Na pewno wiesz, czym ogólnie jest energia geotermalna, ale Czy znasz wszystkie podstawy tej energii?
W bardzo ogólny sposób mówimy, że energia geotermalna jest energia cieplna z wnętrza Ziemi.
Innymi słowy, energia geotermalna to jedyne odnawialne źródło energii, które nie pochodzi ze Słońca.
Ponadto możemy powiedzieć, że ta energia nie jest energią odnawialną jako taką, ponieważ jego odnowa nie jest nieskończona, Jednak jest niewyczerpana w ludzkiej skali, więc jest uważany za odnawialny ze względów praktycznych.
Pochodzenie ciepła wewnątrz Ziemi
Główną przyczyną ciepła wewnątrz Ziemi jest ciągły rozpad niektórych pierwiastków promieniotwórczych takie jak uran 238, tor 232 i potas 40.
Kolejny z pochodzenie energii geotermalnej są zderzenia płyt tektonicznych.
Jednak w niektórych regionach ciepło geotermalne jest bardziej skoncentrowane, jak ma to miejsce w pobliżu wulkany, prądy magmowe, gejzery i gorące źródła.
Wykorzystanie energii geotermalnej
Ta energia była używana przez co najmniej 2.000 lat.
Rzymianie używali do tego gorących źródeł łazienki a ostatnio ta energia została wykorzystana do ogrzewanie budynków i szklarni oraz do wytwarzania energii elektrycznej.
Obecnie istnieją 3 rodzaje złóż, z których możemy pozyskiwać energię geotermalną:
- Zbiorniki wysokotemperaturowe
- Zbiorniki niskotemperaturowe
- Suche zbiorniki z gorącą skałą
Zbiorniki wysokotemperaturowe
Mówimy, że jest depozyt w wysokości wysoka temperatura kiedy woda w zbiorniku osiągnie temperatury powyżej 100ºC ze względu na obecność aktywnego źródła ciepła.
Aby ciepło geotermalne mogło wytworzyć użyteczną energię geotermalną, warunki geologiczne muszą umożliwiać utworzenie zbiornik geotermalnypodobny do tych zawartych w ropie naftowej lub gazie ziemnym, składający się z a przepuszczalna skała, piaskowce lub na przykład wapień, zwieńczony warstwa wodoodpornajak glina.
Woda gruntowa podgrzana przez skały przepływa w górę do zbiornika, gdzie pozostają uwięzione pod nieprzepuszczalną warstwą.
Kiedy są pęknięcia we wspomnianej nieprzepuszczalnej warstwie możliwe jest wydostanie się pary lub wody na powierzchnię, pojawiające się w postaci gorących źródeł lub gejzerów.
Te gorące źródła są używane od czasów starożytnych i można je z łatwością wykorzystać do ogrzewania i procesów przemysłowych.
Łaźnie rzymskie w Bath
Zbiorniki niskotemperaturowe
Zbiorniki niskotemperaturowe to takie, w których temperatura wody, z którego będziemy korzystać, znajduje się od 60 do 100ºC.
W tych depozytach wartość strumienia ciepła jest normalną wartością skorupy ziemskiej, więc istnienie dwóch z poprzednich warunków jest niepotrzebne: istnienie aktywnego źródła ciepła i izolacja magazynu płynów.
Tylko obecność magazynu na odpowiedniej głębokości, tak aby przy istniejącym gradiencie geotermalnym na tym obszarze występowały temperatury, które czynią jego eksploatację ekonomiczną.
Suche zbiorniki z gorącą skałą
Potencjał energii geotermalnej es mucho większe, jeśli ciepło jest wydobywane z suchych gorących skałktóre naturalnie nie zawierają wody.
Są na temperatura od 250 do 300ºC już jeden głębokość między 2.000 a 3.000 metrów.
Do jego eksploatacji konieczne jest rozbicie suchych, gorących skał uczynić je porowatymi.
Potem wprowadzana jest zimna woda z powierzchni przez rurę, przepuszczając ją przez spękaną gorącą skałę, aby się nagrzała, a następnie, para wodna jest usuwana przez inny rurociąg, aby wykorzystać jego ciśnienie do napędzania turbiny i generować energię elektryczną.
Problemem w tego typu eksploatacji są techniki szczelinowania skał na takiej głębokości i wiercenia.
Chociaż w tych obszarach poczyniono znaczne postępy, stosując techniki wiercenia naftowego.
Energia geotermalna o bardzo niskiej temperaturze
Możemy rozważyć podglebie na małe głębokości, takie jak źródło ciepła o temperaturze 15ºC, całkowicie odnawialne i niewyczerpane.
