Что такое геотермальная энергия, системы кондиционирования и будущее

геотермальной энергии

Конечно, вы знаете, что такое геотермальная энергия в общих чертах, но Вы знаете все основы этой энергии?

В самом общем смысле мы говорим, что геотермальная энергия тепловая энергия изнутри Земли.

Другими словами, геотермальная энергия - единственный возобновляемый источник энергии, который не исходит от Солнца.

Кроме того, можно сказать, что эта энергия не является возобновляемой энергией как таковой, поскольку его обновление не бесконечно, Тем не мение неисчерпаем по человеческим меркам, поэтому для практических целей он считается возобновляемым.

Происхождение тепла внутри Земли

Основная причина тепла внутри Земли - это непрерывный распад некоторых радиоактивных элементов такие как уран 238, торий 232 и калий 40.

Другой истоки геотермальной энергии есть столкновения тектонических плит.

Однако в некоторых регионах геотермальное тепло более сконцентрировано, как это происходит в окрестностях вулканы, течения магмы, гейзеры и горячие источники.

Использование геотермальной энергии

Эта энергия использовалась как минимум 2.000 лет.

Римляне использовали горячие источники для туалеты а в последнее время эта энергия использовалась для отопление зданий и теплиц и производство электроэнергии.

В настоящее время существует 3 типа месторождений, из которых мы можем получить геотермальную энергию:

  • Резервуары с высокой температурой
  • Низкотемпературные резервуары
  • Резервуары с сухими горячими породами

Резервуары с высокой температурой

Мы говорим, что есть депозит в размере высокая температура когда вода в резервуаре достигает температура выше 100ºC из-за наличия активного источника тепла.

Чтобы геотермальное тепло создавало полезную геотермальную энергию, геологические условия должны позволять формировать геотермальный резервуар, аналогичные тем, которые содержатся в нефти или природном газе, состоящие из проницаемые породы, песчаники или известняк, например, увенчанный водонепроницаемый слой, как глина.

высокотемпературная схема

Подземные воды, нагретые скалами, проходят снизу вверх. в резервуар, где они остаются в ловушке под непроницаемым слоем.

Cuando есть трещины в указанном непроницаемом слое возможен выход пара или воды на поверхность, появляющиеся в виде горячих источников или гейзеров.

Эти горячие источники использовались с древних времен и могут быть легко использованы для отопления и промышленных процессов.

baños termales

Римские бани Бани

Низкотемпературные резервуары

Низкотемпературные водоемы - это водоемы, в которых температура воды, который мы собираемся использовать, находится от 60 до 100ºC.

В этих месторождениях величина теплового потока - норма земной коры, поэтому наличие 2 из предыдущих условий не обязательно: наличие активного источника тепла и изоляция накопителя жидкости.

Низкотемпературная схема

Только наличие склада на соответствующей глубине, чтобы при существующем геотермическом градиенте в указанной области были температуры, делающие его эксплуатацию экономичной.

Резервуары с сухими горячими породами

Потенциал геотермальной энергии es мучо больше, если тепло извлекается из сухих горячих камней, которые естественно не содержат воды.

Они на температура от 250 до 300ºC уже один глубина от 2.000 до 3.000 метров.

Для его эксплуатации необходимо раскалывать сухие раскаленные камни, сделайте их пористыми.

Затем вводится холодная вода с поверхности через трубу, пропустив ее через расколотую горячую породу, чтобы она нагрелась, а затем, водяной пар извлекается через другой трубопровод, чтобы использовать его давление для привода турбины и генерировать электрическую энергию.

контур горячей скалы

Проблема с этим типом эксплуатации заключается в методах разрыва горных пород на такой глубине и бурении.

Хотя в этих областях был достигнут большой прогресс с использованием методов бурения нефтяных скважин.

Геотермальная энергия с очень низкой температурой

Мы можем рассматривать недра на малую глубину, как источник тепла при 15ºC, полностью возобновляемый и неисчерпаемый.

