พลังงานความร้อนใต้พิภพ: ประวัติศาสตร์ การใช้ประโยชน์ และอนาคต

คุณอาจรู้จักแนวคิดทั่วไปของพลังงานความร้อนใต้พิภพ แต่คุณรู้พื้นฐานทั้งหมดหรือไม่?โดยทั่วไปแล้ว พลังงานความร้อนใต้พิภพคือพลังงานความร้อนจากภายในโลกกล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนเพียงแหล่งเดียวที่ไม่มาจากดวงอาทิตย์ ยิ่งไปกว่านั้น แม้ว่ามันจะไม่ใช่พลังงานหมุนเวียนอย่างแท้จริง เพราะการเติมเต็มไม่ได้ไม่มีที่สิ้นสุดแต่มันก็ยังคง มีอยู่ ไม่หมดในระยะเวลาของมนุษย์ดังนั้นจึงถือว่าเป็นพลังงานหมุนเวียนในทางปฏิบัติ

แหล่งกำเนิดความร้อนภายในโลก

ความร้อนภายในโลกส่วนใหญ่เกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีเช่น ยูเรเนียม-238 ธอร์เรียม-232 และโพแทสเซียม-40 ธาตุเหล่านี้สลายตัวอย่างต่อเนื่องและปล่อยพลังงานความร้อนออกมา ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือการชนกันของแผ่นเปลือกโลกซึ่งปล่อยความร้อนออกมาเนื่องจากการเคลื่อนที่และแรงเสียดทาน ในบางภูมิภาค ความร้อนใต้พิภพจะมีความเข้มข้นมากกว่า เช่น ในบริเวณใกล้ภูเขาไฟ ธารแมกมา น้ำพุร้อน และบ่อน้ำพุร้อนทำให้สามารถนำมาใช้ผลิตพลังงานได้ง่ายขึ้น

การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกนำมาใช้มากว่า 2.000 ปีแล้ว โดยชาวโรมันเป็นผู้บุกเบิกการใช้น้ำพุร้อนเพื่อการอาบน้ำร้อนและการให้ความร้อนในปัจจุบันมีการนำมาใช้เพื่อทำความร้อนให้กับอาคารและเรือนกระจก รวมถึงการผลิตกระแสไฟฟ้าแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพมีอยู่ 3 ประเภท ได้แก่:

• อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิสูง
• อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำ
• อ่างเก็บน้ำหินร้อนแห้ง

อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิสูง

แหล่งความร้อนใต้พิภพถือว่าเป็นแหล่งความร้อนสูงเมื่อน้ำใต้ดินมีอุณหภูมิสูงเกิน 100 องศาเซลเซียส เนื่องจากอยู่ใกล้แหล่งความร้อนที่กำลังทำงานอยู่ ในการดึงความร้อนจากใต้พื้นดิน สภาพทางธรณีวิทยาต้องเอื้ออำนวยให้เกิดแหล่งความร้อนใต้พิภพซึ่งทำงานคล้ายกับแหล่งกักเก็บน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติน้ำที่ได้รับความร้อนจากหินเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะขึ้นสู่ผิวดินจนกระทั่งถึงแหล่งความร้อนใต้พิภพที่ถูกกักไว้โดยชั้นที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ อย่างไรก็ตาม หากมีรอยแตกในชั้นที่ไม่สามารถซึมผ่านได้นี้ ไอน้ำหรือน้ำร้อนสามารถขึ้นสู่ผิวดินและปรากฏเป็นน้ำพุร้อนหรือน้ำพุร้อนพุ่งได้แหล่งความร้อนเหล่านี้ถูกนำมาใช้ประโยชน์ตั้งแต่สมัยโบราณและปัจจุบันใช้สำหรับการทำความร้อนและกระบวนการทางอุตสาหกรรม

อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำ

อ่างเก็บน้ำอุณหภูมิต่ำเป็นที่หนึ่ง น้ำมีอุณหภูมิระหว่าง 60 ถึง 100°C- ในกรณีเหล่านี้ การไหลของความร้อนเป็นเรื่องปกติ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีแหล่งความร้อนที่ทำงานอยู่หรือมีชั้นที่ซึมผ่านไม่ได้

สิ่งสำคัญคือการมีแหล่งกักเก็บน้ำที่ระดับความลึกเพื่อให้สามารถมีอุณหภูมิสูงพอที่จะทำให้การแสวงหาผลประโยชน์เป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ

อ่างเก็บน้ำหินร้อนแห้ง

เงินฝากของ หินร้อนแห้ง พวกเขามีศักยภาพมากยิ่งขึ้นเนื่องจากพวกเขาเป็นหนึ่งในกลุ่ม 250-300ºC และที่ระดับความลึกระหว่าง 2.000 ถึง 3.000 เมตร จำเป็นต้องดึงความร้อนออกจากหินเหล่านี้ แตกหักเพื่อให้มีรูพรุน.

ในระบบนี้ น้ำเย็นจะถูกฉีดออกจากพื้นผิว ผ่านหินที่มีรูพรุนร้อน ทำให้ร้อนขึ้นในกระบวนการ จากนั้นจึงสกัดเป็นไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เงินฝากเหล่านี้มีปัญหาเนื่องจากเทคนิคการแตกหักและการขุดเจาะที่จำเป็นสำหรับการแสวงหาผลประโยชน์

พลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีอุณหภูมิต่ำมาก

นอกจากนี้เรายังสามารถพิจารณาดินใต้ผิวดินเป็น แหล่งความร้อนที่15ºCทดแทนได้อย่างสมบูรณ์และไม่สิ้นสุด ด้วยระบบรวบรวมและปั๊มความร้อนที่เพียงพอ จึงสามารถถ่ายเทความร้อนนี้ไปยังระบบทำความร้อนที่สามารถเข้าถึงได้ถึง 50°C โดยให้ความร้อนและน้ำร้อนสำหรับใช้ในบ้าน

ระบบนี้สามารถใช้งานได้ในฤดูร้อนเช่นกัน โดยเก็บความร้อนไว้ใต้ดินที่อุณหภูมิ 40°C ข้อเสียหลักคือต้องใช้พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ในการฝังวงจรภายนอก แต่ข้อดีหลักคือการประหยัดพลังงานและความอเนกประสงค์ที่สามารถใช้งานได้ทั้งในการทำความร้อนและทำความเย็น

ปั๊มความร้อนใต้พิภพ

องค์ประกอบสำคัญในระบบประเภทนี้คือ ปั๊มความร้อน- เครื่องจักรอุณหพลศาสตร์นี้มีพื้นฐานการทำงานบน วงจร Carnotนำมาจากก๊าซที่ทำหน้าที่เป็นตัวพาความร้อนระหว่างสองแหล่ง แหล่งหนึ่งมีอุณหภูมิต่ำและอีกแหล่งมีอุณหภูมิสูง

ปั๊มนี้สามารถดึงความร้อนจากพื้นดินได้ที่อุณหภูมิ 15°C และเพิ่มอุณหภูมิเพื่อให้ความร้อนแก่อากาศในวงจรภายใน ทำให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงกว่าระบบปรับอากาศทั่วไปมาก

แลกเปลี่ยนวงจรกับโลก

เราสามารถแยกแยะระบบแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำผิวดินซึ่งประหยัดกว่าแต่มีข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์ และระบบแลกเปลี่ยนความร้อนกับดิน ซึ่งอาจเป็นการแลกเปลี่ยนโดยตรงหรือผ่านวงจรเสริมก็ได้

• แลกเปลี่ยนโดยตรง: ง่ายกว่าและถูกกว่า แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการรั่วซึมและแข็งตัว
• วงจรเสริม: มีราคาแพงกว่า แต่หลีกเลี่ยงความผันผวนของอุณหภูมิอย่างมาก

ควรสังเกตว่าด้วยการดูดซับความร้อนจากแหล่งที่มีอุณหภูมิคงที่ เช่น ดินใต้ผิวดิน ระบบเหล่านี้จึงให้ประสิทธิภาพที่คงที่และมีประสิทธิภาพตลอดทั้งปี โดยไม่คำนึงถึงสภาพบรรยากาศ

ประสิทธิภาพของระบบปรับอากาศ

La ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ของระบบปรับอากาศความร้อนใต้พิภพมีความโดดเด่น โดยสามารถทำความเย็นได้สูงสุดถึง 500% และทำความร้อนได้สูงสุดถึง 400% ซึ่งหมายความว่าสำหรับแต่ละหน่วยของพลังงานที่ใช้ สามารถสร้างพลังงานความร้อนได้สูงสุด 5 หน่วยในกรณีของการทำความเย็น

นอกเหนือจากประสิทธิภาพสูงแล้ว ระบบนี้ยังมีข้อได้เปรียบที่ไม่ขึ้นอยู่กับความผันผวนของพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม เนื่องจากโลกเป็นแหล่งความร้อนที่คงที่

การกระจายพลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพกระจายไปทั่วโลก แต่มีความเข้มข้นมากกว่าในบริเวณภูเขาไฟและรอยเลื่อนของเปลือกโลก พื้นที่เช่นชายฝั่งแปซิฟิกในอเมริกาและอินโดนีเซียมีศักยภาพสูง อย่างไรก็ตาม การใช้ประโยชน์สามารถขยายไปยังพื้นที่อื่นๆ ด้วยเทคโนโลยีการขุดเจาะที่ทันสมัย

ข้อดีและข้อเสียของพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ข้อดี:

• มีจำหน่ายทั่วโลก
• ไม่สิ้นสุดในระดับมนุษย์
• พลังงานที่ถูกที่สุดที่รู้จักกันดี

ข้อเสีย:

• อาจเกิดการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์รัส
• การส่งผ่านความร้อนในระยะทางไกลไม่สามารถทำได้
• ต้นทุนการติดตั้งเริ่มต้นสูง

อนาคตของพลังงานความร้อนใต้พิภพ

ศักยภาพความร้อนใต้พิภพของโลกนั้นมีมหาศาล โดยมีพลังงานมากพอที่จะเก็บไว้ใต้ดินเพื่อจ่ายให้กับความต้องการพลังงานของโลกเป็นเวลาหลายล้านปี เมื่อเทคนิคการขุดเจาะก้าวหน้าไป การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพคาดว่าจะแพร่หลายมากขึ้นในกระบวนการทางอุตสาหกรรม การทำความร้อนในอาคาร และการผลิตไฟฟ้า

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น กังหันไร้ใบพัดที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า พลังงานความร้อนใต้พิภพจึงมีอนาคตที่สดใสที่จะกลายเป็นส่วนสำคัญของการจัดหาพลังงานทั่วโลก

ดังนั้น พลังงานความร้อนใต้พิภพไม่เพียงแต่เป็นทางเลือกที่สะอาดและอุดมสมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้เราก้าวไปสู่ความเป็นอิสระด้านพลังงานที่มากขึ้น ในขณะเดียวกันก็ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย