הפוטנציאל של משאבי גאוותרמאל בתהליכים תעשייתיים

הכוח הבלתי צפוי של חום ים נמוך לתעשיית

תהליכים תעשייתיים מהווים חלק משמעותי של צריכת האנרגיה העולמית, שרבים מהם עדיין מסתמכים על דלקים מאובנים לחימום.בעוד שמשאבים גיאותרמאליים בעלי תקופות גבוהות רתמו במשך זמן רב לדור החשמל, מבנה נמוך יותר, אך בשפע נרחב, משאבים נותרים במידה רבה תחת חומרים נמוכים, משאבים גיאוותרמיים-זמניים - המוגדרים כמאגרים עם טמפרטורות מתחת ל-150 מעלות צלזיוס – נתיב אמין, יעיל, וחסכוני לדלק תעשייתי נמוך, לצריכת דלק, וגם מצריכת דלק תעשייתי, לדלק תעשייתי, וחסכוני, לדלק תעשייתי, וחסכוני, וגם לדלק תעשייתי, לטמפרטורה נמוכה וחסכונית, לדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, ולדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, לטמפרטורה נמוכה יותר, לדלק תעשייתית, ולדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, לטמפרטורה נמוכה יותר, לטמפרטורה נמוכה יותר, ולדלק תעשייתית, לדלק תעשייתית, ולדלק תעשייתית, לטמפרטורה נמוכה יותר, לדלק תעשייתית, לטמפרטורה נמוכה יותר, לטמפרטורה נמוכה יותר, לדלק תעשייתית, לטמפרטורה נמוכה יותר, לטמפרטורה נמוכה יותר, לדלק תעשייתית נמוכה יותר, ולדלק תעשייתי

מה מגדיר משאבים נמוכים לTemperature Gethermal?

אנרגיה גיאותרמית היא האנרגיה התרמית המאוחסנים בתוך קרום כדור הארץ, משאבים מסווגים בדרך כלל על ידי טמפרטורה. משאבי גיאותרמית של טמפרטורה נמוכה הם אלה שבהם הטמפרטורה הנוזלית היא מתחת 150 מעלות צלזיוס (300 °F) ניגודים אלה עם טמפרטורה בינונית (150-200 מעלות צלזיוס) ומערכות עתירה גבוהה (מעל 200 מעלות צלזיוס) אשר משמשים בדרך כלל עבור אנרגיה קונבנציונלית.

• (FLT:0) מערכות הינדרותרמיות (Hydrothermal SystemsFLT:103) – מים חמים או קיטור לכודים באבני סלע או בצורות שבורות.אלה נמצאים לעתים קרובות בעומקים רדודים (כמה מאות מטרים עד 2 ק"מ) והם הנפוצים ביותר וכלכליים לפתח.
• (FLT:0 מאגרים של אגן דם 1) , שכבות סלע עמוק המכיל מים חמים, לעתים קרובות באזורים ללא פעילות געשית.
• (FLT:0)Enhanced Gethermal Systems (EGS) בטמפרטורות נמוכות יותר FLT:1 - בעוד EGS מכוונת באופן מסורתי לטמפרטורות גבוהות, מחקר שנערך לאחרונה חוקר הנדסה של יכולת נמוכה, היווצרות סלע חם בעומקים בינוניים כדי ליצור מאגרים מלאכותיים.

באופן גלובלי, רוב המשאבים הגיאו-תרמיים הנגישים הם מדינות בעלות טמפרטורה נמוכה כמו ארה"ב, סין, טורקיה, איסלנד ומדינות אירופיות רבות יש שדות עתירי-טמפרטורה נרחבים אשר כיום מפותחים לשימוש תעשייתי. A 2023 (FLT:0IRENA) דו"ח FLT:1 מעריך כי שימוש ישיר של חום גיאותרמי יכול לעמוד על 5-10% מהביקוש התעשייתי עד שנת 2050, עם משאבים נמוכים של זמן.

יישומים תעשייתיים: איפה נמוך טמפ ג'ותרמאל Excels

תהליכים תעשייתיים דורשים חום בטווח רחב של טמפרטורות.רבים מאלה - הסתמכות, הדבקה, הדבקה, פשטות, כביסה, חימום חלל - משתפות בטמפרטורות גבוהות יותר מ-150 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותם מועמדים אידיאליים לשימוש ישיר גיאוותרמי בעל טמפרטורה נמוכה.

