ ավելի մեծ, եթե ջերմությունը արդյունահանվում է չոր տաք ժայռերից, որոնք բնականաբար ջուր չեն պարունակում:

Նրանք գտնվում են ա ջերմաստիճանը 250-ից 300ºC արդեն մեկը խորությունը 2.000-ից 3.000 մետր:

Դրա շահագործման համար անհրաժեշտ է կոտրել չոր տաք ժայռերը, դեպի դրանք ծակոտկեն դարձնել:

Այնուհետեւ, ներմուծվում է սառը ջուր մակերեսից խողովակի միջոցով, թողնելով այն անցնել կոտրված տաք ժայռի միջով, այնպես որ այն տաքանա, իսկ հետո, արդյունահանվում է ջրի գոլորշի մեկ այլ խողովակի միջոցով օգտագործել իր ճնշումը տուրբին վարելու համար և առաջացնում են էլեկտրական էներգիա:

Այս տեսակի շահագործման հետ կապված խնդիրն այն է, որ այդպիսի խորության վրա ապարները ճեղքվում են և հորատվում են:

Չնայած այդ ոլորտներում մեծ առաջընթաց է գրանցվել ՝ օգտագործելով նավթի հորատման տեխնիկան:

Շատ ցածր ջերմաստիճանի երկրաջերմային էներգիա

Մենք կարող ենք դիտարկել ընդերք փոքր խորություններում, ինչպես ա ջերմության աղբյուրը 15ºC ջերմաստիճանում, ամբողջովին վերականգնվող և անսպառ:

Համապատասխան գրավման համակարգի և ջերմային պոմպի միջոցով այս աղբյուրից ջերմությունը կարող է տեղափոխվել 15ºC համակարգ, որը հասնում է 50C և այն օգտագործվում է ջեռուցման և սանիտարական տաք ջուր ստանալու համար `տան օգտագործման համար:

Բացի այդ, նույն ջերմային պոմպը կարող է ջերմությունը կլանել շրջակա միջավայրից 40 atC ջերմաստիճանում և հասցնել ընդերքին ՝ նույն գրավման համակարգովՀետեւաբար, համակարգը, որը կարող է լուծել կենցաղային ջեռուցումը, կարող է լուծել նաև հովացումը, այսինքն ՝ տունն ունի մեկ ամբողջական տեղադրում իր ինտեգրալ օդորակման համար:

Այս տեսակի էներգիայի հիմնական թերությունն այն է անհրաժեշտ է արտաքին շրջանի շատ մեծ թաղման մակերեսԱյնուամենայնիվ, դրա հիմնական առավելությունը pԴա որպես ջեռուցման և հովացման համակարգ շատ ցածր գնով օգտագործելու հնարավորություն:

Հաջորդ գծապատկերում դուք կարող եք տեսնել հատակին ջերմության գրավման կամ փոխանցման տարբեր եղանակներ `հետագայում ջեռուցման, հովացման և DHW (սանիտարական տաք ջուր) ստանալու համար: Ես կբացատրեմ ընթացակարգը ստորև:

Օդորակում տան, բազմաբնակարան շենքի, հիվանդանոցի և այլն: կարելի է հասնել անհատապես, քանի որ այն համակարգի համար մեծ ներդրումներ չի պահանջում, ի տարբերություն բարձր և միջին ջերմաստիճանի երկրաջերմային օբյեկտների:

Երկրի մակերեսով կլանված արեգակնային էներգիան օգտագործելու այս համակարգը հիմնված է 3 հիմնական տարրերի վրա.

1. Երմային պոմպ
2. Փոխանակման միացում Երկրի հետ
   1. Surfaceերմափոխանակություն մակերեսային ջրերի հետ
   2. Փոխանակում գետնի հետ
3. Փոխանակման միացում տան հետ

Երմային պոմպ

Երմային պոմպը ջերմոդինամիկական մեքենա է որը հիմնված է գազի կողմից կատարված Կարնոտ ցիկլի վրա:

Այս մեքենան ներծծում է ջերմությունը մի աղբյուրից `այն հասցնելու մեկ այլ աղբյուրի, որն ավելի բարձր ջերմաստիճանում է:

Ամենաբնորոշ օրինակը սառնարաններն ենՍրանք ունեն մեքենա, որը ջերմությունը արդյունահանում է ներսից և դուրս մղում այն ​​դրսից, որն ավելի բարձր ջերմաստիճանում է:

Heatերմային պոմպերի այլ օրինակներ են օդափոխիչները և տների և ավտոմեքենաների օդորակիչները:

Այս սխեմատիկայում կարելի է տեսնել, որ Սառը լամպը փոխանակման եղանակով ներծծում է ջերմությունը գետնից, իսկ սառը լամպի շղթայով շրջանառվող հեղուկը կլանում է ջերմությունը մինչև դրա գոլորշիացումը:

Շղթան, որը ջուրը տաքացնում է գետնից, սառչում է և վերադառնում գետին, հողի ջերմաստիճանի վերականգնումը շատ արագ է:

Մյուս կողմից, տան ներսում տաք լամպը տաքացնում է օդը `տալով նրան ջերմություն:

Երմային պոմպը «մղում» է ջերմությունը սառը լամպից դեպի տաք լամպ:

Կատարում (մատակարարվող էներգիա / կլանված էներգիա) դա կախված է գոլորշիացված ջերմությունը մատակարարող աղբյուրի ջերմաստիճանից:

Պայմանական օդորակման համակարգեր կլանել ջերմությունը մթնոլորտից, որը ձմռանը կարող է հասնել ջերմաստիճաններքեւում -2 ° C

Այս ջերմաստիճաններում գոլորշիացումը կարող է գործնականում ոչ մի ջերմություն գրավել պոմպի կատարումը շատ ցածր է:

Ամռանը, երբ այն ավելի տաք է, պոմպը ստիպված է հրաժարվել մթնոլորտի ջերմությունից 40 ° C, ինչով կատարումը այնքան էլ լավը չէ, ինչպես կարող եք ակնկալել:

Մեղք բռնագրավել, երկրաջերմային ջրհավաք համակարգը, ունենալով աղբյուր կայուն ջերմաստիճանը, կատարումը միշտ օպտիմալ է անկախ մթնոլորտային ջերմաստիճանի պայմաններից: Այսպիսով, այս համակարգը շատ ավելի արդյունավետ է, քան սովորական ջերմային պոմպը:

Փոխանակման շղթաներ Երկրի հետ

Surfaceերմափոխանակություն մակերեսային ջրերի հետ

Այս համակարգը հիմնված է ջուրը դնել ջերմային շփման մեջ գոլորշիացնողով / կոնդենսատորով մակերեսային աղբյուրից գալիս, ըստ կարիքների, նշված ջրերը ջերմության կլանման կամ փոխանցման համար:

Առավելություն. Ներկայացնում է այն, որ այն ունի ա ցածր գնով

Թերություն.  միշտ չէ, որ առկա է ջրի աղբյուր:

Փոխանակում գետնի հետ

այս կարող է լինել ուղղակի երբ գետնի և ջերմային պոմպի գոլորշիացման / խտիչի միջև փոխանակումն իրականացվում է թաղված պղնձե խողովակի միջոցով:

Տան համար կարող է պահանջվել 100-ից 150 մետր խողովակ:

• Առավելությունցածր գին, պարզություն և լավ կատարում:
• Թերություններգազի արտահոսքի և հողի տարածքների սառեցման հնարավորությունը.

