Apa itu tenaga panas bumi, sistem penyaman udara dan masa depan

Tenaga geoterma

Pasti anda tahu apa itu tenaga geoterma secara umum, tetapi Adakah anda tahu semua asas mengenai tenaga ini?

Dengan cara yang sangat umum kita mengatakan bahawa tenaga geoterma adalah tenaga haba dari dalam Bumi.

Dengan kata lain, tenaga panas bumi adalah satu-satunya sumber tenaga boleh diperbaharui yang tidak berasal dari Matahari.

Sebagai tambahan, kita boleh mengatakan bahawa tenaga ini bukanlah tenaga yang boleh diperbaharui oleh kerana itu pembaharuannya tidak terhinggaWalau bagaimanapun tidak habis-habisnya pada skala manusia, sehingga dianggap boleh diperbaharui untuk tujuan praktikal.

Asal haba di dalam Bumi

Penyebab utama haba di dalam Bumi adalah kerosakan berterusan beberapa unsur radioaktif seperti Uranium 238, Thorium 232 dan Kalium 40.

Satu lagi asal tenaga geoterma adalah perlanggaran plat tektonik.

Namun, di wilayah tertentu, panas bumi lebih pekat, seperti yang terjadi di sekitar gunung berapi, arus magma, geyser dan mata air panas.

Penggunaan tenaga panas bumi

Tenaga ini telah digunakan sekurang-kurangnya 2.000 tahun.

Orang Rom menggunakan sumber air panas untuk mandi dan, baru-baru ini, tenaga ini telah digunakan untuk pemanasan bangunan dan rumah hijau dan untuk penjanaan elektrik.

Pada masa ini terdapat 3 jenis simpanan dari mana kita dapat memperoleh tenaga panas bumi:

  • Takungan suhu tinggi
  • Takungan suhu rendah
  • Takungan batu panas kering

Takungan suhu tinggi

Kami mengatakan bahawa terdapat deposit sebanyak suhu tinggi apabila air takungan mencapai suhu melebihi 100ºC kerana adanya sumber haba aktif.

Agar haba panas bumi dapat menghasilkan tenaga panas bumi yang boleh digunakan, keadaan geologi mesti memungkinkan untuk membentuk a takungan panas bumi, serupa dengan yang terdapat dalam minyak atau gas asli, yang terdiri dari a batu telap, batu pasir atau batu kapur misalnya, diungguli oleh a lapisan kalis air, seperti tanah liat.

skema suhu tinggi

Air bawah tanah yang dipanaskan oleh batu melewati arah ke atas ke takungan, di mana mereka tetap terperangkap di bawah lapisan yang tidak kedap.

Apabila terdapat keretakan dalam lapisan yang tidak dapat ditembusi itu, kemungkinan keluarnya wap atau air ke permukaan, muncul dalam bentuk mata air panas atau geyser.

Mata air panas ini telah digunakan sejak zaman kuno dan dapat dengan mudah digunakan untuk proses pemanasan dan perindustrian.

mandian terma

Mandi Mandi Rom

Takungan suhu rendah

Takungan suhu rendah adalah di mana suhu air, yang akan kita gunakan, terletak antara 60 hingga 100ºC.

Dalam simpanan ini, nilai fluks haba adalah nilai normal kerak bumi, oleh itu kewujudan 2 keadaan sebelumnya tidak diperlukan: adanya sumber haba aktif dan pengasingan simpanan cecair.

Skema suhu rendah

Hanya yang kehadiran gudang pada kedalaman yang sesuai sehingga, dengan kecerunan panas bumi yang ada di kawasan tersebut, ada suhu yang menjadikan eksploitasi ekonomis.

Takungan batu panas kering

Potensi tenaga geoterma es mucho lebih besar jika haba diekstrak dari batu panas kering, yang tidak mengandungi air secara semula jadi.

Mereka berada di suhu antara 250 hingga 300ºC sudah satu kedalaman antara 2.000 hingga 3.000 meter.

