Геотермальное тепло: Геотермальное отопление дома — АО Гидроинжстрой

Стандарт

Премиум

Тепловой насос для отопления дома, устройство и принцип его работы.

Тепло присутствует везде: над нами, вокруг нас и у нас под ногами. Сама природа, которую мы так неосмотрительно губим, предлагает нам почти бесплатную энергию. Почти, потому что для работы устройства, аккумулирующее это тепло все же необходимо использовать электричество. Правда, минимальное его количество. Таким устройством является тепловой насос.

А что такое тепловой насос?

Это прибор, который буквально выкачивает из земли или воды тепло. И направляет его в систему отопления и горячего водоснабжения. При работе теплового насоса энергия тратиться не на прямой нагрев систем отопления, а на перекачку тепла из окружающей среды в дом. Таким образом, основное преимущество теплового насоса перед привычными способами отопления — экономичность. Прибор потребляет на 80% меньше энергии чем, например, традиционные электрокотлы. Но кроме экономии владелец теплового насоса получает комфорт, прибор оснащен климат контролем и работает в автоматическом режиме. Так же экологичность, так как отсутствуют какие-либо выбросы в окружающую среду. Удобство при установке, монтаж не требует никаких согласований и бумажной волокиты. Безопасность, в тепловом насосе ничего не горит, он взрыво- и пожаробезопасен. Кроме того, работой насоса можно управлять на расстоянии при помощи интернета или телефона.

Как же работает современный тепловой насос?

Людям не посвященным, может показаться что, тепловой насос, это техническая диковинка, которую редко увидишь. На самом деле, сегодня с тепловым насосом знаком даже ребенок. Поскольку обычный, домашний холодильник, это тоже тепловой насос. Только тут наоборот, он выкачивает тепло из морозильной камеры и отдает его трубчатой решетке радиатору за задней стенкой холодильника. Которая от этого становиться теплой, а иногда даже горячей. Охлаждая морозильную камеру, холодильник согревает комнату, в которой установлен. Таким образом, холодильник по сути не устройство по созданию холода, а скорее машина для переноса тепла из одного места в другое. Тепловой насос имеет почти туже конструкцию, только более мощный и автоматизированный.

И так, как же действует тепловой насос?

Охлажденный теплоноситель, проходя по внешнему трубопроводу, нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник называемым испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и при температуре минус 5 градусов. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее, горячей газ поступает во второй теплообменник конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние. А нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам. При прохождении хладагента через редукционный клапан, давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

Откуда именно тепловой насос может черпать энергию?

Источником тепла может быть любой объект, который имеет температуру выше 1 градуса по Цельсию. Незамерзающий грунт на глубине, вода в реке или озеро подо льдом, вода в море вода из скважины, канализационные стоки и так далее. Этого тепла хватит для того, чтобы выдавать на выходе до 60 градусов. Для получения наибольшей эффективности теплового насоса необходимо правильно обустроить геотермические источники тепла. К наиболее часто применяемым источникам тепла относиться геотермический грунтовый зонд. Чтобы его использовать на приусадебном участке, необходимо пробурить вертикальную скважину. Глубина которой определяется по тепловой потребности дома и зависит также от места геологических особенностей грунта. В эту скважину вставляется зонд, содержащий специальную жидкость теплоноситель, который получает тепло из грунта и передает его к тепловому насосу. Нередко вместо вертикальных геозондов применяются геозонды наклонные. Их использование обусловлено рядом причин. Например, местом установки, так как не на всех земельных участках есть возможность уйти на большую глубину при бурении скважин. Горизонтальные грунтовые коллекторы так же используют тепло земли, но не через глубинные скважины, а через большое геоколлекторное поле, которое укладывается ниже границы замерзания грунта. Если есть грунтовые воды, то рекомендуется применение колодезной установки, из которой теплая вода с температурой 10 градусов направлена к тепловому насосу, где отбирается часть тепла, охлажденная примерно до 3 градусов вода возвращается в грунт. Для получения энергии используется также уличный воздух. Он выступает в роли источника низкопотенциального тепла. Отобранное тепло передается к тепловому насосу, который работает на повышение температуры. Затем тепло поступает в систему отопления.

Как сделать работу теплового насоса эффективнее?

Продуктивность теплового насоса зависит не только от источника тепла и способа его получения. Немаловажную роль играет в доме установленная отопительная система. Наиболее эффективно тепловой насос работает в тандеме системы теплый пол или с файколами, вентиляторными теплообменниками. Дело в том, что тепловой насос работает продуктивнее при температуре от 40 до 55 градусов на выходе. Что как раз и соответствует температурам теплоносителей в упомянутых отопительных системах. При работе с радиаторами эффективность работы тепловых насосов будет снижаться, в этом случаи придется увеличить мощность радиаторов. Если все же оценивать эффективность с точки зрения экономических показателей, то наибольший производительностью обладают комбинированные генераторы тепла. Например, теплонасосная солнечная система. Принцип ее действия заключается в объединении работы теплового насоса и солнечного коллектора. Когда солнечной системы достаточно, коллекторы полностью обеспечивают нужды системы отопления и горячего водоснабжения. В это время тепловой насос не работает и соответственно не потребляет электрическую энергию, сохраняя свой моторесурс. При недостаточном количестве солнечной энергии, гелиевая система все равно вырабатывает минимальное количество тепловой энергии, а остальное тепло вырабатывает тепловой насос. Стоит отметить, что установка с тепловым насосом имеет два режима работы: зима и лето. В режиме зима — тепловой насос работает по обычной схеме, берет тепло из скважины и отдает его системе отопления. При включении активного охлаждения в режиме лето — тепловой насос подключают между системой скважины и кондиционирование, и заставляют его работать в обратную сторону. То есть брать тепло из системы кондиционирования и отдавать его скважине.

Как же рассчитать необходимую мощность теплового насоса для отопления дома и не ошибиться при выборе геозондов?

Все расчеты производятся инженером-проектировщиком по специальным методикам. Что бы определить требуемую мощность теплового насоса, для начала требуется рассчитать тепловые потери проектированного здания. При этом учитываются все основные параметры дома: материал из которого он построен, ориентация по сторонам света, количество и размер окон и так далее. Определив тепловую нагрузку здания, можно переходить к вычерчиванию теплового оборудования на участке.

На сколько выгодно использование тепловых насосов?

Мы уже убедились, что тепловой насос это экологично, безопасно, удобно и высокотехнологично. Но все же, насколько его использование выгоднее по сравнению с другими видами отопительного оборудования? Для того чтобы понять, какой способ отопления подходит именно Вам, можно заполнить специальную расчетную таблицу. В таблице перечислены основные виды топлива и учтены все затраты: стоимость самого топлива, оборудования, монтаж, техобслуживание и так далее. Критерием служит суммарная стоимость всех затрат за период эксплуатации оборудования. Внеся в таблицу персональные данные, можно оценить стоимость отопления для Ваших условий. В нашей стране появляется все больше людей, по достоинству оценивающих преимущество энергосберегающих технологий. А следовательно, растет качество и профессионализм Компании «АкваГео Холдинг», готовой качественно и в срок воплощать в жизнь подобные проекты.

Геотермальное отопление цена, отопление частного дома тепловым насосом, отопление загородного дома тепловым насосом, отопление коттеджа тепловыми насосами, отопление с помощью теплового насоса, монтаж отопления тепловым насосом, фирмы отопление тепловыми насосами,

Стоимость не актуальна Стоимость не актуальна расчёт был по курсу $ 35 руб

Источником энергии может быть грунт, скальная порода, озеро, воздух (для специальных моделей), вообще любой источник тепла с температурой — 1°С и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, сточные воды, выход теплого воздуха из системы вентиляции или система охлаждения какого-либо промышленного оборудования.

Внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду. Материал трубопровода – ПНД. Диаметр трубопровода – 40 мм. Теплоноситель – 30% раствор этиленгликоля (либо этилового спирта). Необходимая длина трубопровода, уложенного в землю или опущенного в скважину, рассчитывается по специальной программе Thermia.

Источником энергии может быть грунт, скальная порода, озеро, воздух (для специальных моделей), вообще любой источник тепла с температурой — 1°С и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, сточные воды, выход теплого воздуха из системы вентиляции или система охлаждения какого-либо промышленного оборудования.

Внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду. Материал трубопровода – ПНД. Диаметр трубопровода – 40 мм. Теплоноситель – 30% раствор этиленгликоля (либо этилового спирта). Необходимая длина трубопровода, уложенного в землю или опущенного в скважину, рассчитывается по специальной программе Thermia.

Скважина

При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько не глубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину. Для предварительных расчетов можно использовать Следующее соотношение: на 1 метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой энергии. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 200-170 метров.

Земляной контур

При использовании в качестве источника тепла участка земли трубопровод зарывается в землю на глубину промерзания грунта (выбирается для конкретного региона). Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8…1,2 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т. п. не требуется. Предпочтения к грунту – желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20…30 Вт.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 500…333 метра. Для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 600-400 кв. метров соответственно. При правильном расчете контур, уложенный в землю, не оказывает влияния на садовые насаждения, и участок может использоваться для выращивания культур точно также, как и при отсутствии внешнего коллектора.

Озеро

При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего водоема, реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения: короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Главное условие — водоем должен быть проточным и достаточным по размерам. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 30 Вт.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 333 метра. Для того чтобы трубопровод не всплывал, на 1 погонный метр трубопровода устанавливается около 5 кг груза.

Воздушный контур

Вместо того, чтобы извлекать энергию из скважин, земли или Водоема, теплонасосная установка Thermia Atria собирает энергию из окружающего воздуха. Если возможности разместить земляной коллектор нет, данная модель теплонасосной установки является наилучшим выбором. Точно так же как и обычные теплонасосные установки Atria дает тепло и горячую воду в дом и сокращает потребление энергии до 75%. Однако, в силу технических причин, теплонасосные установки с воздушным контуром имеют серьезное ограничение в применении: минимальная температура наружного воздуха -20°С. Причем, начиная с температуры наружного воздуха -10 °С, установка ступенями подключает электрические ТЭНы, т. к. коэффициент преобразования (КПД теплового насоса) снижается. И, таким образом, при температуре -20°С и ниже по сути работает только электрический нагрев.

Пиковый электродогрев. Зачем?