Կամ նաև կարող է լինել օժանդակ միացում երբ այն ունի թաղված խողովակների հավաքածու, որի միջոցով ջուր է շրջանառվում, որն էլ իր հերթին ջերմություն է փոխանակում գոլորշիացնողի / կոնդենսատորի հետ:

Տան համար կարող է պահանջվել 100-ից 200 մետր խողովակ:

• Առավելությունցածր շղթայում ՝ այդպիսով խուսափելով մեծ ջերմաստիճանային տարբերություններից
• Թերություններբարձր գին:

Փոխանակեք շղթաները տան հետ

Այս սխեմաները կարող է լինել հետ ուղղակի փոխանակում կամ տաք և սառը ջրի բաշխմամբ:

Ուղղակի փոխանակում Այն հիմնված է տան կողմում գտնվող գոլորշիացնող / կոնդենսատորի մակերևույթի վրա օդի հոսքի շրջանառության վրա `ջերմափոխանակման համար և այդ տաք / սառը օդը բաշխելու ամբողջ տանը, ջերմամեկուսացված խողովակների միջոցով:

Բաշխման մեկ համակարգով լուծվում է տանը տաք և սառը բաշխումը:

• ԱռավելությունԴրանք սովորաբար ունեն ցածր գին և շատ պարզություն:
• Թերություններցածր կատարողականություն, միջին հարմարավետություն և կիրառելի է միայն այն տների համար, որոնք նորակառույց են կամ ունեն օդափոխման ջեռուցման համակարգ:

Տաք և սառը ջրի բաշխման համակարգ այն հիմնված է ջրի հոսքի շրջանառության վրա տան կողմում գտնվող գոլորշիացնողի / կոնդենսատորի մակերեսի վրա `ջերմափոխանակման համար:

Summerուրը սովորաբար ամռանը սառչում է 10 ° C, իսկ ձմռանը տաքացնում 45 ° C, որպեսզի օգտագործվի որպես օդորակման միջոց:

Հատակի տաքացումը լավագույն կատարողական և հարմարավետ մեթոդն է ջեռուցման լուծման համար, այնուամենայնիվ, այն չի կարող օգտագործվել հովացման համար, այնպես որ, եթե այս կամ տաք ջրի ռադիատորների այս մեթոդը օգտագործվում է, ապա պետք է տեղադրվի մեկ այլ համակարգ, որպեսզի կարողանա օգտագործել հովացումը:

• Առավելություն: շատ բարձր հարմարավետություն և կատարում:
• Թերություններբարձր գին:

Օդորակման համակարգերի կատարում

Էներգաարդյունավետության որպես ջերմության աղբյուր օգտագործող օդորակման համակարգի ընդերքը 15ºC ջերմաստիճանում առնվազն 400% ջեռուցման մեջ և 500% հովացման մեջ:

Երբ այն տաքանում է կա միայն էլեկտրական էներգիայի ներդրում `պահանջվող ընդհանուր էներգիայի 25% -ի չափով, Եվ երբ այն օգտագործվում է հովացման համար, կատարումը ավելի քան կրկնակի է, քան ջերմային պոմպը, որը փոխվում է 40 աստիճանի օդի հետ, այնպես որ այս դեպքում կա ավելի քան 50% էներգախնայողություն `համեմատած սովորական օդորակիչի հետ:

Սա նշանակում է, որ սառը բեւեռից տաք բևեռ 4 միավոր էներգիա (օրինակ ՝ 4 կալորիա) մղելու համար անհրաժեշտ է ընդամենը 1 միավոր էներգիա:

Սառնարանում, յուրաքանչյուր 5 պոմպացված միավորի համար անհրաժեշտ է 1 միավոր դրանց մղման համար:

Դա հնարավոր է, քանի որ չի առաջացնում ամբողջ ջերմությունը, բայց դրա մեծ մասը փոխանցվում է միայն մի աղբյուրից մյուսը:

Էներգիայի միավորները, որոնք մենք մատակարարում ենք ջերմային պոմպին, ունեն էլեկտրական էներգիայի ձև, ուստի հիմնականում մենք CO2 ենք արտադրում էլեկտրական էներգիա արտադրող կայանում, չնայած շատ ավելի քիչ քանակությամբ:

Սակայն, մենք կարող էինք օգտագործել էլեկտրականությունից բացի այլ ջերմային պոմպեր, բայց նրանց էներգիայի աղբյուրը արևային ջերմությունն էր, բայց դրանք դեռ փորձարարական փուլում են:

