מהי אנרגיה גיאותרמית, מערכות מיזוג אוויר והעתיד

אין ספק שאתה יודע מהי אנרגיה גיאותרמית באופן כללי, אבל האם אתה מכיר את כל היסודות לגבי האנרגיה הזו?

באופן כללי מאוד אנו אומרים כי אנרגיה גיאותרמית היא אנרגיית חום מתוך כדור הארץ.

במילים אחרות, אנרגיה גיאותרמית היא משאב האנרגיה המתחדשת היחיד שאינו נובע מהשמש.

בנוסף, אנו יכולים לומר כי אנרגיה זו איננה אנרגיה מתחדשת ככזו, שכן חידושו אינו אינסופי, למרות זאת הוא בלתי נדלה בקנה מידה אנושי, ולכן הוא נחשב לחדש למטרות מעשיות.

מקור החום בתוך כדור הארץ

הגורם העיקרי לחום בתוך כדור הארץ הוא ריקבון מתמשך של כמה אלמנטים רדיואקטיביים כגון אורניום 238, תוריום 232 ואשלגן 40.

עוד אחד מקורות האנרגיה הגיאותרמית הם התנגשויות של לוחות טקטוניים.

אולם באזורים מסוימים החום הגיאותרמי מרוכז יותר, כפי שקורה בסביבות הרי געש, זרמי מגמה, גייזרים ומעיינות חמים.

שימוש באנרגיה גיאותרמית

אנרגיה זו נמצאת בשימוש לפחות 2.000 שנה.

הרומאים השתמשו במעיינות החמים שֵׁרוּתִים ולאחרונה, אנרגיה זו שימשה ל חימום מבנים וחממות ולייצור חשמל.

נכון להיום ישנם 3 סוגים של פיקדונות מהם אנו יכולים להשיג אנרגיה גיאותרמית:

• מאגרים בטמפרטורה גבוהה
• מאגרים בטמפרטורה נמוכה
• מאגרי סלע חמים יבשים

מאגרים בטמפרטורה גבוהה

אנו אומרים שיש פיקדון בסך טמפרטורה גבוהה כאשר מי המאגר מגיעים טמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס בגלל נוכחות מקור חום פעיל.

על מנת שהחום הגיאותרמי ייצור אנרגיה גיאותרמית שמישה, התנאים הגיאולוגיים חייבים לאפשר יצירת א מאגר גיאותרמי, דומים לאלה הכלולים בנפט או בגז טבעי, המורכבים מ- סלע חדיר, אבני חול או אבן גיר למשל, מעליה א שכבה אטומה למים, כמו חימר.

מי התהום המחוממים על ידי הסלעים עוברים בכיוון מעלה למאגר, שם הם נותרים לכודים מתחת לשכבה הבלתי אטומה.

כאשר יש סדקים בשכבה האטימה האמורה, בריחת אדים או מים לפני השטח אפשרית, מופיעים בצורה של מעיינות חמים או גייזרים.

מעיינות חמים אלה שימשו עוד מימי קדם וניתן להשתמש בהם בקלות לתהליכי חימום ותעשייה.

מאגרים בטמפרטורה נמוכה

מאגרים בטמפרטורה נמוכה הם אלה שבהם טמפרטורת המים, שאנו הולכים להשתמש בו, נמצא בין 60 ל 100 מעלות צלזיוס.

בפיקדונות אלה, ערך שטף החום הוא הנורמלי של קרום כדור הארץלכן קיומם של 2 מהתנאים הקודמים אינו מיותר: קיום מקור חום פעיל ובידוד של מאגר הנוזלים.

רק ה נוכחות של מחסן בעומק המתאים כך שעם השיפוע הגיאותרמי הקיים באזור כאמור יש טמפרטורות שהופכות את ניצולו לכלכלי.

מאגרי סלע חמים יבשים

הפוטנציאל של אנרגיה גיאותרמית es mucho גדול יותר אם חום מופק מסלעים חמים יבשים, שאינם מכילים מים באופן טבעי.

