Hva er geotermisk energi, klimaanlegg og fremtiden

Du vet sikkert hva geotermisk energi er generelt, men Kjenner du alt det grunnleggende om denne energien?

På en veldig generell måte sier vi at geotermisk energi er varmeenergi fra innsiden av jorden.

Med andre ord er geotermisk energi den eneste fornybare energiressursen som ikke kommer fra solen.

I tillegg kan vi si at denne energien ikke er en fornybar energi som sådan, siden fornyelsen er ikke uendelig, Men er uuttømmelig på menneskelig skala, så det regnes som fornybart for praktiske formål.

Opprinnelse til varme inne i jorden

Hovedårsaken til varme inne i jorden er kontinuerlig forfall av noen radioaktive elementer slik som uran 238, thorium 232 og kalium 40.

En annen av opprinnelsen til geotermisk energi er kollisjoner av tektoniske plater.

I visse regioner er imidlertid geotermisk varme mer konsentrert, slik det skjer i nærheten av vulkaner, magastrømmer, geysirer og varme kilder.

Bruk av geotermisk energi

Denne energien har vært i bruk i minst 2.000 år.

Romerne brukte de varme kildene til toaletter og nylig har denne energien blitt brukt til oppvarming av bygninger og drivhus og for produksjon av elektrisitet.

For øyeblikket er det tre typer forekomster som vi kan få tak i geotermisk energi fra:

• Reservoarer med høy temperatur
• Lavtemperatur reservoarer
• Tørre varme bergreservoarer

Reservoarer med høy temperatur

Vi sier at det er et depositum på høy temperatur når reservoarvannet når temperaturer over 100 ºC på grunn av tilstedeværelsen av en aktiv varmekilde.

For at geotermisk varme skal kunne skape brukbar geotermisk energi, må geologiske forhold gjøre det mulig å danne en geotermisk reservoar, lik de som finnes i olje eller naturgass, bestående av en gjennomtrengelig stein, sandsteiner eller kalkstein for eksempel toppet av en vanntett lag, som leire.

Grunnvannet som er oppvarmet av steinene, går i oppovergående retning til reservoaret, der de forblir fanget under det ugjennomtrengelige laget.

Når det er sprekker i det ugjennomtrengelige laget er det mulig å rømme damp eller vann til overflaten, vises i form av varme kilder eller geysirer.

Disse varme kildene har blitt brukt siden eldgamle tider og kan lett brukes til oppvarming og industrielle prosesser.

Lavtemperatur reservoarer

Lavtemperaturreservoarer er de der vannets temperatur, som vi skal bruke, ligger mellom 60 og 100 ºC.

I disse innskuddene, verdien av varmestrømmen er den normale verdien av jordskorpen, så eksistensen av to av de tidligere forholdene er unødvendig: eksistensen av en aktiv varmekilde og isolasjon av væskelageret.

Bare den tilstedeværelse av et lager på riktig dybde slik at det med den eksisterende geotermiske gradienten i nevnte område er temperaturer som gjør utnyttelsen økonomisk.

Tørre varme bergreservoarer

Potensialet av geotermisk energi es mucho større hvis varme utvinnes fra tørre varme bergarter, som ikke inneholder vann naturlig.

De er på en temperatur mellom 250 og 300 ºC allerede en dybde mellom 2.000 og 3.000 meter.

For utnyttelse er det nødvendig å bryte tørre varme steiner, for å gjør dem porøse.

da kaldt vann blir introdusert fra overflaten gjennom et rør, og la det passere gjennom den brutte varme steinen, slik at den varmes opp og deretter, vanndamp ekstraheres gjennom et annet rør for å bruke trykket til å drive en turbin og generere elektrisk energi.

Problemet med denne typen utnyttelse er teknikkene for å knekke bergartene på en slik dybde og bore.

Selv om det er gjort store fremskritt i disse områdene ved bruk av oljeboringsteknikker.

Svært lav temperatur geotermisk energi

Vi kan vurdere undergrunn til små dyp som en varmekilde ved 15ºC, helt fornybar og utømmelig.

