Hvordan Kunstig Geotermisk Energi Virker

{h1}

Kunstig geotermisk energi fremstilles ved at tilsætte vand til naturligt varme sten. Lær om kunstig geotermisk energi.

Du kan lave elektricitet fra varme i Jorden, spørg bare beboere i det nordlige Californien. Deres elektricitet kommer fra naturlig geotermisk energi, eller hydrotermisk energi, og her er hvordan det virker. Det starter med vand 6,562 til 13,123 fod (2 til 4 kilometer) under jorden, fanget i huller eller revner i sten. Vandet og klippen bliver opvarmet af jordens varme mantel eller af radioaktive mineraler i klippen. Energiselskaber borer brønde ind i klippen og pumper op varmt vand eller damp. Dampen driver turbiner i generatorer, som sender elektricitet til beboernes huse.

Da naturen gav den varme klippe, de tilsluttede huller eller revner og vandet, betragtes den som naturlig geotermisk energi. Derimod forbedret eller konstruerede geotermiske systemer (EGS'er) Vent ikke på den fulde opsætning. De starter med hot rock og tilføjer vandet eller revner og forbindelser eller hele det. Så alt jordvarme elektricitet kommer fra varmt vand inde i hot rock; i naturlige geotermiske, naturen gør systemet. I ingeniør geotermiske gør ingeniører en del af det.

Hvorfor genere at opbygge systemet, hvis naturen kan give dig det gratis? På en måde er det en chance for at designe det perfekte geotermiske system. Du holder ikke længere fast i, hvad naturen giver, hvilket kunne være koldere vand eller mere af en pølse end et stort reservoir. Du behøver ikke at jage efter de naturlige kilder, og du er ikke begrænset til regioner i verden, hvor der findes naturlige kilder. Til en pris kan du konstruere et geotermisk system hvor som helst. Og du kan gøre det mere effektivt end hvad som helst naturen giver.

I denne artikel undersøger vi fordelene, grænserne og løftet om en fremtid, der drives af EGS. Først skal vi tour et EGS kraftværk.

Hvordan kunstig geotermisk energi virker: kunstig

Indenfor et anlægsudstyr til geotermisk kraftværk

En boringstrin, der er en del af projektet Deep Heat Mining, stiger op i Schweiz i 2007. Geotermisk energi kan give 250.000 gange mere energi end den verden der for tiden bruger årligt, ifølge AP.

En boringstrin, der er en del af projektet Deep Heat Mining, stiger op i Schweiz i 2007. Geotermisk energi kan give 250.000 gange mere energi end den verden der for tiden bruger årligt, ifølge AP.

For at forstå, hvordan udviklede geotermiske systemer (EGS'er) virker, hjælper det med at starte med, hvordan systemerne er bygget. De er indbygget i varme, dybe klipper: kælder, sedimentære eller vulkanske klipper. Udviklere borer brønde 1,9 til 6,2 miles (3 til 10 kilometer) ind i klipperne ved hjælp af konventionelle olieboringer. Temperaturen dernede måler omkring 160 grader F til 600 grader F (71 grader C til 315 grader C). Dybden er dybere end den, der anvendes i naturlige geotermiske systemer, men temperaturen er omtrent den samme.

Klosterne skal have en særlig historie. Disse sten, som alle sten, blev stresset for længe siden - og dermed blev revnet. Med tiden blev revnerne forseglet med mineralkorre, men det er helt en del af planen. Det næste skridt er at tvinge vand ind i klippen ved hjælp af højtrykspumper.

Her er der et andet stykke af rockens historie kommer ind. Sten er stadig under stress, så det er bare smerte at bryde sammen med sine gamle revner. Tvinge vand ind i det gør tricket, og det glider langs dets revner. Rockens grove kanter åbner den.

Nu er vi klar til at tale om elektricitet. Kraftværket på overfladen har par brønde - injektionsbrønde og produktionsbrønde. Koldt vand pumpes ned i injektionsbrøndene. Som det percolates gennem revner i den varme sten, er det varm. Når det er varmt nok, stiger det ved sin egen varme eller ved tryk fra indgående vand op i produktionsbrønden. Resten er jordvarme som sædvanlig: Varmt vand giver damp og drev turbiner. Køletårne eller rør køle vandet og genbruge det tilbage i injektionsbrøndene.

