พลังงานความร้อนใต้พิภพ: ประวัติศาสตร์ การใช้ประโยชน์ และอนาคต

แน่นอนว่าคุณคงรู้ว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพโดยทั่วไปคืออะไร แต่ คุณรู้พื้นฐานทั้งหมดเกี่ยวกับพลังงานนี้หรือไม่? โดยทั่วไปแล้วเราจะบอกว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้น พลังงานความร้อนจากภายในโลก กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนเพียงแหล่งเดียวที่ไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ เราอาจกล่าวได้ว่าพลังงานนี้ไม่ใช่พลังงานหมุนเวียนเช่นนี้ การต่ออายุไม่สิ้นสุดแม้ว่ามันจะยังอยู่ก็ตาม ไม่สิ้นสุดในระดับมนุษย์ดังนั้นจึงถือเป็นการหมุนเวียนเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ

แหล่งกำเนิดความร้อนภายในโลก

ความร้อนภายในโลกมีสาเหตุหลักมาจาก การสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียม 238 ทอเรียม 232 และโพแทสเซียม 40 ธาตุเหล่านี้จะสลายตัวอยู่ตลอดเวลาและปล่อยพลังงานความร้อนออกมาในกระบวนการ ปัจจัยที่สำคัญอีกประการหนึ่งก็คือ การชนกันของแผ่นเปลือกโลกซึ่งปล่อยความร้อนเนื่องจากการเคลื่อนไหวและการเสียดสี ในบางภูมิภาค ความร้อนใต้พิภพจะเข้มข้นมากขึ้น เช่น พื้นที่ใกล้เคียง ภูเขาไฟ กระแสแม็กมา ไกเซอร์ และน้ำพุร้อน- ช่วยให้ใช้พลังงานได้ง่ายขึ้น

การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกนำมาใช้มานานกว่า 2.000 ปี โดยชาวโรมันเป็นผู้บุกเบิกการใช้บ่อน้ำพุร้อนเพื่อ อ่างน้ำร้อนและเครื่องทำความร้อน- ในยุคหลังนี้มีการใช้เพื่อ การทำความร้อนในอาคาร โรงเรือน และการผลิตไฟฟ้า- แหล่งสะสมพลังงานความร้อนใต้พิภพมีสามประเภท:

• อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิสูง
• อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำ
• อ่างเก็บน้ำหินร้อนแห้ง

อ่างเก็บน้ำที่มีอุณหภูมิสูง

ถือเป็นการฝากของ อุณหภูมิสูง เมื่อน้ำใต้ดินในอ่างเก็บน้ำมีอุณหภูมิสูงกว่า 100°C เนื่องจากอยู่ใกล้แหล่งความร้อนที่ทำงานอยู่ เพื่อดึงความร้อนออกจากดินใต้ผิวดิน สภาพทางธรณีวิทยาจะต้องเอื้ออำนวยให้เกิดการมีอยู่ของ อ่างเก็บน้ำความร้อนใต้พิภพซึ่งทำงานคล้ายกับแหล่งเก็บน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติน้ำอุ่น ผ่านหินเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะลอยขึ้นสู่พื้นผิวจนกระทั่งถึงแหล่งกักเก็บความร้อนใต้พิภพที่ถูกกักขังโดยชั้นที่ผ่านไม่ได้ อย่างไรก็ตาม หากมีรอยแตกร้าวในชั้นที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ ไอน้ำหรือน้ำร้อนอาจลอยขึ้นมาได้ ปรากฏบนพื้นผิวเป็นน้ำพุร้อนหรือไกเซอร์- แหล่งความร้อนเหล่านี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์มาตั้งแต่สมัยโบราณ และปัจจุบันถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนและกระบวนการทางอุตสาหกรรม

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

ระบบนี้ยังสามารถใช้ได้ในฤดูร้อน โดยเก็บความร้อนไว้ใต้ดินที่ 40°C ข้อเสียเปรียบหลักคือจำเป็นต้องใช้พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ในการฝังวงจรด้านนอก แต่ข้อดีหลักคือ การประหยัดพลังงานและความคล่องตัว ใช้ได้ทั้งทำความร้อนและความเย็น

ปั๊มความร้อนใต้พิภพ

องค์ประกอบสำคัญในระบบประเภทนี้คือ ปั๊มความร้อน- เครื่องจักรอุณหพลศาสตร์นี้มีพื้นฐานการทำงานบน วงจร Carnotนำมาจากก๊าซที่ทำหน้าที่เป็นตัวพาความร้อนระหว่างสองแหล่ง แหล่งหนึ่งมีอุณหภูมิต่ำและอีกแหล่งมีอุณหภูมิสูง

ปั๊มนี้สามารถดึงความร้อนจากพื้นดินได้ที่อุณหภูมิ 15°C และเพิ่มอุณหภูมิเพื่อให้ความร้อนแก่อากาศในวงจรภายใน ทำให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงกว่าระบบปรับอากาศทั่วไปมาก

แลกเปลี่ยนวงจรกับโลก

เราสามารถแยกแยะระหว่างระบบการแลกเปลี่ยนด้วย ผิวน้ำซึ่งมีราคาถูกกว่าแต่ถูกจำกัดทางภูมิศาสตร์ และการแลกเปลี่ยนกับกราวด์ซึ่งอาจเป็นโดยตรงหรือผ่านวงจรเสริม

• 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