Що таке геотермальна енергія, системи кондиціонування та майбутнє

Звичайно, ви знаєте, що таке геотермальна енергія загалом, але Чи знаєте ви всі основи цієї енергії?

Дуже загальним чином ми говоримо, що геотермальна енергія є теплової енергії зсередини Землі.

Іншими словами, геотермальна енергія є єдиним відновлюваним енергетичним ресурсом, який не походить від Сонця.

Крім того, ми можемо сказати, що ця енергія не є відновлюваною енергією як такою, оскільки її оновлення не є нескінченним, Однак є невичерпною в людському масштабі, тому він вважається поновлюваним з практичних цілей.

Походження тепла всередині Землі

Основною причиною тепла всередині Землі є безперервний розпад деяких радіоактивних елементів такі як Уран 238, Торій 232 та Калій 40.

Інший з витоки геотермальної енергії є зіткнення тектонічних плит.

Однак у деяких регіонах геотермальне тепло є більш концентрованим, як це відбувається в районі вулкани, течії магми, гейзери та гарячі джерела.

Використання геотермальної енергії

Ця енергія використовується як мінімум 2.000 років.

Римляни використовували гарячі джерела лазні і нещодавно ця енергія була використана для опалення будівель і теплиць та для виробництва електроенергії.

В даний час існує 3 типи родовищ, з яких ми можемо отримувати геотермальну енергію:

• Високотемпературні водойми
• Низькотемпературні водойми
• Сухі гарячі гірські породи

Високотемпературні водойми

Ми говоримо, що є депозит висока температура коли вода пласта досягає температури вище 100ºC завдяки наявності активного джерела тепла.

Для того щоб геотермальне тепло створювало придатну для використання геотермальну енергію, геологічні умови повинні уможливлювати утворення геотермальне водосховище, подібні до тих, що містяться в нафті або природному газі, що складається з а проникна порода, пісковики або вапняк, наприклад, увінчаний водонепроникний шар, як глина.

Підземні води, нагріті скелями, проходять вгору до водойми, де вони залишаються в пастці під непроникним шаром.

Коли є тріщини у згаданому непроникному шарі можливий випуск пари або води на поверхню, з'являються у вигляді гарячих джерел або гейзерів.

Ці гарячі джерела використовувались з давніх часів, і їх легко можна використовувати для опалення та промислових процесів.

Низькотемпературні водойми

Низькотемпературні водойми - це ті, в яких температура води, який ми збираємось використовувати, знаходиться від 60 до 100 ° C.

У цих родовищах значення теплового потоку - нормаль земної кори, отже, існування 2 попередніх умов є непотрібним: наявність активного джерела тепла та ізоляція запасу рідини.

Тільки наявність складу на відповідній глибині, щоб при існуючому геотермальному градієнті у зазначеній зоні існували температури, які роблять його експлуатацію економічною.

Сухі гарячі гірські породи

Потенціал геотермальної енергії es мучо більший, якщо тепло відводиться із сухих гарячих порід, які не містять води природним чином.

Вони знаходяться на рівні температура між 250 і 300ºC вже один глибина від 2.000 до 3.000 метрів.

Для його експлуатації необхідно розбивати сухі розпечені гірські породи, щоб зробити їх пористими.

Потім вводиться холодна вода з поверхні через трубу, пропускаючи її через гарячу тріщину породи, так що вона нагрівається, а потім, витягується водяна пара через іншу трубу використовувати свій тиск для приводу турбіни і генерувати електричну енергію.

Проблема цього виду експлуатації полягає в техніках руйнування гірських порід на такій глибині та бурінні.

Хоча в цих областях було досягнуто значного прогресу за допомогою техніки буріння нафти.

Геотермальна енергія з дуже низькою температурою

Ми можемо розглянути надра на невеликі глибини, як джерело тепла при 15ºC, повністю відновлюваний і невичерпний.

