Çfarë është energjia gjeotermale, sistemet e kondicionimit të ajrit dhe e ardhmja

Me siguri ju e dini se çfarë është energjia gjeotermale në terma të përgjithshëm, por A i dini të gjitha bazat për këtë energji?

Në një mënyrë shumë të përgjithshme themi se energjia gjeotermale është energjia e nxehtësisë nga brenda Tokës.

Me fjalë të tjera, energjia gjeotermale është i vetmi burim i ripërtëritshëm i energjisë që nuk buron nga Dielli.

Për më tepër, mund të themi se kjo energji nuk është energji e rinovueshme si e tillë, pasi që rinovimi i saj nuk është i pafund, Sidoqoftë është e pashtershme në shkallë njerëzore, kështu që konsiderohet e rinovueshme për qëllime praktike.

Origjina e nxehtësisë brenda Tokës

Shkaku kryesor i nxehtësisë brenda Tokës është prishja e vazhdueshme e disa elementeve radioaktive të tilla si Uraniumi 238, Thoriumi 232 dhe Kaliumi 40.

Një tjetër nga origjina e energjisë gjeotermale janë përplasjet e pllakave tektonike.

Në rajone të caktuara, megjithatë, nxehtësia gjeotermale është më e përqendruar, siç ndodh në afërsi të vullkanet, rrymat magma, gejzerat dhe burimet e nxehta.

Përdorimi i energjisë gjeotermale

Kjo energji është në përdorim për minimumi 2.000 vjet.

Romakët përdorën burimet e nxehta tualete dhe, së fundmi, kjo energji është përdorur për të ngrohja e ndërtesave dhe serave dhe për prodhimin e energjisë elektrike.

Aktualisht ekzistojnë 3 lloje të depozitave nga të cilat mund të marrim energji gjeotermale:

• Rezervuarë me temperaturë të lartë
• Rezervuarët me temperaturë të ulët
• Rezervuarët e thatë të shkëmbinjve të nxehtë

Rezervuarë me temperaturë të lartë

Ne themi se ka një depozitë të temperaturë të lartë kur uji i rezervuarit arrin temperaturat mbi 100ºC për shkak të pranisë së një burimi aktiv të nxehtësisë.

Në mënyrë që nxehtësia gjeotermale të krijojë energji gjeotermale të përdorshme, kushtet gjeologjike duhet të bëjnë të mundur formimin e a rezervuar gjeotermik, të ngjashme me ato që përmbahen në naftë ose gaz natyror, të përbërë nga a shkëmb i depërtueshëm, ranorë ose gur gëlqeror për shembull, në krye me një shtresë e papërshkueshme nga uji, si argjila.

Uji nëntokësor i ngrohur nga shkëmbinjtë kalon në një drejtim lart në rezervuar, ku ata mbeten të bllokuar nën shtresën e papërshkueshme.

Kur ka çarje në shtresën e papërshkueshme nga lartësia, ikja e avullit ose ujit në sipërfaqe është e mundur, që shfaqen në formën e burimeve të nxehta ose gejzerave.

Këto burime të nxehta janë përdorur që nga kohërat antike dhe mund të përdoren lehtësisht për ngrohje dhe procese industriale.

Rezervuarët me temperaturë të ulët

Rezervuarë me temperaturë të ulët janë ato në të cilat temperatura e ujit, të cilën ne do të përdorim, është e vendosur ndërmjet 60 dhe 100ºC.

Në këto depozita, vlera e fluksit të nxehtësisë është vlera normale e kores së tokës, kështu që ekzistenca e 2 prej kushteve të mëparshme është e panevojshme: ekzistenca e një burimi aktiv të nxehtësisë dhe izolimi i depozitës së lëngjeve.

Vetëm prania e një depoje në thellësinë e duhur në mënyrë që, me gradientin ekzistues gjeotermik në zonën e përmendur, të ketë temperatura që e bëjnë shfrytëzimin e tij ekonomik.

Rezervuarët e thatë të shkëmbinjve të nxehtë

Potenciali të energjisë gjeotermike es shumë më e madhe nëse nxehtësia nxirret nga shkëmbinjtë e nxehtë të thatë, të cilat nuk përmbajnë ujë në mënyrë natyrale.

