Table of Contents
תהליך תעשייתי חום מהווה חלק משמעותי מהביקוש לאנרגיה הכוללת בעולם, אך רוב החום הזה ממשיך לבוא מדלקים מאובנים בוערים.כתעשיות מתמודדות עם לחץ גובר על עלויות האנרגיה המייצבות, האנרגיה הגיאוגרפית מציעה עומס בסיס, מקור חום פחמן נמוך שיכול לפעול סביב השעון.
הבנה של אנרגיה גיאותרמית
אנרגיה גיאותרמית מקורה מהחום המאוחסן מתחת לקרומה של כדור הארץ.חום זה מגיע משני מקורות עיקריים: החום השוני מן היווצרות כדור הארץ ואת הדעיכה הרדיואקטיבית המתמשכת של אלמנטים כגון אורניום, thorium, אשלגן, וטמפרטורות אשלגן. עלייה עם עומק, בדרך כלל על ידי 25-30 מעלות צלזיוס לקילומטר ברוב האזורים היבשתיים, אם כי ⁇ גיאוותרמית משתנה באופן משמעותי בהתאם גיאולוגיולוגיה מקומית.
משאבים גאוותרמאליים מסווגים בדרך כלל על ידי הטמפרטורה והנטילפיל:
- (FLT:0) מקורות halow-enthalpy ResourcesFLT:1 (below 100°C) - מתאים ליישומים לשימוש ישיר כמו חימום חלל, חממות, וכמה תהליכים תעשייתיים הדורשים חום זמני נמוך.
- (FLT:0) משאבים חד-צדדיים (FLT:1) (100–200 מעלות צלזיוס) - ניתן להשתמש הן עבור חום ישיר והן עבור ייצור חשמל בינארי.
- (FLT:0) משאבים גבוהים-הלווים 1 (מעל 200 מעלות צלזיוס) - בדרך כלל בשימוש עבור הדור הגיאו-אתרי, אך גם מסוגל לספק חום של תהליך עתיר-טמפרטורה גבוהה לתעשיות כגון עיבוד מינרלים.
ההבחנה העיקרית של משתמשים תעשייתיים היא כי חום גיאותרמאל אינו דורש המרה לחשמל - ניתן להעביר אותו ישירות כמו מים חמים או קיטור, חיסול ההפסדים התרמודדינמיים הקשורים לדור החשמל ומאפשר יעילות תרמית הכוללת מעל 90% במערכות שימוש ישירות.
כיצד מערכות חום ג'ותרמאליות פועלות
מתן חום גיאותרמאל למתקן תעשייתי כרוך לחלץ נוזל חם ממאגרי תת-קרקעי, העברת האנרגיה התרמית להליך המדיום, ולאחר מכן גם גלגול נוזל קריר או פיזורו על פי תקנות סביבתיות.תצורה מסוימת תלויה בטמפרטורה הנדרשת, המרחק בין המשאב לבין הצמח, ואת איכות הנוזל הגותרמי.
שימוש ישיר
השיטה הפשוטה ביותר היא שימוש ישיר: ג'רמיה או קיטור מוטבעת מהייצור היטב להחלפת חום שמעבירה אנרגיה ללולאה מים נקייה, אשר לאחר מכן מאכילה את התהליך התעשייתי.במקרים מסוימים, נוזל גיאותרמאל עצמו יכול להיות מוזרק ישירות לתוך תהליכים שהם סובלניים של הרכב הכימי שלה - למשל, כביסה מסוימת, מנקה, או פעולות יבשות.
החלפת חום ומחוזות Heating Approaches
עבור תהליכים הדורשים טמפרטורות גבוהות יותר מהנוזל הגיאורמי באופן טבעי מספק, משאבות חום יכולות לשדרג את הטמפרטורה. משאבות חום תעשייתיות עתירי טמפרטורה גבוהה יכולות להגביר את הנוזלים, למשל, 80 מעלות צלזיוס ל-150 מעלות צלזיוס באמצעות קלט חשמלי כלשהו, עדיין מניבות חיסכון משמעותי באנרגיה ראשונית בהשוואה לדלקת דלק מאובנים.
