Este artículo analizará el almacenamiento subterráneo de energía térmica desde aspectos como sus características, escenarios de uso, distribución de energía, mecanismo de funcionamiento y principios.
Basándose en una visión general de la situación actual del desarrollo y la utilización del almacenamiento subterráneo de energía térmica, este artículo resume las tendencias de desarrollo y las direcciones de investigación y desarrollo de nuevas tecnologías para el desarrollo y la utilización del almacenamiento subterráneo de energía térmica.
Partiendo de la distribución de los recursos geotérmicos, la utilización de la generación de energía geotérmica, la utilización directa del almacenamiento térmico subterráneo y el almacenamiento subterráneo de energía térmica .
1. ¿Qué es el almacenamiento subterráneo de energía térmica?
El almacenamiento subterráneo de energía térmica, derivada de fuentes autóctonas del interior de la tierra, es una fuente de energía limpia y renovable. En comparación con la energía eólica, batería solar y otras fuentes de energía renovables, la mayor ventaja del almacenamiento subterráneo de energía térmica es la producción estable y continua de energía. El informe "Renewable Energy Power Generation Cost" de la Organización Internacional de Energías Renovables (IRENA) muestra que de 2007 a 2021, el consumo energético de la generación de energía geotérmica El coeficiente de utilización se sitúa entre 70% y 90%.
2. Estado de desarrollo del almacenamiento subterráneo de energía térmica
Desde 2010, la utilización mundial de almacenamiento subterráneo de energía térmica ha crecido rápidamente. La capacidad instalada y la utilización anual de calor de la utilización geotérmica directa son de aproximadamente 108 GWt y 283.580 GWh, respectivamente.
China mantiene desde hace tiempo el primer puesto mundial en la utilización directa del almacenamiento subterráneo de energía térmica. Los sistemas de bombas de calor geotérmicas representan aproximadamente 72% y 60% de la capacidad mundial instalada y del aprovechamiento térmico de la utilización geotérmica directa, respectivamente.
De 1995 a 2020, los sistemas de bombas de calor mostraron una tendencia de crecimiento exponencial de aproximadamente 16% al año, y se espera que esta tendencia continúe en el futuro.
En 2020, la capacidad total instalada de generación de energía geotérmica mundial es de 15,9GWe, y la generación anual de energía es de 73.550GWh. De 2010 a 2020, la tasa media de crecimiento anual de la generación de energía geotérmica es de aproximadamente 4%.
3. Distribución de los recursos geotérmicos
Los recursos geotérmicos mundiales son abundantes, pero su distribución espacial es extremadamente desigual. Los recursos geotérmicos de alta temperatura se distribuyen principalmente en los límites de placas discretas y en los límites de placas convergentes. La distribución de los recursos geotérmicos de alta temperatura suele estar controlada por el fondo tectónico-térmico de la Tierra.
La distribución espacial está relacionada con almacenamiento mundial de energía límites de placas, zonas sísmicas y zonas volcánicas. Las características más significativas son Hay grandes flujos de calor, fuertes actividades hidrotermales de alta temperatura, volcanes activos y terremotos frecuentes.
Los cuatro cinturones geotérmicos mundiales de alta temperatura son: el Cinturón de la Costa del Pacífico, el Cinturón de la Dorsal Mesoatlántica, el Cinturón del Valle del Rift de África Oriental y el Cinturón Mediterráneo-Himalayo.
La zona geotérmica circumpacífica es la zona geotérmica más extendida del mundo y se distribuye a lo largo del límite de subducción/colisión entre la placa del Pacífico, la placa americana y la placa euroasiática.
Las características más notables son el elevado flujo de calor, la joven orogenia y el frecuente vulcanismo activo. Según su distribución geográfica, se divide a su vez en tres subzonas geotérmicas: la Dorsal del Pacífico Oriental, el Arco Insular del Pacífico Occidental y la Sutura del Pacífico Sudoriental.
La temperatura del yacimiento suele oscilar entre 250 y 300°C. Algunos campos geotérmicos representativos son Gaithers en Estados Unidos (288°C), Cerro Prieto en México (388°C), Datun en Taiwán (China) (293°C) y Matsukawa en Japón (250°C). ) y Buckman en Filipinas (300℃), etc.
4. Aplicación de los recursos geotérmicos
La generación de energía geotérmica es una de las formas más importantes de utilizar el almacenamiento subterráneo de energía térmica. En la actualidad, las principales tecnologías de generación de energía geotérmica incluyen la generación de energía por contrapresión.
Generación de energía por condensación, generación de energía por evaporación flash, generación de energía dúplex, generación de energía de flujo total, generación de energía dúplex flash, etc. El método de generación de energía utilizado depende principalmente de la dotación de recursos geotérmicos locales.
La generación de energía geotérmica tiene una historia de cientos de años. En 1904, Ladrello (Toscana, Italia) utilizó por primera vez el almacenamiento subterráneo de energía térmica para accionar un pequeño generador y generar electricidad. La potencia generada era de 0,55 kW, lo que podía proporcionar energía de iluminación para cinco lámparas de 100 W.
5. Aplicación directa del almacenamiento subterráneo de energía térmica
La utilización directa del almacenamiento subterráneo de energía térmica incluye la calefacción geotérmica, la refrigeración geotérmica, el secado geotérmico, los baños termales y las bombas de calor geotérmicas. Tras un largo desarrollo, la utilización directa de los recursos geotérmicos ha evolucionado desde la utilización a pequeña escala con un único propósito hasta proyectos de utilización integral a gran escala.