Za pomocą odpowiedniego systemu zbierania i pompy ciepła ciepło może być przekazywane z tego źródła o temperaturze 15ºC do systemu, który osiąga 50ºC, a ten ostatni może służyć do ogrzewania i uzyskiwania ciepłej wody użytkowej do użytku domowego.
Ponadto, ta sama pompa ciepła może pobierać ciepło z otoczenia w temperaturze 40ºC i dostarczać je do podłoża za pomocą tego samego systemu wychwytywaniaDlatego system, który może rozwiązać problem ogrzewania domu, może również rozwiązać problem chłodzenia, to znaczy dom ma jedną instalację do zintegrowanej klimatyzacji.
Główną wadą tego typu energii jest potrzebują bardzo dużej powierzchni pochówku zewnętrznego obwoduJednak jego główną zaletą jest pMożliwość wykorzystania jako systemu ogrzewania i chłodzenia przy bardzo niskich kosztach.
Na poniższym schemacie można zobaczyć różne sposoby przechwytywania lub przekazywania ciepła do podłogi w celu późniejszego wykorzystania w ogrzewaniu, chłodzeniu i pozyskiwaniu ciepłej wody użytkowej (ciepłej wody użytkowej). Poniżej wyjaśnię procedurę.
Klimatyzacja domu, bloku, szpitala itp. może być osiągnięty indywidualnie, ponieważ nie wymaga dużych inwestycji w system, w przeciwieństwie do obiektów geotermalnych o wysokiej i średniej temperaturze.
Ten system wykorzystania energii słonecznej pochłanianej przez powierzchnię Ziemi opiera się na 3 głównych elementach:
- Pompa ciepła
- Wymień obwód z Ziemią
- Wymiana ciepła z wodami powierzchniowymi
- Wymiana z ziemią
- Wymień obwód z domem
Pompa ciepła
Pompa ciepła jest maszyną termodynamiczną który jest oparty na cyklu Carnota wykonywanym przez gaz.
Ta maszyna pochłania ciepło z jednego źródła, aby dostarczyć je do drugiego, które ma wyższą temperaturę.
Najbardziej typowym przykładem są lodówkiMają maszynę, która wydobywa ciepło z wnętrza i wyrzuca je na zewnątrz, czyli w wyższej temperaturze.
Innymi przykładami pomp ciepła są klimatyzatory i klimatyzatory do domów i samochodów.
Na tym schemacie widać, że plik Zimna bańka pochłania ciepło z gruntu w zamian, a ciecz, która krąży w obwodzie zimnej żarówki, absorbuje ciepło, aż do odparowania.
Obwód przenoszący wodę z ciepłem z gruntu ochładza się i wraca do gruntu, przywrócenie temperatury gleby jest bardzo szybkie.
Z drugiej strony, gorąca żarówka w domu ogrzewa powietrze, dając mu ciepło.
Pompa ciepła „pompuje” ciepło z termometru zimnego do termometru ciepłego.
Wydajność (energia dostarczona / energia pochłonięta) zależy od temperatury źródła dostarczającego odparowane ciepło.
Konwencjonalne systemy klimatyzacji pochłaniają ciepło z atmosfery, do którego może dotrzeć zimą temperaturaponiżej -2 ° C
W tych temperaturach parownik nie może praktycznie wychwytywać ciepła i wydajność pompy jest bardzo niska.
Latem, kiedy jest cieplej, pompa musi oddać ciepło z atmosfery, która może być o godz 40°C, z czym wydajność nie jest tak dobra, jak można by się spodziewać.
Jednak system zlewni geotermalnych, mając źródło stała temperatura, wydajność jest zawsze optymalna niezależnie od atmosferycznych warunków temperaturowych. Tak więc ten system jest znacznie bardziej wydajny niż konwencjonalna pompa ciepła.
Wymień obwody z Ziemią
Wymiana ciepła z wodami powierzchniowymi
Ten system jest oparty na umieścić wodę w kontakcie termicznym pochodzące ze źródła powierzchniowego z parownikiem / skraplaczem, w zależności od potrzeb, do pochłaniania lub przekazywania ciepła do wspomnianych wód.
Zaletą: przedstawia to, że ma niski koszt
Wada: nie zawsze jest dostępne źródło wody.
Wymiana z ziemią
to mogą być bezpośrednie gdy wymiana między gruntem a parownikiem / skraplaczem pompy ciepła odbywa się za pomocą zakopanej rury miedzianej.
W przypadku domu może być wymagane od 100 do 150 metrów rury.
- Zaleta: niski koszt, prostota i dobra wydajność.
- Wady: możliwość wycieku gazu i zamarznięcia terenów.
Albo też może być obwodem pomocniczym gdy ma zestaw zakopanych rur, przez które krąży woda, która z kolei wymienia ciepło z parownikiem / skraplaczem.
W przypadku domu może być wymagane od 100 do 200 metrów rury.
- Zaleta: niskie ciśnienie w obwodzie, co pozwala uniknąć dużych różnic temperatur
- Wady: wysoki koszt.
Zamień obwody z domem
Te obwody może być z bezpośrednia wymiana lub dystrybucja ciepłej i zimnej wody.
Bezpośrednia wymiana Polega ona na cyrkulacji strumienia powietrza po powierzchni parownika / skraplacza z boku domu w celu wymiany ciepła i rozprowadzaniu tego ciepłego / zimnego powietrza w całym domu poprzez izolowane termicznie rury.
Pojedynczy system dystrybucji rozwiązuje problem dystrybucji ciepła i zimna w domu.
- Zaleta: są zwykle tanie i bardzo proste.
- Wady: niska wydajność, umiarkowany komfort i ma zastosowanie tylko do domów, które są nowo budowane lub mają system ogrzewania konwekcyjnego.
System dystrybucji ciepłej i zimnej wody Polega na cyrkulacji strumienia wody po powierzchni parownika / skraplacza z boku domu w celu wymiany ciepła.
Woda jest zwykle schładzana do 10ºC latem i podgrzewana do 45ºC zimą, aby można ją było wykorzystać do klimatyzacji.
Ogrzewanie podłogowe to najlepsza i najwygodniejsza metoda Jednak aby rozwiązać problem ogrzewania, nie można go używać do chłodzenia, więc jeśli zostanie zastosowana ta metoda lub grzejniki ciepłej wody, konieczne będzie zainstalowanie innego systemu, aby móc korzystać z chłodzenia.
- Zaleta: bardzo wysoki komfort i wydajność.
- Wady: wysoki koszt.
Wydajność układów klimatyzacji
Efektywności energetycznej systemu klimatyzacji wykorzystującego jako źródło ciepła podłoże w temperaturze 15ºC jest co najmniej 400% przy ogrzewaniu i 500% przy chłodzeniu.
Kiedy się nagrzewa występuje tylko udział energii elektrycznej w wysokości 25% całkowitej wymaganej energii. A kiedy jest używany do chłodzenia, wydajność jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku pompy ciepła wymieniającej powietrze o temperaturze 40 stopni, więc w tym przypadku jest również oszczędność energii o ponad 50% w porównaniu z konwencjonalnym klimatyzatorem.
Oznacza to, że aby przepompować z bieguna zimnego do gorącego 4 jednostki energii (np. 4 kalorie), potrzebna jest tylko 1 jednostka energii.
W chłodnictwie na każde 5 pompowanych jednostek potrzebna jest 1 jednostka do ich pompowania.
Jest to możliwe od nie generuje całego ciepła, ale większość z nich jest przenoszona tylko z jednego źródła do drugiego.
Jednostki energii, które dostarczamy do pompy ciepła, są w postaci energii elektrycznej, więc zasadniczo produkujemy CO2 w instalacji produkującej energię elektryczną, chociaż w znacznie mniejszej ilości.
Jednakże, moglibyśmy użyć pomp ciepła innych niż elektryczne, ale ich źródłem energii była energia słoneczna, ale nadal są w fazie eksperymentalnej.
Si porównujemy ten system z systemem grzewczym wychwytującym energię słoneczną widzimy to przez panele przedstawia wielką zaletęJak nie wymaga dużych akumulatorów aby zrekompensować godziny braku promieniowania słonecznego.
Wielkim akumulatorem jest własna masa Ziemi to sprawia, że mamy źródło energii o stałej temperaturze, która w zakresie tego zastosowania zachowuje się jak nieskończoność.
Jednak ten, który to robi Najlepszą opcją wykorzystania tego źródła energii jest połączenie go ze słoneczną energią cieplną., aby nie przesuwać pompy ciepła, jak wspomniano powyżej (która również), ale aby podgrzać systembiorąc pod uwagę, że w zastosowaniach związanych z ogrzewaniem i wytwarzaniem ciepłej wody użytkowej, wodę można doprowadzić do 15ºC za pomocą energii geotermalnej na później, podnieść temperaturę wody za pomocą energii słonecznej.
W tym przypadku wydajność pompy ciepła rośnie wykładniczo.
Dystrybucja energii geotermalnej
Energia geotermalna jest szeroko rozpowszechniona na całej planecie, zwłaszcza w postaci suchych gorących skał, ale są obszary, na których zajmuje około 10% powierzchni planety i mają specjalne warunki do rozwijania tego rodzaju energii.
Mam na myśli obszary w którym bardziej widoczne są skutki trzęsień ziemi i wulkanów i to ogólnie pokrywa się z uskoki tektoniczne ważne
Wśród nich są:
- Wybrzeże Pacyfiku kontynentu amerykańskiego, od Alaski po Chile.
- Zachodni Pacyfik, od Nowej Zelandii, przez Filipiny i Indonezję, po południowe Chiny i Japonię.
- Dolina dyslokacji Kenii, Ugandy, Zairu i Etiopii.
- Okolice Morza Śródziemnego.
Zalety i wady energii geotermalnej
Ta energia, podobnie jak wszystko, co istnieje, ma swoje dobre i złe strony.
Como zaleta możemy to powiedzieć:
- Jest znaleziony rozprowadzane na całej planecie.
- Najbardziej ekonomiczne źródła geotermalne znajdują się w obszary wulkaniczne zlokalizowane w większości w krajach rozwijających się, co może być bardzo przydatne do poprawy twojej sytuacji.
- Czy niewyczerpane źródło energii na ludzką skalę.
- Jest energią taniej to jest znane.
Sus wady wręcz przeciwnie, są to:
- Niektóre z nich przedstawia wykorzystanie energii geotermalnej problemy środowiskowew szczególności uwalnianie gazów siarkowych do atmosfery, wraz z odprowadzanie gorącej wody do rzek, które często zawierają dużą ilość ciał stałych.
Chociaż ogólnie rzecz biorąc, ścieki mogą być ponownie wprowadzane do ziemi po wyekstrahowaniu, w niektórych przypadkach, soli potasowych nadających się do użytku komercyjnego.
- Na ogół przekazywanie ciepła geotermalnego na duże odległości nie jest możliwe. Gorącą wodę lub parę należy używać w pobliżu źródła, zanim ostygnie.
- Znajduje się tam większość wód geotermalnych temperatury poniżej 150ºC więc generalnie nie jest wystarczająco gorąco do wytwarzania energii elektrycznej.
Wody te mogą być wykorzystywane wyłącznie do kąpieli, ogrzewania budynków i szklarni oraz upraw zewnętrznych lub jako wstępnie podgrzana woda do kotłów.
- L suche gorące skały są krótkotrwałePonieważ popękane powierzchnie szybko się ochładzają, ich efektywność energetyczna gwałtownie spada.
- L koszty instalacji są bardzo wysokie.
Przyszłość energii geotermalnej
Jak dotąd tylko perforacje i wydobywać ciepło na głębokość około 3 kmchociaż oczekuje się, że będzie w stanie osiągnąć większe głębokości, dzięki czemu energia geotermalna będzie mogła być wykorzystywana w szerszym zakresie.
Całkowita dostępna energiana drodze gorącej wody, pary lub gorących kamieni, do głębokości 10 km, podejścia 3.1017 palec u nogi. 30 milionów razy więcej niż obecne światowe zużycie energii. Co na to wskazuje energia geotermalna może być interesującą alternatywą w perspektywie krótkoterminowej.
Dopracowane techniki zagospodarowania zasobów geotermalnych są bardzo podobne do tych stosowanych w sektorze naftowym. Jednak od tego czasu zawartość energii w wodzie o temperaturze 300ºC jest tysiąc razy niższa niż w oleju, kapitał można ekonomicznie zainwestować w poszukiwania, a wiercenie jest znacznie mniejsze.
Jednak niedobory ropy mogą napędzać rosnące wykorzystanie energii geotermalnej.
Z drugiej strony zawsze było to możliwe wykorzystanie źródeł geotermalnych do wytwarzania energii elektrycznej w średniej wielkości turbogeneratorach (10-100 MW) zlokalizowane w pobliżu odwiertów, ale minimalna użyteczna temperatura geotermalna do wytwarzania energii elektrycznej wynosiła 150ºC.
Ostatnio turbiny bezłopatkowe zostały opracowane na wodę geotermalną i parę o temperaturze do 100ºC tylko co pozwala poszerzyć pole wykorzystania tej energii.
Ponadto, może być stosowany w procesach przemysłowych takie jak obróbka metali, ogrzewanie wszelkiego rodzaju procesów przemysłowych, ogrzewanie szklarni itp.
Ale prawdopodobnie największa przyszłość energii geotermalnej leży w wykorzystaniu energii geotermalnej o bardzo niskiej temperaturze, ze względu na swoją wszechstronność, prostotę, niskie koszty ekonomiczne i środowiskowe oraz możliwość używać go jako systemu ogrzewania i chłodzenia.