Jūs droši vien zināt ģeotermālās enerģijas vispārējo koncepciju, bet vai zināt visus tās pamatus? Vispārīgi runājot, ģeotermālā enerģija ir siltumenerģija no Zemes dzīlēm. Citiem vārdiem sakot, ģeotermālā enerģija ir vienīgais atjaunojamais enerģijas resurss, kas nenāk no saules. Turklāt, lai gan tā nav patiesi atjaunojama stingrākajā nozīmē, jo tās papildināšanās nav bezgalīga , tā joprojām ir neizsmeļama cilvēka laika skalā un tāpēc praktiski tiek uzskatīta par atjaunojamu.
Siltuma izcelsme Zemes iekšienē
Zemes iekšienē esošais siltums galvenokārt rodas no radioaktīvo elementu, piemēram, urāna-238, torija-232 un kālija-40, sabrukšanas. Šie elementi pastāvīgi sabrūk, procesā atbrīvojot siltumenerģiju. Vēl viens svarīgs faktors ir tektonisko plātņu sadursme , kas kustības un berzes dēļ atbrīvo siltumu. Atsevišķos reģionos ģeotermālais siltums ir koncentrētāks, piemēram, apgabalos vulkānu, magmas plūsmu, geizeru un karsto avotu tuvumā . Tas atvieglo to izmantošanu enerģijas ražošanai.
Ģeotermālās enerģijas izmantošana
Ģeotermālā enerģija tiek izmantota jau vairāk nekā 2.000 gadus, un romieši bija pirmie, kas izmantoja karstos avotus termālajām vannām un apkurei . Pavisam nesen to izmanto ēku un siltumnīcu apsildei, kā arī elektroenerģijas ražošanai . Ir trīs veidu rezervuāri, no kuriem var iegūt ģeotermālo enerģiju:
- Augstas temperatūras rezervuāri
- Zemas temperatūras rezervuāri
- Sausie karsto klinšu rezervuāri
Augstas temperatūras rezervuāri
Ģeotermālā rezervuāra temperatūra tiek uzskatīta par augstas temperatūras rezervuāru , ja gruntsūdeņu temperatūra pārsniedz 100 °C, jo tie atrodas tuvu aktīvam siltuma avotam. Lai iegūtu siltumu no pazemes, ģeoloģiskajiem apstākļiem ir jānodrošina ģeotermālās rezervuāra pastāvēšana , kas darbojas līdzīgi naftas vai dabasgāzes rezervuāriem. Šo iežu uzsildītais ūdens mēdz pacelties uz virsmu, līdz tas sasniedz ģeotermālo rezervuāru, ko iesprosto necaurlaidīgs slānis. Tomēr, ja šajā necaurlaidīgajā slānī ir plaisas, tvaiks vai karsts ūdens var pacelties un parādīties virspusē kā karstie avoti vai geizeri . Šie siltuma avoti ir izmantoti kopš seniem laikiem un pašlaik tiek izmantoti apkurei un rūpnieciskiem procesiem.
Zemas temperatūras rezervuāri
Zemas temperatūras rezervuārs ir tāds, kur ūdens temperatūra sasniedz no 60 līdz 100ºC. Šādos gadījumos siltuma plūsma ir normāla, tāpēc nav nepieciešams aktīvs siltuma avots vai necaurlaidīga slāņa klātbūtne.
Šeit galvenais ir ūdens krātuve tādā dziļumā, kas ļautu tai sasniegt pietiekami augstu temperatūru, lai tā izmantošana būtu ekonomiski dzīvotspējīga.
Sausie karsto klinšu rezervuāri
Noguldījumi sausie karstie akmeņi Viņiem ir vēl lielāks potenciāls, jo viņi ir starp tiem 250-300ºC un dziļumā no 2.000 līdz 3.000 metriem. Lai iegūtu siltumu no šiem akmeņiem, tas ir nepieciešams salauzt tos, lai tie kļūtu poraini.
Šajā sistēmā auksts ūdens tiek injicēts no virsmas, iet cauri karstiem porainiem akmeņiem, procesā uzsilst un pēc tam ekstrahē kā tvaiku, lai ražotu elektroenerģiju. Tomēr šīm atradnēm ir grūtības to izmantošanai nepieciešamo sašķelšanas un urbšanas paņēmienu dēļ.
Ļoti zemas temperatūras ģeotermālā enerģija
Mēs varam uzskatīt arī par zemes dzīlēm a siltuma avots 15 ° C temperatūrā, pilnībā atjaunojams un neizsmeļams. Ar atbilstošu savākšanas sistēmu un siltumsūkni šo siltumu ir iespējams nodot apkures sistēmai, kas var sasniegt pat 50ºC, nodrošinot apkuri un karsto ūdeni.
Šo sistēmu var izmantot arī vasarā, uzglabājot siltumu 40°C temperatūrā pazemē. Galvenais trūkums ir lielā virsmas platība, kas nepieciešama ārējās ķēdes ierakšanai, taču tās galvenā priekšrocība ir enerģijas ietaupījums un daudzpusība , jo to var izmantot gan apkurei, gan dzesēšanai.
Ģeotermālais siltumsūknis
Šāda veida sistēmas būtiskais elements ir siltumsūknis. Šīs termodinamiskās iekārtas darbības pamatā ir Karnot cikls, kas ņemts no gāzes, kas darbojas kā siltumnesējs starp diviem avotiem, no kuriem viens ir zemā temperatūrā un otrs ar augstu temperatūru.
Šis sūknis var iegūt siltumu no zemes 15ºC un paaugstināt tā temperatūru, lai sildītu gaisu iekšējā ķēdē, panākot daudz augstāku veiktspēju nekā parastās gaisa kondicionēšanas sistēmas.
Apmainiet ķēdes ar Zemi
Var atšķirt apmaiņas sistēmas ar virszemes ūdeņiem , kas ir ekonomiskākas, bet ģeogrāfiski ierobežotas, un apmaiņu ar augsni, kas var būt tieša vai caur palīgķēdi.
- Tiešā apmaiņa: vienkāršāk un lētāk, bet ar noplūdes un sasalšanas risku.
- palīgķēde: dārgāks, bet izvairās no lielām temperatūras svārstībām.
Jāņem vērā, ka, absorbējot siltumu no stabilas temperatūras avota, piemēram, grunts, šīs sistēmas nodrošina nemainīgu un efektīvu darbību visa gada garumā, neatkarīgi no atmosfēras apstākļiem.
Gaisa kondicionēšanas sistēmu darbība
La energoefektivitāti ģeotermālās gaisa kondicionēšanas sistēmas ir izcilas: tās sasniedz līdz pat 500% dzesēšanas un 400% apkures veiktspēju. Tas nozīmē, ka uz katru izmantoto enerģijas vienību saldēšanas gadījumā var saražot līdz 5 siltumenerģijas vienībām.
Papildus augstajai efektivitātei šīs sistēmas priekšrocība ir tā, ka tā nav atkarīga no saules vai vēja enerģijas svārstībām, jo Zeme nodrošina pastāvīgu siltuma avotu.
Ģeotermālās enerģijas sadalījums
Ģeotermālā enerģija tiek izplatīta pa visu planētu, bet ar lielāku koncentrāciju vulkāniskajos apgabalos un tektoniskajos lūzumos. Tādām teritorijām kā Klusā okeāna piekraste Amerikā un Indonēzija ir liels potenciāls. Tomēr ar modernām urbšanas tehnoloģijām tā izmantošanu var paplašināt arī citās jomās.
Ģeotermālās enerģijas priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības:
- Pieejamība uz visas planētas.
- Cilvēka mērogā neizsmeļams.
- Lētākā zināmā enerģija.
Trūkumi:
- Iespējama sēru saturošu gāzu izdalīšanās.
- Siltuma pārnešana lielos attālumos nav iespējama.
- Augstas sākotnējās uzstādīšanas izmaksas.
Ģeotermiskās enerģijas nākotne
Planētas ģeotermālais potenciāls ir milzīgs, un pazemē tiek uzkrāts pietiekami daudz enerģijas, lai miljoniem gadu nodrošinātu pasaules enerģijas vajadzības. Urbšanas paņēmieniem attīstoties, sagaidāms, ka ģeotermālās enerģijas izmantošana rūpnieciskajos procesos, ēku apkurē un elektroenerģijas ražošanā kļūs arvien plašāka.
Attīstoties jaunām tehnoloģijām, piemēram, bezlāpstiņu turbīnām, kas spēj ražot elektroenerģiju zemākā temperatūrā, ģeotermālajai enerģijai ir daudzsološa nākotne, lai kļūtu par būtisku globālās energoapgādes sastāvdaļu.
Tādējādi ģeotermālā enerģija piedāvā ne tikai tīru un bagātīgu alternatīvu, bet arī var palīdzēt mums virzīties uz lielāku enerģētisko neatkarību, vienlaikus samazinot mūsu oglekļa pēdas nospiedumu.