Hoe Kunstmatige Geothermische Energie Werkt

{h1}

Kunstmatige geothermische energie wordt gemaakt door water toe te voegen aan van nature hete rotsen. Meer informatie over kunstmatige geothermische energie.

Je kunt elektriciteit maken van de hitte in de aarde, vraag het maar aan inwoners van Noord-Californië. Hun elektriciteit komt van natuurlijke geothermische energieof hydrothermische energie, en hier is hoe het werkt. Het begint met water van 6.562 tot 13.123 voet (2 tot 4 kilometer) ondergronds, opgesloten in gaten of scheuren in rotsen. Het water en de rotsen worden verwarmd door de hete mantel van de aarde of door radioactieve mineralen in de rots. Energiebedrijven boren putten in de rotsen en pompen heet water of stoom op. De stoom drijft turbines aan in generatoren, die elektriciteit naar de huizen van bewoners sturen.

Omdat de natuur de hete rots, de verbonden gaten of scheuren en het water verschafte, wordt het beschouwd als natuurlijke geothermische energie. Daarentegen, versterkte of engineered geothermische systemen (egss) wacht niet op de volledige installatie. Ze beginnen met hete rots en voegen het water of de scheuren en verbindingen of alles toe. Dus alle geothermische elektriciteit komt van warm water binnen hete rots; in natuurlijke geothermie maakt de natuur het systeem. In engineered geothermal maken engineers daar een deel van.

Waarom zou u het systeem willen bouwen als de natuur het u gratis kan geven? In zekere zin is het een kans om het perfecte geothermische systeem te ontwerpen. Je zit niet langer vast met wat de natuur biedt, wat kouder water zou kunnen zijn of meer van een plas dan een enorm reservoir. U hoeft niet te jagen naar de natuurlijke bronnen en bent niet beperkt tot regio's in de wereld waar natuurlijke bronnen bestaan. Voor een prijs kunt u overal een geothermisch systeem engineeren. En je kunt het efficiënter maken dan alles wat de natuur biedt.

In dit artikel zullen we de voordelen, beperkingen en beloften van een toekomst verkennen die mogelijk wordt gemaakt door EGS. Eerst toeren we een EGS-elektriciteitscentrale rond.

Hoe kunstmatige geothermische energie werkt: kunstmatige

Binnen een Engineered Geothermal System Power Plant

Een boorboortoren die deel uitmaakt van het Deep Heat Mining-energieproject stijgt in 2007 in Zwitserland op. Geothermische energie zou 250.000 keer meer energie kunnen leveren dan de wereld momenteel jaarlijks verbruikt, volgens AP.

Een boorboortoren die deel uitmaakt van het Deep Heat Mining-energieproject stijgt in 2007 in Zwitserland op. Geothermische energie zou 250.000 keer meer energie kunnen leveren dan de wereld momenteel jaarlijks verbruikt, volgens AP.

Om te begrijpen hoe engineered geothermal systems (EGSs) werken, helpt het om te beginnen met hoe de systemen zijn gebouwd. Ze zijn ingebouwd in hete, diepe rotsen: keldersedimentaire of vulkanische rotsen. Ontwikkelaars boren putten van 1,9 tot 6,2 mijl (3 tot 10 kilometer) in de rotsen met behulp van conventionele olieboren. De temperatuur daar beneden meet ongeveer 160 graden F tot 600 graden F (71 graden C tot 315 graden C). De diepte is dieper dan die wordt gebruikt in natuurlijke geothermische systemen, maar de temperatuur is ongeveer hetzelfde.

De rotsen moeten een speciale geschiedenis hebben. Deze rotsen, zoals alle rotsen, waren lang geleden gestresseerd en daardoor gekraakt. Na verloop van tijd bleven de scheuren opnieuw bedekt met korsten mineralen, maar dat hoort allemaal bij het plan. De volgende stap is om water te pompen in de rots met behulp van hogedrukpompen.

Hier komt een nieuw stukje geschiedenis van de rock naar voren. De rots staat nog steeds onder druk, dus het doet pijn om zijn oude scheuren te doorbreken. Water erin dwingen doet de truc, en het glijdt langs zijn scheuren. De ruwe randen van de rots openen hem.

Nu zijn we klaar om over elektriciteit te praten. De elektriciteitscentrale op het oppervlak heeft paren putten - injectieputten en productieputten. Koud water wordt in de injectieputten gepompt. Terwijl het doorsijpelt door scheuren in de hete rots, warmt het op. Als het eenmaal warm genoeg is, stijgt het door zijn eigen warmte of door de druk van het binnenkomende water via de productieput. De rest is zoals gewoonlijk geothermisch: heet water maakt stoom en drijft turbines aan. Koeltorens of pijpen koelt het water en recycle het terug in de injectieputten.

Bijna elke site kan worden gebruikt om een ​​EGS te bouwen, omdat overal hete rock is. Maar de beste sites komen voor waar de hete rots het meest gestrest is en zich het dichtst bij het oppervlak bevindt. Ontwikkelaars kunnen temperatuurputten boren en zoeken naar stress in de oppervlakte-geologie om sites te beoordelen. In verschillende landen, waaronder de Verenigde Staten, maken regeringsdeskundigen systematische kaarten.

Vervolgens verkennen we de risico's van bemoeizucht in de underground.

EGS Verwarming

Het hete water dat uit de putten van een ontwikkeld geothermisch systeem stijgt, kan ook gebouwen direct verwarmen, naast het genereren van elektriciteit.

Aardbevingen en andere risico's van kunstmatige geothermische energie

Geoogste geothermische energie oogsten vereist ondergronds bouwen, dus het draagt ​​risico's, maar ze kunnen worden gecontroleerd.

De eerste risico's zijn trillingen aan de oppervlakte. Wanneer ingenieurs een geconstrueerd geothermisch systeem (EGS) bouwen, creëren ze zoiets als een aardbeving onder de grond. Het gebeurt tijdens het breken, omdat de hete rots instort op zichzelf en wegglijdt. Het uitglijden gebeurt op een veel kleinere schaal dan wanneer een grote fout wegglijdt om een ​​aardbeving te veroorzaken die we gemakkelijk kunnen voelen. We voelen deze kunstmatige aardbevingen zelden aan de oppervlakte, maar als we dat doen, is het als een lichte vibratie.

De rotsbewegingen worden gecontroleerd en gecontroleerd. Door seismometers rondom de rots te planten om te breken, kunnen technici de spleten zien verspreiden. Omdat hun eigen waterpompen het kraken en uitglijden beheersen, als ingenieurs willen dat het stopt, kunnen ze het water uitschakelen.

Met een goede planning zullen er geen grote aardbevingen plaatsvinden. Ontwikkelaars zouden een EGS-site niet in de buurt van een grote fout plaatsen, waar hogedrukpompen de fout zou kunnen verstoren. Ontwikkelaars kunnen regionale geologische kaarten controleren om te weten waar grote fouten zitten. En voor het geval ontwikkelaars seismiciteit op locaties meten voordat ze in een gebied gaan werken.

Watergebruik vormt een nog groter probleem dan oppervlaktetrillingen. EGS-sites gebruiken water tijdens de bouw en exploitatie. Het eerste water wordt geïnvesteerd om de gebarsten rots te openen en meet 2 miljoen gallon of meer (ongeveer drie Olympische zwembaden of 7,6 miljoen liter). Zodra de rots ontzegeld is, zuigen ze de nabijgelegen reservoirs naar beneden, waardoor de grondwaterspiegel omlaag gaat, tenzij je aan miljoenen miljarden meer gallons water aan de oppervlakte toevoegt. In sommige systemen wordt meer water gebruikt voor het koelen van de energiecentrale.

Het goede nieuws is dat al het water dat aan de oppervlakte wordt toegevoegd, opnieuw kan worden gebruikt, dus het is maar één keer geïnvesteerd. Het hoeft ook geen drinkbaar water te zijn. EGS is het meest economisch in het droge westen, omdat daar de hete rotsen het ondiep zijn, zodat ontwikkelaars waterrechten moeten kopen.

Watervervuiling is een ander probleem. Aangezien water door de hete rots circuleert, kan het arseen en andere giftige stoffen opnemen. De verontreinigingen mogen niet naar de oppervlakte of naar ondergronds zoet water lekken. Om te proberen ervoor te zorgen dat ze dat niet doen, houden ingenieurs het circulerende water vast. Op het oppervlak stroomt het door pijpen die naar beneden duiken in de bronnen en wanneer het water door de gebarsten rots stroomt, dient een jas van ongescheurde rots als isolatie.

Lees verder om meer te weten te komen over de voordelen van EGS.

Sonic Boom wint Zwitsers

De grootste aardbeving ooit geregistreerd tijdens het bouwen van een ontwikkeld geothermisch systeem gebeurde op een site in het centrum van Basel, Zwitserland. Met een kracht van 3,4 meter rammelde de kleine aardbeving gebouwen een beetje, waarschijnlijk als een passerende vrachtwagen [bron: Engeler, USGS].