С помощью подходящей системы улавливания и теплового насоса тепло может передаваться от этого источника при температуре 15 ° C в систему, которая достигает температуры 50 ° C, а последняя используется для отопления и получения горячей воды для бытовых нужд.

Кроме того, тот же тепловой насос может поглощать тепло из окружающей среды при 40ºC и доставлять его в недра с той же системой улавливанияСледовательно, система, которая может решить бытовое отопление, может также решить проблему охлаждения, то есть в доме есть единственная установка для встроенного кондиционирования воздуха.

Главный недостаток этого вида энергии - нужна очень большая поверхность захоронения внешнего контураОднако его главное преимущество - это pВозможность использования в качестве системы отопления и охлаждения по очень низкой цене.

На следующей диаграмме вы можете увидеть различные способы улавливания или передачи тепла полу для последующего использования в отоплении, охлаждении и получении горячей воды для бытового потребления. Я объясню процедуру ниже.

схема систем кондиционирования

Кондиционирование воздуха жилого дома, многоквартирного дома, больницы и др. может быть достигнуто индивидуально, поскольку не требует больших вложений в систему, в отличие от высокотемпературных и среднетемпературных геотермальных установок.

Эта система использования солнечной энергии, поглощаемой поверхностью Земли, основана на трех основных элементах:

  1. Тепловой насос
  2. Цепь обмена с землей
    1. Теплообмен с поверхностными водами
    2. Обмен с землей
  3. Схема обмена с домом

Тепловой насос

Тепловой насос - это термодинамическая машина. который основан на цикле Карно, выполняемом газом.

Эта машина поглощает тепло от одного источника, чтобы передать его другому, имеющему более высокую температуру.

Самый типичный пример - холодильники.У них есть машина, которая извлекает тепло изнутри и отводит его наружу, где температура выше.

Другими примерами тепловых насосов являются кондиционеры воздуха для дома и автомобилей.

На этой схеме вы можете видеть, что Холодная колба поглощает тепло от земли в обмене, а жидкость, которая циркулирует по контуру холодного термометра, поглощает тепло до испарения.

схема теплового насоса

Контур, который несет воду с теплом от земли, остывает и возвращается в землю, восстановление температуры почвы происходит очень быстро.

С другой стороны, горячая лампочка внутри дома нагревает воздух, отдавая ему тепло.

Тепловой насос «перекачивает» тепло от холодного термометра к горячему.

Представление (поставленная / поглощенная энергия) это зависит от температуры источника испаряемого тепла.

Обычные системы кондиционирования воздуха поглощают тепло из атмосферы, которое зимой может достигать температурас ниже -2 ° С.

При этих температурах испаритель практически не может улавливать тепло, и производительность насоса очень низкая.

Летом, когда жарче, насос должен отдавать тепло из атмосферы, которая может быть 40 ° С, с чем производительность не так хороша, как вы могли ожидать.

Тем не менее, геотермальная водосборная система, имея источник постоянная температура, производительность всегда оптимальная вне зависимости от температурного режима окружающей среды. Таким образом, эта система намного эффективнее обычного теплового насоса.

Обмен схемами с Землей

Теплообмен с поверхностными водами

Эта система основана на поместить воду в тепловой контакт поступающие из поверхностного источника с испарителем / конденсатором, в зависимости от потребностей, для поглощения или передачи тепла указанной воде.

Преимущество: подарки в том, что у него есть низкая стоимость

Недостаток:  не всегда есть доступный источник воды.

Обмен с землей

Este может быть прямым когда обмен между землей и испарителем / конденсатором теплового насоса осуществляется с помощью скрытой медной трубы.

Для дома может потребоваться от 100 до 150 метров трубы.

  • преимущество: низкая стоимость, простота и хорошие характеристики.
  • недостатки: возможность утечки газа и промерзания участков земли.

Или также может быть вспомогательной схемой когда он имеет ряд заглубленных труб, по которым циркулирует вода, которая, в свою очередь, обменивается теплом с испарителем / конденсатором.