Практически во всех моделях тепловых насосов дополнительно установлен электронагреватель. Зачем? Дело в том, что при выборе отопительной установки номинальная мощность рассчитывается исходя из максимальной потребности тепла, т. е. для покрытия тепловой нагрузки в самый холодный зимний день. Для Владивостока, например, минимальная расчетная температура минус 24 °С. Однако, исходя из многолетних наблюдений, длительность такой температуры всего лишь несколько дней в году, а это значит, что при расчете на максимальную мощность значительная часть потенциала теплового насоса будет использоваться очень редко.

Для выбора соотношения мощностей теплового насоса / электронагревателя существует специальный интегральный график, кстати, обладающий свойством универсальности для всех регионов России. Из графика видно, что если источник тепла будет состоять из 2-х источников, один — дорогостоящий, но вырабатывающий «дешевую» энергию (тепловой насос) с номинальной мощностью 60% от расчетной нагрузки, и другой, дешевый, но вырабатывающий «дорогую» энергию (электронагреватель), то за год первый источник выработает приблизительно 92% энергии, а второй около 8% энергии. Такая комбинация позволяет снизить стоимость капитальных затрат и увеличить срок окупаемости теплонасосной установки. Причем определяющим фактором является не стоимость самой установки, а стоимость обустройства внешнего контура – скважины, либо земляного контура.

Принцип действия теплового насоса

Охлажденный теплоноситель, проходя по внешниму трубопроводу нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5ºС. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам. При прохождении хладагента через редукционный клапан давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

1. Редукционный клапан
2. Испаритель
3. Конденсатор
4. Компрессор
5. Хладагент

Кондиционирование. Пассивное и активное. Принцип

Принцип холодоснабжения очень прост. В зимнее время тепловой насос «трансформирует» тепло из окружающей среды для использования в системе отопления. Летом, наоборот, «холод» из скважины (7-9 градусов) используется, чтобы создать необходимый климат в помещениях дома.

Солнечное излучение и геотермальное тепло для комбинированных систем энергоснабжения — Энергетика и промышленность России — № 23-24 (211-212) декабрь 2012 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 23-24 (211-212) декабрь 2012 года

Эти требования продиктованы, помимо прочего, тем, что на долю российских предприятий ТЭКа приходится 48 процентов выбросов вредных веществ в атмосферу, до 36 процентов загрязнений сточных вод и свыше 30 процентов вредных отходов страны.

В то же время сегодня возможный, пусть даже на отдельных территориальных образованиях, переход на энергоснабжение и производство от возобновляемых источников энергии (ВИЭ) не может быть осуществлен по ряду причин. Одной из таких причин является то, что каждое из направлений возобновляемой энергетики стремится решать вопросы энерго­обеспечения в течение всего года, игнорируя климатические условия территорий. Особенно это касается использования энергии Солнца, ветра, гидроэнергии и геотермального тепла.

Автор предлагает рассмотреть возможность использования солнечного излучения и геотермального тепла как источников энергии комбинированных систем энергоснабжения в России.

Потоки света

Анализ возможностей по обеспечению потребителей дифференцированными видами энергии (летом за счет солнечного излучения, а зимой – за счет глубинного тепла Земли) показывает, что дневное количество солнечного излучения максимально не на экваторе, а вблизи 40-х градусов широты. Подобный факт является следствием наклона земной оси к плоскости ее орбиты. В период летнего солнцестояния в тропиках светило почти весь день находится над головой и продолжительность светового дня равна 13,5 часа, то есть больше, чем на экваторе в день равноденствия. С повышением географической широты продолжительность дня возрастает (средняя продолжительность дня в июне в Крыму равняется 15,5 часа, а в Омске – 17,2 часа). И хотя интенсивность солнечного излучения при этом уменьшается, максимальное значение дневной инсоляции приходится на широту около 40º и остается почти постоянным (для условий безоблачного неба) вплоть до Полярного круга.

Следует подчеркнуть, что это справедливо лишь для чистой атмосферы. С учетом облачности и загрязнений атмосферы промышленными отходами, характерных для многих стран мира, величины следует уменьшать. Например, для Англии 1970‑х гг., до начала борьбы за охрану окружающей среды, годовое количество солнечной радиации составляло лишь 900 кВт-ч/м² вместо 1700 кВт-ч/м². В больших же городах, как правило, величина потока солнечной радиации днем меньше, чем за городом, в среднем на 10‑20 процентов. А при малых высотах Солнца это различие достигает 50 процентов.

На инсоляцию влияют также и другие факторы.

Так, например, Западносибирская равнина по сравнению с Восточно-Европейской частью России получает на одних и тех же широтах больше солнечной радиации за счет увеличения прямой ее составляющей – вследствие меньшей повторяемости циклоидальной погоды, сопровождаемой облачностью.

География применения

Конечно, кроме количественного поступления солнечной энергии, на географию ее использования влияет эффективность применяемого энергогенерирующего оборудования.
Проведенные Д. М. Чудиновым и Т. В. Щукиной (статья «Использование гелиосистем для различных регионов России») технико-экономические расчеты показали, что оборудование солнечного горячего водоснабжения (коллектора) при фиксированной его стоимости и при существующем уровне эффективности успешно эксплуатируется в зоне, включающей регионы, расположенные вдоль западной и южной границ России и на побережье Дальнего Востока – вплоть до Магадана. При повышении КПД гелиосистем на 30 процентов и условии сохранения нормативного срока их окупаемости установки целесообразно применять в центральной части страны, Томской и Иркутской областях и на юге Красноярского края. Дальнейшее возрастание эффективности до 60 процентов обеспечит расширение области использования солнечного горячего водоснабжения, вплоть до северных широт (Архангельска и Якутска).

На сегодняшнем этапе из возобновляемых и вторичных топливно-энергетических ресурсов автором предлагается использовать солнечную энергию и теплоту, не использованную в термодинамических циклах для разнообразного бесперебойного энергообеспечения.

Эти технические решения призваны стать гарантом локальной экологической и энергетической безопасности и обеспечить выработку энергии пяти видов: теплоты, потока жидкости, механической и электрической энергии и холода.

Солнечные пруды

Разработанные в КБАЭ «ВоДОмет» (г. Омск) технологии использования возобновляемых и вторичных ресурсов для малых конечных потребителей энергии призваны:
– обеспечить в любое время года и любую погоду для города, села, предприятия: сохранность зданий и сооружений, технологического оборудования, животных и птицы, выращенного урожая, сырья и готовых изделий (продуктов), а также проведение посевной и уборочной;
– обеспечивать удовлетворение физиологических потребностей человека в микроклимате жилища и в санитарно-медицинском минимуме;
– поддерживать транспортное сообщение в минимально допустимом объеме за счет выработки топлива для транспортных средств (биометана).

По экологическим показателям в сравнении с другими энергоисточниками солнечные прудовые установки и системы предпочтительнее, поскольку фактически не имеют никаких выбросов, а слабый нагрев грунта под прудом при хорошей теплоизоляции не будет намного превышать сезонных температурных колебаний от солнечной радиации.

Малая энергетика на базе солнечного соляного пруда вместе с другими устройствами и системами солнечной энергетики (плоские солнечные коллектора, солнечные электрические станции, фотоэлектрические преобразователи и т. д.) может и должна обеспечить энергией летнюю производственную деятельность малых поселений практически любых территорий средней полосы России.

Конечно, в летний период, когда повышается выработка электрической энергии на ГЭС, необходима координация работы этих производителей энергии.

Глубинное тепло

Примерно так же обстоит дело с использованием геотермальной энергии.

Качество геотермальной энергии различных источников отличается на порядок. Поэтому геотермальные месторождения в России используются в основном на Камчатке и на прилегающих к Северному Кавказу территориях.

Однако можно использовать более равномерное, практически повсеместное распределение тепла непосредственно у поверхности земли на доступных глубинах.

Например, известны данные Э. И. Богуславского по оценке приповерхностных геотермальных ресурсов Западной Сибири. При сопоставительной оценке наиболее благоприятными условиями освоения геотермальной энергии характеризуется южная часть Западной Сибири, однако температура этих ресурсов мала, и для их извлечения посредством тепловых насосов требуется высоколиквидная электрическая или механическая энергия, что не всегда экономически выгодно.

Высокие температуры тепла земли и подземных вод наблюдаются в подавляющем большинстве своем на больших глубинах от 3000 метров и более.

Однако высокая стоимость строительства скважин (от 70 до 90 процентов основных производственных фондов) накладывает свои ограничения на сооружение на базе таких месторождений геотермальных тепловых или электрических станций.

При такой доле стоимости скважин в геотермальных станциях необходимо решить как минимум три задачи:
• разработать новые методики выявления высокотемпературных геотермальных месторождений;
• разработать технологические регламенты по существенному увеличению срока эксплуатации скважин не только в годовом исчислении, но и в часах;
• добиться повышения эффективности использования геотермального тепла каждого конкретного геотермального месторождения с использованием местных климатических условий.

Неиспользуемые ресурсы

Необходимость разработки новых методик выявления высокотемпературных геотермальных пластов связана с тем, что подземные воды вследствие большей, чем у горных пород, теплоемкости, а также значительной подвижности могут существенно изменять структуру геотермальных полей. В частности, это относится к вертикальному движению подземных вод (флюидов).

В книге А. Р. Курчикова и Б. П. Ставицкого «Геотермия нефтегазовых областей Западной Сибири» приведены результаты расчетов изменения облика геотермальных полей больших площадей при вертикальном движении подземных вод. Из них следует, что вертикальное движение подземных вод может в некоторых случаях полностью изменить облик геотермальных полей. Приращения температур и тепловых потоков могут стать соизмеримыми и превышать нормальные характеристики геотемпературных полей.

При этом вертикальная миграция подземных вод дает гораздо меньший геотермический эффект в том случае, если площадь распространения незначительна.

Поскольку такие вертикальные движения флюидов могут наблюдаться в областях питания или разгрузки подземных вод через слабопроницаемые отложения (за счет разницы давлений в подстилающих и перекрывающих водоносных горизонтах), по тектонически нарушенным зонам, вследствие естественной конвекции в залежах нефти и газа, то их надо выявлять и использовать. Даже при их ограниченном количестве. Использование таких месторождений – залог эффективного развития геотермальной энергетики.

Изменения температуры недр

Так как все геотермальные станции мира являются наземными, этим обусловлен их существенный недостаток: поступая к турбинам по скважинам, пар или горячая вода за время транспортировки теряют до 30 процентов температуры и давления.

Поэтому для увеличения срока эксплуатации скважин практика использования геотермальных источников в России иногда включает в себя накапливание гидротеплопотенциала в летний период, когда для целей теплоснабжения используется солнечная энергия.