Næsten ethvert websted kan bruges til at bygge en EGS, fordi hot rock er overalt. Men de bedste steder opstår, hvor den varme sten er mest stresset og tættest på overfladen. Udviklere kan bore temperaturbrønde og kigge efter stress i overfladegeologien for at vurdere steder. I flere lande, herunder USA, udarbejder statslige landmåler systematiske kort.

Dernæst vil vi undersøge risikoen for indblanding under jorden.

EGS opvarmning

Varmt vand, der stiger fra brønde i et konstrueret geotermisk system, kan også opvarme bygninger direkte, udover at generere elektricitet.

Jordskælv og andre risici for kunstig geotermisk energi

Høsting af ingeniørmæssig geotermisk energi kræver konstruktion under jorden, så den bærer risici, men de kan styres.

De første risici er vibrationer på overfladen. Når ingeniører bygger et konstrueret geotermisk system (EGS), skaber de noget som et jordskælv under jorden. Det sker under brud, da den varme sten kollapser på sig selv og glider. Glidningen er på en meget mindre skala end når en stor fejl glider for at forårsage et jordskælv, vi let kan føle. Vi føler sjældent disse menneskeskabte skælv på overfladen, men hvis vi gør det, er det som en let vibration.

Rockbevægelserne overvåges og styres. Ved at plante seismometre rundt om klippen for at blive brudt, kan ingeniører se sprækkerne sprede sig. Da deres egne vandpumper styrer krakningen og glider, hvis ingeniører vil have det til at stoppe, kan de slukke for vandet.

Med god planlægning vil der ikke forekomme store jordskælv. Udviklere ville ikke lægge et EGS-websted nær en stor fejl, hvor højtrykspumpning kunne forstyrre fejlen. Udviklere kan kontrollere regionale geologiske kort for at vide, hvor store fejl der er. Og bare i tilfælde måler udviklere seismicitet på steder, før de begynder at arbejde i et område.

Vandanvendelse udgør et endnu større problem end overfladevibrationer. EGS-steder bruger vand under bygning og drift. Det første vand bliver investeret for at åbne den revnede sten og måler 2 millioner gallon eller mere (ca. tre olympiske svømmebassiner eller 7,6 millioner liter). Når klippen er forseglet, vil den suge ned i nærliggende reservoirer og sænke vandbordet, medmindre du tilføjer millioner til billioner flere galloner vand på overfladen. I nogle systemer bruges mere vand til køling af kraftværket.

Den gode nyhed er, at alt vand tilsat ved overfladen kan genbruges, så det er kun investeret én gang. Det behøver heller ikke at være drikkevandskvalitet. EGS er mest økonomisk i det tørre vest, fordi det er her de varme sten er lavest, så udviklere skal købe vandrettigheder.

Vandforurening er et andet problem. Som vand cirkulerer gennem den varme sten, kan det hente arsen og andre giftige stoffer. Forureningerne må ikke lække ved overfladen eller i underjordisk ferskvand. For at sikre at de ikke gør det, holder ingeniører det cirkulerende vand indeholdt. På overfladen strømmer det gennem rør, som dykker ned i brøndene, og når vandet strømmer gennem den krakkede sten, tjener en jakke af uskåret sten som isolering.

Læs videre for at lære om fordelene ved EGS.

Sonic Boom Unnerves Swiss

Det største jordskælv der nogensinde er registreret, mens man bygger et konstrueret geotermisk system, skete på et sted i Basel, Schweiz. Måling af en størrelse på 3,4, den mindre jordskælv rattled bygninger lidt, sandsynligvis føles som en passerende lastbil [kilde: Engeler, USGS].

Lyden forårsagede dog den største frygt. Fordi jordskælvet var lavt, følte borgere i Basel et luftchok og hørte en boom, som de ikke forventede. Ingen blev skadet. Men Geopower Basel AG stoppede driften for regeringen for at gennemføre en risikovurdering [kilde: Haring].

