Тепловая энергия земли: Подземное тепло можно применять для выработки электроэнергии

Геотермальные тепловые насосы: возобновляемая энергия земли

Геотермальные тепловые насосы — наиболее оптимальный вариант применения альтернативных источников энергии в условиях российского климата. Позволяют осуществлять отопление, водоснабжение, вентиляцию. Энергия земли неисчерпаема. При этом она абсолютно безопасна для экологии и для человека.

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия – это энергия, которая содержится в недрах земного шара.

Как известно зимой водоем на определенной глубине никогда не замерзает, также, как и грунтовые воды в почве.

Температура нижних слоев грунта не зависит от «капризов» природы. Неважно – палит солнце, расплавляя асфальт, или мороз сковал все ледяной коркой, температура земли или воды на глубине 1-го-2-х метров остается неизменной. Люди научились использовать это свойство в своих целях.

Геотермальная энергия извлекается из:

1. грунта и грунтовых вод;

2. скальных пород;

3. водоемов.

Принцип работы геотермального теплового насоса:

Устройство теплового насоса смотрите в разделе: Отопление дома тепловым насосом.

 Твердотопливный котел длительного горения «Донтерм» ДТМ ТУРБО-30Т (http://donterm.pp.ua/), предназначен для отопления помещений, оборудованных системой водяного отопления, котел твердотопливный длительного горения Донтерм (ДТМ), работает на антраците, каменном и буром угле, дровах.

Действие геотермального насоса основано на способности газов нагреваться при сжатии, и отдавать тепло (охлаждаться) при расширении.

Охлажденный жидкий теплоноситель (хладагент или рассол) поступает в трубопровод. Труба протягивается вглубь грунта (или на дно водоема). Там теплоноситель нагревается за счет геотермальной энергии и поступает в теплообменник (испаритель), где отдает тепло внутреннему контуру теплового насоса и переходит из жидкого состояния в газообразное.

Газ попадает в компрессор. Хладагент сжимается, в результате чего его температура повышается еще больше. Затем поступает в конденсатор, и отдает тепло теплоносителю. Вновь переходит в жидкое состояние и поступает в трубопровод.

Для режима охлаждения в тепловой насос встраивается четырехходовой обратный клапан.

Способы укладки труб в грунте:

Длина трубопровода с хладагентом зависит от мощности теплового насоса. В среднем на 10 кВт – 400-450 метров. Если труба прокладывается не в грунте, а проходит по дну водоема, то для тех же тепловых потребностей достаточно будет 300 метров, поскольку коэффициент преобразования энергии в воде — выше.

На способ укладки влияют характеристики грунта, площадь участка. Варианты:

1. Горизонтальный грунтовый коллектор – трубопровод прокладывается на глубине 1-2 метра, в виде змейки или спирали. Желательно, чтобы почва была насыщена водой, участок хорошо освещался солнцем, не имел кустов и деревьев (корни могут повредить трубу).

Недостатки – задействует большую площадь (на 50-100% превышающую отапливаемую). Требует дополнительное место для временного хранения снятого слоя грунта (при монтаже труб).

2. Вертикальный грунтовый коллектор (или U-образный геотермальный зонд) – наиболее распространенный вариант укладки. Бурятся скважины, глубиной 50-150 м и трубопровод устанавливается в грунте вертикально, с петлей в основании (напоминает букву «U»). Это значительно экономит площадь участка.

Недостатки – самый дорогой способ. Необходимо приобрести или арендовать буровые установки. Могут потребоваться дополнительные согласования на монтажные работы.

3. Энергетические «корзины» (или энергетические петли) – устанавливаются вертикально на глубину до 4-5 метров в виде витков сужающейся спирали. Это позволяет обойтись без бурения скважины и при этом использовать энергию глубоких слоев земли.

Подходит для отопления и охлаждения небольших по площади коммерческих зданий или частных домов.

4. Энергетические «сваи» — бетон, залитый в скважину, не просто исполняет роль фиксатора трубы, но и является частью фундамента.


Недостаток: предусмотреть монтаж таких труб необходимо еще до начала строительных работ, на этапе проектирования.

Требования к грунту:

Больше всего подходит влажный грунт. Меньше всего – песок или гравий, неспособные удерживать влагу.

Важен уровень грунтовых вод. Учитывается структура частиц грунта – рыхлая или из твердых пород (как много трещин и какой размер). А также состав, плотность, водоемкость, теплоемкость почвы.

Преимущества применения геотермальных тепловых насосов:

— затраты на энергию сводятся к нулю,

— безопасно (нет риска взрыва, возгорания, выделения угарного газа),

— безвредно для экологии,

— геотермальная энергия легко управляется и имеет высокий КПД, является неисчерпаемой,

— позволяет отапливать, либо охлаждать помещение,

— не зависит от региона, поставщиков, колебаний валютного курса. И даже может оказывать положительное влияние на экономику страны.

Недостатки:

— высокая себестоимость оборудования и монтажа, которая нередко не окупается в условиях уральского региона. Если у вас есть газ, то лучше всего отапливать дом с помощью газового отопления.

— необходимо соответствие почвы определенным условиям, либо приближенность здания к водоему.

О применении геотермальных тепловых насосов в системах вентиляции смотрите здесь. Также тепловые насосы — это лучшее решение для пассивного дома.

©Терконт

Копирование без ссылки на terkont.ru — запрещено

Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс.

Процесс охлаждения в подробностях

В независимости от того, какой тип теплового насоса используется для отопления, в функционал теплового насоса также входит процесс охлаждения, который происходит в четыре этапа.

1. Испарение

Для того, чтобы начать процесс испарения жидкости, необходима энергия. Этот процесс можно наблюдать на примере с водой. Если емкость с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (тепловая энергия подается) вода начинает испаряться. При дальнейшем подаче тепловой энергии температура воды не повышается. Вместо этого вода полностью преобразуется в пар.

2. Сжатие газа

При сжатии газа, например воздуха (давление увеличивается), также повышается температура. Вы можете наблюдать это например, если вы придержите отверстие в велосипедном воздушном насосе и начнете процесс «накачки» воздуха, вы почувствуете тепло.

3. Конденсация

Согласно закону сохранения энергии при конденсации водяного пара, высвобождается тепловая энергия, которая ранее использовалась для испарения.

4. Расширение

При резком снижении давления в жидкости, находящейся под давлением, температура снижается в несколько раз. Это можно наблюдать на примере баллона с сжиженным газом для кемпинговой горелки. Открытие клапана может привести к образованию льда на клапане баллона с жидким газом даже летом. (Здесь давление снижается с 30 бар до 1 бар.)

Постоянное повторение процесса

Эти процессы происходят внутри теплового насоса в замкнутом контуре. Для транспортировки тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Чтобы испарить эту жидкость, используется тепловая энергия из земли или наружного воздуха. Для этого достаточно даже температуры в минус 20 градусов по Цельсию. Холодные пары хладагента затем очень сильно сжимаются компрессором. При этом их температура возрастает до 100 градусов Цельсия. Эти пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Затем давление жидкого хладагента на расширительном клапане сильно снижается. При этом температура жидкости снижается до исходного уровня. Процесс может начинаться заново.

Процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса

Проще всего объяснить этот процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса: тепловой насос «воздух-вода» может состоять из одной или двух составляющих. В обоих случаях встроенный вентилятор активно  направляет  окружающий воздух в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который переходит из одного состояния в другое при очень низких температурах. Внутри теплообменника хладагент нагревается воздухом из окружающей среды  и постепенно переходит в газообразное состояние. Для повышения температуры, возникающих при этом паров, используется компрессор. Он сжимает пары хладагента и увеличивает как давление, так и их температуру до требуемого значения.

Другой теплообменник (конденсатор) затем передает тепло от нагретых паров хладагента на отопление (теплые полы, радиаторы, буферная емкость или водонагреватель). Хладагент, находящийся под давлением отдает тепло, его температура падает и он снова переходит в жидкое состояние. Перед тем, как поступить обратно в контур, хладагент сначала расширяется в расширительном клапане. После того, как он достигнет своего исходного состояния, процесс процесс в холодильном контуре может начинаться с самого начала.

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.

Типы тепловых насосов | Atmosfera™. Альтернативные источники энергии. Солнце. Ветер. Вода. Земля.

Использование альтернативных экологически чистых источников энергии может предотвратить назревающий энергетический кризис в Украине. Наряду с поисками и освоением традиционных источников (газ, нефть), перспективным направлением является использование энергии, накапливаемой в водоемах, грунте, геотермальных источниках, технологических выбросах (воздух, вода, стоки и др.). Однако температура этих источников довольно низкая (0–25°С) и для эффективного их использования необходимо осуществить перенос этой энергии на более высокий температурный уровень (50–100 °С). Реализуется такое преобразование тепловыми насосами (TH), которые, по сути, являются парокомпрессионными холодильными машинами.

Принцип работы теплового насоса подобен бытовому холодильнику. Только в холодильнике тепло переносится из внутренней камеры на заднюю стенку, а в тепловом насосе из окружающей среды в систему отопления.

Выходящая при работе теплового насоса энергия состоит из следующих компонентов: ? тепловой энергии отбирается из источников низкопотенциального тепла, перечисленных выше, добавляется ? электроэнергии, использующейся для работы компрессора.

Чем исключительна данная технология? При подводе 1 кВт эл. энергии на совершение работы компрессора, в результате получаем 4~5 кВт тепловой энергии. Хотим обратить Ваше внимание: «Это не КПД, это коэффициент трансформации, который характеризует эффективность работы холодильной машины. На 1 кВт подведенной Эл. энергии получаем 4~5 кВт, а в некоторой случаях и больше тепловой энергии».

Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик (тепловой носитель, собирающий теплоту окружающей среды), во втором — хладагент (вещество, которое испаряется, забирая теплоту теплоотдатчика, и конденсируется, отдавая теплоту теплоприемнику), в третьем — теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания).

Внешний контур (коллектор) это уложенный в землю или в воду трубопровод, в котором циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз.

Во второй контур, где циркулирует хладагент встроены теплообменники — испаритель и конденсатор, а также устройства, которые меняют давление хладагента — дроссель и компрессор.

Третий контур – это внутренний контур, то есть сама система отопления здания или система горячего водоснабжения.

Рабочий цикл . Жидкий хладагент продавливается через дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где закипает, отбирая теплоту, поставляемую коллектором из окружающей среды. Газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор, ужимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь теплота принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается заново.

Выгодной особенностью теплового насоса является то, что в летний период, включив систему «в обратном направлении» можно получить кондиционирование. То есть тепло будет отбираться внутренним контуром здания и сбрасывать его в грунт, воду или воздух.

Тепловой насос работает по принципу цикла Карно, впервые описанном еще в 1824 году и нашедший практическое описание в 1852 году лордом Кельвином.

Рассол* циркулирует в коллекторе и поглощает тепловую энергию из земли, воздуха или воды.

Тепловой насос имеет теплообменный элемент, который называется испарителем. Тепловая энергия в нем переходит от рассола к хладагенту** (при испарении вещество поглощает тепло). У этого вещества низкую температуру кипения, что заставляет его вскипеть и превратиться в газ.

Давление хладагента повышается с помощью компрессора, что ведет к увеличению его температуры.

В конденсаторе хладагент перенаправляет тепловую энергию в отопительную систему дома (при конденсации вещество отдает тепло).

Вспомогательный охладительный элемент выжимает остаточную тепловую энергию, и хладагент преобразовывается в жидкую форму.

В расширительном вентиле давление падает.

Хладагент возвращается в испаритель, и процесс начинается заново.

* Рассол – это незамерзающая смесь, например, на основе спирта или гликоля.
** В настоящее время используется только экологически безопасные хладагенты, такие как углекислота или углеводороды. Раньше использовался Фреон.

Виды источников тепла

Геотермальная энергетика сулит новые возможности развивающимся странам

Об этом говорится в новом докладе ФАО «Использование геотермальной энергии в пищевой промышленности и сельском хозяйстве». Его авторы отмечают, что тепловая энергия может стать основным источником для обогрева теплиц, почв и воды в секторе сельского хозяйства и рыбоводства. Ее можно использовать для сушки пищевых продуктов, пастеризации молока и стерилизации продукции.

«Это возобновляемый и чистый источник энергии, к тому же после вложения первоначальных инвестиций в освоение геотермальной энергии они будет дешеветь», — заявил старший экономист ФАО из Отдела сельской инфраструктуры и агропромышленности Карлос да Силва.

Он подчеркнул, что с помощью этого экологически чистого источника энергии, можно решить не только проблему стоимости, но и избежать негативного воздействия на окружающую среду в результате производства и переработки продуктов питания.

«Использовать геотермальную энергию в сельском хозяйстве можно даже в небольших масштабах, что может внести существенный вклад в формирование доходов, обеспечение занятости и укрепление продовольственной стабильности и безопасности питания в развивающихся странах», — добавила заместитель директора Отдела сельской инфраструктуры и агропромышленности ФАО Дивайн Нжие.

В настоящее время тридцать восемь стран мира уже используют геотермальную энергию непосредственно в сельскохозяйственном производстве. 24 страны получают с ее помощью электричество. При этом на Исландию, Коста-Рику, Сальвадор, Кению, Новую Зеландию и Филиппины приходится более 10 процентов всех потребностей в электроэнергии от природных источников тепла.

Исландия лидирует в использовании геотермальной энергии в сельском хозяйстве с 1920 года. Помимо отопления теплиц, около 20 компаний по всей Исландии сушат от 2000 до 4000 тонн рыбы в год, используя геотермальную энергию.

Существенные первоначальные затраты остаются главным препятствием для широкого применения геотермальной энергии в развивающихся странах. Эксперты ФАО рекомендуют правительствам взять на себя ведущую роль в привлечении инвестиций в наземные источники тепла.

Быстров М.В. Низкопотенциальная энергия земли как источник «зеленой» энергии

Быстров Михаил Вячеславович
Пермский национальный исследовательский университет
студент 4 курса, Строительный факультет

Библиографическая ссылка на статью:
Быстров М.В. Низкопотенциальная энергия земли как источник «зеленой» энергии // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 4 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2019/04/89169 (дата обращения: 13.07.2021).

Вопросом рационального использования топливно-энергетических ресурсов на данном этапе развития мировой энергетики заинтересовано большинство стран. Связано это, во-первых, с невосполнимостью традиционных источников энергии, таких как: уголь, нефть, природный газ. Во-вторых,  с экологической составляющей.

В Российской Федерации, лидера по топливно-энергетическим ресурсам, собственные потребности в энергии пока удовлетворяются  запасами природных ископаемых, как разрабатываемыми, так и разведанными.

Однако разработка углеводородного сырья проходит невероятно  быстрыми темпами. Если в 1940–1960-е гг. основными нефтедобывающими районами были  Поволжье и Предуралье, то, начиная с 1970-х гг., и по настоящее время разрабатывается Западная Сибирь. Но и добыча Сибирская нефти идет на спад в последние годы. Когда и она закончится, то останутся крайне неблагоприятные районы для разработки. Где стоимость добытого барреля нефти будет не то, что высокой, речь уже пойдет о топливных затратах на добычу нефти. Таким образом, так называемый коэффициент EROEI ( соотношение полученной энергии к затраченной) будет все меньше, что означает энергетическую нерентабельность. С газом, в целом, такая же ситуация: прежний этап экстенсивного развития добычи природного газа подошел к завершению. Извлечение его из таких месторождений-гигантов, как Медвежье, Уренгойское и Ямбургское, составило, соответственно, 84, 65 и 50 %..[1]

Все вышеперечисленные факторы способствуют потребности в развитии нетрадиционных источников энергии, таких как низкопотенциальная энергия Земли.  Преимущества технологий теплоснабжения, использующих нетрадиционные источники энергии, по сравнению с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также с новыми возможностями в области повышения степени автономности систем жизнеобеспечения. [2]

Источником низкопотенциальной тепловой энергии является не только радиогенное тепло из земных недр, но и потоки тепла разного рода сред, которые обладают  разницей температур, таких как вода подземных горизонтов и вода поверхностных источников.

Принято считать, что использовать можно следующие виды источников низкопотенциальной энергии: [3]

1) воды озер, рек, подземных водоносных горизонтов, близко расположенных к поверхности.

2) воздух нижних слоев атмосферы

3) грунты ниже так называемой «нейтральной зоны»

А так же разного рода источники тепла, такие как : системы оборотного водоснабжения и охлаждения технологического оборудования, шахтные воды, вентиляционные выбросы, хозяйственно-бытовые стоки, системы охлаждения электростанций, в которых на градирнях теряется огромное количество тепла.[3]

На данном этапе развития технологий считается эффективным экономически и технологически использование перепада температур выше 2 градусов цельсия. [4]

Таким образом, тепло Земли может использоваться для осуществления отопления, горячего водоснабжения, холодоснабжения, предотвращения обледенения тротуаров в холодный период года.

Низкопотенциальная энергия может быть использована посредством тепловых насосов. Тепловой насос – это техническое устройство, предназначенное для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной энергии к теплоносителю, доводя его параметры до требуемых. Несмотря на непопулярность в Российских реалиях, международный рынок тепловых насосов представляет собой бурно развивающийся сегмент рынка. Это обусловлено их высокой эффективностью и, снижением эксплуатационных затрат.[5]

Европейская ассоциация по тепловым насосам выпустила пресс-релиз, в котором был обозначен двухкратный рост рынка тепловых насосов к 2024 году. Специалисты основывались на темпах роста рынка за прошлые годы и недавно принятой энергетической политики стран Евросоюза, которая ведет передовые страны к «зеленой», возобновляемой энергии.[6]

Что касается стран северной Америки, то применение тепловых насосов актуально и для таких гигантов как США и Канада. Стоит отметить, что большинство территории этих стран схоже по климату с Россией. И по наличию полезных ископаемых, что определяет рынок теплогенерирующего оборудования.

