Geothermie – Erwärmung aus dem Erdkern

Systeme auf Basis von Geothermie nutzen die unbegrenzten Energiemengen, die tief unter der Erdoberfläche als Wärme im Wasser gespeichert sind. Das prominenteste und anschaulichste Beispiel dafür ist “Geysire” und "Heiße Quellen" große Säulen aus sehr heißem Wasser, Dampf und Gasen werden auf spektakuläre Weise hoch in die Luft geschleudert. Geothermie ist eine weitere erneuerbare Energiequelle, da sie die immense und grenzenlose natürliche Wärme nutzt, die tief im Erdkern gespeichert ist.

Tatsächlich ist das Wort “Geothermal” kommt aus der Kombination der beiden griechischen Wörter Geo, was „Erde“ bedeutet, und Therme, was „Wärme“ bedeutet, mit dem resultierenden Wort „Geothermie“. bedeutet eigentlich „von der Erde erzeugte Wärme“. Dann wird der Ausdruck “Geothermal Energy” bedeutet wörtlich „von der Erde erzeugte Wärmeenergie“. Sobald Erdwärme verfügbar ist, kann sie entweder direkt oder indirekt als alternative Energiequelle zum Heizen und Kühlen unserer Häuser genutzt werden.

Wie funktioniert Erdwärme

Natürliche Erdwärmequelle

Geothermieist eine alternative natürliche Energiequelle, die auf unterirdischen Heißwasserquellen basiert, da sie ihre Wärme aus dem Erdkern bezieht. Die Hitze aus dem Kern ist extrem heiß und stark genug, um Gestein zu einer heißen Flüssigkeit innerhalb der Erde namens Magma zu schmelzen, und es ist dieses flüssige Magma, das wir jetzt Lava nennen, sobald wir an der Oberfläche sehen, wie es aus den Gipfeln des Vulkans herausströmt ;s. Das Magma kühlt ab, je näher es der Erdoberfläche kommt, und bildet einen festen Mantel, der den Kern umgibt.

Wir gehen vom Zentrum aus weiter nach oben, bis wir schließlich die Oberfläche des Planeten selbst und den äußeren Kern, die Erdkruste, erreichen. Diese Fülle an Wärme nutzen wir als Geothermie, da die Nutzung dieser Wärme als umweltfreundlich, kostenlos, umweltfreundlich und erneuerbar gilt, da ein konstanter irdischer Wärmefluss vom inneren Kern zur Erdoberfläche stattfindet.

Obwohl die obere Schicht der Erdkruste nahe der Oberfläche nicht sehr heiß ist, wird es tiefer unter der Erde aufgrund der Wärmeleitung vom Erdkern viel heißer. Wasser aus dem Regen oder den Ozeanen sickert durch geologische Löcher, Risse und Verwerfungen in der Erdkruste und absorbiert Wärme, während es durch die heißen Felsen darunter wandert.

Als Ergebnis wird das Wasser überhitzt durch die immensen Temperaturen und Drücke in nur wenigen hundert Metern Tiefe, die unter Druck als Geysire und heiße Quellen wieder an die Erdoberfläche auftauchen. Dieses Wasser ist heiß genug, um es zum Kochen, Baden oder Heizen unserer Häuser zu verwenden. Manchmal ist dieses “geothermische heiße Wasser” wird in unterirdischen Hohlräumen eingeschlossen, kann die Oberfläche nicht erreichen und bildet geothermische Reservoirs.

Die durchschnittliche geothermische Wärmequelle direkt unter der Erdoberfläche (normalerweise 2 bis 3 m) weicht nie weit von 50 bis 70oF (10 bis 21oC) ab und kann direkt zum Heizen von Gebäuden oder zum Vorheizen von konventionellen Hochtemperaturen verwendet werden Energievorräte. An bestimmten Orten, zum Beispiel in der Nähe von Geysiren, heißen Quellen und vulkanischen Gebieten, treten jedoch erhöhte Temperaturgradienten aufgrund der Formation des Bodens auf, der erhebliche geothermische Ressourcen bereitstellt, die um ein Vielfaches heißer sind als an anderen solchen Orten.

