Chắc chắn bạn biết năng lượng địa nhiệt nói chung là gì, nhưng Bạn có biết tất cả những điều cơ bản về năng lượng này?
Một cách rất chung chung, chúng tôi nói rằng năng lượng địa nhiệt là nhiệt năng từ bên trong Trái đất.
Nói cách khác, năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo duy nhất không bắt nguồn từ Mặt trời.
Ngoài ra, chúng ta có thể nói rằng năng lượng này không phải là năng lượng tái tạo, vì sự đổi mới của nó không phải là vô hạn, Tuy nhiên là vô tận trên quy mô con người, vì vậy nó được coi là có thể tái tạo cho các mục đích thực tế.
Nguồn gốc của nhiệt bên trong Trái đất
Nguyên nhân chính gây ra nhiệt bên trong Trái đất là sự phân rã liên tục của một số nguyên tố phóng xạ chẳng hạn như Uranium 238, Thorium 232 và Potassium 40.
Một trong số nguồn gốc của năng lượng địa nhiệt là va chạm của các mảng kiến tạo.
Tuy nhiên, ở một số vùng nhất định, nhiệt địa nhiệt tập trung nhiều hơn, như xảy ra ở khu vực lân cận núi lửa, dòng magma, mạch nước phun và suối nước nóng.
Sử dụng năng lượng địa nhiệt
Năng lượng này đã được sử dụng tối thiểu 2.000 năm.
Người La Mã sử dụng suối nước nóng để nhà vệ sinh và gần đây hơn, năng lượng này đã được sử dụng cho sưởi ấm các tòa nhà và nhà kính và để tạo ra điện.
Hiện tại có 3 loại mỏ mà từ đó chúng ta có thể thu được năng lượng địa nhiệt:
- Hồ chứa nhiệt độ cao
- Hồ chứa nhiệt độ thấp
- Các hồ chứa đá nóng khô
Hồ chứa nhiệt độ cao
Chúng tôi nói rằng có một khoản tiền gửi nhiệt độ cao khi nước trong hồ chứa đạt đến nhiệt độ trên 100ºC do sự hiện diện của một nguồn nhiệt hoạt động.
Để nhiệt địa nhiệt tạo ra năng lượng địa nhiệt có thể sử dụng được, các điều kiện địa chất phải làm cho nó có thể hình thành hồ địa nhiệt, tương tự như những chất chứa trong dầu hoặc khí tự nhiên, bao gồm đá thấm, đá cát hoặc đá vôi, ví dụ, đứng đầu là lớp chống thấm, giống như đất sét.
Nước ngầm do đá nóng lên truyền theo hướng lên trên đến bể chứa, nơi chúng vẫn bị mắc kẹt dưới lớp không thấm.
Khi có những vết nứt trong lớp không thấm này, có thể thoát hơi nước hoặc nước lên bề mặt, xuất hiện dưới dạng suối nước nóng hoặc mạch nước phun.
Những suối nước nóng này đã được sử dụng từ thời cổ đại và có thể dễ dàng được sử dụng để sưởi ấm và các quy trình công nghiệp.
Nhà tắm kiểu La Mã
Hồ chứa nhiệt độ thấp
Các hồ chứa nhiệt độ thấp là những hồ chứa trong đó nhiệt độ của nước, mà chúng tôi sẽ sử dụng, nằm ở vị trí từ 60 đến 100ºC.
Trong các khoản tiền gửi này, giá trị của thông lượng nhiệt là giá trị bình thường của vỏ trái đất, do đó sự tồn tại của 2 trong số các điều kiện trước đó là không cần thiết: tồn tại nguồn nhiệt hoạt động và cách nhiệt của kho lưu chất.
Chỉ sự hiện diện của một nhà kho ở độ sâu thích hợp để với độ dốc địa nhiệt hiện có trong khu vực nói trên, có nhiệt độ làm cho việc khai thác của nó trở nên kinh tế.
Các hồ chứa đá nóng khô
Tiềm năng năng lượng địa nhiệt es mucho lớn hơn nếu nhiệt được chiết xuất từ đá khô nóng, không chứa nước tự nhiên.
Họ đang ở một nhiệt độ từ 250 đến 300ºC đã là một độ sâu từ 2.000 đến 3.000 mét.
Để khai thác nó, cần phải phá vỡ các đá khô nóng, để làm cho chúng trở nên xốp.
Sau đó nước lạnh được đưa vào từ bề mặt thông qua một đường ống, để nó đi qua đá nóng bị nứt vỡ, để nó nóng lên và sau đó, hơi nước được chiết xuất thông qua một đường ống khác để sử dụng áp suất của nó để điều khiển tuabin và tạo ra năng lượng điện.
Vấn đề của loại hình khai thác này là kỹ thuật phá vỡ các tảng đá ở độ sâu như vậy và để khoan.
Mặc dù đã đạt được nhiều tiến bộ trong những lĩnh vực này bằng kỹ thuật khoan dầu.
Năng lượng địa nhiệt nhiệt độ rất thấp
Chúng ta có thể xem xét đất dưới đất đến độ sâu nhỏ như một nguồn nhiệt ở 15ºC, hoàn toàn có thể tái tạo và không cạn kiệt.
Bằng hệ thống thu nhiệt phù hợp và một máy bơm nhiệt, nhiệt có thể được truyền từ nguồn này ở 15ºC sang hệ thống đạt 50ºC, và hệ thống sau được sử dụng để sưởi ấm và lấy nước nóng vệ sinh để sử dụng trong gia đình.
Bên cạnh đó, cùng một máy bơm nhiệt có thể hấp thụ nhiệt từ môi trường ở 40ºC và đưa nó đến lớp đất dưới với cùng một hệ thống thu nhiệtDo đó, hệ thống có thể giải quyết vấn đề sưởi ấm trong nước cũng có thể giải quyết vấn đề làm mát, tức là ngôi nhà có một hệ thống lắp đặt duy nhất cho máy điều hòa không khí tích hợp của nó.
Hạn chế chính của loại năng lượng này là cần một bề mặt chôn lấp rất lớn của mạch ngoàiTuy nhiên, lợi thế chính của nó là pKhả năng sử dụng nó như một hệ thống sưởi ấm và làm mát với chi phí rất thấp.
Trong sơ đồ sau, bạn có thể thấy các cách khác nhau để thu hoặc truyền nhiệt xuống sàn để sử dụng sau này trong việc sưởi ấm, làm mát và thu được DHW (nước nóng sinh hoạt). Tôi sẽ giải thích thủ tục dưới đây.
Điều hòa nhiệt độ của một ngôi nhà, một khu căn hộ, một bệnh viện, v.v. có thể đạt được riêng lẻ, vì nó không đòi hỏi đầu tư lớn cho hệ thống, không giống như các cơ sở địa nhiệt nhiệt độ cao và trung bình.
Hệ thống khai thác năng lượng mặt trời được bề mặt Trái đất hấp thụ này dựa trên 3 yếu tố chính:
- Bơm nhiệt
- Trao đổi mạch với Trái đất
- Trao đổi nhiệt với nước bề mặt
- Trao đổi với mặt đất
- Trao đổi mạch với nhà
Bơm nhiệt
Máy bơm nhiệt là một máy nhiệt động lực học dựa trên Chu trình Carnot được thực hiện bởi một chất khí.
Máy này hấp thụ nhiệt từ nguồn này để truyền sang nguồn khác có nhiệt độ cao hơn.
Ví dụ điển hình nhất là tủ lạnhNhững loại này có một máy hút nhiệt từ bên trong và thải ra bên ngoài, ở nhiệt độ cao hơn.
Các ví dụ khác về máy bơm nhiệt là máy điều hòa không khí và máy điều hòa không khí cho gia đình và ô tô.
Trong giản đồ này, bạn có thể thấy rằng Bầu lạnh hấp thụ nhiệt từ mặt đất trong một trao đổi và chất lỏng lưu thông qua mạch bóng lạnh sẽ hấp thụ nhiệt cho đến khi nó bay hơi.
Mạch dẫn nhiệt của nước từ mặt đất nguội đi và quay trở lại mặt đất, đất phục hồi nhiệt độ rất nhanh.
