Čo je to geotermálna energia, klimatizačné systémy a budúcnosť

Určite viete, čo je geotermálna energia vo všeobecnosti, ale Poznáte všetky základné informácie o tejto energii?

Veľmi všeobecne hovoríme, že geotermálna energia je tepelná energia zvnútra Zeme.

Inými slovami, geotermálna energia je jediný obnoviteľný zdroj energie, ktorý nepochádza zo Slnka.

Okrem toho môžeme povedať, že táto energia nie je ako taká obnoviteľnou energiou jeho obnova nie je nekonečná, Avšak je v ľudskom meradle nevyčerpateľný, takže sa z praktických dôvodov považuje za obnoviteľnú.

Pôvod tepla vo vnútri Zeme

Hlavnou príčinou tepla vo vnútri Zeme je nepretržitý rozpad niektorých rádioaktívnych prvkov ako je urán 238, tórium 232 a draslík 40.

Ďalší z nich počiatky geotermálnej energie sú zrážky tektonických dosiek.

V určitých regiónoch je však geotermálne teplo koncentrovanejšie, ako sa vyskytuje v okolí sopky, magmatické prúdy, gejzíry a horúce pramene.

Využívanie geotermálnej energie

Táto energia sa používala minimálne 2.000 XNUMX rokov.

Rimania využívali horúce pramene na toalety a v poslednej dobe sa táto energia používa na vykurovanie budov a skleníkov a na výrobu elektriny.

V súčasnosti existujú 3 typy ložísk, z ktorých môžeme získavať geotermálnu energiu:

• Zásobníky vysokej teploty
• Nízkoteplotné zásobníky
• Suché horúce vodné nádrže

Zásobníky vysokej teploty

Hovoríme, že existuje záloha vo výške vysoká teplota keď voda v nádrži dosiahne teploty nad 100 ° C v dôsledku prítomnosti aktívneho zdroja tepla.

Aby geotermálne teplo mohlo vytvárať využiteľnú geotermálnu energiu, musia geologické podmienky umožniť vznik a geotermálna nádrž, podobné tým, ktoré obsahujú ropa alebo zemný plyn, pozostávajúce z a priepustná hornina, pieskovce alebo napríklad vápenec zakončený a vodotesná vrstva, ako hlina.

Podzemná voda ohrievaná horninami prechádza nahor do nádrže, kde zostávajú zachytené pod nepriepustnou vrstvou.

Kedy sú tam praskliny v uvedenej nepriepustnej vrstve je možný únik pary alebo vody na povrch, objavujú sa vo forme horúcich prameňov alebo gejzírov.

Tieto horúce pramene sa používajú odpradávna a dajú sa ľahko použiť na kúrenie a priemyselné procesy.

Nízkoteplotné zásobníky

Nízkoteplotné nádrže sú tie, v ktorých teplota vody, ktoré sa chystáme použiť, sa nachádza medzi 60 a 100 ° C.

V týchto vkladoch hodnota tepelného toku je normála zemskej kôry, takže existencia 2 z predchádzajúcich podmienok je zbytočná: existencia aktívneho zdroja tepla a izolácia zásobníka kvapaliny.

Len prítomnosť skladu v príslušnej hĺbke, aby pri existujúcom geotermálnom gradiente v uvedenej oblasti existovali teploty, ktoré robia jeho ťažbu ekonomickou.

Suché horúce vodné nádrže

Potenciál geotermálnej energie es veľa väčšie, ak sa teplo získava zo suchých horúcich hornín, ktoré neobsahujú vodu prirodzene.

Sú na a teplota medzi 250 a 300 ° C už jeden hĺbka medzi 2.000 3.000 a XNUMX XNUMX metrov.

Pre jeho využitie je potrebné rozbiť suché horúce kamene, k urobiť ich poréznymi.

potom sa zavádza studená voda z povrchu potrubím, ktoré ho nechá prejsť zlomenou horúcou horninou, aby sa zahrialo a potom, vodná para sa extrahuje iným potrubím, aby využil svoj tlak na pohon turbíny a generovať elektrickú energiu.

Problémom tohto typu ťažby sú techniky štiepenia hornín v takej hĺbke a hĺbenia.

V týchto oblastiach sa dosiahol veľký pokrok pomocou techník na ťažbu ropy.

Geotermálna energia veľmi nízka teplota

Môžeme zvážiť podložie do malých hĺbok ako a zdroj tepla pri 15 ° C, úplne obnoviteľné a nevyčerpateľné.

Pomocou vhodného zachytávacieho systému a tepelného čerpadla sa môže teplo prenášať z tohto zdroja pri 15 ° C do systému, ktorý dosahuje 50 ° C, a tento zdroj sa môže používať na vykurovanie a získavanie teplej úžitkovej vody pre domácnosť.

Okrem toho, rovnaké tepelné čerpadlo môže absorbovať teplo z prostredia pri 40 ° C a dodávať ho do podložia pomocou rovnakého záchytného systémuPreto systém, ktorý dokáže vyriešiť domáce vykurovanie, môže vyriešiť aj chladenie, to znamená, že dom má jedinú inštaláciu svojej integrovanej klimatizácie.

Hlavnou nevýhodou tohto typu energie je potrebujete veľmi veľkú pohrebnú plochu vonkajšieho obvoduJeho hlavnou výhodou je však pMožnosť použitia ako vykurovacieho a chladiaceho systému za veľmi nízke náklady.

Na nasledujúcom diagrame vidíte rôzne spôsoby zachytávania alebo prenosu tepla na podlahu pre neskoršie použitie pri vykurovaní, chladení a získavaní TÚV (teplej úžitkovej vody). Postup vysvetlím nižšie.

Klimatizácia domu, paneláku, nemocnice a pod. možno dosiahnuť individuálne, pretože to nevyžaduje veľké investície do systému, na rozdiel od geotermálnych zariadení s vysokou a strednou teplotou.

Tento systém na využitie slnečnej energie absorbovanej zemským povrchom je založený na 3 hlavných prvkoch:

1. Tepelné čerpadlo
2. Výmenný obvod so Zemou
   1. Výmena tepla s povrchovými vodami
   2. Vymieňajte so zemou
3. Výmenný okruh s domácim

Tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlo je termodynamický stroj ktorý je založený na Carnotovom cykle vykonávanom plynom.

Tento stroj absorbuje teplo z jedného zdroja a dodáva ho do druhého, ktorý má vyššiu teplotu.

Najtypickejším príkladom sú chladničkyTieto majú stroj, ktorý extrahuje teplo zvnútra a vypudzuje ho von, ktoré má vyššiu teplotu.

Ďalším príkladom tepelných čerpadiel sú klimatizačné zariadenia a klimatizačné zariadenia pre domácnosti a automobily.

Na tejto schéme vidíte, že Studená žiarovka výmenou absorbuje teplo zo zeme a kvapalina, ktorá cirkuluje okruhom studenej žiarovky, absorbuje teplo až do odparenia.

Okruh, ktorý prenáša vodu teplom zo zeme, sa ochladzuje a vracia sa na zem, zotavenie teploty pôdy je veľmi rýchle.

Na druhej strane horúca žiarovka vo vnútri domu ohrieva vzduch a dodáva mu teplo.

Tepelné čerpadlo „pumpuje“ teplo zo studenej žiarovky do horúcej žiarovky.

výkon (dodaná / absorbovaná energia) Závisí to od teploty zdroja dodávajúceho odparené teplo.

Bežné klimatizačné systémy absorbovať teplo z atmosféry, ktorá v zime môže dosiahnuť teplotas nižšie -2 ° C

Pri týchto teplotách výparník nedokáže zachytiť prakticky žiadne teplo a výkon čerpadla je veľmi nízky.

V lete, keď je teplejšie, sa musí čerpadlo vzdať tepla z atmosféry, ktorá môže byť 40 ° C, s čím výkon nie je taký dobrý, ako by ste čakali.

Avšak, geotermálny spádový systém, majúci zdroj pre konštantná teplota, výkon je vždy optimálny bez ohľadu na atmosférické teplotné podmienky. Tento systém je teda oveľa efektívnejší ako bežné tepelné čerpadlo.

Vymieňajte si obvody so Zemou

Výmena tepla s povrchovými vodami

Tento systém je založený na dajte vodu do tepelného kontaktu pochádzajúce z povrchového zdroja s výparníkom / kondenzátorom podľa potreby na absorpciu alebo prenos tepla do uvedených vôd.

Výhoda: predstavuje je, že má nízke náklady

Nevýhoda:  nie vždy je k dispozícii zdroj vody.

Vymieňajte so zemou

toto môže byť priamy keď sa výmena medzi zemou a výparníkom / kondenzátorom tepelného čerpadla vykonáva pomocou zakopanej medenej rúry.

V prípade domu môže byť potrebných 100 až 150 metrov potrubia.