Außerdem sind die Temperaturen viel tiefer unter der Erdoberfläche heiß genug, um Wasser in überhitztes heißes Wasser und Dampf umzuwandeln. Dann können geothermische Energieressourcen entweder für den direkten Verbrauch oder zur Stromerzeugung auf eine der folgenden drei Hauptarten verwendet werden:

Arten von geothermischer Energie

• Direkte Geothermie – hier steht das heisse Wasser entweder auf oder sehr nahe an der Erdoberfläche zur Verfügung und kann direkt zum Heizen, Baden oder Waschen verwendet werden.

< li class="list-group-item border-0 p-1">Bodenquelle Geothermie –&# 160;hier befindet sich die geothermische Heißwasserressource in seichtem Boden, was einen einfachen Zugang zur geothermischen Ressource mithilfe von Rohren und Bohrlöchern ermöglicht.

• Geothermische Kraftwerke   –   diese nutzen das extrem heiße Wasser oder den Dampf durch vertikale Bohrlöcher, die tief in den Untergrund gebohrt werden und daraus elektrische Energie erzeugen.

Dann können wir sehen, dass es grundsätzlich zwei Hauptarten von “Geothermie” gibt. Zum einen kann die Energie direkt als Wärme oder Warmwasser genutzt werden, zum anderen indirekt zur Stromerzeugung.

Geothermie eignet sich sehr gut zum Heizen und Kühlen von Häusern, indem entweder Erdwärmepumpen oder ein Erdwärmetauscher zur direkten Nutzung installiert werden. Da diese Energieressource ständig von der Sonne und der umgebenden Erde nachgeliefert wird, ist “Geothermie” ist eine erneuerbare Energiequelle.

Erdwärmepumpen

Lassen Sie uns verstehen, dass Geothermie KEIN Bergbau ist, da der Bergbau das abgebauten Material für immer entfernt, es ist die Entnahme der Wärme aus einer hydrothermalen Flüssigkeit, die, manchmal über sehr lange Zeiträume, von der Erde selbst wieder aufgefüllt wird. Auch das Wärmetransportmedium, das Wasser, kühlt schließlich ab und kehrt über die üblichen natürlichen Prozesse zur Erde zurück, um wieder aufgeheizt zu werden.

Eine Möglichkeit, diese Wärmeenergie zu gewinnen, ist die Verwendung einer Geothermie Wärmepumpe. Die geothermische Wärmepumpe erzeugt keinen Strom, stattdessen zirkuliert sie eine wärmeleitende Flüssigkeit durch unterirdisch vergrabene Rohre (eine Erdschleife), die nach dem gleichen Prinzip wie der Haushaltskühlschrank funktioniert, aber umgekehrt.

A < Die starke>Erdwärmepumpe, auch als „Erdwärmepumpe“ bekannt, ist eine sehr effiziente Möglichkeit, Häuser und Gebäude zu heizen und zu klimatisieren, da sie Wärme auf zwei Arten bewegen kann: während In den kälteren Wintermonaten wird dem Boden (der Wärmequelle) Niedertemperaturwärme entzogen, um sie direkt zum Heizen von Gebäuden und anderen Bauwerken zu verwenden.

In den heißeren Sommermonaten arbeitet die Erdwärmepumpe umgekehrt, indem sie die Wärme aus dem Gebäude entzieht und wieder in das Erdreich abführt. Als Ergebnis dieses einfachen Prozesses wird die direkt genutzte Erdwärme für Hausbesitzer immer beliebter, da sie eine kostengünstige Alternative zu teuren Öl- oder Gas-Heimheizungssystemen darstellt. Energieeinsparungen mit einer Erdwärmepumpe können über einen langen Zeitraum beträchtlich sein.

Geothermisches Design

In den meisten geothermischen Wärmepumpensystemen für Wohngebäude wird die unter der Oberfläche verfügbare Wärme aus flachem Boden entnommen, d. h. weniger als 3 Meter oder 10 Fuß tief.

Die Übertragung der geothermischen Wärme erfolgt durch eine Frostschutzmittel-Wasser-Kältemittellösung, die in Kunststoff-Polyethylenrohren und -schleifen zirkuliert, die horizontal (oder vertikal) im Boden vergraben sind.