Mặt khác, bóng đèn nóng bên trong nhà làm nóng không khí tạo ra nhiệt cho nó.
Máy bơm nhiệt là "bơm" nhiệt từ bóng đèn lạnh sang bóng đèn nóng.
Hiệu suất (năng lượng cung cấp / năng lượng hấp thụ) nó phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn cung cấp nhiệt bay hơi.
Hệ thống điều hòa không khí thông thường hấp thụ nhiệt từ khí quyển, mà vào mùa đông có thể đạt đến nhiệt độs dưới đây -2 ° C.
Ở những nhiệt độ này, thiết bị bay hơi thực tế không thể thu nhiệt và hiệu suất máy bơm rất thấp.
Vào mùa hè, khi trời nóng hơn, máy bơm phải loại bỏ nhiệt từ khí quyển có thể ở 40 ° C, với những gì hiệu suất không tốt như bạn mong đợi.
Tuy nhiên, hệ thống lưu vực địa nhiệt, có một nguồn để nhiệt độ không đổi, hiệu suất luôn tối ưu không phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ khí quyển. Vì vậy, hệ thống này hiệu quả hơn nhiều so với một máy bơm nhiệt thông thường.
Trao đổi mạch với Trái đất
Trao đổi nhiệt với nước bề mặt
Hệ thống này dựa trên đặt nước tiếp xúc nhiệt đến từ một nguồn bề mặt với thiết bị bay hơi / ngưng tụ, tùy theo nhu cầu, để hấp thụ hoặc truyền nhiệt cho vùng nước nói trên.
Ưu điểm: quà là nó có một giá thấp
Hạn chế: không phải lúc nào cũng có sẵn nguồn nước.
Trao đổi với mặt đất
điều này có thể trực tiếp khi sự trao đổi giữa mặt đất và dàn bay hơi / dàn ngưng của bơm nhiệt được thực hiện bằng ống đồng chôn.
Đối với một ngôi nhà, có thể cần từ 100 đến 150 mét đường ống.
- Advantage: chi phí thấp, đơn giản và hiệu suất tốt.
- nhược điểm: khả năng rò rỉ khí và đóng băng các khu vực trong đất.
Hoặc cũng có có thể là một mạch phụ trợ khi nó có một tập hợp các đường ống chôn, qua đó nước được lưu thông, từ đó trao đổi nhiệt với dàn bay hơi / bình ngưng.
Đối với một ngôi nhà, có thể cần từ 100 đến 200 mét đường ống.
- Advantage: áp suất thấp trong mạch, do đó tránh được sự chênh lệch nhiệt độ lớn
- nhược điểm: giá cao.
Trao đổi mạch với nhà
Các mạch này có thể được với trao đổi trực tiếp hoặc phân phối nước nóng và lạnh.
Trao đổi trực tiếp Nó dựa trên việc luân chuyển một luồng không khí trên bề mặt của dàn bay hơi / ngưng tụ bên hông nhà để trao đổi nhiệt và phân phối luồng không khí nóng / lạnh này đi khắp ngôi nhà, thông qua các đường ống cách nhiệt.
Với một hệ thống phân phối duy nhất, việc phân phối nhiệt và lạnh trong nhà được giải quyết.
- Advantage: thường chúng có giá thành rẻ và rất đơn giản.
- nhược điểm: hiệu suất thấp, tiện nghi vừa phải và chỉ áp dụng cho những ngôi nhà mới xây hoặc có hệ thống sưởi đối lưu không khí.
Hệ thống phân phối nước nóng và lạnh nó dựa trên việc luân chuyển một dòng nước trên bề mặt của dàn bay hơi / bình ngưng ở bên hông nhà để trao đổi nhiệt.
Nước thường được làm lạnh xuống 10ºC vào mùa hè và được làm nóng lên 45ºC vào mùa đông để được sử dụng như một phương tiện điều hòa không khí.
Sưởi ấm dưới sàn là phương pháp hiệu quả nhất và thoải mái nhất để giải quyết vấn đề sưởi ấm, tuy nhiên, nó không thể được sử dụng để làm mát, vì vậy nếu phương pháp này hoặc phương pháp tản nhiệt nước nóng được sử dụng, hệ thống khác sẽ phải được lắp đặt để có thể sử dụng làm mát.
- Advantage: sự thoải mái và hiệu suất rất cao.
- nhược điểm: giá cao.
Hiệu suất của hệ thống điều hòa không khí
Hiệu suất năng lượng của một hệ thống điều hòa không khí sử dụng như một nguồn nhiệt lòng đất ở 15ºC ít nhất là 400% khi sưởi ấm và 500% làm mát.
Khi nó nóng lên chỉ có sự đóng góp của năng lượng điện là 25% tổng năng lượng cần thiết. Và khi nó được sử dụng để làm mát hiệu suất cao hơn gấp đôi so với một máy bơm nhiệt trao đổi với không khí ở 40 độ, vì vậy trong trường hợp này cũng có tiết kiệm điện hơn 50% so với máy điều hòa thông thường.
Nghĩa là để bơm từ cực lạnh sang cực nóng 4 đơn vị năng lượng (ví dụ 4 calo) thì chỉ cần 1 đơn vị năng lượng.
Trong lĩnh vực điện lạnh, cứ 5 đơn vị được bơm thì cần 1 đơn vị để bơm chúng.
Điều này là có thể vì không tạo ra tất cả nhiệt, nhưng hầu hết nó chỉ được chuyển từ nguồn này sang nguồn khác.
Các đơn vị năng lượng mà chúng ta cung cấp cho máy bơm nhiệt ở dạng năng lượng điện, vì vậy về cơ bản chúng ta đang sản xuất CO2 trong nhà máy sản xuất năng lượng điện, mặc dù với số lượng ít hơn nhiều.
Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng máy bơm nhiệt khác với máy bơm điện, nhưng nguồn năng lượng của chúng là nhiệt mặt trời nhưng chúng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm.
Si chúng tôi so sánh hệ thống này với một hệ thống sưởi ấm thu năng lượng mặt trời thông qua bảng điều khiển, chúng ta có thể thấy rằng trình bày một lợi thế lớnNhư không yêu cầu bộ tích lũy lớn để bù lại những giờ thiếu bức xạ mặt trời.
Bộ tích lũy lớn là khối lượng riêng của Trái đất điều đó làm cho chúng ta có một nguồn năng lượng ở nhiệt độ không đổi, trong phạm vi ứng dụng này hoạt động như vô hạn.
Tuy nhiên, một trong những Lựa chọn tốt nhất để sử dụng nguồn năng lượng này là kết hợp với năng lượng nhiệt mặt trời., không phải để di chuyển máy bơm nhiệt như đã đề cập ở trên (mà cũng có) nhưng để thêm nhiệt vào hệ thống, do trong các ứng dụng sản xuất nước nóng và nước nóng sinh hoạt, nước có thể được đưa đến 15ºC bằng cách sử dụng năng lượng địa nhiệt cho sau này, nâng nhiệt độ của nước bằng năng lượng mặt trời.
Trong trường hợp này hiệu suất của bơm nhiệt tăng lên theo cấp số nhân.
Phân bố năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt phổ biến khắp hành tinh, đặc biệt là ở dạng đá khô nóng, nhưng có những khu vực mà nó có thể kéo dài hơn 10% bề mặt hành tinh và họ có những điều kiện đặc biệt để phát triển loại năng lượng này.
Ý tôi là khu trong đó biểu hiện rõ hơn ảnh hưởng của động đất và núi lửa và nói chung, trùng khớp với đứt gãy kiến tạo quan trọng
Trong số đó là:
- Bờ biển Thái Bình Dương của Lục địa Châu Mỹ, từ Alaska đến Chile.
- Tây Thái Bình Dương, từ New Zealand, qua Philippines và Indonesia, đến nam Trung Quốc và Nhật Bản.
- Thung lũng trật khớp của Kenya, Uganda, Zaire và Ethiopia.
- Môi trường xung quanh của Địa Trung Hải.
Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng địa nhiệt
Năng lượng này giống như mọi thứ tồn tại đều có phần tốt cũng như phần xấu của nó.
Como lợi thế chúng ta có thể nói về điều đó:
- Nó được tìm thấy phân phối trên khắp hành tinh.
