Принцип работы геотермального отопления: Принцип работы геотермального теплового насоса, все «за» и «против»

Принцип работы геотермального теплового насоса

        Тепловые насосы «Dewix»  являются  экономичными и легкими в эксплуатации.   Использование теплового насоса  выгоднее в денежном эквиваленте, по сравнению с использованием отопления газом, электричеством, дровяными котлами.  Стоимость теплового насоса с его установкой, конечно, не малая, но в то же время  это прекрасная инвестиция. Стоимость насоса отобьется уже за 2 года!  И Вы начнете существенно экономить деньги на отоплении. А ведь ресурс данного устройства — не менее 20 лет! 

  Недры земли дают нам бесплатное тепло. Почему же не использовать его для своей выгоды?! Тепловой насос благодаря своей конструкции помогает использовать тепло земли и преумножать его в несколько раз!

      Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос —  устройство, которое выкачивает тепло из земли и с его помощью отапливает Ваш дом. Система состоит из двух контуров – внутреннего и внешнего, соединяющихся между собой тепловым насосом.

Внутренний контур —  это традиционная система отопления в доме —  радиаторы, теплые полы и т.д. Внешний – теплообменник, который монтируется под землей.  В нем циркулирует незамерзающая жидкость – рассол  или антифриз. Эта жидкость принимает на себя температуру грунта и уже прогретая поступает в геотермальный (тепловой) насос,  который и передает это тепло внутреннему контуру,  так и происходит нагрев воды в радиаторах.

 

 

  Геотермальный (тепловой) насос – основная составляющая системы. Этот небольшой, размером со стиральную машину, агрегат функционирует как холодильник, только наоборот.  Холодильник переносит тепло изнутри во вне.  Тепловой насос переносит тепло, накопленное в почве, в Ваш дом.    

 

 

 

 

        Тепловой насос состоит из 4-х основных агрегатов:

1. испаритель
2. конденсатор
3. расширительный вентиль (дроссель, понижает давление)
4. компрессор (повышает давление)

Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом.    В системе трубопроводов циркулирует хладагент. В испарителе происходит процесс кипения хладагента за счет поступления тепла от теплоносителя.  Образующиеся от процесса пары сжимаются компрессором, что также сопровождается повышением  температуры, и поступают в конденсатор, где происходит уже отбор тепла в систему отопления.  Из конденсатора жидкий,  с уже понизившейся температурой, хладагент поступает на дроссельный клапан, осуществляющий автоматическое поддержание  процесса кипения  хладагента в испарителе.  За счет одновременной работы агрегатов теплового насоса  и повторения при этом термодинамического цикла реализуется  постоянный нагрев воды до задаваемой температуры.

Тепловой насос, конечно, затрачивает электроэнергию для питания компрессора и насосов, которые перекачивают теплоноситель, но при этом

добытое из земли тепло в 3-4,5 раза больше, чем затраченная  электроэнергия! В этом и заключается выгода!  Получаете больше в 3-4,5 раза, чем затрачиваете!

Принцип работы системы геотермального отопления

Геотермальная тепловая энергия собирается при помощи устанавливаемых под землей трубопроводов контура сбора тепла. При помощи системы геотермальных насосов она может использоваться для отопления зданий и нагрева бытовой воды.

При помощи геотермального насоса собранная тепловая энергия может использоваться для производства горячей бытовой воды, а также для отопления и охлаждения здания. Геотермальная энергия возникает в результате солнечного излучения и накапливается в земле.

Утилизация тепла

Трубопроводы контура сбора тепла могут быть установлены горизонтально в поверхностные слои почвы, погружены в водоем или установлены в вертикально пробуренных в скале скважинах. Вертикально пробуренные скважины называются геотермальными скважинами и представляют собой наиболее распространенное технологическое решение в области сбора геотермальной тепловой энергии. Такое решение подходит даже для небольших земельных участков и является более энергетически эффективным, чем контуры, установленные горизонтально.

По трубопроводам контура сбора тепла циркулирует незамерзающая, безвредная для окружающей среды жидкость-теплоноситель, которая собирает накопившуюся в земле тепловую энергию.

В испарителе теплового насоса энергия теплоносителя передается в хладагент, при этом жидкость-теплоноситель остывает приблизительно на три градуса.

Температура хладагента повышается при помощи компрессора. Через конденсатор тепловая энергия из хладагента передается в воду, циркулирующую в отопительной системе здания (сеть нагрева полов или батареи), а также для подогрева бытовой воды в теплонакопителе.

Распределение тепла

Лучшие показатели КПД теплового насоса достигаются при распределении тепла с помощью системы отопления полов или другой низкотемпературной системы отопления. В системе отопления полов температура прямой сетевой воды ниже (28–40 градусов), чем, например, в отопительных батареях, где температура прямой сетевой воды может составлять 35–60 градусов. Тем не менее, наличие отопительных батарей не является препятствием для установки теплового насоса, так как с помощью геотермальных насосов Gebwell возможна надежная выработка воды с температурой до 60 градусов.

Геотермальное отопление принцип действия

Земля бесконечный экологический источник, который люди все более успешно осваивают. Существует общее понятие распределенная (малая) энергетика, в него входят все известные способы получения возобновляемой энергии.
Но нас сейчас интересуют две разновидности:

• Термальные электростанции по всему миру успешно вырабатывают электричество, используя гейзеры и подземные горячие источники. Пар крутит турбины и бла-бла-бла…. Дальше думаю объяснять не нужно.
• Геотермальное отопление, еще одна разновидность. В этом случае гейзеры и вулканы не требуются, в ход идет тепло накопленное землей за лето. 

Грунт ниже точки промерзания, всегда прогрет до +8 С. Понятно, что этого не достаточно для обогрева дома. На помощь приходят «холодильники наоборот», которые извлекают +8 и преобразуют в +55.
 

Принцип работы.

Чтобы не утомлять читателя терминами и незнакомыми словами, попробуем объяснить суть происходящего простым языком. Нужно подойти к холодильнику, потрогать его с обратной стороны. Правильно, она горячая! Так морозильная камера избавляется от тепла полученного при заморозке продуктов. Принцип работы отопления тот же, только земляной контур охлаждает почву, а полученную энергию, геотермальный насос преобразуя перекачивает в дом.

Геотермальное отопление надежно?

У ваших друзей или родственников наверняка сохранились древние холодильники с разваливающимися корпусами, но компрессор при этом отлично работает. Отопление применяет компрессор более высокой мощности.
Грунтовый коллектор выполнен из пластиковой трубы заполненной теплоносителем, выйти из строя там просто нечему.

Отопление дома и экономия.

Геотермальное отопление частного дома экономичнее в 4-5 раз, по сравнению с обычным электрическим котлом. Окупаемость в среднем наступает на пятый год эксплуатации. Это зависит от многих факторов, способы и стоимость инсталляции могут отличаться.

Геотермальное отопление дома безопасно?

Геотермальное отопление абсолютно пожаро-взрыво безопасно! Фреон используемый в тепловом насосе не несет в себе ни каких угроз. Вам не страшны  взрыв и пожар. Нет необходимости выполнять требования газового и пожарного надзора. Собирать разрешения и согласования контролирующих органов. Годами ждать подключения газа.
Геотермальное отопление потребует от вас только заявки, и неделю терпения на монтаж оборудования.

Экологичность геотермального отопления.

Только 1/5 часть составляет электричество, остальное аккумулированное солнце. При правильном расчете и подборе оборудования, внешний грунтовый коллектор отогревается за пару летних месяцев. Цикл охлаждение-отогрев повторяется бесконечно. На поверхности будут прекрасно себя чувствовать клумбы, кустарники, плодовые деревья. Можно устанавливать теплицы, парники, одним словом полноценно обрабатывать землю.

Откуда «дровишки»?

• Вертикальное подключение применяют при плотной застройке участка, в вертикальные скважины опускается геотермальный зонд.
• Горизонтальный контур подразумевает укладку труб в траншеи. Из за отсутствия буровых работ существенно дешевле предыдущего.
• Переливная система геотермального отопления. Вода прогоняется через тепловой насос, там она охлаждается и сбрасывается.
• Воздушный блок в Сибири применяется как вспомогательный из за низких температур зимой.

