Kaj je geotermalna energija, klimatski sistemi in prihodnost

Zagotovo veste, kaj je geotermalna energija na splošno, ampak Ali poznate vse osnove o tej energiji?

Na zelo splošen način rečemo, da geotermalna energija je toplotna energija iz Zemlje.

Z drugimi besedami, geotermalna energija je edini obnovljivi vir energije, ki ne izhaja iz Sonca.

Poleg tega lahko rečemo, da ta energija od takrat ni obnovljiva energija njegovo obnavljanje ni neskončno, Vendar je neizčrpen v človeškem merilu, zato se v praktične namene šteje za obnovljivo.

Izvor toplote znotraj Zemlje

Glavni vzrok za toploto znotraj Zemlje je neprekinjeno razpadanje nekaterih radioaktivnih elementov kot so uran 238, torij 232 in kalij 40.

Še ena izmed izvor geotermalne energije so trki tektonskih plošč.

V nekaterih regijah pa je geotermalna toplota bolj koncentrirana, kot se dogaja v bližini Ljubljane vulkani, tokovi magme, gejzirji in vroči izviri.

Uporaba geotermalne energije

Ta energija se uporablja že najmanj 2.000 let.

Rimljani so vroče vrelce uporabljali za kopalnice in v zadnjem času se ta energija uporablja za ogrevanje stavb in rastlinjakov ter za proizvodnjo električne energije.

Trenutno obstajajo 3 vrste nahajališč, iz katerih lahko pridobivamo geotermalno energijo:

• Rezervoarji z visoko temperaturo
• Rezervoarji z nizko temperaturo
• Suhi zbiralniki vročih kamnin

Rezervoarji z visoko temperaturo

Pravimo, da obstaja polog v višini visoka temperatura ko voda iz rezervoarja seže temperature nad 100 ° C zaradi prisotnosti aktivnega vira toplote.

Da bi geotermalna toplota lahko ustvarila uporabno geotermalno energijo, morajo geološke razmere omogočati oblikovanje geotermalni rezervoar, podobni tistim, ki jih vsebuje nafta ali zemeljski plin, sestavljeni iz a prepustna kamnina, peščenjaki ali apnenec, na primer na vrhu nepremočljiva plast, kot glina.

Podzemna voda, ki jo ogrevajo skale, prehaja v smeri navzgor do rezervoarja, kjer ostanejo ujeti pod neprepustno plastjo.

Pri obstajajo razpoke v omenjeni neprepustni plasti je možen iztok pare ali vode na površino, pojavljajo se v obliki vročih vrelcev ali gejzirjev.

Ti vroči izviri se uporabljajo že v starih časih in jih je mogoče zlahka uporabiti za ogrevanje in industrijske procese.

Rezervoarji z nizko temperaturo

Nizkotemperaturni rezervoarji so tisti, v katerih temperatura vode, ki ga bomo uporabili, se nahaja med 60 in 100 ° C.

V teh vlogah vrednost toplotnega toka je normalna vrednost zemeljske skorje, zato obstoj dveh prejšnjih pogojev ni potreben: obstoj aktivnega vira toplote in izolacija zaloge tekočine.

Samo prisotnost skladišča na ustrezni globini, tako da ob obstoječem geotermalnem gradientu na navedenem območju obstajajo temperature, zaradi katerih je njegovo izkoriščanje varčno.

Suhi zbiralniki vročih kamnin

Potencial geotermalne energije es veliko večja, če se toplota črpa iz suhih vročih kamnin, ki ne vsebujejo vode naravno.

So pri temperatura med 250 in 300 ° C že eno globina med 2.000 in 3.000 metri.

Za njegovo izkoriščanje je treba razbiti suhe vroče kamnine, da jih naredite porozne.

Potem uvede se hladna voda od površine skozi cev, ki jo pusti skozi lomljeno vročo kamnino, tako da se segreje in nato, odvaja se vodna para skozi drugo cev izkoristiti svoj tlak za pogon turbine in ustvarjajo električno energijo.

Težava pri tej vrsti izkoriščanja so tehnike lomljenja kamnin na taki globini in vrtanje.

Čeprav je bil na teh področjih s tehnikami vrtanja nafte dosežen velik napredek.

Zelo nizka temperatura geotermalne energije

Lahko razmislimo o podtalje do majhnih globin kot vir toplote pri 15 ° C, popolnoma obnovljiv in neizčrpen.

S pomočjo ustreznega sistema za zajemanje in toplotne črpalke lahko toploto iz tega vira pri 15 ° C prenesemo v sistem, ki doseže 50 ° C, slednji pa se uporablja za ogrevanje in pridobivanje sanitarne tople vode za domačo uporabo.

Poleg tega, ista toplotna črpalka lahko absorbira toploto iz okolja pri 40 ° C in jo z istim sistemom zajemanja dovaja v podtaljeZato lahko sistem, ki lahko reši ogrevanje gospodinjstev, reši tudi hlajenje, to pomeni, da ima hiša eno samo instalacijo za vgrajeno klimatsko napravo.

Glavna pomanjkljivost te vrste energije je potrebujejo zelo veliko pokopno površino zunanjega krogaVendar je njegova glavna prednost pMožnost uporabe kot ogrevalni in hladilni sistem po zelo nizkih stroških.

Na naslednjem diagramu si lahko ogledate različne načine zajemanja ali prenosa toplote na tla za kasnejšo uporabo pri ogrevanju, hlajenju in pridobivanju sanitarne tople vode. Spodaj bom razložil postopek.

Klima hiše, bloka, bolnišnice itd. dosegljiv posamično, ker za sistem ne zahteva velikih naložb, za razliko od visokotehnoloških in srednjetemperaturnih geotermalnih naprav.

Ta sistem za izkoriščanje sončne energije, ki jo absorbira zemeljska površina, temelji na treh glavnih elementih:

1. Toplotna črpalka
2. Zamenjaj vezje z Zemljo
   1. Izmenjava toplote s površinskimi vodami
   2. Izmenjava s tlemi
3. Zamenjajte vezje z domom

Toplotna črpalka

Toplotna črpalka je termodinamični stroj ki temelji na Carnotovem ciklu, ki ga izvaja plin.

Ta stroj absorbira toploto iz enega vira, da jo odda drugemu, ki ima višjo temperaturo.

Najbolj značilen primer so hladilnikiTi imajo stroj, ki odvaja toploto od znotraj in jo odvaja navzven, ki je pri višji temperaturi.

Drugi primeri toplotnih črpalk so klimatske naprave in klimatske naprave za domove in avtomobile.

V tej shemi lahko vidite, da Hladna žarnica v zameno absorbira toploto iz tal, tekočina, ki kroži skozi krog hladne žarnice, pa toploto, dokler ne izhlapi.

Krog, ki vodi vodo s toploto iz tal, se ohladi in vrne v tla, obnavljanje temperature tal je zelo hitro.

Po drugi strani pa vroča žarnica v hiši ogreva zrak in mu daje toploto.

Toplotna črpalka "črpa" toploto iz hladne žarnice v vročo žarnico.

Zmogljivost (dobavljena energija / absorbirana energija) to je odvisno od temperature vira, ki dovaja uparjeno toploto.

Konvencionalni klimatski sistemi absorbirajo toploto iz ozračja, ki jo pozimi lahko doseže Temperaturas spodaj -2 ° C.

Pri teh temperaturah uparjalnik ne more zajeti praktično nobene toplote in zmogljivost črpalke je zelo nizka.

Poleti, ko je vroče, se mora črpalka odpovedati toploti iz atmosfere, ki je morda v njej 40 ° C, s čim uspešnost ni tako dobra, kot bi lahko pričakovali.

Vendar pa geotermalni sistem zajetja, tako da imamo vir do konstantna temperatura, zmogljivost je vedno optimalna ne glede na atmosferske temperaturne razmere. Ta sistem je torej veliko bolj učinkovit kot običajna toplotna črpalka.

Izmenjava vezij z Zemljo

Izmenjava toplote s površinskimi vodami

Ta sistem temelji na dajte vodo v termični stik ki prihaja iz površinskega vira z uparjalnikom / kondenzatorjem, glede na potrebe po absorpciji ali prenosu toplote v omenjene vode.

Prednost: predstavlja, da ima nizki stroški

Slabost:  vir vode ni vedno na voljo.

Izmenjava s tlemi

ta je lahko neposreden ko se izmenjava med tlemi in uparjalnikom / kondenzatorjem toplotne črpalke izvede s pomočjo zakopane bakrene cevi.

Za dom bo morda potrebno med 100 in 150 metri cevi.