- Các nguồn địa nhiệt kinh tế nhất là ở khu vực núi lửa chủ yếu nằm ở các nước đang phát triển, có thể rất hữu ích để cải thiện tình hình của bạn.
- Là một nguồn năng lượng vô tận trên quy mô con người.
- Là năng lượng giá rẻ hơn điều đó đã biết.
Sus bất lợi trái lại chúng là:
- Việc sử dụng năng lượng địa nhiệt thể hiện một số vấn đề môi trường, đặc biệt, giải phóng khí lưu huỳnh vào bầu không khí, cùng với nước nóng xả ra sông, thường chứa nhiều chất rắn.
Mặc dù nói chung, nước thải có thể được tái phun vào trái đất, sau khi đã được chiết xuất, trong một số trường hợp, muối kali có thể sử dụng được trên thị trường.
- Nói chung, truyền nhiệt địa nhiệt qua một khoảng cách xa là không khả thi. Nước nóng hoặc hơi nước nên được sử dụng gần nguồn của nó, trước khi nó nguội đi.
- Hầu hết các vùng nước địa nhiệt được tìm thấy nhiệt độ dưới 150ºC nên nói chung là không đủ nóng để phát điện.
Những loại nước này chỉ có thể được sử dụng để tắm, sưởi ấm các tòa nhà và nhà kính và cây trồng ngoài trời, hoặc làm nước được làm nóng trước cho nồi hơi.
- Các các hồ chứa đá nóng khô có tuổi thọ ngắnKhi các bề mặt nứt nẻ nguội đi nhanh chóng, hiệu quả sử dụng năng lượng của chúng giảm nhanh chóng.
- Các chi phí lắp đặt rất cao.
Tương lai của năng lượng địa nhiệt
Cho đến nay, chỉ có khoan và tách nhiệt xuống độ sâu khoảng 3 km, mặc dù nó được cho là có thể đạt đến độ sâu lớn hơn, nhờ đó năng lượng địa nhiệt có thể được sử dụng rộng rãi hơn.
Tổng năng lượng hiện cótrong nước nóng, hơi nước hoặc đá nóng, ở độ sâu 10 km, phương pháp tiếp cận 3.1017 ngón chân. Gấp 30 triệu lần mức tiêu thụ năng lượng của thế giới hiện nay. Điều đó chỉ ra rằng năng lượng địa nhiệt có thể là một sự thay thế thú vị trong ngắn hạn.
Các kỹ thuật hoàn thiện để phát triển tài nguyên địa nhiệt rất giống với các kỹ thuật được sử dụng trong lĩnh vực dầu mỏ. Tuy nhiên, kể từ Hàm lượng năng lượng của nước ở 300ºC thấp hơn một nghìn lần so với năng lượng của dầu, số vốn có thể đầu tư kinh tế cho việc khoan thăm dò cũng ít hơn rất nhiều.
Tuy nhiên, tình trạng thiếu dầu có thể thúc đẩy việc sử dụng ngày càng nhiều năng lượng địa nhiệt.
Mặt khác, sử dụng các nguồn địa nhiệt để sản xuất điện trong các máy phát điện tuabin cỡ trung bình (10-100MW) nằm gần các vị trí giếng, nhưng nhiệt độ địa nhiệt tối thiểu có thể sử dụng để phát điện là 150ºC.
Gần đây tuabin không cánh quạt đã được phát triển cho nước địa nhiệt và hơi nước lên đến 100ºC duy nhất, cho phép mở rộng lĩnh vực sử dụng năng lượng này.
Bên cạnh đó, có thể được sử dụng trong các quy trình công nghiệp chẳng hạn như xử lý kim loại, sưởi ấm các quy trình công nghiệp các loại, sưởi ấm nhà kính, v.v.
Nhưng có lẽ tương lai lớn nhất của năng lượng địa nhiệt nằm ở việc sử dụng năng lượng địa nhiệt ở nhiệt độ rất thấp, do tính linh hoạt, đơn giản, chi phí kinh tế và môi trường thấp và khả năng sử dụng nó như một hệ thống sưởi ấm và làm mát.