הם נמצאים ב טמפרטורה בין 250 ל -300 מעלות צלזיוס כבר אחד עומק בין 2.000 ל -3.000 מטר.

לשם ניצולו יש צורך לשבור סלעים חמים יבשים, כדי להפוך אותם נקבוביים.

לאחר מכן, מכניסים מים קרים מפני השטח דרך צינור, ומאפשר לו לעבור דרך הסלע החם השבור, כך שהוא מתחמם ואז, מופקים אדי מים דרך צינור אחר כדי להשתמש בלחץ שלו להניע טורבינה ו לייצר אנרגיה חשמלית.

הבעיה עם סוג זה של ניצול היא הטכניקות לשבר את הסלעים בעומק וקידוח כזה.

למרות שהושגה התקדמות רבה באזורים אלה באמצעות טכניקות קידוח נפט.

אנרגיה גיאותרמית בטמפרטורה נמוכה מאוד

אנחנו יכולים לשקול את תַשׁתִית לעומקים קטנים כמו א מקור חום בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס, לגמרי מתחדש ובלתי נדלה.

באמצעות מערכת לכידה מתאימה ומשאבת חום, ניתן להעביר חום ממקור זה בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס למערכת המגיעה עד 50 מעלות צלזיוס, והאחרון יכול לשמש לחימום ולהשגת מים חמים סניטריים לשימוש בבית.

בנוסף, אותה משאבת חום יכולה לספוג חום מהסביבה בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס ולהעביר אותו לקרקעית עם אותה מערכת לכידהלכן, המערכת שיכולה לפתור חימום ביתי יכולה לפתור גם קירור, כלומר לבית יש מתקן יחיד למיזוג האוויר האינטגרלי שלו.

החיסרון העיקרי של סוג זה של אנרגיה הוא זקוק למשטח קבורה גדול מאוד של המעגל החיצוניעם זאת, היתרון העיקרי שלה הוא pאפשרות להשתמש בו כמערכת חימום וקירור בעלות נמוכה מאוד.

בתרשים הבא ניתן לראות דרכים שונות לתפיסה או העברת חום לרצפה לשימוש מאוחר יותר בחימום, קירור והשגת מים חמים (מים חמים לבית). אסביר את ההליך להלן.

מזגן של בית, גוש דירות, בית חולים וכו '. ניתן להגיע אליו בנפרדמכיוון שהיא אינה דורשת השקעות גדולות עבור המערכת, בניגוד למתקנים גיאותרמיים בטמפרטורה גבוהה ובינונית.

מערכת זו של רתימת אנרגיית השמש הנספגת על פני כדור הארץ מבוססת על 3 אלמנטים עיקריים:

1. משאבת חום
2. החלף מעגל עם כדור הארץ
   1. חילופי חום עם מים עיליים
   2. החלף עם האדמה
3. החלף מעגל עם הבית

משאבת חום

משאבת החום היא מכונה תרמודינמית אשר מבוסס על מחזור קרנוט המבוצע על ידי גז.

מכונה זו סופגת חום ממקור אחד כדי להעביר אותו לאחר שנמצא בטמפרטורה גבוהה יותר.

הדוגמה האופיינית ביותר היא מקרריםלאלה יש מכונה המוציאה חום מבפנים ומוציאה אותה החוצה, שנמצאת בטמפרטורה גבוהה יותר.

דוגמאות נוספות למשאבות חום הן מזגנים ומזגנים לבתים ומכוניות.

בתרשים זה ניתן לראות כי ה- נורה קרה סופגת חום מהקרקע בחילופי דברים והנוזל שמסתובב במעגל הנורה הקרה סופג חום עד שהוא מתאדה.

המעגל הנושא את המים עם חום מהאדמה מתקרר וחוזר לקרקע, התאוששות טמפרטורת הקרקע מהירה מאוד.

מצד שני, הנורה החמה, בתוך הבית, מחממת את האוויר ומעניקה לה חום.

