Co je geotermální energie? | Udržitelný rozvoj ve společnosti Microsoft

Naučte se, jak snížit závislost světa na fosilních palivech pomocí tohoto čistého, obnovitelného zdroje energie.

Co je geotermální energie?

Zatímco lidé, organizace a země hledají způsoby, jak snížit své uhlíkové emise, vlády a podniky přijaly významné závazky ke snížení těchto emisí. K dosažení těchto cílů je zásadní najít alternativy k fosilním palivům, včetně uhlí, zemního plynu a ropy. V tomto ohledu roste význam obnovitelných, čistých zdrojů energie, jako je solární, vodní, větrná a geotermální energie. Dnes je geotermální energie považována za jednu z nejúčinnějších a nejudržitelnějších forem energie, protože je to čistý, spolehlivý a obnovitelný zdroj. Geotermální energie využívá teplo uložené pod zemským povrchem k výrobě elektřiny a poskytuje geotermální vytápění a chlazení pro domácnosti a podniky. Geotermální zdroje byly v Severní Americe využívány již více než 10 000 let, protože američtí Paleo-Indiáni využívali geotermální horké prameny k vytápění, vaření a koupání. Geografie hraje rozhodující roli ve schopnosti regionu využívat geotermální energii. Nejlepší geotermální zdroje se obvykle nacházejí poblíž hranic tektonických desek. V blízkosti těchto hranic se vlivem pohybu zemské kůry nacházejí zóny zvýšené vulkanické a seismické aktivity. Například Pacifický Ohnivý kruh je řetězem sopek a tamní seismická aktivita je primárně způsobena deskovou tektonikou. V důsledku toho je region domovem nejaktivnějších geotermálních zón na světě. Spojené státy jsou nyní světovým lídrem ve výrobě geotermální energie, ačkoli geotermální energie představuje pouze malé procento spotřeby energie v USA. Protože geotermální energie je široce distribuována poblíž hranic tektonických desek, většina amerických geotermálních elektráren se nachází v západních státech. Kalifornie má největší kapacitu na výrobu geotermální energie, kde funguje 40 geotermálních elektráren. Island, Filipíny a Salvador jsou také světovými lídry v oblasti geotermální energie, které představují více než 25 procent celkové spotřeby energie každé země. V tomto článku naleznete přehled geotermální energie, zhodnotíte její klady a zápory a získáte příklady geotermální energie. Dozvíte se také o budoucnosti geotermální energie a o tom, jak technologie mohou urychlit inovace v geotermální energii.

Druhy geotermální energie

Geotermální energie se získává z tepla generovaného v nitru Země. Termín „geotermální energie“ pochází z řeckých slov „geo“, což znamená „země“ a „termos“, což znamená „teplo“. Pod zemskou kůrou, která je tvořena horninou a vodou, leží vrstva horké, roztavené horniny zvané magma. Magma dosahuje teplot mezi 704 °C a 1315 °C a může vybublávat k zemskému povrchu jako láva. Magma také ohřívá horniny a podzemní vrstvy vody, které se mohou uvolňovat prostřednictvím gejzírů, horkých pramenů a parních průduchů – všechno příklady geotermální energie. Většina zemské geotermální energie však zůstává pod zemí ve formě kapes páry a horké vody a je shromažďována různými metodami:

Nízkoteplotní geotermální energie

• Teplo z geotermální tekutiny v blízkosti zemského povrchu přirozeně stoupá nebo je přístupné studnou.
• Je k dispozici téměř kdekoli na světě.
• Přímé využití geotermální energie zahrnuje vytápění domů, skleníků, rybích farem a některé průmyslové procesy.

Koprodukce geotermální energie

• Ohřátá voda se používá jako vedlejší produkt ropných a plynových vrtů.
• Vyrábí elektřinu, která je využívána stanicí nebo prodávána do sítě.

Geotermální vytápění a chlazení

• Vrty pro geotermální tepelná čerpadla se vrtají v hloubkách od 3 do 90 metrů.
• V zimě vytápí domy a budovy a v létě je ochlazuje.

Geotermální elektrárna

• Napojuje se na geotermální nádrže hluboké až tři km.
• Vyrábí elektřinu.

Dnes je otázka instalace vysoce účinného topného systému pro soukromé domácnosti jednou z nejdůležitějších. Tarify za zemní plyn a elektřinu pro domácnosti a firmy se neustále zvyšují, což nás nutí přemýšlet o využívání alternativních zdrojů energie. Také většina tradičních zdrojů vytápění, které jsou schopné uvolňovat teplo pouze během spalování, není bezpečná z hlediska životního prostředí a nebezpečí požáru.

Do kategorie moderních alternativních systémů vytápění patří geotermální vytápění, které se na běloruském trhu objevilo poměrně nedávno. Vzhledem k plánům vlády přivést obyvatele ke 100% úhradě nákladů na plyn a elektřinu se systémy vytápění na bázi tepelného čerpadla stávají velmi atraktivní alternativní možností oproti zastaralým klasickým řešením. A přestože dnes cena geotermálního vytápění výrazně klesla, hlavním faktorem, který brání růstu popularity takových systémů, je stále jejich vysoká cena. Za poslední 2–3 roky jsme zaznamenali snížení nákladů na instalaci tepelného čerpadla o 30–40 %. Hlavními hnacími silami snižování nákladů byly v poslední době vrtné práce – v důsledku všeobecné krize ve stavebnictví se náklady na vrtání snížily 2–2,5krát. Podařilo se nám také snížit vstupní kapitálové investice pro naše klienty uzavíráním dlouhodobých smluv s dodavateli zařízení a materiálů za rozumnější ceny, aniž by došlo ke ztrátě jejich kvality. Nákladový problém se postupně řeší vstupem na trh tepelných čerpadel ruské a čínské výroby, která jsou samozřejmě kvalitou nesrovnatelná s evropskými výrobci, ale cenově mnohem nižší. Mnohé také odrazuje složitost návrhu a instalace tepelného čerpadla, zejména pro ty, kteří se rozhodnou instalovat geotermální systém svépomocí.

Klady a zápory vytápění tepelným čerpadlem.

Nový technologický vývoj umožnil i soukromým domácnostem efektivně využívat energetický potenciál Země. Dnes je každý majitel soukromého domu schopen opustit topný systém, který funguje spalováním paliva, ve prospěch ekologičtějších a ekonomičtějších technických řešení. V současné době geotermální vytápění může být vybaveno téměř pro každý venkovský dům. Objem sluneční energie akumulované půdou je téměř 98 %. Z tohoto důvodu se i v zimě v hloubi útrob zadržují velké objemy tepla, které lze využít k vytápění objektu. Stačí mít speciální vybavení, které „dodá“ teplo na správné místo.

Hlavními prvky systému jsou tepelné čerpadlo a externí kolektor. Toto zařízení není levné. Pokud se rozhodnete pro instalaci takového systému doma, měli byste být na to připraveni vyplatí se to po 4-5 letech provozu. Tato okolnost je hlavním odrazujícím faktorem pro mnoho majitelů domů. Navzdory skutečnosti, že dům je postaven s vyhlídkou na nejméně 20-30 let pobytu, ne každý je připraven na vážné investiční výdaje. I když z ekonomického hlediska je nutné tomu rozumět po 4-5 letech tepelné čerpadlo (které má životnost 15 let) v podstatě třikrát „dostane“ své náklady, a to při dnešních extrémně nízkých cenách zemního plynu.

Průměrné náklady na zařízení se samozřejmě liší od oblasti vytápěných budov, jejich izolace, geografické polohy, typu kolektoru a dalších faktorů. Zvláště důležitou složkou, která stojí za zmínku samostatně, je přítomnost, druh a kvalita tepelně izolačních materiálů. Například, Zateplení 40 cm cihlové zdi 100 mm kamennou vlnou může snížit tepelné ztráty obvodovým pláštěm budovy až 3krát! Tím se výrazně sníží potřebný výkon geotermálního topného systému a v důsledku toho se sníží počáteční injektáže. Pro naše zákazníky se vždy snažíme najít „jakousi ekonomickou rovnováhu“ mezi rozsahem zateplení domu a výkonem tepelného motoru.

Výhody geotermálního vytápění v domácnosti:

1. Není potřeba schválení ani přítomnost speciální spalovací místnosti;
2. Kompletní bezpečnost proti požáru a výbuchu;
3. Plně automatický provoz, který nevyžaduje zásah člověka;
4. Možnost dálkového (z chytrého telefonu nebo počítače) ovládání systému;
5. Nízké provozní náklady.

Energie získaná z útrob země je zcela zdarma a nepodléhá žádným daním ani clu. Právo na jeho užívání je zakotveno v zemském zákoníku Běloruské republiky. Je však třeba vynaložit peníze na elektřinu, která je nezbytná pro provoz kompresoru tepelného čerpadla. Poměr vynaložené elektrické energie a přijaté tepelné energie je přibližně 1 ku 5, tzn Za 1 kW zaplatíte, zbylé 4 kW dostanou bonus. Bez ohledu na to, jak se energetické tarify v budoucnu zvýší, 80 % energie zůstane stále zdarma.

Nova Gros LLC – oficiální distributor Stiebel Eltron tepelných čerpadel

Popis a mechanismus činnosti.

Geotermální systém pro soukromé domy funguje na téměř stejných principech jako klasická klimatizační zařízení. Hlavní součástí systému je jednotka tepelného čerpadla, ke které jsou připojeny 2 okruhy. Jedna z nich je vnitřní (umístěná ve vytápěném objektu), druhá je vnější (sbírá teplo z okolí). Okruh uvnitř objektu je v podstatě obvyklým rozvodem vytápěných podlah, radiátorů a dalších prvků po celém domě. Vnější okruh akumuluje odvedené teplo, je umístěn v určité hloubce v půdě nebo vodě. V okruhu cirkuluje kapalina – nemrznoucí směs (vodný roztok etylenu nebo propylenglykolu s hmotnostní koncentrací do 33%). Je vhodnější použít propylenglykol, protože je šetrnější k životnímu prostředí.

Teplota nemrznoucí směsi uvnitř vnějšího okruhu dosáhne úrovně okolní teploty, po které je dodávána do tepelného čerpadla. Tam se ochladí na teploty pod nulou a uvolněné teplo se předá vnitřnímu okruhu. Dále nemrznoucí směs znovu vstupuje do vnějšího okruhu a cyklus se opakuje. Přenos a přeměna nekvalitního tepla se provádí podle Carnotova cyklu (použití dvou výměníků tepla, kompresoru, freonového okruhu), který najdeme téměř ve všech ledničkách, klimatizacích atd. Ve skutečnosti, tepelné čerpadlo nevynakládá energii na výrobu tepla, ale na jeho asimilaci, přenos a přeměnu do domu z okolního prostředí.

Zařízení může být instalováno tak, aby během topné sezóny fungovalo v režimu prostorového vytápění a v létě – v režimu klimatizace. Teplo, které čerpadlo akumuluje v režimu chlazení, je předáno do vnějšího okruhu. Pokud zařízení pracuje v režimu vytápění, teplo jde do vnitřního okruhu.

Metody konstrukce obvodů

Některé organizace, kterým chybí zkušenosti a znalosti v oblasti geotermálního vytápění, často vymyslí plány na zavedení alternativního vytápění samy. Realizovat takový projekt v praxi je ale obtížné. Musíte mít nejen znalosti, ale také drahé vybavení a nástroje. Za tímto účelem se v blízkosti objektu staví konstrukce, která se bude nacházet ve velkých hloubkách (v některých případech i více než 100 m) a bude sestávat z potrubí uzavřených do jednoho systému. Dále je nutné zvážit rozměry kolektoru a rozhodnout se pro konstrukci výměníku. V tomto případě je třeba vzít v úvahu spoustu faktorů. Nejprve musíte určit hloubku a stanovit úroveň tepelné vodivosti půdy.

Alternativní vytápění pomocí tepelného čerpadla lze v tuto chvíli realizovat podle jednoho ze tří schémat. Výběr schématu ovlivňuje, jak bude uspořádán vnější okruh, který shromažďuje tepelnou energii, a také náklady na geotermální topný systém.

• Ukázat největší účinnost vertikální výměníky tepla. Jejich instalace je možná pouze s použitím speciálního vybavení. Návrh systému je spojen s vážnými náklady na vrtání studní, jejichž hloubka může dosáhnout 150 metrů. Konečný výsledek však nakonec odůvodní náklady, protože studna může vydržet 100 let. Pro stanovení přibližné hloubky a počtu vrtů se provádí předběžný výpočet se zaměřením na poměr 40-50 W tepelné energie na metr kolektoru. Na základě toho, pokud je výkon tepelného čerpadla 10 kW, tak pro něj musí být vyvrtána studna o délce 160-200 metrů. V některých případech je racionálnější udělat několik vrtů s menší hloubkou, které dohromady dávají požadovaný výsledek. Toto řešení ušetří peníze.
• Jednodušší a ekonomičtější varianta je umístění výměníku tepla na dno jezera nebo řeky, kde voda v zimě nezamrzne. Nastavení takové struktury je poměrně jednoduché. Není potřeba provádět drahé výkopové práce. Pokud potřebujete zřídit geotermální vytápění vašeho domu na klíč, pak je to nejjednodušší projekt na realizaci. Existují však určité podmínky. Zásobník musí být umístěn minimálně 100 metrů od objektu, hrozí poškození výměníku třetími osobami, je nutný souhlas státních dozorových orgánů.
• Design s horizontální výměník tepla je také poměrně jednoduchý. V tomto případě jsou potrubí položena pod zemí. V tomto případě by hloubka měla být taková, aby půda nezamrzla. Hlavní nevýhodou této možnosti je potřeba vyvinout poměrně velkou plochu pro kolektor. Například pro dům o rozloze 200 m500. je nutné uspořádat kolektor na 1,5 mXNUMX. Kromě toho musí být trubky umístěny v určité vzdálenosti od korun stromů (nejméně XNUMX m), což často vytváří další potíže. V prostoru, kde se tento typ kolektorů nachází, je zakázáno stavět jiné stavby, dláždit nebo pokládat dlaždice, nebo sázet velké stromy.

Každý z výše uvedených typů obrysů má své výhody a nevýhody. Ale jak ukazují statistiky naší organizace přibližně 90 % zákazníků i přes vyšší náklady volí vertikální výměník tepla. Umožňuje úsporu místa, zajištění stabilního provozu po celý rok, zachování stávající vybavenosti a neomezuje využití pozemků přidělených pro horizontální kolektor.

Pokud vás tento článek zaujal nebo chcete získat více informací, kontaktujte naše specialisty (044) 765 29 58 nebo přijďte do naší kanceláře v Minsku.

Je možné organizovat návštěvy stávajících zařízení!