Водяные теплые полы, наиболее полно реализуют потенциал геотермального отопления. С теплыми полами соотношение составляет; 1 kw потраченной электроэнергии, к 5 kw приобретенного тепла. С обычными приборами отопления, вы получите 3,5 kw. Чем ниже для отопления требуется температура теплоносителя, тем выше коэффициент преобразования теплового насоса.

Геотермальное отопление – тепловые насосы в реальности

Внутренний контур заполняется специальным хладагентом, который закипает даже при отрицательной температуре. Соответственно, хладагент во внутреннем контуре испаряется и, проходя через компрессор, сжимается. В результате этого процесса градус хладагента возрастает до 90-100°С.  Горячий пар подается в теплообменник (4), где он отдает тепловую энергию окружающей среде, снова превращаясь в жидкость. Далее, хладагент проходит через дросселирующий клапан (6) и попадает в испаритель. Цикл завершается и начинается новый. Это будет продолжаться пока до тех пор, пока работает компрессор.

Реальный расчет эффективности тепловых насосов

Итак, производителями и распространителями геотермального отопления под ключ утверждается, что КПД таких установок в диапазоне 300-500%.

Другим аргументом продажников геотермальных теплогенераторов служит утверждение о том, что в такой холодной стране как Финляндия ежегодно продаются десятки тысяч таких установок.

Как ситуация обстоит на самом деле. Начну с последнего аргумента, поскольку ответом на первое утверждение фактически будет остальная часть статьи.

В той же Финляндии стоимость 1кВт/час равна около 32 евроцентов. В нашей стране стоимость киловатт-часа различна, но в среднем около 7 евроцентов в эквиваленте. Другими словами, на фоне весьма дорогостоящей электроэнергии рядовому финну использовать геотермальный тепловой насос в разы выгоднее, чем среднему россиянину.

Но есть и другой рычаг, тоже финансовый, но еще более ощутимый: гражданин Финляндии получает от своего правительство материальную компенсацию в размере 3000 евро при покупке и монтаже геотермального отопления.

Внутри ТЭН. Вам не сказали?

В отношении установок типа «воздух-вода» производителями часто заявляется возможность работы оборудования при температуре наружного воздуха -15°С, -20°С и даже -30°С. У человека, который еще помнит курс школьной физики может возникнуть вопрос: как это возможно, ведь разница температур для хладагента становится в этом случае очень небольшой и, соответственно, его эффективность должна значительно снизиться? Разгадка этого парадокса проста: внутри блока располагается ТЭНовый нагреватель, который нагревает теплоноситель в контуре. Действительно, в этой ситуации сам геотермальный тепловой насос работает на 10-20% своей мощности, большую часть мощности оттягивает на себя ТЭНовый нагреватель.

То есть, ваше высокоэффективное инновационное энергосберегающее оборудование превращается по большей части в обычный электрический котел…

Приведенные ниже графики включены во внутренний отчет компании DANFOSS, который называется «Графическая характеристика работы тепловых насосов типа DHP-AQ при различных температурах наружного воздуха». Эти сведения являются официальным документом DANFOSS – крупнейшего производителя технологического оборудования, в том числе геотермального отопления. Эти данные не являются секретом, но и не афишируются. Вероятно поэтому, найти их в сети очень непросто и я приношу свои извинения за качество картинки.

Тепловой насос — принцип работы

Сердцем всех геотермальных отопительных систем является тепловой насос. Рассмотрим принцип его работы. Циркулируя по вертикальным теплообменникам (грунтовым зондам), антифриз опускается под землю, где нагревается, забирая тепло от грунта. После чего он поднимается обратно вверх и попадает в испаритель. В испарителе содержится хладагент (фреон), который вбирает в себя все тепло от антифриза, разогреваясь таким образом до +6-8 °С и превращаясь в пар. После этого охлажденный антифриз вновь уходит по теплообменникам вглубь земли за очередной порцией тепла, а нагретый фреон в парообразном состоянии направляется в компрессор. В компрессоре происходит сжатие пара, в последствии чего он выпадает в виде горячего конденсата (+65 °С), выделяя большое количество тепла. В теплообменнике конденсатора тепло от хладагента передается рабочей жидкости, а сам хладагент, проходя сквозь сбросной клапан, моментально охлаждается до -15 °С и возвращается обратно в испаритель, замыкая таким образом цикл. Далее, из конденсатора нагретая жидкость поступает в тепловой аккумулятор (буферную емкость), служащий накопителем тепловой энергии и стабилизирующий работу теплового насоса. И уже оттуда рабочая жидкость уходит непосредственно в тепловые контуры. Для подачи горячей воды в контур горячего водоснабжения применяется высокоэффективный бойлер косвенного нагрева. В результате, благодаря грамотной конструкции теплового насоса, отопление дома происходит стабильно и надёжно. В теплое время года геотермальный тепловой насос может использоваться с целью кондиционирования в результате передачи тепла от рабочей жидкости к грунтовым зондам. Существуют модификации тепловых насосов, способных использовать тепловую энергию не только земли, но и воды, и воздуха. Однако, наиболее проработанным вариантом является именно геотермальный тепловой насос, использующий тепловую энергию грунта. Он лишен недостатков других моделей и отлично подходит для российских условий, хоть и имеет высокую стоимость. Геотермальный тепловой насос обладает следующими основными преимуществами: — Максимальная автономность и независимость. Тепловому насосу требуется лишь электричество (которое требуют и все иные виды отопительных систем). Не нужно закупать дорогостоящее топливо, решать вопросы его хранения и поставок. Геотермальное отопление способно здорово сэкономить время и средства. — Системы геотермального отопления имеют круглогодичные стабильные характеристики и не зависят от внешних погодных условий. — Геотермальное отопление имеет высокий КПД. На 1 кВт потраченного электричества тепловой насос дает 4-6 кВт тепловой энергии или 3-4 кВт мощности охлаждающей системы. — Низкие затраты электричества. 17-и киловаттный тепловой насос с легкостью обогреет дом площадью 350 кв.м., затратив при этом 5 кВт электроэнергии в час при работе всего 12 часов в сутки. — Длительный срок эксплуатации. Грунтовые зонды работоспособны в среднем 50 лет, компрессор — 30 лет и может быть легко заменен. Геотермальный тепловой насос неприхотлив и не требует постоянного дорогостоящего обслуживания. Отопление дома происходит без постоянного вмешательства человека. — Тепловой насос создает максимально комфортные условия всем обитателям дома. Его работа не сопровождается шумом, колебаниями температуры или влажности. Позволяет использовать низкотемпературное отопление в системе обогрева полов. — Тепловой насос абсолютно взрыво- и пожаробезопасен. В результате его работы не выделяются никакие вредные выбросы вроде CO или NOX. Геотермальная отопительная система максимально экологична. — Возможность использовать одно и то же геотермальное оборудование и для отопления, и для кондиционирования. — Геотермальный тепловой насос не требует специального помещения, ему не нужен дымоход. Кроме того, отсутствуют громоздкие внешние блоки, которые могли бы испортить фасад либо интерьер вашего жилища. После установки грунтовых зондов нет никаких ограничений на озеленение или ландшафтный дизайн. — Скважины под зонды требуют минимум площади. Они надежны, после их инсталляции повредить их невозможно.

Принципы работы различных тепловых насосов

Геотермальное отопление vs отопление воздух-вода — Принципы работы различных тепловых насосов

Геотермальные насосы и тепловые насосы воздух-вода различаются по принципу работы, и принцип выбора теплового насоса также зависит от разных факторов. Ниже объясняются принципы работы различных тепловых насосов и приведены некоторые факторы, о которых следует подумать при выборе теплового насоса.

• Грунт, местоположение, площадь
• информация, характеризующая строительные конструкции
• размер отапливаемой площади
• требования в вентиляции и вентиляционные установки
• срок строительства
• теплонепроницаемость

Принципы работы геотермального насоса

Геотермальный насос – отопительное решение, при котором тепловая энергия черпается из водоема, грунтовых вод, почвы или геотермальной скважины. Данное отопительное решение имеет длительный срок эксплуатации. В пользу геотермального насоса говорит и его безопасность для окружающей среды, энергоэкономичность и пожарная безопасность. Температура на глубине всего 1 метра от поверхности земли 4-12 ºC. Накопленная в грунте тепловая энергия собирается с помощью установленных в грунте пластмассовых труб, т. е. земляного коллектора. Коллектор соединен с тепловым насосом. Полученная энергия полностью покрывает потребности здания в отоплении и горячей бытовой воде.