В 2015 году был опубликован отчет мэрии Нью-Йорка, при содействии департамента строительства и проектирования, геологических служб и прочих ведомств, именуемый «геотермальные системы и их применение в Нью-Йорке». [7] Работа была проделана колоссальная, в ходе которой автор рассмотрел всевозможные аспекты внедрения тепловых насосов, работающих на низкопотенциальной энергии.

В масштабах города была подготовлена геологическая карта, которая поможет определиться в эффективности применения тех или иных способов получения энергии от недр земли. Был определен конкретный потребитель, на которого необходимо направить развитие системы исходя из специфики города. Была рассмотрена бюрократическая составляющая, которая неизбежна, когда мы хотим строить, бурить, вторгаться в городскую инфраструктуру. А так же потребность в операционных затратах, затратах на обслуживание, инспекции. И, конечно же, был определен экономический эффект от внедрения тепловых насосов. В ходе рассчёта рассматривался эксплуатационный период теплового насоса и котельной, работающей на газе. Получилось что эксплуатационные затраты на систему с тепловым насосом составляют 1/3 от систем с использованием газового топлива [с.12,7], но учитывая стоимость строительства такой системы экономический эффект оказался сомнительным в существующем уровне цен. Такие системы имеют срок службы 20 лет, а трубопроводы подземные, необходимые по технологии, 50 лет. [с.13,7],  Наблюдается заметное сокращение выбросов на объекте благодаря отсутствию топок, дымоходов, пламени или какого либо запаха.

Подводя итог, хочется обозначить основные моменты внедрения тепловых насосов в России. В настоящих экономических реалиях история с внедрением теплового насоса кажется странной, необоснованной, ведь газ дешевый и свой. Однако, нам необходимо смотреть в будущее. Пристально следить за наличием запаса природных ресурсов, и ценой на них. Наблюдать за экологической ситуацией в стране и городах. Точечно внедрять, изучать, участвовать в совершенствовании технических систем, использующих низкопотенциальную энергию Земли. Время идёт, с каждым годом запасы истощаются, а потребности все больше. С каждым годом добыча полезных ископаемых становится сложнее, технически сложнее в том числе. Так появился метод выработки битумных песков в Канаде и Венесуэле. Так появилась экологическая катастрофа, как результат бесконечной потребности человека в энергии. Наша страна – прекрасна и необъятна. Главная задача сохранить её такой, и использование низкопотенциального тепла Земли, как «зеленый» источник энергии поможет нам в этой нелегкой работе.

Библиографический список

1. Р.С. Ширяев. Низкопотенциальное тепло Земли как источник теплоснабжения [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://aqua-therm.ru/articles/articles_414.html%20.Загл с экрана.
2. Использование низкопотенциального тепла земли [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/7087978/page:6/ Загл с экрана.
3. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных сисемах [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ecoteco.ru/library/magazine/4/technologies/ispolzovanie-nizkopotencialnoy-teplovoy-energii-zemli-v-teplonasosnyh-sistemah/  Загл. с экрана.
4. Европейский рынок тепловых насосов [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6506 Загл. с экрана.
5. 6 К 2024 году число установленных тепловых насосов удвоится [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.topclimat.ru/news/field/heat_pumps_in_europe.html Загл. с экрана.
6. Geotermal systems and their Application in New York City. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.nyc.gov/html/planyc/downloads/pdf/publications/2015_Geothermal.pdf Загл. с экрана.

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Быстров Михаил Вячеславович»

Геотермальная энергия | Плюсы и минусы геотермального отопления дома

Что такое геотермальное отопление дома?

Геотермальное отопление использует для обогрева помещений природное тепло земли. Это неограниченный и бесплатный ресурс. Его можно использовать независимо от температуры воздуха, времени года и расположения участка. Сейчас это самая экономичная альтернатива традиционным вариантам отопления.

Принцип действия системы

В основе функционирования геотермальных систем находятся физические процессы передачи тепла из окружающей среды. По принципу действия они аналогичны обычному холодильнику.

На большой глубине земной поверхности температура всегда постоянна и пребывает в пределах +5 — +8 °С. Почти 80% тепловой энергии, создаваемой геотермальной системой, представляет собой энергию окружающей среды. Ее передают и накапливают внутри зданий. Такая добыча не наносит урона экологическому и энергетическому балансу планеты, потому что она обладает способностью самовосстанавливаться.

Виды теплообменников

Горизонтальные теплообменники характеризуются тем, что трубы контура укладывают горизонтально на глубину, превышающую уровень промерзания грунта в данной местности. Их применяют тогда, когда приусадебный участок обладает большой свободной площадью без насаждений.

К примеру, чтобы обогреть частный дом площадью в 250 кв. м потребуется 600 кв. м для размещения теплообменного контура. Такая территория не всегда доступна в густонаселенных коттеджных поселках.

Когда территория участка небольшая, применяют вертикальные теплообменники. Но для их создания потребуется специальное бурильное оборудование. Это вызывает повышенные расходы.

При создании вертикальных теплообменников применяются геотермальные зонды. Их опускают в скважины глубиной до 200 м. Такой способ можно использовать даже на обустроенной территории. При этом существующий ландшафт не повреждается.

Еще одним вариантом является теплообменник, помещенный в воду. Он очень целесообразен при наличии поблизости водоема. При этом трубы контура укладывают на дне на глубину, превышающую уровень промерзания. В этом случае система функционирует за счет энергии водных массивов. Это наиболее экономичный способ обустройства геотермального отопления.

Существуют также воздушные теплообменники. Их контур получает тепло из воздуха. Особенно эффективны они в южных районах. Для их монтажа не требуются земляные работы. Недостатком является полная зависимость от температуры воздуха.

Горизонтальный коллектор

Горизонтальный коллектор – это система труб, уложенных параллельно земле в специальных траншеях. Ширина траншей составляет 50-70 см, глубина 1,5-2 м, дистанция между ними — не менее 1,5 м. Прокладка труб на расстоянии ближе 1,5 м от деревьев не допускается. Такие нормы необходимо выдерживать для предотвращения переохлаждения грунта. В противном случае система не получит достаточное количество тепла.

Длина труб и траншей зависит от теплоотдачи грунта и мощности теплового насоса. Чем выше значение последнего показателя, тем крупнее должен быть участок. При таком способе укладки труб значение теплоотдачи обычно составляет 15-35 ВТ/м².

Вертикальный контур

Для его создания необходимо пробурить скважину глубиной от 10 до 100 м и выше. В нее опускают U-образную трубу. За счет того, что на большой глубине температура всегда выше, чем у поверхности, такой способ укладки обладает повышенной эффективностью. Она в 4-5 раз выше, чем при использовании горизонтального коллектора.

Чтобы увеличить тепловую мощность, одновременно применяют несколько таких скважин. Расстояние между ними не меньше 5-6 м. Их соединение осуществляется с помощью специальных коллекторных узлов. Для получения 7-9 кВт тепловой энергии потребуется 150-200 м скважины. Долговечность системы такого вида составляет около сотни лет.

Теплообменник, размещенный в воде

Водоразмещенный теплообменник считается единственным реальным способом обеспечения геотермального отопления собственными силами. Для его применения необходимо наличие водоема размерами не менее 200 кв. м. Расстояние от него до дома должно не превышать 100 м. Обязательным условием является также то, что глубина водоема обязана превышать 2 м.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Большим достоинством геотермальных систем отопления считается неисчерпаемость необходимых для нее ресурсов. Земная поверхность аккумулирует около 90% солнечной энергии. Может закончиться топливо, возможно прекращение подачи газа, но тепло земли бесконечно.

Значительным преимуществом геотермальных систем является также экологичность. Их функционирование не создает вредных отходов. Геотермальная установка является пожаробезопасным решением. При ее работе не используют легковоспламеняющиеся вещества.

Основным недостатком геотермальных систем считается сложность и значительная стоимость работ. Наиболее целесообразно их применение на не газифицированных участках.

Геотермальная энергия | Национальное географическое общество

Геотермальная энергия — это тепло, которое генерируется внутри Земли. ( Geo означает «земля», а термический означает «тепло» по-гречески.) Это возобновляемый ресурс, который можно добывать для использования человеком.

Примерно на 2 900 километров (1800 миль) под земной корой или поверхностью находится самая горячая часть нашей планеты: ее ядро. Небольшая часть тепла ядра исходит от трения и гравитационного притяжения, образовавшихся при создании Земли более 4 миллиардов лет назад.Однако подавляющая часть тепла Земли постоянно генерируется за счет распада радиоактивных изотопов, таких как калий-40 и торий-232.

