Проект "Геотермальна енергетика" на конкурс "Енергія і середовище"

Про матеріал
Матеріали конкурсу "Енергія і середовище" 2013 року. Даний проект націлений на пошук альтернативних джерел енергії. Альтернативні джерела енергії – невикопні джерела енергії, які постійно існують або періодично з’являються в навколишньому природному середовищі такі як енергія сонця, вітру, геотермальна, аеротермальна, гідротермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів. Україна має певний потенціал розвитку геотермальної енергетики. Це обумовлено термогеологічними особливостями рельєфу та особливостями геотермальних ресурсів країни. Проте, на даний час наукові, геолого-розвідувальні та практичні роботи в Україні зосереджені тільки на геотермальних ресурсах, які представлені термальними водами. Проект передбачає використання не лише енергії води, а й енергії землі.
Перегляд файлу

Проект

 

Геотермальна енергія, перспективи використання у Золотарівці

 

Вступ

Вугілля відіграє велику роль у світовому виробництві тепла та енергії. Так, у 2006 р. 41% електроенергії у світі вироблялося при спалюванні вугілля. Але вугілля є також одним з основних джерел викидів парникових газів, оскільки його вуглецева ємність найбільша серед інших викопних видів палива. Тому при спалюванні вугілля виділяється більша кількість СО2 ніж при спалюванні нафти та газу. За даними МЕА, у 2008 році близько 42 % від світових викидів парникових газів склали викиди від спалювання вугілля. У 1990 р. викиди парникових газів від видобутку та споживання вугілля були на рівні 318 млн. т СО2-екв. і становили 34% від загальної кількості викидів в Україні. Причому левову частку викидів складали викиди від спалювання твердого палива (близько 60%). При спалюванні вугілля середня запиленість димових газів складає 10 – 50 г/м3 . Так як в с. Золотарівка всі будинки опалюються за рахунок твердого палива, то питання використання дешевого та екологічно чистого палива є актуальним для місцевого населення.

Проблема, та шляхи її вирішення

Зменшити викиди парникових газів можна завдяки використанню природних відновлювальних джерел енергії. Одним із альтернативних видів енергії є геотермальна. Геотермальна енергетика - напрямок, заснований на виробництві електричної і теплової енергії за рахунок теплової енергії, що міститься в надрах землі.

Геотермальна енергія - це енергія у формі тепла, що акумулюється нижче поверхні "твердої" Землі. У 1 л "внутрішнього простору" Землі накопичено у середньому 2,6 кВт енергії. За рахунок теплоємності Землі люди могли б на 30 млн. років задовольнити сучасні світові потреби в енергії.

Геотермальна енергія - це тепло Землі, яке утворюється переважно внаслідок розпаду радіоактивних речовин у земній корі та мантії. Температура земної кори углиб підвищується на 2,5- 3°С через кожні 100 м (так званий геотермальний градієнт). Так, на глибині 20 км вона досягає близько 500 °С, на глибині 50 км - 700-800 °С. У певних місцях, особливо по краях тектонічних плит материків, а також у так званих "гарячих точках", температурний градієнт вище майже у 10 разів: на глибині 500-1000 м температура порід сягає 3000 °С. Однак для нормального використання геотермальних енергоресурсів достатньо значно менших температур.

Середня температуру Землі на глибині 3-5 м впродовж року становить 10-13°С і вище. За сучасними оцінками, геотермальна енергія, акумульована у перших 10 км земної кори, досягає 137 трлн т умовного палива, що у 10 разів перевищує геологічні ресурси усіх видів палива, разом узятих.

Доцільність розвитку геотермальної енергетики в Україні визначається наявністю значних ресурсів геотермальної енергії на її території, які за своїм тепловим еквівалентом перевищують запаси традиційного енергетичного палива. В Україні значні запаси геотермальних вод є на Закарпатті, у Криму, а також у Львівській, Донецькій, Запорізькій, Луганській, Полтавській, Харківській, Херсонській, Чернігівській та інших областях. Ці запаси вже сьогодні рентабельно використовуються не тільки для теплопостачання різних споживачів, а й для виробництва електроенергії. Існуючі ціни на енергоносії і перспективи їх росту роблять економічно вигідним будівництво геотермальних електростанцій у згаданих регіонах у найближчий час. Значно покращить ситуацію з теплопостачання споживачів, дозволить використання потенціалу навіть слабо термальних вод (від + 30°С), запаси яких у багатьох регіонах країни доволі значні.

Мінімальна (технологічно прийнятна для виробництва електроенергії при існуючих технічних можливостях) температура гірських порід становить 150°С. Така температура гірських порід у межах України зафіксована на глибинах 3-10 км (у Донбасі – 4-6 км). Відповідно до проведеної оцінки геологічні ресурси геотермальної енергії найперспективніших в Україні площ в інтервалі глибин 3-10 км складають близько 15 трлн. т умовного палива до 7 км – 3 трлн. т умовного палива.

У Дніпровсько-Донецькій западині і Донбасі прогнозні ресурси геотермальної енергії в інтервалі глибин 4-10 км становлять 9 трлн. т, в тому числі до 7 км – 1,9 трлн. т умовного палива. Щільність ресурсів на технологічно доступних глибинах (4-5 км) становить близько 7 млн. т умовного палива/км.

Застосування геотермальної енергії широко практикується у країнах Європи і США для опалення будинків, виробничих приміщень, тваринницьких ферм за допомогою теплообмінників і тепло насосних установок. Це дає можливість економити до 50-70% тепла, яке використовується для створення температурного режиму у приміщеннях. Для роботи цієї системи зовнішнє повітря подається у повітропроводи, розташовані на глибині 3 м, а потім у приміщення. Взимку повітря під землею нагрівається, а потім охолоджується. Така система вентиляції вперше була змонтована у 1977 р. у США для створення мікроклімату у свинарнику площею 7,2 x 15 м. Теплообмінник складається з 12 повітропроводів довжиною 30 м, заглиблених у землю на 3 м. Вертикальні повітрозабірні ділянки піднімаються над поверхнею землі на 1,5 м. Горизонтальні повітропроводи розміщені навколо центрального, вертикального, який входить у вентиляційну камеру свинарника. Горизонтальні повітропроводи мають нахил у бік вертикальної камери. Взимку повітря у приміщенні нагрівають до +25оС при температурі зовні -28оС, а влітку охолоджують до +14оС при температурі зовні +35оС.

Принцип роботи геотермальної  системи опалення

Принцип роботи геотермальної системи опалення простий, заключається в тому, що трубопровід поглинає природне земне тепло і переганяє його через теплові насоси, в яких відбувається підвищення його температури, а потім вже потрапляє в домівку.

Основа геотермального теплопостачання – тепловий насос, який забезпечує вироблення і транспортування теплоенергії. У більшості випадків геотермальні теплові насоси розміщують у приміщенні, а в землю опускають теплообмінник. Теплоносій, який проходить через насос, нагрівається і тим самим забезпечує підтримку в будинку стабільної та постійної температури, яка забезпечує комфортне проживання. Тепловий насос та теплообмінник забезпечують не лише доставку тепла, а й доставку гарячої води, при цьому не здійснюючи негативного впливу на навколишнє середовище.

Принцип дії теплового насосу

Принцип дії теплового насосу простий, аналогічний принципу роботи холодильників. 

Теплоносій тече колектором (зовнішнім контуром) – трубою, що укладена в ґрунт на глибину декількох метрів. Теплоносій нагрівається від ґрунту на декілька градусів. Далі він потрапляє в теплообмінник (випарник). Випарник – це камера, в якій відбувається передача теплової енергії від теплоносія до спеціальної рідини – холодоагенту. Холодоагент – це рідина, яка перетворюється в пар (газоподібний агрегатний стан) за невисокої температури. Дещо підігрівшись від теплоносія в теплообміннику, холодоагент перетворюється в газ, «випаровується» і потрапляє в компресор насоса.

Компресор стискає холодоагент, збільшуючи його тиск, за рахунок цього відбувається велике збільшення температури. Після цього гарячий холодоагент потрапляє у другий теплообмінник – конденсатор. У цьому теплообміннику відбувається передача теплової енергії від холодоагенту до другого теплоносія, що протікає в опалювальних радіаторах. Одночасно з цим, холодоагент охолоджується і конденсується (переходить у рідкий стан). Далі холодоагент потрапляє в теплоносій – випарник, і цикл повторюється.

Так, за рахунок теплового насоса, теплообмінників (випарника та конденсатора), а також компресора, енергія землі потрапляє в опалювальні радіатори.

Принцип роботи теплового насосу відображений у циклі Карно, опублікований у 1824 році в його дисертації, вивчається у школі на уроках фізики.   Практичну теплонасосну систему запропонував лорд Кельвін у 1852 році під назвою «помножувач тепла». Принципова схема на малюнку.

За цією схемою видно, що тепловий насос бере теплову енергію із одного місця, переносить її і віддає в інше місце.

 

 

 

clip_image002

 

Результат

Модель будинку з геотермальним екологічно чистим опаленням.

Площа будинку – 80 м2.

Теплообмінник складається з 12 повітропроводів довжиною 30 м, заглиблених у землю на 3 м. Вертикальні повітрозабірні ділянки піднімаються над поверхнею землі на 1,5 м. Горизонтальні повітропроводи розміщені навколо центрального, вертикального, який входить у вентиляційну камеру домівки. Горизонтальні повітропроводи мають нахил у бік вертикальної камери. Взимку повітря у приміщенні можна нагріти максимально до +32,15оС при температурі зовні -28оС, а влітку охолодити аж до +10оС при температурі зовні +35оС. В умовах нашого спекотного літа при 45оС  зовні – в будинку можна отримати найнижчу температуру +13оС.

Спеціальної підготовки ґрунту не потрібно. Бажано використовувати ділянку з вологим грунтом, проте сухий ґрунт – не проблема – необхідно лише збільшити довжину  контуру.

Орієнтовне значення теплової потужності  - на 1 м2 трубопроводу 20-30  Вт.

Отже, для установки теплового насоса продуктивністю 10 кВт необхідний земляний контур 333-500 м. Для укладки такого контуру необхідна ділянка землі приблизно  400-600 м2. Контур, укладений в землю, не здійснює вплив на садові насадження. Ділянка може використовуватись для вирощування культур так, як і при відсутності зовнішнього колектора.

 

doc
Пов’язані теми
Екологія, Інші матеріали
Додано
18 жовтня
Переглядів
42
Оцінка розробки
Відгуки відсутні
Безкоштовний сертифікат
про публікацію авторської розробки
Щоб отримати, додайте розробку

Додати розробку