משאבת החום היא "שאיבת" חום מהנורה הקרה אל הנורה החמה.

ביצועים (אספקת אנרגיה / אנרגיה נספגת) זה תלוי בטמפרטורת המקור המספק את החום המאודה.

מערכות מיזוג קונבנציונאליות לספוג חום מהאטמוספרה, שבחורף יכול להגיע אליה טמפרטורהלהלן -2 מעלות צלזיוס

בטמפרטורות אלה המאייד אינו יכול לתפוס כמעט שום חום ואת ביצועי המשאבה נמוכים מאוד.

בקיץ כשהוא חם יותר, המשאבה צריכה לוותר על החום מהאטמוספרה, שעשוי להיות ב 40 מעלות צלזיוס, עם מה ה הביצועים אינם טובים כפי שניתן היה לצפות.

עם זאת, מערכת התפיסה הגיאותרמית, בכך שיש מקור ל- טמפרטורה קבועה, הביצועים תמיד אופטימליים ללא קשר לתנאי הטמפרטורה האטמוספריים. אז מערכת זו יעילה הרבה יותר ממשאבת חום קונבנציונאלית.

החלף מעגלים עם כדור הארץ

חילופי חום עם מים עיליים

מערכת זו מבוססת על שים מים במגע תרמי המגיע ממקור עילי עם המאייד / הקבל, בהתאם לצרכים, לספיגת או העברת חום למים האמורים.

יתרון: מתנות זה שיש לו זול

חִסָרוֹן:  לא תמיד יש מקור מים זמין.

החלף עם האדמה

זה יכול להיות ישיר כאשר החלפה בין הקרקע למאייד / מעבה של משאבת החום מתבצעת באמצעות צינור נחושת קבור.

עבור בית, ניתן לדרוש בין 100 ל -150 מטר צינור.

• יתרון: עלות נמוכה, פשטות וביצועים טובים.
• חסרונות: אפשרות לדליפות גז והקפאת שטחי הארץ.

או גם יכול להיות מעגל עזר כשיש לו סט צינורות קבורים, שדרכם מסתובבים מים, אשר בתורם מחליפים חום עם המאייד / הקבל.

עבור בית, ניתן לדרוש בין 100 ל -200 מטר צינור.

• יתרון: לחץ נמוך במעגל, ובכך להימנע מהבדלי טמפרטורה גדולים
• חסרונות: עלות גבוהה.

החלף מעגלים עם הבית

המעגלים האלה יכול להיות עם החלפה ישירה או עם חלוקה של מים חמים וקרים.

החלפה ישירה הוא מבוסס על זרימת זרם אוויר על פני השטח של המאייד / הקבל בצד הבית לחילופי חום והפצת אוויר חם / קר זה ברחבי הבית, דרך צינורות מבודדים תרמית.

בעזרת מערכת הפצה אחת, חלוקת החום והקור בבית נפתרת.

• יתרון: בדרך כלל יש להם עלות נמוכה ופשטות רבה.
• חסרונות: ביצועים נמוכים, נוחות מתונה ויכולים להחיל רק על בתים שנבנו לאחרונה או עם מערכת חימום להסעת אוויר.

מערכת חלוקת המים החמים והקרים הוא מבוסס על זרימת זרימת מים על פני השטח של המאייד / הקבל בצד הבית להחלפת חום.

המים מקוררים בדרך כלל ל -10 מעלות צלזיוס בקיץ ומחוממים ל 45 מעלות צלזיוס בחורף כדי לשמש כאמצעי מיזוג אוויר.

חימום תת רצפתי הוא השיטה הטובה ביותר והנוחה ביותר כדי לפתור את החימום, עם זאת, לא ניתן להשתמש בו לקירור, כך שאם משתמשים בשיטה זו או זו של רדיאטורים למים חמים, יהיה צורך להתקין מערכת אחרת כדי שתוכל להשתמש בקירור.

• יתרון: נוחות וביצועים גבוהים מאוד.
• חסרונות: עלות גבוהה.