Das Kältemittel zirkuliert durch einen Kondensationskreislauf und Verdampfen zwischen zwei Wärmetauschern. Ein Wärmetauscher verdampft bei niedrigem Druck und nimmt Wärme zum Kühlen auf, während der andere Kompressor den Kältemitteldampf, jetzt unter hohem Druck, zu einer anderen Spule drückt, wo das Kältemittel kondensiert und die Wärme zum Heizen abgibt.

Im Gegensatz zu Kühlschränken und Klimaanlagen können geothermische Wärmepumpen in beide Richtungen arbeiten, indem sie Wärme aus dem Boden aufnehmen, um das Haus zu heizen, und überschüssige Wärme zurück in den Boden leiten, um das Haus zu kühlen.

Das Hinzufügen einer kleinen elektrischen Wärmepumpe zu einem geothermischen System ermöglicht die Nutzung von geothermischer Niedertemperaturenergie in Wohnungen und Büros. Die Wärmepumpeneinheit befindet sich im Allgemeinen zum Schutz in einem Gebäude und ist intern entweder an ein Niedertemperatur-Fußboden- oder Wandheizsystem angeschlossen oder in eine gebläseunterstützte Klimaanlage integriert, die je nach Jahreszeit sowohl heiße als auch kalte Luft liefert.

Eine Wärmepumpe erzeugt keinen Strom, sondern verwendet eine kleine Menge Strom, um große Mengen kostenloser Wärmeenergie in beide Richtungen zwischen einem Gebäude und dem umgebenden Boden entsprechend dem Heiz- oder Kühlbedarf zu übertragen.

Geothermische Erde und Erdschleifen

Geothermische Heiz- und Kühlsysteme können im Garten oder auf dem Grundstück rund um ein Vorstadthaus oder ein anderes Gebäude installiert werden. Die Erdschleife (auch als Erdschleife bekannt) überträgt Wärme zum und vom Boden und hängt von der Menge des verfügbaren Gartens, Grundstücks oder Landes ab. Diese geschlossenen Schleifen, Erdschleifen, die horizontal, vertikal oder spiralförmig sein können, bestehen aus strapazierfähigem, hochdichtem Polyethylenrohr, das tief im Boden vergraben oder sogar in einen ausreichend tiefen See oder Teich getaucht ist.

Wenn ausreichend Land verfügbar ist, horizontale Grabenerdschleifeninstalliert werden kann. Dabei werden ein oder mehrere flache Gräben ausgehoben, wobei die Polyethylenrohre flach horizontal im Graben ausgelegt werden, bevor sie wieder verfüllt werden. Es gibt verschiedene Konstruktionen von horizontalen Erdschleifen, die je nach Abstand entweder einen, zwei, drei oder mehr parallele Abzweigungen innerhalb einer einzelnen Grabenkonstruktion verwenden. Je mehr Rohre pro Grabenmeter vorhanden sind, desto kürzer kann der Graben sein, wobei die Rohrlängen je nach Design normalerweise zwischen 30 und 100 Metern (100 bis 300 Fuß) liegen.

Arten von Erdungsschleifen für Erdwärme

Eine andere Art der horizontalen Erdungsschleifenkonstruktion verwendet Rohrschlangen oder -schleifen innerhalb des Grabens anstelle von geraden Reihen.

Bei dieser Installation wird der Graben auf die gleiche Weise wie zuvor ausgehoben, aber anstatt das Rohr flach in geraden Linien auszulegen, werden geschichtete spiralförmige Windungen des Rohrs gleichmäßig über die Länge des Grabens verteilt, ähnlich einer abgeflachten, gestreckten Quelle.

Der Vorteil dieser Art der Erdschleifeninstallation besteht darin, dass mehr Rohre pro Meter in einem kleineren Grabenbereich verwendet werden, was es zu einem kompakteren Design für kleinere Gärten oder Grundstücke macht. Der Nachteil ist jedoch, dass die Wärmeressource von einer viel kleineren Grundfläche entfernt wird, sodass dem Boden weniger Wärme entzogen wird.

Sowie horizontale geschlossene Erdschleifen, vertikale Erdschleifenkann dort eingesetzt werden, wo der Platz begrenzt ist oder wo die örtlichen Gegebenheiten nicht für horizontale Schleifen geeignet sind, wie z. B. hartes oder felsiges Gelände. Im Gegensatz zu horizontalen Erdschleifen, die einen flachen Graben verwenden, erfordern vertikale Erdschleifen jedoch den Einsatz eines Bohrgeräts, um ein oder mehrere Bohrlöcher mit einer Tiefe von etwa 30 bis 80 Metern (100 bis 250 Fuß) zu bohren.

Ein gebohrtes, ein spezielles Doppelrohr oder zwei mit einem U-Bogen verbundene Einzelrohre werden in das Loch eingeführt und bis zum Boden gedrückt. Danach wird das Loch wieder verfüllt, um einen guten thermischen Kontakt um das Rohr herum zu schaffen und das Loch abzudichten. Ein einzelnes vertikales Rohr oder Rohre werden dann mit einem Kopfsystem an der Oberfläche verbunden. Die Wärmekapazität eines vertikalen Schleifensystems basiert nicht auf der Tiefe, sondern darauf, wie viel Rohr sich im Boden befindet, und auf der Gesamtwärmeleitfähigkeit des Bohrlochs.

Vertikale Erdschleifen können ebenfalls als Teil verwendet werden einer Geothermie mit offenem KreislaufSystem. Offene Erdschleifen sind das einfachste Geothermie-Design. Sie nutzen Grundwasser, das direkt aus einem Brunnen oder Bohrloch gepumpt wird, als Wärmequelle. Das Wasser mit niedriger Temperatur wird aus einem einzigen Brunnen oder Bohrloch hochgepumpt, die Wärme wird entzogen und das Wasser wird dann über ein zweites Bohrloch oder einen zweiten Brunnen wieder in die Erde zurückgeführt, so dass der Prozess immer wieder erneuert werden kann.

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Wenn es sauber genug ist, kann dieses Abwasser auch in einen Graben, Bach oder Teich geleitet werden, falls vorhanden. Die mit der Installation eines geothermischen Energiesystems mit offenem Kreislauf verbundenen Kosten sind in der Regel viel geringer als bei einem geschlossenen Erdkreislaufsystem, während es die gleiche hohe Effizienz liefert.

Die Nachteile eines geothermischen Designs mit offenem Kreislauf hängen davon ab die Qualität des verwendeten Wassers aus dem Brunnen, Wasserfilter und eine regelmäßige Reinigung des Wärmetauschers im Inneren des Geräts können erforderlich sein.

Außerdem ist geothermisches Wasser, das zu viele Verunreinigungen wie Salze und gelöste Mineralien enthält, möglicherweise nicht für die Verwendung mit einem geothermischen System geeignet, sodass vor der Installation möglicherweise eine ordnungsgemäße Prüfung des Wassers erforderlich ist.

Wir haben oben gesehen , dass geothermische Heiz- und Kühlsysteme auf vielfältige Weise mit der Erde verbunden werden können. Horizontale Installationen mit geschlossenem Kreislauf sind im Allgemeinen beliebter und kostengünstiger für kleine Installationen, insbesondere für Neubauten, bei denen ausreichend Landfläche verfügbar ist, um die Rohrleitungen zu vergraben, bevor mit dem Bau der Fundamente begonnen wird, und wenn sie ordnungsgemäß installiert werden, sind sie wirtschaftlich, effizient und zuverlässig.

Die Länge der Ringleitung variiert je nach Bodentemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Bodens und Systemdesign, aber als Faustregel gilt: Je länger die Rohrleitungen, desto besser. Vertikale geschlossene Schleifen werden in vielen Situationen verwendet, in denen die für eine horizontale Schleifeninstallation erforderliche Landfläche nicht verfügbar ist. Vertikale Erdschleifen minimieren auch die Störung der bestehenden Landschaftsgestaltung, aber das Bohren eines tiefen Bohrlochs kann kostspieliger sein als das Ausheben eines flachen Grabens.

Geothermische Energiesystemesind effizient, umweltfreundlich, komfortabel und wirtschaftlich, da sie 25 bis 50 % weniger elektrische Energie verbrauchen als herkömmliche Heiz- oder Kühlsysteme. Geothermische Wärmepumpen verwenden geringe Mengen an Strom, um die Wärme zu übertragen, und nicht, um sie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu erzeugen, was die Gewinnung geothermischer Energie zu einer alternativen Energiequelle macht.