• Prednost: poceni, enostavnost in dobra zmogljivost.
• Pomanjkljivosti: možnost puščanja plina in zmrzovanje površin zemljišča.

Ali tudi je lahko pomožno vezje ko ima niz zakopanih cevi, po katerih kroži voda, ta pa izmenjuje toploto z uparjalnikom / kondenzatorjem.

Za dom bo morda potrebno med 100 in 200 metri cevi.

• Prednost: nizek tlak v vezju, s čimer se izognemo velikim temperaturnim razlikam
• Pomanjkljivosti: visoki stroški.

Izmenjava vezij z domom

Ta vezja lahko z neposredna izmenjava ali z razdelitvijo tople in hladne vode.

Neposredna izmenjava Temelji na kroženju zračnega toka po površini uparjalnika / kondenzatorja na strani hiše za izmenjavo toplote in distribucijo tega vročega / hladnega zraka po hiši skozi toplotno izolirane cevi.

Z enim distribucijskim sistemom je razrešena razporeditev mraza in toplote v hiši.

• Prednost: ponavadi so poceni in zelo preprosti.
• Pomanjkljivosti: nizke zmogljivosti, zmerno udobje in velja samo za domove, ki so na novo zgrajeni ali imajo ogrevalni sistem z zračno konvekcijo.

Sistem za distribucijo tople in hladne vode temelji na kroženju toka vode po površini uparjalnika / kondenzatorja na strani hiše za izmenjavo toplote.

Voda se poleti običajno ohladi na 10 ° C in pozimi segreje na 45 ° C, da se uporablja kot klimatska naprava.

Talno ogrevanje je najučinkovitejša in najudobnejša metoda za reševanje ogrevanja pa ga ni mogoče uporabiti za hlajenje, zato bo treba za uporabo hladilnika namestiti drug sistem, če se uporablja ta način ali način ogrevanja s toplo vodo.

• Prednost: zelo visoko udobje in zmogljivost.
• Pomanjkljivosti: visoki stroški.

Zmogljivost klimatskih sistemov

Energetska učinkovitost klimatskega sistema, ki se uporablja kot vir toplote podtalje pri 15 ° C je vsaj 400% pri ogrevanju in 500% pri hlajenju.

Ko se ogreva prispeva le 25% električne energije celotne potrebne energije. In kadar se uporablja za hlajenje, je zmogljivost več kot dvakrat večja od toplotne črpalke, ki se izmenjuje z zrakom pri 40 stopinjah, zato v tem primeru obstaja tudi prihranek energije več kot 50% v primerjavi z običajno klimatsko napravo.

To pomeni, da je za prečrpavanje hladnega pola na vroči pol potrebnih 4 enote energije (na primer 4 kalorije).

V hladilniku je za vsakih 5 prečrpanih enot potrebna 1 enota za njihovo črpanje.

To je mogoče od ne ustvarja vse toplote, ampak večina se prenaša samo iz enega vira v drugega.

Enote energije, ki jih dovajamo na toplotno črpalko, so v obliki električne energije, zato v bistvu proizvajamo CO2 v obratu za proizvodnjo električne energije, čeprav v veliko manjših količinah.

Vendar pa lahko bi uporabili neelektrične toplotne črpalke, vendar je bil njihov vir energije sončna energija, vendar so še vedno v poskusni fazi.

Si ta sistem primerjamo s sistemom ogrevanja s sončno energijo skozi plošče lahko to vidimo predstavlja veliko prednostod takrat ne zahteva velikih akumulatorjev nadomestiti ure pomanjkanja sončnega sevanja.

Veliki akumulator je lastna masa Zemlje zaradi česar imamo vir energije pri konstantni temperaturi, ki se v tej aplikaciji obnaša neskončno.

Vendar tisti, ki se Najboljša možnost za uporabo tega vira energije je kombiniranje s sončno toplotno energijo., ne da bi premikali toplotno črpalko, kot je omenjeno zgoraj (kar tudi), ampak za dodajanje toplote sistemu, glede na to, da pri ogrevanju in pripravi tople sanitarne vode, vodo lahko z uporabo geotermalne energije segrejemo na 15 ° C za pozneje, dvignite temperaturo vode s sončno energijo.

V tem primeru izkoristek toplotne črpalke se eksponentno poveča.