Ved hjelp av et passende fangstsystem og en varmepumpe kan varme overføres fra denne kilden ved 15 ° C til et system som når 50 ° C, og sistnevnte kan brukes til oppvarming og oppnå sanitærvann til bruk i hjemmet.

Videre den samme varmepumpen kan absorbere varme fra omgivelsene ved 40 ºC og levere den til undergrunnen med samme fangstsystemDerfor kan systemet som kan løse oppvarming i hjemmet også løse kjøling, det vil si at huset har en enkelt installasjon for sitt integrerte klimaanlegg.

Den største ulempen med denne typen energi er trenger en veldig stor gravflate på den ytre kretsenImidlertid er den viktigste fordelen pMulighet for å bruke den som varme- og kjølesystem til en veldig lav kostnad.

I det følgende diagrammet kan du se forskjellige måter å fange opp eller overføre varme til gulvet for senere bruk i oppvarming, kjøling og oppnåelse av varmtvann (sanitært varmt vann). Jeg vil forklare fremgangsmåten nedenfor.

Klimaanlegg av et hus, en boligblokk, et sykehus osv. kan nås individuelt, siden det ikke krever store investeringer for systemet, i motsetning til geotermiske anlegg med høy og middels temperatur.

Dette systemet for å utnytte solenergien som absorberes av jordoverflaten er basert på 3 hovedelementer:

1. Varmepumpe
2. Bytt krets med jorden
   1. Varmeveksling med overflatevann
   2. Bytt med bakken
3. Bytt krets med hjemmet

Varmepumpe

Varmepumpen er en termodynamisk maskin som er basert på Carnot-syklusen utført av en gass.

Denne maskinen absorberer varme fra en kilde for å levere den til en annen som har høyere temperatur.

Det mest typiske eksemplet er kjøleskapDisse har en maskin som trekker ut varme fra innsiden og driver den ut på utsiden, som har en høyere temperatur.

Andre eksempler på varmepumper er klimaanlegg og klimaanlegg til hjem og bil.

I dette skjemaet kan du se at Kald pære absorberer varme fra bakken i en utveksling, og væsken som sirkulerer gjennom kaldpærekretsen absorberer varme til den fordamper.

Kretsen som fører vannet med varme fra bakken, kjøler seg ned og går tilbake til bakken, jordtemperaturen er veldig rask.

På den annen side varmer pæren inne i huset luften som gir den varme.

Varmepumpen “pumper” varme fra den kalde pæren til den varme pæren.

ytelse (levert energi / absorbert energi) det avhenger av temperaturen på kilden som leverer fordampet varme.

Konvensjonelle klimaanlegg absorbere varme fra atmosfæren, som om vinteren kan nå temperaturs nedenfor -2 ° C

Ved disse temperaturene kan fordamperen praktisk talt ikke fange opp noe varme og pumpeytelsen er veldig lav.

Om sommeren når det er varmere, må pumpen gi opp varmen fra atmosfæren som kan være i 40 ° C, med hva ytelsen er ikke så god som du forventer.

Imidlertid det geotermiske avløpssystemet, har en kilde til konstant temperatur, er ytelsen alltid optimal uavhengig av temperaturforhold. Så dette systemet er mye mer effektivt enn en vanlig varmepumpe.

Bytt kretsløp med jorden

Varmeveksling med overflatevann

Dette systemet er basert på sett vann i termisk kontakt kommer fra en overflatekilde med fordamperen / kondensatoren, i henhold til behovene, for absorpsjon eller overføring av varme til nevnte vann.

Fordel: gaver er at den har en lav pris

Ulempe:  det er ikke alltid en vannkilde tilgjengelig.

Bytt med bakken

Dette kan være direkte når utvekslingen mellom bakken og fordamperen / kondensatoren til varmepumpen utføres ved hjelp av et nedgravd kobberrør.

For et hjem kan det kreves mellom 100 og 150 meter rør.

• Advantage: lave kostnader, enkelhet og god ytelse.
• ulemper: mulighet for gasslekkasjer og frysing av landområder.