Изотопы — это формы элемента, которые имеют другое количество нейтронов, чем обычные версии атома элемента.

Калий, например, имеет в своем ядре 20 нейтронов. Однако калий-40 имеет 21 нейтрон. Когда калий-40 распадается, его ядро ​​изменяется, выделяя огромное количество энергии (излучение). Калий-40 чаще всего распадается на изотопы кальция (кальций-40) и аргона (аргон-40).

Радиоактивный распад — это непрерывный процесс в активной зоне. Температура здесь повышается до более чем 5000 ° по Цельсию (около 9000 ° по Фаренгейту). Тепло от ядра постоянно излучается наружу и нагревает горные породы, воду, газ и другой геологический материал.

Температура Земли повышается с глубиной от поверхности до ядра. Это постепенное изменение температуры известно как геотермический градиент. В большинстве частей света геотермический градиент составляет около 25 ° C на 1 километр глубины (1 ° F на 77 футов глубины).

Если подземные горные образования нагреться примерно до 700–1300 ° C (1300–2400 ° F), они могут превратиться в магму. Магма — это расплавленная (частично расплавленная) порода, пронизанная газом и пузырьками газа. Магма существует в мантии и нижней коре и иногда всплывает на поверхность в виде лавы.

Магма нагревает близлежащие породы и подземные водоносные горизонты. Горячая вода может выпускаться через гейзеры, горячие источники, паровые каналы, подводные гидротермальные источники и грязевые котлы.

Это все источники геотермальной энергии.Их тепло можно улавливать и использовать непосредственно для получения тепла, или их пар можно использовать для выработки электроэнергии. Геотермальная энергия может использоваться для обогрева таких конструкций, как здания, автостоянки и тротуары.

Большая часть геотермальной энергии Земли не выделяется в виде магмы, воды или пара. Он остается в мантии, медленно истекая наружу и накапливаясь в виде очагов высокой температуры. Это сухое геотермальное тепло может быть получено путем бурения и дополнено закачанной водой для создания пара.

Многие страны разработали методы использования геотермальной энергии. В разных частях света доступны разные виды геотермальной энергии. В Исландии обильные источники горячей и легкодоступной подземной воды позволяют большинству людей полагаться на геотермальные источники как на безопасный, надежный и недорогой источник энергии. Другие страны, такие как США, должны бурить геотермальную энергию по более высокой цене.

Сбор геотермальной энергии: нагрев и охлаждение

Низкотемпературная геотермальная энергия
Геотермальное тепло можно получить практически в любой точке мира и сразу же использовать в качестве источника тепла.Эта тепловая энергия называется низкотемпературной геотермальной энергией. Низкотемпературная геотермальная энергия получается из очагов тепла около 150 ° C (302 ° F). Большинство очагов низкотемпературной геотермальной энергии находится всего в нескольких метрах под землей.

Низкотемпературная геотермальная энергия может использоваться для обогрева теплиц, домов, рыболовства и промышленных процессов. Низкотемпературная энергия наиболее эффективна при использовании для отопления, хотя иногда ее можно использовать для выработки электроэнергии.

Люди давно использовали этот вид геотермальной энергии для инженерии, комфорта, лечения и приготовления пищи.Археологические данные показывают, что 10 000 лет назад группы коренных американцев собирались вокруг природных горячих источников, чтобы восстановить силы или укрыться от конфликта. В третьем веке до нашей эры ученые и лидеры грелись в горячем источнике, питаемом каменным прудом возле горы Лишань в центральном Китае. Один из самых известных курортов с горячими источниками находится в городе Бат, Англия, с соответствующим названием. Начав строительство примерно в 60 году н. Э., Римские завоеватели построили сложную систему парных и бассейнов, используя тепло из неглубоких очагов низкотемпературной геотермальной энергии.

Горячие источники Шод-Эг во Франции являются источником дохода и энергии для города с 1300-х годов. Туристы стекаются в город за его элитными курортами. Низкотемпературная геотермальная энергия также обеспечивает теплом дома и предприятия.

Соединенные Штаты открыли свою первую геотермальную систему централизованного теплоснабжения в 1892 году в Бойсе, штат Айдахо. Эта система по-прежнему обеспечивает теплом около 450 домов.

Совместно производимая геотермальная энергия
Совместно производимая геотермальная энергия основана на других источниках энергии.Этот вид геотермальной энергии использует воду, которая нагревается в качестве побочного продукта в нефтяных и газовых скважинах.

В Соединенных Штатах в качестве побочного продукта ежегодно производится около 25 миллиардов баррелей горячей воды. Раньше эту горячую воду просто выбрасывали. Недавно он был признан потенциальным источником еще большего количества энергии: его пар можно использовать для выработки электроэнергии, которая будет немедленно использована или продана в сеть.

Один из первых совместных проектов геотермальной энергии был инициирован в испытательном центре Rocky Mountain Oilfield в США.Южный штат Вайоминг.

Новые технологии позволили переносить совместно производимые объекты геотермальной энергии. Хотя мобильные электростанции все еще находятся на экспериментальной стадии, они обладают огромным потенциалом для изолированных или бедных общин.

Геотермальные тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы (GHP) используют тепло Земли и могут использоваться практически в любой точке мира. GHP пробурены на глубину от 3 до 90 метров (от 10 до 300 футов), что намного меньше, чем у большинства нефтяных и газовых скважин.GHP не требуют трещин в коренных породах, чтобы достичь своего источника энергии.

Труба, подключенная к GHP, образует непрерывную петлю, называемую «узкой петлей», которая проходит под землей и над землей, обычно по всему зданию. Петля также может быть размещена полностью под землей для обогрева парковки или ландшафтной зоны.

В этой системе вода или другие жидкости (например, глицерин, похожий на автомобильный антифриз) перемещаются по трубе. В холодное время года жидкость поглощает подземное геотермальное тепло.Он переносит тепло вверх по зданию и отдает тепло через систему воздуховодов. Эти обогреваемые трубы также могут проходить через резервуары с горячей водой и компенсировать расходы на отопление.

Летом система GHP работает противоположным образом: жидкость в трубах нагревается от тепла в здании или на парковке и переносит тепло для охлаждения под землей.

Агентство по охране окружающей среды США назвало геотермальное отопление самой энергоэффективной и экологически безопасной системой отопления и охлаждения.Самая крупная система GHP была завершена в 2012 году в Государственном университете Болла в Индиане. Система заменила угольную котельную, и, по оценкам экспертов, университет сэкономит около 2 миллионов долларов в год на расходах на отопление.

Сбор геотермальной энергии: электричество

Чтобы получить достаточно энергии для выработки электроэнергии, геотермальные электростанции полагаются на тепло, которое существует в нескольких километрах от поверхности Земли. В некоторых районах тепло может естественным образом существовать под землей в виде пара или горячей воды.Однако большинство участков необходимо «улучшить» закачиваемой водой для создания пара.

Электростанции с сухим паром
Электростанции с сухим паром используют преимущества естественных подземных источников пара. Пар подается прямо на электростанцию, где он используется для топлива турбин и выработки электроэнергии.

Сухой пар — это старейший тип электростанции, вырабатывающий электричество с использованием геотермальной энергии. Первая электростанция сухого пара была построена в Лардерелло, Италия, в 1911 году.Сегодня электростанции с сухим паром в Лардерелло продолжают снабжать электроэнергией более миллиона жителей этого района.

В Соединенных Штатах есть только два известных источника подземного пара: Йеллоустонский национальный парк в Вайоминге и Гейзеры в Калифорнии. Поскольку Йеллоустон является охраняемой территорией, Гейзеры — единственное место, где используется электростанция с сухим паром. Это один из крупнейших геотермальных энергетических комплексов в мире, который обеспечивает около пятой части всей возобновляемой энергии в Калифорнии.

Электростанция мгновенного действия

Паровые электростанции мгновенного действия используют природные источники подземной горячей воды и пара. Вода с температурой выше 182 ° C (360 ° F) перекачивается в зону низкого давления. Часть воды «вспыхивает» или быстро испаряется, превращаясь в пар, и направляется в турбину и вырабатывает электроэнергию. Оставшуюся воду можно слить в отдельный резервуар, чтобы извлечь больше энергии.

Паровые электростанции мгновенного действия — наиболее распространенный тип геотермальных электростанций.Вулканически активное островное государство Исландия обеспечивает почти все свои потребности в электроэнергии с помощью серии геотермальных электростанций, работающих на мгновенном испарении пара. Пар и избыток теплой воды, образующиеся в результате процесса мгновенного пара, нагревают обледеневшие тротуары и парковки холодной арктической зимой.

Острова Филиппин также расположены над тектонически активной зоной, «Огненным кольцом», окаймляющим Тихий океан. Правительство и промышленность Филиппин инвестировали в электростанции мгновенного испарения, и сегодня страна уступает только США по использованию геотермальной энергии.Фактически, самая большая геотермальная электростанция — это установка мгновенного пара в Малитбоге, Филиппины.

Электростанции с двойным циклом
Электростанции с двойным циклом используют уникальный процесс для экономии воды и выработки тепла. Вода под землей нагревается примерно до 107–182 ° C (225–360 ° F). Горячая вода находится в трубе, которая циркулирует над землей. Горячая вода нагревает жидкое органическое соединение, температура кипения которого ниже, чем у воды. Органическая жидкость создает пар, который проходит через турбину и приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.Единственный выброс в этом процессе — пар. Вода в трубе возвращается в землю, чтобы снова нагреться Землей и снова обеспечить теплом органическое соединение.

Геотермальный комплекс Беоваве в американском штате Невада использует бинарный цикл для выработки электроэнергии. Органическое соединение, используемое на объекте, представляет собой промышленный хладагент (тетрафторэтан, парниковый газ). Этот хладагент имеет гораздо более низкую температуру кипения, чем вода, что означает, что он превращается в газ при низких температурах.Газ питает турбины, которые подключены к электрическим генераторам.

Усовершенствованные геотермальные системы
Земля имеет практически бесконечное количество энергии и тепла под своей поверхностью. Однако его невозможно использовать в качестве энергии, если подземные области не являются «гидротермальными». Это означает, что подземные помещения не только горячие, но также содержат жидкость и проницаемы. Во многих областях нет всех трех этих компонентов. Усовершенствованная геотермальная система (EGS) использует бурение, гидроразрыв и закачку для обеспечения жидкости и проницаемости в областях с горячими, но сухими подземными породами.

Для разработки EGS «нагнетательная скважина» пробурена вертикально в земле. В зависимости от типа скалы это может быть от 1 километра (0,6 мили) до 4,5 километров (2,8 мили). Холодная вода под высоким давлением закачивается в пробуренное пространство, что заставляет породу создавать новые трещины, расширять существующие трещины или растворяться. Это создает резервуар подземной жидкости.

Вода перекачивается через нагнетательную скважину и поглощает тепло горных пород при прохождении через пласт.Эта горячая вода, называемая рассолом, затем возвращается на поверхность Земли через «производственную скважину». Нагретый рассол находится в трубе. Он нагревает вторичную жидкость с низкой температурой кипения, которая испаряется в пар и приводит в действие турбину. Рассол охлаждается и снова проходит через нагнетательную скважину, чтобы снова поглотить подземное тепло. Кроме водяного пара испарившейся жидкости, газообразных выбросов не происходит.

Закачка воды в землю для EGS может вызвать сейсмическую активность или небольшие землетрясения.В Базеле, Швейцария, процесс закачки вызвал сотни крошечных землетрясений, которые переросли в более значительную сейсмическую активность даже после того, как закачка воды была остановлена. Это привело к отмене геотермального проекта в 2009 году.

Геотермальная энергия и окружающая среда

Геотермальная энергия является возобновляемым ресурсом. Земля излучает тепло примерно 4,5 миллиарда лет и будет продолжать излучать тепло в течение миллиардов лет в будущем из-за продолжающегося радиоактивного распада в ядре Земли.

Однако большинство скважин, которые отводят тепло, со временем остынут, особенно если тепло отводится быстрее, чем дается время для его пополнения. В Лардерелло, Италия, где находится первая в мире электростанция, работающая на геотермальной энергии, с 1950-х годов давление пара упало более чем на 25%.

Повторная закачка воды иногда может помочь охлаждающемуся геотермальному участку прослужить дольше. Однако этот процесс может вызвать «микроземлетрясения». Хотя большинство из них слишком малы, чтобы их могли почувствовать люди или зарегистрировать в масштабах, иногда земля может сотрясаться до более угрожающих уровней и вызывать закрытие геотермального проекта, как это произошло в Базеле, Швейцария.

Геотермальные системы не требуют большого количества пресной воды. В бинарных системах вода используется только как теплоноситель, она не подвергается воздействию и не испаряется. Его можно перерабатывать, использовать для других целей или выпускать в атмосферу в виде нетоксичного пара. Однако, если геотермальный флюид не содержится и не перерабатывается в трубе, он может поглощать вредные вещества, такие как мышьяк, бор и фтор. Эти токсичные вещества могут выноситься на поверхность и высвобождаться при испарении воды.Кроме того, если жидкость просачивается в другие подземные водные системы, она может загрязнить чистые источники питьевой воды и водные среды обитания.

Преимущества
Прямое или косвенное использование геотермальной энергии дает множество преимуществ:

• Геотермальная энергия возобновляемая; это не ископаемое топливо, которое в конечном итоге будет израсходовано. Земля непрерывно излучает тепло из своего ядра, и это будет продолжаться миллиарды лет.
• Геотермальная энергия в той или иной форме может быть получена в любой точке мира.
• Использование геотермальной энергии относительно чисто. Большинство систем выделяют только водяной пар, хотя некоторые выделяют очень небольшие количества диоксида серы, оксидов азота и твердых частиц.
• Геотермальные электростанции могут прослужить десятилетия, а возможно, и столетия. Если резервуар управляется должным образом, количество извлеченной энергии может быть уравновешено скоростью восстановления тепла горными породами.
• В отличие от других возобновляемых источников энергии, геотермальные системы являются «базовой нагрузкой». Это означает, что они могут работать летом или зимой и не зависят от меняющихся факторов, таких как присутствие ветра или солнца. Геотермальные электростанции производят электроэнергию или тепло 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
• Пространство, необходимое для строительства геотермального объекта, намного компактнее, чем у других электростанций. Для производства ГВт-ч (гигаватт-час или один миллион киловатт энергии в час, огромное количество энергии) геотермальная установка использует эквивалент примерно 1046 квадратных километров (404 квадратных миль) земли.Для производства того же ГВтч энергии ветра требуется 3458 квадратных километров (1335 квадратных миль), солнечному фотоэлектрическому центру требуется 8384 квадратных километра (3237 квадратных миль), а угольным электростанциям требуется около 9 433 квадратных километров (3642 квадратных миль).
• Геотермальные энергетические системы можно адаптировать ко многим различным условиям.

Их можно использовать для обогрева, охлаждения или электроснабжения отдельных домов, целых районов или производственных процессов.

Недостатки
Получение геотермальной энергии по-прежнему сопряжено с множеством проблем:

• Процесс нагнетания потоков воды под высоким давлением в Землю может привести к незначительной сейсмической активности или небольшим землетрясениям.
• Геотермальные растения связаны с проседанием или медленным опусканием земли. Это происходит, когда подземные трещины обрушиваются сами на себя. Это может привести к повреждению трубопроводов, дорог, зданий и естественных дренажных систем.
• Геотермальные установки могут выделять небольшие количества парниковых газов, таких как сероводород и углекислый газ.
• Вода, протекающая через подземные резервуары, может собирать следовые количества токсичных элементов, таких как мышьяк, ртуть и селен.Эти вредные вещества могут попасть в водные источники, если геотермальная система не будет должным образом изолирована.
• Хотя процесс почти не требует топлива для работы, первоначальная стоимость установки геотермальной технологии высока. Развивающиеся страны могут не иметь сложной инфраструктуры или начальных затрат для инвестирования в геотермальную электростанцию. Некоторые объекты на Филиппинах, например, стали возможны благодаря инвестициям американской промышленности и правительственных агентств.Сегодня заводы принадлежат Филиппинам.

Геотермальная энергия и люди

Геотермальная энергия существует в различных формах по всей Земле (в виде паровых каналов, лавы, гейзеров или просто сухого тепла), и существуют разные возможности для извлечения и использования этого тепла.

В Новой Зеландии природные гейзеры и паровые вентили обогревают бассейны, дома, теплицы и креветочные фермы. Новозеландцы также используют сухое геотермальное тепло для сушки древесины и сырья.

Другие страны, такие как Исландия, использовали расплавленные горные породы и ресурсы магмы в результате вулканической активности, чтобы обеспечить теплом дома и здания. В Исландии почти 90% населения страны используют геотермальные источники тепла. Исландия также полагается на свои природные гейзеры для таяния снега, подогрева рыбных запасов и обогрева теплиц.

Соединенные Штаты производят больше всего геотермальной энергии по сравнению с любой другой страной. Ежегодно в США производится не менее 15 миллиардов киловатт-часов, что эквивалентно сжиганию около 25 миллионов баррелей нефти.Промышленные геотермальные технологии были сконцентрированы на западе США. В 2012 году в Неваде было 59 геотермальных проектов, работающих или разрабатываемых, за ними следуют Калифорния с 31 проектом и Орегон с 16 проектами.

Стоимость технологий геотермальной энергии снизилась за последнее десятилетие и становится более экономически возможной для частных лиц и компаний.

Информация и факты о геотермальной энергии

Геотермальная энергия тысячелетиями использовалась в некоторых странах для приготовления пищи и обогрева.Это просто энергия, получаемая от внутреннего тепла Земли.

Эта тепловая энергия содержится в породах и флюидах под земной корой. Его можно найти на мелководье до нескольких миль под поверхностью и даже дальше до чрезвычайно горячей расплавленной породы, называемой магмой.

Как это используется?

Эти подземные резервуары пара и горячей воды могут использоваться для выработки электроэнергии или для непосредственного обогрева и охлаждения зданий.

Система геотермального теплового насоса может использовать постоянную температуру верхних десяти футов (трех метров) поверхности Земли для обогрева дома зимой, извлекая тепло из здания и передавая его обратно в относительно более прохладную почву. летом.

Геотермальная вода из глубин Земли может использоваться непосредственно для отопления домов и офисов или для выращивания растений в теплицах. Некоторые города США прокладывают геотермальную горячую воду под дорогами и тротуарами для таяния снега.

Energy 101: Геотермальные тепловые насосы

Производство геотермальной энергии

Для производства электроэнергии, вырабатываемой геотермальной энергией, в подземные резервуары пробурены скважины, иногда глубиной 1,6 км или более, для отбора пара и очень горячей воды, которая движется. турбины, связанные с генераторами электроэнергии.Первая геотермальная электроэнергия была произведена в Лардерелло, Италия, в 1904 году.

Есть три типа геотермальных электростанций: сухой пар, мгновенное испарение и бинарные. Сухой пар, старейшая геотермальная технология, выводит пар из трещин в земле и использует его для непосредственного привода турбины. Установки мгновенного нагрева закачивают глубокую горячую воду под высоким давлением в более прохладную воду с низким давлением. Пар, образующийся в результате этого процесса, используется для привода турбины. В бинарных установках горячая вода проходит через вторичную жидкость с гораздо более низкой температурой кипения, чем вода.Это заставляет вторичную жидкость превращаться в пар, который затем приводит в движение турбину. Большинство геотермальных электростанций в будущем будут бинарными.

Геотермальная энергия вырабатывается более чем в 20 странах. Соединенные Штаты являются крупнейшим производителем в мире, а крупнейшее геотермальное месторождение в мире — это Гейзеры к северу от Сан-Франциско в Калифорнии. В Исландии многие здания и даже бассейны отапливаются геотермальной горячей водой. В Исландии есть по крайней мере 25 действующих вулканов и множество горячих источников и гейзеров.

Преимущества и недостатки

Геотермальная энергия имеет множество преимуществ. Его можно добыть без сжигания ископаемого топлива, такого как уголь, газ или нефть. Геотермальные поля производят только около одной шестой углекислого газа, который производит относительно чистая электростанция, работающая на природном газе. Бинарные установки практически не выделяют выбросов. В отличие от солнечной и ветровой энергии, геотермальная энергия доступна всегда 365 дней в году. Это также относительно недорого; экономия от прямого использования может достигать 80 процентов по сравнению с ископаемым топливом.

Но есть проблемы с окружающей средой. Основная проблема — выброс сероводорода, газа, который пахнет тухлым яйцом при низких концентрациях. Еще одна проблема — утилизация некоторых геотермальных жидкостей, которые могут содержать низкие уровни токсичных материалов. Хотя геотермальные участки способны обеспечивать тепло в течение многих десятилетий, в конечном итоге определенные участки могут остыть.

Что такое геотермальная энергия? Как это работает?

Содержание

Щелкните по ссылкам ниже, чтобы перейти к разделу в руководстве:

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

Он использовался в некоторых странах на протяжении тысячелетий 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.

Скважины глубиной до мили и более пробурены в подземные резервуары для использования геотермальных ресурсов. Эти ресурсы можно эксплуатировать за счет естественного тепла, проницаемости горных пород и воды или с помощью усовершенствованных геотермальных систем, которые увеличивают или создают геотермальные ресурсы с помощью 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.
• Установки мгновенного нагрева 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 температуру 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 скважина для выработки электроэнергии 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 основными преимуществами геотермальной энергии являются экологические. Он производит лишь одну 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 недорога, устойчива и безвредна для окружающей среды, она не лишена недостатков.

Во-первых, добыча ограничена территориями вблизи границ тектонических плит. Кроме того, в некоторых местах после десятилетий использования они могут остыть.

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 с запахом тухлых яиц. 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, знания TWI об износостойких материалах обеспечивают 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

UCAR Center for Science Education

Энергия передается между поверхностью Земли и атмосферой различными способами, включая излучение, проводимость и конвекцию.
Кредит: NOAA NWS

Электропроводность — это один из трех основных способов перемещения тепловой энергии с места на место. Два других способа движения тепла — это , излучение, , и , конвекция, . Проводимость — это процесс, при котором тепловая энергия передается через столкновения между соседними атомами или молекулами. Проводимость легче происходит в твердых телах и жидкостях, где частицы расположены ближе друг к другу, чем в газах, где частицы находятся дальше друг от друга. Скорость передачи энергии за счет проводимости выше, когда существует большая разница температур между контактирующими веществами.

Представьте себе сковороду, установленную на открытой походной плите. Тепло огня заставляет молекулы в кастрюле вибрировать быстрее, делая ее горячее. Эти колеблющиеся молекулы сталкиваются со своими соседними молекулами, заставляя их вибрировать быстрее. Когда эти молекулы сталкиваются, тепловая энергия передается через проводимость остальной части сковороды. Если вы когда-либо прикасались к металлической ручке горячей сковороды без прихватки, вы не понаслышке знакомы с теплопроводностью!

Некоторые твердые тела, например металлы, являются хорошими проводниками тепла.Неудивительно, что у многих кастрюль и сковородок есть изолированные ручки. Воздух (смесь газов) и вода плохо проводят тепловую энергию. Их называют изоляторами.

Проводимость в атмосфере

Проводимость, излучение и конвекция играют роль в перемещении тепла между поверхностью Земли и атмосферой. Поскольку воздух — плохой проводник, большая часть передачи энергии за счет проводимости происходит непосредственно у поверхности Земли. Проводимость напрямую влияет на температуру воздуха всего на несколько сантиметров в атмосферу.

Днем солнечный свет нагревает землю, которая, в свою очередь, нагревает воздух прямо над ней за счет теплопроводности. Ночью земля охлаждается, и тепло перетекает из более теплого воздуха прямо над более прохладной землей посредством теплопроводности.

В ясные солнечные дни при слабом ветре или его отсутствии температура воздуха может быть намного выше прямо у земли, что совсем немного над ней. Хотя солнечный свет нагревает поверхность, поток тепла от поверхности к находящемуся выше воздуху ограничивается плохой проводимостью воздуха.Серия термометров, установленных на разной высоте над землей, показала бы, что температура воздуха быстро падает с высотой.

Тепловая энергия: определение, виды, примеры и интересные факты

Тепловая энергия — это энергия, которой обладает тело или система за счет движения частиц внутри тела или системы. Это один из различных видов энергии, где энергия в основном относится к способности выполнять работу. Такую тепловую энергию также можно определить как способность чего-либо выполнять работу в результате движения его частиц.

Другими словами, тепловая энергия — это энергия, которой обладает объект или тело благодаря движению составляющих его частиц. Это полная внутренняя кинетическая энергия объекта из-за случайного движения его атомов и молекул. Тепловая энергия — это тип кинетической энергии, поскольку она возникает в результате движения частиц. Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает объект из-за своего движения.

Чем быстрее движутся атомы, молекулы или атомы, составляющие тело, тем выше тепловая энергия тела.Чаще всего понятие тепловой энергии путают с теплом. В физике тепло рассматривается как передача энергии от более горячего тела к более холодному из-за разницы температур.

Термин «тепло» в физике относится к передаваемой тепловой энергии; он всегда течет от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой температурой, повышая температуру последнего и уменьшая температуру первого вещества при условии, что объем тел остается постоянным.

Короче говоря, тепло — это передаваемая энергия, в то время как тепловая энергия — это внутреннее свойство, которым обладает объект до передачи энергии, когда происходит тепло (часто это сумма кинетических энергий различных частиц, составляющих рассматриваемый объект).

Физики считают, что тепловая энергия равна произведению k и T, где:

K = постоянная Больцмана (1,381 x 10 ^-23 м ² кгс ^-2 K ^-1 )

T = Абсолютная температура

Это соотношение обычно записывается как: kT или k _B T

Тепловая энергия составляет основу изучения тепловой энергии и термодинамики.Это одна из древнейших форм энергии, используемых человечеством. Его использование существовало еще до открытия нефтяных и ядерных источников энергии.