Porazdelitev geotermalne energije

Geotermalna energija je razširjena po vsem planetu, zlasti v obliki suhih vročih kamnin, vendar obstajajo območja, na katerih se razteza morda na več kot 10% površine planeta in imajo posebne pogoje za razvoj te vrste energije.

Mislim na območjih v kateri bolj očitni učinki potresov in vulkanov in ki na splošno sovpadajo z tektonske napake pomembno.

Med njimi so:

• Tihooceanska obala ameriške celine, od Aljaske do Čila.
• Zahodni Pacifik, od Nove Zelandije preko Filipinov in Indonezije do južne Kitajske in Japonske.
• Dolina dislokacije Kenije, Ugande, Zaira in Etiopije.
• Okolica Sredozemlja.

Prednosti in slabosti geotermalne energije

Tudi ta energija ima, tako kot vse, kar obstaja, tako dobre, kot tudi slabe dele.

Como prednosti lahko rečemo, da:

• Ugotovljeno je razširjena po vsem planetu.
• Najbolj ekonomični geotermalni viri so v vulkanska območja ki se večinoma nahajajo v državah v razvoju, kar je lahko zelo koristno za izboljšanje vašega položaja.
• Je neizčrpen vir energije v človeškem merilu.
• Je energija cenejši to je znano.

Njegovo slabosti nasprotno so:

• Uporaba geotermalne energije predstavlja nekaj okoljevarstveni problemi, zlasti izpust žveplovih plinov v ozračje, skupaj z odvajanje tople vode v reke, ki pogosto vsebujejo visoko vsebnost trdnih snovi.

Čeprav je na splošno odpadno vodo mogoče ponovno vbrizgati v zemljo, potem ko v nekaterih primerih izvlečejo komercialno uporabne kalijeve soli.

• Na splošno prenos geotermalne toplote na velike razdalje ni izvedljiv. Vročo vodo ali paro uporabljajte v bližini izvira, preden se ohladi.
• Najdemo večino geotermalnih voda temperature pod 150 ° C tako na splošno ni dovolj vroče za proizvodnjo električne energije.

Te vode se lahko uporabljajo samo za kopanje, ogrevanje stavb in rastlinjakov ter za zunanje pridelke ali kot predhodno ogrevana voda za kotle.

• P suhi zbiralniki vročih kamnin so kratkotrajniKer se razpokane površine hitro ohladijo, njihova energetska učinkovitost hitro upada.
• P stroški namestitve so zelo visoki.

Prihodnost geotermalne energije

Zaenkrat samo perforacije in odvzem toplote do globine približno 3 km, čeprav naj bi lahko dosegel večje globine, s katerimi bi lahko geotermalno energijo uporabljali širše.

Skupna razpoložljiva energijana poti tople vode, pare ali vročih kamnin do globine 10 km, pristopi 3.10¹⁷ prst na nogi. 30 milijonov krat večja od trenutne svetovne porabe energije. Kar kaže na to geotermalna energija je lahko kratkoročno zanimiva alternativa.

Tehnike, izpopolnjene za razvoj geotermalnih virov, so zelo podobne tistim, ki se uporabljajo v naftnem sektorju. Vendar od energijska vsebnost vode pri 300 ° C je tisočkrat nižja od vsebnosti olja, kapital lahko ekonomsko vložimo v raziskovanje in vrtanje je veliko manj.

Vendar lahko pomanjkanje nafte spodbuja vse večjo uporabo geotermalne energije.

Po drugi strani pa je bilo vedno mogoče uporaba geotermalnih virov za proizvodnjo električne energije v srednje velikih turbogeneratorjih (10–100 MW) v bližini vrtin, vendar je bila najnižja uporabna geotermalna temperatura za proizvodnjo električne energije 150 ° C.

Zadnje čase turbine brez lopatic so bile razvite za geotermalno vodo in paro do 100 ° C samo, kar omogoča razširitev področja uporabe te energije.

Poleg tega, se lahko uporablja v industrijskih procesih kot so predelava kovin, ogrevanje industrijskih procesov vseh vrst, ogrevanje rastlinjakov itd.

Ampak verjetno največja prihodnost geotermalne energije je v izkoriščanju zelo nizke temperature geotermalne energije, zaradi svoje vsestranskosti, preprostosti, nizkih ekonomskih in okoljskih stroškov ter možnosti uporabite kot ogrevalni in hladilni sistem.