מבוא ל- Sustainable Heat Exchange in Gethermal Power

אנרגיה גיאותרמית רותמת את החום הפנימי של כדור הארץ כדי לייצר חשמל ולספק חימום ישיר, המציע משאב מתחדש בסיס עם טביעת רגל משטח קטנה.יעילות וארוכות של כל צמח גיאותרמאל התלוי בעיצוב מערכת החלפת החום שלה - הממשק שמעביר אנרגיה מתאגרמת ממאגרי תת-קרקעית ועד מחזורי כוח בת קיימא.

מימון של Govermal Heat Exchange

המונחים: Gethermal Power Configurations

(הופנה מהדף החלפה יעילה משתנה על ידי סוג צמחי:0) סוללת קיטור פלאש (Hack) 1:1 (הנפוץ ביותר) לייצר אדים בלחץ גבוה ישירות מבור חם הבזק לתוך vapor; החלפת חום מתרחשת בתוך טורבינת טורבינות ;2Dry מתקני קיטור 3FLT ישירות לתוך מאגרים קיטור, הדורש החלפת חום ראשונית (DER) או מחזור חום בינוני (מסלול מים).

מערכת החלפת חום

כל מערכת החלפת החום של הצמח הגיאוגרפי כוללת כמה מרכיבים קריטיים: בארות ייצור שמביאות נוזל חם (brine או קיטור) אל פני השטח; מחליף חום ראשוני (או סדרה של חילופי) אשר מעביר חום לנוזל העבודה; מערכת קירור משנית (מגדלים קירור קירור, מגדלי קירור רטובים, או מרופפים אוויר) אשר דוחים פסולת; וזריקת היטב כי הם מחזירים חומרים מסגסוגת חום, 000, 000, 000 ליטרים, 000, 000 קירור, 000, 000 חום, 000 קירור, 000, 000, 000 קירור, 000 קירור, 000 חום, 000 קירור, 000 קירור, 000 חום, 000, 000, 000, 000, 000 קירור, 000 קירור, 000 טמפרטורות קירור, 000.

עקרונות עיצוב מרכזיים לקיימות

ניהול משאבים ושיקום

קיימות מתחילה בשמירת לחץ המאגר וטמפרטורה לאורך עשרות שנים.(FLT:0) ReinjectionFLT:1 של בוהק קירור חזרה לתוך היווצרות הוא חובה כמעט בכל הצמחים המודרניים כדי למנוע מחיקת מאגר ונחיתות קרקעיות אחרות. ניהול קפדני של מיקום מחדש מונע פריצת דרך תרמית (הפחתת אזור הייצור על ידי שחזור אנרגיה מתקדמת) ומודלים של החלפת חומרים גמישים של UF.

מערכות סגורות-Loop ו- Semi-Closed

מערכות גיאותרמיות סגורות (למשל, עיצוב Eavor-Loop) מפיץ נוזל חתומה באמצעות בורר חום עמוק של נחור, חיסול אובדן נוזלים ומניעת זיהום של אקוויפרים. בעוד מושגים מוקדמים סגורות שסבלו משיעורי החילוץ החום הנמוכים, ההתקדמות האחרונה בעיצובים עמוקים של קידוח ותרמופוניה השתפרו ביצועים.

העברת חום ובחירת חומרים

מעבר חום יעיל מוריד את קצב זרימת המים הנדרש ומפחית את עבודת המשאבה. Shell-and-tube מחליפים חזקים בשימוש נפוץ, אך חילופי חום צלחת מציעים מזהמים גבוהים יותר בשל זרימה סוערת בערוצים צרים - יתרון בצמחים בינאריים.FLT:0FoulFLT:1 (התחבורה מ- silica, פחמן, או) הוא הגורם המוביל להפחתה של חומרים סגסוגת חום.

פיקוח, בקרה ותחזוקה חיזוי

ניטור רציף של טמפרטורה, לחץ, זרימה ורכב כימי בצומת מפתח - במיוחד על פני בורר החום - ניתן למפעילים לזהות דליפות, קנה מידה בלתי פוסק, או קורוזיה לפני שהם גורמים לכישלון.FLT:0Fiber-אופטימית טמפרטורה מבוזרת שיטות חישה (DTS)FLT:1 בבארות והחלפת ראשים חום מספק פרופילים בזמן אמתי, אלגוריתמים על בסיס אלגוריתמים של עיבוד חיים מעגליים, במקום אלגוריתמים קבועים.

שפעת העברת חום מתקדמת להגדלת הסיכון

ננואידים ותוספות

הוספת חלקיקים (למשל, אל2O3, CuO או גרפן) לנוזל הגיאו-אתרי או עובד יכול להגדיל את מוליכות תרמית ב 10-40%, שיפור חסכוניים של העברת חום ללא הגדלת כוח המשאבה. עם זאת, ננופלואידים מציבים אתגרים כגון התיישבות, שחיקה, ועלות גבוהה יותר ב-FLT:0NRELFLTELRELRELR חוקרת את ה-DNERNERNERLERDERLERLERDERDERLERLERDERLERLERDERDERLERDERDERDERDERDERDERDERDERDERDERNERNERDERDERNERLERDERDERDERDERDERDERDERDERDERDERDER מותאמים באופן ספציפי כדי להפחית את עוצמת החום באופן ספציפי להפחתה של פעילות גופנית באופן ספציפי להפחתה של פעילות גופנית, כדי להפחית את קצבה, כדי להפחית את קצבת לחץ דם חום, כדי להפחית אתגרים מתקדמים יותר, באופן ספציפי יותר, כדי להפחית אתגרים מתקדמים יותר, כדי להפחית אתגרים מתקדמים יותר, כדי להפחית אתגרים מתקדמים יותר, כדי להפחית אתגרים מתקדמים

CO2 Super Critical CO2 - עבודה ב-Folid

מחזורי CO2 קריטיים (SCO2) פועלים ברמה גבוהה יותר מאשר ORC עבור משאבים גיאוותרמית של temperature. sCO2 יש תכונות העברת חום מעולה ואת מהירויות נמוכות, אשר מפחית את טיפות הלחץ ועבודה המשאבה. יתר על כן, באמצעות CO2 כמו נוזל העבודה יוצר את האפשרות של פליטת פחמן: כמה מ"ק פחמן דו"מ מתמוססים בפחם ומלכודת, יש ירידה ישירה, אך ורקפת של סרטן, כולל אתגרים מוקדמים, אך ורקפתים, אך ורקפתים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כמו גם את הסיכון להתפתחות פחמן-אופטימית פחמן-חמצני, כולל סיכון גבוה יותר, כולל סיכון גבוה יותר, כולל סיכון גבוה יותר, אך ורקפת, אך ורק 100.

חומרים לשינוי בשלב (PCMs) עבור אחסון

אחסון אנרגיה תרמי (TES) באמצעות חומרי שינוי שלב מאפשר צמחים גיאותרמאליים להפחתת מיצוי חום מדור כוח, מתן יכולת. PCM חילופי חום, מלא מלחים או חומרים המבוססים על פרפין, סופגים עודף אנרגיה תרמית במהלך תקופות נמוכות של ביקוש ושחרור זה נוזל העבודה במהלך שיא פעמים.

שילוב מערכת חדשנית ושילוב

מערכות גאוותרמיות (EGS)

EGS משתמשת גירוי הידראולי כדי ליצור שברים בסלע חם, נמוך, המאפשר מיצוי חום שבו חוסר יכולת טבעית של חוסר יכולת.החלפת החום הופך את כל רשת השברים מעוררים.עיצוב EGS דורש שליטה מדויקת של ג'קוזימיד ותזמון של גירוי כדי למנוע נפיחות מוגברת של תכונות EGS (למשל, עמוק גיאומטריד) מנקה את רמת הפחתת הקיבולת גבוהה יותר של נוזל, כמו גם את רמות קירור גבוהה יותר של נוזל.

מערכות היברידיות של Govermal-Solar

שילוב של חום גיאותרמאל עם כוח סולארי מרוכז (CSP) או photovoltaic-thermal (PVT) אספנים יכול להגביר את טמפרטורת הנוזל העבודה לפני שהיא נכנסת למעגל הכוח, הגדלת יעילות תרמודינמית ומאפשרת הפעלה שנתית סביב.רשת החלפת החום חייב להתאים קלט סולארי משתנה תוך הגנה על מעגל גלי החום הגיאוגרפי מזעזועים היברידיים.

פסולת חום והתחדשות

עיצוב בר קיימא מחלים חום ממחזור גיאותרמאל לשימושים אחרים.לדוגמה, ריצוף נמוך היוצא מהחלפת החום העיקרית ניתן לנתב דרך מחליף חום שני לאספקת חימום מחוזי, חימום חממה או תרבות ימית. גישה זו קזנדת מגבירה את יעילות ההמרה הכוללת מ -10-15% (חשמל בלבד) ל-70% כאשר יישומים תרמיים כלולים בחומרים נמוכים אלה, או להפחתה משמעותית של פחמן, או ירידה משמעותית של פחמן, או ירידה בטמפרטורה נמוכה יותר.

יתרונות סביבתיים וכלכליים

גז ירוק מופחת פליטות

חשמל גאוותרמל פולט 20-30 גרם CO2eq/kWh (כולל בניית צמחים וגזים נמלטים) בהשוואה ל-800-1000 גרם לפחם ו-400-500 גרם עבור גז טבעי. עיצובים של החלפת חום בר קיימא - במיוחד מערכות בינאריות סגורה סגורה - לאלץ פליטות ישירות לחלוטין.שימוש בנוזלים עובדים עם אגן פחמן יכול אפילו לגרום לפליטה גיאוגרפית חום שלילית.

שימור מים וקרקע

עיצובי מחזור סגורים ו בינאריים צורכים מים מתוקים מינימליים; קירור ניתן לעשות באמצעות מגדלי קירור יבשים או קודנשנים אוויריים , זה מפחית באופן דרמטי את נסיגת המים בהשוואה לחיצי פלאש או צמחי תרמי רטובים.בנוסף, מתקני גיאותרמאל דורשים רק 1–2 דונם לMW של יכולת מותקנת - פחות מאשר חוות סולאריות (2-4 / 4MW) ואוויר על חוף (או זמינות נמוכה) עם מים קומפקטית (כולל מים קומפקטיים).

אחריות כלכלית וסיכון

בעוד עלויות ג'רמיות גבוהות (דלילות, ציוד חליפין חום) הן גבוהות - לעתים קרובות 4-7 מיליון דולר לMW - עלות הדלק שלהם היא אפס ועלויות תפעוליות הן נמוך.עיצובים של החלפת חום בר קיימא המרחיבים את חיי הציוד (למשל, סגסוגת עמידת קורוזיה-נגדית, שיפור לוח הזמנים של אנרגיה חכם) על ידי צמצום שיעורי הפחתת רמת צריכת פחמן / אנרגיה מתקדמת של עד 45 U.

אתגרים ושיקולים מעשיים

סקר, קורוזיה וניהול כימיה

סיליקה מדרגת היא האתגר המתמשך ביותר בחילופי חום גיאותרמאליים.כאשר קירורים מעוקלים, סיליקה precipitate על פני השטח של העברת חום, צמצום היעילות וירידה בלחץ מוגברת. אסטרטגיות מייגציה כוללות שינוי pH (זרקה מזורזת), פלאש מבוקר כדי להסיר את הסיליקה במעלה הזרם, ושימוש באנטי-קפיטלנטים.

חינוך הסיסמית'ות וניהול Reservoir

שיפוץ בקנה מידה גדול וגירוי הידראולי יכול לגרום לאירועים מיקרו-סוציאלניים.עיצוב אחראי כולל ניטור סיסמי בסיס, פרוטוקולי תאורה התנועה כי להתאים את שיעורי ההזרקה על בסיס גודל האירוע, ומיקום טוב הרחק מהפגמים קריטיים.עיצוב החלפת חום חייב להתאים ללחץ הזריקה משתנה ושערי זרימה תוך שמירה על ביצועים תרמיים.

הון גבוה וקידום סיכונים

מערכת החלפת החום עצמה מהווה 10-15% מסך עלות הצמח הכוללת, אך הסיכון הגדול ביותר נותר למקדח (30-50% מהון) עיצוב החלפת חום בר קיימא יכול להפחית את הסיכון הכולל על ידי הפעלת ניתוח עם שערי זרימה נמוכים יותר (באמצעות יעילות חליפין גבוהה יותר) או באמצעות מחילופים מודולריים מודולריים ממונעים, המפחיתים את עלויות ההתקנה של שטח.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

(הדור הבא של מערכות החלפת חום גיאותרמיות ידחוף את גבולות הטמפרטורה והלחץ.(FLT:0) פרויקטים אחרים של סלעים גיאוותרמדומים (Digital Rock Geotherphal FLT:1) טמפרטורות מעל 400 מעלות צלזיוס בעומק 5-10 ק"מ, הדורשים החלפת חום המסוגלת למנוע את פליטות על פני השטח של גזים או CO2.

מסקנה

תכנון מערכות חילופי חום בר קיימא עבור צמחים גיאותרמי דורש גישה משולבת אשר מאזן תרמודינמיקה, חומרים מדע, ניהול המאגר, ושמירה סביבתית. מחזורים גיאונריים, תצורה סגורה, נוזלים עבודה מתקדמים, ותחזוקה חיזוי הוכח אסטרטגיות כדי למקסם את החילוץ חום תוך צמצום משאבים ופליטת פליטות.ה קדימה כולל אימוץ מחזורי CO2 קריטיים, עם אנרגיה סולארית, ומיצוי חום מרשת מתקדמת, כמו גם שינוי חום חיוני, כמו גם ירידה משמעותית.