ביצועי מערכות מיזוג אוויר

חסכון באנרגיה של מערכת מיזוג אוויר המשמשת כמקור חום הקרקע ב 15 ºC הוא לפחות של 400% בחימום ו -500% בקירור.

כשזה מתחמם יש רק תרומה של אנרגיה חשמלית של 25% מסך האנרגיה הנדרשת. וכאשר משתמשים בו לקירור הביצועים גדולים מכפול מזה של משאבת חום המתחלפת עם האוויר ב 40 מעלות, כך שבמקרה זה יש גם חיסכון באנרגיה של יותר מ- 50% בהשוואה למזגן קונבנציונאלי.

המשמעות היא שכדי לשאוב מהקוטב לקוטב החם 4 יחידות אנרגיה (למשל 4 קלוריות), יש צורך ביחידת אנרגיה אחת בלבד.

בקירור, על כל 5 יחידות שנשאבות, יש צורך ביחידה אחת לשאיבתן.

זה אפשרי מאז לא מייצר את כל החום, אבל רובו מועבר רק ממקור אחד למשנהו.

יחידות האנרגיה שאנו מספקים למשאבת החום הן בצורת אנרגיה חשמלית, ולכן בעצם אנו מייצרים CO2 במפעל המייצר אנרגיה חשמלית, אם כי בכמויות קטנות בהרבה.

עם זאת, נוכל להשתמש במשאבות חום שאינן חשמליות, אלא שמקור האנרגיה שלהם היה תרמי סולארי, אך הם עדיין נמצאים בשלב הניסוי.

Si אנו משווים מערכת זו עם מערכת חימום ללכידת אנרגיה סולארית דרך לוחות אנו יכולים לראות זאת מציג יתרון גדולכמו אינו דורש מצברים גדולים כדי לפצות על שעות המחסור בקרינת השמש.

המצבר הגדול הוא המסה של כדור הארץ עצמו מה שגורם לנו להיות מקור אנרגיה בטמפרטורה קבועה, אשר במסגרת היישום הזה מתנהג כאינסופי.

עם זאת, זה שכן האפשרות הטובה ביותר לשימוש במקור אנרגיה זה היא לשלב אותו עם אנרגיה תרמית סולארית., לא להזיז את משאבת החום כאמור לעיל (שגם היא) אלא כדי להוסיף חום למערכתבהתחשב בכך שביישומי חימום והפקת מים חמים ביתיים, ניתן להביא מים ל -15 מעלות צלזיוס באמצעות אנרגיה גיאותרמית למועד מאוחר יותר, להעלות את הטמפרטורה של המים באמצעות אנרגיה סולארית.

במקרה זה היעילות של משאבת החום עולה באופן אקספוננציאלי.

חלוקת אנרגיה גיאותרמית

אנרגיה גיאותרמית נפוצה בכל כדור הארץ, במיוחד בצורה של סלעים חמים יבשים, אבל ישנם אזורים בהם הוא משתרע אולי מעל 10% משטח כדור הארץ ויש להם תנאים מיוחדים לפתח סוג זה של אנרגיה.

אני מתכוון ל אזורי בו מגלים יותר את ההשפעות של רעידות אדמה והרי געש וזה, באופן כללי, עולה בקנה אחד עם תקלות טקטוניות חשוב.

ביניהם:

• חוף האוקיאנוס השקט של יבשת אמריקה, מאלסקה ועד צ'ילה.
• מערב האוקיאנוס השקט, מניו זילנד, דרך הפיליפינים ואינדונזיה, ועד דרום סין ויפן.
• עמק העקירה של קניה, אוגנדה, זאיר ואתיופיה.
• הסביבה של הים התיכון.

יתרונות וחסרונות של אנרגיה גיאותרמית

לאנרגיה זו, כמו כל מה שקיים, יש את החלקים הטובים שלה כמו גם את החלקים הרעים שלה.