Для дома может потребоваться от 100 до 200 метров трубы.

  • преимущество: низкое давление в контуре, что позволяет избежать больших перепадов температур
  • недостатки: высокая цена.

Обмен схемами с домом

Эти схемы может быть с прямой обмен или с разводкой горячей и холодной воды.

Прямой обмен Он основан на циркуляции воздушного потока по поверхности испарителя / конденсатора на стороне дома для теплообмена и распределении этого горячего / холодного воздуха по всему дому через теплоизолированные трубы.

Единая распределительная система решает проблему распределения холода и тепла в доме.

  • преимущество: они обычно недорогие и очень простые.
  • недостатки: низкая производительность, умеренный комфорт и применимо только к домам, которые недавно построены или имеют систему воздушного конвекционного отопления.

Система распределения горячей и холодной воды он основан на циркуляции потока воды по поверхности испарителя / конденсатора на стороне дома для теплообмена.

Воду обычно охлаждают до 10ºC летом и нагревают до 45ºC зимой для использования в качестве средства кондиционирования воздуха.

Полы с подогревом - это наиболее эффективный и комфортный метод. однако для решения проблемы нагрева его нельзя использовать для охлаждения, поэтому, если используется этот метод или метод радиаторов с горячей водой, необходимо установить другую систему, чтобы можно было использовать охлаждение.

  • преимущество: очень высокий комфорт и производительность.
  • недостатки: высокая цена.

Производительность систем кондиционирования

Энергоэффективность системы кондиционирования воздуха, использующей в качестве источника тепла недра при 15ºC по крайней мере 400% при нагреве и 500% при охлаждении.

Когда он нагревается доля электроэнергии составляет всего 25% от общей необходимой энергии. А когда его используют для охлаждения, производительность более чем вдвое выше, чем у теплового насоса, обменивающегося воздухом при 40 градусах, поэтому в этом случае также имеется экономия энергии более 50% по сравнению с обычным кондиционером.

Это означает, что для того, чтобы перекачать от полюса холода к полюсу горячего 4 единицы энергии (например 4 калории), требуется всего 1 единица энергии.

В холодильном оборудовании на каждые 5 перекачиваемых агрегатов приходится 1 агрегат.

Это возможно, так как не генерирует все теплоНо большая часть его только передается из одного источника в другой.

Единицы энергии, которые мы поставляем тепловому насосу, находятся в форме электрической энергии, поэтому в основном мы производим CO2 на заводе, производящем электроэнергию, хотя и в гораздо меньших количествах.

Тем не менее, мы могли бы использовать неэлектрические тепловые насосы, но их источником энергии была солнечная энергия, но они все еще находятся в экспериментальной фазе.

Si мы сравниваем эту систему с системой обогрева с улавливанием солнечной энергии. через панели мы видим, что представляет собой большое преимуществоКак не требует больших аккумуляторов для компенсации часов отсутствия солнечной радиации.

Великий аккумулятор - это собственная масса Земли. это дает нам источник энергии с постоянной температурой, которая в рамках этого приложения ведет себя как бесконечная.

Производительность

Однако тот, который делает Оптимальный вариант использования этого источника энергии - совместить его с солнечной тепловой энергией., не перемещать тепловой насос, как упомянуто выше (что тоже), но для добавления тепла в систему, учитывая, что в системах отопления и горячего водоснабжения, вода может быть доведена до 15ºC с использованием геотермальной энергии Для последующего, повысить температуру воды с помощью солнечной энергии.

В этом случае КПД теплового насоса увеличивается экспоненциально.

Распределение геотермальной энергии

Геотермальная энергия широко распространена по всей планете, особенно в виде сухих раскаленных камней, но есть области, в которых он простирается, возможно, более чем на 10% поверхности планеты и у них есть особые условия для развития этого вида энергии.

Я имею в виду области в котором более проявляются последствия землетрясений и вулканов и что, в общем, совпадают с тектонические разломы важно.