Da ein geothermisches Energiesystem keine fossilen Brennstoffe zur Wärmeerzeugung verbrennt, erzeugt es weitaus weniger Treibhausgasemissionen als ein herkömmlicher Ofen und eliminiert vollständig eine potenzielle Quelle für giftiges Kohlenmonoxid im Haus.

Die folgende Liste fasst zusammen viele der geothermischen Vor- und Nachteile der Nutzung von geothermischer Energie als erneuerbare Energiequelle.

Einige Vorteile der geothermischen Energie

• Erdwärme ist eine bewährte Energiequelle, die sowohl zur Wärme- als auch zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
• Geothermie ist eine saubere Energiequelle, da keine fossile Energie vorhanden ist Brennstoffe werden verbrannt, also gibt es keine Luftschadstoffe.
• In den meisten Fällen ist der geothermische Brennstoff, das heiße Wasser, “kostenlos” zur Gewinnung.
• Erdwärme erzeugt wenig oder keine Emissionen.
• Geothermische Energieressourcen gibt es in vielen Gebieten der Welt sowohl für Hoch- als auch für Niedertemperaturanwendungen.
• Einmal gebaut, sind die Betriebskosten von geothermischen Kraftwerken gering, was geothermisch macht viel billiger erzeugten Strom.
• Der für die Stromerzeugung verwendete Dampf wird in Wasser umgewandelt und wieder in die Erde zurückgeführt.
• Erdwärmepumpen zum Heizen und Kühlen auf Erdreichbasis können fast überall eingesetzt werden.
• Die direkte Nutzung von Erdwärme für Heizzwecke kann bis zu 70 % effizienter sein .
• Geothermische Energie ist nur dann erneuerbar, wenn die Rate der Flüssigkeitsentnahme geringer ist als die Wiederaufladerate.

Einige Nachteile der Geothermie

• Erdwärme darf nicht als erneuerbare Ressource betrachtet werden, sondern als nachhaltige.
• Die Wärme wird innerhalb der Erde durch radioaktiven Zerfall erzeugt.
• Auf der ganzen Welt schlecht verteilt, da nicht jedes Gebiet Zugang zu einer geothermischen Quelle hat.
• Anfangskapital & Die Installationskosten sind höher, bieten jedoch potenzielle langfristige Einsparungen im Vergleich zu herkömmlichen HLK-Systemen.
• Erfordert große Ausgrabungsflächen für horizontale Gräben.
• Erfordert tiefe Bohrlöcher in den Boden für vertikale Brunnen.
• Landsenkungen durch Tiefbohrungen und Wasserentnahmen können in einigen Gebieten ein Problem darstellen.
• Probleme mit korrosivem Wasser und Mineralablagerungen, die aus dem Boden entnommen und an der Oberfläche freigelegt werden.
• Geothermischen Standorten kann die Puste ausgehen, wenn auch ihre Temperaturen sinken niedrig.
• Möglicherweise müssen nach ein paar Jahren neue Brunnen gebohrt werden.

Solange es welche gibt Neben den vielen oben aufgeführten Vor- und Nachteilen der geothermischen Energie kann die Erde eine große Quelle kostenloser Energie und ihrer gespeicherten Wärme in Form von Geothermie liefernist die bei weitem ergiebigere Ressource. Im Vergleich zu anderen Formen alternativer Energien wie Sonne und Wind wurde Geothermie als einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Heizen und Kühlen unserer Wohnungen und Büros übersehen.

Obwohl die Geothermie-Technologie inzwischen bei vielen Unternehmen weit entwickelt ist sehr effiziente geothermische Wärmepumpen und -systeme verkauft, ist ihr Potenzial kaum ausgeschöpft. Da neue Quellen für fossile Brennstoffe immer schwieriger zu finden und aus der Erde zu gewinnen sind, kann saubere und nachhaltige geothermische Energie genutzt werden, um unsere Umweltprobleme zu lösen und unseren langfristigen Energiebedarf zu decken.

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