Eller også kan være en hjelpekrets når den har et sett med nedgravde rør, som vann sirkuleres gjennom, som igjen bytter varme med fordamperen / kondensatoren.

For et hjem kan det kreves mellom 100 og 200 meter rør.

• Advantage: lavt trykk i kretsen, og unngår dermed store temperaturforskjeller
• ulemper: høy kostnad.

Bytt kretser med hjemmet

Disse kretsene kan være med direkte utveksling eller med fordeling av varmt og kaldt vann.

Direkte utveksling Den er basert på å sirkulere en luftstrøm over overflaten av fordamperen / kondensatoren på siden av huset for varmeveksling og distribuere denne varme / kalde luften gjennom huset, gjennom varmeisolerte rør.

Med et enkelt distribusjonssystem blir fordelingen av kulde og varme i huset løst.

• Advantage: de er vanligvis lave kostnader og veldig enkle.
• ulemper: lav ytelse, moderat komfort og gjelder bare for boliger som er nybygde eller har et luftkonveksjonssystem.

Distribusjonssystemet for varmt og kaldt vann den er basert på å sirkulere en strøm av vann over overflaten av fordamperen / kondensatoren på siden av huset for varmeveksling.

Vannet blir vanligvis avkjølt til 10 ° C om sommeren og oppvarmet til 45 ° C om vinteren for å brukes som et middel til klimaanlegg.

Gulvvarme er den beste og mest komfortable metoden for å løse oppvarmingen, kan den imidlertid ikke brukes til kjøling, så hvis denne metoden eller den for varmtvannsradiatorer brukes, må det installeres et annet system for å kunne bruke kjøling.

• Advantage: veldig høy komfort og ytelse.
• ulemper: høy kostnad.

Ytelse av klimaanlegg

Energieffektivitet av et klimaanlegg som bruker som varmekilde undergrunnen ved 15 ºC er i det minste av 400% i oppvarming og 500% i kjøling.

Når det varmes opp det er bare et bidrag av elektrisk energi på 25% av den totale energien som kreves. Og når den brukes til å kjøle seg, er ytelsen mer enn det dobbelte av en varmepumpe som bytter med luften ved 40 grader, så i dette tilfellet er det også en energibesparelser på mer enn 50% sammenlignet med et vanlig klimaanlegg.

Dette betyr at å pumpe fra den kalde polen til den varme polen 4 enheter energi (for eksempel 4 kalorier), bare 1 enhet energi er nødvendig.

I kjøling, for hver 5. pumpet enhet, trengs 1 enhet for å pumpe dem.

Dette er mulig siden genererer ikke all varmenmen det meste overføres bare fra en kilde til en annen.

Enhetene energi som vi leverer til varmepumpen er i form av elektrisk energi, så i utgangspunktet produserer vi CO2 i det elektriske energiproduserende anlegget, men i mye mindre mengder.

Imidlertid vi kunne bruke ikke-elektriske varmepumper, men energikilden deres var solvarme, men de er fortsatt i den eksperimentelle fasen.

Si vi sammenligner dette systemet med et oppvarmingssystem for solenergi gjennom paneler kan vi se det gir en stor fordel, siden krever ikke store akkumulatorer for å kompensere for timene med mangel på solstråling.

Den store akkumulatoren er jordens egen masse som gjør at vi har en energikilde ved konstant temperatur, som i omfanget av denne applikasjonen oppfører seg som uendelig.

Imidlertid den som gjør det Det beste alternativet for å bruke denne energikilden er å kombinere den med solvarme., ikke for å flytte varmepumpen som nevnt ovenfor (som også) men for å tilføre varme til systemet, gitt at i applikasjoner for oppvarming av varmtvann, vann kan bringes til 15 ° C ved hjelp av geotermisk energi til senere, heve temperaturen på vannet med solenergi.

I dette tilfellet effektiviteten til varmepumpen øker eksponentielt.