עיבוד מזון ו Beverage

תעשיית המזון מסתמכת במידה רבה על אנרגיה תרמית לבישול, להבעירה, להדבקה, לסטריליזציה ולניקוי. גיאוותרמית נמוכה יכולה לספק מים חמים (60–120 מעלות צלזיוס) למשימות אלה. בניו זילנד, צמח לעיבוד מזון גיאותרמל משתמש 120 מעלות צלזיוס לדלקת חלב ולרסס, חיתוך צריכת גז טבעי ב-90%, באופן דומה ביפן, שימוש בטמפרטורות חום (חום) לחשיפה לטמפרטורות חום חום יציבה.

יבשה ותיקון חומרים

יבשה היא אנרגיה אינטנסיבית, לעתים קרובות דורש אוויר ב 50-120 מעלות צלזיוס. גיאוותרמית דלת-טמפרטורה נמוכה יכול לחמם תאים יבשים או לספק אוויר חם מראש עבור:

• (ב) ויקרא:0) ועץ עץ (FLT:1) - ייבוש קילן באמצעות מים גיאוותרמיים ב 80-100 מעלות צלזיוס מקטין את העלויות ומשפר את האיכות.
• (FLT:0) מוצרים חקלאיים של ראטפל 1 (FLT:1) - דגנים יבשים, פירות, ירקות ועשבי מרפא עם חום גיאותרמל משמר חומרים מזינים ומרחיב את חיי המדף.
• (ב) ⁇ :0 ⁇ ולבנים ולבנים (FLT:1) באזורים עם פיקדונות חימר, אוויר גיאותרמאל ב 80-120 מעלות צלזיוס יכול לרפא לבנים וחופים.
• (ב) ⁇ 0 (TextilesFLT:1) - בד יבש לאחר צבע וסיום משתמש בכמויות גדולות של אנרגיה; גיאותרמאל יכול לספק חום זה ישירות או באמצעות חילופי חום.

ייצור כימי ותעשיית התרופות

תגובות כימיות רבות דורשות טמפרטורה מדויקת בין 80 מעלות צלזיוס ל-140 מעלות צלזיוס, גיאות גיאות טמפרטורות נמוכות-זמנית ניתן להשתמש עבור חימום כור, זיקוק, evaporation, ופתרון התאוששות. בסין, צמח כימי משתמש במים גיאוותרמאליים ב 110 מעלות צלזיוס כדי לייצר חומצה בורקארית, השגת ירידה של 40% בשימוש בפחם.

Greenhouse Heating and Aquaculture

למרות שלא רק "תעשייתי", אלה הם פעולות מסחריות בקנה מידה גדול כי ליהנות חום גיאותרמאל. גרינהאוס עבור פרחים, ירקות ופירות לשמור על טמפרטורות סביב 15-25 מעלות צלזיוס אפילו בחורף, באמצעות נוזל גיאותרמאלי מופצ באמצעות צינורות ורדיוורים. Aquaculture מתקני פריחה טיטניה, ⁇ , או סלמון להשתמש במים גיאותרמאליים כדי לשמור על טמפרטורות אופטימליות, עלייה וצמצום התמותה, שבו מסגסוגת.

הפקה טקסטיל

תעשיית הטקסטיל צורכת כמויות גדולות של מים חמים עבור צבע, נפיחות, וסיום.טמפרטורות נעות בדרך כלל מ 60-100 מעלות צלזיוס. מים גאוותרמאליים ניתן להשתמש ישירות או לפני חום מים, צמצום צריכת דלק מאובנים. A מ"ט טקסטיל באזור דניזאלי של טורקיה השתמש חום גיאותרמאל מאז 1980s, חיסכון של 500,000 דולר לשנה בעלויות אנרגיה.

הפארקים התעשייתיים

גיאותרמאל בטמפרטורה נמוכה אינו מוגבל למפעל יחיד; הוא יכול לשרת פארקים תעשייתיים שלמים באמצעות רשתות חימום מחוזיות.לדוגמה, העיר קאלמה פולס, אורגון, משתמשת במים גיאוותרמיים ב-90–110 מעלות צלזיוס כדי לחמם מבנים מרובים, כולל מכון אורגון של קמפוס טכנולוגי ומתקני תעשייה סמוכים.

