Chắc chắn bạn biết năng lượng địa nhiệt nói chung là gì, nhưng Bạn có biết tất cả những điều cơ bản về năng lượng này? Nói chung, chúng ta nói rằng năng lượng địa nhiệt là nhiệt năng từ bên trong Trái đất. Nói cách khác, năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng tái tạo duy nhất không có nguồn gốc từ Mặt trời. Hơn nữa, chúng ta có thể nói rằng năng lượng này không phải là năng lượng tái tạo, vì. sự đổi mới của nó không phải là vô hạn, mặc dù nó vẫn còn không thể cạn kiệt ở quy mô con người, vì vậy nó được coi là có thể tái tạo cho các mục đích thực tế.
Nguồn gốc của nhiệt bên trong Trái đất
Nhiệt độ bên trong Trái đất chủ yếu được tạo ra bởi sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ chẳng hạn như Uranium 238, Thorium 232 và Kali 40. Những nguyên tố này liên tục phân rã, giải phóng năng lượng nhiệt trong quá trình này. Một yếu tố quan trọng khác là va chạm mảng kiến tạo, giải phóng nhiệt do chuyển động và ma sát. Ở một số vùng nhất định, nhiệt địa nhiệt tập trung hơn, chẳng hạn như các khu vực gần núi lửa, dòng magma, mạch nước phun và suối nước nóng. Điều này cho phép sử dụng năng lượng dễ dàng hơn.
Sử dụng năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt đã được sử dụng trong hơn 2.000 năm, với việc người La Mã đi tiên phong trong việc sử dụng suối nước nóng để tắm nhiệt và sưởi ấm. Trong thời gian gần đây, nó được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà, nhà kính và sản xuất điện. Có ba loại tiền gửi có thể thu được năng lượng địa nhiệt:
- Hồ chứa nhiệt độ cao
- Hồ chứa nhiệt độ thấp
- Các hồ chứa đá nóng khô
Hồ chứa nhiệt độ cao
Nó được coi là tiền gửi của nhiệt độ cao khi nước ngầm trong hồ chứa đạt nhiệt độ trên 100°C do ở gần nguồn nhiệt đang hoạt động. Để khai thác nhiệt từ lòng đất, các điều kiện địa chất phải cho phép tồn tại hồ địa nhiệt, hoạt động tương tự như các hồ chứa dầu hoặc khí đốt tự nhiên.Nước nóng Thông qua những tảng đá này, nó có xu hướng nổi lên trên bề mặt cho đến khi chạm tới hồ chứa địa nhiệt bị giữ lại bởi một lớp không thấm nước. Tuy nhiên, nếu có vết nứt ở lớp không thấm nước đó, hơi nước hoặc nước nóng có thể bốc lên và xuất hiện trên bề mặt dưới dạng suối nước nóng hoặc mạch nước phun. Những nguồn nhiệt này đã được khai thác từ thời cổ đại và ngày nay chúng được sử dụng để sưởi ấm và các quy trình công nghiệp.
Hồ chứa nhiệt độ thấp
Bể chứa nhiệt độ thấp là nơi nước đạt từ 60 đến 100°C. Trong những trường hợp này, dòng nhiệt diễn ra bình thường nên không cần thiết phải có nguồn nhiệt hoạt động hoặc có lớp không thấm nước.
Ở đây, điều quan trọng là phải có một kho chứa nước ở độ sâu cho phép nó đạt đến nhiệt độ đủ cao để việc khai thác có hiệu quả kinh tế.
Các hồ chứa đá nóng khô
Tiền gửi của đá nóng khô Họ thậm chí còn có nhiều tiềm năng hơn vì họ nằm trong số những 250-300ºC và ở độ sâu từ 2.000 đến 3.000 mét. Để lấy nhiệt từ những tảng đá này, cần phải bẻ gãy chúng để làm cho chúng xốp.
Trong hệ thống này, nước lạnh được bơm từ bề mặt, đi qua đá xốp nóng, nóng lên trong quá trình này và sau đó được tách ra dưới dạng hơi nước để tạo ra điện. Tuy nhiên, các mỏ này gặp khó khăn do cần có kỹ thuật bẻ gãy và khoan để khai thác.
Năng lượng địa nhiệt nhiệt độ rất thấp
Chúng ta cũng có thể coi lòng đất là một nguồn nhiệt ở 15ºC, hoàn toàn có thể tái tạo và vô tận. Với hệ thống thu gom đầy đủ và máy bơm nhiệt, có thể truyền lượng nhiệt này sang hệ thống sưởi ấm có thể đạt tới 50°C, cung cấp hệ thống sưởi và nước nóng sinh hoạt.
Hệ thống này cũng có thể được sử dụng vào mùa hè, lưu trữ nhiệt ở nhiệt độ 40°C dưới lòng đất. Nhược điểm chính là cần diện tích bề mặt lớn để chôn mạch bên ngoài, nhưng ưu điểm chính của nó là tiết kiệm năng lượng và tính linh hoạt Nó có thể được sử dụng cho cả sưởi ấm và làm mát.
Máy bơm nhiệt địa nhiệt
Yếu tố thiết yếu trong loại hệ thống này là bơm nhiệt. Máy nhiệt động này hoạt động dựa trên Chu trình carnot, lấy từ chất khí đóng vai trò là chất mang nhiệt giữa hai nguồn, một nguồn có nhiệt độ thấp và nguồn kia có nhiệt độ cao.
Máy bơm này có thể hút nhiệt từ mặt đất ở nhiệt độ 15°C và tăng nhiệt độ để làm nóng không khí trong mạch bên trong, đạt hiệu suất cao hơn nhiều so với hệ thống điều hòa không khí thông thường.
Trao đổi mạch với Trái đất
Chúng ta có thể phân biệt giữa các hệ thống trao đổi với Nước ờ bề mặt, rẻ hơn nhưng bị giới hạn về mặt địa lý và trao đổi với mặt đất, có thể trực tiếp hoặc thông qua mạch phụ.
- Trao đổi trực tiếp: đơn giản hơn và rẻ hơn, nhưng có nguy cơ rò rỉ và đóng băng.
- mạch phụ trợ: đắt hơn, nhưng tránh được sự dao động nhiệt độ lớn.
Cần lưu ý rằng, bằng cách hấp thụ nhiệt từ nguồn nhiệt độ ổn định như lòng đất, các hệ thống này mang lại hiệu suất ổn định và hiệu quả trong suốt cả năm, bất kể điều kiện khí quyển.
Hiệu suất của hệ thống điều hòa không khí
La hiệu suất năng lượng của hệ thống điều hòa không khí địa nhiệt rất nổi bật: chúng đạt hiệu suất lên tới 500% khi làm mát và 400% khi sưởi ấm. Điều này có nghĩa là với mỗi đơn vị năng lượng được sử dụng, có thể tạo ra tối đa 5 đơn vị nhiệt năng trong trường hợp làm lạnh.
Ngoài hiệu quả cao, hệ thống này còn có ưu điểm là không phụ thuộc vào sự biến động của năng lượng mặt trời hoặc gió, vì Trái đất cung cấp nguồn nhiệt liên tục.
Phân bố năng lượng địa nhiệt
Năng lượng địa nhiệt được phân bổ khắp hành tinh, nhưng tập trung nhiều hơn ở các khu vực núi lửa và các đứt gãy kiến tạo. Các khu vực như bờ biển Thái Bình Dương ở Mỹ và Indonesia có tiềm năng cao. Tuy nhiên, việc khai thác có thể mở rộng sang các khu vực khác bằng công nghệ khoan hiện đại.
Ưu điểm và nhược điểm của năng lượng địa nhiệt
Lợi ích:
- Có sẵn trên khắp hành tinh.
- Không thể cạn kiệt ở quy mô con người.
- Năng lượng rẻ nhất được biết đến.
Nhược điểm:
- Có thể giải phóng khí lưu huỳnh.
- Truyền nhiệt trên khoảng cách xa là không khả thi.
- Chi phí lắp đặt ban đầu cao.
Tương lai của năng lượng địa nhiệt
Tiềm năng địa nhiệt của hành tinh này là rất lớn, với đủ năng lượng được lưu trữ dưới lòng đất để cung cấp nhu cầu năng lượng của thế giới trong hàng triệu năm. Khi kỹ thuật khoan tiến bộ, việc sử dụng năng lượng địa nhiệt dự kiến sẽ ngày càng trở nên phổ biến trong các quy trình công nghiệp, sưởi ấm tòa nhà và sản xuất điện.
Với sự phát triển của các công nghệ mới như tua-bin không cánh có khả năng tạo ra điện ở nhiệt độ thấp hơn, năng lượng địa nhiệt có tương lai đầy hứa hẹn để trở thành một phần thiết yếu trong nguồn cung cấp năng lượng toàn cầu.
Do đó, năng lượng địa nhiệt không chỉ mang lại giải pháp thay thế sạch và dồi dào mà còn có thể giúp chúng ta hướng tới sự độc lập hơn về năng lượng, đồng thời giảm lượng khí thải carbon.