Zamiast gazu z Rosji: Jak uzyskać darmową energię z ziemi

Ale nie jest konieczne kopanie w nich, aby uzyskać energię cieplną, ponieważ sama zwykła gleba jest dobrze podgrzana i zachowuje stabilną temperaturę niezależnie od pogody lub pory roku. Pompy ciepła wykorzystują niską temperaturę energię geotermalną przechowywaną głęboko pod ziemią do ogrzewania i chłodzenia budynków.

Urządzenia są podobne do szerzej stosowanych pomp ciepła powietrznego, które działają jako klimatyzacja za pomocą wentylatorów i sprężarek do usuwania ciepła z letnich budynków. W przeciwieństwie do klimatyzatorów, pompy ciepła działają również na zasadzie odwrotnej, zapewniając ciepło w budynku, aby je ogrzewać zimą. Potrzebują energii elektrycznej do pracy, ale mogą odbierać ją z elektrowni słonecznych lub wiatrowych i nie polegać na sieci centralnej.

Gdy temperatura powietrza zewnętrznego gwałtownie wzrasta latem lub gwałtownie spadnie zimą, pompy ciepła powietrznego powinny działać bardziej intensywnie, co czyni je mniej skutecznymi.

Jednak pompy ciepła gleby zwykle otrzymują ciepło razem z roztworem opartym na wody ze podziemnych studni, wywierconych na głębokości kilku dziesiątek metrów lub specjalnych rur zakopanych tuż pod powierzchnią Ziemi, gdzie temperatura wynosi około 55 stopni Fahrenheita (13 stopni Celsjusz) przez cały rok. Latem, wręcz przeciwnie, chłodzą pomieszczenie, usuwając ciepło pod ziemią, dodatkowo podgrzewając glebę i magazynowanie energii na zimę.

To czyni je bardzo skutecznym źródłem ogrzewania i chłodzenia przez cały rok. Temperatura 13 stopni Celsjusza nie jest tak wysoka, że ​​ludzie czują się komfortowo w budynku, ale pompki popierają ciekłe roztworze w specjalnym zbiorniku, w którym wymienia energię cieplną z ciekłym czynnikiem chłodniczym. Następnie ten czynnik chłodniczy zamienia się w parę i ściska, w rezultacie jego temperatura rośnie.

Gdy tylko ta para stanie się wystarczająco gorąca, wchodzi do wymiennika ciepła, gdzie powietrze jest podgrzewane, a następnie podawane do pomieszczeń przez standardowy system kanałów powietrznych. Według raportu Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych do 2035 r. Geotermalne pompy ciepła będą w stanie ogrzewać i ochłodzić około 7 milionów domów w kraju, a dziś liczba ta wynosi nieco ponad 1 milion.

Powszechne wprowadzenie technologii zmniejszy szczytowe zapotrzebowanie na 12 GW latem i 40 GW zimą, mówią eksperci USA. Jest to równoważne z zamknięciem dziesiątek elektrowni węglowych lub gazowych w okresach wysokiego zużycia.

„W rzeczywistości oferują opłacalne rozwiązanie ogrzewania i chłodzenia oraz powodem, dla którego ważne jest, aby większość zużycia energii w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie będzie się rozgrzewać i ochłodzić lokal” -powiedział Laure Boyde - - - - - - - - - - powiedział szef Departamentu Technologii Geotermalnych Ministerstwa Energii.

Szybkie wprowadzenie technologii do ekstrakcji energii geotermalnej zakłóca wysokie koszty związane z rurami wiercenia i układania pod ziemią. Ponadto może być konieczne zainstalowanie nowych kanałów powietrznych lub innego sprzętu. Obecnie w USA koszt zainstalowania typowego systemu budynku mieszkalnego wynosi 19 000 USD po odliczeniu korzyści podatkowych, chociaż wysokie koszty są zajęte z czasem ze względu na wysoką wydajność.

Ministerstwo energii jest przekonane, że w celu zmniejszenia kosztów konieczne jest tworzenie sieci energii cieplnej, w których kilka budynków razem korzysta z systemu ogrzewania i chłodzenia. Dziesiątki uniwersytetów w całym kraju zainstalowały już takie sieci z pompami ciepła glebowego. Według producenta mniszka lekarskiego wiele systemów geotermalnych jest podobnych, ale istnieją między nimi różnice.

Niektórzy używają zamkniętego lub otwartego systemu, stawu uziemiającego lub konturów z elastyczną cewką. Istnieją zalety i wady różnych konfiguracji konturowej do ogrzewania geotermalnego budynków. Inżynierowie mniszka lekarskiego używają zamkniętych systemów, gdy rury w kształcie litery U są układane tylko pod jednym domem i nie są podłączone do żadnej sieci zewnętrznej. Uważają je za najbardziej skuteczną i bezpieczną opcję dla gospodarstw domowych.

Pompa ciepła pozwala zatem dostosować temperaturę w razie potrzeby. Zamiast używać dużych roślin wiertniczych, podobnie jak wiertło studzienek artezyjskich, Dandelion wykorzystuje małe burze wiertarskie, które wiercają jedną lub dwie głębokie studnie o szerokości kilku cali, w których rury są następnie gotowane. Ten system zajmuje mniej miejsca i jest zamontowany w ciągu kilku dni zamiast tygodni, oszczędzając pieniądze i czas.

Kolejną rzeczą jest to, że wiele budynków można połączyć w jedną sieć. W 2024 r. Eversource Energy uruchomi się w pierwszym obszarze geotermalnym w Stanach Zjednoczonych, zarządzany przez Usługę Utodem w Framingham, Massachusetts, raporty Grist. Rury umieszczono w studniach o głębokości 600-700 stóp (około 180-215 metrów), gdzie temperatura gleby wynosi stale 13 stopni Celsjusza.

Mieszanka wody i glikolu propylenowego (porcja suplementu spożywczego) toczy się po rurach i pochłania energię geotermalną, ogrzewana, a następnie wchodzi 31 budynków mieszkalnych i pięciu komercyjnych, gdzie do ogrzewania lub chłodzenia stosuje się całkowicie elektryczne pompy ciepła. Ten system geotermalny jest niezwykle skuteczny. Ma „wskaźnik wydajności” równy 6, to znaczy każda jednostka energii zużyła sześć jednostek ciepła.

Dla porównania piece gazowe mają współczynnik mniejszy niż 1. Po zainstalowaniu systemu dom będzie mógł przyjmować ciepło z roztworu pompowanego spod podkładu, zamiast ogrzewać tanim gazem ziemnym. Ten sam sprzęt, a nawet te same rury, co w przypadku rurociągów gazowych, są używane do wdrożenia sieci geotermalnej - po prostu pompują płyn zamiast gazu.

Sieci nie wymagają specjalnej geologii, więc można je zainstalować prawie wszędzie i stopniowo łączyć obszar w tym obszarze. Jest to stosunkowo nowa technologia, więc koszty instalacji są nadal wysokie. Eversource twierdzi, że jego budżet na projekt wyniósł około 18 milionów dolarów. Przejście od połączeń gazowych do sieciowego ogrzewania geotermalnego może obniżyć koszty energii elektrycznej o 15-20%, oszacowane na podstawie Eversource Energy.