Ata janë në një temperatura ndërmjet 250 dhe 300ºC tashmë një thellësia midis 2.000 dhe 3.000 metra.

Për shfrytëzimin e tij është e nevojshme të thyhen shkëmbinjtë e nxehtë të thatë, për të i bëjnë ato poroze.

atëherë futet uji i ftohtë nga sipërfaqja përmes një tubi, duke e lënë atë të kalojë nëpër shkëmbin e nxehtë të thyer, në mënyrë që të nxehet dhe pastaj, nxirret avulli i ujit përmes një tubi tjetër për të përdorur presionin e tij për të drejtuar një turbinë dhe gjenerojnë energji elektrike.

Problemi me këtë lloj shfrytëzimi janë teknikat për thyerjen e shkëmbinjve në thellësi dhe shpime të tilla.

Megjithëse është bërë shumë përparim në këto zona duke përdorur teknikat e shpimit të naftës.

Energji gjeotermale me temperaturë shumë të ulët

Ne mund të konsiderojmë nëntokë në thellësi të vogla si a burimi i nxehtësisë në 15ºC, plotësisht e rinovueshme dhe e pashtershme.

Me anë të një sistemi të përshtatshëm grumbullimi dhe një pompë nxehtësie, nxehtësia mund të transferohet nga ky burim në 15ºC në një sistem që arrin 50ºC, dhe ky i fundit mund të përdoret për ngrohjen dhe marrjen e ujit të ngrohtë sanitar për përdorim në shtëpi.

Përveç kësaj, e njëjta pompë nxehtësie mund të thithë nxehtësinë nga mjedisi në 40ºC dhe ta dërgojë atë në nëntokë me të njëjtin sistem kapësPrandaj, sistemi që mund të zgjidhë ngrohjen e brendshme mund të zgjidhë edhe ftohjen, domethënë shtëpia ka një instalim të vetëm për kondicionimin e saj integral të ajrit.

Pengesa kryesore e këtij lloji të energjisë është kanë nevojë për një sipërfaqe shumë të madhe të varrimit të qarkut të jashtëmSidoqoftë, përparësia e tij kryesore është pMundësia e përdorimit të tij si një sistem ngrohje dhe ftohje me një kosto shumë të ulët.

Në diagramin e mëposhtëm mund të shihni mënyra të ndryshme të kapjes ose transferimit të nxehtësisë në dysheme për përdorim të mëvonshëm në ngrohje, ftohje dhe marrjen e DHW (ujë i ngrohtë sanitar). Unë do të shpjegoj procedurën më poshtë.

Kondicioner të një shtëpie, një bllok banesash, një spitali etj. mund të arrihet individualisht, pasi që nuk kërkon investime të mëdha për sistemin, ndryshe nga objektet gjeotermale me temperaturë të lartë dhe të mesme.

Ky sistem për shfrytëzimin e energjisë diellore të thithur nga sipërfaqja e Tokës bazohet në 3 elementë kryesorë:

1. Pompë nxehtësie
2. Qarku i shkëmbimit me Tokën
   1. Shkëmbimi i nxehtësisë me ujërat sipërfaqësorë
   2. Shkëmbimi me tokën
3. Qarku i shkëmbimit me shtëpinë

Pompë nxehtësie

Pompa e nxehtësisë është një makinë termodinamike e cila bazohet në Ciklin Carnot të kryer nga një gaz.

Kjo makinë thith nxehtësinë nga një burim për ta shpërndarë atë në një tjetër që është në një temperaturë më të lartë.

Shembulli më tipik janë frigoriferëtKëto kanë një makinë që nxjerr nxehtësi nga brenda dhe e dëbon atë jashtë, e cila është në një temperaturë më të lartë.

Shembuj të tjerë të pompave të nxehtësisë janë kondicionerët dhe kondicionerët për shtëpi dhe automobila.

Në këtë skemë, ju mund të shihni se Llamba e ftohtë thith nxehtësinë nga toka në një shkëmbim dhe lëngu që qarkullon përmes qarkut të llambës së ftohtë thith nxehtësinë derisa të avullojë.

Qarku që mbart ujin me nxehtësi nga toka ftohet dhe kthehet në tokë, rikuperimi i temperaturës së tokës është shumë i shpejtë.

