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Geothermie - die heißen Fakten

Island - Geothermiekraftwerk

Island - Geothermiekraftwerk

Das Wort "Geothermie”Kommt aus den griechischen Wörtern geo (Erde) und thermisch (Wärme). Es bedeutet die Hitze der Erde. Das Energiepotenzial unter unseren Füßen in Form von Geothermie ist enorm.

Diese enorme Ressource beläuft sich auf das 50.000-fachedie Energie aller Erdöl- und Erdgasvorkommen der Welt. Geothermie hat in den letzten Jahrzehnten als alternative Energiequelle weltweit Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Derzeit macht diese nichtkonventionelle Energie etwa 1% der gesamten weltweiten Stromproduktion aus, aber das Szenario ändert sich aufgrund seiner umweltfreundlichen, umweltfreundlichen und erneuerbaren Natur sehr schnell. Etwa ein Drittel der insgesamt zur Verfügung stehenden Energie wird für die Raumheizung, das Baden, die Fischzucht, die Bewirtschaftung von Gewächshäusern und die industrielle Nutzung verwendet.

Die USA, Island, China und Neuseeland nutzen die Geothermie zur Stromerzeugung oder als Wärmeenergie maximal aus.

Gemeinsam Geothermiekraftwerke und DirektnutzungTechnologien sind eine erfolgreiche Kombination, um den Energiebedarf unseres Landes zu decken und gleichzeitig die Umwelt zu schützen. Ob Geothermie zur Stromerzeugung oder zur Wärmeerzeugung genutzt wird, ist für das Land eine saubere Alternative. Und geothermische Ressourcen sind inländische Ressourcen. Wenn der Wohlstand zu Hause bleibt, bedeutet dies mehr Arbeitsplätze, und unser gesamtes Wirtschafts- und Beschäftigungsbild verbessert sich.

Geothermie erklärt

Die Wärme Geothermie

Die Wärme Geothermie

Die Erdkruste ist reichlich Energiequelle. Fast jeder kennt die Erdefossile Brennstoffe Öl, Gas und Kohle, aber fossile Brennstoffe sind nur ein Teil der Geschichte. Wärme, auch thermische Energie genannt, ist bei weitem die reichhaltigste Ressource. Der Kern der Erde, 4000 Meilen (6437 Kilometer) unter der Oberfläche, kann Temperaturen von mehr als 9000 ° F (4982 ° C) erreichen.

Die geothermische Wärmeenergie strömt ständig aus dem Kern heraus und erwärmt die Umgebung. Der nahegelegene Rock schmilzt bei hohen Temperaturen und Druck und verwandelt sich in Magma.

Magma kann einige Male gut an die Oberfläche kommenLava, aber die meiste Zeit bleibt sie unterhalb der Erdkruste, die in der Nähe von Felsen erhitzt wird. Wasser dringt in die Erde ein und sammelt sich in gebrochenem oder porösem heißem Gestein und bildet Dampf- und Warmwasserspeicher. Wenn diese Reservoirs für ihre Flüssigkeiten erschlossen werden, können sie Wärme für viele Zwecke einschließlich der Stromerzeugung bereitstellen.

Geothermisches Bohren

Bevor die Wärme der Erde für Zwecke genutzt werden kannB. zur Erzeugung von Elektrizität oder zum Heizen von Gebäuden, müssen Leitungen zwischen dem Erdwärmespeicher oder der Erdoberfläche bereitgestellt werden. Dies geschieht durch Bohrbohrungen und Injektionsbohrungen, die oft Tausende von Metern tief sind, in das Reservoir. Das Bohren von Erkundungsbohrungen hilft auch dabei, Daten zu sammeln, um die Größe und Produktivität des geothermischen Reservoirs zu bestimmen. Der Bau von Brunnen ist zweifellos ein Muss, ist aber auch teuer und macht 15 bis 30 Prozent der Gesamtkosten eines Geothermieprojekts aus.

Um fast jede Bohrung zu bohren, wird ein Bohrer montiertam Ende eines langen Metallrohrs, dem so genannten Bohrstrang, der von einer Bohrmaschine genannten Maschine gedreht wird. Wenn das Bohrloch tiefer wird, werden an der Spitze des Bohrgestänges neue Rohre mit einer Länge von 30 Fuß hinzugefügt. Um den Bohrer zu kühlen und zu schmieren und die von ihm geschnittenen Gesteinsspäne wegzutransportieren, wird eine viskose Flüssigkeit, Bohrschlamm genannt, den Bohrstrang hinabgepumpt.

