地熱エネルギー、空調システム、そして未来とは

地熱エネルギー

確かにあなたは地熱エネルギーが一般的に何であるかを知っています、しかし このエネルギーについてのすべての基本を知っていますか?

非常に一般的な方法で、地熱エネルギーは 地球内部からの熱エネルギー。

言い換えれば、地熱エネルギーは、太陽に由来しない唯一の再生可能エネルギー資源です。

また、このエネルギー自体は再生可能エネルギーではないと言えます。 その更新は無限ではありません、 しかしながら 人間のスケールでは無尽蔵です、したがって、実用的な目的で更新可能と見なされます。

地球内部の熱の起源

地球内部の熱の主な原因は いくつかの放射性元素の継続的な崩壊 ウラン238、トリウム232、カリウム40など。

もう一つの 地熱エネルギーの起源 アール 構造プレートの衝突。

ただし、特定の地域では、地熱は、周辺で発生するように、より集中しています。 火山、マグマの流れ、間欠泉、温泉。

地熱エネルギーの利用

このエネルギーは最低2.000、XNUMX年間使用されています。

ローマ人は温泉を使って 浴室 そして、最近では、このエネルギーは 建物や温室の暖房や発電用。

現在、地熱エネルギーを得ることができる鉱床には3つのタイプがあります。

  • 高温リザーバー
  • 低温リザーバー
  • 高温岩体地熱貯留層

高温リザーバー

の預金があると言います 高温 貯水池の水が到達したとき 100ºCを超える温度 アクティブな熱源が存在するため。

地熱が使用可能な地熱エネルギーを生み出すためには、地質条件が地熱を形成することを可能にしなければなりません。 地熱貯留層、石油または天然ガスに含まれるものと同様に、 透水性の岩、砂岩 または石灰岩、例えば、 防水層、粘土のように。

高温スキーム

岩石で加熱された地下水は上向きに通過します それらが不浸透性の層の下に閉じ込められたままである貯水池に。

ひびがあります 前記不浸透性の層では、表面への蒸気または水の逃げが可能であり、 温泉や間欠泉の形で登場します。

これらの温泉は古くから利用されており、暖房や工業工程で簡単に利用できます。

温泉

バースのローマ浴場

低温リザーバー

低温貯水池は、 水の温度これから使用する、があります 60〜100ºC。

これらの預金では、 熱流束の値は地殻の法線です、したがって、前の条件の2つの存在は不要です:アクティブな熱源の存在と流体貯蔵の隔離。

低温スキーム

のみ 倉庫の存在 適切な深さで、その地域の既存の地熱勾配で、その開発を経済的にする温度があります。

高温岩体地熱貯留層

可能性 地熱エネルギー es ムーチョ 乾燥した熱い岩から熱を抽出するとさらに大きくなります、自然に水を含まない。

彼らはにいます 250〜300ºCの温度 すでにXNUMXつ 深さは2.000〜3.000メートルです。

その搾取のために、乾燥した熱い岩を壊す必要があります、 それらを多孔質にします。

その後 冷水を導入 表面からパイプを通り、割れた熱い岩を通過させて加熱し、その後、 水蒸気が抽出されます 別のパイプラインを介して、その圧力を使用してタービンを駆動し、 電気エネルギーを生成します。

ホットロックの概要

このタイプのエクスプロイテーションの問題は、そのような深さで岩石を破砕して掘削する技術です。

これらの分野では、石油掘削技術を使用して多くの進歩が見られましたが。

非常に低温の地熱エネルギー

私たちは考えることができます 下層土 のような小さな深さに 15ºCの熱源、完全に再生可能で無尽蔵です。

適切なキャプチャシステムとヒートポンプを使用すると、15ºCのこの熱源から50ºCに達するシステムに熱を伝達できます。後者は、家庭で使用するための衛生的な温水の加熱と取得に使用できます。

さらに、 同じヒートポンプが40ºCの環境から熱を吸収し、同じ捕捉システムで下層土に送ることができますしたがって、家庭用暖房を解決できるシステムは、冷房も解決できます。つまり、家は一体型空調のために単一の設備を備えています。

このタイプのエネルギーの主な欠点は、 外部回路の非常に大きな埋没面が必要ただし、その主な利点はpです非常に低コストで冷暖房システムとして使用する可能性。

次の図では、後でDHW(衛生温水)を加熱、冷却、および取得するために使用するために、熱を捕捉または床に伝達するさまざまな方法を示しています。 以下に手順を説明します。