מערכות גאוותרמיות (EGS)
אחת ההתפתחויות המבטיחות ביותר להרחבת החום של תהליך גיאותרמאל הוא משופר מערכות גאוותרמאליות (EGS) בעוד משאבים גיאותרמאליים קונבנציונליים דורשים יכולת טבעית ושקע מים, EGS יוצר רשתות שבר מלאכותיות בסלע חם ויבש על ידי הזרקת מים בלחץ גבוה.המים עד כה התפלגות אנרגיה מתחדשת, ולאחר מכן מופקת כדי לספק חום על פני השטח EGS יכול להפוך את האזורים הגיאו-עשרים ללא גירוי טבעי.
יישומים תעשייתיים מרכזיים
חום תהליכים תעשייתי משתרע על מגוון עצום של טמפרטורות, מ -30 מעלות צלזיוס לחקלאות דגים ליותר מ 1000 מעלות צלזיוס לייצור פלדה. אנרגיה גיאותרמית היא תחרותית ביותר בטווח הנמוך עד בינוני טווח (50-250 מעלות צלזיוס), המכסה חלק משמעותי של הביקוש התרמי התעשייתי.המגזרים הבאים כבר הוכיחו שילוב גיאותרמלי בר קיימא.
עיבוד מזון ו Beverage
תעשיית המזון דורשת חום להתייבש, evaporation, sterilization, כביסה ובישול.Gothermal חום שימש במשך עשרות שנים במדינות כמו איסלנד, ניו זילנד וקניה לפירות יבשות, ירקות ודגים; כדי להדביק חלב; וכדי evarate beet סוכר. in the United States, the FLT:0Gemalotherlyr Technologies תועדות לעתים קרובות על בסיס חום מתמשך של טיפול גיאומטריד.
ייצור נייר ו-Pelf
מ"ט נייר לצרוך כמויות עצומות של אנרגיה תרמית עבור כריות נייר יבשה ועבור צ'יפס עץ בעיכולים. מילימטרים רבים פועלים באזורים עם גישה למשאבים גיאותרמאליים, כגון צפון מערב האוקיינוס השקט וחלקים ממרכז אמריקה. integrating חום גיאותרמאל לתוך מערכת קיטור של מילימטר יכול לנתק כמויות משמעותיות של גז טבעי או שמן דלק. 2019 על ידי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת מצא כי יכול לכסות את כל דרישות חום תרמי כמעט לכיסוי של כמעט לסף נמוך של פחמן C.
ייצור כימי ופטרוכימי
תהליכי ייצור כימיים כמו זיקוק, evaporation, וחום תגובה כימי לעתים קרובות דורשים טמפרטורות בין 100 מעלות C ל 200 מעלות צלזיוס, אדים גיאותרמאל יכול לספק חום עבור עמודות דילול, וגליון גיאותרמי יכול להיות מוקדם יותר להאכיל זרמי, צמצום העומס המאובנים בליטורגים.במקרים מסוימים, נוזל גיאוגרפי יכול לשמש מקור מינרלים (כמוני או אחיום) כדי לשפר את הייצור הכולל.
עיבוד מינרלים
פעולות כגון היחלשות זהב ונחושה, ייצור מלט לפנים, וייבוש כדור הארץ דיאטומה ניתן לשרת על ידי חום גיאותרמאל. בנבאדה, כמה מכרות זהב שילבו חום גיאותרמאל לתוך התהליכים הניחת שלהם, הורדת צריכת דיזל. עבור מלט, precalciner ו- גלם חומרי ייבוש פועלים ב 100-200C, טווח טמפרטורה מתאים היטב למשאבים גאוגרפיים בינוניים.
טקסטיל ותעשיות עור
יבש, צבע וסיום של טקסטיל דורשים מים חמים וחילונים - בדרך כלל 80-130 מעלות צלזיוס.ג'ותרמאל חום מציע אלטרנטיבה נקייה לרתיחה פחם או גז בענפי אנרגיה אלה, במיוחד במדינות כמו אינדונזיה, הפיליפינים וטורקיה, שבו הן פוטנציאל גיאוגרפי וייצור טקסטיל הם משמעותיים.