карта геотермальной энергии

Среди них:

  • Тихоокеанское побережье американского континента, от Аляски до Чили.
  • Западная часть Тихого океана, от Новой Зеландии через Филиппины и Индонезию до южного Китая и Японии.
  • Долина дислокации Кении, Уганды, Заира и Эфиопии.
  • Окрестности Средиземного моря.

Преимущества и недостатки геотермальной энергии

Эта энергия, как и все существующее, имеет как хорошие, так и плохие стороны.

Кomo преимущество мы можем сказать, что:

  • Найден распространены по всей планете.
  • Самые дешевые геотермальные источники находятся в вулканические районы в основном расположены в развивающихся странах, что может быть очень полезно для улучшения вашей ситуации.
  • Является ли неиссякаемый источник энергии в человеческом масштабе.
  • Энергия самый дешевый что известно.

Их Недостатки напротив, они:

  • Использование геотермальной энергии дает некоторые проблемы окружающей среды, в частности, выброс сернистых газов в атмосферу вместе с сброс горячей воды в реки, которые часто содержат большое количество твердых частиц.

Хотя, как правило, сточные воды можно повторно закачивать в землю после извлечения, в некоторых случаях, коммерчески используемых солей калия.

  • В общем случае, передача геотермального тепла на большие расстояния невозможна. Горячую воду или пар следует использовать вблизи их источника, прежде чем они остынут.
  • Большинство геотермальных вод находится температура ниже 150ºC так что в целом здесь недостаточно жарко для выработки электроэнергии.

Эта вода может использоваться только для купания, обогрева зданий, теплиц и уличных культур или в качестве предварительно нагретой воды для бойлеров.

  • коллекторы сухих горячих пород недолговечныПоскольку потрескавшиеся поверхности быстро остывают, их энергоэффективность быстро падает.
  • затраты на установку очень высоки.

Будущее геотермальной энергии

Пока только бурение и отвод тепла на глубину около 3 км, хотя ожидается, что он сможет достичь больших глубин, на которых геотермальная энергия может использоваться более широко.

Общая доступная энергияпо пути горячей воды, пара или горячих камней до глубины 10 км, подходы 3.1017 бить. 30 миллионов раз превышает текущее мировое потребление энергии. Что указывает на то, что геотермальная энергия может быть интересной альтернативой в краткосрочной перспективе.

Методы, усовершенствованные для разработки геотермальных ресурсов, очень похожи на методы, используемые в нефтяном секторе. Однако, поскольку энергоемкость воды при 300ºC в тысячу раз ниже, чем у нефти, капитал можно экономно вложить в разведку и бурение гораздо меньше.

Однако нехватка нефти может способствовать увеличению использования геотермальной энергии.

Промышленный процесс

С другой стороны, использование геотермальных источников для выработки электроэнергии в турбогенераторах среднего размера (10-100 МВт), расположенных рядом с площадками скважин, но минимальная геотермальная температура, пригодная для выработки электроэнергии, составляла 150 ° C.

В последнее время безлопастные турбины были разработаны для геотермальной воды и пара до 100ºC. только, что позволяет расширить область использования этой энергии.

Кроме того, может использоваться в промышленных процессах таких как производство металлов, отопление промышленных процессов всех видов, отопление теплиц и т. д.

Но, вероятно величайшее будущее геотермальной энергии заключается в использовании геотермальной энергии с очень низкими температурами., благодаря своей универсальности, простоте, низким экономическим и экологическим затратам и возможности использовать его как систему отопления и охлаждения.


Будьте первым, чтобы комментировать

Оставьте свой комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные для заполнения поля помечены *

*

*

  1. Ответственный за данные: Мигель Анхель Гатон
  2. Назначение данных: контроль спама, управление комментариями.
  3. Легитимация: ваше согласие
  4. Передача данных: данные не будут переданы третьим лицам, кроме как по закону.
  5. Хранение данных: база данных, размещенная в Occentus Networks (ЕС)
  6. Права: в любое время вы можете ограничить, восстановить и удалить свою информацию.