Nga ana tjetër, llamba e nxehtë, brenda shtëpisë, ngroh ajrin duke i dhënë asaj nxehtësi.

Pompa e nxehtësisë po "pompon" nxehtësinë nga llamba e ftohtë në llambën e nxehtë.

performanca (energjia e furnizuar / energjia e thithur) kjo varet nga temperatura e burimit që furnizon nxehtësinë e avulluar.

Sisteme konvencionale të kondicionimit të ajrit thithin nxehtësinë nga atmosfera, e cila në dimër mund të arrijë temperaturës më poshtë -2 ° C.

Në këto temperatura avulluesi nuk mund të kapë praktikisht asnjë nxehtësi dhe performanca e pompës është shumë e ulët.

Në verë kur është më nxehtë, pompa duhet të heqë dorë nga nxehtësia nga atmosfera që mund të jetë 40°C, me atë që performanca nuk është aq e mirë sa mund të prisni.

Megjithatë, sistemin gjeotermik të pellgut ujëmbledhës, duke pasur një burim për të temperatura konstante, performanca është gjithmonë optimale pavarësisht nga kushtet e temperaturës atmosferike. Pra, ky sistem është shumë më efikas sesa një pompë nxehtësie konvencionale.

Qarqet e shkëmbimit me Tokën

Shkëmbimi i nxehtësisë me ujërat sipërfaqësorë

Ky sistem është i bazuar në vendosni ujin në kontakt termik që vijnë nga një burim sipërfaqësor me avullues / kondensator, sipas nevojave, për thithjen ose transferimin e nxehtësisë në ujërat në fjalë.

Përparësia: paraqet është se ka një çmim i ulët

Pengesë:  nuk ka gjithmonë një burim uji të disponueshëm.

Shkëmbimi me tokën

kjo mund të jetë i drejtpërdrejtë kur shkëmbimi midis tokës dhe avulluesit / kondensatorit të pompës së nxehtësisë kryhet me anë të një tubi bakri të varrosur.

Për një shtëpi, mund të kërkohen tuba midis 100 dhe 150 metra.

• avantazh: kosto e ulët, thjeshtësi dhe performancë e mirë.
• meta: Mundësia e rrjedhjeve të gazit dhe ngrirjes së zonave të tokës.

Ose gjithashtu mund të jetë një qark ndihmës kur ka një grup tubash të varrosur, përmes të cilave qarkullon uji, i cili nga ana e tij shkëmben nxehtësi me avulluesin / kondensatorin.

Për një shtëpi, mund të kërkohen tuba midis 100 dhe 200 metra.

• avantazh: presion i ulët në qark, duke shmangur kështu ndryshimet e mëdha të temperaturës
• meta: kosto e larte.

Shkëmbeni qarqe me shtëpinë

Këto qarqe mund të jetë me një shkëmbim i drejtpërdrejtë ose me një shpërndarje të ujit të nxehtë dhe të ftohtë.

Shkëmbimi i drejtpërdrejtë Bazohet në qarkullimin e një rryme ajri mbi sipërfaqen e avulluesit / kondensatorit në anë të shtëpisë për shkëmbimin e nxehtësisë dhe shpërndarjen e këtij ajri të nxehtë / të ftohtë në të gjithë shtëpinë, përmes tubave të izoluar termikisht.

Me një sistem të vetëm shpërndarjeje, zgjidhet shpërndarja e nxehtësisë dhe të ftohtit në shtëpi.

• avantazh: ato zakonisht janë me kosto të ulët dhe shumë të thjeshta.
• meta: performancë e ulët, rehati e moderuar dhe është e zbatueshme vetëm për shtëpitë që janë ndërtuar rishtas ose kanë një sistem ngrohje me konvekcion ajri.

Sistemi i shpërndarjes së ujit të nxehtë dhe të ftohtë Bazohet në qarkullimin e një rrjedhe uji mbi sipërfaqen e avulluesit / kondensatorit në anën e shtëpisë për shkëmbimin e nxehtësisë.

Uji zakonisht ftohet në 10ºC në verë dhe nxehet në 45ºC në dimër për t'u përdorur si mjet i kondicionimit të ajrit.

