Geotermisk energi, form av energiomvandling där värmeenergi inifrån jorden fångas upp och utnyttjas för matlagning, bad, rymduppvärmning, elkraftproduktion och andra användningsområden.
utforskar
Jordens uppgiftslista
Mänsklig handling har utlöst en enorm kaskad av miljöproblem som nu hotar den fortsatta förmågan hos både naturliga och mänskliga system att blomstra. Att lösa de kritiska miljöproblemen av global uppvärmning, vattenbrist, föroreningar och biologisk mångfald är kanske de största utmaningarna under 2000-talet. Kommer vi att resa oss för att möta dem?
Värme från jordens inre genererar ytfenomen som lavaflöden, gejsrar, fumaroler, varma källor och lera krukor. Värmen produceras huvudsakligen genom radioaktivt sönderfall av kalium, thorium och uran i jordens jordskorpa och mantel och även genom friktion genererad längs kantarna på kontinentalplattorna. Det efterföljande årliga lågklassiga värmeflödet till ytan är i genomsnitt mellan 50 och 70 milliwatt (mW) per kvadratmeter över hela världen. Däremot ger inkommande solstrålning som slår jordens yta 342 watt per kvadratmeter per år (se solenergi). Geotermisk värmeenergi kan utvinnas och utnyttjas för mänskligt bruk, och den finns tillgänglig var som helst på jordens yta. Den uppskattade energin som kan återvinnas och utnyttjas på ytan är 4,5 × 10 6 exajouler, eller cirka 1,4 × 10 6 terawatt-år, vilket motsvarar ungefär tre gånger världens årliga förbrukning av alla typer av energi.
Mängden användbar energi från geotermiska källor varierar med djup och med utvinningsmetod. Ökningen av temperaturen på bergarter och andra material underjordiska medelvärden 20–30 ° C (36–54 ° F) per kilometer (0,6 mil) djup över hela världen i den övre delen av litosfären, och denna ökningstakt är mycket högre i de flesta av Jordens kända geotermiska områden. Normalt kräver värmeuttag en vätska (eller ånga) för att föra energin till ytan. Att hitta och utveckla geotermiska resurser kan vara utmanande. Detta gäller särskilt de högtemperaturresurser som krävs för att generera el. Sådana resurser är vanligtvis begränsade till delar av världen som kännetecknas av nyligen vulkanisk aktivitet eller ligger längs plattgränser eller inom korta heta ställen. Även om det finns en kontinuerlig värmekälla inom jorden, kan extraktionshastigheten för de uppvärmda vätskorna och ångan överskrida påfyllningshastigheten, och därför måste användningen av resursen hanteras hållbart.
användningsområden
Geotermisk energianvändning kan delas in i tre kategorier: direktanvändningstillämpningar, geotermiska värmepumpar (GHP) och elkraftproduktion.
Direkt användning
Förmodligen innebär den mest använda uppsättningen applikationer direkt användning av uppvärmt vatten från marken utan behov av specialutrustning. Alla applikationer för direktanvändning använder geotermiska resurser med låg temperatur, som sträcker sig mellan cirka 50 och 150 ° C (122 och 302 ° F). Sådant geotermiskt vatten och ånga med låg temperatur har använts för att värma enstaka byggnader, såväl som hela distrikt där många byggnader värms upp från en central tillförselkälla. Dessutom har många pooler, balneologiska (terapeutiska) anläggningar vid spa, växthus och vattenbruksdammar runt om i världen värmts upp med geotermiska resurser. Andra direkta användningar av geotermisk energi inkluderar matlagning, industriella tillämpningar (som torkning av frukt, grönsaker och virke), mjölkpasteurisering och storskalig snösmältning. För många av dessa aktiviteter används ofta varmt vatten direkt i värmesystemet, eller det kan användas tillsammans med en värmeväxlare, som överför värme när det finns problematiska mineraler och gaser, såsom vätesulfid blandat med vätskan.
Geotermiska värmepumpar
Geotermiska värmepumpar (GHP) utnyttjar de relativt stabila måttliga temperaturförhållandena som förekommer inom de första 300 meter (1 000 fot) av ytan för att värma byggnader på vintern och kyla dem på sommaren. I den delen av litosfären förekommer stenar och grundvatten vid temperaturer mellan 5 och 30 ° C (41 och 86 ° F). På grundare djup, där de flesta växthusgaser finns, till exempel inom 6 meter från jordens yta, upprätthåller markens temperatur en nästan konstant temperatur på 10 till 16 ° C (50 till 60 ° F). Följaktligen kan den värmen användas för att hjälpa till att värma byggnader under de kallare månaderna på året när lufttemperaturen faller under markens temperatur. På samma sätt, under årets varmare månader, kan varm luft dras från en byggnad och cirkuleras under jord, där den tappar mycket av sin värme och återlämnas.
Ett GHP-system består av en värmeväxlare (en slinga av rör begravda i marken) och en pump. Värmeväxlaren överför värmeenergi mellan marken och luften vid ytan med hjälp av en vätska som cirkulerar genom rören; vätskan som används är ofta vatten eller en kombination av vatten och frostskyddsmedel. Under varmare månader överförs värme från varm luft till värmeväxlaren och in i vätskan. När det rör sig genom rören sprids värmen till klipporna, marken och grundvattnet. Pumpen vänds under de kallare månaderna. Värmeenergi lagrad i den relativt varma marken höjer vätskans temperatur. Vätskan överför sedan denna energi till värmepumpen, som värmer luften inuti byggnaden.
GHP: er har flera fördelar jämfört med mer konventionella värme- och luftkonditioneringssystem. De är mycket effektiva och använder 25–50 procent mindre el än jämförbara konventionella värme- och kylsystem och de producerar mindre föroreningar. Minskningen av energianvändningen förknippad med växthusgaser kan översätta till så mycket som en 44 procent minskning av växthusgasutsläpp jämfört med luftkällans värmepumpar (som överför värme mellan inomhus- och utomhusluft). Jämfört med elektriska motståndsuppvärmningssystem (som omvandlar el till värme) i kombination med vanliga luftkonditioneringssystem, kan växthusgaser producera upp till 72 procent mindre växthusgasutsläpp.