Untuk eksploitasi, perlu memecahkan batu panas kering, untuk menjadikan mereka berliang.

Kemudian air sejuk diperkenalkan dari permukaan melalui paip, membiarkannya melalui batu panas yang retak, sehingga ia memanas dan kemudian, wap air diekstrak melalui paip lain untuk menggunakan tekanannya untuk menggerakkan turbin dan menjana tenaga elektrik.

garis besar batu panas

Masalah dengan jenis eksploitasi ini adalah teknik untuk memecahkan batu pada kedalaman dan untuk pengeboran.

Walaupun banyak kemajuan telah dicapai di kawasan ini dengan menggunakan teknik penggerudian minyak.

Tenaga geoterma suhu yang sangat rendah

Kita boleh mempertimbangkan tanah bawah tanah ke kedalaman kecil seperti a sumber haba pada suhu 15ºC, benar-benar boleh diperbaharui dan tidak habis-habisnya.

Dengan sistem penangkapan yang sesuai dan pam panas, haba dapat dipindahkan dari sumber ini pada suhu 15ºC ke sistem yang mencapai 50ºC, dan yang terakhir digunakan untuk pemanasan dan mendapatkan air panas sanitasi untuk digunakan di rumah.

Selain itu, pam haba yang sama dapat menyerap haba dari persekitaran pada suhu 40ºC dan menyampaikannya ke tanah dengan sistem penangkapan yang samaOleh itu, sistem yang dapat menyelesaikan pemanasan rumah tangga juga dapat menyelesaikan penyejukan, iaitu rumah ini mempunyai satu pemasangan untuk penyaman udara terpadu.

Kelemahan utama jenis tenaga ini adalah memerlukan permukaan penguburan litar luar yang sangat besarWalau bagaimanapun, kelebihan utamanya adalah pKemungkinan menggunakannya sebagai sistem pemanasan dan penyejukan dengan kos yang sangat rendah.

Dalam rajah berikut, anda dapat melihat pelbagai cara menangkap atau memindahkan haba ke lantai untuk digunakan kemudian dalam pemanasan, penyejukan dan mendapatkan DHW (air panas sanitasi). Saya akan menerangkan prosedur di bawah.

skema sistem penyaman udara

Penyaman udara rumah, blok rumah, hospital, dll. boleh dicapai secara individu, kerana ia tidak memerlukan pelaburan besar untuk sistem, tidak seperti kemudahan panas bumi suhu tinggi dan sederhana.

Sistem ini untuk memanfaatkan tenaga suria yang diserap oleh permukaan Bumi berdasarkan 3 elemen utama:

  1. Pam haba
  2. Tukar litar dengan Bumi
    1. Pertukaran haba dengan perairan permukaan
    2. Tukar dengan tanah
  3. Tukar litar dengan rumah

Pam haba

Pam haba adalah mesin termodinamik yang berdasarkan Kitaran Carnot yang dilakukan oleh gas.

Mesin ini menyerap haba dari satu sumber untuk menghantarnya ke sumber yang lain pada suhu yang lebih tinggi.

Contoh yang paling biasa adalah peti sejukIni mempunyai mesin yang mengeluarkan haba dari dalam dan mengusirnya ke luar, yang pada suhu lebih tinggi.

Contoh lain dari pam haba adalah penghawa dingin dan penghawa dingin untuk kediaman dan kenderaan.

Dalam skema ini, anda dapat melihat bahawa Mentol sejuk menyerap haba dari tanah dalam pertukaran dan cecair yang beredar melalui litar mentol sejuk menyerap haba sehingga menyejat.

skema pam haba

Litar yang membawa air dengan panas dari tanah menyejuk dan kembali ke tanah, pemulihan suhu tanah sangat pantas.

Sebaliknya, mentol panas, di dalam rumah, memanaskan udara sehingga panas.

Pam haba adalah "mengepam" haba dari mentol sejuk ke mentol panas.

Persembahan (tenaga dibekalkan / tenaga diserap) ia bergantung pada suhu sumber yang membekalkan haba yang tersejat.

Sistem penyaman udara konvensional menyerap haba dari atmosfer, yang pada musim sejuk boleh sampai suhus di bawah -2 ° C.

Pada suhu ini, penyejat tidak dapat menangkap haba dan suhu prestasi pam sangat rendah.

Pada musim panas ketika lebih panas, pam harus melepaskan panas dari atmosfer yang mungkin 40°C, dengan apa yang prestasi tidak begitu baik seperti yang anda jangkakan.

Walau bagaimanapun, sistem tadahan panas bumi, mempunyai sumber untuk suhu tetap, prestasi sentiasa optimum tanpa mengira keadaan suhu atmosfera. Jadi sistem ini jauh lebih cekap daripada pam haba konvensional.

Tukar litar dengan Bumi

Pertukaran haba dengan perairan permukaan

Sistem ini berdasarkan letakkan air dalam sentuhan terma berasal dari sumber permukaan dengan penyejat / kondensor, sesuai dengan keperluan, untuk penyerapan atau pemindahan haba ke perairan tersebut.

Kelebihan: hadiah adalah bahawa ia mempunyai kos rendah

Kelemahan:  tidak selalu ada sumber air yang ada.

Tukar dengan tanah

ini boleh langsung apabila pertukaran antara tanah dan penyejat / pemeluwap pam haba dilakukan dengan menggunakan paip tembaga yang terkubur.

Untuk rumah, paip antara 100 hingga 150 meter mungkin diperlukan.

  • kelebihan: kos rendah, kesederhanaan dan prestasi yang baik.
  • Kelemahan: kemungkinan kebocoran gas dan pembekuan kawasan tanah.

Atau juga boleh menjadi litar tambahan apabila mempunyai set paip terkubur, di mana air diedarkan, yang pada gilirannya bertukar panas dengan penyejat / kondensor.

Untuk rumah, paip antara 100 hingga 200 meter mungkin diperlukan.

  • kelebihan: tekanan rendah di litar, dengan itu mengelakkan perbezaan suhu yang besar
  • Kelemahan: kos yang tinggi.

Tukar litar dengan rumah

Litar ini boleh dengan pertukaran langsung atau dengan pengedaran air panas dan sejuk.

Pertukaran langsung Ini didasarkan pada peredaran aliran udara di atas permukaan penyejat / kondensor di sisi rumah untuk pertukaran haba dan penyebaran udara panas / sejuk ini ke seluruh rumah, melalui paip bertebat termal.

Dengan satu sistem pengedaran, pengagihan sejuk dan panas di dalam rumah dapat diselesaikan.

  • kelebihan: biasanya kos rendah dan sangat sederhana.
  • Kelemahan: prestasi rendah, keselesaan sederhana dan hanya berlaku untuk kediaman yang baru dibina atau mempunyai sistem pemanasan perolakan udara.

Sistem pengagihan air panas dan sejuk ia berdasarkan peredaran aliran air ke permukaan penyejat / kondensor di sisi rumah untuk pertukaran haba.

Air biasanya disejukkan hingga 10ºC pada musim panas dan dipanaskan hingga 45ºC pada musim sejuk untuk digunakan sebagai alat penyaman udara.

Pemanasan lantai adalah kaedah yang terbaik dan paling selesa untuk menyelesaikan pemanasan, bagaimanapun, ia tidak dapat digunakan untuk penyejukan, jadi jika kaedah ini atau kaedah radiator air panas digunakan, sistem lain harus dipasang untuk dapat menggunakan penyejukan.

  • kelebihan: keselesaan dan prestasi yang sangat tinggi.
  • Kelemahan: kos yang tinggi.

Prestasi sistem penyaman udara

Kecekapan tenaga sistem penyaman udara yang digunakan sebagai sumber haba tanah bawah tanah pada suhu 15ºC sekurang-kurangnya dari 400% dalam pemanasan dan 500% dalam penyejukan.