Het geluid veroorzaakte echter de grootste schrik. Omdat de aardbeving ondiep was, voelden inwoners van Basel een luchtschok en hoorden ze een hausse, die ze niet verwachtten. Niemand raakte gewond. Maar Geopower Basel AG stopte met de operatie voor de overheid om een ​​risicobeoordeling te voltooien [bron: Haring].

Voordelen van kunstmatige geothermische energie

Hier is nog een voordeel van geothermie: apen vinden het leuk. Japanse makaken die bij de hete lentes in Macaca Yamanouchi Stad, de Prefectuur van Nagano, Japan hangen.

Hier is nog een voordeel van geothermie: apen vinden het leuk. Japanse makaken die bij de hete lentes in Macaca Yamanouchi Stad, de Prefectuur van Nagano, Japan hangen.

Alle geothermische energie, of deze nu natuurlijk of gemanipuleerd is, heeft economische en ecologische voordelen, zoals betrouwbaarheid. Het kan non-stop elektriciteit leveren, omdat de aarde altijd heet is en de warmte voorspelbaar voorspelt. Hetzelfde kan niet gezegd worden van wind- of zonne-energie, omdat de wind sterft en de zon ondergaat.

Engineered geothermie, zoals natuurlijke geothermie, is hernieuwbaar, wat betekent dat het de aardwarmte niet uitput. Dat wil niet zeggen dat sites niet verslijten. Zij doen. "Je haalt hitte uit deze lokale regio sneller op dan het wordt aangevuld met radioactieve mineralen in de rotsen en geleiding door de aarde", zegt Jefferson Tester, een EGS-expert bij MIT. Uiteindelijk wordt de steen tussen de injectie- en productieput koud. Maar net als bij de vruchtwisseling kunnen er nieuwe putten in de buurt worden geboord, waar de rots net zo heet is als altijd. Door te draaien tussen verschillende paar putjes, kunt u warm water blijven krijgen. Over het algemeen haalt het proces een klein deel uit van de hitte in een groot rotsblok en een lachwekkend kleine hoeveelheid aardwarmte. Geen enkel systeem kan ervan dromen om af te koelen van de aarde.

Gebouwde en natuurlijke geothermische energie gebruiken dezelfde energiecentrales, die zeer schoon zijn. Binaire planten, de schoonste ontwerpen, stoten geen gas de omgeving in, zelfs geen stoomwolken. Het circulerende water blijft in een buis en kookt een andere vloeistof om de turbines van de installatie te laten draaien. Stoom en flitsplanten, die opwaaiende stoomwolken uitblazen, stoten natuurlijk weinig zwaveldioxide, stikstofoxide en koolstofdioxide uit en hebben wassers die vrijwel geen waterstofsulfide laten ontsnappen.

Daarnaast bezetten geothermische energiecentrales niet veel land: 7.460 vierkante meter (80.299 vierkante voet) per megawatt. Laten we eens kijken hoe andere energiebronnen met elkaar vergelijken:

  • Zonnepanelen zijn de slechtste ruimte, met een oppervlakte van meer dan 6600 vierkante meter per Megawatt elektriciteit onder ideale omstandigheden.
  • Kolencentrales en hun stripmijnen bezetten 430.556 vierkante voet (40.000 vierkante meter) per megawatt.
  • Een kerncentrale neemt 107.639 vierkante voet (10.000 vierkante meter) per megawatt in beslag.

[bron: Tester]

Geothermische energie biedt ook een land energiezekerheid. Omdat de bron op de thuismarkt staat en voor alle doeleinden onbeperkt is, hoeft u zich geen zorgen te maken over de importkosten. En in tegenstelling tot kernenergie kunnen bijproducten van geothermische energie niet voor wapens worden gebruikt.

Geothermisch geothermisch groot voordeel ten opzichte van natuurlijke geothermie is dat het bijna overal werkt. Geomaliseerde geothermie heeft alleen hot rock nodig. "Je boort overal diep genoeg, en je raakt de hete rots," zegt Peter Rose, een EGS-expert aan de Universiteit van Utah.

Vervolgens bekijken we het verwachte prijskaartje voor gemanipuleerde geothermie.

De kosten van kunstmatige geothermische energie: dollars, centen en watt

We kunnen de economie niet vermijden. Beleggers willen weten hoe snel gerende geothermische systemen (EGS's) zichzelf terugbetalen en consumenten maken zich zorgen over de kosten van de stroomvoorziening.

Het duurste deel van gemanipuleerde geothermische energie is het boren van de putten. Om een ​​well van 4 kilometer (4 kilometer) te boren, wat gemiddeld is, kost het ongeveer $ 5 miljoen. Als de hitte nog dieper is, stijgen de boorkosten op 10 kilometer (10 kilometer) naar $ 20 miljoen per bron [bron: Tester]. Deze kosten kunnen met miljoenen per put dalen naarmate de boortechnologie vordert.