קומו ventajas אנחנו יכולים לומר את זה:

• זה נמצא מופץ על פני כל כדור הארץ.
• המקורות הגיאותרמיים החסכוניים ביותר נמצאים ב אזורים וולקניים ממוקם בעיקר במדינות מתפתחות, שיכולות להיות מאוד שימושי לשיפור מצבך.
• האם מקור אנרגיה בלתי נדלה בקנה מידה אנושי.
• האם האנרגיה יותר זול זה ידוע.

שלך desventajas להפך הם:

• השימוש באנרגיה גיאותרמית מציג חלקם בעיות סביבתיות, בפרט, שחרור גזים גופרתיים לאווירה, יחד עם זרימת מים חמים לנהרות, המכילים לעתים קרובות רמה גבוהה של מוצקים.

אמנם באופן כללי, ניתן להזריק שפכים לאדמה לאחר שהפיקו, במקרים מסוימים, מלחי אשלגן שמישים מסחרית.

• באופן כללי, העברת חום גיאותרמי למרחקים ארוכים אינה אפשרית. יש להשתמש במים חמים או בקיטור בקרבת מקורם לפני שהם מתקררים.
• רוב המים הגיאותרמיים נמצאים טמפרטורות מתחת ל -150 מעלות צלזיוס כך שבאופן כללי, זה לא מספיק חם לייצור חשמל.

מים אלה יכולים לשמש רק לרחצה, חימום מבנים וחממות וגידולי חוץ, או כמים שחוממו מראש לדודים.

• ل מאגרי סלעים חמים יבשים הם קצרי מועדכאשר משטחים סדוקים מתקררים במהירות, יעילות האנרגיה שלהם יורדת במהירות.
• ل עלויות ההתקנה גבוהות מאוד.

עתיד האנרגיה הגיאותרמית

עד כה רק נקבים ו להפיק חום לעומקים של כ -3 ק"מ, אם כי הוא צפוי להיות מסוגל להגיע לעומקים גדולים יותר, שבאמצעותם ניתן להשתמש באנרגיה גיאותרמית באופן נרחב יותר.

סך האנרגיה הזמינהבדרך של מים חמים, אדים או סלעים חמים, עד לעומק של 10 ק"מ, מתקרב 3.10¹⁷ טפ. פי 30 מיליון מצריכת האנרגיה העולמית הנוכחית. מה שמעיד על כך אנרגיה גיאותרמית יכולה להוות אלטרנטיבה מעניינת בטווח הקצר.

הטכניקות המושלמות לפיתוח משאבים גיאותרמיים דומות מאוד לאלו הנהוגות בתחום הנפט. עם זאת, מאז תכולת האנרגיה של מים ב -300 מעלות צלזיוס נמוכה פי אלף מזו של נפט, ההון יכול להיות מושקע כלכלית בחיפושים וקידוחים הם הרבה פחות.

עם זאת, מחסור בשמן עשוי לתדלק את השימוש הגובר באנרגיה גיאותרמית.

מצד שני, זה תמיד היה אפשרי שימוש במקורות גיאותרמיים לייצור חשמל במחוללי טורבו בגודל בינוני (10-100 מגה-וואט) הממוקמים בסמוך לאתרי הבאר, אך הטמפרטורה הגיאותרמית המינימלית שמישה לייצור חשמל הייתה 150 מעלות צלזיוס.

לָאַחֲרוֹנָה טורבינות ללא להב פותחו למים גיאותרמיים ולאדים עד 100 מעלות צלזיוס בלבד, המאפשר להרחיב את תחום השימוש באנרגיה זו.

בנוסף, ניתן להשתמש בתהליכים תעשייתיים כגון עיבוד מתכות, חימום תהליכים תעשייתיים מכל הסוגים, חימום חממות וכו '.

אבל כנראה העתיד הגדול ביותר של אנרגיה גיאותרמית נעוץ בניצול אנרגיה גיאותרמית בטמפרטורה נמוכה מאוד, בשל צדדיותה, פשטותה, עלותה הכלכלית והסביבתית הנמוכה והאפשרות של השתמש בו כמערכת חימום וקירור.