За допомогою відповідної системи захоплення та теплового насоса тепло може передаватися від цього джерела при 15 ° C до системи, що досягає 50 ° C, а остання використовується для опалення та отримання санітарної гарячої води для використання в побуті.

Крім того, той самий тепловий насос може поглинати тепло із навколишнього середовища при температурі 40 ° C і подавати його до надр за допомогою тієї ж системи захопленняОтже, система, яка може вирішити побутове опалення, може також вирішити питання охолодження, тобто будинок має єдину установку для вбудованого кондиціонування.

Основним недоліком цього виду енергії є потрібна дуже велика поверхня поховання зовнішнього контуруОднак головною його перевагою є pМожливість використовувати його як систему опалення та охолодження за дуже низькою вартістю.

На наступній схемі ви можете побачити різні способи уловлювання або передачі тепла на підлогу для подальшого використання в опаленні, охолодженні та отриманні ГВП (санітарної гарячої води). Я поясню процедуру нижче.

Кондиціонер будинку, багатоквартирного будинку, лікарні тощо. можна досягти індивідуально, оскільки для системи не потрібні великі інвестиції, на відміну від високотехнічних та середньотемпературних геотермальних об'єктів.

Ця система використання сонячної енергії, поглиненої поверхнею Землі, базується на 3 основних елементах:

1. Тепловий насос
2. Обмін ланцюгом із Землею
   1. Теплообмін з поверхневими водами
   2. Обмін із землею
3. Обмін ланцюгом з будинком

Тепловий насос

Тепловий насос - це термодинамічна машина який базується на Циклі Карно, який здійснюється газом.

Ця машина поглинає тепло від одного джерела, щоб доставити його до іншого, що має більш високу температуру.

Найбільш типовий приклад - холодильникиВони мають машину, яка витягує тепло зсередини і викидає його назовні, яке має більш високу температуру.

Іншими прикладами теплових насосів є кондиціонери та кондиціонери для дому та автомобілів.

У цій схемі ви можете бачити, що Холодна цибулина поглинає тепло із землі в результаті обміну, а рідина, яка циркулює по контуру холодної колби, поглинає тепло до випаровування.

Контур, який несе воду з теплом від землі, охолоджується і повертається до землі, відновлення температури ґрунту відбувається дуже швидко.

З іншого боку, гаряча колба всередині будинку нагріває повітря, віддаючи йому тепло.

Тепловий насос «перекачує» тепло від холодної колби до гарячої колби.

Продуктивність (енергія, що подається / енергія поглинається) це залежить від температури джерела, що подає випароване тепло.

Звичайні системи кондиціонування поглинають тепло з атмосфери, яке взимку може досягати температураs нижче -2 ° C.

При цих температурах випарник практично не може вловлювати тепло і продуктивність насоса дуже низька.

Влітку, коли спекотніше, насос повинен віддавати тепло від атмосфери, яка може перебувати 40ºC, з чим продуктивність не така хороша, як можна було б очікувати.

Проте, геотермальна система водозбору, маючи джерело до постійна температура, продуктивність завжди оптимальна незалежно від атмосферних температурних умов. Отже, ця система набагато ефективніша, ніж звичайний тепловий насос.

Обмінюйтесь ланцюгами із Землею

Теплообмін з поверхневими водами

Ця система базується на поставити воду в тепловий контакт надходить з поверхневого джерела з випарником / конденсатором, відповідно до потреб, для поглинання або передачі тепла до зазначених вод.

Перевага: подарунки в тому, що він має низька вартість

Недолік:  не завжди доступне джерело води.

Обмін із землею

це може бути прямим коли обмін між землею та випарником / конденсатором теплового насоса здійснюється за допомогою заглибленої мідної труби.

Для будинку може знадобитися від 100 до 150 метрів труби.

• Перевага: низька вартість, простота та хороша продуктивність.
• Недоліки: можливість витоку газу та замерзання ділянок суші.