Обоснование такого перерыва в использовании геотермального тепла можно проиллюстрировать графиками.

Мы имеем пример графического изображения изменения температуры теплоносителя в скважинах и тепловом коллекторе, расположенном на глубине нескольких километров.

Здесь t1 (а0 – а1) и t2,3 (а0 – а2,3) – это линии (графики) изменения температуры теплоносителя при его движении в нагнетательной скважине вниз в различные периоды эксплуатации. А t1 (б1,2 – в1), t2 (б1,2 – в2) и t3 (б3 – в3) – это линии изменения температуры теплоносителя при его движении в эксплуатационной скважине вверх в различные периоды эксплуатации. При этом t0 – это график естественного изменения температуры недр по глубине для рассматриваемого геотермального месторождения. Линия а2,3 – б3 (б1,2) характеризует изменение температуры теплоносителя при его движении в коллекторе от нагнетательной к эксплуатационной скважине.

В начальный период эксплуатации скважин изменение температуры теплоносителя будет соответствовать циклу а0 – а1 – б1,2 – в1 – а0. В этот период времени массив грунта вокруг средней и нижней частей нагнетательной скважины имеет достаточно высокую температуру, и поэтому теплоноситель будет значительно нагреваться на пути к коллектору. Точка а1 смещена вправо. В то же время, поскольку средний и приповерхностный массив грунта вокруг эксплуатационной скважины имеет низкую температуру, особенно у поверхности, то точка в1 смещена влево (средние и приповерхностные слои грунта, охлаждая теплоноситель, аккумулируют теплоту, чтобы часть ее отдать потом, по мере истощения термального ресурса коллектора, теплоносителю в конце срока эксплуатации скважин).

В процессе эксплуатации скважин и выработки геотермального тепла цикл изменения температуры постепенно смещается и начинает переходить через точки а0 – а2,3 – б1,2 – в2 – а0. В этот период температура на выходе из эксплуатационного коллектора максимальна, а значит – эффективность работы самая высокая (если, конечно, дебит скважин не изменился и расход энергии на прокачку теплоносителя через коллектор резко не возрос).

При завершении эксплуатационного периода цикл изменения температуры проходит по точкам а0 – а2,3 – б3 – в3 – а0. Это период быстрого расходования запасов тепла не столько коллектора, сколько тепла, аккумулированного массивом грунта, охватывающего эксплуатационную скважину.

Условно возобновляемый

Удается ли, и насколько, восстанавливать (пополнять) геотермальные ресурсы при перерывах в работе скважин в летний период, однозначного ответа мы можем и не получить, так как глубинный массив грунта вокруг нагнетательной скважины безусловно будет прогреваться, а верхний остывать. В то же время нижний массив грунта вокруг эксплуатационной скважины может или повысить, или – вероятнее всего – понизить температуру, а верхний – понизить ее за счет рассеивания тепла в удаленные от скважины области. Здесь большое значение имеет наличие артезианских вод на глубинах 1‑1,5 км, их температура и подвижность. Кроме того, сам коллектор, отделенный от нижнего и верхнего горизонтов теплоизоляционными слоями глины, может не получить ожидаемого (требуемого) количества тепла.

Приведенное на рисунке распределение температур недр получено решением уравнения теплопроводности по неявной схеме для следующих исходных данных: глубина нейтрального слоя 25 м, температура нейтрального слоя 3 ºС, глубина залегания эксплуатируемого коллектора 3 км, мощность коллектора 300 м, начальная температура пород 250 ºС, минимальная температура природного комплекса (в окрестности нагнетательной скважины) 65 ºС, период установления минимальной температуры 1 год, продолжительность эксплуатации комплекса 10 лет, максимальная глубина расчета температур 6 км.

Результаты расчета показывают, что если в период эксплуатации зона температурного возмущения распространяется на сравнительно небольшое расстояние от коллектора, то в период восстановления она довольно быстро охватывает значительную толщу вмещающих пород. Однако изменения температуры приповерхностных слоев невелики и вряд ли могут представлять какую‑либо опасность для окружающей среды. Очевидно, они могут заметно влиять на температуру нейтрального слоя только при сравнительно небольшой глубине залегания эксплуатируемого горизонта, что редко встречается на практике.

Геотермальное месторождение только условно можно считать возобновляемым источником энергии из‑за того, что при его полной или частичной выработке восстановление ресурса тепла идет очень медленно, дольше жизни одного поколения, когда наиболее дорогая часть работ (пробуренные скважины) практически теряют ликвидную стоимость.

И в то же время климатические условия для ГеоЭС в средней полосе России уникальны из‑за аномально низких температур. Это позволяет снизить температуры конденсации, особенно зимой, что может дать прирост (на 20‑40 %) в выработке электроэнергии по сравнению с ГеоЭС, которые расположены в районах жаркого и умеренного климата.

Использование геотермального тепла зимой могло бы обеспечить выработку разнообразных видов энергии для организации различной производственной деятельности. Но для этого геотермальной энергетике, чтобы стать эффективной на территории России, требуется решить ряд сложных задач.

Опреснение воды

Использование геотермальных месторождений зимой имеет еще один плюс.

Соленую воду геотермальных источников с большим дебитом зимой можно с минимальными затратами опреснять.

Замораживание соленой воды на юге СНГ часто используют для опреснения воды. Сущность использования данного физического процесса – вымораживания – состоит в следующем. Поскольку температура замерзания соленой воды ниже ­
0 ºС, то при ее вымораживании образуются кристаллы пресного льда, смерзающиеся в агрегаты. Каждый агрегат представляет собой группы кристалликов пресного льда, между которыми имеются области, заполненные рассолом. При быстром растапливании таких агрегатов получается лишь частично опресненная вода. Однако если нагревание такого льда производить постепенно – например, за счет энергии Солнца, – замерзший между кристалликами пресного льда рассол перейдет в жидкое состояние и будет стекать раньше, чем начнут таять сами кристаллы пресной воды. Растаявший рассол направляют в отдельные резервуары, лед опресняется, и при дальнейшем таянии образуется пресная вода, которую отводят в сборный резервуар.

Строительство новых солнечных соляных прудов дает возможность получать солевые растворы в условиях Сибири зимой, используя метод факельного намораживания. Причем известный метод можно использовать не только по своему прямому назначению, но и для повышения концентрации соли в воде, предназначенной для нижнего слоя пруда. Традиционно метод факельного намораживания используют для опреснения морских и подземных соленых вод. На морозе их пропускают через дождевальную установку, рядом с которой будет формироваться массив искусственного фирна (переходного вещества между снегом и льдом). Поскольку он хорошо фильтрует воду, соленая вода из него стечет, и ее надо будет отвести по каналу или естественному руслу в пруд. Оставшийся фирн окажется практически пресным.

Фототермальное преобразование

Конечно, при интенсивном использовании зимой геотермального месторождения уже на стадии проектирования зданий и сооружений не следует забывать о преобразовании ими зимой солнечного излучения в тепло (фототермальное преобразование). Оно может быть как пассивным (с использованием пассивных солярных элементов зданий – застекленных фасадов, зимних садов и т. д.), так и активным (с использованием дополнительного технического оборудования). Преимуществом пассивных систем является то, что для их эксплуатации не требуется никакого дополнительного оборудования. Используется солнечный свет, попадающий внутрь сооружения через окна или прозрачные поверхности. Данную систему следует проектировать с учетом максимального использования поступившей энергии для других помещений. Самыми подходящими здесь являются капитальные дома, позволяющие на непродолжительное время аккумулировать избыток энергии. Принципиальным здесь также является вид и регулирование системы отопления.

Пассивная система должна составлять со зданием единое гармоничное целое; этого проще всего добиться в новых постройках. Старые здания можно реконструировать (сделать застекленные пристройки, веранды и т. п.). Однако здесь необходимо принимать во внимание риск перегрева здания в летний период, для чего нужна установка соответствующей системы вентиляции, аккумулирования тепла строительными конструкциями.

Энергетическая выгода пассивной системы зависит от способа использования здания – например, дополнительное застекление лоджий экономически выгодно только в том случае, когда оно зимой не отапливается.

Общим для обоих источников тепла является то, что температурный потенциал и солнечного соляного пруда, и геотермального источника можно использовать в одних и тех же различных областях.

Таким образом, солнечное излучение и геотермальное тепло могут стать источниками энергии для комбинированных систем энергоснабжения в России, круглогодично обеспечивая важные области быта и производства энергией соответствующего потенциала.

Основы геотермальной энергетики | Энергия Коннектикута

Геотермальные системы также могут использоваться в качестве геотермальных электростанций. Они используют пар, производимый из резервуаров с горячей водой, обнаруженных на глубине нескольких миль или более, для выработки электроэнергии. Пар вращает турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество. Большинство электростанций, использующих пар, используют ископаемое топливо для кипячения воды для создания пара. Геотермальные электростанции устраняют потребность в ископаемом топливе и являются источниками чистой энергии.В настоящее время существуют три различных геотермальных электростанции: установки сухого пара, установки мгновенного пара и установки двойного цикла. Для всех трех типов требуются подземные скважины с температурой выше 360 ° F или подземные ресурсы пара. Поэтому растения в Соединенных Штатах в основном встречаются в западных штатах, на Аляске и на Гавайях.

Геотермальные тепловые насосы или Земные тепловые насосы (GSHP) используют трубы, проложенные под поверхностью земли в непрерывном контуре для циркуляции воды или других жидкостей.Всего в нескольких футах от поверхности температура почвы или воды остается постоянной от 50 до 60 градусов по Фаренгейту, независимо от того, какое время года она может быть над землей. Этого естественного тепла достаточно для обогрева или охлаждения всего дома, офиса или школы с помощью GSHP, который использует относительно постоянную температуру за счет обмена теплом с землей.

Как работают GSHP?

Хороший способ помочь понять естественную сторону GSHP — это подумать о пещере. Зимой температура земли выше, чем воздуха над ней, что помогает сохранять пещеру в тепле на холоде и прохладу в жаркие летние месяцы.GSHP использует постоянную температуру грунта зимой и летом для обогрева и охлаждения зданий. GSHP работают очень похоже на тепловые насосы с воздушным источником, за исключением того, что GSHP обмениваются теплом с землей, а не с наружным воздухом.

Любая геотермальная система теплового насоса состоит из трех основных компонентов: грунтового теплообменника, блока теплового насоса и теплообменника на стороне нагрузки. Наземный теплообменник представляет собой непрерывную петлю из полиэтиленовых трубок, заглубленных (горизонтально или вертикально) в землю за пределами дома или здания.Трубка заполнена водой и экологически чистым антифризом, который циркулирует по трубке, поглощая тепло из-под земли или выделяя тепло сверху в землю. Эти машины очень похожи на тепловые насосы с воздушным источником, за исключением того, что они используют постоянную температуру земли. В режиме обогрева они заставляют хладагент становиться достаточно холодным, чтобы тепло земли согревало его внутри специального теплообменника. Затем этого тепла нагнетается ровно настолько, чтобы обогреть здание.В летние месяцы, когда желательно охлаждение здания, процесс обратный. Тепло из помещения с постоянной прохладной температурой передается в землю вместо горячего наружного воздуха.

Для получения дополнительной информации о геотермальных тепловых насосах посетите раздел «Выбор и установка геотермальных тепловых насосов»; по всем вопросам геотермальной энергии посетите EIA: Renewable Energy — Geothermal.

AAON Продукция для обогрева и охлаждения

Геотермальные тепловые насосы в качестве обменной среды используют постоянную температуру земли, а не температуру наружного воздуха.В нескольких футах ниже поверхности земли температура земли остается относительно постоянной. В зависимости от широты температура земли колеблется от 45 ° F до 75 ° F. Эта температура земли теплее воздуха над ней зимой и прохладнее воздуха над ней летом. Геотермальный тепловой насос использует эту постоянную температуру, обмениваясь теплом с землей через наземный теплообменник.

Нажмите, чтобы узнать больше об этих геотермальных тепловых насосах AAON

Геотермальные наружные крышные агрегаты

Внутренние автономные геотермальные установки

Водяные тепловые насосы

Уникальные особенности и гибкость оборудования AAON предоставляют вам возможность применения тепловых насосов AAON в учебных заведениях, офисных зданиях, супермаркеты и магазины, музеи и библиотеки, церкви и залы, рестораны и многие другие приложения, требующие высокой эффективности, низкой Стоимость отопления и охлаждения.Оборудование может быть автономным или сплит-системой и Включает в себя конструкцию панели из жесткого пенополиуретана AAON для экономии тепла и охлаждающие доллары от выхода из шкафа HVAC и прямой привод AAON в обратном направлении изогнутые приточные вентиляторы для эффективного движения воздуха.

Конструкция шкафа из жесткого пенополиуретана

Геотермальные системы являются продуктами премиум-класса и должны быть построены с использованием корпусов премиум-класса. Шкафы из жесткого пенополиуретана с двойными стенками AAON экономят энергию на охлаждение и обогрев благодаря улучшенной изоляции и воздушным уплотнениям.Это снижает потери энергии в окружающей среде и увеличивает экономию владельца здания. Сэкономленная энергия — это сэкономленные деньги. Потери энергии на отопление и охлаждение из-за плохой изоляции и плохой герметизации воздуха приводят к значительным денежным потерям для владельцев зданий. Шкафы из жесткого пенополиуретана AAON сокращают эти денежные потери за счет улучшенного термического сопротивления, тепловых разрывов и качественных воздушных уплотнений.

Компрессор переменной производительности

Геотермальные системы с компрессорами переменной производительности повышают комфорт пассажиров и эффективность системы за счет изменения производительности системы в соответствии с мгновенной нагрузкой на обогрев и охлаждение кондиционируемого помещения.Компрессор постоянно регулирует свою мощность, чтобы точно соответствовать температуре приточного воздуха или температуре воды на выходе. В течение большей части сезона отопления и охлаждения компрессор работает с пониженным энергопотреблением, что сокращает ваши эксплуатационные расходы. За счет сочетания компрессоров переменной производительности с вентиляторами переменного объема воздуха в геотермальной конфигурации достигается максимальная энергоэффективность и резко снижаются эксплуатационные расходы.

Высокоэффективная геотермальная система должна дополняться высокоэффективным движением воздуха.Нагнетательные вентиляторы AAON с загнутыми назад лопатками с прямым приводом обеспечивают повышенную эффективность, более тихую работу, меньшую занимаемую площадь и большую гибкость, чем сопоставимые устройства для перемещения воздуха в отрасли HVAC. AAON предлагает группы вентиляторов, конфигурируемые от одного до четырех, с прямым приводом, с загнутыми назад лопатками, пленумными вентиляторами. Предлагая комбинации вентиляторов различной ширины и диаметра, можно выбрать вентиляторы с оптимальной производительностью. Рабочие колеса с загнутыми назад лопатками с прямым приводом потребляют на 15% меньше энергии, чем вентиляторы с загнутыми вперед лопатками с ременным приводом, при тех же условиях эксплуатации, что делает их уникальными для высокоэффективных применений, таких как геотермальные системы.

Центральные геотермальные установки

Используя большие коммерческие геотермальные системы для подачи наружного воздуха в жилые помещения или внутренние блоки, можно уменьшить общее количество блоков в здании и упростить водопровод. Геотермальная система AAON может обеспечить до 140 тонн холодопроизводительности только с одним подключением к воде. Воздух от геотермальных установок на крыше можно отводить через обычные воздуховоды, либо наружный воздух можно использовать для подачи небольших внутренних установок WSHP, которые обслуживают отдельные зоны.Поскольку геотермальные системы AAON не имеют наружных вентиляторов, помимо высокой эффективности, они обеспечивают чрезвычайно тихую работу и низкие требования к техническому обслуживанию.

Все геотермальные системы AAON доступны с возможностью дополнительного и аварийного обогрева. Двухтопливные агрегаты включают дополнительный источник тепла из природного газа, сжиженного нефтяного газа, пара, горячей воды или электрического тепла. Двухтопливные системы предлагают большую гибкость, позволяя использовать второй источник тепла в качестве дополнительного тепла к тепловому насосу или в качестве резервного источника тепла, если требуется время простоя водяного контура.

AAON могут использоваться в новых или модернизированных приложениях. В случае модернизации внешние конденсаторные агрегаты с воздушным охлаждением могут быть заменены на конденсаторные агрегаты с водяным охлаждением, а во многих случаях существующие трубопроводы хладагента между конденсаторно-конденсаторными агрегатами и воздухообрабатывающим агрегатом могут быть повторно использованы. Поскольку конденсатор с водяным охлаждением не использует внешних вентиляторов, звук агрегата часто не улавливается жителями здания и соседями.Используя сплит-систему, звук внутреннего компрессора может быть удален из жилых помещений в офисных зданиях, гостиницах, медицинских учреждениях, банках, школах, кондоминиумах, квартирах и других чувствительных к звуку местах. Теплообменник хладагент-вода вместе с компрессором также может быть расположен в механическом помещении или снаружи здания, и только тихо работающие внутренний вентилятор и змеевик остаются в занятом пространстве. Это не только удаляет звук из занятого пространства, но и устраняет необходимость в обслуживании компрессора из занятого пространства и уменьшает внутренний блок, экономя ценное внутреннее пространство.

Геотермальная энергия готова к прорыву

Геотермальная энергия — это непрерывный источник возобновляемой энергии, который на протяжении десятилетий тянется на заднем плане, никогда не вырываясь из своей маленькой ниши, постоянно заставляя экспертов по энергетике говорить: «О, да, геотермальная энергия … что с этим не так? ? »

Что ж, примерно после 15 лет работы в области энергетики я наконец нашел время, чтобы глубоко погрузиться в геотермальную энергию, и я здесь, чтобы сообщить: это прекрасное время, чтобы обратить внимание!

После многих лет неудач с запуском новые компании и технологии вывели геотермальную энергию из депрессивного состояния до такой степени, что она, наконец, может быть готова к расширению и стать крупным игроком в области чистой энергии.Фактически, если правы ее более восторженные сторонники, геотермальная энергия может стать ключом к тому, чтобы сделать 100-процентную чистую электроэнергию доступной для всех в мире. И в качестве бонуса это возможность для испытывающей трудности нефтегазовой отрасли вложить свой капитал и навыки в работу над тем, что не приведет к деградации планеты.

Вик Рао, бывший технический директор компании Halliburton, нефтесервисного гиганта, недавно сказал геотермальному блогу Heat Beat: «Геотермальная энергия больше не является нишевой игрой.Он масштабируемый, потенциально весьма существенный. Масштабируемость привлекает внимание отрасли [нефтесервисов] ».

В этом посте я собираюсь рассказать о технологиях, предназначенных для добычи тепла глубоко от Земли, которое затем можно использовать в качестве прямого тепла для сообществ, для выработки электричества или для того и другого посредством «когенерации» тепла и электричества. (Обратите внимание, что геотермальные тепловые насосы, использующие устойчивые температуры мелкой земли для обогрева зданий или групп зданий, иногда включаются в геотермальные технологии, но я оставлю их в стороне для отдельной статьи.)

Прежде чем мы перейдем к технологиям, давайте кратко рассмотрим саму геотермальную энергию.

Что такое геотермальная энергия?

Интересный факт: расплавленное ядро ​​Земли на глубине около 4000 миль примерно так же горячо, как поверхность Солнца, более 6000 ° C или 10 800 ° F.Вот почему геотермальная энергетика любит называть это «солнцем под нашими ногами». Тепло постоянно пополняется за счет распада естественных радиоактивных элементов со скоростью потока примерно 30 тераватт, что почти вдвое превышает потребление энергии человеком. Ожидается, что этот процесс будет продолжаться миллиарды лет.

Проект ARPA-E AltaRock Energy оценивает, что «всего 0,1% теплосодержания Земли может обеспечить общие потребности человечества в энергии в течение 2 миллионов лет». В земной коре, всего на несколько миль ниже, достаточно энергии, чтобы питать всю человеческую цивилизацию для будущих поколений.Все, что нам нужно сделать, это подключиться к нему.

А вот подключиться к нему оказывается довольно непросто.

Самый простой способ сделать это — напрямую использовать тепло там, где оно прорывается на поверхность, в горячих источниках, гейзерах и фумаролах (паровые выходы вблизи вулканической активности). Теплая вода может использоваться для купания или стирки, а горячая вода — для приготовления пищи. Такой способ использования геотермальной энергии применялся с древних времен, по крайней мере, со времен среднего палеолита.

Немного более сложным является использование естественных резервуаров геотермального тепла вблизи поверхности для обогрева зданий.В 1890-х годах город Бойсе, штат Айдахо, использовал такую ​​систему для создания первой в США системы централизованного теплоснабжения, при которой один центральный источник тепла поступает в несколько коммерческих и жилых зданий. (Центр города Бойсе все еще использует его.)

После этого начали копать глубже и использовать тепло для производства электроэнергии. Первая коммерческая геотермальная электростанция в США была открыта в 1960 году в Гейзерсе, Калифорния; сегодня в США работает более 60 компаний.

Технология доступа к глубоководным геотермальным источникам в наши дни развивается головокружительными темпами.Давайте посмотрим на его основные формы, от установленных до экспериментальных.

Четыре основных типа технологий геотермальной энергии

Достигнув поверхности, геотермальная энергия используется для самых разных целей, главным образом потому, что существует множество различных способов использования тепла. В зависимости от того, насколько горячий ресурс, он может использоваться во многих отраслях. Практически любой уровень тепла можно использовать напрямую, для ведения рыбного хозяйства или теплиц, для сушки цемента или (действительно горячего материала) для производства водорода.

Для производства электроэнергии требуется более высокая минимальная температура. Старое поколение геотермальных электростанций использовало пар непосредственно с земли или «перегонял» флюиды из земли в пар для запуска турбины. (Загрязнение воды и воздуха, которое было связано с геотермальными проектами первого поколения, было вызвано установками мгновенного нагрева, которые кипятят воду из-под земли и в конечном итоге выделяют все в ней газом, включая некоторые вредные загрязнители.)

Вспышки требуют тепла минимум 200 ° C.Более новые, «бинарные» установки пропускают жидкости из земли мимо теплообменника, а затем используют тепло для выпаривания пара (это означает, что подземная вода не кипятится напрямую и отсутствует загрязнение воздуха или воды). Бинарные установки могут вырабатывать электроэнергию примерно от 100 ° C.

Уловка — это довести тепло до поверхности. Для этого полезно рассматривать геотермальную энергетику как четыре большие категории.

В некоторых избранных областях (например, в некоторых частях Исландии или Калифорнии) вода или пар, нагретые ядром Земли, поднимаются через относительно проницаемую породу, полную трещин и трещин, только для того, чтобы оказаться в ловушке под непроницаемым покровом. Эти гигантские резервуары с горячей водой под давлением часто выходят на поверхность через фумаролы или горячие источники.

После того, как коллектор обнаружен, бурятся разведочные скважины до тех пор, пока не будет найдено подходящее место для добывающей скважины.Температура горячей воды, которая поднимается через этот колодец, может варьироваться от температуры чуть выше температуры окружающей среды до 370 ° C, в зависимости от поля (чтобы достичь более высокой температуры, необходимо углубиться; подробнее об этом позже). После отвода тепла жидкости охлаждаются и возвращаются на месторождение через нагнетательную скважину для поддержания давления.

Почти все традиционные геотермальные проекты, большинство из которых сейчас работает, используют высококачественные гидротермальные ресурсы.

Одна проблема с гидротермальными резервуарами заключается в том, что их видимые проявления — горячие источники и фумаролы — остаются единственным надежным способом их идентификации; разведка и определение характеристик новых месторождений — дело дорогое и неопределенное.(Это одна из областей бурного технологического развития.)

Другая проблема в том, что они чрезвычайно географически сконцентрированы. В США геотермальное электричество в основном сосредоточено в Калифорнии, Неваде, на Гавайях и на Аляске, где тектонические плиты измельчают под поверхностью.

Там, где гидротермальные ресурсы легко доступны, преимущества геотермальной энергии хорошо известны.Глобальный парк геотермальной электроэнергии имеет средний коэффициент мощности — время, проведенное в работе относительно максимальной мощности, — составляет 74,5 процента, а более новые станции часто превышают 90 процентов. Геотермальная энергия может обеспечить постоянную мощность при базовой нагрузке; это единственный возобновляемый ресурс для этого.

По состоянию на конец 2019 года мировая установленная геотермальная электрическая мощность, разбросанная по 29 странам, достигла 15,4 ГВт, в лидерах — США.

Последняя проблема заключается в том, что большинство крупных, хорошо изученных и хорошо изученных месторождений было освоено, по крайней мере, с использованием традиционных технологий.Геотермальная энергия, основанная на высококачественных гидротермальных ресурсах, остается нишевым решением, которое трудно стандартизировать и масштабировать. Вот почему он так долго отставал от других возобновляемых ресурсов.

Что приводит нас к …

Обычные геотермальные системы ограничены специализированными областями, где тепло, вода и пористость сочетаются именно так. Но эти области ограничены.

Но во всей этой нормальной, твердой, непористой породе накоплено много тепла.Что, если бы разработчики геотермальной энергии могли бы сделать свои собственных резервуаров ? Что, если бы они могли пробурить твердую породу, закачать воду под высоким давлением через одну скважину, сломать породу, чтобы вода могла пройти, а затем собрать нагретую воду через другую скважину?

Это, вкратце, и есть EGS: геотермальная энергия, создающая свой собственный резервуар.

Для ясности, грань между традиционными гидротермальными ресурсами и ресурсами, требующими EGS, нечеткая.Существует множество градаций и вариаций между влажным / пористым и сухим / твердым.

«На самом деле у вас есть кривая предложения, в которой переменными являются температура, глубина, проницаемость скважины и проницаемость коллектора», — говорит Тим ​​Латимер, основатель и генеральный директор компании EGS Fervo Energy. «Все, что находится между двумя крайностями, существует».

Проще говоря, по мере того, как ресурс становится глубже, а порода становится более горячей и менее пористой, инженерная сложность доступа к ней возрастает.

Основная идея всегда заключалась в том, что EGS будет начинаться в пределах существующих гидротермальных резервуаров, где месторождения относительно хорошо охарактеризованы.Затем, когда компания узнала, отточила свою технологию и снизила затраты, она перешла от «полевых» к «ближним» ресурсам — твердой породе, прилегающей к коллекторам, на той же глубине. В конце концов, он сможет продвигаться дальше в новые поля и глубже в более горячие породы. Теоретически EGS со временем может быть размещена практически в любой точке мира.

Это был план игры вот уже десять лет, и это все еще план игры, как изложено в авторитетном исследовании GeoVision 2019 года по геотермальной энергии, проведенном Министерством энергетики.Однако у индустрии EGS были проблемы с получением всех уток подряд. Примерно в 2010 году произошел всплеск активности, основанный на стимулирующих деньгах Обамы и бинарных электростанциях. Но к тому времени, когда технология бурения из революции сланцевого газа начала переходить на геотермальную, примерно в 2015 году, капитал иссяк, и внимание было отвлечено.

По словам Латимера, только в 2020 году все наконец сошлось: сильный интерес общественности и инвесторов, реальный рыночный спрос (благодаря амбициозным целям государства в области возобновляемой энергетики) и поток новых технологий, заимствованных из нефтегазовой отрасли.Стартапы EGS, такие как Fervo, быстро растут и крупнее, солидные компании сегодня реализуют прибыльные проекты EGS.

Инженерные задачи остаются непростыми, особенно когда цели становятся все глубже и суше. Есть и PR-вызовы. Закачка жидкости в землю для разрушения горных пород в нефтегазовом бизнесе называется «гидроразрывом», и … у нее есть некоторая репутация. Фактически, есть целые штаты и страны США, где это запрещено.

Промышленность стремится дистанцироваться от гидроразрыва пласта.Используемые жидкости безвредны, поэтому опасность загрязнения воды минимальна. Беспокойство по поводу индуцированной сейсмической активности несколько преувеличено; в нефтегазовом бурении — это скважины с большим объемом водоотведения, связанные с сейсмичностью, а у EGS их нет. Трещины меньше по размеру, лучше контролируются и находятся под гораздо меньшим давлением, чем при гидроразрыве пласта. Пока бурильщики избегают линий разломов, что у них становится все лучше, риск невелик, особенно по сравнению с выгодами. (По иронии судьбы геотермальные проекты должны соответствовать более высоким условиям сейсмической безопасности, чем сравнительно гораздо более опасные нефтегазовые проекты.)

И, конечно же, в отличие от газового гидроразрыва, в конце линии не происходит сжигания ископаемого топлива. EGS извлекает выгоду из технологических достижений в области гидроразрыва пласта, но не делает того, что ненавидят экологи. Однако объяснение этого обществу и политикам остается, мягко говоря, непростой задачей.

Тем не менее, если инженерные и маркетинговые проблемы удастся преодолеть, приз будет почти немыслимо большим. Предполагая, что средняя глубина скважины составляет 4,3 мили, а минимальная температура породы составляет 150 ° C, исследование GeoVision оценивает общие геотермальные ресурсы США как минимум в 5 157 гигаватт электрической мощности, что примерно в пять раз превышает текущую установленную мощность страны.

В качестве альтернативы, использование EGS для прямого нагрева может обеспечить США 15 миллионами тераватт-часов тепловой энергии (ТВтч). «По сравнению с общим годовым потреблением энергии в США 1754 ТВтч для отопления жилых и коммерческих помещений, — пишет Министерство энергетики, — этого ресурса, основанного на EGS, теоретически достаточно для обогрева каждого дома и коммерческого здания в США в течение как минимум 8 500 лет».

Там внизу достаточно тепла, чтобы поддерживать цивилизацию в течение нескольких поколений.

А глубже, в 6 милях и дальше, жара еще больше.

На дальнем горизонте EGS находится геотермальная «супер горячая порода», которая стремится проникнуть в чрезвычайно глубокие, чрезвычайно горячие породы.

При очень высокой температуре эффективность геотермальной энергии не просто возрастает, а резко возрастает. Когда температура воды превышает 373 ° C и давление 220 бар, она становится «сверхкритической», новой фазой, которая не является ни жидкостью, ни газом.Наука о сверхкритической воде довольно забавна (это как … вода с низкой плотностью?), И я не буду пытаться ее объяснять, но она регулярно используется в промышленности, в том числе на некоторых передовых угольных электростанциях, поэтому ее свойства довольно хорошо понят.

Для наших целей есть два важных аспекта сверхкритической воды. Во-первых, его энтальпия намного выше, чем у воды или пара, что означает, что он содержит от 4 до 10 раз больше энергии на единицу массы. А во-вторых, он настолько горячий, что почти вдвое увеличивает эффективность преобразования Карно в электричество.

«Вы не только получаете больше энергии из своей скважины, — говорит Эрик Ингерсолл, аналитик по чистой энергии из консалтинговой компании LucidCatalyst, — вы получаете больше электроэнергии из этой энергии».

Это означает, что отдельный геотермальный проект при температуре 400 ° C будет иметь мощность около 50 МВт, по сравнению с мощностью примерно 5 МВт проекта EGS при температуре 200 ° C — на 42 процента выше, что в 10 раз больше мощности.

Вы можете получить больше энергии из трех скважин на проекте 400 ° C, чем из 42 скважин EGS при 200 ° C, используя меньше жидкости и меньше занимаемой площади.

Накопленный на сегодняшний день опыт показывает, что чем горячее становится геотермальная энергия, тем более конкурентоспособна ее цена на электроэнергию, вплоть до того, что сверхгорячие EGS может быть самой дешевой доступной энергией базовой нагрузки.

Инженерные задачи непростые. (Инженеры-нефтяники и газовики, нынешние мастера бурения, не проектировали для высокой температуры; им не было необходимости.) Необходимо разработать новые обсадные трубы и цемент; необходимо лучше понять химию воды при высоких температурах; материалы, устойчивые к коррозии и высоким температурам, нуждаются в доработке; методы бурения необходимо продолжать совершенствовать.Разрабатываются даже новые методы «бесконтактного бурения», в том числе метод AltaRock, в котором используются чертовы лазеры (технически «миллиметровые волны»).

Ни одна скважина в настоящее время не производит электричество из сверхкритической воды, но несколько прошлых скважин (например, на Гавайях и в Калифорнийском Солтон-Си) обнаружили сверхкритическую воду, и есть исследовательские проекты в Японии, Италии, Мексике и нескольких других округах, чтобы узнать больше. (Вот недавний обзор истории и исследований супер-горячего рока.)

Для ускорения развития этой технологии не потребуется особой помощи. «Есть возможность потратить относительно небольшую сумму денег на оживление отрасли», — говорит Ингерсолл. В настоящее время в США отсутствует надежная инновационная система в области экологически чистой энергии, но есть программа исследований супер-горячих пород в ARPA-E (AltaRock), дочерняя группа под названием Hotrock Energy Research Organization (HERO), а также несколько демонстрационных проектов, способствующих этому. Нужно больше. Награда — дешевая базовая мощность, доступная практически везде — слишком велика, чтобы от нее отказываться.

Четвертая категория технологий появилась недавно, и они обещают, что геотермальная энергия когда-нибудь станет доступной где угодно.

AGS относится к новому поколению систем с «замкнутым контуром», в которых жидкости не вводятся на Землю или не извлекаются из нее; нет гидроразрыва. Вместо этого жидкости циркулируют под землей в герметичных трубах и скважинах, собирая тепло за счет теплопроводности и вынося его на поверхность, где его можно использовать для регулируемого сочетания тепла и электричества.

Геотермальные системы с замкнутым контуром существуют уже несколько десятилетий, но недавно несколько стартапов дополнили их технологиями нефтегазовой отрасли. Одной из таких компаний, созданной инвесторами, имеющими опыт работы в нефтегазовой сфере, является Eavor из Альберты.

В запланированной системе Eavor, называемой «Eavor-Loop», две вертикальные скважины на расстоянии около 1,5 миль друг от друга будут соединены горизонтально выстроенной серией боковых скважин в виде своего рода радиаторной конструкции, чтобы максимизировать площадь поверхности и поглощать как можно больше тепла. насколько возможно.(Точное горизонтальное бурение заимствовано из сланцевой революции и нефтеносных песков.)

Поскольку контур замкнут, холодная вода с одной стороны опускается, а горячая вода с другой стороны поднимается, создавая эффект «термосифона», который обеспечивает естественную циркуляцию воды без использования насоса. Без паразитной нагрузки насоса Eavor может выгодно использовать относительно низкое тепло, около 150 ° C, доступное почти в любом месте на расстоянии примерно полторы мили вниз.

На данный момент существует демонстрационный проект «Eavor-Lite», созданный в Альберте, предназначенный для проверки основных концепций и технологий. Он показал, что боковые скважины можно точно нацелить, эффект термосифона работает, а затраты и производительность установки можно надежно спрогнозировать заранее. Компания имеет три или четыре коммерческих завода на разных стадиях планирования; Вероятно, следующим будет строительство завода в Геретсриде, Германия, в 2021 году. (Он воспользуется льготными тарифами Германии.) Во Франции и Нидерландах тепло будет обеспечивать Eavor; в Японии электричество; в Германии микс.

Когда я разговаривал с президентом Eavor Джоном Редферном и главой отдела развития бизнеса Полом Кэрнсом, они рассказали мне о недавнем изменении в их конструкции, которое уменьшит физическую занимаемую площадь и сделает бурение еще более точным. Вместо того чтобы расположить два вертикальных колодца на расстоянии, они будут располагаться рядом друг с другом. От них отходят боковые колодцы, которые остаются параллельными, пока не встретятся в конце.Вот так:

Поскольку скважины расположены так близко друг к другу, они могут использовать «магнитную дальность» (с передатчиком в одной скважине и приемником в другой), чтобы оставаться на фиксированном расстоянии друг от друга. Встретиться в конце легче, чем встретиться посередине.

Что касается землепользования, то после первоначального бурения единственная часть, которая технически должна быть над землей, — это охладитель воздуха, который охлаждает воду перед ее спуском. Линии электропередач, даже сам электрогенератор, могут быть под землей.И если есть охладитель воды, а не охладитель воздуха, он тоже может быть под землей. «Теоретически, — говорит Кэрнс, — у вас может быть нулевой след на поверхности».

Поскольку все, что нужно Eavor для работы, — это горячая порода, которая довольно надежно расположена под почти любым участком в мире, это позволяет избежать дорогостоящих исследований и моделирования. «Мы не умнее, — говорит Редферн, — у нас просто есть гораздо более простые теоретические задачи».

Eavor-Loop может выступать в качестве источника питания базовой нагрузки (всегда включенного), но он также может действовать как гибкий, управляемый источник питания — он может увеличиваться и уменьшаться почти мгновенно, дополняя переменную энергию ветра и солнца.Это достигается путем ограничения или перекрытия потока жидкости. Поскольку жидкость дольше остается в ловушке под землей, она поглощает все больше и больше тепла.

Таким образом, в отличие от солнечной энергии, прекращение работы завода не приводит к потере (сокращению) энергии. Жидкость просто заряжается, как аккумулятор, поэтому при повторном включении ее емкость равна указанной на паспортной табличке. Это позволяет заводу «формировать» свою продукцию так, чтобы она соответствовала практически любой кривой спроса.

Джейми Бирд, руководящая Геотермальной организацией предпринимательства в Техасском университете в Остине, оптимистично настроена по отношению к AGS (ее беспокоят проблемы с общественностью, с которыми сталкивается EGS), но она предупреждает, что Eavor, как и другие многообещающие геотермальные стартапы Fervo Energy, GreenFire Energy и Sage Geosystems — еще не все проработано, несмотря на ее уверенные заявления.«Я хочу, чтобы он был у них в сумке, — говорит она, — но у них его еще нет в сумке».

Направленное бурение при высоких температурах, выше 150 ° C или около того, остается трудным, поскольку оборудование склонно к плавлению (опять же, нефтегазовые инженеры не разрабатывали свои технологии с учетом высоких температур). По мере того, как порода становится тверже, оборудование также необходимо укреплять до дополнительных вибраций. И электронику нужно лучше изолировать.

В проекте Eavor-lite добывается только тепло около 70 ° C.(Это не было коммерчески жизнеспособным.) Чтобы начать геотермальные работы, Eavor и другим компаниям нужно будет освоить все глубже и жарче. «Вы не можете экономично производить геотермальную энергию при температуре 90 ° C», — говорит Бирд. «150, да, вот и все. 250, ах, да. 300, ты твердый. »

Она подчеркивает, что не существует непреодолимых препятствий, если задействовано достаточно технических ноу-хау и капитала. По ее словам, проблема извлечения геотермальной энергии из глубокой, сухой и горячей породы «в значительной степени является дополнительной инженерной проблемой, которая, когда ее решает, решает проблему энергии.”

«Решает энергию» может показаться громким разговором, но в данном случае это не праздное дело.

Необычайные перспективы геотермальной энергии

Основная проблема, с которой сталкиваются возобновляемые источники энергии, заключается в том, что самые большие источники, ветер и солнце, непостоянны. В то время как электростанции, работающие на ископаемом топливе, работающие на угле и газе, являются «управляемыми» — их можно включать и выключать по запросу — ветер и солнце приходят и уходят вместе с ветром и солнцем.

Создание системы электричества на основе ветра и солнца, таким образом, означает заполнение пробелов, поиск источников, технологий и методов, которые могут быть задействованы, когда ветер и солнце не справляются (например, ночью). А система электроснабжения должна быть чрезвычайно безопасной и надежной, потому что декарбонизация означает электрификацию всего, перевод транспорта и тепла на электричество, что существенно повысит общий спрос на электроэнергию.

Таким образом, большие споры в мире чистой энергии, как правило, касаются того, насколько далеко ветер, солнечная энергия и батареи могут уйти сами по себе — 50 процентов от общего спроса на электроэнергию? 80 процентов? 100?) И какие источники следует использовать для их дополнения.(См. Эту часто цитируемую статью 2018 года в журнале Joule о потребности в «твердых, низкоуглеродных ресурсах».)

Ответ, который в настоящее время предпочитают сторонники возобновляемой энергии, — это большее хранение энергии, но, по крайней мере, на данный момент хранение остается слишком дорогим и ограниченным для выполнения всей работы. Другие главные возможности для «укрепления» электроснабжения — ядерная энергия или ископаемая энергия с улавливанием и секвестрацией углерода — имеют свои собственные проблемы и страстные поклонники за и против.

Геотермальная энергия, если ее можно заставить надежно и экономично работать в более горячих, сухих и глубоких породах, является прекрасным дополнением к ветру и солнечной энергии. Он возобновляемый и неисчерпаемый. Он может работать в режиме базовой нагрузки круглосуточно, в том числе ночью, или «следить за нагрузкой», чтобы компенсировать колебания возобновляемых источников энергии. Он доступен почти повсюду в мире, это надежный источник внутренней энергии и рабочих мест, который, поскольку он в основном находится под землей, устойчив к большинству погодных (и антропогенных) бедствий.Он может работать без загрязнения окружающей среды или парниковых газов. Тот же источник, из которого вырабатывается электричество, также можно использовать для питания систем централизованного теплоснабжения, которые обезуглероживают строительный сектор.

Проверяет все флажки.

«Наша проблема не в том, что у нас есть враги», — говорит Латимер. «Если вы хотите поговорить с демократами, мы производим безуглеродную электроэнергию круглосуточно и без выходных — последний кусочек головоломки для полностью декарбонизированного электроэнергетического сектора. Если вы поговорите с республиканцами, то это американская изобретательность, заставившая наш буровой флот работать на топливно-безопасном ресурсе, не зависящем от импорта и возвращающем к работе нефтегазовых специалистов.Это красивая двухпартийная история. Проблема в том, что о нас просто не говорят ».

Нефть и газ спешат на помощь?

Одна вещь, которая может заставить больше людей говорить о геотермальной энергии, — это несколько случайная возможность, которую она предлагает нефтегазовой отрасли, которая шатается из-за избыточного предложения, стабильно низких цен и падения спроса, вызванного пандемией. Следовательно, это кровоточащие рабочие места.

Geothermal изобилует стартапами, которым особенно необходимы инновации и опыт в технологиях бурения — те самые навыки, которые уже есть у многих нефтяников и газовиков. Они могли бы применить эти навыки, чтобы сделать планету более безопасной для будущих поколений. Это совпадение навыков — то, что вдохновляет организацию Бирда, занимающуюся геотермальной промышленностью, и конкурс на 4,65 миллиона долларов, который Министерство энергетики объявило в этом году, чтобы объединить геотермальные инновации с партнерами в обрабатывающей промышленности.

Сейчас самое лучшее время, чтобы начать или присоединиться к геотермальному стартапу — большинство из них потерпят неудачу, но где-то есть будущий миллиардер.

Ветераны отрасли обратили внимание. Это произвело фурор, когда несколько месяцев назад «Frack King» — Мукул Шарма, инженер-нефтедобытчик из UT Austin, который играл ключевую роль в разработке гидроразрыва пласта, — запустил новое предприятие EGS под названием Geothermix.

«Когда мы начали заниматься нетрадиционным [нефтегазовым] пространством, было много проблем, которые необходимо было решить, но со временем мы увеличили продуктивность скважин в 4-10 раз во многих сланцевых бассейнах», — сказал он. Heat Beat.«Мы очень рано находимся на кривой обучения в контексте EGS, но я не сомневаюсь, что мы сможем перенести опыт прошлого десятилетия в нефтегазовую отрасль и успешно применить эти методы в EGS».

Латимер был инженером нефтегазовой отрасли до того, как переключился на геотермальную промышленность. Компания Sage Geosystems была основана Львом Рингом и Лэнсом Куком, двумя давними ветеранами нефтедобычи и нефтедобычи. В Eavor работают несколько ветеранов нефтедобычи.

Промышленность тоже обращает на это внимание. «У нас есть хорошая небольшая фору, и мы изо всех сил стараемся ее опередить, — говорит Редферн, — но да, [крупные нефтегазовые компании] определенно обращают на это свое внимание.”

Вполне вероятно, что крупные нефтегазовые компании со временем начнут скупать геотермальные предприятия. Инвестиции в геотермальную энергию дадут им возможность укрыть часть своего портфеля от жестокого нефтяного рынка.

И геотермальная энергия — более естественное сочетание, чем ветровая и солнечная для многих из этих компаний. «Тот факт, что он использует основные отраслевые компетенции для производства чистой энергии, — сказал Рао, — даст ему возможность оставаться в отрасли независимо от условий энергетического рынка.”

Геотермальная энергия остается относительно небольшой отраслью с рыночной капитализацией, исчисляемой однозначными числами, в то время как нефтегазовая отрасль — это отрасль с оборотом в триллионы долларов. Не существует реалистичного способа, которым геотермальная энергия может пообещать поглотить все рабочие места, которые в настоящее время теряются в нефтегазовой отрасли.

Тем не менее, геотермальная энергия предлагает нефтегазовым компаниям то, в чем она остро нуждается: порт во время шторма. Это растущая отрасль экологически чистой энергии, которая нуждается в умных кадрах, обученных разведке и бурению. У нефти и газа есть одно из них.

Последние технологические инновации в нефтегазовой отрасли будут способствовать развитию геотермальной энергии, особенно если политики смогут объединиться и предложить некоторую поддержку.Впереди крутая кривая обучения, и они только сейчас ускоряются в ней, но следующее десятилетие, вероятно, будет более активным для геотермальной энергетики, чем предыдущие четыре.

С неисчерпаемым, управляемым и гибким возобновляемым источником энергии, который так близок к прорыву, видение мира, полностью использующего возобновляемые источники энергии, кажется все менее и менее утопичным, все более и более дразняще достижимым.

Геотермальное отопление и охлаждение — Middleton Heat & Air

Геотермальные системы отопления и охлаждения используют относительно постоянную температуру земли для обогрева и охлаждения домов и предприятий, потребляя на 40-70% меньше энергии, чем в традиционных системах.Геотермальная энергия, возобновляемый ресурс, происходит из тепла, сохраняемого в ядре Земли. На глубине около шести футов температура земли остается почти постоянной: от 45 ° F до 70 ° F в зависимости от географического положения, и она очень мало меняется в течение года. Этот мягкий источник тепла делает геотермальный тепловой насос гораздо более энергоэффективной системой, чем обычный кондиционер или тепловой насос, который использует постоянно меняющуюся температуру наружного воздуха.

Геотермальные системы отопления и охлаждения состоят из 3 компонентов:

• Тепловой насос — это механическое устройство, которое может извлекать тепло из воздуха, воды или земли.Они классифицируются как «воздушные источники» или «наземные источники» (геотермальные).
• Подземный теплообменник действует как теплоотвод для хранения энергии в земле при охлаждении и для извлечения энергии из земли при нагревании.
• Распределительная система, такая как воздуховоды

Есть два разных типа теплообменников:

• Замкнутый контур — Теплообменник с замкнутым контуром представляет собой систему непрерывных подземных контуров труб, которые соединены с тепловым насосом, образуя таким образом герметичный замкнутый контур.Вода или смесь воды и экологически чистого антифриза циркулирует по контуру для передачи тепла между тепловым насосом и землей. В некоторых установках трубы замкнутой системы могут быть размещены в горизонтальной траншее, вырытой ниже линии промерзания. Другой способ увеличить скорость теплообмена в системе с замкнутым контуром — использовать естественную более высокую способность теплопередачи воды над почвой или скальной породой. Если ручей, река или пруд имеют достаточный размер, змеевики теплообменной трубы могут быть установлены на дне или рядом с ним, чтобы сформировать петлевую систему пруда.В местах, где пространство ограничено или требуется большой теплообменник, трубы замкнутой геосистемы могут быть установлены вертикально в скважинах, пробуренных в земле. В замкнутой системе, поскольку нет необходимости подключать теплообменник к остальной части системы над землей, его можно установить под существующим ландшафтом, проездами и тротуарами или даже под самим зданием.
• Открытый контур — С другой стороны, в системе с открытым контуром грунтовые воды из колодца или водоносного горизонта перекачиваются через колодец и проходят через тепловой насос, где тепло добавляется к нему или отводится от него.Затем вода сбрасывается обратно в водоносный горизонт или используется для других целей управления водными ресурсами. Поскольку водоснабжение и водоотведение системы не подключены под землей, контур открыт.

Геотермальные системы также могут обеспечивать недорогую горячую воду в качестве дополнения или замены мощности обычного водонагревателя для бытовых нужд.

Зимой вода, циркулирующая в замкнутом контуре, поглощает тепло от земли и переносит его к агрегату. Здесь он сжимается до более высокой температуры и отправляется в виде теплого воздуха в вашу внутреннюю систему для распределения по всему дому.

Летом система реверсирует и отводит тепло из вашего дома в более прохладную землю через систему контура.

Геотермальная система отопления и охлаждения — это разумное вложение для потребителей, которым нужна система, обеспечивающая высокий уровень комфорта и низкие ежемесячные счета за электроэнергию, пока они владеют своим домом. Благодаря законопроекту о стимулах, предлагающему 30% налоговую скидку для домовладельцев, устанавливающих геотермальную систему с тепловым насосом, сейчас самое лучшее время для ее покупки.

Как работает геотермальное отопление и охлаждение?

Геотермальные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха становятся все более популярными по всей стране, поскольку домовладельцы ищут более энергоэффективные варианты и решения для снижения воздействия на окружающую среду.Возможно, вы слышали об этом типе систем, но у вас все еще есть вопросы о том, как работают геотермальные системы отопления и охлаждения? Специалисты Energy Savers по геотермальным системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха объясняют, что вам нужно знать.

Части геотермальной системы

Прежде чем мы перейдем к тому, как работает геотермальное отопление и охлаждение, нам необходимо обсудить различные компоненты, из которых состоят эти системы. Если у вас есть печь и кондиционер, оборудование сильно отличается от того, к чему вы привыкли. Ключевые компоненты включают:

Геотермальная петля

Геотермальный контур (также называемый контуром заземления или контуром заземления) представляет собой сеть подземных трубопроводов.Петля может быть установлена ​​на участке горизонтально, спирально или вертикально и может быть открыта или закрыта. В разомкнутом контуре в качестве источника тепла и теплоотвода используется колодец или близлежащий водоем, а вода из этого источника — для передачи тепла. Замкнутый контур удерживает собственную жидкость внутри труб для передачи тепла, которая обычно представляет собой смесь воды и антифриза.

Геотермальный тепловой насос

В геотермальном тепловом насосе находится компрессор, теплообменник и другие ключевые компоненты системы.Тепловой насос перемещает жидкость через контур заземления для обмена теплом между воздухом в помещении и землей или источником воды.

Распределительная система

Для распределения кондиционированного воздуха по домам геотермальные системы могут быть сконфигурированы как принудительный воздух или вода в воду. Система принудительной подачи воздуха использует воздухоочиститель и воздуховоды для перемещения воздуха по дому. В системе «вода-вода» трубопроводы проходят через стены и полы в доме или устанавливаются плинтусы. Жидкость проходит через это оборудование для передачи тепла.

Как работает геотермальное отопление и охлаждение?

Геотермальные системы отопления и охлаждения работают иначе, чем традиционные печи. Печь сжигает топливо для создания тепла, тогда как геотермальный тепловой насос обменивается теплом между землей или водным источником и воздухом для обогрева дома. Поскольку температура под землей круглый год остается постоянной от 50 до 60 градусов, его можно использовать в качестве источника тепла. Жидкость в контуре заземления поглощает тепло от Земли, а затем передает его тепловому насосу, где его теплообменник передает тепло от жидкости к воздуху.