יתרונות של תהליך גיאותרמלי
המקרה של חום תעשייתי גיאותרמאל נח על מספר יתרונות משכנעים מעבר להפחתה של פליטות פשוטות.
- (FLT:0) הספקת בסיס עקבית: FLT:1 משאבים גיאותרמאליים פועלים סביב השעון, עם גורמים בעלי יכולת העולה על 90% בתחומים מתוגברים היטב.אמינות זו היא תעשיות קריטיות עבור זה לא יכול לסבול אספקת חום לסירוגין.
- (FLT:0) בידוד של תנודתיות מחיר הדלק: אנדרל 1 (בפעם טובה גיאותרמית ממקדמת וצמח פני השטח שנבנה, "דלק" (חום מן האדמה) הוא למעשה חופשי.
- (FLT:0)Low Carbon Footrough: 1FLT:1 שימוש ישיר חום גיאותרמאל פולט CO2 רשלני - רק כמויות קטנות של גזים שאינם ניתנים לזיהוי ממאגרים.Over the Lifecycle, מערכת שימוש ישירה גיאותרמית יכולה להיות פליטת פחמן 80–95% נמוך יותר ממשחת גז טבעי.
- (FLT:0) טביעת רגל פיזית קטנה: 1FLT:1; משטח טוב גיאותרמית תופס רק כמה דונם עבור מתקן שיכול לספק עשרות מ"ו.
- (FLT:0) הזדמנויות להתחדשות: 1 מתקנים גיאוותרמיים רבים מייצרים חשמל ולאחר מכן להשתמש בחום פסולת הפסולת הנמוך יותר לתהליכים תעשייתיים או חימום מחוזי, מה שממקסים את הערך של כל אחד מהם.
- (FLT:0) רכישת עצמאות אנרגיה: מדינות 1FLT, המתבססות על דלקים מאובנים מיובאים, יכולות לשפר את מאזן הסחר שלהם ואת אבטחת האנרגיה על ידי פיתוח משאבים גיאותרמיים מקומיים.
אתגרים וסיכון
למרות היתרונות ברורים, חום תעשייתי גיאותרמאל ניצב בפני כמה מחסומים אשר הגבילו את אימוץו לאזורים עם איכות משאבים יוצאת דופן.
עלויות הון גבוהות
קידוח אחד גיאותרמאל יכול לעלות 2-8 מיליון דולר, ומערכת שימוש ישירה טיפוסית המשרתת מתקן תעשייתי אחד עשויה לדרוש שני עד חמישה בארות בתוספת ציוד פני השטח. - האפשרות כי באר לא ימצא מספיק טמפרטורה או נחיתות - נולדים לחלוטין על ידי מפתח. תמריצים פיננסיים כגון זיכויי מס ייצור, מענקים או הלוואות יכולים לשפר באופן משמעותי את הכלכלה.
מיקום
משאבים גיאותרמאליים איכותיים מרוכזים באזורים פעילים מבחינה טקטית: טבעת האש, ה-East African Rift, איסלנד ואזורים לאורך גבולות צלחת יבשתית.מרכזים תעשייתיים רבים ממוקמים רחוק מהמשאבים האלה, מה שהופך את העברת החום על פני מרחקים ארוכים ללא מעשי.עם זאת, EGS וטכנולוגיות קידוח מתקדמות מרחיבים בהדרגה את מפת החום הגיאורמי נגיש מבחינה כלכלית לאזורים עם ⁇ טבעי נמוך יותר.
שימוש במים וכימיה פלויד
גירודים גיאותרמיים מכילים לעתים קרובות מינרלים מתמוססים (סיליקה, סידן, מתכות כבדות) שיכולים לגרום לסקאלה וקורוזיון בצנרת וחילופי חום.ניהול אתגרים כימיים אלה דורש חומרים זהירים, ניקוי תקופתי, ובמקרים מסוימים, טיפול נוזלי לפני גלגול מחדש.בנוסף, כמה פרויקטים גיאותרמאליים נמצאים באזורי מים, ואת הצורך לייצור מים חייב להיות מאוזנת נגד מים מקומיים.