Большинство людей просто называют тепловую энергию теплом. Тепловая энергия любого вещества всегда будет зависеть от скорости молекул и атомов, составляющих вещество. Если движение этих молекул и атомов происходит быстрее, считается, что объект имеет более высокую кинетическую энергию.

Точно так же известно, что более быстрое движение молекул и атомов в объекте увеличивает его температуру.Следовательно, тепловая энергия увеличивается с увеличением движения и, следовательно, становится формой кинетической энергии.

Поскольку большинство людей путают тепловую энергию с другими формами энергии и другими терминами, такими как температура, некоторые факты скрыты от знания очень многих людей. Поэтому важно знать несколько примеров и основополагающих фактов о тепловой энергии.

Виды тепловой энергии

Когда составляющие тела атомы и молекулы вибрируют, что приводит к увеличению внутренней энергии тела (тепловой энергии), устанавливается температурный градиент.Таким образом, тепловая энергия часто подразделяется на различные типы в зависимости от того, как эта внутренняя энергия в форме тепла передается от одного тела к другому. Ниже представлены различные типы:

1. Проводимость

Это тип тепловой энергии, которая включает в себя движение частиц, составляющих объект, без движения самого тела. Его могут выставлять объекты во всех фазах (твердое, жидкое и газообразное). Вибрационное движение частиц объекта приводит к увеличению тепловой энергии (формы внутренней энергии) каждого атома или молекулы, которая передается при контакте соседним атомам и молекулам внутри объекта.

Таким образом, тепловая энергия, связанная с проводимостью, возникает в результате передачи увеличенной внутренней энергии каждого составляющего атома или молекулы другому, пока все атомы или молекулы не начнут колебаться. В этом типе тепловой энергии необходимо установить контакт между соседними частицами, прежде чем тепловая энергия может быть передана по телу.

При проводимости только часть проводника подвергается воздействию перемешивающего агента, но повышение или понижение тепловой энергии равномерно передается от одной составляющей частицы к другой.Типичный пример — повышение температуры ложки из нержавеющей стали, вставленной на некоторое время в кастрюлю, при продолжающемся нагревании.

Атомы или молекулы внутри ложки из нержавеющей стали, находящиеся в непосредственном контакте с самой горячей частью кастрюли, становятся взволнованными и обладают большей внутренней энергией из-за своего движения. Эта энергия передается соседним атомам или молекулам до тех пор, пока все атомы и молекулы в ложке не начинают колебаться, что приводит к увеличению внутренней энергии, что проявляется в повышении температуры ложки.

2. Конвекция

В то время как конвекция происходит не только внутри тела, но и между двумя телами, находящимися в контакте. Если одно из веществ — жидкость или газ, то движение жидкости наверняка произойдет. Передача энергии между твердой поверхностью и движущейся жидкостью или газом называется конвекцией.

Жидкость подвергается естественной или принудительной конвекции. Когда жидкость или газ нагреваются, их масса на единицу объема обычно уменьшается. В случаях, когда жидкость или газ находятся в гравитационном поле, более горячая и легкая жидкость поднимается, а более холодная и тяжелая жидкость опускается.Такое движение, возникающее исключительно из-за неоднородности температуры жидкости при наличии гравитационного поля, называется естественной конвекцией.

Принудительная конвекция достигается за счет того, что жидкость подвергается воздействию градиента давления и тем самым вызывает движение в соответствии с законом механики жидкости. Типичный пример этого типа тепловой конвекции: вода в кастрюле нагревается снизу, жидкость, ближайшая ко дну, расширяется и ее плотность уменьшается; в результате горячая вода поднимается вверх, а часть более холодной жидкости опускается вниз, создавая циркуляционное движение.

Аналогичным образом, в вертикальной газонаполненной камере, например, в воздушном пространстве между двумя оконными стеклами в окне с двойным остеклением или термопанелью, воздух около холодного внешнего стекла движется вниз, а воздух около внутреннего, более теплого стекла поднимается. , приводящее к циркуляции (именуемой «тепловой конвекцией»)

3. Излучение

Этот тип тепловой энергии принципиально отличается как от теплопроводности, так и от конвекции тем, что обменивающиеся теплом вещества не обязательно должны контактировать друг с другом.Фактически, передача тепловой энергии посредством излучения происходит между двумя телами, несмотря на то, что они разделены вакуумом.

Термин «излучение» обычно применяется ко всем видам электромагнитных волн. Закон Планка по физике гласит, что все вещества излучают лучистую энергию просто благодаря положительной абсолютной температуре. Таким образом, более высокие температуры дают большее количество энергии.

Все вещества не только излучают, но и могут поглощать радиацию. Это иллюстрируется тем фактом, что, хотя кубик льда постоянно излучает лучистую энергию, он тает, когда на него направлена ​​лампа накаливания, поскольку он будет поглощать большее количество тепла, чем может излучить.

Примеры тепловой энергии

Когда дело доходит до примеров тепловой энергии, можно привести бесконечное количество примеров. Например, дома большинство объектов обладают тепловой энергией, которая является формой как кинетической, так и потенциальной энергии. Мы также взаимодействуем с несколькими примерами тепловой энергии в нашей повседневной жизни. Ниже приведены некоторые примеры тепловой энергии, с которыми вы часто сталкиваетесь:

1. Солнечная энергия

Солнечное излучение (форма тепловой энергии) нагревает нашу атмосферу, поэтому на Земле ощущается тепло.

2. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия, которая представляет собой форму энергии в земной коре в виде сильного тепла, которое непрерывно течет наружу из глубины Земли. Это тепло в основном исходит из активной зоны. Это тепло образуется в земной коре в основном в результате распада радиоактивных элементов, присутствующих во всех породах.

Кора, имеющая толщину от 5 до 75 км (от 3 до 47 миль), изолирует поверхность Земли от горячих недр, которые в ядре могут достигать температуры в диапазоне от 4000 ° C до 7000 ° C (примерно 7200 ° F). до 12 600 ° F).Когда тепло концентрируется у поверхности Земли, его можно использовать в качестве источника энергии.

3. Тепловая энергия океанов

Поверхности океана и морской воды обладают огромным потенциалом аккумулирования тепловой энергии благодаря прямому воздействию солнечных лучей в течение продолжительного времени. Эта тепловая энергия используется за счет разницы между температурами мелководных и глубоководных морских районов.

Используя соответствующую технологию, мы можем собирать тепловую энергию из океана и морских вод для питания различных отраслей промышленности, оборудования и приложений в целях экономического развития.Технология, используемая для использования этой энергии, обычно известна как преобразование тепловой энергии океана (OTEC).

4. Энергия топливных элементов

Мы также можем использовать энергию, производимую из тепловой энергии, с помощью топливных элементов. Топливный элемент вырабатывает энергию в результате химической реакции, протекающей в его электродах. В результате реакции между двумя электродами образуются ионы или заряженные частицы, которые переносятся электролитом. Тепло, выделяемое во время этого процесса, используется для повышения энергоэффективности.

5. Стакан холодного шоколада и чашка горячего шоколада с молоком

Чашка горячего шоколада, как правило, теплее, чем стакан того же шоколада в холодном состоянии. В этом случае можно сделать вывод, что горячее шоколадное молоко демонстрирует более высокую тепловую энергию по сравнению с холодным шоколадным молоком. Если поставить шоколадное молоко на горячую плиту, температура молока повысится. Это потому, что; молоко сможет поглощать тепловую энергию, исходящую от горячей плиты.

С другой стороны, когда горячее шоколадное молоко остывает, оно теряет тепловую энергию, поскольку движение частиц замедляется. Он не поглощает тепло от горящей печи. Таким образом, он теряет тепло в окружающие холодные области. Следовательно, кинетическая энергия его частиц уменьшается, что снижает тепловую энергию шоколадного молока.

6. Тающий лед

Когда лед добавляется в стакан с водой, температура воды снижается по мере увеличения температуры льда.Это происходит потому, что тепловая энергия более теплой воды, чем лед, заставляет лед таять.

Другие распространенные примеры тепловой энергии включают следующие :

7. Добавление льда в стакан с водой приводит к снижению температуры воды, поскольку тепловая энергия воды используется для таяния льда.

8. Стакан воды на восемь унций при температуре 70 градусов обладает большим количеством тепловой энергии по сравнению со стаканом воды на восемь унций при температуре 60 градусов.

9. Гриль вырабатывает тепловую энергию за счет сжигания пропана

10. Когда компьютер включен, его внутренние компоненты вырабатывают тепловую энергию. Эту энергию необходимо охладить с помощью небольшого вентилятора, установленного внутри компьютера.

11. Горячая печь имеет тепловую энергию, которая передается в металлический горшок, увеличивая скорость молекул воды и, следовательно, повышая температуру воды.

12. В кошке есть тепловая энергия, которая может быть передана человеку, когда теплое животное сидит у него на коленях.

13. Ванна, наполненная горячей водой, содержит достаточно тепловой энергии, чтобы согреть ваше холодное тело и снова почувствовать себя комфортно в холодный день.

Точно так же объекты можно разделить, нагревая их оба, чтобы зажечь движение молекул, заставляющее их разойтись. Это увеличивает их тепловую энергию, которая возникает в результате повышения температуры вещества. Опять же, если это происходит с жидкостями в процессе испарения, это известно как скрытая теплота испарения, которая является формой тепловой энергии.

Интересные факты о тепловой энергии

Факт 1: Тепловая энергия измеряется в джоулях.

Fact 2: Существует взаимосвязь между тепловой энергией и температурой объекта.

Факт 3: Тепловая энергия — это составляющая общей энергии внутри объекта.

Факт 4: Тепловую энергию труднее преобразовать в другие формы энергии по сравнению с другими формами энергии.

Факт 5: Объекты не могут удерживать тепло.Они содержат тепловую энергию. Это потому, что тепло считается процессом.

Fact 6: Когда тепловая энергия передается к объекту или от объекта, это называется теплом.

Fact 7: Вам нужна машина, например двигатель, для преобразования тепловой энергии в другие формы энергии.

Fact 8: Солнечное тепло заменяет тепло Земли, которое теряется в космосе.

Fact 9: Количество тепловой энергии не зависит от количества выполняемой работы.Это не похоже на другие формы энергии.

Fact 10: Джеймс Джоуль признан первым, кто заговорил о получении и потере тепла, но он не был первым, кто использовал термин «тепловая энергия».

Fact 11: Температура и тепло — разные вещи. А именно, температура относится к тому, насколько холодным или горячим является объект.

Fact 12: Тепло может передаваться тремя способами — излучением, конвекцией и теплопроводностью.

Fact 13: Объекты, которые позволяют легко передавать тепловую энергию через них, известны как проводники.Металлы — хороший пример проводников.

Факт 14: Объекты, которые не позволяют легко передавать тепловую энергию через них, известны как изоляторы. Пластик — хороший пример изоляторов.

Факт 15: Тепловая энергия часто передается тремя основными способами, а именно; проводимость, конвекция и излучение.

Факт 16: Тепловая энергия и температура не одно и то же. Это потому, что температура просто определяет, насколько горячее или холодное вещество, в то время как тепловая энергия имеет дело с кинетическим или потенциальным состоянием молекул и атомов объекта.

Fact 17: Несмотря на то, что Джеймс Джоуль не был первым человеком, который использовал тепловую энергию, ему приписывают то, что он был первым человеком, который обсудил получение и потерю тепла.

Fact 18: Существует тесная взаимосвязь между тепловой энергией и температурой любого вещества.

Fact 19: Количество тепловой энергии в объекте никоим образом не связано с объемом работы, выполняемой этим объектом.

Fact 20: Предметы, которые используются в качестве изоляторов, такие как дерево и пластмассы, не позволяют тепловой энергии быстро проходить через них.

Fact 21: Тепловая энергия составляет значительную часть всей энергии, которой обладает объект.

Источники:

ScienceDirect, Википедия

Что такое тепловая энергия? — Определение и примеры — Видео и стенограмма урока

Применение тепловой энергии

Давайте рассмотрим простой пример тепловой энергии. Нагревательный элемент на плите содержит тепловую энергию, и чем больше вы включаете печь, тем больше внутренней энергии она содержит.На самом базовом уровне эта тепловая энергия — это движение молекул, составляющих металл элемента печи. Я знаю, что вы не видите движущихся молекул, но они видны. Чем быстрее молекулы, тем больше в них внутренней тепловой энергии.

Теперь поставим кастрюлю с водой на нагреваемый элемент. Что происходит? Печка работает, да? Ну, не так, как мы обычно думаем. Здесь «работа» относится к «движению чего-либо при приложении силы». В частности, тепловая энергия печи заставляет частицы кастрюли и, в конечном итоге, воду двигаться быстрее.Внутренняя энергия нагретого элемента передается кастрюле и, в конечном итоге, воде внутри кастрюли. Эта передача тепловой энергии от печи к кастрюле и воде обозначается как тепла . Очень важно четко придерживаться этих терминов. В этом контексте тепло — это термин, который мы используем для обозначения передачи тепловой энергии от одного объекта или системы к другому, причем передача является ключевым. Тепловая энергия — это энергия, которой обладает объект или система за счет движения частиц.Они разные — тепло и тепловая энергия.

Вы можете почувствовать тепло, если подержите руку над плитой. Тепло, в свою очередь, ускоряет молекулы внутри кастрюли и воды. Если вы поместите в воду градусник, по мере того, как вода нагреется, вы сможете наблюдать за ее повышением. Опять же, увеличение внутренней энергии приведет к повышению температуры.

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — еще один пример тепловой энергии. Слово « geothermal » происходит от греческих слов « geo », что означает «Земля», и « therm », что означает «тепло». Следовательно, геотермальная энергия — это тепловая энергия, содержащаяся в нашей Земле. Большая часть этой геотермальной энергии поступает от быстро движущихся частиц в ядре Земли, где температура может достигать 5000 градусов по Цельсию (9000 градусов по Фаренгейту).Тепловая энергия в центре Земли передается поверхности Земли. Эта теплопередача заставляет поверхность Земли иметь относительно постоянную температуру, будь то зима или лето.

Мы пользуемся этим, используя тепловые насосы. Эти тепловые насосы используют геотермальную энергию для нагрева воздуха зимой и последующего охлаждения летом. В гораздо большем масштабе мы используем геотермальную энергию для производства электроэнергии. Геотермальная энергия — это возобновляемый источник энергии , так как это энергия, полученная из природного ресурса, и ее можно пополнять.Другие примеры возобновляемых источников энергии включают ветер и воду.

Итоги урока

Подведем итоги. Тепловая энергия — это энергия, которой обладает объект или система из-за движения частиц внутри этого объекта или системы. Энергия — это просто способность выполнять работу, а работа выполняется, когда сила перемещает объект. В этом контексте система представляет собой набор объектов внутри границы, например горшок с водой. Тепловая энергия — это пример кинетической энергии , поскольку она обусловлена ​​движением частиц, причем движение является ключевым.

Тепловая энергия приводит к тому, что объект или система имеют температуру, которую можно измерить. Тепловая энергия может передаваться от одного объекта или системы к другому в виде тепла, . Геотермальная энергия — это тепловая энергия Земли, возникающая из-за движения частиц Земли. Большая часть этой геотермальной энергии содержится в ядре Земли. Эта геотермальная энергия — это возобновляемых источников энергии, , поскольку это энергия, полученная из природного ресурса, и ее можно пополнять.

Результаты обучения

В конце этого урока вы сможете:

• Определить тепловую энергию, энергию, работу, систему и возобновляемые источники энергии
• Объясните, почему тепловая энергия равна кинетической энергии
• Различие между теплом и тепловой энергией
• Опишите, что такое геотермальная энергия, где она расположена и как мы ее используем

Энергия из недр земли

1. Home
2. TUM.Energy Research Projects
3. Geothermal Alliance Bavaria
4. Что такое геотермальная энергия?
5. Энергия из недр земли

Энергия из недр земли

Термин «геотермальная энергия» происходит от греческого («gé» = земля и «thermós» = горячий), что в буквальном переводе означает тепло земли.

Гейсир в долине Хаукадалур, Исландия. Предоставлено: Джеймс Левин (распространяется через imaggeo.egu.eu)

Внутри земли жарко, как показывают вулканы, гейзеры и горячие источники.Под нашими ногами скрывается огромный энергетический потенциал.

В глубинной геотермальной энергии используется тепловая энергия, накопленная в верхних километрах земной коры.

Тепловая структура земли (Фото: GFZ)

Внутри Земли температура составляет от 5000 до 6000 градусов по Цельсию.Конечно, есть региональные различия, но в большинстве регионов мира температура на расстоянии 3-5 километров по-прежнему составляет 90-150 градусов по Цельсию. Это соответствует среднему геотермическому градиенту повышения температуры на 3 градуса Цельсия на 100 метров глубины.

Из-за распада естественных радиоактивных элементов в мантии Земли устойчивый поток тепловой энергии из недр Земли поднимается к поверхности Земли. Это тепло хранится в горных породах и в отложениях грунтовых вод.Эти резервуары можно вскрыть глубинными бурами. Это, естественно, приводит к возникновению многих исследовательских вопросов, включая методы бурения или Erhöhung der Fündigkeitswahrscheinlichkeit der Bohrungen . Если водохранилище разрабатывается, важно обеспечить устойчивое управление тепловыми отложениями.

Цель исследования Геотермального альянса Баварии — сделать тепловую энергию, хранящуюся в земной коре, устойчивой и экономически пригодной для использования в течение длительных периодов времени.