• Výhoda: nízke náklady, jednoduchosť a dobrý výkon.
• nevýhody: možnosť úniku plynu a zamrznutie oblastí na zemi.

Alebo tiež môže byť pomocný obvod keď má sústavu zakopaných potrubí, cez ktoré cirkuluje voda, ktorá zasa vymieňa teplo s výparníkom / kondenzátorom.

V prípade domu môže byť potrebných 100 až 200 metrov potrubia.

• Výhoda: nízky tlak v okruhu, čím sa zabráni veľkým teplotným rozdielom
• nevýhody: vysoká cena.

Vymieňajte si obvody s domom

Tieto obvody môže byť s priamou výmenou alebo s rozvodom teplej a studenej vody.

Priama výmena Je založená na cirkulácii prúdu vzduchu po povrchu výparníka / kondenzátora na bočnej strane domu na výmenu tepla a distribúcii tohto horúceho / studeného vzduchu po celom dome cez tepelne izolované potrubia.

Pomocou jedného distribučného systému je riešená distribúcia chladu a tepla v dome.

• Výhoda: majú zvyčajne nízke náklady a veľkú jednoduchosť.
• nevýhody: nízky výkon, mierne pohodlie a je použiteľné iba pre novopostavené domy alebo s konvekčným vykurovacím systémom.

Systém rozvodu teplej a studenej vody Je založená na cirkulácii prietoku vody cez povrch výparníka / kondenzátora na bočnej strane domu na výmenu tepla.

Voda je zvyčajne ochladená na 10 ° C v lete a ohriata na 45 ° C v zime, aby bola použitá ako prostriedok klimatizácie.

Podlahové kúrenie je najvýkonnejšia a najpohodlnejšia metóda na vyriešenie vykurovania sa však nedá použiť na chladenie, takže ak sa použije tento spôsob alebo spôsob teplovodných radiátorov, bude možné nainštalovať iný systém, aby bolo možné chladenie využívať.

• Výhoda: veľmi vysoký komfort a výkon.
• nevýhody: vysoká cena.

Výkon klimatizačných systémov

Energetická účinnosť klimatizačného systému využívajúceho ako zdroj tepla podložie pri 15 ° C je najmenej z 400% pri vykurovaní a 500% pri chladení.

Keď sa kúri elektrická energia predstavuje iba 25% z celkovej požadovanej energie. A keď sa používa na chladenie, výkon je viac ako dvojnásobný ako výkon tepelného čerpadla výmenného so vzduchom na 40 stupňov, takže v tomto prípade existuje aj úspora energie viac ako 50% v porovnaní s bežnou klimatizáciou.

To znamená, že na prečerpanie 4 jednotiek energie (napríklad 4 kalórie) zo studeného pólu do horúceho je potrebná iba 1 jednotka energie.

V chladničke je na každých 5 prečerpaných jednotiek potrebných na prečerpanie 1 jednotka.

To je možné od negeneruje všetko teploale väčšina sa prenáša iba z jedného zdroja do druhého.

Jednotky energie, ktoré dodávame tepelnému čerpadlu, sú vo forme elektrickej energie, takže v zásade vyrábame CO2 v závode na výrobu elektrickej energie, aj keď v oveľa menšom množstve.

Avšak, mohli by sme použiť neelektrické tepelné čerpadlá, ale že ich zdrojom energie bol solárny zdroj tepla, ale stále sú v experimentálnej fáze.

Si porovnávame tento systém s vykurovacím systémom na zachytávanie slnečnej energie cez panely to vidíme predstavuje veľkú výhodupretože nevyžaduje veľké akumulátory kompenzovať hodiny nedostatku slnečného žiarenia.

Veľký akumulátor je vlastná hmota Zeme vďaka čomu máme zdroj energie pri konštantnej teplote, ktorá sa v rámci tejto aplikácie správa ako nekonečná.

Avšak ten, ktorý robí Najlepšou možnosťou použitia tohto zdroja energie je skombinovať ho so solárnou tepelnou energiou., nepohybovať tepelným čerpadlom, ako je uvedené vyššie (ktoré tiež), ale na dodanie tepla do systému, vzhľadom na to, že pri aplikáciách na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody voda môže byť privedená na 15 ° C pomocou geotermálnej energie na neskôr zvýšiť teplotu vody slnečnou energiou.

V tomto prípade účinnosť tepelného čerpadla exponenciálne rastie.

Distribúcia geotermálnej energie

Geotermálna energia je rozšírená po celej planéte, najmä vo forme suchých horúcich hornín, ale existujú oblasti, v ktorých presahuje asi 10% povrchu planéty a majú špeciálne podmienky na vývoj tohto typu energie.

Myslím tým oblasti v ktorom viac prejavujú účinky zemetrasení a sopiek a to sa všeobecne zhoduje s tektonické poruchy dôležité.

Medzi ne patrí:

• Tichomorské pobrežie amerického kontinentu od Aljašky po Čile.
• Západný Tichý oceán od Nového Zélandu cez Filipíny a Indonéziu až po južnú Čínu a Japonsko.
• Údolie dislokácie Kene, Ugandy, Zairu a Etiópie.
• Okolie Stredozemného mora.

Výhody a nevýhody geotermálnej energie

Táto energia, rovnako ako všetko, čo existuje, má svoje dobré aj zlé stránky.

como výhoda môžeme povedať, že:

• Je to nájdené distribuované po celej planéte.
• Najekonomickejšie geotermálne zdroje sú v sopečné oblasti nachádza vo väčšine prípadov v rozvojových krajinách, čo môže byť veľmi užitočné zlepšiť vašu situáciu.
• Je nevyčerpateľný zdroj energie v ľudskom meradle.
• Je energia lacnejšie to je známe.

ich nevýhody naopak sú to:

• Niektoré z nich predstavuje využitie geotermálnej energie problémy životného prostredia, najmä, uvoľňovanie siričitých plynov spolu s vypúšťanie horúcej vody do riek, ktoré často obsahujú vysokú hladinu pevných látok.

Aj keď odpadové vody môžu byť vo všeobecnosti opätovne vháňané do zeme po vyťažení, v niektorých prípadoch, komerčne využiteľných draselných solí.

• Všeobecne platí, prenos geotermálneho tepla na veľké vzdialenosti nie je možný. Pred ochladením v blízkosti zdroja by mala byť použitá horúca voda alebo para.
• Nachádza sa tu väčšina geotermálnych vôd teploty pod 150 ° C takže vo všeobecnosti nie je dostatočne horúci na výrobu elektriny.

Tieto vody sa môžu používať iba na kúpanie, vykurovanie budov a skleníkov a vonkajších plodín alebo ako predhriatá voda pre kotly.

• undefined suché horúce zásobníky horniny majú krátke trvanieKeď sa prasknuté povrchy rýchlo ochladia, ich energetická účinnosť rýchlo poklesne.
• undefined náklady na inštaláciu sú veľmi vysoké.

Budúcnosť geotermálnej energie

Zatiaľ iba perforácie a extrahovať teplo do hĺbky asi 3 km, aj keď sa očakáva, že bude schopný dosiahnuť väčšie hĺbky, v ktorých by sa mohla geotermálna energia využívať v širšom rozsahu.

Celková dostupná energiacestou horúcej vody, pary alebo horúcich kameňov, až do hĺbky 10 km, prístupy 3.10¹⁷ tep. 30 miliónovnásobok súčasnej spotreby energie na svete. Čo tomu nasvedčuje geotermálna energia môže byť z krátkodobého hľadiska zaujímavou alternatívou.

Dokonalé techniky rozvoja geotermálnych zdrojov sú veľmi podobné tým, ktoré sa používajú v ropnom priemysle. Avšak od energetický obsah vody pri 300 ° C je tisíckrát nižší ako energetický obsah oleja, je možné kapitál ekonomicky investovať do prieskumu a vŕtania je oveľa menej.

Nedostatok ropy však môže podporiť rastúce využitie geotermálnej energie.

Na druhej strane to vždy bolo možné využívanie geotermálnych zdrojov na výrobu elektriny v stredne veľkých turbogenerátoroch (10 - 100 MW), ktoré sa nachádzajú v blízkosti vrtov, ale minimálna použiteľná geotermálna teplota na výrobu elektriny bola 150 ° C.

V poslednej dobe lopatkové turbíny boli vyvinuté pre geotermálnu vodu a paru do 100 ° C ktorý umožňuje rozšíriť pole využitia tejto energie.

Okrem toho, môžu byť použité v priemyselných procesoch ako je výroba kovov, vykurovanie priemyselných procesov všetkých druhov, vykurovanie skleníkov atď.

Ale asi najväčšia budúcnosť geotermálnej energie spočíva vo využití veľmi nízkej teploty geotermálnej energie, kvôli jeho všestrannosti, jednoduchosti, nízkym ekonomickým a environmentálnym nákladom a možnosti používať ako vykurovací a chladiaci systém.