Ngrohja në dysheme është metoda me performancën më të mirë dhe më të rehatshme për të zgjidhur ngrohjen, megjithatë, ajo nuk mund të përdoret për ftohje, kështu që nëse përdoret kjo metodë ose ajo e radiatorëve me ujë të nxehtë, do të duhet të instalohet një sistem tjetër që të jetë në gjendje të përdorë ftohjen.

• avantazh: rehati dhe performancë shumë e lartë.
• meta: kosto e larte.

Performanca e sistemeve të kondicionimit të ajrit

Efikasitetit të energjisë të një sistemi të kondicionimit të ajrit duke përdorur si burim nxehtësie nëntoka në 15ºC është të paktën e 400% në ngrohje dhe 500% në ftohje.

Kur nxehet ekziston vetëm një kontribut i energjisë elektrike prej 25% të energjisë totale të kërkuar. Dhe kur përdoret për të ftohur, performanca është më shumë se dyfishi i një pompë nxehtësie që shkëmbehet me ajrin në 40 gradë, kështu që në këtë rast ekziston edhe një kursime të energjisë prej më shumë se 50% krahasuar me një kondicioner konvencional.

Kjo do të thotë që për të pompuar nga poli i ftohtë në polin e nxehtë 4 njësi energjie (për shembull 4 kalori), nevojitet vetëm 1 njësi energjie.

Në ftohje, për çdo 5 njësi të pompuara, 1 njësi është e nevojshme për pompimin e tyre.

Kjo është e mundur që prej nuk gjeneron të gjithë nxehtësinë, por pjesa më e madhe transferohet vetëm nga një burim në tjetrin.

Njësitë e energjisë që ne furnizojmë me pompën e nxehtësisë janë në formën e energjisë elektrike, kështu që në thelb ne po prodhojmë CO2 në impiantin që prodhon energji elektrike, edhe pse në sasi shumë më të vogël.

Megjithatë, ne mund të përdorim pompa nxehtësie përveç elektrike, por që burimi i tyre i energjisë ishte termike diellore por ata janë akoma në fazën eksperimentale.

Si ne e krahasojmë këtë sistem me një sistem ngrohje të kapjes së energjisë diellore përmes paneleve mund ta shohim atë paraqet një avantazh të madh, pasi që nuk kërkon akumulues të mëdhenj për të kompensuar orët e mungesës së rrezatimit diellor.

Akumulator i madh është masa e vetë Tokës që na bën të kemi një burim energjie në temperaturë konstante, e cila në fushën e këtij aplikacioni sillet si e pafund.

Sidoqoftë, ai që bën Opsioni më i mirë për përdorimin e këtij burimi të energjisë është kombinimi i tij me energjinë termike diellore., për të mos lëvizur pompën e nxehtësisë siç u përmend më lart (e cila gjithashtu) por për të shtuar nxehtësinë në sistem, duke pasur parasysh që në aplikimet për ngrohje dhe prodhim të ujit të ngrohtë shtëpiak, uji mund të sillet në 15ºC duke përdorur energjinë gjeotermale Për më vonë, ngre temperaturën e ujit me energji diellore.

Në këtë rast efikasiteti i pompës së nxehtësisë rritet në mënyrë eksponenciale.

Shpërndarja e energjisë gjeotermale

Energjia gjeotermale është e përhapur në të gjithë planetin, sidomos në formën e shkëmbinjve të nxehtë të thatë, por ka zona në të cilat shtrihet ndoshta mbi 10% të sipërfaqes së planetit dhe ato kanë kushte të veçanta për të zhvilluar këtë lloj energjie.

Unë dua të them zonat në të cilën më të dukshme efektet e tërmeteve dhe vullkaneve dhe që, në përgjithësi, përkojnë me prishjet tektonike e rëndësishme.

Midis tyre janë:

• Bregu i Paqësorit të Kontinentit Amerikan, nga Alaska në Kili.
• Paqësori perëndimor, nga Zelanda e Re, përmes Filipineve dhe Indonezisë, në jug të Kinës dhe Japonisë.
• Lugina e dislokimit të Kenisë, Ugandës, Zairit dhe Etiopisë.
• Rrethinat e Mesdheut.

Avantazhet dhe disavantazhet e energjisë gjeotermale

Kjo energji, si çdo gjë që ekziston, ka pjesët e saj të mira, si dhe pjesët e saj të këqija.

Como avantazh mund të themi se:

• Shtë gjetur të shpërndara në të gjithë planetin.
• Burimet gjeotermale më ekonomike janë në zonat vullkanike kryesisht të vendosura në vendet në zhvillim, të cilat mund të jenë shumë e dobishme për të përmirësuar situatën tuaj.
• Është një burim i pashtershëm i energjisë në shkallë njerëzore.
• A është energjia më lirë që dihet.

e tyre disavantazhet përkundrazi ato janë:

• Përdorimi i energjisë gjeotermale paraqet disa probleme mjedisore, në veçanti, çlirimi i gazrave squfurorë në atmosferë, së bashku me shkarkimi i ujit të nxehtë në lumenj, të cilat shpesh përmbajnë një nivel të lartë të trupave të ngurtë.

Megjithëse në përgjithësi, ujërat e zeza mund të injektohen përsëri në tokë, pasi të kenë nxjerrë, në disa raste, kripëra kaliumi të përdorshëm komercialisht.

• Në përgjithësi, transmetimi i nxehtësisë gjeotermale në distanca të gjata nuk është i mundshëm. Uji i nxehtë ose avulli duhet të përdoren në afërsi të burimit të tij, para se të ftohet.
• Shumica e ujërave gjeotermale gjenden temperaturat nën 150ºC në përgjithësi, nuk është mjaft e nxehtë për prodhimin e energjisë elektrike.

Këto ujëra mund të përdoren vetëm për larje, ngrohje ndërtesash dhe serra dhe kultura në natyrë, ose si ujë i ngrohur paraprakisht për kaldaja.

• L rezervuarët e thatë të shkëmbinjve të nxehtë janë jetëshkurtërNdërsa sipërfaqet e çara ftohen shpejt, efikasiteti i tyre i energjisë bie shpejt.
• L kostot e instalimit janë shumë të larta.

E ardhmja e energjisë gjeotermale

Deri më tani, vetëm shpime dhe nxjerrni nxehtësi në thellësi prej rreth 3 km, megjithëse pritet të jetë në gjendje të arrijë thellësi më të mëdha, me të cilat energjia gjeotermale mund të përdoret më gjerësisht.

Energjia totale e disponueshmenë rrugën e ujit të nxehtë, avullit ose shkëmbinjve të nxehtë, deri në një thellësi prej 10 km, afrohet 3.10¹⁷ TEP. 30 milion herë më shumë se konsumi aktual i energjisë në botë. Që tregon se energjia gjeotermale mund të jetë një alternativë interesante në planin afatshkurtër.

Teknikat e përsosura për zhvillimin e burimeve gjeotermike janë shumë të ngjashme me ato të përdorura në sektorin e naftës. Sidoqoftë, që prej përmbajtja e energjisë së ujit në 300ºC është një mijë herë më e ulët se ajo e naftës, kapitali mund të investohet ekonomikisht në kërkime dhe shpimet janë shumë më pak.

Sidoqoftë, mungesat e naftës mund të ushqejnë përdorimin në rritje të energjisë gjeotermale.

Nga ana tjetër, ka qenë gjithmonë e mundur që përdorimi i burimeve gjeotermike për prodhimin e energjisë elektrike në gjeneratorë të mesëm (10-100MW) të vendosura afër vendeve të pusit, por temperatura minimale e përdorshme gjeotermale për prodhimin e energjisë elektrike ishte 150ºC.

Kohët e fundit turbinat pa tehe janë zhvilluar për ujë gjeotermik dhe avull deri në 100ºC vetëm, gjë që lejon zgjerimin e fushës së përdorimit të kësaj energjie.

Përveç kësaj, mund të përdoret në proceset industriale siç janë prodhimi i metaleve, ngrohja e proceseve industriale të të gjitha llojeve, ngrohja e serave, etj.

Por ndoshta e ardhmja më e madhe e energjisë gjeotermike qëndron në shfrytëzimin e energjisë gjeotermale me temperaturë shumë të ulët, për shkak të shkathtësisë së tij, thjeshtësisë, kostos së ulët ekonomike dhe mjedisore dhe mundësisë së përdorni atë si një sistem ngrohje dhe ftohje.