Cet article analyse le stockage souterrain de l'énergie thermique sous l'angle de ses caractéristiques, des scénarios d'utilisation, de la distribution de l'énergie, des mécanismes et des principes de fonctionnement.
Sur la base d'une vue d'ensemble de la situation actuelle du développement et de l'utilisation du stockage souterrain de l'énergie thermique, cet article résume les tendances de développement et les orientations de la recherche et du développement des nouvelles technologies dans le domaine du stockage souterrain de l'énergie thermique.
En commençant par la distribution des ressources géothermiques, l'utilisation de la production d'énergie géothermique, l'utilisation directe du stockage thermique souterrain et le stockage de l'énergie thermique souterraine.
1. Qu'est-ce que le stockage souterrain de l'énergie thermique ?
Le stockage de l'énergie thermique souterraine, dérivée des sources indigènes de la terre, est une source d'énergie propre et renouvelable. Comparé à l'énergie éolienne, batterie solaire et d'autres sources d'énergie renouvelables, le principal avantage du stockage souterrain de l'énergie thermique est la production stable et continue d'énergie. Le rapport "Renewable Energy Power Generation Cost" de l'Organisation internationale des énergies renouvelables (IRENA) montre qu'entre 2007 et 2021, la consommation d'énergie de la production d'énergie géothermique Le coefficient d'utilisation est compris entre 70% et 90%.
2. État du développement du stockage souterrain de l'énergie thermique
Depuis 2010, l'utilisation du stockage souterrain de l'énergie thermique a connu une croissance rapide. La capacité installée et l'utilisation annuelle de chaleur de l'utilisation directe de la géothermie sont respectivement d'environ 108 GWt et 283 580 GWh.
La Chine occupe depuis longtemps la première place mondiale dans l'utilisation directe du stockage de l'énergie thermique souterraine. Les systèmes de pompes à chaleur géothermiques représentent respectivement environ 72% et 60% de la capacité installée mondiale et de l'utilisation de la chaleur de l'utilisation géothermique directe.
De 1995 à 2020, les systèmes de pompes à chaleur ont connu une croissance exponentielle d'environ 16% par an, et cette tendance devrait se poursuivre à l'avenir.
En 2020, la capacité totale installée de production d'énergie géothermique dans le monde sera de 15,9 GWe, et la production annuelle d'énergie de 73 550 GWh. Entre 2010 et 2020, le taux de croissance annuel moyen de la production d'énergie géothermique est d'environ 4%.
3. Répartition des ressources géothermiques
Les ressources géothermiques mondiales sont abondantes, mais leur répartition spatiale est extrêmement inégale. Les ressources géothermiques à haute température sont principalement réparties au niveau des limites de plaques discrètes et des limites de plaques convergentes. La distribution des ressources géothermiques à haute température est généralement contrôlée par le contexte tectonique-thermique de la terre.
La distribution spatiale est liée à stockage mondial de l'énergie des frontières de plaques, des zones sismiques et des zones volcaniques. Les caractéristiques les plus significatives sont des flux de chaleur importants, de fortes activités hydrothermales à haute température, des volcans actifs et des tremblements de terre fréquents.
Les quatre ceintures géothermiques mondiales à haute température sont : la ceinture du Pacifique, la ceinture de la dorsale médio-atlantique, la ceinture du rift est-africain et la ceinture méditerranéenne-himalayenne.
La zone géothermique circum-Pacifique est la zone géothermique la plus étendue au monde et se trouve le long de la limite de subduction/collision entre la plaque pacifique, la plaque américaine et la plaque eurasienne.
Les caractéristiques les plus notables sont un flux thermique élevé, une orogenèse jeune et un volcanisme actif fréquent. Selon la répartition géographique, elle est divisée en trois sous-zones géothermiques : la dorsale du Pacifique Est, l'arc insulaire du Pacifique Ouest et la suture du Pacifique Sud-Est.
La température du réservoir se situe généralement entre 250 et 300°C. Parmi les champs géothermiques représentatifs, on peut citer Gaithers aux États-Unis (288°C), Cerro Prieto au Mexique (388°C), Datun à Taïwan en Chine (293°C) et Matsukawa au Japon (250°C). ) et Philippine Buckman (300℃), etc.
4. Application des ressources géothermiques
La production d'énergie géothermique est l'un des moyens les plus importants d'utiliser le stockage de l'énergie thermique souterraine. À l'heure actuelle, les principales technologies de production d'énergie géothermique comprennent la production d'énergie par contre-pression.
Production d'électricité par condensation, production d'électricité par évaporation flash, production d'électricité duplex, production d'électricité à flux complet, production d'électricité duplex flash, etc. La méthode de production d'énergie utilisée dépend principalement des ressources géothermiques locales.
La production d'énergie géothermique a une histoire vieille de plusieurs centaines d'années. En 1904, Ladrello, en Toscane (Italie), a utilisé pour la première fois le stockage souterrain de l'énergie thermique pour actionner un petit générateur afin de produire de l'électricité. La puissance générée était de 0,55 kW, ce qui permettait d'éclairer cinq lampes de 100 W.
5. Application directe du stockage souterrain de l'énergie thermique
L'utilisation directe du stockage de l'énergie thermique souterraine comprend le chauffage géothermique, le refroidissement géothermique, le séchage géothermique, les bains de source chaude et les pompes à chaleur géothermiques. Après un développement à long terme, l'utilisation directe des ressources géothermiques est passée d'une utilisation à petite échelle et à but unique à des projets d'utilisation globale à grande échelle.
Actuellement, plus de 80 pays dans le monde utilisent le stockage souterrain de l'énergie thermique directement pour le chauffage (ou le refroidissement) des bâtiments ou pour l'industrie et l'agriculture. Parmi eux, l'Islande est un exemple bien connu de développement et d'utilisation efficaces du stockage souterrain de l'énergie thermique.
Bien qu'elle soit proche du cercle arctique et que ses températures soient basses toute l'année, plus de 90% des ménages du pays utilisent le chauffage géothermique en raison de l'abondance de ses ressources géothermiques.
6. Système de stockage souterrain de l'énergie thermique
Le stockage souterrain de l'énergie thermique est un système énergétique qui utilise les aquifères souterrains comme moyen de stockage de l'énergie thermique. Il injecte et extrait l'eau souterraine des aquifères par le biais de puits d'eau souterraine afin de stocker et de récupérer l'énergie thermique.
Le stockage souterrain de l'énergie thermique peut compenser le déséquilibre entre l'offre et la demande d'énergie dans la distribution du temps et de l'espace, utiliser de manière globale une variété de formes d'énergie renouvelable, réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles et fournir une bonne solution pour la conservation de l'énergie, la réduction des émissions et la protection de l'environnement. Il s'agit également d'un moyen puissant d'aider le monde à atteindre l'objectif de la "double émission de carbone".
7. Classification du stockage souterrain de l'énergie thermique
En raison de sa faible température, le stockage d'énergie thermique en sous-sol peu profond est principalement utilisé pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments. L'utilisation internationale actuelle du stockage de l'énergie thermique dans le sous-sol peu profond a débuté au milieu du 20e siècle.
La Chine a commencé très tôt à utiliser les aquifères souterrains peu profonds pour le stockage de la chaleur. À l'heure actuelle, six systèmes de stockage d'énergie thermique souterraine à faible profondeur ont été construits et mis en service en Chine.
Ces dernières années, avec le développement des industries émergentes, les méthodes d'utilisation du stockage de l'énergie thermique dans le sous-sol se sont diversifiées. Actuellement, il existe des cas réels d'utilisation du stockage d'énergie thermique en sous-sol dans l'agriculture sous serre et dans les grands centres de données.
Le stockage de l'énergie thermique en profondeur peut stocker des températures élevées, certaines dépassant même 100°C, et peut être principalement utilisé pour la production d'électricité et le chauffage. La recherche et l'utilisation du stockage de l'énergie thermique en profondeur ont commencé dans les années 1980.
Ces dernières années, avec l'augmentation de la demande d'énergie, les mines souterraines sont devenues de plus en plus importantes. stockage de l'énergie thermique a bénéficié d'un regain d'attention, et la recherche et les pratiques d'ingénierie sur la technologie de stockage de l'énergie thermique en profondeur sont également devenues de plus en plus importantes.
En tant qu'énorme réservoir d'énergie naturelle, le stockage géothermique est le mieux adapté pour assumer les fonctions de stockage d'énergie et de production d'énergie thermique stable dans un système complémentaire multi-énergie. Il permet d'économiser l'énergie éolienne, l'énergie solaire et d'autres sources d'énergie. stockage des énergies renouvelables afin de parvenir à une utilisation efficace et à grande échelle du stockage d'énergie intersaisonnier.
Améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie renouvelable et surmonter les défauts de l'énergie renouvelable tels que l'intermittence et l'instabilité.
En même temps, dans certaines conditions, les systèmes de stockage d'énergie thermique souterrains présentent des avantages économiques plus importants que les systèmes géothermiques ordinaires. Le temps de retour sur investissement d'un système de stockage d'énergie thermique souterrain typique n'est que de 2 à 10 ans.
Le délai d'amortissement des systèmes d'énergie thermique souterraine pour le refroidissement est encore plus court car l'énergie froide stockée peut être utilisée directement sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une pompe à chaleur. Selon des rapports de recherche, la durée de vie moyenne des systèmes de stockage d'énergie thermique souterrains peut atteindre 25 à 50 ans.
8. Résumé
Actuellement, les ressources géothermiques peu profondes du monde entier sont développées et utilisées grâce à la technologie des pompes géothermiques. Cette technologie est l'une des technologies d'énergie renouvelable qui se développe le plus rapidement dans le monde et la partie de la technologie d'utilisation de la géothermie qui se développe le plus rapidement.
Les systèmes hydrothermaux profonds à haute température n'existent que dans des environnements structurels géologiques spécifiques et sont relativement rares, ce qui limite considérablement la croissance de la production d'énergie géothermique à haute température.
Par conséquent, diverses technologies d'utilisation directe de la géothermie devraient être développées dans les zones où les conditions le permettent, et une utilisation en cascade globale devrait être adoptée pour améliorer l'efficacité de l'utilisation des ressources géothermiques.
Bien que la terre soit un immense réservoir de chaleur, les ressources géothermiques sont extrêmement inégalement réparties. Souvent, il n'y a pas assez de ressources géothermiques exploitables dans les zones où il y a une demande, alors que les ressources géothermiques sont très abondantes dans les zones où la demande est faible.
Par conséquent, la manière de stocker cette énergie perdue et de l'utiliser pleinement est une question importante dans le domaine de la géothermie et même dans l'ensemble du domaine des énergies nouvelles et renouvelables. En fait, le stockage à grande échelle de l'énergie intersaisonnière est une question scientifique majeure dans l'industrie de l'énergie. Actuellement, la principale méthode disponible est le stockage par pompage.
Cependant, le pompage-turbinage est confronté à des problèmes tels qu'une faible efficacité d'utilisation de l'énergie et des exigences élevées en matière de site. Il est urgent d'explorer de nouvelles méthodes de stockage à grande échelle, technologies de stockage de l'énergieLe stockage de l'énergie thermique souterraine offre de grandes possibilités.
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