Для работы геотермального насоса требуется электроэнергия, и, затрачивая 1 кВтч электроэнергии, геотермальный насос способен производить 4-5 кВтч тепловой энергии. Геотермальный насос позволяет снизить расходы на отопление до 80%. Геотермальный насос работает на системе водяного отопления. Системы водяного отопления – это радиаторное отопление и отопление пола. Решение в пользу геотермального насоса можно принять, если вокруг дома много места, и вы любите комфорт. Электричество должно быть обеспечено непосредственно из электрического щита, без предохранителя от тока утечки, мощностью 400 В 1-3 фазы и 16-20 A, в зависимости от модели.

Принципы работы теплового насоса воздух-вода

Тепловой насос воздух-вода получает тепловую энергию из наружного воздуха. Тепловой насос накапливает ее в себе и передает в систему водяного отопления дома. Тепловые насосы воздух-вода имеют компактный бойлер/аккумуляторный бак, т. е. два в одном. В этих устройствах используется очень эффективная технология VFC. VFC минимизирует использование нагревательного элемента при производстве домашней горячей воды, одновременно регулируя с помощью циркуляционного насоса водоток теплового насоса, бойлер наполняется горячей водой независимо от условий его работы.  Благодаря этому нагревательный элемент очень мало используется. Эффективный теплообменник горячей воды обеспечивает ее чистоту и отсутствие опасности распространения бактерий легионеллы.

Тепловые насосы воздух-вода можно комбинировать с существующими или другими отопительными решениями. Кроме того, тепловые насосы воздух-вода можно соединять с уже имеющимся бойлером и/или аккумуляторным баком. Тепловой насос воздух-вода позволяет уменьшить расходы на отопление до 60-70%. Точные расходы на отопление зависят от различных факторов, самые важные из них – теплонепроницаемость и размер дома. Тепловые насосы воздух-вода безопасны для окружающей среды.

Если сравнить тепловой насос воздух-вода, например, с отопительной системой на базе традиционного ископаемого топлива, то при использовании теплового насоса воздух-вода для отопления дома существенно уменьшается эмиссия CO₂ в окружающую среду. Исходя из этого, можно утверждать, что тепловые насосы воздух-вода прекрасно подходят для замены традиционных отопительных котлов.   С обычными масляными и газовыми котлами с 1 кВт входной энергии получают на 1 кВт меньше отопительной энергии. Однако при использовании теплового насоса воздух-вода с 1 кВт электроэнергии получают в среднем 3 кВт отопительной энергии. Электричество должно быть обеспечено непосредственно из электрического щита, без предохранителя от тока утечки, мощностью 400 В 1-3 фазы и 16-20 A, в зависимости от модели.

Решение в пользу теплового насоса воздух-вода можно принять, если вы живете в индивидуальном или многоквартирном доме, на вашем участке недостаточно много места, и вы любите комфорт.

О плюсах и минусах различных тепловых насосов можно прочитать  здесь!!

Геотермальное отопление | Лаборатория Дома

Услышав слова “геотермальное отопление”, большинство из нас представляют себе гейзеры Камчатки или кипящие ручьи Земли Санникова. Однако за этим  пока экзотическим термином кроется уже вполне прозаическое содержание: речь пойдет об еще одном способе отопления и горячего водоснабжения Вашего дома. Он заключается в использовании тепловой энергии ,накопленной в почве , для отопления  жилья. В основу геотермальной  системы положен физический процесс передачи тепла из окружающей среды к хладагенту, схожий с тем,  что происходит в холодильнике,  только наоборот . Тепловой насос это повышающий трансформатор теплоты , который в прямом смысле слова перекачивает тепловую энергию от источника низкого температурного потенциала к источнику более высокого , но все же достаточно умеренного потенциала. Анализ и практика показывает , что тепловые насосы дают от 70 до 80 процентов экономии энергоресурсов по сравнению с производством теплоты , основанном на прямом сжигании топлива . Что такое тепловой насос? Это прибор , который буквально выкачивает из земли или воды и направляет его в систему отопления и горячего водоснабжения . При работе теплового насоса энергия тратится не на  прямой нагрев системы отопления , а на перекачку тепла из окружающей среды в дом. Таким образом , основное преимущество теплового насоса перед привычными способами отопления – экономичность. Прибор потребляет на 80 процентов меньше энергии, чем , например , традиционные электрокотлы. Но кроме экономии владелец теплового насоса получает комфорт . Прибор оснащен климатконтролем и работает в автоматическом режиме. Экологичность – отсутствуют какие-либо выбросы в окружающую среду. Удобство при установке – монтаж не требует никаких согласований и бумажной волокиты. Безопасность – в тепловом насосе ничего не горит . Он взрыво- и пожаробезопасен. Кроме того работой насоса можно управлять на расстоянии при помощи интернета или телефона .  Надежность — минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы. Независимость от поставки топочного материала и его качества. Практически не требует обслуживания. Срок службы теплового насоса составляет 15–25 лет; Примечательно, что летом тепловой насос работает наоборот: из под земли в дом поступает прохлада, а тепло возвращается назад. Именно поэтому работу геотермального насоса нередко сравнивают с кондиционерами реверсионного типа. Система геотермального отопления состоит из теплового насоса и магистралей. Они укладываются под землей (в грунте или скважинах), либо по дну водоемов. Трубы геотермальной системы могут быть проложены под грунтом, по дну водоема и внутри скважины. В связи с этим оно подразделяется на геотермальное отопление с горизонтальным, водоемным и вертикальным контурами.   В первом случае магистрали укладываются в землю на глубину ниже промерзания почвы (в зависимости от климатических условий региона). При этом требуется достаточно большая площадь. Так, для обогрева помещения в 200-300  квадратных метров, нужен участок площадь которого составляет 500-600 квадратных метров. Второй вариант – энергетичекие корзины. Энергетические корзины используются в случае невозможности глубокого бурения или устройства фундаментов глубокого заложения по причине условий водного законодательства или гидрологическим причинам, либо недостатка свободного места. Энергетическая корзина является экономически и энергетически довольно эффективной альтернативой в сфере использования термальной энергии. прокладываемые по дну водоема. Это самый экономически выгодный способ геотермального отопления, так как меньше первоначальные вложения и больше эффективность. Но озера и реки глубиной более 2 метров есть далеко не везде. Третий вид геотермальных отопительных систем, напротив, очень дорогостоящий. Бурение скважин, для которого необходима специальная техника, стоит недешево. А скважину нужно пробурить минимум на 30 метров (в зависимости от рельефа), В тверской области примерно 40-70 метров. Зато не требуется большой площади.   Примечательно , что максимальную пользу такой метод геотермального отопления частного дома принесет в том случае, если в нем установлена система теплых полов. Это объясняется тем, что система теплый пол использует для нагрева теплоноситель со средней температурой в 35-55 градусов, прогревая помещения за счет большой площади обогревателя, а не за счет его высокой температуры. В то же время теплоноситель в системах геотермального отопления редко когда удается нагреть выше 60 градусов, что идеально подходит для «теплых полов», а вот для обычного радиаторного отопления такой температуры недостаточно, хотя при довольно качестенно утепленом доме этого вполне будет достаточно. Вот несколько фотографий тепловых насосов компании-партнера  (Германия) :    каталог оборудования  можно скачать и посмотреть здесь Каталог STE ТН_2015 , а стоимость оборудования и монтажа уточнить по телефонам у наших инженеров и менеджеров. и фото энергетической корзины   К вышесказанному предлагаем посмотреть ролик про автономное отопление с помощью тепловых насосов сертификат Uponor и Stiebel Eltron — геотермальные системы   тепловой насос воздух вода тепловой насос воздух воздух тепловой насос воздух-вода цена тепловой насос вода вода тепловой насос воздух-воздух цена тепловой насос вода вода цена тепловой насос воздух-вода своими руками тепловой насос воздух воздух купить Продажа и монтаж теплового насоса в Твери, Ржеве, Конаково, Осташкове, Селигере, Игуменке, Завидово.     Тепловые насосы Stibel Eltron

График работы Пн- Пт:  9.00-18.30 Сб:      10.00-17.00 Вс:         Выходной   Опрос Какой котёл Вы приобрели или хотели бы приобрести

Геотермальные энергетические и геотермальные электростанции

В условиях постоянно растущего спроса на электроэнергию и ограниченной доступности традиционных ресурсов человек обратился к возобновляемым источникам энергии. Эти возобновляемые источники включают ветер, солнце, приливы, геотермальные источники и тому подобное. Их вклад в глобальный спрос на электроэнергию неуклонно растет с развитием технологий.