Zodra de bronnen en energiecentrale zijn gebouwd, is het systeem niet duur om te bedienen. De warmte van de aarde is gratis. Exploitanten betalen om de waterpompen te pompen en de putten te onderhouden. Ze betalen ook om putten om de vijf tot tien jaar opnieuw te boren, zegt Tester.

Een volwassen gemanipuleerde geothermische energiecentrale kan tussen 1 en 50 megawatt elektriciteit opwekken, genoeg om 800 tot 41.000 gemiddelde huizen in de VS te leveren [bronnen: Tester, EIA]. De output is minder dan sommige natuurlijke geothermische planten en verbleekt in vergelijking met de meer dan 2000 megawatt die een kolencentrale kan leveren [bron: Tester].

Beleggers kunnen uiteindelijk een goede deal krijgen, waarbij ze elk jaar 17 tot 18 procent terugkrijgen van het geld dat ze besteden aan het bouwen van ondergrondse delen van het systeem, hetzelfde als wat ze zouden krijgen van een olie- of aardgasveld, zegt Tester. Voor consumenten zijn de kosten van elektriciteit afhankelijk van hoe goed het systeem de hitte van de steen melkt. De kosten dalen als er meer water door de rots circuleert en als het teruggewonnen water heter is.

Tester en zijn collega's runden modellen op zes locaties in de VS waar technische aardwarmtesystemen praktisch zouden zijn. Ze schatten dat de eerste engineered geothermische systemen inefficiënt zouden zijn, waarbij 20 kilogram warm water per productieput per seconde zou worden verkregen, waardoor de kosten van de elektriciteit tussen 18 en 75 cent per kilowattuur zouden bedragen. Maar met volwassen technologie, in staat om 80 kilogram warm water uit elke productiebron per seconde te oogsten, zouden de kosten kunnen dalen tot 4 tot 9 cent per kilowattuur, binnen het bereik of onder de kosten van elektriciteit uit steenkool [bron: Tester].

Het verhogen van het geleverde vermogen en het verlagen van de kosten is een beheersbaar technisch probleem, zegt Tester. "We hoeven geen belangrijke nieuwe ontdekkingen te doen of nieuwe materialen te vinden, we moeten het ondergrondse [rots] -systeem opnieuw ontwerpen door beter te weten wat zich daar afspeelt." Het is een veel beter traceerbare route. "

Lees verder om te ontdekken waarom Australië de EGS-hoofdstad van de wereld zou kunnen worden.

Kunstmatige geothermische energie over de hele wereld

Engineered geothermie is nog steeds wereldwijd experimenteel, maar er bestaan ​​een paar kleine commerciële elektriciteitscentrales.

Japan brak vroeg door in de engineered geothermische scène door het te demonstreren aan de kant van een vulkaan, op een locatie genaamd Hijiori. De langste test liep een jaar en oogstte voldoende warmte om een ​​kleine, 130 kilowatt-krachtcentrale te laten draaien. De test is gestopt omdat de ene goed gekoeld een dramatische 63 graden F (17 graden C) in een jaar [bron: Tester].

De vooruitzichten zien er goed uit in Australië, omdat op het hele continent radioactieve bronnen kelderklimaat verwarmen dat ondiep, gebarsten en nu onder de juiste soort stress is. In het Cooper Basin, dat momenteel wordt gebruikt voor olie en gas, vonden landmeters een stuk graniet van 38 vierkante kilometer (1.000 vierkante kilometer) op 482 graden F (250 graden Celsius). Geodynamics Ltd. schepte het terrein op, verzonken in een paar putten, toepasselijk genaamd "Habanero-1" en "Habanero-2", brak de rots en begon water te laten circuleren. Er wordt een energiecentrale gebouwd die honderden tot duizenden megawatt elektriciteit kan opwekken, waarbij de laatste concurrerend wordt met een kolencentrale, als er veel putten het grote veld ingaan [bron: Tester].

Frankrijk en Duitsland produceren nu elektriciteit met behulp van geothermische energie. Eén fabriek in Soultz-sous-Forêts, Frankrijk, produceert ongeveer 1 megawatt aan elektriciteit. De andere, in Landau, Duitsland, produceert 2 tot 3 megawatt, zegt Rose. Deze kleine outputs kunnen groeien als de projecten geld inzamelen om meer putten te boren.

