الطاقة الحرارية الأرضية; الأنواع والعمليات

الطاقة الحرارية الأرضية , إذا حفرت حفرة في الأرض ، فستصبح درجة الحرارة أكثر دفئا كلما تعمقنا. يحدث هذا لأن قلب الأرض حار للغاية (10,800 فهرنهايت). تشع هذه الحرارة من القلب في جميع الاتجاهات وترفع درجات حرارة طبقات أخرى من الأرض.

 الطاقة الحرارية الأرضية

تعرف الطاقة الحرارية (الحرارية) المتولدة من القلب والمخزنة في طبقات الأرض باسم الطاقة الحرارية الأرضية.

تستخدم درجات الحرارة تحت السطح (8 أقدام للأنابيب الأفقية و 250 قدما للأنابيب الرأسية) للتدفئة والتبريد فوق السطح.

ما الذي يجعل الطاقة الحرارية الأرضية متجددة؟

الطاقة الحرارية الأرضية هي شكل من أشكال الطاقة المتجددة لأن قلب الأرض سوف يشع دائما حرارة! وسوف تنتشر هذه الحرارة إلى طبقات الأرض.

تبلغ درجة الحرارة الأساسية حوالي 5000 كلفن حاليا ، مع انخفاض قدره 250 كلفن منذ إنشاء النظام الشمسي قبل 4.5 مليار سنة. لذلك إذا انخفضت درجة الحرارة بالمعدل الحالي البالغ 55 درجة كل مليار سنة ؛ سيستغرق الأمر أكثر من 90 مليار سنة حتى يبرد قلب الأرض إلى 0 K حيث لا يمكن أن توجد حياة.

فوائد الطاقة الحرارية الأرضية

واحدة من الفوائد الرئيسية للطاقة الحرارية الأرضية هي أن لها تأثير منخفض جدا من الكربون لأنها تستخدم الحرارة من المصادر الطبيعية. هذا يجعل العملية صديقة للبيئة ، ولكن هناك صيد لها.

على الرغم من أن محطات محطات الطاقة الحرارية الأرضية لا تحتاج إلى الكهرباء ، إلا أن مضخات مصدر الحرارة الحرارية الأرضية المثبتة في المنازل والمساحات التجارية تتطلب القليل من الكهرباء لتشغيل المضخات الحرارية. إذا تم الحصول على هذه الكهرباء من مصادر غير متجددة ، فسيكون للعملية بصمة كربونية صغيرة.

إلى جانب كونها صديقة للبيئة ، فإن مضخات مصدر الحرارة لديها ضوضاء قليلة جدا لأنها لا تستخدم محرك احتراق داخلي مثل المولد. هذه طريقة جيدة لمنع وتقليل التلوث الضوضائي.

تساعد الطاقة الحرارية الأرضية على توفير المال لأنها تقلل من فواتير التدفئة والتبريد بنسبة تصل إلى 70٪. يمكنك أيضا توفير أموالك في العديد من البلدان عندما تحصل على إعفاءات ضريبية لتركيب واستخدام الطاقة الحرارية الأرضية.

بخلاف هذه الفوائد ، فإن الطاقة الحرارية الأرضية أرخص بكثير من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى على المدى الطويل.

تستمر مضخات مصادر الحرارة القائمة على الطاقة الحرارية الأرضية لمدة تصل إلى 20 عاما بينما تستمر محطات الطاقة الحرارية الأرضية لمدة 30 عاما بكفاءة مثالية. واو

محطات الطاقة الحرارية الأرضية

لا تتطلب محطات الطاقة الحرارية الأرضية حرق الوقود الأحفوري من أجل العمل. يستخدمون أحواض تيار المياه الساخنة الطبيعية التي هي موارد متجددة. هناك ثلاثة أنواع من محطات الطاقة الحرارية الأرضية. كل منهم يولد الطاقة ولكن بطرق مختلفة قليلا.

محطة توليد الطاقة بالبخار الجاف

هذه هي الأكثر شيوعا ، أكثر من نصف محطات الطاقة الحرارية الأرضية المثبتة في العالم هي محطات توليد الطاقة البخارية الجافة. تساعد خزانات الحرارة تحت الأرض المصنع على ضخ البخار الساخن في التوربينات التي تدور حولها ؛ ثم تقوم هذه العملية بتشغيل المولد لتوفير الكهرباء.

يتكثف البخار في الماء بعد تشغيل التوربينات. يتم توصيل الماء مرة أخرى إلى الأرض عن طريق الحقن جيدا حتى يتمكن من الاحماء مرة أخرى.

محطة توليد الطاقة البخارية الفلاش:

يشبه هذا النوع من عمليات المحطات إلى حد ما محطات الطاقة البخارية الجافة. بدلا من ضخ البخار الساخن ، تضخ هذه النباتات الماء الساخن. تقوم هذه المحطات بضخ الماء الساخن بضغط عال من الأرض وتجلب هذه المياه إلى خزان فلاش فوق سطح الأرض. يتم ضبط خزان الفلاش على درجة حرارة أقل بكثير مما يؤدي بسرعة إلى تحول الماء الساخن أو "وميضه" إلى بخار.

يتم تشغيل التوربينات بواسطة البخار المنتج بعد. يبرد البخار لاحقا ويتكثف في الماء الذي يتم ضخه مرة أخرى إلى الأرض بواسطة بئر الحقن.

محطة توليد الطاقة ثنائية الدورة:

الفرق الرئيسي بين محطات توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية ومحطات الطاقة الأخرى هو أنه في محطة توليد الطاقة ذات الدورة الثنائية ، لا تتلامس المياه أو البخار الذي يتم ضخه من تحت الأرض بشكل مباشر مع التوربينات.

يتم توجيه المياه التي يتم ضخها من الخزانات الحرارية الأرضية من خلال مبادل حراري يسخن سائلا ثانيا. يتم تسخين السائل الثاني وينتج البخار للتوربينات لتدوير وتشغيل المولد.

يتم إعادة تدوير المياه مرة أخرى إلى الأرض بواسطة بئر الحقن ، في حين يتم ضخ السائل الثاني في التوربين وإرساله مرة أخرى إلى المبادل الحراري حيث يمكن تسخينه مرة أخرى لمواصلة العملية.

مضخات حرارية أرضية

عادة ما يتم تركيب مضخات الحرارة الأرضية في المنازل. من خلال تزويد منزلك بمضخة حرارية أرضية ، يمكنك الاستفادة من درجات حرارة الأرض إما لتبريد (في الصيف) أو تدفئة منزلك (في الشتاء). تختلف درجات الحرارة فوق الأرض في مواسم مختلفة ولكنها تبقى كما هي تحت الأرض عند 50 فهرنهايت - 60 فهرنهايت على مدار العام. هذا يضمن أن مضخات التدفئة يمكن أن تعمل بكفاءة على مدار العام دون أي انقطاع.

أنواع المضخات الحرارية الأرضية

هناك في المجموع أربعة أنواع من مضخات مصدر الحرارة ، 1 نظام مفتوح الحلقات و 3 أنظمة مغلقة الحلقة. كلها مختلفة قليلا ومثبتة وفقا لعوامل مختلفة بما في ذلك الظروف المناخية ونوع التربة وحجم الأرض المتاحة.

أنظمة الحلقة المغلقة

هناك ثلاثة أنواع من أنظمة الحلقة المغلقة. أنظمة أفقية ورأسية وأحواض / بحيرات. كل هذه تعمل بنفس الطريقة.

تستخدم الأنظمة الأفقية بشكل شائع لأنها فعالة للغاية من حيث التكلفة للإنشاء في المناطق السكنية. إذا كنت ترغب في إعداد نظام للمباني التجارية الكبيرة ، فيمكنك الذهاب إلى نظام عمودي مغلق الحلقة يمكن أن يصل عمقه إلى 400 قدم تحت الجولة. أنظمة الحلقة المغلقة التي شيدت تحت بحيرة أو بركة هي الأرخص.

في أنظمة الحلقة المغلقة ، يمر خليط (إيثيلين جلايكول / ماء) عبر حلقة من الأنابيب تحت الأرض التي تصل للاتصال بالمبادل الحراري في المبنى. الخليط الذي يتم ضخه من تحت الأرض دافئ في الشتاء وبارد في الصيف. يقوم المبادل الحراري بتبادل الطاقة الحرارية بين الماء وهواء التهوية الذي سيتم استخدامه لتبريد أو تسخين المبنى.

في فصل الشتاء ، تستخدم الضواغط الكهربائية الحرارة المشتقة من الخليط لتسخين الهواء وإرساله عبر القنوات إلى المبنى.

في الصيف ، يتم عكس العملية حيث تقوم المبادلات الحرارية بسحب الحرارة من الهواء في المبنى ونقلها إلى الأرض أو الماء الذي يمتص الحرارة ويذهب تحت الأرض لتبديد الحرارة.

هذا يحافظ على درجة الحرارة الداخلية عند مستوى معتدل حتى يتم تغطيتك في جميع الفصول!

أنظمة الحلقة المفتوحة

في هذا النظام ، يتم أخذ المياه مباشرة من مصدر مياه مفتوح إلى مضخة التدفئة. بمجرد وصول الماء إلى هناك ، يكون أمامه خياران. إما أنه يمكن إعادة تدويره مرة أخرى أو يمكن ضخه في جسم مائي آخر دون التسبب في التلوث. لا يوجد سوى اختلاف طفيف في درجة حرارة الماء ، لذلك تحتاج إلى مزيد من الحجم لنقل الحرارة بكفاءة.

يمكن أن تكون هذه رخيصة جدا ولكن المشكلة الوحيدة هي أنها تتطلب تدفق المياه التي تكون ثابتة وبحجم جيد.

يمكن استخدام أنظمة الحلقة المفتوحة في جميع أنحاء العالم بسبب بقاء درجة الحرارة ثابتة تحت الأرض. ومع ذلك ، فإنها جميعا تختلف في التكاليف والكفاءة.

الطاقة الحرارية الأرضية لديها القدرة على الاستمرار طالما أن الأرض سوف تستمر. لذلك ، اعتبرها هدية وشجع على استخدام الطاقة الحرارية الأرضية.