Si մենք համեմատում ենք այս համակարգը արևային էներգիայի գրավման ջեռուցման համակարգի հետ վահանակների միջոցով մենք դա կարող ենք տեսնել ներկայացնում է մեծ առավելությունԻնչպես չի պահանջում մեծ կուտակիչներ փոխհատուցել արեգակնային ճառագայթման պակասի ժամերը:

Մեծ կուտակիչը Երկրի սեփական զանգվածն է դա ստիպում է մեզ ունենալ էներգիայի աղբյուր հաստատուն ջերմաստիճանում, որն այս կիրառման շրջանակներում իրեն անվերջ է պահում:

Այնուամենայնիվ, մեկը, որ անում է Էներգիայի այս աղբյուրի օգտագործման լավագույն տարբերակն այն արևային ջերմային էներգիայի հետ համատեղելն է:, ոչ թե տեղափոխել ջերմային պոմպը, ինչպես նշված է վերևում (որը նույնպես), այլ համակարգին ջերմություն ավելացնելհաշվի առնելով, որ ջեռուցման և կենցաղային տաք ջրի արտադրության ծրագրերում ջուրը հնարավոր է հասցնել 15ºC `օգտագործելով երկրաջերմային էներգիա ավելի ուշ, բարձրացնել ջրի ջերմաստիճանը արեգակնային էներգիայով:

Այս դեպքում ջերմային պոմպի արդյունավետությունը երկրաչափականորեն մեծանում է:

Երկրաջերմային էներգիայի բաշխում

Երկրաջերմային էներգիան տարածված է ամբողջ մոլորակում, հատկապես չոր տաք ժայռերի տեսքով, բայց կան տարածքներ, որոնցում այն ​​տարածվում է մոլորակի մակերեսի գուցե ավելի քան 10% -ի վրա և նրանք հատուկ պայմաններ ունեն այս տեսակի էներգիան զարգացնելու համար:

Նկատի ունեմ գոտիները որի մեջ ավելի ցայտուն են երկրաշարժերի և հրաբուխների հետևանքները և դա, ընդհանուր առմամբ, համընկնում է հետ տեկտոնական խզվածքներ կարևոր է:

Դրանց թվում են.

• Ամերիկյան մայրցամաքի Խաղաղ օվկիանոսի ափին ՝ Ալյասկայից մինչ Չիլի:
• Խաղաղ օվկիանոսի արևմտյան մասը ՝ Նոր Zeելանդիայից, Ֆիլիպինների և Ինդոնեզիայի միջով, դեպի հարավային Չինաստան և Japanապոնիա:
• Քենիայի, Ուգանդայի, Zaաիրի և Եթովպիայի տեղահանման հովիտ:
• Միջերկրական ծովի շրջակայքը:

Երկրաջերմային էներգիայի առավելություններն ու թերությունները

Այս էներգիան, ինչպես գոյություն ունեցող ամեն ինչ, ունի իր լավ մասերը, ինչպես նաև իր վատ մասերը:

Ինչպես առավելություն մենք կարող ենք ասել, որ.

• Գտնվել է տարածված ամբողջ մոլորակում:
• Երկրաջերմային ամենաէժան աղբյուրները հայտնաբերված են Բ հրաբխային տարածքներ հիմնականում տեղակայված են զարգացող երկրներում, ինչը կարող է շատ լինել օգտակար է ձեր իրավիճակը բարելավելու համար:
• Հնարավոր է էներգիայի անսպառ աղբյուր մարդկային մասշտաբով:
• Էներգիան է ավելի էժան դա հայտնի է

shut up թերությունները ընդհակառակը ՝

• Երկրաջերմային էներգիայի օգտագործումը ներկայացնում է որոշ բնապահպանական խնդիրներմասնավորապես ծծմբային գազերի արտանետում մեջ մթնոլորտ, հետ միասին տաք ջուրը հոսում է գետեր, որոնք հաճախ պարունակում են բարձր մակարդակի պինդ նյութեր:

Չնայած ընդհանուր առմամբ, կեղտաջրերը կարող են ներարկվել երկրի մեջ, որոշ դեպքերում, կալիումի առևտրային օգտագործման աղեր արդյունահանելուց հետո:

• Ընդհանուր առմամբ, Երկրաջերմային ջերմության փոխանցումը երկար հեռավորությունների վրա իրագործելի չէ, Տաք ջուր կամ գոլորշի պետք է օգտագործվեն աղբյուրի հարևանությամբ, նախքան այն սառչելը:
• Երկրաջերմային ջրերի մեծ մասը հայտնաբերված է 150ºC- ից ցածր ջերմաստիճան այնպես որ, ընդհանուր առմամբ, այն բավականաչափ տաք չէ էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար:

Այս ջրերը կարող են օգտագործվել միայն լոգանքի, շենքերի և ջերմոցների և բացօթյա մշակաբույսերի ջեռուցման համար, կամ որպես կաթսայատների նախապես տաքացվող ջուր:

• The չոր տաք ժայռի ջրամբարները կարճատև ենԵրբ ճաքճքված մակերեսներն արագ սառչում են, դրանց էներգաարդյունավետությունն արագորեն ընկնում է:
• The տեղադրման ծախսերը շատ բարձր են:

Երկրաջերմային էներգիայի ապագան

Առայժմ միայն հորատումը և ջերմությունը արդյունահանել մոտ 3 կմ խորության վրա, չնայած ակնկալվում է, որ այն կկարողանա հասնել ավելի մեծ խորությունների, որոնց հետ երկրաջերմային էներգիան կարող էր ավելի լայնորեն օգտագործվել:

Հասանելի ընդհանուր էներգիանտաք ջրի, գոլորշու կամ տաք ժայռերի ճանապարհին, մինչև 10 կմ խորության վրա, մոտենում է 3.10¹⁷ թեյ, 30 միլիոն անգամ գերազանցող ներկայիս էներգիայի սպառումը աշխարհում: Ինչը վկայում է այդ մասին երկրաջերմային էներգիան կարճաժամկետ հեռանկարում կարող է լինել հետաքրքիր այլընտրանք:

Երկրաջերմային ռեսուրսների զարգացման կատարելագործված տեխնիկան շատ նման է նավթի ոլորտում օգտագործվողներին: Սակայն, քանի որ 300ºC ջերմաստիճանում ջրի էներգիայի պարունակությունը հազար անգամ ցածր է նավթի պարունակությունից, կապիտալը կարող է տնտեսապես ներդրվել հետախուզման մեջ և հորատումը շատ ավելի քիչ է:

Այնուամենայնիվ, նավթի պակասը կարող է նպաստել երկրաջերմային էներգիայի օգտագործման ավելացմանը:

Մյուս կողմից, դա միշտ էլ հնարավոր է եղել միջին չափի տուրբո-գեներատորներում էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար երկրաջերմային աղբյուրների օգտագործումը (10-100 ՄՎտ) տեղակայված ջրհորի տեղանքների մոտակայքում, բայց էլեկտրաէներգիայի արտադրության համար օգտագործվող նվազագույն երկրաջերմային ջերմաստիճանը 150ºC էր:

Վերջերս Առանց շեղբի տուրբիններ են մշակվել երկրաջերմային ջրի և գոլորշու համար մինչև 100ºC միայն, ինչը թույլ է տալիս ընդլայնել այս էներգիայի օգտագործման դաշտը:

Բացի այդ, կարող է օգտագործվել արդյունաբերական գործընթացներում ինչպիսիք են մետաղների արտադրությունը, բոլոր տեսակի արդյունաբերական գործընթացների տաքացումը, ջերմոցների տաքացումը և այլն:

Բայց հավանաբար Երկրաջերմային էներգիայի ամենամեծ ապագան կայանում է շատ ցածր ջերմաստիճանի երկրաջերմային էներգիայի օգտագործման մեջ, շնորհիվ իր բազմակողմանիության, պարզության, ցածր տնտեսական և բնապահպանական ծախսերի և դրա հնարավորության օգտագործել այն որպես ջեռուցման և հովացման համակարգ: