תחנות כוח גז טבעי מהוות אבן הפינה של רשתות חשמל מודרניות ברחבי העולם, בשל יכולתם לספק כוח אמין, על פי דרישה, תוך פיזור פחמן דו חמצני פחות מאשר צמחים מדלי פחם, כמו 2024, גז טבעי מהווה כ 23% של מסלול חשמל גלובלי, ובאזורים כמו ארה"ב, הוא המקור היחיד של כוח חשמלי, אך מעבר האנרגיה דורש יעילות רבה יותר ופליטות נמוכות יותר מכל דור חשמל מבטיח לעתים קרובות לפתח את יעילותו של אנרגיה ירוקה.

כיצד פועל כוח גז טבעי

תחנות כוח גז טבעי להמיר את האנרגיה הכימית בדלק מתאן עשיר לאנרגיה חשמלית דרך מחזור תרמודינמיקה.שני התצורה הדומיננטית הן טורבינות גז פשוטות (SCGT) וטורבינות גז משולב (CCGT).

במפעל (FLT:0) , 000-מחזור של מחזור 1 (FLT) דחוס אוויר מתערבב עם גז טבעי בקובוס; גזים חמים, בלחץ גבוה ואז להתרחב דרך טורבינות המחוברת גנרטור.יחידות אלה יכולות להתחיל במהירות, לעתים קרובות להגיע כוח מלא ב 10 דקות, מה שהופך אותם אידיאליים לפסגות כוח.

(FLT:0)Combined-cycleFLT) צמחים להוסיף מחזור תחתית, גנרטור אדים שיקום חום (HRSG) שלוכד טורבינות ממצה לייצר קיטור, אשר לאחר מכן מניע טורבינות קיטור.הסידור הזה יכול להשיג יעילות נטו של 60% או יותר במכונות "H-H-class" מודרניות.השיפור הוא דרמטי: צמח CCGT מייצר בערך 50% יותר מכמות החשמל של ימינו לדלק מסוג זהה-F.

למרות ההתקדמות, אפילו צמח CCGT בעל -60% עדיין דוחה 40% מאנרגיה הדלק הקלט כמו חום פסולת.הרבה חום נמוך עד בינוני אינו זמין עבור הדור נוסף של כוח באמצעות מחזורי קיטור קונבנציונליים, אבל ניתן לנסח מחדש באמצעות שילוב עם משאבים גיאותרמאליים, אחסון אנרגיה תרמי או חימום מחוזי.

אנרגיה גיאותרמית: A Stable Renewable

Geothermal energy taps the heat stored beneath the Earth’s crust. Depending on the resource temperature and pressure, geothermal power plants fall into three main types:
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) Flash SteamigFLT:1 צמחים מביאים מים חמים לעיתונות אל פני השטח; כמו הלחץ טיפות, חלק "מכים" כדי קיטור, אשר לאחר מכן מניע טורבינה.
  • (FLT:0) מחזור מחזורי מחזורי של 1Binary CycleFLT:1 צמחים עוברים נוזל גיאותרמאל באמצעות בורר חום כדי לחוסם נוזל עבודה משני (בדרך כלל מחזור אורגני) עם נקודה מרתקת נמוכה יותר, אשר לאחר מכן פועל טורבינה. עיצוב זה מאפשר ייצור חשמל ממשאבים בעלי טמפרטורה נמוכה עד בינונית (למשל, 100-180 מעלות צלזיוס).

בניגוד לשמש או רוח, גיאותרמאל מספק כוח עומס בסיס עם גורמים קיבולת העולה על 90% בתחומים רבים.זה הוא שולח, צפוי, פולט גזי חממה רשלניים במהלך המבצע.עם זאת, כוח גיאותרמאל נשאר משאב נישה ברחבי העולם (כ-16 GW מותקן כ- 2023) בשל עלויות קידוח גבוהות, סיכון גיאולוגי, ומספר מוגבל של אתרי הידרותרמי גבוה ליד מרכזי גז טבעי הדורשים עם זאת, לעומת זאת, מאשר לחץ חום אחד, מאשר לחץ על ידי הגדלת מחסומים עם זאת, מאשר לחץ חום גבוה יותר מאשר לחץ טבעי.

הסינרגיה: אינטגרטיבי עם צמחים טבעיים של גז

The central idea is to supplement or replace some heat input in the natural gas plant’s steam cycle with geothermal energy. This reduces the amount of natural gas burned per megawatt-hour, increasing the system’s overall efficiency and lowering emissions. Three primary integration schemes have been studied and, in some cases, deployed.

חימום בילר להאכיל מים

במפעל CCGT, מים זורמים דרך מחזור HRSG ו-SG לפני שחזרו אל משאבי האנוש של ה-HRSG כמתממים לפני חימום מקור חום גיאותרמאל - באופן זמני צמח בינארי או משאב הידרות מופחתת של זמן נמוך - ניתן להשתמש כדי לחמם את המים לפני שהוא נכנס ל- HRSG או נמוך מדכא אקולוגיץ.

ג'ותרמל מתחת לפשוט-Cycle Gas Turbines

טורבינות גז פשוטות אין מחזור תחתית, כך חום הממצה שלהם (500-600 מעלות צלזיוס) מבוזבז. צמח גיאותרמאל יכול לשמש מחזור מעומקת על ידי שימוש בממצה חמה כדי לחמם את נוזל העבודה הגיאורמי (או superheat אדים), ולאחר מכן לשלוח את זה לכדי טורבינות נפרדת.

שיקום חום ישיר וחום משולב ועוצמה (CHP)

מעבר לחשמל, חום גיאותרמאל יכול לשמש ישירות בפעולות צמחיות: גז דלק חימום עבור בעירה טובה יותר, שמירה על טמפרטורות סופר-התחממות במהלך תקופות עומס נמוך, או אספקה קיטור לתהליכים ימיים.במסגרת חום וסידור חשמל משולב, המקור הגיאולוגי יכול להיות מוקדש לרשתות חימום מחוז, המאפשר למפעל הגז הטבעי לפעול בצורה גמישה יותר ולהפחית את צריכת המים שלה.

כל התצורה הזו דורשת שהמשאבים הגיאוגרפיים יהיו ממוקמים קרוב באופן סביר למפעל הגז הטבעי – בתוך כמה קילומטרים – למזער את אובדן החום של הצינור.עם זאת, טכנולוגיית מחזור המבודדת והמחזור בינארית המודרנית מאפשרת שידור כלכלי של חום גיאותרמי במרחק של עד 30 ק"מ, במיוחד עבור משאבים עתירי גבוה.

פרויקטים אמיתיים ומקריות

למרות שכלי גז טבעיים ומסחריים מלאים עדיין מתעוררים, כמה פרויקטים מפגינים את הרעיון.

דוגמה בולטת אחת היא ה- 0 (Geysers - Calpine Cooperation FLT:1 בקליפורניה, שבו שטח גיאוגרפי הגדול בעולם מספק קיטור בחלק מתחנות הכוח הגיאוגרפיות הוותיקות ביותר בעולם, בעוד שלא משולב ישירות עם תחנת גז טבעי, שדה הגילס ייצב על ידי הזרקת פסולת מקהילות סמוך, הכוללות את צריכת הדלק המשולבת של ALT2, אך לא היה ברור יותר מ-F2, 000 מנועים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של חומצה היברידית, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של שטף, 000, 000, 000 הוא הוסיף, 000 של שטף של שטף של שטף של שטף של שטף של שטף של שטף של שטף של שטף של שטף של

באיסלנד, מערכות חימום מחוזיות משלבות לעיתים קרובות חום גיאוגרפי ופסולה מאנרגיה הידרואו-תרמית (כולל כמה צמחי שיא גז טבעי המותקנים ברשת לגמישות) בעוד רשת איסלנד נשלטת על ידי הידרו וגיאוותרמאל, העיקרון של פיזור רשת חום עם גיאותרמאל כדי להפחית את צריכת הגז חל על כל צמח.

משרד האנרגיה של Govermal Technologies Office 1FLT (FLT:0) מממן את R&D ב"אינטגרציה גיאותרמית עם צמחי דלק מאובנים" ודיווחים אחרונים ממעבדת האנרגיה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) מתאר אבטיפוסים המשמשים מערכות גיאוותרמאל-גז היברידיות כדי ליישב מחדש מפעלים.

יתרונות כלכליים וסביבתיים

חיסכון בדלק ועלויות

הנהג הכלכלי העיקרי מופחת צריכת דלק.שיפור של 1-5% ביעילות תרמית על צמח 500 מגה-וואט שפועל ב- 60% קיבולת גורם חוסך בערך 10,000 מ"מוטו בשנה (בהתאם למחיר הדלק) במחיר גז טבעי של $ 3 / MMBtu, המתורגם ל- 30,000/שנה בעלויות דלק בלבד.

אישורים Reduction

כל יחידת חום הנשלחת על ידי גיאותרמאל מפחיתה את פליטות הפחמן הדו-חמצני באופן יחסי.בהתאם לרמת האינטגרציה, צמח היברידי יכול להשיג 10-30% פחות אינטנסיביות פחמן מאשר CCGT של עמידה על 500 MW CCGT עם 60% יעילות, ירידה של 10% בצריכת גז טבעי מונעת בערך 40,000 טון של CO2 בשנה - כלומר נטילת 8500 מכוניות מהכביש.

שימור מים

צמחים גיאותרמאליים רבים משתמשים קירור אוויר או דורשים פחות מים קירור מאשר מחזורי קיטור.על ידי שיתוף מערכת קירור או באמצעות חום גיאותרמאל כדי להפחית את העומס התרמי על מגדלי קירור, הצמח ההיברידי יכול לחתוך צריכת מים הכוללת עד 15-30% בהשוואה ל- CCGT לעמוד של CCGT.זה קריטי באזורים המופעלים במים.

אתגרים ומכשולים

למרות ההבטחה הטכנית, כמה היברידיות גז טבעי וגיאורמי נבנו עד כה.

  • (FLT:0) סיכון גיאותרולוגי ותלויות באתר: לא כל צמח גז טבעי יושב על משאב גיאותרמאלי בר קיימא.חקר קידוח הוא יקר (לעתים קרובות 5-10 מיליון דולר לבאר) ונושא סיכון של 20-30% לייבוש.
  • (FLT:0) עוצמת הגירעון והזמן המשכורות: FIRLT:1 (החרמת שדות) צינורות בארפילד, וחילופי חום מוסיפים השקעה גדולה במעלה החזית, עם מחירי הגז הטבעי נמוכים יחסית וחלשים, כלי רכב עשויים להסס להשקיע במה שהם תופסים כטכנולוגיה היברידית לא מוכחת.
  • מורכבות תפעולית:0 (FLT:1) Coupling שני מחזורים תרמיים שונים דורש שליטה זהירה כדי לנהל דרישות עומס שונות.טורבינה גז עשוי לעבור במהירות, בעוד פלט גיאותרמית היא קבועה יחסית. התאמת זרימת חום ללא עומס יתר דורש אלגוריתמי בקרה מתקדמים אחסון חום גמיש - עדיין לא סטנדרטי בתעשייה.
  • (FLT:0) regulatory וקביעת בעיות: FIRLT:1 ; התפתחות גיאותרמית לעתים קרובות מתמודדת קווי זמן ארוכים, במיוחד על אדמות פדרליות.בכמה תחומי שיפוט, משאבים גיאותרמית מסווגים אחרת מדלקים מאובנים, המוביל לחפיפה ולעתים סותרים פיקוח.

עם זאת, אתגרים אלה מטופלים.שיפור מערכות גיאותרמאליות (EGS) יכול ליצור מאגרים בסלע יבש חם, הרחבת הפוטנציאל הגיאוגרפי.חדשנות במקדח – כגון קידוח לייזר וקידומת פלזמה - ההסתברות להפחית עלויות של 30–50% בעשור הבא, כמו תמחור פחמן הופך נפוץ יותר, פליטות להימנעות ישירות לשפר את הכלכלה של צמחים היברידיים.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

מעבר האנרגיה הגלובלי דורש לא רק הוספת מתחדשים, אלא גם מחליש את צי הדלק המאובנים הקיים. צמחי גז טבעיים יישארו מכריעים ליציבות הרשת דרך 2030 ומעבר - במיוחד כאשר פחם מובחן.

תחומי מחקר מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) עיצוב החלפת חום מתקדם 103 כדי להכיל נוזל גאוותרמי קורוזי וממקסמים את העברת החום בטמפרטורות נמוכות שונות.
  • (FLT:0) מערכת ההיברידית מודל ואופטימיזציה של ההרחבה:1) באמצעות נתונים בזמן אמת כדי להחליט מתי להשתמש בחום גיאותרמאל לעומת הפסקת גז בהתבסס על מחירי שוק וביקוש לרשת.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם אחסון אנרגיה תרמיים של אנרגיה מתחדשת 1 (למשל, מלח מלוטש או אחסון בטון) כדי לספוג את התפוקה המשתנה של צמח הגז ולאפשר חום גיאותרמלי להיות מאוחסן לשימוש מאוחר יותר.
  • (FLT:0) חיזוק של צמחי פחם 1FLT:103) עם מחזורי גיאוגרפי-גזג משולבים, כמו יחידות פחם רבות קשורות תשתיות קירור וחיבורי רשת שניתן יהיה להשיגם מחדש.

סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) מציינת ב-IEA:0Gethermal Energy Reportsigph:1 כי בעוד שצמיחה גיאותרמית של אחד הייתה איטית, ההיברידיזציה עם צמחי דלק מאובנים קיימים יכולה לפתוח 100 GW של יכולת גיאוותרמית עד שנת 2050, אם מדיניות והשקעה תואמות באופן דומה, מחקר של 2022 מה-FLT:2 National Renewable EnergyFLT3 העריך את ה-Creative של 10 מיליון ה-Scycle של צמחים בלבד.

מסקנה

תחנות כוח גז טבעי אינן נעלמות בין לילה, אך הצורך להפחית את פליטת גזי החממה ולשפר את יעילות הדלק דורש פתרונות יצירתיים מעבר להחלפת דלק פשוטה. integrating אנרגיה גיאותרמית עם מתקני גז גז קיימים הוא דרך אלגנטית להגביר את היעילות, עלויות התפעול הנמוכות, ולכווץ את טביעת הרגל של פחמן של הרשת - בעוד שמירה על יכולת הפעלת אנרגיה גיאוותרמית להסתמך על נתיבים טכניים כגון מים לפני חום, קידום, ומחזורי אנרגיה נמוכים יותר, הם לחץ גבוה יותר, אך ורקמות, הם מופעלים חזקים יותר, אך ורקמות, הם מופעלים חזקים יותר, אך ורקמות, לחץ דם גבוה יותר, אך ורקמות, הם מופעלים חזקים, הם מופעלים לחץ גבוה יותר, אך ורקמות, הם מופעלים לחץ דם גבוה יותר, אך ורקמות, אך ורק על ידי לחץ דם גבוה יותר, כמו גם על ידי מחזורי כוח כבד, אך ורקמות, הם מופעלים לחץ דם חם, עם מחזורי כוח, עם מחזורי כוח כבד, אך ורקמות לחץ חזק, עם מחזורי כוח כבד, לחץ חזק יותר, עם מחזורי כוח, אך ורק לחץ חזק יותר, הם מופעלים לחץ חזק יותר, עם מחזורי כוח, עם מחזורי כוח, מופעלים לחץ חזק יותר, אך שמירה על ידי

עבור מפעילי צמחים ושירותים להעריך רטרופיטות, הצעד הראשון הוא הערכת משאבים יסודית כדי לקבוע אם מאגר גיאותרמאל קיימא קיים ליד המתקן.עם שילוב הנכון של תנאי האתר, תמריצים כלכליים ומומחיות טכנית, צמחי גז טבעי יכולים להפוך נקי יותר, יעיל יותר נכסים במעבר אנרגיה מאיץ.