אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מקורות אנרגיה חלופיים

אנרגיה גיאותרמית מתקבלת ממקורות חום עם טמפרטורות גבוהות, יש לה כמה תכונות. אחד מהם הוא שטמפרטורת נוזל הקירור נמוכה משמעותית מהטמפרטורה במהלך שריפת הדלק. למרות העובדה שסך הכל הרזרבות של אנרגיה גיאותרמית גדולה, האיכות התרמודינמית שלה נמוכה. למקורות אלה יש הרבה מן המשותף לפליטות חום תעשייתיות ואנרגיה תרמית באוקיינוס. האסטרטגיה לשימוש באנרגיה גיאותרמית נידונה בקצרה להלן.

שילוב של הזדמנויות וצרכים

מקורות גיאותרמיים קשורים תמיד לניסיונות לייצר חשמל כמוצר היקר ביותר, בעוד שהדרך הטובה ביותר לנצל אנרגיה תרמית היא להשתמש במצב משולב (ייצור חשמל וחימום). כמובן שניתן להזין חשמל למערכת החשמל ולהעביר דרכה לצרכנים יחד עם חשמל המופק ממקורות אחרים. יחד עם זאת, לא מיותר לציין שהביקוש לחום בטמפרטורות של עד 100 מעלות צלזיוס לרוב אף גבוה יותר מאשר לחשמל. לפיכך, השימוש באנרגיה גיאותרמית בצורה של חום חשוב לא פחות. ייצור חשמל עשוי להיות מעניין אם לנוזל הקירור יש טמפרטורה של יותר מ-300 מעלות צלזיוס, ולא יהיה אם האחרון נמוך מ-150 מעלות צלזיוס.

חום אינו מועבר בקלות למרחקים של יותר מ-30 ק"מ, ולכן יש להשתמש בו קרוב לאתר החילוץ. באזורי אקלים קר, חימום של דירות ומבני תעשייה יוצר צורך משמעותי בחום אם צפיפות האוכלוסין היא יותר מ-300 נפשות ל-1 קמ"ר (יותר מ-2 בתי מגורים ל-100 קמ"ר). כך, מפעל תרמי בהספק של 1 מגוואט יכול לשרת אזור מגורים של כ-2X100 ק"מ עם צריכת חום של כ-20 קילוואט לכל בית. מערכת גיאותרמית דומה שימשה זה מכבר באיסלנד, ובמידה פחותה, בניו זילנד. צרכני חום עיקריים נוספים הם חממות (עד 20 MW/km ביחידה אחת עבור צפון אירופה), חוות דגים, מפעלי ייבוש מזון וטכנולוגיות אחרות.

קנה המידה של השימוש באנרגיה גיאותרמית נקבע על ידי מספר גורמים. העלות הדומיננטית היא עלות ההון של בניית באר, שעלותה עולה באופן אקספוננציאלי עם הגדלת העומק. מכיוון שהטמפרטורה עולה עם העומק, וייצור האנרגיה עולה עם הטמפרטורה, ברוב המקרים, עומק הבאר האופטימלי מוגבל לכ-5 ק"מ. כתוצאה מכך, קנה המידה של תחנות כוח נבחר בדרך כלל להיות יותר מ-100 מגוואט (חשמלי או תרמי - לטמפרטורות גבוהות, רק תרמיות - לטמפרטורות נמוכות).

ניתן להגדיל את כמות החום הכוללת המוחזרת מבאר גיאותרמית על ידי הזרקה חוזרת של פסולת ומים מקוררים חלקית. זוהי דרך נוחה להיפטר ממי שפכים, שעלולים להיות מינרליים מאוד (המכילים עד 25 ק"ג/מ"ק של מלחים) והם מזהמים סביבתיים מסוכנים. עם זאת, הדבר מביא לעלייה בעלות התחנות.

טכניקת מיצוי חום

הפרויקטים המיושמים המוצלחים ביותר כוללים קידוחים ישירות לתוך מאגרים תת קרקעיים טבעיים של אזורים גיאותרמיים (איור 1). שיטה זו משמשת בגייזרים (קליפורניה) וב-Wairakei (ניו זילנד), שם יש לחץ משמעותי בבארות. שיטות דומות משמשות להפקת אנרגיה מאקוויפרים באזורים תרמיים גבוהים שבהם הלחץ הטבעי מספיק כדי לוותר על מערכות שאיבה.

ההתפתחויות האחרונות מתמקדות בהפקת חום מסלעים יבשים, מכיוון שהם יכולים לספק פרודוקטיביות גבוהה יותר ממקורות מים. קבוצת המומחים המובילה (Los Alamos Scientific Laboratory, ארה"ב) פיתחה שיטות לריסוק סלעים על ידי שבירה הידראולית באמצעות מים קרים המוזרקים בלחץ לבאר (איור 1). לאחר ריסוק סלע ראשוני מוזרקים מים דרך באר אספקה, מסוננים דרך סלעים בעומק של כ-5 ק"מ בטמפרטורה של 250 מעלות צלזיוס, מים חמימים חוזרים לפני השטח דרך באר קולטת. שתי בארות כאלה יכולות לספק אנרגיה למפעל ג'יגה וואט.

אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית
איור.6.1. פריסת תחנות הידרותרמיות באזור ההיפר-תרמי (Geysers geothermal field, קליפורניה): 1 - גייזר טבעי; 2 - תחנת כוח; 3 - באר עמוקה (5 ק"מ); 4 - מקור מים קיטור (~280 מעלות צלזיוס); 5 - מעטפת; 6 - סלעים חמים

מערכות לייצור חשמל ואנרגיה תרמית. הבחירה של מחליפי חום וטורבינות למקורות גיאותרמיים קונבנציונליים היא משימה מורכבת הדורשת מומחיות מיוחדת. מספר אפשרויות לתוכניות אפשריות של GeoTPP מוצגות באיור. 6.2.

אם משתמשים במקורות בטמפרטורה נמוכה לייצור חשמל, אזי יש להשתמש בנוזלי עבודה אחרים (למשל פריאון, טולואן) במקום מים כדי להניע את הטורבינות. סוגים חדשים של טכנולוגיה צריכים להיות יעילים יותר. קשיים מיוחדים עשויים להתעורר עם מחליפי חום עקב הריכוז הגבוה של כימיקלים שונים במי באר. עלות ההון של בניית GeoTPP נעה כיום בין $1500 ל-$2500. לקילוואט של כוח חשמלי מותקן, הדומה לאלו של תחנות כוח גרעיניות ותחנות כוח תרמיות.

הצרכנים העיקריים של משאבים גיאותרמיים בעתיד הקרוב והרחוק יהיו ללא ספק אספקת חום, ובמידה פחותה בהרבה, ייצור חשמל. עדיפות אספקת החום במאזן השימוש בחשמל גיאותרמי.

אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית
איור.6.2. דוגמאות לארגון המחזור לייצור חשמל. בצע מחזור עם נוזל עבודה אחד, למשל, עם מים או פריאון (א); מחזור עם שני נוזלי עבודה - מים ופריאון (ב); מחזור קיטור ישיר (s) ומחזור מעגל כפול (d); I - מקור גיאותרמי; II - מחזור טורבינה; III - קירור מים

טכנולוגיה גיאותרמית להפקת אנרגיה תרמית מתת הקרקע היא מכלול של שיטות, אמצעים ותהליכים להפקה, עיבוד ואספקה של נושא חום באיכות נתונה ורמת שוק של יעילות כלכלית של השימוש בו. השימוש באנרגיה גיאותרמית בטמפרטורה נמוכה של עומקים רדודים יכול להיחשב כתופעה טכנית וכלכלית כלשהי או כמהפכה של ממש במערכת אספקת החום. בתוך פחות מ-10 שנים פותחה בארה"ב טכנולוגיה מרובת וריאציות ונבנו מאות אלפי מערכות אספקת חום פועלות. לפחות 50-80 אלף מערכות חדשות מופעלות מדי שנה. טכנולוגיה זו מיושמת בהצלחה במדינות אחרות בעולם: שבדיה, שוויץ, קנדה, אוסטריה, גרמניה, רוסיה. בשנת 2002 פעלו בעולם כ-450 מערכות כאלה בהספק כולל של 2.9 GW (t), עם ממוצע של -10 קילוואט (ט).

מערכות גיאותרמיות עיליות (רדודות) משמשות לחימום וקירור סוגים שונים של מבני מגורים (מיחידים ועד ריבוי דירות), תחנות דלק, סופרמרקטים, כנסיות, מוסדות חינוך וכו'.

המהות של הטכנולוגיות הנחשבות, המיוצגות על ידי מערכות קרובות לפני השטח (מתקני כרייה ואנרגיה) עם חילופי חום בבארות ותעלות, היא יצירת מחליף חום תת קרקעי, עם מעגל סגור או פתוח, הממוקם בעומק רדוד (50). - 300 מ') ומחוברת למשאבת חום המותקנת בתוך חדר מחומם (איור 6.3). במקביל, בשטחה של מרכז רוסיה, ניתן להשתמש בטמפרטורות סלע בטווח שבין 7 ל-15 מעלות צלזיוס.

מערכות אלו שואבות לא רק אנרגיה גיאותרמית שנאגרה בסלעים או במים, אלא גם אנרגיה סולארית. החלק הספציפי של אנרגיה זו או אחרת המשמשת את המתקן תלוי בעומק מחליף החום, בתנאים האקלימיים וההידרוגיאולוגיים של האזור.

ברוסיה, יש ניסיון חיובי בבנייה ותפעול של מתקנים גיאותרמיים כאלה. בפרט, באזור ירוסלב נבנתה מערכת אספקת חום לבית ספר כפרי גדול ופועלת זו השנה השנייה, מתוכננות ונבנות עוד שלוש יחידות מסוג זה.

אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית
א)

אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית
ב)
איור.6.3. מערכת גיאותרמית משטחית (רדודה) עם חילופי חום: a - ערוצים אופקיים; ב - בבארות

הערכה של טכנולוגיות גיאותרמיות המשמשות בפרקטיקה העולמית מראה שניתן להשתמש בהן כדי לספק מגוון רחב של צרכני אנרגיה תרמית: ממחוז מיקרו עירוני ועד בית בודד. על בסיס מערכות מחזור גיאותרמיות (GCC), המורכבות מכפילה של בארות עמוקות (עד 1,5 - 2,5 ק"מ), באמצעות משאבות חום וחימום שיא, מתקבלים מצבי חימום בטמפרטורה גבוהה (90 מעלות צלזיוס ומעלה) עם תפוקת חום של עד כמה עשרות מגוואט. הטכנולוגיה של משאבות חום מקור קרקע בבארות 50 - 150 מ' מתאימה לתנאי טמפרטורה בינונית וטמפרטורה נמוכה, ליישומים מסחריים (חנויות, משרדים וכו') ועירוניים (בתי ספר, בתי חולים וכו') ודיור ושירותים קהילתיים, עם הספק של עד 0,1-0,4, XNUMX MW.

על איור. 6.4 מציג תוכניות של אספקת חום עם מים גיאותרמיים.

איור.6.4. טכנולוגיות אספקת חום עם מיצוי אנרגיה גיאותרמית (לחץ להגדלה): א) על בסיס GCC; ב) על בסיס מחליף חום עמוק; ג) משאבות חום מקור קרקע

הקריטריון העיקרי להערכת ההשפעות החיסכון באנרגיה, הכלכליות והסביבתיות של מתקנים גיאותרמיים עם משאבת חום חשמלית הוא מקדם השימוש של נושאי אנרגיה ראשוניים (PIEC), אשר נקבע על פי תוצר היעילות. ייצור חשמל (CPIe = 0,30 - 0,35) לפי הממוצע, לאורך חיי המתקן, מקדם ההמרה של משאבת החום (CHPTC). טווח ה-SFTC שניתן להשיג באמצעות מקורות גיאותרמיים, מאדמה ועד תמלחות מאגר, בטמפרטורות שבין 5-7 מעלות צלזיוס עד 35-40 מעלות צלזיוס, מ-3 עד 7 יחידות ומעלה. כך, בהתאם לסוג המקור, ניתן לקבל רמות KIPI מ-1,1 עד 2,5 יחידות, שהוא פי 1,2 - 7,0 גבוה יותר מאשר עבור דוודים מסורתיים (איור 6.5).

היעילות של מפעל גיאותרמי עם HP חשמלי גבוהה בהרבה בהשוואה למפעל דוודים מסורתי, ככל שהיחס בין מדדי ה-KPI שלהם גדול יותר. מכאן שהחיסכון בצריכת אנרגיה והפחתת פליטות מזיקות: 20 - 70%.

עליית המחירים של דלק מיובא ועלויות הובלה קבעו היום מראש את הפיתוח המואץ של אנרגיה גיאותרמית בקמצ'טקה, איי קוריל ובאזורים הצפוניים של רוסיה.

על איור. 6.5 מציג את המקדמים לשימוש של נושאי אנרגיה ראשוניים בדוודים מסורתיים וגיאותרמיים.

אנרגיה גיאותרמית. טכניקת מיצוי מים גיאותרמית
איור.6.5. קצב ניצול משאבי אנרגיה ראשוני (PIEC) עבור דוודים קונבנציונליים (t) וגיאותרמיים (d)

לרוסיה ניסיון רב שנים בחקר שדות גיאותרמיים, ביצוע פעולות קידוח בהם והפעלת ה-GeoPP. במשך יותר מ-30 שנה, ה-Pauzhetskaya GeoPP (מדרום לקמצ'טקה) מספק את החשמל הזול ביותר לכפר אוזרנאיה, שבו מרוכז הייצור העיקרי של קוויאר אדום. עוד בשנת 1967, רוסיה הייתה המדינה הראשונה בעולם שיצרה GeoPP עם מחזור בינארי באמצעות חום בדרגה נמוכה (מים חמים - 95 מעלות צלזיוס) בשדה הגיאותרמי Paratunsky בקמצ'טקה.

מחבר: Magomedov A.M.

ראה מאמרים אחרים סעיף מקורות אנרגיה חלופיים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

עצי ברוש מתחת לחול 14.12.2007

ליד העיירה ההונגרית בוקאבראן בצפון מזרח המדינה, בה כורים פחם חום בצורה פתוחה, חשפו חופרים גזעים של עצי ברוש שצמחו כאן לפני כשמונה מיליון שנה.

סופת החול החזקה ביותר כיסתה לפתע את היער בשכבת חול בעובי שישה מטרים. אבל במהלך מיליוני השנים האחרונות, 16 עצים לא הפכו לפחם או לאבן, הגזעים שמרו על מבנה העץ. נכון, נותרו רק גדמים בעובי של שניים או שלושה מטרים ובגובה כשישה מטרים. במהלך החיים, גובהם של הברושים היה 30-40 מטר, וגילם בזמן המוות מוערך בכ-300-400 שנים.

ברגע שהוא באוויר, העץ הפך שביר, כך שהגישה לאתר המציאה סגורה לכולם מלבד מדענים. הם מקווים למצוא דרך לחזק את רקמות העצים וללמוד מהטבעות השנתיות איך היה האקלים בחלק זה של אירופה לפני שמונה מיליון שנה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ קפה פעולה איטי

▪ אלקטרוניקה תחנה את המכונית

▪ התודעה פועלת גם בהרדמה

▪ זקנה היא מחלה

▪ תגלית מהפכנית לייצור בירה

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר מילים מכונפות, יחידות ביטוי. בחירת מאמרים

▪ מאמר המדינה זה אני. ביטוי עממי

▪ מאמר כמה זמן היא השנה הארוכה ביותר? תשובה מפורטת

▪ מאמר אדום סמבוק. אגדות, טיפוח, שיטות יישום

▪ מאמר מערכת אזעקת פריצה בלייזר פשוטה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר Scheme, pinout (pinout) כבל Nokia 5110/6110. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר