Возобновляемые источники энергии, несомненно, являются будущим в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Запасы ископаемого топлива близки к истощению, и миру необходимо перейти к альтернативным и устойчивым источникам энергии. В этом переходе к более чистой энергетической модели геотермальная энергия набирает обороты. Несмотря на ее важность и потенциал, многие люди не знают о разнообразных способах использования геотермальной энергии и ее перспективах как жизнеспособного варианта.
В этой статье мы подробно проанализируем, каковы основные виды использования геотермальной энергии, ее основные характеристики и значение, которое она имеет в контексте энергетического перехода.
Особенности и работа
Геотермальная энергия — это возобновляемый источник, использующий внутреннее тепло Земли. Это тепло генерируется главным образом в ядре Земли из-за распада радиоактивных элементов, таких как уран, торий и калий. Эти элементы при разложении выделяют тепло, которое поднимается из самых глубоких слоев к земной коре.
По мере погружения вглубь Земли температура повышается. Как правило, температура повышается на 2–4 °C на каждые 100 метров глубины , а это значит, что на больших глубинах мы находим более интенсивные источники тепла. Этот температурный градиент позволяет грунтовым водам в определенных районах нагреваться и превращаться в пар, образуя высокотемпературные водоносные горизонты или порождая гейзеры и горячие источники.
Производство геотермальной энергии зависит от температуры геотермального ресурса. В высокотемпературных резервуарах температура может превышать 150 градусов Цельсия, что позволяет вырабатывать электроэнергию с помощью турбин. В других случаях, например, при использовании низкотемпературной геотермальной энергии , тепло используется в основном для отопления и горячего водоснабжения, без выработки электроэнергии.
Виды геотермальной энергии в зависимости от температуры
В зависимости от температуры ресурса мы можем разделить геотермальную энергию на четыре основных типа, каждый из которых применим к различным энергетическим потребностям:
1. Очень низкая температура (менее 30°C).
Геотермальный тепловой насос, используемый в основном для отопления и производства горячей воды в домах и зданиях, является наиболее распространенной системой в этом температурном диапазоне . Эта система обменивается теплом с грунтом, обеспечивая отопление зимой и охлаждение летом. Это высокоэффективный с точки зрения энергопотребления вариант с длительным сроком службы и низкими затратами на техническое обслуживание.
2. Низкая температура (от 30°C до 100°C)
Этот тип ресурса используется в городских теплосетях, спа-центрах, сушке сельскохозяйственной продукции, рыбных фермах и других промышленных предприятиях среднего масштаба.
3. Средняя температура (от 100°C до 150°C)
Подходит для выработки электроэнергии с использованием технологий бинарного цикла, при которых жидкость с более низкой температурой кипения, чем вода, испаряется, вращая турбины для производства электроэнергии. Он также используется в промышленных процессах, требующих постоянной подачи тепловой энергии.
4. Высокая температура (более 150°С)
В этих системах пар, вырабатываемый в подземных водоносных горизонтах, используется непосредственно для привода паровых турбин, вырабатывающих электроэнергию. Это наиболее распространенный тип геотермальной энергии, когда речь идет о коммерческом производстве электроэнергии. Он встречается в геотермически активных областях, например, вблизи тектонических плит и вулканических областей.
Использование геотермальной энергии
Одним из главных преимуществ геотермальной энергии является ее универсальность. Его можно использовать как для выработки электроэнергии, так и для обеспечения теплом в различных отраслях:
- Производство электроэнергии: В районах с резервуарами с высокой температурой, например, вблизи вулканов или геологических разломов, природный пар используется для привода турбин и выработки электроэнергии. Такие установки, как установки с бинарным циклом или сухопаровые установки, являются примерами высокоэффективных предприятий, использующих этот ресурс.
- Отопление и кондиционирование: В домах и зданиях геотермальная энергия используется для отопления с помощью тепловых насосов. Подземное тепло извлекается через подземные трубы и передается внутрь зданий. Эта система особенно эффективна в холодном климате, где решающее значение имеет поддержание постоянной температуры основания.
- Промышленное и сельскохозяйственное применение: В сельскохозяйственном секторе его используют для сушки продуктов, обогрева теплиц и рыбных ферм, а также в других промышленных процессах, таких как добыча соли или стерилизация оборудования. Его использование гарантирует более устойчивый производственный процесс с меньшим воздействием на окружающую среду.
Преимущества и недостатки геотермальной энергии
Геотермальная энергия имеет множество преимуществ, которые делают ее одним из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии, но она также создает определенные проблемы, которые необходимо учитывать:
преимущество
- Возобновляемые и практически неисчерпаемые: Внутреннее тепло Земли доступно постоянно и, в отличие от других возобновляемых источников, не зависит от метеорологических факторов.
- Низкое воздействие на окружающую среду: Геотермальные электростанции выделяют значительно меньшие уровни CO2, чем обычные электростанции, и могут работать с определенной степенью независимости от ископаемого топлива.
- Долгосрочная экономия: Хотя первоначальная стоимость установки высока, после установки геотермальная энергия обходится намного дешевле в эксплуатации, чем другие виды энергии.
- Увеличенный срок хранения: Срок полезного использования геотермальных установок обычно превышает 50 лет, что оправдывает первоначальные инвестиции.
недостатки
- Высокие первоначальные инвестиции: Затраты на бурение и развитие геотермальной инфраструктуры высоки, особенно в районах, где подземное тепло находится на большой глубине.
- Местное воздействие на окружающую среду: Отвод тепла может привести к небольшим выбросам газов, таких как сероводород, а в некоторых случаях буровые работы могут вызвать небольшие локальные землетрясения.
- Географическая специфика: Не все районы мира подходят для установки геотермальных станций, что ограничивает их расширение.
Применение бытовой геотермальной энергии
В жилых домах геотермальная энергия используется в основном с помощью геотермальных тепловых насосов , которые позволяют эффективно отапливать и охлаждать помещения, а также производить горячую воду. Существует три типа установок для улавливания подземного тепла:
- Вертикальная геотермальная система: Это система, в которой зонды вставляются в землю вертикально, достигая глубины до 150 метров. Он наиболее эффективен с точки зрения использования энергии, хотя и требует больших инвестиций.
- Горизонтальная геотермальная система: Трубы размещаются горизонтально на глубине от 1 до 2 метров. Ее стоимость ниже, чем у вертикальной системы, но она требует больше площади.
- Система сбора подземных вод: В этом случае используются подземные водоносные горизонты, извлекающие воду для использования ее тепла и возвращающие его позже. Эта система очень эффективна, но ее жизнеспособность зависит от наличия достаточных водных ресурсов.
Использование этих систем не только снижает счета пользователей за электроэнергию, но также способствует снижению выбросов углекислого газа и поддержанию более экологичного дома. Геотермальная энергия, несомненно, является долгосрочным и экологически чистым решением для бытовых нужд отопления и охлаждения, с дополнительным преимуществом совместимости с другими возобновляемыми источниками, такими как солнечная энергия.
Геотермальная энергетика готова стать одним из главных героев изменений в энергетике. Хотя первоначальная стоимость установки может быть высокой, инвестиции окупаются с течением времени благодаря низким эксплуатационным расходам и постоянному рассеиванию подземного тепла.
При правильном планировании и выборе правильной системы как промышленные предприятия, так и бытовые пользователи могут получить выгоду от неисчерпаемого источника энергии, который бережно относится к окружающей среде.