Fordele ved kunstig geotermisk energi

Her er en anden fordel ved geotermisk: Monkeys lide det. Japanske macaques hængende ved de varme kilder i Macaca Yamanouchi Town, Nagano Prefecture, Japan.

Her er en anden fordel ved geotermisk: Monkeys lide det. Japanske macaques hængende ved de varme kilder i Macaca Yamanouchi Town, Nagano Prefecture, Japan.

Alle geotermiske kraftarter, hvad enten de er naturlige eller konstruerede, har økonomiske og miljømæssige fordele, som pålidelighed. Det kan levere elektricitet nonstop, fordi jorden altid er varm og udstråler varme forudsigeligt. Det samme kan ikke siges om vind eller solkraft, da vinden dør ned, og solen sætter sig.

Udviklet geotermisk, som naturlig geotermisk, er vedvarende, hvilket betyder, at den ikke nedbryder Jordens varme. Det er ikke at sige, at websteder ikke slides ud. De gør. "Du min varme fra denne lokale region under jorden hurtigere, end den bliver forsynet af radioaktive mineraler i klippen og ledningen gennem jorden", siger Jefferson Tester, en EGS-ekspert hos MIT. Til sidst bliver klippen mellem injektions- og produktionsbrønden kold. Men ligesom vekseldrift kan nye brønde bores i nærheden, hvor klippen er så varm som nogensinde. Ved at rotere mellem flere par brønde, kan du fortsætte med at få varmt vand. Samlet set ekstraherer processen en lille brøkdel af varmen i en stor stenblok og en latterligt lille mængde jordens varme. Intet system kunne drømme om at afkøle jorden.

Udviklet og naturligt geotermisk brug samme kraftværker, som er meget rene. Binære planter, de reneste design, udsender ingen gas i miljøet, ikke engang dampskyer. Det cirkulerende vand forbliver i et rør og koger en anden væske for at vende plantens turbiner. Damp og flash planter, som udstråler bølgende dampskyer, udsender naturligt lidt svovldioxid, nitrogenoxid og kuldioxid og har skrubber, som næsten ikke tillader noget hydrogensulfid.

Derudover optager geotermiske kraftværker ikke meget jord: 7.460 kvadratmeter (80.299 kvadratmeter) pr. Megawatt. Lad os se, hvordan andre energikilder sammenligner:

  • Solpaneler er værst på rummet, der spredes over 710.418 kvadratmeter (66.000 kvadratmeter) pr. Megawatt elektricitet under ideelle forhold.
  • Kulplanter og deres strimminer indtager 430.556 kvadratmeter (40.000 kvadratmeter) pr. Megawatt.
  • Et atomkraftværk udgør 107.639 kvadratmeter (10.000 kvadratmeter) pr. Megawatt.

[kilde: tester]

Geotermisk energi tilbyder også en landes energisikkerhed. Fordi ressourcen er hjemme, og for alle formål ubegrænset er der ingen grund til at bekymre sig om importomkostningerne. Og i modsætning til atomkraft kan biprodukter af geotermisk ikke bruges til våben.

Udviklet geotermisk er stor fordel over naturlig geotermisk, at den fungerer næsten hvor som helst. Ingeniørvarme kræver kun varm rock. "Du borer dybt nok hvor som helst, og du vil ramme hot rock", siger Peter Rose, en EGS-ekspert ved University of Utah.

Dernæst vil vi se på den projicerede prislapp for konstrueret geotermisk.

Omkostningerne ved kunstig geotermisk energi: Dollars, cent og watt

Vi kan ikke undgå økonomien. Investorer vil gerne vide, hvor hurtigt udviklede geotermiske systemer (EGS) betaler for sig selv, og forbrugerne er bekymrede over omkostningerne ved strømmen.

Den dyreste del af konstrueret geotermisk energi borer brøndene. At bore en 2,5 km (4 kilometer) brønd, som er mellemklasse, koster det omkring 5 millioner dollars. Hvis varmen kommer til at være dybere, på 6,2 km (10 kilometer) koster boringen skyrockets til 20 millioner dollars pr. Brønd [kilde: Tester]. Disse omkostninger kan falde med millioner pr. Brønd, som boreteknologien skrider frem.

Når brøndene og kraftværket er bygget, er systemet billigt at betjene. Varmen fra Jorden er fri. Operatørerne betaler for at holde vandpumperne pumpe og for at opretholde brøndene. De betaler også til redrillbrønde hvert femte til ti år, siger Tester.

Et modent geotermisk kraftværker kan klare mellem 1 og 50 megawatt elektricitet, nok til at levere 800 til 41.000 gennemsnitlige amerikanske boliger [kilder: Tester, EIA]. Udgangen er mindre end nogle naturlige geotermiske planter og paler i forhold til de mere end 2.000 megawatt, som en kulfyret anlæg kan levere [kilde: Tester].

Investorer kan i sidste ende få en god handel, og hvert år genopretter de 17 til 18 procent af de penge, de bruger til at bygge underjordiske dele af systemet, det samme som hvad de ville få fra et olie- eller naturgasfelt, siger Tester. For forbrugerne afhænger omkostningerne ved elektricitet af, hvor godt systemmelkene kommer fra klippen. Omkostningerne falder, hvis mere vand cirkulerer gennem klippen, og hvis det genvundne vand er varmere.

Tester og hans kolleger sprang modeller på seks amerikanske steder, hvor der skulle være praktiske geotermiske systemer. De vurderede, at de første konstruerede geotermiske systemer ville være ineffektive, idet de fik 20 kilo varmt vand pr. Produktionsbrønd pr. Sekund, idet prisen for el blev mellem 18 og 75 cent pr. Kilowatt-time. Men med moden teknologi, der er i stand til at høste 80 kilo varmt vand fra hver produktionsbrønd pr. Sekund, kan omkostningerne falde til 4 til 9 cent per kilowatt-time, i intervallet eller under prisen for elektricitet fra kul [kilde: Tester].

At øge effekten og sænke omkostningerne er et håndterbart teknikproblem, siger Tester. "Vi behøver ikke at lave betydelige nye opdagelser eller finde nye materialer. Vi skal ombygge undergrunds-rocksystemet ved at få bedre kendskab til hvad der er der nede. Det er en meget mere trakabel vej."

Læs videre for at lære, hvorfor Australien kan blive EGS hovedstad i verden.

Kunstig geotermisk energi rundt om i verden

Geotermisk konstrueret er stadig eksperimentel over hele verden, men der findes et par små kommercielle kraftværker.

Japan eksploderede på den udviklede geotermiske scene tidligt ved at demonstrere det på siden af ​​en vulkan på et sted kaldet Hijiori. Dens længste test løb i et år og høstet nok varme til at køre et lille, 130 kilowatt kraftværk. Prøven stoppede, fordi en brønd afkølet en dramatisk 63 grader F (17 grader C) om et år [kilde: Tester].

Udsigterne ser godt ud i Australien, fordi i hele kontinentet er radioaktive kilder varmekælder rock, der er lavt, krakket og nu under den rigtige form for stress. I Cooper Basin, der i øjeblikket anvendes til olie og gas, fandt landmændene en 386 kvadratkilometer granitssyning på 482 grader F (250 grader C). Geodynamics Ltd. scooped op på webstedet, nedsænket i et par brønde, passende kaldet "Habanero-1" og "Habanero-2", revede op og begyndte at cirkulere vand. Der oprettes et kraftværk, som kan generere hundreder til tusindvis af megawatt el, sidstnævnte gør det konkurrencedygtigt med en kulfabrik, hvis mange brønde går ind i det store felt [kilde: Tester].

Frankrig og Tyskland producerer nu elektricitet ved konstrueret geotermisk. En plante, i Soultz-sous-Forêts, Frankrig, producerer ca. 1 megawatt elektricitet. Den anden, i Landau, Tyskland, producerer 2 til 3 megawatt, siger Rose. Disse små output kan vokse, hvis projekterne giver penge til at bore flere brønde.

I USA starter den geotermiske konstruktion nu. De første demonstrationer vil være hos naturlige geotermiske kraftværker ved Geysers i Californien og på Desert Peak og Brady i Nevada. I demonstrationerne vil ingeniørmæssige geotermiske teknikker redde nogle tørre brønde og øge kraftproduktionen på lokaliteterne.

U.S. Geological Survey planlægger at demonstrere mere konstrueret geotermisk i Midtvesten og i varme stenbassiner øst for Mississippi. "Det ville fange fantasien fra mange flere stater og kongresmedlemmer og ville hjælpe enormt, hvis det overbeviste dem om, at dette ikke kun var en vestlig ressource," siger Rose. Hvis alt går godt, kan selvstændige kraftværker forekomme i USA om fem år, siger Rose.

Læs videre for at lære, hvad andre eksperter forudser om EGS fremtid.

Hvem kastede det ud?

De forladte gasfelter i Texas er gode ejendomme til EGS kraftværker. Faktisk er lokaliteterne allerede halvbyggede. De forladte gasbrønde kan udvides til at blive EGS-brønde, skæreboreomkostninger. Sten er varm sandsten, ikke granit, så den er allerede porøs og behøver ikke at blive brudt. Sten indeholder vand. Alt det, der bliver tilbage, ville være at starte vandstrømmen [kilde: Rose].

Fremtiden for EGS

"Hidtil er der ikke mange succeshistorier at pege på," siger Peter Rose fra University of Utah. "Der er intet i EGS, der er teknologisk umuligt, og trappen er blevet bevist ud over hele verden. Men bankfolk og investorer siger:" Hvor er disse planter nu? Hvem har gjort en af ​​dem? " Og du siger: "Dette vil være det første." Du skal sige 'Vi har gjort det her, og det koster så meget, og det er de problemer, vi har haft.' "

I 2006 udarbejdede et panel af eksperter på energiområdet en køreplan for, hvordan USA kunne få 100.000 megawatt potentiel elektricitet fra EGS. Det krævede $ 1 mia. I udvikling, demonstration og opstartsfinansiering til EGS, fordelt over 15 år. "Det er et godt køb på mit område, sammenlignet med prisen på en ren kulfabrik," siger Tester.

"Historien fortæller os, at der ikke har været konsistens i USAs energipolitik i de sidste 30 år," siger Tester. "Vi har brug for konsistens, og vi skal holde kurset i et årti eller deromkring for alt - ikke bare geotermisk. Hvis vi fortsætter med at underfinde det, kommer det ikke til at komme nogen steder. Det ved vi. Hvis du ikke fodrer børn når de er unge, vokser de ikke så hurtigt op. "

USA vil se et skift på energimarkedet i de næste 50 år, ifølge rapporten. Vandkraft bliver mindre tilgængeligt på grund af konkurrerende anvendelser. Omkostningerne ved kul vil stige, når ældre, miljømæssigt ikke-kompatible planter går på pension, eller hvis kulstofpolitikken styrker omkostningerne. Aldrende atomkraftværker vil gå på pension, og det vil tage tid at genopbygge. De energikilder, der kan generere el nat og dag, bliver færre - naturgas og olie - åbner et vindue til geotermisk. Hvis geotermisk blev udviklet til det tidspunkt at være billigt på det tidspunkt, kunne det køre på sine fordele ind på markedet, før der blev fundet billig kulfyret elektricitet.

Så hvis EGS kan forbedre sin teknik, demonstrere sine evner kommercielt, lokke investorer og sænke omkostningerne, når et vindue midlertidigt åbner på markedet, vil det vokse. Hvis ikke, kan geotermisk, selv med tilsætningen af ​​kommercielle EGS, forblive som i USA, hvilket producerer 4 procent af landets elektricitet [kilde: MKB].

Fortsæt læsning for at lære mere om fremtiden for energi og grøn teknologi.

Inde i Cooper Basin

Klink dette link og rul til "3D Model og Animation af Cooper Basin EGS Project " for at lære, hvordan webstedet virker: //google.org/egs/index.html. Du bemærker, at Google understøtter teknologien, idet der er bidraget flere millioner til udviklingen gennem Google.org.


Video Supplement: Dansk Energi: Sammen har vi energi til mere.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com