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地熱熱熱熱を利用した熱エネルギー貯蔵ソリューションの強み
地熱エネルギーは、長期的に安定して低炭素資源として認識されています。しかし、その歴史的制限の1つが、熱生産とピーク要求の不一致となっています。地熱システムと統合された熱エネルギー貯蔵(TES)の最近の進歩は、その障壁を取り除き、ユーティリティ、産業施設、および地区の暖房ネットワークを有効にして、必要なときに正確にそれをキャプチャし、リリースする。これらの開発は、グリッドがより可変的な再生可能エネルギーを吸収し、最終的なエネルギー消費の半分に加熱および冷却アカウントとして重要なことです。
地熱エネルギー貯蔵の仕組み
地熱TESは、地熱源から過剰な熱エネルギーを蓄えています。自然に発生する熱水/蒸気または熱をクローズドループシステムを介して抽出します。このデカップリングは、消費からエネルギー生産を消費し、地熱出力が変動または需要のスパイクであっても、連続で、ディスパッチャブルな熱配信を可能にします。原則は簡単です。低需要期間中にサブサーフェス貯水池またはストレージ媒体に熱を注入し、その後それを抽出します。練習では、熱保持、保留、再保存、および再保存コストを削減します。
景観を支配する3つの第一次記憶構成: 急流熱エネルギー貯蔵(ATES)、穴の熱エネルギー貯蔵(BTES)、および洞窟またはピットの貯蔵。それぞれに明確な地質学的条件および性能の特徴があります。
耐圧熱エネルギー貯蔵(ATES)
ATESは、ストレージ媒体と熱交換貯水池の両方として天然の地下水液を使用しています。典型的には、充電中に温水の注射のために1つ、排出中に抽出のために別のものがあります。 収量自体は、ストレージの量を提供します。 最近の進歩には、スケーリングや腐食などの地化学反応を最小限に抑えるクローズドループATESのデザイン、および注射/抽出サイクルを最適化する予測制御アルゴリズムの統合が含まれます。 最近では、ATESは、生産計画が70〜90%以上あると、プロジェクトが拡張され、プロジェクトが拡大します。
穴の熱エネルギー貯蔵(BTES)
BTESは、100～300mの深さで、U-loop配管を循環する熱交換液で充填された、垂直穴の配列を使用します。周囲の岩や土壌は、記憶媒体として機能します。高熱伝導性溝のイノベーションとグラファイト強化バックフィル材料は、大幅に熱伝達率を向上させました。カナダのDrake Landing Solar Community(Drake Landing Solar Community)のフィールド(Drake Landing Solar Community)は、まさにその温度調節を正確に示すように、温度調節するような温度調節を最適化します。
ロックケーバーンとピットストレージ
岩石や傾斜ピットで掘削された、不適切で設計された洞窟が、高温(最大200°C)でお湯や蒸気を貯えることができます。 絶縁コンクリートライニングおよびフレキシブル膜技術の利点は、長期貯蔵生存可能にする1日あたりの1%未満の熱損失率を削減しました。 Theißのオーストリアの町は、冬に冬にネットワークを貯蔵する地熱量と接続された50,000〜m3のストレージを運営しています。
最近の技術ブレイクスルー
イノベーションの3つの領域は、パフォーマンスの改善とコストの削減をすべてのストレージタイプに展開しています。強化熱交換器、スマートモニタリング、制御、およびハイブリッドアプローチは、地熱TESと補完的な技術を組み合わせたものです。
強化穴熱交換器
慣習的なポリエチレンU-tubesは同軸の設計および熱的に高められた材料によって取り替えられます。例えば、スケーリングに抵抗する間、ステンレス鋼の波形の管は、turbulenceおよび熱伝達を高めます。[の同軸熱交換器[]は圧力低下を減らし、20–30%による熱収穫を改善できます]を標準的な二重U構成と比較しました。製造業者はまたプレ組み立てられた、工場は-の穴を張る欠陥の取付けおよび欠陥の減少します。
スマートモニタリングと制御システム
気孔ケーシングに沿って設置された光ファイバケーブルを使用して、温度センシング(DTS)を分散させ、リアルタイムの温度プロファイルを全深さで提供します。フローレート、圧力、水化学用のモノ(IoT)センサーのインターネットと組み合わせ、オペレータは、充電と排出スケジュールを動的に調整することができます。機械学習アルゴリズムは、熱負荷を予測し、ポンプ速度、バルブ位置、および注入温度を最適化します。結果:10〜15%の全体的なパフォーマンスの低下とパフォーマンスの効率性の改善を促進します。
ハイブリッドストレージソリューション
地熱TESを他のストレージメディアと統合することで、温度制限を克服することができます。例えば、システムは、高温産業熱または発電のための軟体化物(PCM)を、スペース暖房のための設備に格納するかもしれません。一方、溶体-塩酸ループまたは相変化材料(PCM)を使用して、高温産業熱または発電を消費します。 ]国際再生可能エネルギー機関(IRENA)]は、油圧システムが、より早く、油圧システムが300°C以上の試験結果にハイブリッド地熱を強調しました。
高度な地熱TESの主な利点
これらの技術はエネルギープロジェクト開発者、ユーティリティ、エンドユーザーにとって、測定可能な利点に翻訳します。
効率および容量の要因の増加
需要が低い期間に過剰な熱を蓄えることにより、地熱植物は、90%を超える高容量の要因で動作することができます。 季節保管により、冬に発生する熱を効果的に分散可能なものにするために、夏に生成し、冬に加熱負荷を満たし、地下荷重を分散させることができます。 現代のATESとBTESシステムの効率性は現在、従来の天然ガス燃焼火力発電所のそれらが供給されるため、ソースから----サイトベース。
信頼性とグリッドサービスの強化
地熱TESは、ピーク・ロード・ガスボイラーの信頼性を減らす、地区の暖房格子にしっかりした、適用範囲が広い容量を提供できます。寒い気候では、保存された熱は数日以上解放され、極端な気象イベントをカバーすることができます。ヒート ポンプと組み合わせ、保存された地熱は、需要の側面の応答プログラムをサポートし、バランスの取れた電力網を高い再生可能な貫通を支援することができます。 U.S.S. Energy 部門は、温度を最大50%の電力を加熱するためにポンプを加熱するために、電力を削減する電力を削減するの要求を、50%のピークに変えることができます。
コストダウンシステム寿命
掘削、熱交換器、制御システムの直面的な資本コストは、大幅で長い機器寿命(40 +年は、十分に維持された穴配列のために)であり、高度な材料からのメンテナンスを削減し、保存された熱の平準化コストを削減します。 欧州地熱エネルギー協議会は、回避された燃料購入から運用削減と組み合わせたレポートは、高度な地熱TESは、地区加熱用途の5〜8年のペイバック期間を達成することができます。
環境および規制上の利点
地熱TESは、直接燃焼排出量をなくし、天然ガスと比較して70〜90%の加熱の炭素排出量を削減します。 また、表面貯蔵に関連する土地使用の競合を回避し、既存のインフラの下に配置することができます。 ドイツとオランダを含む多くの管轄区域は、現在、再生可能な加熱インセンティブおよびグリーンボンドフレームワークに地下熱貯蔵を含みます。
チャレンジとパスフォワード
強い勢力にもかかわらず、重要なハードルは残っています。地質的変動は、各サイトが徹底的に探査を必要とすることを意味します。地震調査、試験訓練、および水力学モデリング - プロジェクトのタイムラインに数か月を追加。地下熱貯蔵のための規制枠組みはまだ進化しています。特に、サブ表面気孔スペースおよび地下水保護の権利。掘削のコストは、優勢な資本の費用を節約します。コイル状管や掘削ビットが改善されるなど、油やガスから借りた新しい掘削技術は、より低いです。
研究優先事項は、標準化されたモジュラーボアホール配列設計を開発し、低透過性の形成における長期保留を改善し、正確な性能予測のためのオープンソースシミュレーションツールを作成することを含みます。 [国際地熱協会(IGA)[]]]は、熱貯蔵に関する専用の作業グループを立ち上げ、これらの取り組みを調整しました。
未来の展望とスケーリング
市場予測は、Bloomberg New Energy Financeのグローバル地熱TES容量が約2 GWth今日から2035年までに成長できると示唆しています。ヨーロッパと北アメリカの地区加熱によって大きく駆動され、中国で産業熱需要が増加します。 濃縮された太陽光発電とバイオマスと地熱TESを組み合わせたパイロットプロジェクトは、すでにスペインと米国で方法の下で進められています。
デジタル・ツインニングの進歩は、ストレージシステムのリアルタイムの仮想モデルがセンサーデータで継続的に更新されると、オペレータは充電/排出スケジュールを最適化し、メンテナンスニーズを予測することができます。人工知能を備えた地熱TESをカップリングすることで、さらなる効率の向上を解除し、リチウムイオン電池とダイアル熱負荷シフトの技術を競争的に向上させ、保存容量のkWhあたりの資本コストのほんの僅かな割合で。
最終的には地熱エネルギー貯蔵の成熟は、すでに実証済みの技術を使用して、熱を安く保存する方法である、脱炭素化パズルの重要な部分を表しています。 研究機関、エネルギー会社、政策立案者の間で継続的なコラボレーションにより、地熱TESセクターは、地球のクリーンエネルギー移行の礎石になるように位置付けられます。