En la actualidad, más de 80 países de todo el mundo utilizan el almacenamiento subterráneo de energía térmica directamente para la calefacción (o refrigeración) de edificios o para la industria y la agricultura. Entre ellos, Islandia es un ejemplo bien conocido de desarrollo y utilización eficientes del almacenamiento subterráneo de energía térmica.
Aunque está cerca del Círculo Polar Ártico y tiene temperaturas bajas todo el año, más de 90% de los hogares del país utilizan calefacción geotérmica debido a sus abundantes recursos geotérmicos.
6. sistema subterráneo de almacenamiento de energía térmica
El almacenamiento subterráneo de energía térmica es un sistema energético que utiliza los acuíferos subterráneos como medio para almacenar energía térmica. Inyecta y extrae agua subterránea de los acuíferos a través de pozos de agua subterránea para almacenar y recuperar energía térmica.
El almacenamiento subterráneo de energía térmica puede compensar el desequilibrio entre la oferta y la demanda de energía en la distribución espacio-temporal, utilizar de forma integral diversas formas de energía renovable, reducir la dependencia de los combustibles fósiles y ofrecer una buena solución para la conservación de la energía, la reducción de emisiones y la protección del medio ambiente. También es un poderoso medio para ayudar al mundo a alcanzar el objetivo de "doble carbono".
7. Clasificación del almacenamiento subterráneo de energía térmica
Debido a su baja temperatura, el almacenamiento de energía térmica subterránea a poca profundidad se utiliza principalmente para la calefacción y la refrigeración de edificios. El uso internacional real del almacenamiento subterráneo poco profundo de energía térmica comenzaron a mediados del siglo XX.
China se ha iniciado pronto en la práctica del uso de acuíferos subterráneos poco profundos para el almacenamiento de calor. Hasta ahora, se han construido y puesto en funcionamiento en China un total de 6 sistemas de almacenamiento de energía térmica subterránea poco profunda.
En los últimos años, con el desarrollo de las industrias emergentes, los métodos de utilización del almacenamiento subterráneo de energía térmica a poca profundidad se han diversificado. En la actualidad, existen casos reales de uso del almacenamiento subterráneo de energía térmica a poca profundidad en la agricultura de invernadero y en grandes centros de datos.
El almacenamiento subterráneo profundo de energía térmica puede almacenar altas temperaturas, algunas incluso superiores a los 100°C, y puede utilizarse principalmente para la generación de electricidad y la calefacción. La investigación y utilización del almacenamiento subterráneo profundo de energía térmica comenzó en la década de 1980.
En los últimos años, con la creciente demanda de energía, el subsuelo profundo almacenamiento de energía térmica ha recibido una atención renovada, y la investigación y la práctica de ingeniería sobre la tecnología de almacenamiento de energía térmica en el subsuelo profundo también han adquirido cada vez más importancia.
Como enorme almacén natural de energía, el almacenamiento geotérmico es el más adecuado para asumir las funciones de almacenamiento de energía y producción estable de energía térmica en un sistema complementario multienergético. Puede ahorrar energía eólica, energía solar y otras almacenamiento de energía renovable para lograr una utilización eficiente y a gran escala del almacenamiento de energía entre estaciones.
Mejorar la eficiencia de utilización de las energías renovables y superar sus deficiencias, como la intermitencia y la inestabilidad.
Al mismo tiempo, en determinadas condiciones, los sistemas subterráneos de almacenamiento de energía térmica presentan ventajas económicas más significativas que los sistemas geotérmicos ordinarios. El tiempo de retorno de la inversión de un sistema típico de almacenamiento subterráneo de energía térmica es de sólo 2 a 10 años.
El plazo de amortización de los sistemas subterráneos de energía térmica para refrigeración es aún más corto porque la energía fría almacenada puede utilizarse directamente sin necesidad de una bomba de calor. Según los informes de investigación, la vida útil media de los sistemas subterráneos de almacenamiento de energía térmica puede alcanzar entre 25 y 50 años.
8. Resumen
En la actualidad, los recursos geotérmicos poco profundos de todo el mundo se desarrollan y utilizan mediante la tecnología de bombas geotérmicas. Esta tecnología es una de las tecnologías de energía renovable de más rápido crecimiento en el mundo y la parte de la tecnología de utilización geotérmica de más rápido crecimiento.
Los sistemas hidrotermales profundos de alta temperatura sólo existen en entornos estructurales geológicos específicos y son relativamente escasos, lo que restringe gravemente el crecimiento de la generación de energía geotérmica de alta temperatura.
Por lo tanto, deben desarrollarse diversas tecnologías de utilización geotérmica directa en las zonas donde las condiciones lo permitan, y debe adoptarse la utilización integral en cascada para mejorar la eficiencia de utilización de los recursos geotérmicos.
Aunque la Tierra es un enorme depósito de calor, los recursos geotérmicos están distribuidos de forma muy desigual. A menudo no hay suficientes recursos geotérmicos explotables en zonas donde hay demanda, mientras que los recursos geotérmicos son muy abundantes en zonas donde la demanda es pequeña.
Por lo tanto, cómo almacenar esta energía residual y aprovecharla al máximo es un gran problema en el campo geotérmico e incluso en todo el campo de las energías nuevas y renovables. De hecho, el almacenamiento de energía a gran escala entre estaciones es una cuestión científica de primer orden en la industria energética. Actualmente, el principal método disponible es el almacenamiento hidráulico por bombeo.
Sin embargo, el almacenamiento hidroeléctrico por bombeo se enfrenta a problemas como la baja eficiencia de utilización de la energía y los elevados requisitos del emplazamiento. Urge explorar nuevos métodos de almacenamiento a gran escala, tecnologías de almacenamiento de energíay el almacenamiento subterráneo de energía térmica ofrece grandes posibilidades.
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