טכנולוגיות להחריד את הטמפרטורות הנמוכות

הגבלת גיאותרמאל בטמפרטורה נמוכה בתעשייה דורשת מיצוי וניצול טכנולוגיות.הגישות הנפוצות ביותר כוללות:

מערכות שימוש ישירות

בשימוש ישיר, נוזל גיאותרמאל מוחזר מן הייצור היטב ועובר דרך מחליף חום לפני השימוש בתהליך התעשייתי.לאחר העברת החום שלו, נוזל קריר הוא או מהדהד לתוך המאגר (לשמירה על לחץ וקיימות) או משוחרר (שם מותר) שימוש ישיר הוא פשוט ויעיל ביותר כאשר הטמפרטורה הגיאוגרפית מתאימה לדרישות התהליך.

משאבות חום גרמיות (GHPs)

כאשר טמפרטורת המשאבים נמוכה מדי (10-30 מעלות צלזיוס), משאבות חום גיאותרמיות יכולות לשדרג את החום לרמה שניתן להעלות על הדעת (50–70 מעלות צלזיוס) באמצעות מחזור אחסון של vapor-compression. GHPs מתאימים במיוחד לחימום חלל, מים לפני חימום, וטמפרטורה נמוכה של חשמל-HP. בעוד הם דורשים חשמל לרוץ, coefficient of Performance (COP) הוא בדרך כלל 3-5, אפילו מכואבים למחזור חשמלי נמוך.

שימוש ב Cascading

Cascading כרוך בשימוש נוזלי גיאותרמאלי באופן משמעותי בתהליכים מרובים בטמפרטורות מופחתות.לדוגמה, מים ב 110 מעלות C יכול לשמש לראשונה לחימום תגובה כימי, אז 80 מעלות צלזיוס לייבוש, אז ב 50 מעלות צלזיוס לחימום חממה, ולבסוף 30 מעלות צלזיוס עבור תרבות קוה.זה ממקסם את החילוץ באנרגיה ומשפר את הכלכלה הכללית.

מערכות היברידיות

שילוב גיאותרמאל בעל מתחמי מתחדשים אחרים (חום solar, ביומסה) או עם חום פסולת מתהליכים תעשייתיים יכול ליצור מערכות היברידיות המספקות חום אמין, שנתי סביב. לדוגמה, צמח עיבוד מזון בשווייץ משתמש חום גיאותרמי שהושלם על ידי מטלית ביומסה במהלך הביקוש שיא, השגת 100% אספקת חום מתחדש.

יתרונות והטבות כלכליות

מעבר לחום גיאותרמאלי בעל טמפרטורה נמוכה מציע יתרונות רבים על פני רתח דלק מאובנים קונבנציונליים ואפילו מתחדשים אחרים:

• (FLT:0) יציבות המחירים של LT:1) - חום ג'ותרמאל אין עלות דלק ואינו כפוף תנודתיות מחירים.
• (ב) מקורות גאוותרמאל מספקים חום 24/7, ללא קשר למזג האוויר.
• (FLT:0) ,העברה של טביעת רגל פחמן 1 (FLT:1) - שימוש ישיר בחום גיאוותרמי יכול לקצץ פליטות CO2 על ידי 70-90 אחוזים בהשוואה לגז טבעי.
• (FLT:0) עצמאות אנרגיה מקומית: 1 (ב) - אתרים תעשייתיים רבים ממוקמים על משאבים גאותרמיים, צמצום התלות בדלקים מיובאים ושיפור אבטחת האנרגיה.
• (FLT:0) יצירת ופיתוח כלכלי FLT:1, פיתוח משאבי גיאותרמית מעורר תעסוקה מקומית בתרגול, הנדסה, בנייה ותפעול.הוא גם מושך תעשיות המבקשים אנרגיה זולה, יציבה.

על פי מחלקת האנרגיה של הנדסת חשמל (FLT:0) של מחלקת האנרגיה של אנרגיה מתחדשת 1 (LCOH) מגיאותרמאל בטמפרטורה נמוכה יכול להיות נמוך כמו 15-30 דולר לMWh, בהשוואה ל-30-30 עד 60 דולר עבור גז טבעי (בהתאם למחירי האזור והגז).זה הופך תחרותי מאוד, במיוחד באזורים עם מס גבוה של דלק או פחמן.

מכשולים ואתגרים לאימוץ

למרות היתרונות ברורים, כמה מחסומים מעכבים את השימוש התעשייתי הנרחב של משאבים גיאותרמיים בטמפרטורה נמוכה.הבנת האתגרים הללו חיונית לפיתוח פתרונות יעילים.

עלויות הון גבוהות

קידוח בארות גיאותרמיות הוא יקר, בדרך כלל עולה 1-5 מיליון דולר עבור זוג ייצור / שחרור, בהתאם לעומק וגיאולוגיה. חקר סיכון (חורי) יכול להרתיע השקעות.עם זאת, עם סקרים גיאולוגיים נאותים ושותפויות ציבוריות-פרטיות, סיכונים אלה יכולים להיות מקטין.

זיהוי ואפיון

לא כל האתרים התעשייתיים יש משאבים גאוותרמאליים נגישים.הערכה מפורטת של משאבים - כולל טמפרטורה, קצב זרימה, כימיה מים וקיימות מאגר - נדרש לפני מחויבות איכות מים (הסלמה, קורוזיה) יכול גם להיות בעיה. לדוגמה, חבלה או נוזל גיאוגרפי עשיר אחליקה-עשר עשוי לדרוש החלפת חום יקר וטיפול.

סליחות ו- Permitting Hurdles

התפתחות גיאותרמית כוללת מתן היתר לקידוח, מיצוי מים, גלגול נשמות ושימוש בקרקע.בכמה תחומי שיפוט, תהליך זה יכול לקחת שנים.היתר על גיאותרמאל בעל חלוף זמן נמוך (אשר מהווה פחות סיכונים סביבתיים מאשר מערכות עתיריות גבוהות) יזרז את פריסה.

חוסר מודעות ומומחיות טכנית

מנהלים תעשייתיים רבים אינם מודעים לפוטנציאל של גיאותרמי או חוסר מומחיות בבית להעריך אותו. תוכניות חיצוניות, נתוני מחקר ומרכזי סיוע טכניים יכולים לגשר על הפער הזה.ההתאחדות הגותית הבינלאומית (IGA) ואגודות גיאותרמית לאומיות מציעות הכשרה ומשאבים למשתמשים פוטנציאליים.

שילוב עם תהליכים קיימים

החלת חום גיאותרמאל למפעל קיים עשוי לדרוש שינויים כדי לטבול, להחליף חום ומערכות בקרה.עם זאת, פארקים תעשייתיים של ניו יורק יכולים להיות מעוצבים מההתחלה לאינטגרציה גיאותרמית, להפחית משמעותית את העלות.מודולרית, מתווך אספקת חום גיאותרמית מתהווה כעת כי פשטת ההתקנה.

מחקרים מוצלחים ברחבי העולם

דוגמאות בעולם האמיתי מראות את יכולתה של גיאותרמית בעלת מזג אוויר נמוך בתעשייה ומספקות מודלים העתקים.

מכון אורגון לטכנולוגיה (Klamath Falls, USA)

קמפוס הטכנולוגיה של אורגון השתמש בחום גיאותרמאל מאז שנות ה-60. שני בארות ב 90-110 מעלות צלזיוס לספק חום לכל הקמפוס, כולל כיתות, מעבדות ומרכז סטודנטים.בנוסף, נוזל גיאותרמאל מספק חום למפעל עיבוד מזון הסמוך וחממה.מערכת חימום מחוז זה הצילה את האוניברסיטה יותר ממיליון דולר בשנה בעלויות גז טבעי.

רייקיאוויק, איסלנד

איסלנד היא מובילה בשימוש גיאותרמאלי.העיירה רייקיאוויק מנצלת גיאותרמית של temperature ( (100–130°C) כדי לספק חום למפעלי עיבוד דגים, מתקן ייצור מלח, וחממות.החום מופץ באמצעות רשת מחוזית, ו cascading הוא מועסק כך שבילה מים הולך להמיס שלג וחקלאות מימית.

יאנגבאג'ינג, טיבט

בנוסף למפעל כוח גיאותרמאל, שדה יאנגבאג'ינג (מים ב-100-130 מעלות צלזיוס) מספק חום לחממה ולמפעל גבינה.ההצלחה עוררה עניין בהעתקת המודל עבור אתרים תעשייתיים אחרים, מחוץ לריד בסין.

סנט גאלן, שוויץ

רשת חימום מחוזית בסנט גאלן, שהוזן על ידי גיאומטריה בעלת טמפרטורה נמוכה ב 115 מעלות צלזיוס, מספקת חום לבריחות, מפעל שוקולד ובית חולים.הפרויקט השתלט על התנגדות ציבורית ראשונית על ידי הוכחת בטיחות ויתרונות סביבתיים.זה מספק כעת 60 GWh / שנים של חום מתחדש, חיתוך 12,000 טון של CO2 מדי שנה.

הדרך Ahead: Scaling Up low-Temperature Gethermal

עתידו של גיאותרמאל בתעשיית הטמפרטורות הנמוכות מבטיח, אך הוא דורש מאמץ מרוכז ממקבלי מדיניות, תעשייה וחוקרים.

חידושים טכנולוגיים

ההתקדמות בטכנולוגיה של קידוח (diamond קידוח, קידוח כיוון) הם צמצום עלויות.מערכות גיאותרמית סגורות, אשר מפיצות נוזל עבודה באמצעות החלפת חום חור ללא מים, לחסל בעיות טיפול במים ויכולים להיות פרוסים כמעט בכל גיאולוגיה.מחקר לתוך נוזלי העברת חום מבוססי חלקיקים עשוי לשפר את היעילות נוספת.

מדיניות וכלכלה

כדי לפתוח את הפוטנציאל התעשייתי, הממשלות צריכות לספק:

• זיכויי מס השקעות או מענקים עבור מקדח גיאותרמי ומערכות אספקת חום.
• מאפשר פרויקטים של שימוש ישיר בטמפרטורה נמוכה.
• תמחור פחמן שהופך את חום המאובנים יקר יותר, שיפור התחרותיות הגיאוגרפית.
• נתונים גיאולוגיים זמינים לציבור מפות משאבים כדי להנחות את בחירת האתר.
• תוכניות להפחתה בסיכון (למשל, ביטוח לבארות יבשות או תחת ביצועים).

חוק ניכוי האינפלציה בארה"ב כולל זיכוי מס של 30% עבור משאבות חום גיאותרמי ומערכות שימוש ישיר, אשר כבר עודדו פרויקטים חדשים דומים באיחוד האירופי, יפן וצ'ילה יוצרים תנופה.

שילוב עם סימפביוזה תעשייתית

גיאותרמית דלת-טמפרטורה יכולה להיות אבן הפינה של סינמביוזיס תעשייתי - שבו חום פסולת ומשאבים משותפים בין חברות. פארק תעשייתי שתוכנן סביב משאב גיאותרמאל יכול לעגל חום מתהליכים כימיים עתיריים גבוהים לעיבוד מזון עתיר והתחממות חלל נמוך, למקסם את היעילות הכוללת. כלים דיגיטליים למיפוי חום והתאמה יכולים לזהות סינרגיות כאלה.

חינוך ופיתוח כוח העבודה

תוכניות הכשרה עבור טכנאים גיאותרמיים, מהנדסים ומפתחי פרויקטים נדרשים להרחיב את היכולת.שותפות בין אוניברסיטאות, חברות גיאותרמאל, ואגודות בתעשייה יכולים ליצור תוכניות לימודים ותעודות.הארגון הגותרמי מציע פיתוח מקצועי והזדמנויות רשת. כמו חברות תעשייתיות יותר להכיר את הטכנולוגיה, אימוץ יזרז.

מסקנה

משאבים גיאותררמיים בטמפרטורה נמוכה מייצגים מקור חום עצום, נקי ואמינה שיכול להפוך תהליכים תעשייתיים ברחבי העולם. עם טמפרטורות מתחת ל-150 מעלות צלזיוס, משאבים אלה יכולים לעמוד בחלק משמעותי של הביקוש לחום תעשייתי - החל עיבוד מזון וייבוש לייצור כימי ומהתחממות מחוזית. בעוד אתגרים כגון עלויות עלייה, זיהוי משאבים, ומכשולים רגולטוריים להישאר, קידוםים טכנולוגיים, תמיכה פוליטית, מחקרים מוצלחים מאיסלנד, מנסה להפחית את הערך התעשייתי שלנו, כמו גם לאלץ את הצמיחה שלנו, כמו גם את המחירים הטכניים, כמו גם את הצמיחה הכלכלית, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את המחירים שלנו, כמו גם את המחירים שלנו, כמו גם את הצמיחה הכלכלית של תעשיית החשמל, כמו גם את הצמיחה הכלכלית, כמו גם כן, כמו גם את המחירים שלנו, כמו גם את הצמיחה הכלכלית של תעשיית דלק יעיל יותר, ולהפחית את המחירים שלנו, כמו גם את המחירים שלנו, כמו גם את רמת הדלק, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה הכלכלית יעילה יותר, כמו גם את המחירים שלנו, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה שלנו, כמו גם את הצמיחה הכלכלית של תעשיית דלק יעיל יותר, כמו גם את הצמיחה שלנו