Semasa ia memanas hanya ada sumbangan tenaga elektrik sebanyak 25% daripada jumlah tenaga yang diperlukan. Dan apabila ia digunakan untuk menyejukkan, prestasi lebih dari dua kali lipat daripada pam panas yang bertukar dengan udara pada suhu 40 darjah, jadi dalam hal ini ada juga penjimatan tenaga lebih daripada 50% berbanding penghawa dingin konvensional.

Ini bermaksud bahawa untuk mengepam dari tiang sejuk ke tiang panas 4 unit tenaga (contohnya 4 kalori), hanya 1 unit tenaga yang diperlukan.

Dalam penyejukan, untuk setiap 5 unit yang dipam, 1 unit diperlukan untuk mengepamnya.

Ini mungkin berlaku sejak tidak menghasilkan semua habatetapi sebahagian besarnya hanya dipindahkan dari satu sumber ke sumber yang lain.

Unit tenaga yang kami bekalkan ke pam haba adalah dalam bentuk tenaga elektrik, jadi pada dasarnya kami menghasilkan CO2 di loji penghasil tenaga elektrik, walaupun dalam kuantiti yang jauh lebih sedikit.

Walau bagaimanapun, kita boleh menggunakan pam haba selain elektrik, tetapi sumber tenaga mereka adalah haba suria tetapi mereka masih dalam fasa eksperimen.

Si kami membandingkan sistem ini dengan sistem pemanasan penangkapan tenaga suria melalui panel kita dapat melihatnya memberikan kelebihan yang besarSebagai tidak memerlukan penumpuk yang besar untuk mengimbangi kekurangan jam radiasi matahari.

Penumpuk yang hebat adalah jisim Bumi sendiri yang menjadikan kita mempunyai sumber tenaga pada suhu tetap, yang dalam skop aplikasi ini berperilaku tidak terbatas.

Prestasi

Namun, yang berlaku Pilihan terbaik untuk menggunakan sumber tenaga ini adalah menggabungkannya dengan tenaga haba solar., tidak menggerakkan pam panas seperti yang disebutkan di atas (yang juga) tetapi untuk menambahkan haba pada sistem, memandangkan dalam aplikasi pemanasan dan pengeluaran air panas domestik, air boleh dibawa ke suhu 15ºC dengan menggunakan tenaga panas bumi untuk kemudian, menaikkan suhu air dengan tenaga suria.

Dalam kes ini kecekapan pam haba meningkat secara eksponen.

Pengagihan tenaga panas bumi

Tenaga panas bumi meluas di seluruh planet ini, terutama dalam bentuk batu panas kering, tetapi ada kawasan di mana ia meluas mungkin lebih dari 10% permukaan planet dan mereka mempunyai syarat khas untuk mengembangkan jenis tenaga ini.

Maksud saya zon di mana lebih nyata kesan gempa bumi dan gunung berapi dan itu, secara umum, bertepatan dengan kesalahan tektonik penting.

peta tenaga geoterma

Antaranya ialah:

  • Pantai Pasifik di Benua Amerika, dari Alaska ke Chile.
  • Pasifik barat, dari New Zealand, melalui Filipina dan Indonesia, ke selatan China dan Jepun.
  • Lembah dislokasi Kenya, Uganda, Zaire dan Ethiopia.
  • Kawasan sekitar Mediterranean.

Kelebihan dan kekurangan tenaga geoterma

Tenaga ini, seperti semua yang ada, mempunyai bahagian yang baik dan juga bahagian yang buruk.

Como kelebihan kita boleh mengatakan bahawa:

  • Ia dijumpai diedarkan ke seluruh planet.
  • Sumber panas bumi paling murah terdapat di kawasan gunung berapi kebanyakannya terletak di negara-negara membangun, yang boleh sangat berguna untuk memperbaiki keadaan anda.
  • Adalah sumber tenaga yang tidak habis-habisnya pada skala manusia.
  • Adakah tenaga lebih murah yang diketahui.

Nya kekurangan sebaliknya mereka:

  • Penggunaan tenaga geoterma memberikan sebahagian masalah alam sekitar, khususnya, pembebasan gas sulfur ke atmosfera, bersama dengan pembuangan air panas ke sungai, yang sering mengandungi pepejal tahap tinggi.

Walaupun pada umumnya, air sisa dapat disuntikkan kembali ke dalam bumi, setelah mengekstraksi, dalam beberapa kes, garam kalium yang dapat digunakan secara komersial.

  • En umum, penghantaran haba panas bumi dari jarak jauh tidak dapat dilaksanakan. Air panas atau wap harus digunakan di sekitar sumbernya, sebelum sejuk.
  • Sebilangan besar perairan panas bumi dijumpai suhu di bawah 150ºC jadi secara amnya, ia tidak cukup panas untuk penjanaan elektrik.

Perairan ini hanya dapat digunakan untuk mandi, memanaskan bangunan dan rumah hijau dan tanaman luar, atau sebagai air yang dipanaskan untuk dandang.

  • The takungan batu panas kering tidak lamaApabila permukaan yang retak menjadi cepat sejuk, kecekapan energinya menurun dengan cepat.
  • The kos pemasangan sangat tinggi.

Masa depan tenaga geoterma

Setakat ini, hanya penggerudian dan ekstrak haba hingga kedalaman kira-kira 3 km, walaupun diharapkan dapat mencapai kedalaman yang lebih besar, dengan mana tenaga panas bumi dapat digunakan secara lebih luas.

Jumlah tenaga yang adadengan cara air panas, wap atau batu panas, hingga kedalaman 10 km, pendekatan 3.1017 tepu. 30 juta kali penggunaan tenaga dunia sekarang. Yang menunjukkan bahawa tenaga panas bumi boleh menjadi alternatif yang menarik dalam jangka masa pendek.

Teknik yang disempurnakan untuk pengembangan sumber panas bumi sangat serupa dengan yang digunakan di sektor minyak. Walau bagaimanapun, sejak kandungan tenaga air pada suhu 300ºC adalah seribu kali lebih rendah daripada minyak, modal boleh dilaburkan secara ekonomi untuk penerokaan dan penggerudian lebih kurang.

Walau bagaimanapun, kekurangan minyak dapat mendorong peningkatan penggunaan tenaga panas bumi.

Proses perindustrian

Sebaliknya, selalu boleh dilakukan penggunaan sumber geoterma untuk penjanaan elektrik di turbo generator sederhana (10-100MW) terletak berhampiran tapak sumur, tetapi suhu panas bumi minimum yang boleh digunakan untuk penjanaan elektrik ialah 150ºC.

Kebelakangan ini turbin tanpa blad telah dikembangkan untuk air panas dan wap hingga 100ºC hanya, yang memungkinkan untuk memperluas bidang penggunaan tenaga ini.

Selain itu, boleh digunakan dalam proses industri seperti pengeluaran logam, pemanasan proses industri dari semua jenis, pemanasan rumah hijau, dll.

Tetapi mungkin masa depan tenaga geoterma terbesar terletak pada penggunaan tenaga geoterma suhu yang sangat rendah, kerana keserbagunaan, kesederhanaan, kos ekonomi dan persekitaran yang rendah dan kemungkinan menggunakannya sebagai sistem pemanasan dan penyejukan.


Kandungan artikel mematuhi prinsip kami etika editorial. Untuk melaporkan ralat, klik di sini.

Menjadi yang pertama untuk komen

Tinggalkan komen anda

Alamat email anda tidak akan disiarkan.

*

*

  1. Bertanggungjawab atas data: Miguel Ángel Gatón
  2. Tujuan data: Mengendalikan SPAM, pengurusan komen.
  3. Perundangan: Persetujuan anda
  4. Komunikasi data: Data tidak akan disampaikan kepada pihak ketiga kecuali dengan kewajiban hukum.
  5. Penyimpanan data: Pangkalan data yang dihoskan oleh Occentus Networks (EU)
  6. Hak: Pada bila-bila masa anda boleh menghadkan, memulihkan dan menghapus maklumat anda.