Distribusjon av geotermisk energi

Geotermisk energi er utbredt over hele planeten, spesielt i form av tørre varme bergarter, men det er områder der den strekker seg kanskje over 10% av planetens overflate og de har spesielle forhold for å utvikle denne typen energi.

Jeg mener områder i hvilken mer manifestere effekten av jordskjelv og vulkaner og som generelt sammenfaller med tektoniske feil viktig.

Blant dem er:

• Stillehavskysten av det amerikanske kontinentet, fra Alaska til Chile.
• Det vestlige Stillehavet, fra New Zealand, gjennom Filippinene og Indonesia, til det sørlige Kina og Japan.
• Dislokasjonsdalen i Kenya, Uganda, Zaire og Etiopia.
• Omgivelsene i Middelhavet.

Fordeler og ulemper med geotermisk energi

Denne energien, som alt som eksisterer, har sine gode deler så vel som sine dårlige deler.

Como nytte vi kan si det:

• Det er funnet distribuert over hele planeten.
• De billigste geotermiske kildene finnes i vulkanske områder hovedsakelig lokalisert i utviklingsland, noe som kan være veldig nyttig for å forbedre din situasjon.
• Er en uuttømmelig energikilde på menneskelig skala.
• Er energien billigste det er kjent.

deres ulemper tvert imot er de:

• Bruk av geotermisk energi presenterer noe miljøproblemer, spesielt, utslipp av svovelholdige gasser inn i atmosfæren, sammen med varmtvannutslipp til elver, som ofte inneholder et høyt faststoffnivå.

Selv om avløpsvann generelt sett kan injiseres i jorden, etter å ha utvunnet, i noen tilfeller, kommersielt brukbare kaliumsalter.

• En generell overføring av geotermisk varme over lange avstander er ikke mulig. Varmt vann eller damp bør brukes i nærheten av kilden før det avkjøles.
• Det meste av geotermisk vann er funnet temperaturer under 150 ° C så generelt er det ikke varmt nok for strømproduksjon.

Dette vannet kan bare brukes til bading, oppvarming av bygninger og drivhus og utendørs avlinger, eller som forvarmet vann til kjeler.

• den tørrvarmesteinsreservoarer er kortvarigeNår sprukne overflater raskt avkjøles, reduseres energieffektiviteten raskt.
• den installasjonskostnadene er veldig høye.

Fremtiden for geotermisk energi

Så langt er det bare boring og trekke ut varme til dybder på ca 3 km, selv om det forventes å være i stand til å nå større dybder, som geotermisk energi kan brukes i større grad med.

Den totale tilgjengelige energieni veien for varmt vann, damp eller varme steiner, opp til en dybde på 10 km, nærmer seg 3.10¹⁷ puls. 30 millioner ganger dagens energiforbruk. Noe som indikerer det geotermisk energi kan være et interessant alternativ på kort sikt.

Teknikkene som er perfeksjonert for utvikling av geotermiske ressurser, er veldig like de som brukes i oljesektoren. Imidlertid siden energiinnholdet i vann ved 300 ºC er tusen ganger lavere enn oljen, kan kapitalen investeres økonomisk i leting og boring er mye mindre.

Oljemangel kan imidlertid føre til økt bruk av geotermisk energi.

På den annen side har det alltid vært mulig å bruk av geotermiske kilder for kraftproduksjon i mellomstore turbogeneratorer (10-100 MW) i nærheten av brønnstedene, men den minste brukbare geotermiske temperaturen for produksjon av elektrisitet var 150 ºC.

I det siste bladløse turbiner er utviklet for geotermisk vann og damp opp til 100 ° C bare, som gjør det mulig å utvide bruken av denne energien.

Videre kan brukes i industrielle prosesser slik som produksjon av metaller, oppvarming av industrielle prosesser av alle slag, oppvarming av drivhus, etc.

Men sannsynligvis den største fremtiden for geotermisk energi ligger i utnyttelsen av meget lav temperatur geotermisk energi, på grunn av sin allsidighet, enkelhet, lave økonomiske og miljømessige kostnader og muligheten for bruk den som et varme- og kjølesystem.