空調システムスキーム

空調 家、アパートのブロック、病院などの。 到達することができます 個別に、高温および中温の地熱施設とは異なり、システムに多額の投資を必要としないためです。

地球の表面によって吸収された太陽エネルギーを利用するためのこのシステムは、3つの主要な要素に基づいています。

  1. ヒートポンプ
  2. 地球との回路交換
    1. 地表水との熱交換
    2. 地面との交換
  3. 家庭との交換回路

ヒートポンプ

ヒートポンプは熱力学的機械です これは、ガスによって実行されるカルノーサイクルに基づいています。

この機械は、ある熱源から熱を吸収して、より高温の別の熱源に送ります。

最も典型的な例は冷蔵庫ですこれらは、内部から熱を抽出し、それをより高温の外部に放出する機械を備えています。

ヒートポンプの他の例は、エアコン、家庭用および自動車用のエアコンです。

この回路図では、次のことがわかります。 コールドバルブは交換で地面から熱を吸収し、コールドバルブ回路を循環する液体は蒸発するまで熱を吸収します。

ヒートポンプ方式

地面から熱で水を運ぶ回路は冷えて地面に戻ります、 土壌温度の回復は非常に速いです。

一方、家の中の熱い電球は空気を加熱して熱を与えます。

ヒートポンプは、コールドバルブからホットバルブに熱を「ポンプ」します。

パフォーマンス (供給されるエネルギー/吸収されるエネルギー) それは蒸発した熱を供給する源の温度に依存します。

従来の空調システム 大気から熱を吸収し、冬には到達する可能性があります temperatura以下のs -2°C。

これらの温度では、蒸発器は実質的に熱を取り込むことができず、 ポンプの性能は非常に低いです。

暑い夏には、ポンプは大気からの熱をあきらめなければなりません。 40ºC、 何で パフォーマンスは期待したほど良くありません。

しかし、 地熱集水システム、ソースを持っている 一定の温度、パフォーマンスは常に最適です 気温に関係なく。 したがって、このシステムは従来のヒートポンプよりもはるかに効率的です。

地球と回路を交換する

地表水との熱交換

このシステムはに基づいています 水を熱接触させる 必要に応じて、上記の水への熱の吸収または伝達のために、蒸発器/凝縮器を備えた表面源から来る。

利点:プレゼントはそれが持っているということです 低コスト

欠点:  常に利用できる水源があるとは限りません。

地面との交換

この 直接することができます 地面とヒートポンプの蒸発器/凝縮器との間の交換が、埋められた銅パイプによって行われる場合。

家の場合、100〜150メートルのパイプが必要になる場合があります。

  • 利点:低コスト、シンプル、優れたパフォーマンス。
  • 欠点:ガス漏れや土地の凍結の可能性。

またはまた 補助回路にすることができます それが一組の埋設パイプを持っているとき、それを通して水が循環され、それは次に蒸発器/凝縮器と熱を交換します。

家の場合、100〜200メートルのパイプが必要になる場合があります。

  • 利点:回路内の圧力が低いため、大きな温度差を回避できます
  • 欠点:高コスト。

家と回路を交換する

これらの回路 と一緒にいることができます 直接交換するか、温水と冷水の分配を行います。

直接交換 これは、熱交換のために家の側面にある蒸発器/凝縮器の表面に空気流を循環させ、この熱/冷気を断熱パイプを通して家全体に分配することに基づいています。

単一の配電システムで、家の中の高温と低温の配電が解決されます。

  • 利点:通常、低コストで非常にシンプルです。
  • 欠点:低性能、適度な快適さで、新​​築の家または空気対流暖房システムを備えた家にのみ適用できます。

温水および冷水分配システム それは、熱交換のために家の側面にある蒸発器/凝縮器の表面に水の流れを循環させることに基づいています。

通常、水は夏に10℃に冷却され、冬に45℃に加熱されて空調の手段として使用されます。

床暖房は最高のパフォーマンスと最も快適な方法です ただし、加熱を解決するために冷却には使用できないため、この方法または温水ラジエーターの方法を使用する場合は、冷却を使用できるように別のシステムをインストールする必要があります。

  • 利点:非常に高い快適性とパフォーマンス。
  • 欠点:高コスト。

空調システムの性能

エネルギー効率 熱源として使用する空調システムの 15ºCの下層土 少なくとも 加熱で400%、冷却で500%。

熱くなっているとき 必要な総エネルギーの25%の電気エネルギーの寄与のみがあります。 また、冷却に使用すると、40度の空気と交換するヒートポンプのXNUMX倍以上の性能になるため、この場合も 従来のエアコンと比較して50%以上の省エネ。

これは、コールドポールからホットポールに4単位のエネルギー(たとえば4カロリー)をポンプで送るために必要なエネルギーは1単位だけであることを意味します。

ポンプで送られる5ユニットごとの冷蔵では、それらをポンピングするのに1ユニットかかります。

これは可能です すべての熱を発生させませんしかし、 そのほとんどは、あるソースから別のソースにのみ転送されます。

ヒートポンプに供給するエネルギーの単位は電気エネルギーの形であるため、基本的には電気エネルギー生産プラントでCO2を生産していますが、量ははるかに少なくなっています。

