地熱能:歷史、利用與未來

  • 地熱能的開發已有2.000多年的歷史。
  • 地熱藏主要有高溫熱藏、低溫地熱藏、乾岩地熱藏三種。
  • 地熱能是一種可再生且高效的供暖和發電選擇。

海洋地熱能及其潛力

您當然知道地熱能的一般意義,但是 您了解這種能量的所有基本知識嗎? 一般來說,我們說地熱能是 來自地球內部的熱能。 換句話說,地熱能是唯一不是來自太陽的再生能源。 它的更新不是無限的,儘管它仍然是 在人類規模上取之不盡、用之不竭,因此出於實用目的被認為是可再生的。

地球內部的熱源

地熱能的起源

地球內部的熱主要是由 放射性元素的衰變 例如鈾 238、釷 232 和鉀 40。另一個重要因素是 構造板塊碰撞,由於運動和摩擦而釋放熱量。在某些地區,地熱較為集中,例如附近地區 火山、岩漿流、間歇泉和溫泉。這使得能源的使用更加容易。

地熱能的利用

地熱能的使用已有 2.000 多年的歷史,羅馬人率先利用溫泉發電 溫泉浴和供暖。在近代,它被用來 建築物、溫室供暖和發電。可以從三種類型的礦藏中獲得地熱能:

  • 高溫水庫
  • 低溫水庫
  • 乾熱岩儲層

高溫水庫

它被視為存款 高溫 當水庫中的地下水因接近活躍熱源而達到 100°C 以上的溫度。為了從地下土壤中提取熱量,地質條件必須允許存在 地熱儲層,其工作原理與石油或天然氣儲層類似。被加熱的水 透過這些岩石,它往往會上升到地表,直到到達被不滲透層困住的地熱儲層。然而,如果該不滲透層存在裂縫,蒸氣或熱水就會上升並 以溫泉或間歇泉的形式出現在地表。這些熱源自古以來就被開發利用,如今它們被用於供暖和工業過程。

低溫水庫

低溫水庫是其中之一 水溫達 60 至 100°C。在這些情況下,熱流是正常的,因此不需要有活躍的熱源或不滲透層。 低溫水庫

在這裡,關鍵是在深處建立儲水庫,使其能夠達到足夠高的溫度,使其開採在經濟上可行。

乾熱岩儲層

的存款 乾熱的岩石 他們具有更大的潛力,因為他們屬於 250-300℃ 深度在 2.000 至 3.000 公尺之間。為了從這些岩石中提取熱量,需要 將它們破碎,使它們變得多孔. 乾熱岩

在該系統中,冷水從地表注入,穿過熱的多孔岩石,在此過程中升溫,然後以蒸汽形式提取以產生電力。然而,由於開採這些礦床需要壓裂和鑽井技術,因此存在困難。

極低溫地熱能

我們也可以將底土視為 15ºC時的熱源,完全可再生且取之不盡用之不竭。借助適當的收集系統和熱泵,可以將熱量轉移到溫度高達 50°C 的加熱系統,提供暖氣和生活熱水。 地熱收集系統

該系統也可在夏季使用,將熱量儲存在 40°C 的地下。主要缺點是需要很大的表面積來掩埋外電路,但其主要優點是 節能和多功能性 它既可用於加熱又可用於冷卻。

地源熱泵

此類系統的基本要素是 熱泵。此熱力學機器的運作基於 卡諾循環,取自在兩個源(一個低溫源和另一個高溫源)之間充當熱載體的氣體。 熱泵圖

該泵浦可以從地面提取 15°C 的熱量,並提高其溫度來加熱內部迴路中的空氣,從而實現比傳統空調系統更高的性能。

與地球交換電路

我們可以透過以下方式區分交換系統 地表水,較便宜但受地理限制,以及與地面的交換,可以直接或通過輔助電路。

  • 直接兌換:更簡單、更便宜,但有洩漏和凍結的風險。
  • 輔助電路:價格較貴,但可避免較大的溫度波動。

應該指出的是,透過從穩定的溫度源(例如底土)吸收熱量,這些系統可以全年提供恆定且高效的性能,無論大氣條件如何。

空調系統的性能

La 能源效率 地熱空調系統的性能非常出色:製冷性能高達 500%,製熱性能高達 400%。這意味著每使用一個單位的能量,在冷卻的情況下最多可以產生5​​個單位的熱能。 地熱性能方案

除了效率高之外,該系統還具有不依賴太陽能或風能波動的優點,因為地球提供了恆定的熱源。

地熱能分佈

地熱能分佈圖

地熱能分佈在整個地球上,但更集中在火山地區和構造斷層。美國太平洋沿岸和印尼等地區潛力巨大。然而,利用現代鑽井技術,其開採可以擴展到其他領域。

地熱能的優缺點

優點:

  • 遍佈全球的可用性。
  • 在人類規模上取之不盡,用之不竭。
  • 已知最便宜的能源。

缺點:

  • 可能釋放含硫氣體。
  • 長距離傳熱是不可行的。
  • 初始安裝成本高。

地熱能的未來

地球的地熱潛力巨大,地下儲存的能量足以滿足世界數百萬年的能源需求。隨著鑽井技術的進步,地熱能的使用預計將在工業製程、建築供暖和發電中變得越來越廣泛。未來的地熱能

隨著能夠在較低溫度下發電的無葉片渦輪機等新技術的發展,地熱能有望成為全球能源供應的重要組成部分。

因此,地熱能不僅提供了清潔和豐富的替代能源,還可以幫助我們實現更大的能源獨立,同時減少我們的碳足跡。


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