Процесс геотермального охлаждения очень похож на работу кондиционера или воздушного теплового насоса. Тепло поглощается из воздуха внутри дома и отводится. В то время как кондиционеры и воздушные тепловые насосы отводят тепло в воздух снаружи, геотермальный тепловой насос использует землю в качестве радиатора. Он выделяет тепло под землей или в водоем, в зависимости от конфигурации контура.

Преимущества геотермального отопления и охлаждения

Теперь, когда вы понимаете, как работает геотермальное отопление и охлаждение, давайте посмотрим, почему эта система предпочтительнее других вариантов HVAC.

• Более низкие эксплуатационные расходы — эти системы не сжигают топливо и обеспечивают коэффициент использования электроэнергии до 5: 1, обеспечивая до 5 единиц энергии на каждую единицу потребляемой электроэнергии. Геотермальные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха очень доступны по цене, что позволяет домовладельцам экономить примерно 70 процентов на ежемесячных счетах за электроэнергию по сравнению с обычными системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
• Экологически чистые — поскольку они не потребляют ископаемое топливо и могут похвастаться высокоэффективным использованием электроэнергии, геотермальное отопление и охлаждение является более экологически чистым вариантом обеспечения комфорта в помещении.
• Длительный срок службы оборудования — геотермальные системы отопления и охлаждения служат дольше, чем обычное оборудование HVAC. Хотя геотермальные тепловые насосы служат примерно столько же, сколько и обычные кондиционеры (от 12 до 15 лет при надлежащем уходе), компоненты контура заземления могут прослужить более 50 лет! Петля хорошо защищена землей, и ее нелегко повредить.

Узнайте больше о геотермальных вариантах HVAC для вашего дома

Остались вопросы о том, как работает геотермальное отопление и охлаждение? Заинтересованы в смете на установку на вашем участке? Позвоните в Energy Savers сегодня, чтобы поговорить с нашей командой и записаться на прием.Наши квалифицированные специалисты позаботятся о том, чтобы вы понимали все тонкости работы геотермальных систем отопления и охлаждения, чтобы вы могли в полной мере осознать огромные преимущества, которые эти системы предоставляют!

Геотермальная энергия

Возможна ли геотермальная энергия в Пенсильвании?

Геотермальная энергия использует тепло земли для производства энергии — либо вращая турбины для производства электроэнергии, либо используя тепло для обеспечения технологического нагрева. Итак, в Пенсильвании нет известных традиционных геотермальных ресурсов, пригодных для производства электроэнергии.Тем не менее, существуют подходящие условия для использования энергоэффективной технологии теплового насоса с использованием грунтовых источников, также называемой «геообменом», и геотермального теплового насоса. Это технология повышения энергоэффективности, а не возобновляемый процесс. Многие люди называют геотермальные тепловые насосы геотермальными источниками тепла, поэтому мы создали эту страницу для справки.

Использовать землю для отопления и охлаждения — Тепловые насосы с землей (GSHP)

Вам не нужно много земли для GSHP, это зависит от вашего необходимого тоннажа отопления и охлаждения.GSHP использует относительно постоянную температуру земли в качестве теплообменной среды для обеспечения высокоэффективного нагрева и охлаждения. Коммерческие здания, учебные корпуса и общежития часто могут получить выгоду от экономии энергии, которую может обеспечить GHSP. В Пенсильвании установлено несколько крупномасштабных систем, которые заменили централизованное теплоснабжение университетских городков. Стоимость системы GSHP обычно выше, чем у традиционной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха из-за дополнительных компонентов теплообмена.Возврат инвестиций в сбережения часто происходит в течение 5-10 лет, но зависит от многих факторов, таких как стоимость энергии, стоимость системы, затраты на установку и размер системы. Эти системы обычно служат 25 и более лет.

Эти три веб-сайта являются хорошими источниками для начала вашего исследования о том, подходит ли вам наземный / геотермальный тепловой насос:

Веб-сайт Energy Star Агентства по охране окружающей среды США

Министерство энергетики США

Международная ассоциация наземных тепловых насосов

Перед тем, как начать! При установке одной из этих систем для бурения и последующей борьбы с эрозией часто требуются разрешения не только от местного муниципалитета, но и от Округа охраны природы или PA DEP.Мы рекомендуем вам поработать со своим бурильщиком и установщиком, чтобы убедиться, что вы соблюдаете все требования, и не создавать проблемы эрозии, пытаясь сэкономить энергию!

Федеральный кредитный союз чистой энергии — займы

ФИНАНСИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ.

С помощью нашей ссуды на геотермальную систему вы можете получить высокоэффективную систему отопления и охлаждения без лишних затрат.

Ознакомьтесь с нашими тарифами и условиями

При финансировании вашей новой геотермальной системы вы можете выбрать один или оба * следующих типа кредита:

• 12-месячный или 18-месячный кредит, покрывающий ваш налоговый кредит на геотермальную энергию (т.е. федеральный подоходный налог по разделу 25D, который предоставляется для новых геотермальных систем в жилых домах в размере до 26% от приемлемой стоимости проекта).
• Кредит с фиксированной ставкой на 12, 15 или 20 лет на оставшуюся часть стоимости геотермальной системы (т.е. до 74% от приемлемой стоимости проекта).

* Объединение обоих этих типов ссуд вместе обычно называется «комбинированной ссудой» для геотермальной системы. Узнайте, как работают комбинированные займы

Предлагая до 100% финансирования без выплаты денег, наши ссуды для геотермальной системы позволяют вам поменять ежемесячный счет за электроэнергию на ежемесячный платеж по ссуде на геотермальную систему, которую вы позже получите бесплатно в конце срок погашения кредита.

Льготы по кредиту:

• Обеспечено установленным геотермальным оборудованием, а не собственным капиталом в вашем доме
• Сумма займа до 90 000 долларов США за заем
• Фиксированные процентные ставки
• Нет штрафов за предоплату
• Автоматические электронные платежи

Программа защиты долга:

Более того, вы можете принять участие в программе защиты долга Clean Energy Credit Union. В случае непредвиденных финансовых затруднений остаток по кредиту или ежемесячные платежи по кредиту могут быть аннулированы без штрафа или дополнительных процентов.Эта программа обеспечивает душевное спокойствие, которое приходит с осознанием того, что вы и ваш кредитный рейтинг защищены — и, что наиболее важно, — что ваша семья под защитой. Чтобы узнать больше о программе защиты долга, загрузите нашу информационную брошюру (PDF).

Часто задаваемые вопросы (FAQ):

Должен ли я работать с одним из партнеров Кредитного союза по моему проекту чистой энергии?

Нет. Когда вы подаете заявление на получение ссуды на чистую энергию в Clean Energy Credit Union, вы можете работать с любым подрядчиком, поставщиком или поставщиком услуг по вашему выбору.Однако Кредитный союз предлагает специальные кредитные предложения через своих партнеров, потому что они, в свою очередь, предоставляют кредитному союзу несколько дополнительных услуг, которые сокращают наши расходы и накладные расходы. Узнайте больше о наших партнерах.

Как я могу узнать, есть ли в моем районе стимулы для получения экологически чистых энергетических продуктов и услуг?

Мы рекомендуем проверить базу данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и повышения эффективности (DSIRE): dsireusa.org. Мы также рекомендуем спросить у вашего подрядчика, продавца или поставщика услуг чистой энергии, поскольку они обычно могут помочь вам изучить, какие стимулы могут быть доступны в вашем районе.

Как мне стать участником Кредитного союза чистой энергии?

Во-первых, вам необходимо убедиться, что вы имеете право вступить в Кредитный союз чистой энергии, находясь в его «сфере членства», которая в настоящее время включает в себя одно из следующих:

1. Член одной из следующих организаций:
   1. Коалиция афроамериканских кредитных союзов
   2. Американское общество солнечной энергии
   3. Ассоциация специалистов по энергосервису
   4. Общество возобновляемых источников энергии Колорадо
   5. Ассоциация электромехаников
   6. Инженеры за устойчивый мир
   7. Ассоциация солнечной энергии Джорджии
   8. Грин Америка
   9. Институт GreenHome
   10. Ассоциация возобновляемых источников энергии Среднего Запада
   11. Северо-восточная ассоциация устойчивой энергетики
   12. ОБНОВИТЬ Висконсин
   13. Американская коалиция владельцев возобновляемых источников энергии
   14. Солар Юнайтед Соседство
   15. Техасское общество солнечной энергии
       
2. Сотрудник или волонтер одной из следующих организаций:
   1. Кредитный союз чистой энергии
   2. Наш климат
      
3. Ближайший родственник или член семьи лица, имеющего право на участие в одном из вышеперечисленных вариантов, или кого-то, кто уже является членом Кредитного союза чистой энергии

Если вы еще не имеете права вступить в Кредитный союз экологически чистой энергии, вы можете подумать о присоединении к одной из вышеуказанных организаций.Например, индивидуальное членство в Американском обществе солнечной энергии в настоящее время стоит всего 10 долларов (ПРИМЕЧАНИЕ: вы должны ввести код скидки и выбрать базовое членство только в цифровом формате). Щелкните здесь, чтобы узнать больше о перечисленных выше членских организациях-партнерах.

После подтверждения вашего права на участие в программе вы открываете «общий счет» (т.е. сберегательный счет) с минимальным депозитом в 5 долларов, который будет служить вашей долей собственности в Clean Energy Credit Union. Когда кто-то становится членом Кредитного союза, он становится его членом на всю жизнь.Нажмите здесь, чтобы присоединиться к Кредитному союзу чистой энергии.

На случай, если это поможет, вот некоторая предыстория того, что такое «поле членства» кредитного союза: хотя кредитные союзы предоставляют аналогичные услуги, как и банки, они во многом отличаются от банков. Например, кредитный союз — это некоммерческий кооператив финансовых услуг, который существует исключительно для обслуживания своих членов и выполнения своей миссии, в то время как банк существует для максимизации финансовой отдачи для своих акционеров. Другое отличие состоит в том, что банк может обслуживать широкую публику, тогда как кредитный союз может обслуживать только свое «поле членства», которое регулирующие органы определяют как людей и организации, которые имеют законное право вступать в кредитный союз.В конечном итоге членство в кредитном союзе состоит из одной или нескольких групп людей и организаций, которые имеют что-то общее, что каким-то образом связывает их вместе. У многих кредитных союзов есть поле членства, которое включает людей, которые работают на определенного работодателя, или которые живут в определенной географической области, или которые являются членами той же профессиональной ассоциации или религиозной организации.

См. Другие ответы на часто задаваемые вопросы

Подать заявку