しかし、 非電気ヒートポンプを使用できます、しかしそれらのエネルギー源は太陽熱でしたが、それらはまだ実験段階にあります。

Si このシステムを太陽エネルギー捕獲暖房システムと比較します パネルを通して私達はそれを見ることができます 大きな利点を提示しますとして 大きなアキュムレータを必要としません 日射不足の時間を補うために。

偉大なアキュムレータは地球自身の質量です これにより、一定の温度でエネルギー源が得られます。このアプリケーションの範囲では、これは無限として動作します。

パフォーマンス

しかし、そうするもの このエネルギー源を使用するための最良のオプションは、それを太陽熱エネルギーと組み合わせることです。、上記のようにヒートポンプを動かすのではなく(これも) システムに熱を加える、暖房および家庭用温水製造アプリケーションでは、 地熱エネルギーを使用して水を15ºCにすることができます 後で、 太陽エネルギーで水の温度を上げます。

この場合 ヒートポンプの効率は指数関数的に増加します。

地熱エネルギー分布

地熱エネルギーは地球全体に広がっています、特に乾いた熱い岩の形で、しかし それがおそらく惑星の表面の10%以上に及ぶ領域があります そして彼らはこの種のエネルギーを開発するための特別な条件を持っています。

つまり、 地域 その中で 地震や火山の影響をより明らかにする そしてそれは、一般的に、 構造断層 重要な

地熱エネルギーマップ

それらの中には:

  • アラスカからチリまでのアメリカ大陸の太平洋岸。
  • ニュージーランドからフィリピン、インドネシア、中国南部、日本に至る西太平洋。
  • ケニア、ウガンダ、ザイール、エチオピアの脱臼の谷。
  • 地中海の周辺。

地熱エネルギーの長所と短所

存在するすべてのもののようなこのエネルギーには、良い部分と悪い部分があります。

コモ ventajas 私たちはそれを言うことができます:

  • 見つかった 地球全体に分布しています。
  • 最も経済的な地熱源は 火山地域 ほとんどの場合、発展途上国にあります。 あなたの状況を改善するのに役立ちます。
  • 無尽蔵のエネルギー源 人間のスケールで。
  • エネルギーは 安く それは知られています。

SUS デメリット それどころか、それらは次のとおりです。

  • 地熱エネルギーの使用はいくつかを提示します 環境問題特に、 硫黄ガスの放出 と一緒に大気中に お湯は川に排出されます、多くの場合、高レベルの固形物が含まれています。

一般に、廃水は、場合によっては市販のカリウム塩を抽出した後、地球に再注入することができます。

  • 一般に、 長距離にわたる地熱の伝達は実行可能ではありません。 お湯または蒸気は、それが冷える前に、その源の近くで使用されるべきです。
  • ほとんどの地熱水が見つかります 150ºC未満の温度 そのため、一般的に、発電には十分な熱さではありません。

これらの水は、入浴、建物や温室、屋外作物の暖房、またはボイラーの予熱水としてのみ使用できます。

  • たくさん 乾燥した高温岩体貯留層は短命ですひびの入った表面は急速に冷えるため、エネルギー効率は急速に低下します。
  • たくさん 設置費用は非常に高いです。

地熱エネルギーの未来

これまでのところ、掘削と 約3kmの深さまで熱を抽出します、より深いところまで到達できると期待されていますが、地熱エネルギーをより広く使用することができます。

利用可能な総エネルギーお湯、蒸気または熱い岩の方法で、深さ10 kmまで、 3.10に近づく17 TEP。 現在の世界のエネルギー消費量の30万倍。 それはそれを示しています 地熱エネルギーは、短期的には興味深い代替手段になる可能性があります。

地熱資源の開発のための完成された技術は、石油部門で使用されているものと非常に似ています。 しかし、 300ºCでの水のエネルギー含有量は、石油のエネルギー含有量のXNUMX分のXNUMXです。、資本は探鉱に経済的に投資することができ、掘削ははるかに少ないです。

しかし、石油不足は地熱エネルギーの使用の増加に拍車をかける可能性があります。

工業プロセス

一方、それは常に可能でした 中型タービン発電機での発電のための地熱源の使用 (10-100MW)は井戸サイトの近くにありますが、発電に使用できる最低地熱温度は150ºCでした。

最近 ブレードレスタービンは、100ºCまでの地熱水と蒸気用に開発されました のみ、このエネルギーの使用分野を拡大することができます。

さらに、 工業プロセスで使用できます 金属の生産、あらゆる種類の工業プロセスの加熱、温室の加熱など。

しかし、おそらく 地熱エネルギーの最大の未来は、非常に低温の地熱エネルギーの利用にあります、その汎用性、シンプルさ、低い経済的および環境的コスト、および 冷暖房システムとして使用してください。


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