Der Schlamm durchläuft Löcher in der Bohrkrone und strömt dann das Loch in dem Raum zwischen der Bohrlochwand und dem Bohrgestänge zurück.

Bohrer

Die Bohrkosten werden davon stark beeinflusstSchnell kann der Bohrer die harten, abrasiven, gebrochenen Gesteine ​​eines geothermischen Ortes durchdringen, und um wie viel Zeit kann es dauern, bis der Bohrstrang aus dem Loch genommen werden muss, um den Bohrer zu ersetzen. Wenn sowohl die Durchdringungsrate als auch die Bohrerlebensdauer verdoppelt werden, würden die Bohrkosten um durchschnittlich 15 Prozent sinken.

Es werden zwei Arten von Bits verwendet:</ p>
  1. Rollenkegel-Bits
  2. Polycrystalline Diamond Compact (PDC) -Bits

Für praktisch alle Bohrungen in jeder Geothermieoder Öl- und Gasbohrungen, Rollenkegel-Bits und polykristalline Diamant-Compact-Bits (PDC). Rollenkegelmeißel haben gezahnte Kegel, die auf der Unterseite des Lochs rollen, wenn sich der Meißel dreht, wobei jeder Zahn die kleine Felsfläche darunter zerquetscht.

Polykristalliner Diamantkompakt

Polykristalliner Diamantkompakt

Das PDC-Bit verwendet dünne Schichten aus synthetischem Diamantgebunden an Wolframkarbid-Kobalt-Stollen oder -Klingen. Die Diamantschicht verleiht dem Fräser eine extreme Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß beim Schneiden. PDC-Bohrkronen eignen sich besonders gut zum Bohren durch heißes Gestein, da sie keine beweglichen Teile haben. Daher sind Hochtemperaturdichtungen, Lager und Schmiermittel kein Problem. Sie haben diese enorme Marktakzeptanz erlangt, weil sie konstant schneller gebohrt und länger gehalten haben als Rollenkegelbohrer. Für geothermische Bohrungen arbeiten PDC-Bohrkronen jedoch nicht zuverlässig in Gestein, das mehr als mäßig hart ist.

Diese Anstrengungen werden zu einer Verbesserung der Leistung führen und die vollständige Anwendung der PDC-Bits mit den damit verbundenen Kosteneinsparungen auf die heißen, harten Gesteine ​​der geothermischen Reservoirs ausweiten.


Bohrlochmessungen

Messungen im Bohrloch dienen beidemÜberprüfen Sie das Reservoir, sobald der Brunnen gebohrt ist, und geben Sie während des Bohrens Daten an, die den Prozess schneller, billiger und sicherer machen. Um effektiv für geothermisches Bohren zu arbeiten, muss dieses Instrumentarium für das Bohren mit schlanken Löchern und für Hochtemperaturbedingungen angepasst werden. Sandia hat Werkzeuge entwickelt, die diese Temperatur- und Größenanforderungen erfüllen, einschließlich eines vielversprechenden neuen, batteriebetriebenen, eigenständigen Speichersystems. Einige dieser Werkzeuge wurden in der Praxis umfangreich eingesetzt und stehen für die Anwendung zur Verfügung oder wurden kommerzialisiert. andere befinden sich in den späten Testphasen.

Baker Hughes hat eine Lizenzvereinbarung unterzeichnetmit DOE für den Einsatz von Bohrlochinstrumenten und Board Long Year, einem Anbieter von Bohrgeräten für die geothermische und mineralische Exploration, hat kürzlich Kernrohr-Datenerfassungsgeräte kommerzialisiert.

Stromerzeugung

Stromerzeugung aus Geothermie istbasierend auf konventioneller Dampfturbinen- und Generatorausrüstung, bei der expandierender Dampf die Turbine / den Generator zur Stromerzeugung antreibt. Geothermie wird durch Bohren von Brunnen in die Reservoirs und das Einleiten von heißem Wasser oder Dampf in ein Kraftwerk zur Stromerzeugung genutzt.

Typen oder Geothermiekraftwerke:

  • Trockener Dampf
  • Flash-Dampf
  • Binärer Zyklus

Trockendampfkraftwerke

Trockendampfkraftwerke

Trockendampfkraftwerke

Der Dampf wird direkt von den Bohrlöchern in den Dampf geleitetKraftwerk, wo es in eine Turbine geleitet wird. Der Dampf dreht die Turbine, wodurch ein Generator aktiviert wird. Der Dampf wird dann kondensiert und über einen Brunnen in den Vorratsbehälter eingespritzt.

Trockendampf ist der älteste Anlagentyp, der 1904 in Italien zum ersten Mal verwendet wurde.

Die Geysire in Nordkalifornien, der weltweit größten geothermischen Energiequelle, verwenden Trockendampf.

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Flash-Dampfkraftwerke

Flash-Dampfkraftwerke

Flash-Dampfkraftwerke

Flash-Dampf Kraftwerks tippen Sie in Wassertanks mit Temperaturengrößer als 360 ° F (182 ° C). Dieses sehr heiße Wasser fließt unter eigenem Druck durch Brunnen im Boden. Während des Fließens sinkt der Fluiddruck und ein Teil des heißen Wassers kocht oder „spritzt“ in Dampf.

Der Dampf wird dann einmal vom Wasser getrenntan der Oberfläche und wird dann verwendet, um eine Turbinen- / Generatoreinheit anzutreiben. Das restliche Wasser und der kondensierte Dampf werden durch einen Brunnen in den Vorratsbehälter eingespritzt.


Binäres Kraftwerk

Binäres Kraftwerk

Binäres Kraftwerk

Binärkraftwerke arbeiten mit Wasser anniedrigere Temperaturen von etwa 225 bis 360 ° F (107 bis 182 ° C). Diese Pflanzen nutzen die Wärme aus dem geothermischen Wasser zum Kochen eines Arbeitsmediums, normalerweise einer organischen Verbindung mit niedrigem Siedepunkt. Das Arbeitsfluid wird in einem Wärmetauscher verdampft und zum Drehen einer Turbine verwendet.

Das Wasser wird dann wieder in den Boden eingespritztaufgewärmt werden Das Wasser und das Arbeitsfluid sind auf getrennte geothermische Temperaturen beschränkt, die für die direkte Verwendung erforderlich sind. Die Temperaturen zwischen 21 und 150 ° C sind niedriger als die für die Stromerzeugung.

Warmwasser aus geothermischen Ressourcen kann genutzt werdendirekt zur Bereitstellung von Wärme für industrielle Prozesse, Trocknen von Erntegütern oder Heizen von Gebäuden. Dies ist die direkte Verwendung. Der Verbraucher der direkt nutzbaren Geothermie kann je nach Anwendung und Branche mit den Kraftstoffkosten bis zu 80 Prozent sparen.

Direkt verwendbare Systeme erfordern im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine größere Kapitalinvestition, sie haben jedoch geringere Betriebskosten und müssen nicht ständig Kraftstoff kaufen.

Geothermische Wärmepumpen

Geothermische Wärmepumpen

Geothermische Wärmepumpen

Geothermische Wärmepumpen, auch GHPs genannt, ermöglichen diesDer Boden dient als Energiespeicher. Treibhausgase ähneln herkömmlichen Klimaanlagen oder Kühlschränken. Treibhausgase geben während der Kühlperiode Wärme an den Boden ab und während der Heizperiode Nutzwärme aus dem Boden.

Heute vermarktete GHPs liefern auch heißes Wasser. In den Vereinigten Staaten gibt es heute über 500.000 GHPs, darunter etwa 600 Systeme an Schulen und Hochschulen.

Heizung

Die direkte Nutzung der geothermischen Ressource entwickelte sich jedoch zu einem modernen System, das heute Raum und Brauchwasser liefert Heizung in der ganzen Stadt Boise zu vielen Häusern,Unternehmen und Regierungsgebäude. Das heiße Wasser aus einem geothermischen Brunnen kann die traditionelle Wärmequelle ersetzen, häufig Erdgas eines Kessels, Ofens und Warmwasserbereiters.

Geothermisches Wasser kann auch eine Arbeitsflüssigkeit erwärmenDas schmilzt Schnee, wenn er durch die unter der Fahrbahn installierten Rohrleitungen fließt. Im Allgemeinen benötigt ein einzelnes Haus oder ein Gebäude nur eine geothermische Quelle für ein Heizungssystem. In größeren Anwendungen, wie in Boise, kann ein Fernwärmesystem verwendet werden, um Wärme von einem zentralen Ort eines oder mehrerer Bohrungen durch ein Leitungsnetz zu ganzen Gebäudeblocks zuzuführen. Prozent im Vergleich zu den Kosten für die Erdgasheizung.

Im Vergleich zu Elektro-, Propan- oder Heizölheizungen sind die Einsparungen viel höher.

Geothermisches Fernheizungssystem

Geothermisches Fernheizungssystem


Landwirtschaftlich

Diese Zahl steigt mit der Verbreitung der Wörter weiter anüber die Vorteile der direkten Nutzung in der Landwirtschaft, wie etwa niedrigere Betriebskosten und erhöhte Wachstumsraten. Dies können erhebliche Wettbewerbsvorteile sein. Viele Kulturen wie Gurken, Tomaten, Blumen, Zimmerpflanzen, Baumsetzlinge und Kakteen gedeihen in geothermisch beheizten Gewächshäusern.

Mehrere Fischfarmen und andere Aquakulturbetriebe haben mit dem Einsatz von geothermischem Wasser als Lebensraum für ihr Vieh Erfolg gefunden und sind damit die am schnellsten wachsende Direktanwendung im Land.


Industriell

Die geothermische Direktnutzung zeigt sich weiterhin hervorragendkommerzielles Potenzial und Wettbewerbsvorteile für eine Vielzahl von Branchen. Industrielle Anwendungen umfassen die Austrocknung von Nahrungsmitteln, den Goldabbau, Wäschereien, das Pasteurisieren von Milch, die Pilzkultur und die Verdauung von Abwasser. Geothermische Ressourcen für den direkten Gebrauch eignen sich besonders gut für die Entwässerung von Gemüse, z. B. bei der Herstellung von getrockneten Zwiebeln oder Knoblauch. Das trockene Klima in weiten Teilen des Westens hilft auch dabei.

Der Dehydratisierungsprozess beginnt damit, dass geothermisches Wasser durch einen Wärmetauscher fließt, der die Luft auf Temperaturen im Bereich von 100 bis 220 ° F (38 bis 104 ° C) erwärmt.

Saubere Energie von der Erde für das 21. Jahrhundert

DOE finanziert Forschung, um die Kosten von zu senkengeothermische Komponenten, Systeme und Betriebe. Geothermie-Anlagen nutzen die natürliche Wärme im Erdinneren zur Stromerzeugung oder zur Deckung anderer Heizenergiebedürfnisse. Die FuE-Aktivitäten des Programms stimmen eng mit seiner Mission und seinen Zielen überein.

Mit verbesserten Erkundungsmethoden wird die Industrie dies tunneue geothermische Felder genauer lokalisieren und charakterisieren, wodurch die hohen Kosten und Risiken der Entwicklung reduziert werden. Bessere Bohrlochtechnologien ermöglichen den Zugang zu tieferen Ressourcen und senken die Kosten, wodurch die wirtschaftliche Ressourcenbasis erweitert wird.

Fortschritte bei der Energieumwandlung werden sich zeigenLuftgekühlte binäre Technologie als Mittel zur Erzeugung von Strom zu wettbewerbsfähigen Preisen aus reichhaltigeren Ressourcen mit niedrigerer Temperatur. All diese Aktivitäten tragen direkt dazu bei, die Kosten der geothermischen Entwicklung zu senken und die Installation weiterer Geothermie-Anlagen zu ermöglichen. Geothermische Elektrizitätserzeugungsprojekte sind kapitalintensive Unternehmen, wobei die größten Kosten anfallen, bevor die Anlage mit dem Umsatz beginnt. Zu den kostenintensiven Komponenten eines geothermischen Entwicklungsprojekts gehören: Exploration, Produktion und Injektionsbohrungen; und anlagenausrüstung und bau.

Das Hauptrisiko bei einem Geothermieprojekt ist die Bestätigung eines brauchbaren Reservoirs, für das normalerweise umfangreiche Bohrungen und Brunnenprüfungen erforderlich sind.

Um die Risiken und Kosten bei der Entwicklung von Geothermie zu reduzieren, umfasst die Forschungsstrategie des Programms:</ p>
  • Verbesserung der Technologien zur Erkundung, Erkennung von Frakturen und durchlässigen Zonen, Sitzen und Flüssigkeitsinjektion
  • Senkung der Kosten für das Bohren und die Fertigstellung von geothermischen Brunnen
  • Reduzierung der Kapital-, Betriebs- und Wartungskosten von Geothermiekraftwerken.

Fazit

Die Reduzierung der Bohrkosten wird erheblich reduziertDie Kosten der Geothermieentwicklung tragen dazu bei, dass die heimische Geothermiebranche ihren Status als Weltmarktführer behält und ihre Märkte ausbaut. Heute nutzt die Gesellschaft nur einen kleinen Bruchteil der geothermischen Energiequellen. Das ultimative Versprechen der Geothermie ist, dass ein viel größerer Teil der gesamten Ressourcenbasis erschlossen werden kann.

Neue und verbesserte Bohrtechnologien können dies ermöglichen.

QUELLE: Geothermie Saubere Energie für das 21. Jahrhundert von der Erde BY Virendra Kumar, M.Tech thermal engg. Deptt. mechanisch Nationales Institut für Technologie, Silchar, Assam. 788010. Indien
Bemerkungen: