У цій статті ми проаналізуємо підземні сховища теплової енергії з таких аспектів, як їхні характеристики, сценарії використання, розподіл енергії, механізм та принципи роботи.
На основі огляду поточного стану розвитку та використання підземного зберігання теплової енергії у світі, ця стаття підсумовує тенденції розвитку та напрямки досліджень і розробок нових технологій у сфері розвитку та використання підземного зберігання теплової енергії у світі.
Починаючи з розподілу геотермальних ресурсів, використання геотермальної енергії, прямого використання підземних теплових сховищ та підземного зберігання теплової енергії.
</img
1. Що таке підземне зберігання теплової енергії?
Підземні сховища теплової енергії, отриманої з природних джерел у надрах землі, є чистим, відновлюваним джерелом енергії. Порівняно з вітровою енергією, сонячна батарея У порівнянні з тепловою енергією та іншими відновлюваними джерелами енергії, найбільшою перевагою підземних сховищ теплової енергії є стабільне та безперервне виробництво енергії. Звіт Міжнародної організації з відновлюваної енергетики (IRENA) "Вартість виробництва електроенергії з відновлюваних джерел енергії" показує, що з 2007 по 2021 рік споживання енергії при виробництві геотермальної енергії Коефіцієнт використання становить від 70% до 90%.
2. Стан розвитку підземного зберігання теплової енергії
З 2010 року глобальне використання підземних сховищ теплової енергії стрімко зростає. Встановлена потужність та річне використання тепла при прямому використанні геотермальної енергії становить приблизно 108 ГВт та 283 580 ГВт-год відповідно.
Китай тривалий час утримує перше місце у світі з прямого використання підземних сховищ теплової енергії. На системи теплових насосів на основі підземних джерел припадає приблизно 72% і 60% світової встановленої потужності та використання тепла від прямої утилізації геотермальної енергії відповідно.
З 1995 по 2020 рік системи теплових насосів демонстрували експоненціальний тренд зростання приблизно 16% на рік, і очікується, що ця тенденція збережеться і в майбутньому.
Станом на 2020 рік загальна встановлена потужність світової геотермальної енергетики становить 15,9 ГВт, а річне виробництво електроенергії - 73 550 ГВт-год. З 2010 по 2020 рік середньорічні темпи зростання геотермальної енергетики становлять приблизно 41ТП3Т.
3. Розподіл геотермальних ресурсів
Глобальні геотермальні ресурси є великими, але їхній просторовий розподіл вкрай нерівномірний. Високотемпературні геотермальні ресурси в основному розподілені на кордонах дискретних плит і на кордонах плит, що зближуються. Розподіл високотемпературних геотермальних ресурсів, як правило, контролюється тектонічно-тепловим фоном Землі.
Просторовий розподіл пов'язаний з глобальне зберігання енергії межі плит, сейсмічні зони та зони вулканічної активності. Найважливішими особливостями є високі теплові потоки, потужна високотемпературна гідротермальна активність, діючі вулкани та часті землетруси.
Чотири глобальні високотемпературні геотермальні пояси: Тихоокеанський кільцевий пояс, Серединно-Атлантичний хребтовий пояс, Східно-Африканський пояс рифтових долин і Середземноморсько-Гімалайський пояс.
Циркумтихоокеанська геотермальна зона є найбільш поширеною геотермальною зоною у світі і розташована вздовж кордону субдукції/зіткнення між Тихоокеанською, Американською та Євразійською плитами.
Найбільш помітними рисами є високий тепловий потік, молодий орогенез і частий активний вулканізм. Відповідно до географічного розподілу, вона поділяється на три геотермальні підзони: Східно-Тихоокеанський хребет, Західно-Тихоокеанська острівна дуга та Південно-Східний Тихоокеанський шов.
Температура пласта зазвичай становить від 250 до 300°C. Репрезентативними геотермальними родовищами є Гейтерс у США (288°C), Серро-Прієто в Мексиці (388°C), Датун на Тайвані, Китай (293°C), Мацукава в Японії (250°C). ) та філіппінський Бакман (300℃) тощо.
4. Використання геотермальних ресурсів
Геотермальна енергетика є одним з найважливіших способів використання підземних джерел теплової енергії. В даний час основними технологіями виробництва геотермальної енергії є виробництво електроенергії за допомогою протитиску.
Конденсаційне виробництво електроенергії, виробництво електроенергії за рахунок випаровування, дуплексне виробництво електроенергії, виробництво електроенергії за рахунок повного потоку, виробництво електроенергії за рахунок дуплексного випаровування тощо. Метод виробництва електроенергії, що використовується, в основному залежить від місцевих геотермальних ресурсів.
Геотермальна енергетика має сотні років історії. У 1904 році Ладрелло в Тоскані, Італія, вперше використав підземне сховище теплової енергії для приведення в дію невеликого генератора для виробництва електроенергії. Потужність генератора становила 0,55 кВт, що могло забезпечити освітлення для п'яти 100-ватних ламп.
5. Безпосереднє застосування підземних сховищ теплової енергії
Пряме використання підземних сховищ теплової енергії включає геотермальне опалення, геотермальне охолодження, геотермальне сушіння, купання в гарячих джерелах і теплові насоси на основі геотермальних джерел. Після тривалого розвитку пряме використання геотермальних ресурсів еволюціонувало від дрібномасштабного одноцільового використання до великомасштабних проектів комплексного використання.
Наразі понад 80 країн світу використовують підземні сховища теплової енергії безпосередньо для опалення (або охолодження) будівель, а також у промисловості та сільському господарстві. Серед них Ісландія є відомим прикладом ефективного розвитку та використання підземних сховищ теплової енергії.
Незважаючи на те, що країна знаходиться близько до Полярного кола і має низькі температури цілий рік, понад 90% домогосподарств по всій країні використовують геотермальне опалення завдяки багатим геотермальним ресурсам.
6. підземна система зберігання теплової енергії
Підземне зберігання теплової енергії - це енергетична система, яка використовує підземні водоносні горизонти як середовище для зберігання теплової енергії. Вона закачує та видобуває підземну воду з водоносних горизонтів через свердловини для зберігання та відновлення теплової енергії.
Підземне зберігання теплової енергії може компенсувати дисбаланс попиту та пропозиції енергії в часі та просторі, комплексно використовувати різноманітні форми відновлюваної енергії, зменшити залежність від викопного палива, а також стати хорошим рішенням для енергозбереження, скорочення викидів та захисту довкілля. Це також потужний засіб допомогти світу досягти мети "подвійного вуглецю".
7. Класифікація підземних сховищ теплової енергії
Через низьку температуру неглибокі підземні сховища теплової енергії в основному використовуються для опалення та охолодження будівель. Фактичне міжнародне використання неглибоких підземних сховищ теплової енергії систем почалося в середині 20-го століття.
Китай рано розпочав практику використання неглибоких підземних водоносних горизонтів для зберігання тепла. На сьогоднішній день в Китаї побудовано і введено в експлуатацію 6 неглибоких підземних систем зберігання теплової енергії.
В останні роки, з розвитком нових галузей промисловості, методи використання неглибоких підземних сховищ теплової енергії стали більш диверсифікованими. Наразі існують реальні приклади використання неглибоких підземних сховищ теплової енергії в тепличному господарстві та великих центрах обробки даних.
Глибокі підземні сховища теплової енергії можуть зберігати високі температури, деякі з них навіть перевищують 100°C, і можуть використовуватися в основному для виробництва електроенергії та опалення. Дослідження та використання глибоких підземних сховищ теплової енергії розпочалися у 1980-х роках.
В останні роки, зі зростанням попиту на енергію, глибоко під землею зберігання теплової енергії технологія привернула до себе підвищену увагу, а дослідження та інженерна практика щодо технології глибокого підземного зберігання теплової енергії також набувають все більшого значення.
Як величезне природне сховище енергії, геотермальне сховище найкраще підходить для того, щоб взяти на себе функції зберігання енергії та стабільного виробництва теплової енергії в мультиенергетичній комплементарній системі. Він може зберігати енергію вітру, сонячну енергію та інші зберігання відновлюваної енергії для досягнення ефективного та масштабного використання міжсезонного зберігання енергії.
Підвищення ефективності використання відновлюваної енергії та подолання недоліків відновлюваної енергетики, таких як переривчастість і нестабільність.
Водночас, за певних умов, підземні системи зберігання теплової енергії мають більш значні економічні переваги порівняно зі звичайними геотермальними системами. Час повернення інвестицій для типової підземної системи зберігання теплової енергії становить лише від 2 до 10 років.
Термін окупності підземних систем теплопостачання для охолодження ще коротший, оскільки накопичену холодну енергію можна використовувати безпосередньо, без теплового насоса. Згідно з дослідженнями, середній термін служби підземних систем зберігання теплової енергії може сягати від 25 до 50 років.
8. Підсумок
В даний час неглибокі геотермальні ресурси по всьому світу розробляються і використовуються за допомогою технології геотермальних насосів. Ця технологія є однією з найбільш швидкозростаючих технологій відновлюваної енергетики у світі і найбільш швидкозростаючою частиною технології використання геотермальної енергії.
Глибокі високотемпературні гідротермальні системи існують лише в певних геологічних структурних середовищах і є відносно рідкісними, що суттєво обмежує зростання виробництва високотемпературної геотермальної енергії.
Тому слід розробляти різні технології прямого використання геотермальної енергії там, де це дозволяють умови, і впроваджувати комплексне каскадне використання для підвищення ефективності використання геотермальних ресурсів.
Хоча земля є величезним резервуаром тепла, геотермальні ресурси розподілені вкрай нерівномірно. Часто не вистачає придатних для використання геотермальних ресурсів у районах, де є попит, тоді як геотермальні ресурси дуже багаті в районах, де попит невеликий.
Тому, як зберігати цю відпрацьовану енергію і повністю використовувати її, є великою проблемою для геотермальної енергетики і навіть для всієї галузі нової та відновлюваної енергетики. Насправді, великомасштабне міжсезонне зберігання енергії є основною науковою проблемою в енергетичній галузі. Наразі основним доступним методом є гідроакумулювання.
Однак гідроакумулюючі станції стикаються з такими проблемами, як низька ефективність використання енергії та високі вимоги до місця розташування. Існує нагальна потреба у дослідженні нових великомасштабних методів зберігання, технології зберігання енергіїа підземне зберігання теплової енергії відкриває широкі можливості.
+86 - 18925002618