Геотермальная энергия

Тепло излучается из ядра Земли миллиарды лет. Это тепло возникает с момента образования Земли и непрерывно восстанавливается при распаде радиоактивных элементов.Скорость этой регенерации геотермального тепла настолько высока, что делает геотермальную энергию возобновляемым ресурсом . Около ядра Земли температура колеблется около 5500 градусов по Цельсию. Это тепло в основном представляет собой тепловую энергию, хранящуюся внутри ядра Земли, а земная кора действует как изолятор и удерживает тепло внутри. Эта тепловая энергия известна как геотермальная энергия. (гео = земля и термический = тепло). Эта энергия оценивается на один или два порядка больше, чем вся энергия, извлекаемая из ядерных источников.
Тепло, удерживаемое внутри ядра (земной корой), передается на поверхность следующими способами:

1. Прямая теплопроводность
2. Пузырьоподобная магма, поднимающаяся к поверхности
3. Быстрая закачка магмы в глубокие естественные трещины

Прямая теплопроводность не выделяет много тепла на поверхности. Кроме того, магма всплывает на поверхность только в выбранных местах, таких как действующие вулканы. При этом магма закачивается в глубокие трещины и вызывает нагрев подземных вод.

Эта геотермальная энергия поднимается вверх по одной из вышеуказанных причин и вызывает нагрев большого количества подземных вод на поверхности Земли или под ней. Такие места называются Геотермальные резервуары . Такие резервуары находятся либо на поверхности в виде горячих источников, либо в подземных резервуарах, до которых можно добраться путем бурения скважин.

Тепловая энергия в геотермальных резервуарах может переноситься на поверхность и использоваться для производства электроэнергии геотермальными электростанциями .

Геотермальные электростанции

Геотермальная электростанция использует пар, полученный из этих геотермальных резервуаров, для выработки электроэнергии. В соответствующих местах бурятся скважины, чтобы вывести эту геотермальную энергию на поверхность. Смесь пара и воды собирается из эксплуатационной скважины. Сепараторы пара используются для отделения пара и использования его для работы турбин. Дальнейший процесс очень похож на тепловую электростанцию ​​- паровые турбины запускают генераторы и, следовательно, вырабатывается электроэнергия.Конденсированный пар и вода, собранная из добывающей скважины, закачиваются обратно в пласт через нагнетательную скважину.

Это, однако, общий принцип работы геотермальной электростанции . Конкретная работа завода зависит от типа растения.

Типы геотермальных электростанций

1. Установка сухого пара

Это самый простой и древний вид геотермальных растений. Он напрямую использует пар из резервуара для работы турбины.Пар собирается из добывающей скважины и используется для работы турбин низкого давления. Следовательно, рабочим телом является пар. Затем отработанный пар конденсируется и закачивается обратно через нагнетательную скважину.

2.

Установка мгновенного пара В настоящее время наиболее часто используемые геотермальные электростанции являются паровыми электростанциями мгновенного действия. Они работают на геотермальных резервуарах с температурой воды выше 180 градусов по Цельсию. Горячая вода под высоким давлением из пласта течет вверх через добывающую скважину за счет собственного давления.Давление уменьшается по мере того, как вода течет вверх, и, следовательно, часть ее превращается в пар. Пар отделяется от воды пароотделителем и направляется в паровую турбину. Неиспользованная вода, а также конденсированный пар закачиваются обратно через нагнетательную скважину.

3. Бинарная паровая установка

Бинарные электростанции — недавняя разработка. Они сделали возможным производство электроэнергии из геотермальных резервуаров с температурой ниже 150 градусов по Цельсию.В этих установках горячая вода из геотермального резервуара используется для нагрева другой органической жидкости, имеющей более низкую температуру кипения. Таким образом, здесь рабочей жидкостью является вторичная органическая жидкость, а не вода из пласта. Тепловая энергия воды передается рабочему телу в теплообменнике. В результате рабочая жидкость испаряется, а затем приводит в движение турбины. Отработанная жидкость проходит через конденсатор, и цикл повторяется. Вода закачивается обратно в пласт через нагнетательную скважину.

Преимущества и недостатки геотермальных электростанций

Преимущества

• Возобновляемый источник энергии
• Не выделяет вредных газов
• Без парникового эффекта
• Стоимость топлива незначительна
• Капитальные затраты на 40-60% меньше тепловых и атомных станций
• Короткие сроки строительства
• Коррозионное воздействие пара, устраняемое передовой металлургией

Недостаток

• Доступность только в некоторых регионах (где магма приближается к поверхности)
• Низкий КПД (10-12%)

---

Автор: Манодж Арора , студент-электрик и писатель из Гуджарата, Индия. Он пишет стихи и рассказы, когда не погружается в книгу.
Графика: Киран Давэр.

Energy 101: Геотермальная энергия | Министерство энергетики

Текстовая версия

Ниже представлена ​​текстовая версия видеоролика «Энергия 101: геотермальная энергия».

На экране появляются слова «Энергия 101: Геотермальная энергия», а затем кадры плавательного бассейна с природными горячими источниками.

Возможно, вы расслабились в бассейне с природными горячими источниками.

Кадры гейзера с горячей водой.

Или видел гейзер Old Faithful, взрывающий горячую воду в Йеллоустонском национальном парке. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, откуда исходит это тепло?

Кадры природных геотермальных явлений.

Ну, она исходит из глубины земли — и называется геотермальной энергией.

Кадры различных объектов геотермальной энергетики.

И мы можем использовать его для производства чистой возобновляемой электроэнергии.

Хорошо, вот как работает геотермальная энергия.

Анимация производства геотермальной энергии под землей.

Тепло земной коры нагревает воду, просочившуюся в подземные резервуары.

Когда вода становится достаточно горячей, она может пробиться через поверхность земли в виде пара или горячей воды. Обычно это происходит там, где земная кора или «плиты» встречаются и перемещаются.

Кадры различных объектов геотермальной энергетики.

В прошлом использование геотермальной энергии ограничивалось областями, где горячая вода текла у поверхности.Но по мере развития геотермальных технологий мы можем использовать еще больше этих естественных возобновляемых источников энергии.

Инженеры

разработали несколько различных способов производства энергии из геотермальных скважин, пробуренных в земле.

Кадры геотермальной энергетики с сухим паром.

Взгляните на это. Это геотермальная электростанция с сухим паром, и сегодня это наиболее распространенный тип геотермальной технологии. Подземный пар поступает прямо в турбину, чтобы привести в действие генератор, вырабатывающий электричество.Довольно просто.

Анимация, показывающая, как геотермальная энергия генерируется с помощью паровой электростанции.

Другая геотермальная технология называется паровой электростанцией мгновенного действия. Насос нагнетает горячую жидкость в резервуар на поверхности, где она охлаждается. По мере охлаждения жидкость быстро превращается в пар — или испаряется «мгновенно». Затем пар приводит в движение турбину и приводит в действие генератор.

Кадры геотермальной энергетики с бинарным циклом.

Бинарный цикл работает иначе.

Анимация, показывающая, как геотермальная энергия генерируется с помощью электростанции с двойным циклом.

Использует два типа жидкости. Горячая жидкость из-под земли нагревает вторую жидкость, называемую теплоносителем, в гигантском теплообменнике. Вторая жидкость имеет гораздо более низкую точку кипения, чем первая жидкость, и поэтому она «превращается» в пар при более низкой температуре. Когда вторая жидкость вспыхивает, она вращает турбину, приводящую в движение генератор.

Кадры различных объектов геотермальной энергетики.

Экологические преимущества этого экологически чистого, круглосуточного возобновляемого источника энергии существенны: низкие выбросы, небольшая занимаемая площадь и минимальное воздействие на окружающую среду. Немногочисленные побочные продукты, которые могут возникнуть, часто повторно закачиваются под землю.

Кадры геотермального предприятия, которое перерабатывает сточные воды.

Геотермальная энергия также может помочь в переработке сточных вод. В Калифорнии сточные воды из города Санта-Роза закачиваются в землю, чтобы генерировать больше геотермальной энергии.

Кадры геотермальной установки, которая восстанавливает и перерабатывает побочный продукт серы.

Некоторые заводы действительно производят твердые отходы, но эти твердые отходы могут содержать минералы, которые мы можем удалить и продать, что снижает стоимость этого источника энергии.

Кадры различных объектов геотермальной энергетики.

По оценкам Геологической службы США, неиспользованные геотермальные ресурсы в Соединенных Штатах, в случае их освоения, могли бы обеспечить эквивалент 10% сегодняшних потребностей в энергии.

Фактически, электричество, вырабатываемое геотермальной энергией, уже обеспечивает около 60% электроэнергии вдоль северного побережья Калифорнии.

Кадры моста Золотые Ворота и береговой линии.

От моста Золотые Ворота до границы штата Орегон.

Кадры различных объектов геотермальной энергетики.

Геотермальная энергия… помогает подтолкнуть Америку к энергетической независимости и является экологически чистым возобновляемым способом удовлетворения наших растущих потребностей в энергии.

Подпись: Энергия 101: Геотермальная энергия. Для получения дополнительной информации посетите eere.energy.gov/geothermal.

Что такое геотермальная энергия? — Энергид

Обогрейте дом, используя тепло земли? Это возможно! Геотермальная энергия была хорошо известна давно и теперь снова в моде. Он также развернут в нескольких частях мира (Исландия, Германия, Дания, Франция, Италия, Швеция и др.). Экологически чистый, возобновляемый и бесплатный , этот источник энергии представляет интерес в борьбе с глобальным потеплением.

Принцип геотермальной энергии

Температура в ядре Земли оценивается между 2000 ° C и 12000 ° C , и тепло постепенно течет вверх к поверхности земли. И это открывает интересные возможности, потому что это естественное тепло может передаваться.

Например, тепло Земли уже может быть извлечено с глубины менее 5 м с помощью теплоносителя, циркулирующего в заглубленной трубе. Другой вариант — сначала направить воду вниз и дать ей нагреться до , прежде чем снова закачивать ее обратно на .

В некоторых местах горячая вода находится на большой глубине и только до нужно поднять на поверхность . При температуре 70 ° C или выше перекачиваемая вода уже пригодна для отопления жилых помещений, а когда она выше 100 ° C, ее можно использовать для выработки электроэнергии.

Знаете ли вы , что чем глубже вы бурите, тем горячее становится? В Бельгии и Нидерландах с каждым километром спуска температура повышается в среднем на 30 ° C, а для централизованного теплоснабжения необходимы скважины глубиной около 2 км.В Исландии же, напротив, скважина на эту глубину сразу дает несколько десятков мегаватт электрического тока.

Виды геотермальной энергии

Геотермальную энергию можно использовать по-разному. Выбор метода зависит от местных условий и требуемой температуры.

Очень мелководная геотермальная энергия (

<5 м)

Если у вас большой площади земли , рассмотрите возможность установки системы захвата .Это закапывание трубы на 5 метров ниже поверхности земли. Эта относительно длинная труба содержит жидкостный теплообменник и соединена с тепловым насосом.

Мелководная геотермальная энергия (50-300 м)

Это решение идеально подходит для больших зданий в городе . Это более эффективно, а также более дорого и технически сложнее в реализации. С практической точки зрения вертикальное бурение происходит на глубину от 10 до 300 метров. Трубы также подключаются к тепловому насосу и могут содержать либо специальную жидкость, либо подземную горячую воду (при наличии).

Глубокая геотермальная энергия (> 1000 м)

Это решение используют городские тепловые сети и электростанции . Земля вырыта на глубине 1000 метров и обеспечивает перегретый пар, необходимый для этих больших установок.

Преимущества геотермальной энергии

Тепло почвы будет оставаться постоянным и доступным, пока существует наша планета. Кроме того, летом и зимой почва имеет постоянную температуру 12 ° C на глубине 5 метров (в наших широтах).Ваша система отопления будет работать даже в самые суровые зимы!

Затраты на установку геотермальной системы высоки, но системы могут работать в течение 50 лет при минимальном техническом обслуживании. Рентабельность вложения гарантирована!

Возможна ли геотермальная энергия в Брюсселе?

Недра Брюсселя очень подходят для мелководной геотермальной энергии (до 200 метров). В настоящее время ведется бурение с целью картирования геотермального потенциала Брюсселя.

При правильном использовании геотермальная энергия могла бы обеспечить 10% потребности города в тепле !

Узнайте больше о геотермальной энергии в Брюсселе

Принципы и компоненты геотермальных тепловых насосных систем

Что означает геотермальная энергия? Гео просто означает «земля», а термический означает «связанный с теплом или вызванный им». Например: горячие источники = термальные воды, напряжение из-за тепла = термическое напряжение, а изоляция, задерживающая поток тепла = теплоизоляция.

Отсюда мы можем получить базовое определение геотермальной энергии: «связанная с теплом земли или вызванная им». Геотермальные тепловые насосы — один из способов использования этого тепла. Геотермальные тепловые насосы, также называемые наземными (может быть землей или грунтовыми водами) тепловыми насосами или системами земной энергии (ESS), используют систему оборудования и трубопроводов для передачи тепла от земли к жилому пространству зимой и от занятое пространство до земли летом.

Что такое тепловой насос? Тепло естественным образом передается от более теплых веществ к более холодным.Например, если у вас есть стакан, полный льда, и вы поставите его на стол, лед растает, если температура в комнате поднимется выше 32 градусов по Фаренгейту. На самом деле происходит то, что тепло из комнаты течет к льду в стекле, повышая его температуру. Оставшись в покое, и лед, и комната обретут равновесие.

Тепловой насос меняет это положение, заставляя тепло переходить от более низких температур к более высоким. Геотермальные тепловые насосы действуют так же, как тепловые насосы «воздух-воздух», но, поскольку разница температур намного более умеренная, энергия, необходимая для работы системы, намного меньше. Тепло земли также можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд до 125 градусов. Зимой геотермальные тепловые насосы отводят тепло от земли через жидкость, такую ​​как грунтовые воды, растворы антифриза или хладагенты. Затем это тепло передается в воздух в помещении через тепловой насос. В летние месяцы этот процесс обратный; тепло извлекается из воздуха в помещении и передается земле через грунтовые воды или раствор антифриза. В системе прямого расширения (DX) в теплообменнике грунт-тепло используется хладагент вместо раствора антифриза.

Геотермальные тепловые насосы доступны для использования как в системах воздушного, так и в водяном отоплении. Они также могут быть спроектированы и установлены для обеспечения только обогрева, обогрева с «пассивным» охлаждением или обогрева с «активным» охлаждением. Системы только отопления не обеспечивают охлаждения. Пассивные системы охлаждения обеспечивают охлаждение путем прокачки холодной воды или антифриза через систему без использования теплового насоса для помощи в процессе. В системах активного охлаждения используется тепловой насос.

Летом (режим охлаждения) тепло отводится изнутри помещения, в данном примере 70 градусов, на землю, которая имеет постоянную температуру 55 градусов.В этой ситуации вместо того, чтобы требовать, чтобы тепловой насос перекачивал тепло из холодильника в более теплую область, существует естественный поток тепла от более теплых 70 градусов к более прохладным 55 градусам. Обычно этот процесс не требует помощи теплового насоса. Затем, зимой (режим отопления), тепло необходимо отводить из земли с постоянными 55 градусами и отводить в помещение, поддерживающее температуру 70 градусов. Поскольку 55 градусов намного выше ограничения тепловых насосов в 45 градусов, можно легко увидеть экономию.В отличие от тепловых насосов с воздушным источником, которые сегодня обычно используются во многих домах, ленточное электрическое отопление не требуется.

При использовании теплового насоса с воздушным источником летом (режим охлаждения) тепло отводится изнутри помещения, в данном примере 70 градусов, до температуры наружного воздуха 95 градусов. Такой отвод тепла от более холодного вещества к более теплому требует, чтобы тепловой насос обращал естественный поток тепла. Зимой (режим отопления) тепло отводится от наружного воздуха при температуре 0 градусов и доставляется во внутреннее пространство, которое поддерживается на уровне 70 градусов.Поскольку это также меняет естественный поток тепла, требуется тепловой насос. К сожалению, поскольку разница между температурой в помещении и температурой наружного воздуха настолько велика, тепловой насос сам по себе не может выполнить эту задачу. Из-за этого необходимо обеспечить резервное тепло, обычно в виде тепла от электрической ленты. Он устроен таким образом, что электрическая полоса нагревается, когда температура наружного воздуха опускается ниже 45 градусов. Другой способ взглянуть на это — сказать, что если температура наружного воздуха ниже 45 градусов, тепловые насосы источника воздуха неэффективны.По этой причине воздушные тепловые насосы обычно не рекомендуются для использования в более холодном климате на севере США и в Канаде. Хотя электрическая компания может предложить скидки на установку теплового насоса с воздушным источником, это, вероятно, будет единственной экономией, которую вы, как домовладелец, понесете.

Легко понять, почему геотермальная энергия так привлекательна и откуда берется экономия энергии. Кроме того, поскольку снаружи нет оборудования, техническое обслуживание можно легко запланировать круглый год. Еще одна экономия заключается в том, что оборудование больше не подвергается экстремальным погодным условиям зимой и летом.

Геотермальные тепловые насосы имеют внутренние компоненты и внешний теплообменник. Теплообменник может быть одного из двух типов: система с замкнутым контуром или система с открытым контуром. В системе с замкнутым контуром вся жидкость, которая покидает здание, чтобы пройти через теплообменник, будет доставлена ​​обратно в здание после того, как он завершит свой цикл. В системе с открытым контуром воду откачивают из колодца или колодца и направляют в здание для обмена теплом. Затем его откачивают обратно и сбрасывают в тот же водоем, из которого он был первоначально откачан.Для разомкнутой системы можно использовать поля вертикальных стволов скважин. Из систем с замкнутым контуром существует три различных ориентации контура теплообменника, все из которых скрыты под землей.

Горизонтальные грунтовые теплообменники с замкнутым контуром закапывают в среднем на глубину от 5’-0 дюймов до 8’-0 дюймов. На этой глубине температура земли составляет почти постоянные 55 градусов и не зависит от климата и погодных условий. Внешний трубопровод устанавливается горизонтально и должен быть очень длинным, чтобы передавать необходимое количество тепла.После того, как теплообменник закопан, вода или другой хладагент циркулирует по контуру. Один из способов ограничить длину горизонтальных желобов, используемых для размещения теплообменника, — это использовать изделие, напоминающее «Слинки». Они были изобретены, чтобы закопать мили трубопроводов в ограниченном пространстве. Другой тип используемого теплообменника может быть закопан в близлежащем пруду или озере. Опять же, трубы в стиле «обтягивающего» типа могут быть использованы для минимизации длины трубы, которая должна быть заглублена. Поскольку трубопровод является плавучим и наполнен воздухом, он сначала заполняется, а затем используются бетонные блоки, чтобы опустить теплообменник на дно пруда или озера.

Скважинные теплообменники (BHE), также называемые скважинными теплообменниками (DHE), используются там, где площадь земельного участка ограничена. Например, они могут располагаться под паркингом или даже под самим зданием. В системе этого типа вертикальные отверстия просверливаются в земле по шаблону. Затем в просверленные отверстия вставляются петли трубопровода и соединяются коллектором вверху. Читатель не хотел бы размещать скважины под зданием из-за сложности обслуживания оборудования.Хотя скважинные теплообменники рассчитаны на срок службы от 50 до 75 лет, никто не знает, какой вид обслуживания может потребоваться, поскольку системы в течение этого времени нигде не устанавливались. Скважинные теплообменники также могут использоваться в системах с открытым контуром.

Геотермальные тепловые насосы стоят около 2500 долларов за тонну мощности. Например, если в типичном доме используется трехтонный агрегат, то геотермальный тепловой насос будет стоить около 7500 долларов, что почти вдвое больше, чем обычная система теплового насоса.Вы также должны учитывать стоимость бурения, рытья траншей и установки контуров скважин, коллекторов или трубопроводов в зависимости от типа системы. В среднем стоимость бурения может составлять от 10 000 до 30 000 долларов, в зависимости от местности и составляющих грунта. Но эффективная геотермальная система позволяет сэкономить на счетах за коммунальные услуги, так что вложения окупятся за пять-десять лет.

Геотермальные тепловые насосы требуют незначительного обслуживания, поскольку они относительно долговечны по сравнению с обычными тепловыми насосными системами, в которых конденсаторный блок находится снаружи.В них меньше механических компонентов, чем в других системах, и большинство из них находятся под землей или внутри помещений, защищенных от погодных условий. Подземный трубопровод, используемый в системе, часто имеет гарантированный срок службы от 25 до 50 лет и более и практически не вызывает беспокойства. Компоненты внутри небольшие и легко доступны для обслуживания. Как и в обычной системе приточного воздуха, теплый и прохладный воздух распределяется по воздуховодам в комнаты. Кроме того, поскольку нет внешнего конденсаторного агрегата, как в системах кондиционирования воздуха или обычных тепловых насосах, геотермальные системы работают намного тише.

Как работает геотермальная энергия | SaveOnEnergy.com

Под поверхностью земли находится природный источник энергии, существующий веками. Под землей, далеко под нами, есть бассейны с водой, нагретой магмой (или расплавленными породами). Эти водоемы составляют наши геотермальные резервуары. Использование силы земных температур для питания, обогрева или охлаждения наших домов и предприятий — это сущность геотермальной энергии.

По данным Ассоциации геотермальной энергии, в настоящее время геотермальные электростанции расположены более чем в 80 странах, и хотя Соединенные Штаты в настоящее время являются мировым лидером в области геотермальной энергетики, другие страны, такие как Индонезия, Турция и Кения, также находятся в процессе расширения своих мощностей. .

Первая геотермальная электростанция в Соединенных Штатах была построена компанией Pacific Gas and Electric в 1960 году в районе под названием Гейзеры. Калифорния, расположенная в горах Маякамас к северу от Сан-Франциско, является крупнейшим геотермальным полем в мире. В настоящее время здесь расположены 22 геотермальные электростанции, известные как Комплекс Гейзеров, и он считается крупнейшей геотермальной электростанцией в мире.

Геотермальная энергия не требует сжигания каких-либо ископаемых видов топлива.Используемая горячая вода или пар возвращаются в землю после того, как они используются, где их можно использовать снова, что также делает их возобновляемым источником энергии.

Геотермальные электростанции

Есть три основных типа геотермальных электростанций, которые вырабатывают электроэнергию несколько разными способами.

Установки сухого пара — наиболее распространенные типы геотермальных электростанций, на их долю приходится около половины установленных геотермальных электростанций. Они работают, подавая горячий пар из подземных резервуаров прямо в турбины из геотермальных резервуаров, которые приводят в действие генераторы для выработки электроэнергии. После включения турбин пар конденсируется в воду и возвращается в землю через нагнетательную скважину.

Паровые установки мгновенного действия отличаются от сухого пара тем, что они перекачивают горячую воду, а не пар, непосредственно на поверхность. Эти парогенераторы нагнетают горячую воду под высоким давлением из-под земли в «расширительный бак» на поверхности.

Расширительный бак имеет гораздо более низкую температуру, в результате чего жидкость быстро «вспыхивает» в пар. Производимый пар приводит в действие турбины. Пар охлаждается и конденсируется в воду, где через нагнетательную скважину закачивается обратно в землю.

В этих установках с бинарным циклом основное отличие состоит в том, что вода или пар из-под земли никогда не вступают в прямой контакт с турбинами. Вместо этого вода из геотермальных резервуаров прокачивается через теплообменник, где она нагревает вторую жидкость, например изобутен (который кипит при более низкой температуре, чем вода.)

Эта вторая жидкость нагревается до пара, который приводит в действие турбины, приводящие в действие генератор. Горячая вода из земли возвращается в землю через нагнетательную скважину, а вторая жидкость возвращается через турбину и обратно в теплообменник, где ее можно использовать снова.

Геотермальные тепловые насосы

Электроэнергия вашего дома с помощью геотермального теплового насоса позволяет использовать температуры ниже поверхности земли для обогрева или охлаждения конструкции.Несмотря на то, что температура над землей колеблется в разные сезоны в течение многих лет, температура под поверхностью остается постоянной между 50˚F — 60˚F круглый год.

Есть четыре типа насосов, три системы с обратной связью и системы с открытым контуром. Каждый зависит от типа почвы, климатических условий и имеющейся земли.

Горизонтальные системы с замкнутым контуром являются наиболее экономичными для жилых помещений. Для более крупных коммерческих зданий чаще используются вертикальные системы с замкнутым контуром.Иногда они могут опускаться на 400 футов глубиной. Замкнутые контуры, построенные под или в пруду или озере, обычно самые дешевые.

В системах с замкнутым контуром смесь воды и антифриза циркулирует по петле труб под землей (или под водой) и попадает в здание. Зимой (как показано выше) температура под землей выше, чем на воздухе, поэтому перекачиваемая жидкость теплее. Затем электрические компрессоры и теплообменники передают тепло по каналам в здании.

Летом трубы отводят тепло от здания, и оно поглощается землей или водой. Поскольку жидкость летом уже прохладна и теплее воздуха зимой, системе обогревателя и кондиционера не приходится работать так же интенсивно.

В системах с разомкнутым контуром вода забирается непосредственно из источника воды в тепловой насос, где затем ее можно повторно использовать в том же источнике или перекачивать в другой источник воды (без загрязнения).Единственная разница между входящей и исходящей водой — это небольшое изменение температуры. Хотя они могут быть дешевле, для них также требуется постоянный поток воды, способный обеспечить энергией ваш дом.

Эти четыре типа геотермальных тепловых насосов могут использоваться по всей стране из-за постоянной температуры под поверхностью, но они различаются по эффективности и экономии средств.

Одно из больших достижений геотермальной энергетики будущего — усовершенствованная геотермальная система (EGS).Традиционно геотермальная энергия должна использоваться там, где существуют геотермальные резервуары, а это в основном на западе Соединенных Штатов. Фактически, по данным Министерства энергетики США, геотермальная энергия уже обеспечивает около 60% электроэнергии на побережье Северной Калифорнии. Таким образом, EGS создает инженерные геотермальные резервуары, закачивая холодную воду на тысячи футов под землей, чтобы получить доступ к горячей воде и произвести пар, необходимый для электростанций на поверхности.

Поскольку геотермальная энергия является возобновляемым природным ресурсом, воспринимайте ее как дар земли, который продолжает давать.Хотя со временем часто возникает необходимость в бурении дополнительных скважин для поддержания уровня производства энергии, Земля постоянно выделяет тепло, которое выделялось, когда наша планета формировалась миллиарды лет назад. В следующий раз, когда вы увидите гейзер вроде Old Faithful в Йеллоустонском национальном парке, стреляющий горячим паром и водой высоко в воздух, представьте, что та же самая энергия используется для выработки электроэнергии.

Узнайте больше о геотермальной энергии и других видах энергии для вашего дома с помощью SaveOnEnergy.

Источники:

Что такое геотермальная энергия? Как это работает?

Содержание

Щелкните по ссылкам ниже, чтобы перейти к разделу руководства:

Нажмите здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

Слово «геотермальный» имеет греческие корни от γη (гео), что означает земля, и θερμος (термос), что означает горячий.

В некоторых странах уже тысячи лет он используется для приготовления пищи и в системах отопления.Подземные геотермальные резервуары пара и нагретой воды могут использоваться для производства электроэнергии и других применений для отопления и охлаждения.

Одним из примеров отопления и охлаждения является установка геотермального теплового насоса на глубине около 10 футов под землей. Эти трубы заполнены водой или раствором антифриза. Вода перекачивается по замкнутому контуру труб. Эти системы тепловых насосов с грунтовым источником помогают охлаждать здания летом и поддерживать тепло летом. Это происходит за счет поглощения тепла земли, когда вода циркулирует обратно в здание.

Геотермальная вода используется для выращивания растений в теплицах, для централизованного теплоснабжения домов и предприятий. Его также можно прокладывать под дорогами для таяния снега.

Для использования геотермальных ресурсов в подземных резервуарах пробурены скважины глубиной до мили или более. Эти ресурсы можно эксплуатировать за счет естественного тепла, проницаемости горных пород и воды или посредством усовершенствованных геотермальных систем, которые увеличивают или создают геотермальные ресурсы посредством процесса, называемого гидравлическим воздействием.Эти геотермальные ресурсы, природные или улучшенные, приводят в действие турбины, связанные с генераторами электроэнергии.

Первый зарегистрированный случай использования геотермального тепла для производства электроэнергии был в Лардерелло, Италия, в 1904 году. Тем не менее, геотермальное тепло использовалось для купания с эпохи палеолита. Обезьяны в Японии также используют нагретую воду из горячих источников, чтобы согреться в зимние месяцы в горных регионах.

Геотермальные электростанции бывают трех различных исполнений; сухой пар, мгновенный и бинарный:

• Самый старый тип — сухой пар, который забирает пар непосредственно из трещин в земле для вращения турбины.
• Flash-установки забирают горячую воду под высоким давлением из-под земли и смешивают ее с более холодной водой под низким давлением. Это, в свою очередь, создает пар, который используется для привода турбины.
• Бинарные установки используют горячую воду, пропускаемую через вторичную жидкость, которая имеет более низкую точку кипения, чем вода. Вторичная жидкость превращается в пар, который приводит в движение турбину. Ожидается, что большинство будущих геотермальных электростанций будут бинарными.

Соединенные Штаты — крупнейший производитель в мире.У них также есть крупнейшая геотермальная разработка в мире, расположенная в Гейзерах к северу от Сан-Франциско, Калифорния. Несмотря на название, здесь нет гейзеров, а вся энергия используется только паром, а не горячей водой.

Первая энергетическая скважина была пробурена в 1924 году, еще больше скважин было пробурено в 1950-х годах, а с 1970-х годов началось дальнейшее развитие.

Другие страны, такие как Исландия, имеют хорошие возможности для разработки геотермальных ресурсов, что они и использовали с 1907 года. С 25 действующими вулканами и 600 горячими источниками 25% энергии Исландии вырабатывается пятью геотермальными электростанциями.

В качестве источника возобновляемой энергии основным преимуществом геотермальной энергии является экология. Он производит лишь шестую часть углекислого газа, выбрасываемого электростанцией, работающей на чистом природном газе.

Геотермальная энергия также дешевле, чем обычная энергия, с экономией до 80% по сравнению с ископаемым топливом.

В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, он постоянно доступен.

Несмотря на то, что геотермальная энергия недорогая, экологичная и экологически чистая, она не лишена недостатков.

Во-первых, добыча ограничена областями вблизи границ тектонических плит. Кроме того, некоторые места могут остыть после десятилетий использования.

Хотя после постройки завода это дешевле, чем ископаемое топливо, бурение и разведка этих участков обходятся дорого. Отчасти это связано с износом сверл и других инструментов в таких агрессивных средах.

Геотермальные растения могут выделять сероводород — газ, который пахнет тухлыми яйцами. Наконец, некоторые геотермальные жидкости содержат низкие уровни токсичных материалов, которые необходимо утилизировать.

Благодаря опыту TWI в области покрытий и свойств материалов, помимо нашей обширной работы в нефтегазовой отрасли, мы имеем прекрасные возможности для использования этого опыта в этой области.

Например, знание износостойких материалов TWI дает потенциальные решения для геотермального бурения.Кроме того, наши знания в области структурной целостности и управления целостностью, а также наш опыт в соединении имеют прямое применение в геотермальных проектах.

TWI уже работает над рядом проектов вместе с ведущими мировыми компаниями в области геотермальных технологий и энергетики.

Дополнительная информация

Как работает геотермальная энергия | Союз неравнодушных ученых

Будущее геотермальной энергетики

Геотермальная энергия может сыграть значительную роль в продвижении Соединенных Штатов (и других регионов мира) к более чистой и устойчивой энергетической системе. Это одна из немногих технологий использования возобновляемых источников энергии, которая может обеспечивать непрерывную подачу электроэнергии при базовой нагрузке. Кроме того, в отличие от угольных и атомных электростанций, бинарные геотермальные электростанции могут использоваться в качестве гибкого источника энергии для уравновешивания переменного предложения возобновляемых ресурсов, таких как ветер и солнце. Бинарные установки имеют возможность увеличивать и уменьшать производительность несколько раз в день, от 100 процентов номинальной мощности до минимальных 10 процентов [1].

Стоимость электроэнергии от геотермальных установок также становится все более конкурентоспособной.Управление энергетической информации США (EIA) прогнозировало, что приведенная стоимость энергии (LCOE) для новых геотермальных электростанций (которые будут введены в эксплуатацию в 2019 году) будет меньше 5 центов за киловатт-час (кВтч), в отличие от более 6 центов для новых установки природного газа и более 9 центов за новый традиционный уголь [12]. Есть также светлое будущее для прямого использования геотермальных ресурсов в качестве источника тепла для домов и предприятий в любом месте.

Однако для того, чтобы в полной мере использовать потенциал геотермальной энергии, две новые технологии требуют дальнейшего развития: усовершенствованные геотермальные системы (EGS) и совместное производство геотермальной электроэнергии в нефтяных и газовых скважинах.

Усовершенствованные геотермальные системы. Геотермальное тепло возникает повсюду под поверхностью земли, но условия, которые заставляют воду циркулировать к поверхности, находятся менее чем на 10 процентах площади суши Земли. Подход к улавливанию тепла в засушливых районах известен как усовершенствованные геотермальные системы (EGS) или «горячая сухая порода». Коллекторы горячих горных пород, обычно на большей глубине от поверхности, чем традиционные источники, сначала разрушаются путем прокачки через них воды под высоким давлением.Затем растения прокачивают больше воды через расколотые горячие камни, где она нагревается, возвращается на поверхность в виде пара и приводит в действие турбины для выработки электроэнергии. Затем вода возвращается в пласт через нагнетательные скважины для завершения циркуляционного контура. Установки, использующие бинарный цикл с замкнутым контуром, не выделяют никаких жидкостей или улавливающих тепло выбросов, кроме водяного пара, который может использоваться для охлаждения [13].

Исследование, проведенное Массачусетским технологическим институтом в 2006 году, показало, что технология EGS может обеспечить к 2050 году 100 гигаватт электроэнергии [14].Министерство энергетики, несколько университетов, геотермальная промышленность и фирмы венчурного капитала (включая Google) сотрудничают в исследовательских и демонстрационных проектах, чтобы использовать потенциал EGS. Геотермальный проект Newberry в Бенде, штат Орегон, недавно добился значительного прогресса в сокращении затрат на проект EGS и устранении рисков для будущего развития [15]. Министерство энергетики надеется, что EGS будет готова к коммерческой разработке к 2015 году. Австралия, Франция, Германия и Япония также имеют программы НИОКР, которые сделают EGS коммерчески жизнеспособным.

Одной из причин для тщательного рассмотрения с EGS является возможность индуцированной сейсмической активности, которая может возникнуть в результате бурения и разработки горячей сухой породы. Этот риск аналогичен риску, связанному с гидравлическим разрывом пласта, все более широко используемым методом бурения нефтяных и газовых скважин, а также с улавливанием и хранением углекислого газа в глубоких засоленных водоносных горизонтах. Хотя это потенциально серьезная проблема, риск индуцированного сейсмического события, связанного с EGS, которое может почувствовать окружающее население или которое может нанести значительный ущерб, в настоящее время кажется очень низким, если проекты расположены на соответствующем расстоянии от основных линий разломов и контролируются должным образом.Соответствующий выбор площадки, оценка и мониторинг трещин в горных породах и сейсмической активности во время и после строительства, а также открытая, прозрачная связь с местными сообществами также имеют решающее значение.

Низкотемпературное и совместное производство геотермальной электроэнергии в нефтяных и газовых скважинах. Низкотемпературная геотермальная энергия получают из геотермальной жидкости, находящейся в земле при температуре 150ºC (300ºF) или ниже. Эти ресурсы обычно используются в приложениях прямого использования, таких как отопление зданий, но также могут использоваться для производства электроэнергии с помощью геотермальных процессов с двойным циклом.Уже разрабатываемые нефтяные и газовые месторождения представляют собой большой потенциальный источник этого вида геотермальной энергии. Во многих существующих нефтегазовых резервуарах присутствует значительное количество высокотемпературной воды или подходящие условия высокого давления, которые могут позволить совместное производство геотермальной электроэнергии наряду с добычей ресурсов нефти и газа. В некоторых случаях использование этих геотермальных ресурсов может даже повысить добычу нефти и газа.

По оценкам исследования Массачусетского технологического института, к 2050 году Соединенные Штаты имеют потенциал для выработки 44 000 МВт геотермальных мощностей за счет совместного производства геотермальной электроэнергии на нефтяных и газовых месторождениях, в первую очередь в штатах Юго-Восточный и Южный равнин. В исследовании прогнозировалось, что такие передовые геотермальные системы могут обеспечивать 10 процентов электроэнергии базовой нагрузки в США к 2050 году с учетом НИОКР и развертывания в течение следующих 10 лет [17].

По данным Министерства энергетики США, ежегодно в нефтяных и газовых скважинах США добывается в среднем 25 миллиардов баррелей горячей воды. Эта вода, которая исторически считалась неудобством для операторов скважин, могла быть использована для производства до 3 гигаватт чистой и надежной энергии базовой нагрузки [16]. Эта энергия может не только сократить выбросы парниковых газов, но и повысить прибыльность и продлить срок службы существующей инфраструктуры нефтяных и газовых месторождений.Управление геотермальных технологий Министерства энергетики работает над достижением цели — повсеместного производства низкотемпературной геотермальной энергии к 2020 году.

Эти захватывающие новые разработки в области геотермальной энергии будут поддерживаться беспрецедентным уровнем федерального финансирования НИОКР. В соответствии с Законом США о восстановлении и реинвестировании от 2009 года на Программу геотермальных технологий Министерства энергетики было выделено 400 миллионов долларов нового финансирования. Из этих 90 миллионов долларов было потрачено на финансирование семи демонстрационных проектов, чтобы доказать возможность применения технологии EGS.Еще 50 миллионов долларов были профинансированы на 17 демонстрационных проектов других новых технологий, включая совместное производство нефти и газа и низкотемпературную геотермальную энергию. Остальные средства пошли на геологоразведочные технологии, расширение использования геотермальных тепловых насосов и другие виды использования. Эти инвестиции уже начинают расширять горизонты производства геотермальной энергии и, вероятно, продолжат приносить значительные чистые выгоды в будущем [17].

Артикул:

[1] Ассоциация геотермальной энергии (GEA).2013. Геотермальная энергия: Обзор международного рынка.

[2] Управление энергетической информации США (EIA). 2012. Международная энергетическая статистика. Возобновляемые источники энергии: Производство электроэнергии: Геотермальная энергия.

[3] Ассоциация геотермальной энергии (GEA). 2013. Годовой отчет о производстве и развитии геотермальной энергии США за 2013 год. Данные SNL.

[4] Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL). 2012. Технические возможности возобновляемых источников энергии США: анализ на основе ГИС.

[5] Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).2010. Данные о стоимости и эффективности энергетических технологий. Данные о стоимости и производительности энергетических технологий.

[6] Calpine. Гейзеры.

[7] Город Санта-Роза, Калифорния. Расширение гейзеров.

[8] Virginia Tech. Горячие источники на юго-востоке США.

[9] Национальное управление энергетики и Министерство промышленности и торговли Исландии. 2006. Энергия в Исландии: историческая перспектива, нынешнее состояние, перспективы на будущее, второе издание.

[10] Министерство энергетики — Национальная лаборатория Окриджа (ORNL).2008. Геотермальные (наземные) тепловые насосы: состояние рынка, препятствия для внедрения и действия по преодолению препятствий. Отчет ORNL / TM-2008/232.

[11] Energy Star. Федеральные налоговые льготы на энергоэффективность.

[12] Управление энергетической информации США (EIA). 2014. Annual Energy Outlook 2014.

.

[13] Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE). 2008a. Оценка усовершенствованной технологии геотермальных систем. Вашингтон, округ Колумбия: Министерство энергетики США.

[14] Tester, J.и другие. 2006. Будущее геотермальной энергии: влияние усовершенствованных геотермальных систем (EGS) на Соединенные Штаты в 21 веке. Массачусетский технологический институт и Национальная лаборатория Айдахо.

[15] Ассоциация геотермальной энергии (GEA). 2013. Годовой отчет о производстве и развитии геотермальной энергии в США.

[16] Министерство энергетики США ,.