В этой статье мы проанализируем подземные хранилища тепловой энергии с точки зрения их характеристик, сценариев использования, распределения энергии, механизмов и принципов работы.
На основе обзора текущего состояния глобальной разработки и использования подземных хранилищ тепловой энергии в данной статье обобщаются тенденции развития и направления исследований и разработок новых технологий в области разработки и использования глобальных подземных хранилищ тепловой энергии
Начиная с распределения геотермальных ресурсов, использования геотермальной генерации, прямого использования подземных тепловых хранилищ и подземного хранения тепловой энергии.
1. Что такое подземное хранение тепловой энергии?
Подземные накопители тепловой энергии, получаемые из коренных источников в недрах земли, являются чистым, возобновляемым источником энергии. По сравнению с энергией ветра, солнечная батарея энергии и других возобновляемых источников энергии, самым большим преимуществом подземного хранения тепловой энергии является стабильная и непрерывная выработка энергии. Отчет Международной организации по возобновляемым источникам энергии (IRENA) "Стоимость производства электроэнергии из возобновляемых источников" показывает, что с 2007 по 2021 год потребление энергии геотермальной генерацией Коэффициент использования составляет от 70% до 90%.
2. Состояние разработки подземных накопителей тепловой энергии
Начиная с 2010 года, глобальное использование подземных накопителей тепловой энергии быстро растет. Установленная мощность и годовое использование тепла геотермальной системы прямого использования составляют примерно 108 ГВт и 283 580 ГВт-ч соответственно.
Китай уже давно занимает первое место в мире по прямому использованию подземных накопителей тепловой энергии. На долю систем тепловых насосов с подземным источником тепла приходится примерно 72% и 60% от общемировой установленной мощности и тепловой мощности прямого использования геотермальной энергии соответственно.
В период с 1995 по 2020 год системы тепловых насосов демонстрировали экспоненциальный рост примерно на 16% в год, и ожидается, что эта тенденция сохранится и в будущем.
К 2020 году общая установленная мощность мировой геотермальной энергетики составит 15,9 ГВт, а годовая выработка электроэнергии - 73 550 ГВт-ч. С 2010 по 2020 год среднегодовые темпы роста геотермальной генерации составят около 4%.
3. Распределение геотермальных ресурсов
Мировые геотермальные ресурсы многочисленны, но их пространственное распределение крайне неравномерно. Высокотемпературные геотермальные ресурсы в основном распределены на дискретных границах плит и границах конвергентных плит. Распределение высокотемпературных геотермальных ресурсов в целом контролируется тектонико-термическим фоном Земли.
Пространственное распределение связано с глобальное хранение энергии границы плит, сейсмические зоны и вулканические зоны. Наиболее значимые особенности: сильные тепловые потоки, мощная высокотемпературная гидротермальная деятельность, активные вулканы и частые землетрясения.
Четыре глобальных высокотемпературных геотермальных пояса: пояс Тихоокеанского кольца, пояс Срединно-Атлантического хребта, пояс Восточно-Африканской рифтовой долины и Средиземноморско-Гималайский пояс.
Околотихоокеанская геотермальная зона - самая широко распространенная геотермальная зона в мире, расположенная вдоль границы субдукции/коллизии между Тихоокеанской, Американской и Евразийской плитами.
Наиболее заметными особенностями являются высокий тепловой поток, молодой орогенизм и частый активный вулканизм. В соответствии с географическим распределением он подразделяется на три геотермальные подзоны: Восточно-Тихоокеанский хребет, Западно-Тихоокеанская островная дуга и Юго-Восточный тихоокеанский шов.
Температура пласта обычно составляет от 250 до 300°C. К числу репрезентативных геотермальных месторождений относятся Гейтерс в США (288°C), Серро-Прието в Мексике (388°C), Датун на Тайване (Китай) (293°C) и Мацукава в Японии (250°C). ) и филиппинский Бакман (300℃) и т.д.
4. Применение геотермальных ресурсов
Геотермальная энергетика - один из важнейших способов использования подземных хранилищ тепловой энергии. В настоящее время основные технологии производства геотермальной энергии включают в себя производство энергии с противодавлением.
Конденсационная выработка электроэнергии, выработка электроэнергии методом мгновенного испарения, дуплексная выработка электроэнергии, полнопоточная выработка электроэнергии, дуплексная выработка электроэнергии и т.д. Используемый метод выработки электроэнергии в основном зависит от местных геотермальных ресурсов.
История геотермальной энергетики насчитывает сотни лет. В 1904 году в Ладрелло в Тоскане, Италия, впервые использовали подземное хранилище тепловой энергии для привода небольшого генератора, вырабатывающего электричество. Вырабатываемая мощность составляла 0,55 кВт, что позволяло обеспечить освещение для пяти 100-ваттных ламп.
5. Прямое применение подземных накопителей тепловой энергии
Прямое использование подземных накопителей тепловой энергии включает в себя геотермальное отопление, геотермальное охлаждение, геотермальную сушку, купание в горячих источниках и тепловые насосы с грунтовым источником. После длительного развития прямое использование геотермальных ресурсов превратилось из мелкомасштабного одноцелевого использования в крупномасштабные проекты комплексного использования.
В настоящее время более 80 стран мира используют подземные накопители тепловой энергии непосредственно для отопления (или охлаждения) зданий, а также в промышленности и сельском хозяйстве. Среди них Исландия является известным примером эффективного развития и использования подземных хранилищ тепловой энергии.
Несмотря на то, что страна находится недалеко от Полярного круга и круглый год имеет низкие температуры, более 90% домохозяйств по всей стране используют геотермальное отопление благодаря богатым геотермальным ресурсам.
6. подземная система хранения тепловой энергии
Подземное хранение тепловой энергии - это энергетическая система, использующая подземные водоносные горизонты в качестве среды для хранения тепловой энергии. Она закачивает и извлекает подземные воды из водоносных горизонтов через подземные скважины для хранения и извлечения тепловой энергии.
Подземное хранение тепловой энергии может компенсировать дисбаланс спроса и предложения энергии при распределении во времени и пространстве, комплексно использовать различные виды возобновляемой энергии, снизить зависимость от ископаемого топлива и обеспечить хорошее решение для энергосбережения, сокращения выбросов и защиты окружающей среды. Это также мощное средство, помогающее миру достичь цели "двойного углерода".
7. Классификация подземных накопителей тепловой энергии
Из-за низкой температуры подземные тепловые аккумуляторы используются в основном для отопления и охлаждения зданий. Фактическое международное использование неглубоких подземных хранилищ тепловой энергии Системы начали создаваться в середине XX века.
Китай рано начал использовать неглубокие подземные водоносные горизонты для хранения тепла. К настоящему времени в Китае построено и введено в эксплуатацию в общей сложности 6 неглубоких подземных систем хранения тепловой энергии.
В последние годы, с развитием новых отраслей промышленности, методы использования неглубоких подземных хранилищ тепловой энергии становятся все более разнообразными. В настоящее время существуют реальные примеры использования неглубоких подземных хранилищ тепловой энергии в тепличном сельском хозяйстве и крупных центрах обработки данных.
Глубокие подземные хранилища тепловой энергии могут хранить высокие температуры, некоторые из которых даже превышают 100°C, и могут использоваться в основном для производства электроэнергии и отопления. Исследования и использование глубоких подземных хранилищ тепловой энергии начались в 1980-х годах.
В последние годы, с ростом спроса на энергию, глубокие подземные хранение тепловой энергии технологии уделяется повышенное внимание, а исследования и инженерная практика в области технологии глубокого подземного хранения тепловой энергии также приобретают все большее значение.
Являясь огромным природным накопителем энергии, геотермальное хранилище наиболее подходит для выполнения функций хранения энергии и стабильной выработки тепловой энергии в мультиэнергетической системе, дополняющей друг друга. Оно может сохранять энергию ветра, солнечную энергию и другие хранение возобновляемой энергии источников для эффективного и масштабного использования межсезонных накопителей энергии.
Повысить эффективность использования возобновляемых источников энергии и преодолеть такие их недостатки, как непостоянство и нестабильность.
В то же время при определенных условиях подземные системы аккумулирования тепловой энергии имеют более значительные экономические преимущества по сравнению с обычными геотермальными системами. Срок окупаемости инвестиций в типичную систему подземного хранения тепловой энергии составляет всего от 2 до 10 лет.
Срок окупаемости подземных систем тепловой энергии для охлаждения еще короче, поскольку накопленная холодная энергия может быть использована напрямую, без использования теплового насоса. По данным исследований, средний срок службы подземных систем хранения тепловой энергии может достигать 25-50 лет.
8. Резюме
В настоящее время неглубокие геотермальные ресурсы по всему миру разрабатываются и используются с помощью технологии геотермальных насосов. Эта технология является одной из самых быстроразвивающихся технологий использования возобновляемых источников энергии в мире и самой быстроразвивающейся частью технологии использования геотермальных ресурсов.
Глубинные высокотемпературные гидротермальные системы существуют только в определенных геологических структурных средах и являются относительно мало распространенными, что существенно ограничивает рост производства высокотемпературной геотермальной энергии.
Поэтому в тех районах, где позволяют условия, следует развивать различные технологии прямого использования геотермальных ресурсов, а для повышения эффективности использования геотермальных ресурсов следует применять комплексное каскадное использование.
Несмотря на то, что Земля является огромным резервуаром тепла, геотермальные ресурсы распределены крайне неравномерно. Часто в районах, где есть спрос, геотермальных ресурсов недостаточно, а в районах, где спрос невелик, геотермальных ресурсов очень много.
Поэтому вопрос о том, как хранить эту энергию и использовать ее в полной мере, является важной проблемой в геотермальной области и даже во всей области новых и возобновляемых источников энергии. На самом деле, крупномасштабное межсезонное хранение энергии является важной научной проблемой в энергетической отрасли. В настоящее время основным доступным методом является насосное гидроаккумулирование.
Однако насосные гидроаккумуляторы сталкиваются с такими проблемами, как низкая эффективность использования энергии и высокие требования к месту установки. Существует острая необходимость в изучении новых крупномасштабных методов хранения энергии, технологии хранения энергииПодземное хранение тепловой энергии открывает широкие возможности.
+86 - 18925002618