In de Verenigde Staten begint nu de engineered geothermal. De eerste demonstraties zullen plaatsvinden in natuurlijke geothermische energiecentrales in de Geysers in Californië en in Desert Peak en Brady in Nevada. Tijdens de demonstraties zullen geotechnische geothermische technieken sommige droge putten redden en de stroomproductie op de locaties stimuleren.

De U.S. Geological Survey is van plan om meer gemanipuleerde geothermie in het Midwesten en in hete rotsbassins ten oosten van de Mississippi te demonstreren. "Dat zou tot de verbeelding van veel meer staten en congresleden leiden en zou enorm helpen als het hun overtuigde dat dit niet alleen een westerse hulpbron was", zegt Rose. Als alles goed gaat, kunnen er over vijf jaar alleenstaande energiecentrales in de Verenigde Staten verschijnen, zegt Rose.

Lees verder om te ontdekken wat experts nog meer voorspellen over de toekomst van EGS.

Wie heeft dat eruit gegooid?

De verlaten gasvelden in Texas zijn goed vastgoed voor EGS-elektriciteitscentrales. In feite zijn de sites al half gebouwd. De verlaten gasbronnen kunnen worden uitgebreid tot EGS-bronnen, waardoor boorkosten worden bespaard. De rots is hete zandsteen, geen graniet, dus het is al poreus en hoeft niet te worden gebroken. De rots bevat water. Het enige dat overblijft is om de waterstroom te starten [bron: Rose].

De toekomst van EGS

"Tot nu toe zijn er niet veel succesverhalen om naar te verwijzen", zegt Peter Rose van de Universiteit van Utah. "Er is niets in EGS dat technologisch onmogelijk is, en de stappen zijn over de hele wereld bewezen, maar de bankiers en investeerders zeggen:" Waar zijn deze fabrieken nu? Wie heeft dat gedaan? " En je zegt: 'Dit zal de eerste zijn.' Je moet zeggen 'We hebben het hier gedaan en het kost zoveel, en dit zijn de problemen die we hebben gehad.' "

In 2006 heeft een panel van experts op energiegebied een routekaart opgesteld voor hoe de VS 100.000 megawatt aan potentiële elektriciteit van EGS zou kunnen krijgen. Het heeft opgeroepen voor 1 miljard dollar aan ontwikkelings-, demonstratie- en startfinanciering voor EGS, gespreid over 15 jaar. "Dat is een koopje op mijn vakgebied, vergeleken met de kosten van een schone kolencentrale", zegt Tester.

"De geschiedenis leert ons dat er in de afgelopen dertig jaar geen samenhang is geweest in het Amerikaanse energiebeleid", zegt Tester. "We hebben consistentie nodig, en we moeten voor ongeveer een decennium voor alles blijven en niet alleen geothermisch, maar als we het onder de garantie blijven krijgen, zal het nergens komen. Dat weten we. als ze jong zijn, groeien ze niet zo snel op. "

De Verenigde Staten zullen volgens de rapportage in de komende 50 jaar een verschuiving in de energiemarkt zien. Hydro-elektrisch wordt minder beschikbaar vanwege concurrerend gebruik. De kosten van steenkool zullen stijgen wanneer oudere, milieuonvriendelijke installaties met pensioen gaan of als het koolstofbeleid de kosten opdrijft. Vergrijzende kerncentrales gaan met pensioen en het zal tijd kosten om te herbouwen. De energiebronnen die dag en nacht elektriciteit kunnen opwekken, zullen minder - aardgas en olie - een venster voor geothermie openen. Als de aardwarmtepomp tegen die tijd goedkoop zou zijn geworden, zou deze zijn voordelen op de markt kunnen brengen voordat de goedkope elektriciteit uit kolen wordt teruggewonnen.

Dus als EGS zijn engineering kan verbeteren, zijn capaciteiten commercieel kan aantonen, investeerders kan verleiden en zijn kosten kan verlagen tegen de tijd dat een venster tijdelijk op de markt wordt geopend, zal het groeien. Zo niet, dan zou geothermie, zelfs met de toevoeging van commerciële EGS, kunnen blijven zoals het is in de Verenigde Staten, waardoor 4 procent van de elektriciteit van het land wordt opgewekt [bron: EIA].

Blijf lezen om meer te leren over de toekomst van energie en groene technologie.

In het Cooper Basin

Clink deze link en scrol naar "3D-model en animatie van het Cooper Basin EGS-project " om te leren hoe de site werkt: //google.org/egs/index.html. U zult opmerken dat Google de technologie ondersteunt, omdat het via ontwikkeling een miljoen heeft bijgedragen aan de ontwikkeling ervan via Google.org.


Video Supplement: Knooppunt Holland - George Baker.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com