המונחים: seism
פרויקטים EGS, במיוחד, נתקלו בדאגה ציבורית על סיסמיות מושרה - רעידות אדמה קטנות המופעלות על ידי שריפת סלע הידראולי של סלע חם. בעוד שרוב האירועים האלה קטנים מדי מכדי להיות מורגשים, פרויקטים ליד מרכזי אוכלוסייה דורשים ניטור קפדני ומעורבות עם קהילות מקומיות.פרוטוקולים לניהול הסיסמיכות המושרה פותחו ומעודנים, אבל הבעיה נותרה עדיין מכשול רגולטורי ותפיסת הציבור.
התאמה טכנית
תהליכים תעשייתיים זקוקים לחום בטמפרטורות ספציפיות, לחצים ורמתיים.התחלו צמח קיים לשימוש בחום גיאותרמאלי ולא במשחת גז טבעי יכול לדרוש שינוי משמעותי של החלפת חום, מערכות בקרה, וצנרת. צמחי בנייה חדשים יכולים להיות מעוצבים לשילוב גיאותרמאלי מההתחלה, אבל קצב הבנייה התעשייתית החדש באזורים גיאוותרמיים הוא איטי.
תוצאות חיפוש > Future Outlook and Emerging Developments
התחזית לחום תעשייתי גיאותרמאל הובהר מאוד הודות לשיפורים טכנולוגיים ולתנומנטום מדיניות.מספר מגמות מצביעות על פריסה רחבה יותר בעשור הבא.
טכנולוגיות מתקדמות
שיטות קידוח מודרניות - כולל קידוחים גיאוותרמיים, ביטים עתיריים גבוהים, ומשפרות היטב מלט - מקטינים את העלות והסיכון להגיע למאגרים גיאותרמאליים עמוקים.משרד האנרגיה של ארה"ב:0GeoVision AnalysisFLT:1 מעריך כי עם המשך R&D וכלכלות של קנה מידה, יכולת שימוש ישירה גיאומטרי יכול לגדול על ידי גורם של 10 מדינות לבד.
מערכות היברידיות
שילוב חום גיאותרמאל עם אספנים תרמיים סולאריים, ביומסה של רותחים, או משאבות חום תעשייתי יכול למלא את פערי הטמפרטורה ולהציע גמישות נוספת.מערכת היברידית עשויה להשתמש בגיאורמי כדי לספק את חום הבסיס ב 120 מעלות צלזיוס, ואז למעלה מ -200 מעלות צלזיוס עם רתעת ביוגז במהלך הביקוש העליון.
תמיכה במדיניות ומחירי פחמן
ככל שיותר תחומי שיפוט ליישם מסים פחמן ופליטה, העלות של CO2 מונעת הופכת את החום הגיאורמי יותר ויותר תחרותית.מערכת המסחר של האיחוד האירופי, למשל, עכשיו מחירי פחמן ברמות שיכולות להזיז את הכלכלה לטובת גז גיאותרמאל על גז טבעי לחום בינוני-טמפרטורה, בדומה, חוק ניכוי האינפלציה בארה"ב כולל השקעה טכנולוגית-ניטרית 30% מס עבור אשראי גיאוגרפי, אשר חל על מערכות חשמל חסכוניות ישירות.
פוטנציאל המשאבים הגלובלי
על פי נתוני הסוכנות לאנרגיה מתחדשת הבינלאומית לאנרגיה מתחדשת (FLT:0) , בסיס המשאבים הגיאו-אתרמאל הנגיש בעולם הוא עצום.אפילו הטכנולוגיה הנוכחית יכולה לנצל מספיק חום כדי לספק אנרגיה תעשייתית ישירה לשימוש ישיר באזורים רבים.מדינות כמו אינדונזיה, הפיליפינים, קניה, איסלנד, טורקיה וחלקים של אמריקה הלטינית כבר מרחיבים את האגן הגאורגירמיוני.
מסקנה
אנרגיה גיאותרמית מציעה מקור אנרגיה, פחמן נמוך, ועלויות של חום תהליך שיכול להחליף ישירות נתח גדול של דלקים מאובנים שנשרף בתעשייה כיום.ממזון יבשה לשקע כימי, מפולפ ונייר לעיבוד מינרלים, הזכאות הטכנית הודגמה גם על פני מגזרים רבים ואקלים.