Geotermisk energi, form for energikonvertering, hvor varmeenergi inde fra Jorden indfanges og udnyttes til madlavning, badning, rumopvarmning, elektrisk kraftproduktion og anden anvendelse.
Explores
Jordens huskeliste
Menneskelig handling har udløst en enorm kaskade af miljøproblemer, der nu truer den naturlige og menneskelige systems fortsatte evne til at blomstre. At løse de kritiske miljøproblemer ved global opvarmning, vandknaphed, forurening og tab af biologisk mangfoldighed er måske de største udfordringer i det 21. århundrede. Vil vi rejse os for at møde dem?
Varme fra Jordens indre skaber overfladefænomener såsom lavastrømme, gejsere, fumaroler, varme kilder og mudderpotter. Varmen produceres hovedsageligt ved det radioaktive nedbrydning af kalium, thorium og uran i Jordens skorpe og kappe og også ved friktion genereret langs kantene af kontinentale plader. Den efterfølgende årlige lavklassede varmestrøm til overfladen gennemsnitligt mellem 50 og 70 milliwatt (mW) pr. Kvadratmeter over hele verden. I modsætning hertil giver indkommende solstråling, der rammer jordoverfladen, 342 watt pr. Kvadratmeter årligt (se solenergi). Geotermisk varmeenergi kan genvindes og udnyttes til menneskelig brug, og den er tilgængelig overalt på Jordens overflade. Den estimerede energi, der kan genvindes og udnyttes på overfladen, er 4,5 × 10 6 eksajouler, eller ca. 1,4 × 10 6 terawatt-år, hvilket svarer til omtrent tre gange verdens årlige forbrug af alle typer energi.
Mængden af brugbar energi fra geotermiske kilder varierer med dybde og efter ekstraktionsmetode. Stigningen i temperaturen på klipper og andre materialer underjordiske gennemsnit i gennemsnit 20–30 ° C (36–54 ° F) pr. Kilometer (0,6 mil) dybde i hele verden i den øverste del af lithosfæren, og denne stigningstakt er meget højere i det meste af Jordens kendte geotermiske områder. Normalt kræver varmeekstraktion en væske (eller damp) for at bringe energien til overfladen. At lokalisere og udvikle geotermiske ressourcer kan være udfordrende. Dette gælder især for de høje temperaturressourcer, der er nødvendige til produktion af elektricitet. Sådanne ressourcer er typisk begrænset til dele af verden, der er kendetegnet ved nylig vulkansk aktivitet eller lokaliseret langs pladegrænser eller inden i skorpe hot spots. Selvom der er en kontinuerlig varmekilde i Jorden, kan ekstraktionshastigheden af de opvarmede væsker og dampe overstige genopfyldningshastigheden, og derfor skal brugen af ressourcen styres bæredygtigt.
Anvendelser
Geotermisk energiforbrug kan opdeles i tre kategorier: applikationer til direkte anvendelse, geotermiske varmepumper (GHP'er) og elproduktion.
Direkte anvendelser
Det mest anvendte sæt applikationer involverer sandsynligvis direkte brug af opvarmet vand fra jorden uden behov for specialiseret udstyr. Alle applikationer til direkte anvendelse gør brug af geotermiske ressourcer ved lav temperatur, der spænder mellem ca. 50 og 150 ° C (122 og 302 ° F). Sådant geotermisk vand og damp med lav temperatur er blevet brugt til at varme enkeltbygninger såvel som hele distrikter, hvor adskillige bygninger opvarmes fra en central forsyningskilde. Derudover er mange svømmebassiner, balneologiske (terapeutiske) faciliteter ved kurbade, drivhuse og akvakulturdammer rundt om i verden blevet opvarmet med geotermiske ressourcer. Andre direkte anvendelser af geotermisk energi inkluderer madlavning, industrielle anvendelser (såsom tørring af frugt, grøntsager og træ), mælkepasteurisering og storskala snesmeltning. Til mange af disse aktiviteter bruges ofte varmt vand direkte i varmesystemet, eller det kan bruges i forbindelse med en varmeveksler, der overfører varme, når der er problematiske mineraler og gasser, såsom hydrogensulfid blandet med væsken.
Geotermiske varmepumper
Geotermiske varmepumper (GHP'er) drager fordel af de relativt stabile moderate temperaturforhold, der forekommer inden for de første 300 meter (1.000 fod) af overfladen for at varme bygninger om vinteren og afkøle dem om sommeren. I den del af litosfæren forekommer klipper og grundvand ved temperaturer mellem 5 og 30 ° C (41 og 86 ° F). På lavere dybder, hvor de fleste GHP'er findes, såsom inden for 6 meter (ca. 20 fod) af jordoverfladen, opretholder jordens temperatur en næsten konstant temperatur på 10 til 16 ° C (50 til 60 ° F). Følgelig kan denne varme bruges til at hjælpe med at varme bygninger i de koldere måneder af året, når lufttemperaturen falder under jorden. På samme måde kan i de varmere måneder af året trækkes varm luft fra en bygning og cirkuleres under jorden, hvor den mister meget af sin varme og returneres.
Et GHP-system består af en varmeveksler (en sløjfe af rør begravet i jorden) og en pumpe. Varmeveksleren overfører varmeenergi mellem jorden og luft ved overfladen ved hjælp af en væske, der cirkulerer gennem rørene; den anvendte væske er ofte vand eller en kombination af vand og frostvæske. I varmere måneder overføres varme fra varm luft til varmeveksleren og ind i væsken. Når den bevæger sig gennem rørene, spredes varmen til klipperne, jorden og grundvandet. Pumpen vendes i de koldere måneder. Varmeenergi, der er lagret i den relativt varme jord hæver væskens temperatur. Væsken overfører derefter denne energi til varmepumpen, der varmer luften inde i bygningen.
GHP'er har adskillige fordele i forhold til mere konventionelle varme- og klimaanlæg. De er meget effektive og bruger 25–50 procent mindre elektricitet end sammenlignelige konventionelle varme- og kølesystemer, og de producerer mindre forurening. Reduktionen i energiforbrug, der er forbundet med drivhusgasser, kan omsætte til så meget som et 44 procent fald i drivhusgasemissioner sammenlignet med luftkilde-varmepumper (som overfører varme mellem indendørs og udendørs luft). I sammenligning med elektriske modstandsopvarmningssystemer (som konverterer elektricitet til varme) kombineret med standard klimaanlæg, kan drivhusgasser producerer op til 72 procent mindre drivhusgasemissioner.