Або також може бути допоміжним контуром коли він має набір закопаних труб, по яких циркулює вода, яка в свою чергу обмінюється теплом з випарником / конденсатором.

Для будинку може знадобитися від 100 до 200 метрів труби.

• Перевага: низький тиск у контурі, що дозволяє уникнути великих перепадів температур
• Недоліки: висока вартість.

Обмін ланцюгами з будинком

Ці схеми може бути з прямий обмін або з розподілом гарячої та холодної води.

Прямий обмін Він заснований на циркуляції повітряного потоку над поверхнею випарника / конденсатора збоку будинку для теплообміну та розподілу цього гарячого / холодного повітря по будинку через теплоізольовані труби.

За допомогою єдиної системи розподілу вирішується розподіл тепла і холоду в будинку.

• Перевага: вони зазвичай мають низьку вартість і багато простоти.
• Недоліки: низька продуктивність, помірний комфорт і застосовується лише до будинків, які нещодавно побудовані або мають систему конвекційного повітряного опалення.

Система розподілу гарячої та холодної води Він заснований на циркуляції потоку води по поверхні випарника / конденсатора збоку будинку для теплообміну.

Воду зазвичай охолоджують до 10 ° C влітку і нагрівають до 45 ° C взимку, щоб використовувати як засіб кондиціонування.

Тепла підлога - найкращий і найзручніший спосіб для вирішення проблеми опалення, однак, його не можна використовувати для охолодження, тому, якщо використовується цей метод або спосіб використання радіаторів гарячої води, для використання охолодження доведеться встановити іншу систему.

• Перевага: дуже високий комфорт та продуктивність.
• Недоліки: висока вартість.

Продуктивність систем кондиціонування

Енергоефективність системи кондиціонування, яка використовується як джерело тепла надра при 15ºC становить принаймні 400% у опаленні та 500% у охолодженні.

Коли нагрівається існує лише внесок електричної енергії в 25% від загальної необхідної енергії. І коли він використовується для охолодження, продуктивність більш ніж вдвічі перевищує тепловий насос, що обмінюється повітрям при температурі 40 градусів, тому в цьому випадку також існує економія енергії понад 50% порівняно зі звичайним кондиціонером.

Це означає, що для перекачування з холодного полюса на гарячий полюс потрібно 4 одиниці енергії (наприклад, 4 калорії), потрібна лише 1 одиниця енергії.

У холодильних камерах на кожні 5 перекачуваних агрегатів для їх перекачування потрібна 1 одиниця.

Це можливо з не генерує всього теплаале більша частина передається лише з одного джерела до іншого.

Одиниці енергії, які ми подаємо на тепловий насос, мають форму електричної енергії, тому в основному ми виробляємо СО2 на заводі, що виробляє електричну енергію, хоча і в значно менших кількостях.

Проте, ми могли б використовувати теплові насоси, крім електричних, але їх джерелом енергії було сонячне тепло, але вони все ще знаходяться в експериментальній фазі.

Si ми порівнюємо цю систему із системою опалення сонячної енергії через панелі ми можемо це побачити представляє велику перевагуЯк не вимагає великих акумуляторів щоб компенсувати години нестачі сонячного випромінювання.

Великий акумулятор - це власна маса Землі що змушує нас мати джерело енергії при постійній температурі, яке в рамках цієї програми поводиться як нескінченне.

Однак той, що робить Найкращим варіантом використання цього джерела енергії є поєднання його з сонячною тепловою енергією., не для переміщення теплового насоса, як зазначено вище (що також), але для додавання тепла в систему, враховуючи, що в системах опалення та виробництва гарячої води вода може бути доведена до 15 ° C за допомогою геотермальної енергії на потім, підвищити температуру води за допомогою сонячної енергії.

У цьому випадку ефективність теплового насоса зростає в геометричній прогресії.

Розподіл геотермальної енергії

Геотермальна енергія широко поширена на всій планеті, особливо у вигляді сухих гарячих порід, але є райони, в яких він простягається, можливо, понад 10% поверхні планети і вони мають особливі умови для розвитку цього типу енергії.

Я маю на увазі зони в якому більше проявляються наслідки землетрусів та вулканів і що, загалом, збігаються з тектонічні розломи важливо

Серед них:

• Тихоокеанське узбережжя Американського континенту, від Аляски до Чилі.
• Західна частина Тихого океану - від Нової Зеландії через Філіппіни та Індонезію до південного Китаю та Японії.
• Долина дислокації Кенії, Уганди, Заїру та Ефіопії.
• Околиці Середземного моря.

Переваги та недоліки геотермальної енергії

Ця енергія, як і все, що існує, має свої як хороші, так і погані частини.

Como перевага ми можемо сказати, що:

• Це знайдено поширені по всій планеті.
• Найекономічніші геотермальні джерела знаходяться в Росії вулканічні райони в основному розташовані в країнах, що розвиваються, що може бути дуже корисно для покращення вашої ситуації.
• Є а невичерпне джерело енергії в людському масштабі.
• Це енергія дешевше що відомо.

Їх Недоліки навпаки вони:

• Використання геотермальної енергії представляє деякі проблеми навколишнього середовища, зокрема, виділення сірчистих газів в атмосферу, поряд з скидання гарячої води до річок, які часто містять високий рівень твердих речовин.

Хоча в цілому стічні води можуть бути повторно закачані в землю, після вилучення, в деяких випадках, комерційно придатних солей калію.

• Загалом передача геотермального тепла на великі відстані неможлива. Гарячу воду або пару слід використовувати поблизу джерела, перш ніж він охолоне.
• Знайдено більшу частину геотермальних вод температури нижче 150ºC тому загалом він недостатньо гарячий для виробництва електроенергії.

Ці води можна використовувати лише для купання, опалення будівель і теплиць та на відкритому грунті, або як попередньо підігріту воду для котлів.

• L сухі гарячі гірські породи недовговічніОскільки потріскані поверхні швидко охолоджуються, їх енергоефективність швидко падає.
• L Витрати на встановлення дуже високі.

Майбутнє геотермальної енергетики

Поки що лише перфорації та витягати тепло на глибину близько 3 км, хоча очікується, що він зможе досягти більших глибин, за допомогою яких геотермальна енергія може використовуватися ширше.

Загальна доступна енергіяна шляху гарячої води, пари або гарячих порід, до глибини 10 км, наближається 3.10¹⁷ теп. У 30 мільйонів разів перевищує сучасне споживання енергії у світі. Що вказує на це геотермальна енергія може бути цікавою альтернативою в короткостроковій перспективі.

Удосконалені методи освоєння геотермальних ресурсів дуже схожі на методи, що використовуються в нафтовій галузі. Однак, оскільки вміст енергії у воді при 300ºC у тисячу разів нижчий, ніж у нафті, капітал можна економічно вкласти в розвідку і буріння набагато менше.

Однак дефіцит нафти може сприяти зростаючому використанню геотермальної енергії.

З іншого боку, це завжди було можливо використання геотермальних джерел для виробництва електроенергії в середніх турбогенераторах (10-100 МВт), розташованого поблизу майданчиків свердловин, але мінімальна корисна геотермальна температура для виробництва електроенергії становила 150ºC.

Останнім часом безлопатові турбіни розроблені для геотермальної води та пари до 100 ° C лише, що дозволяє розширити поле використання цієї енергії.

Крім того, може використовуватися в промислових процесах такі як обробка металів, нагрівання промислових процесів усіх видів, опалення теплиць тощо.

Але, мабуть найбільше майбутнє геотермальної енергії полягає у використанні геотермальної енергії з дуже низькою температурою, завдяки своїй універсальності, простоті, низькій економічній та екологічній вартості та можливості використовувати його як систему опалення та охолодження.