Løftet om geotermisk energi

click fraud protection

Når udgifterne til brændstof og elektricitet stiger, har geotermisk energi en lovende fremtid. Underjordisk varme kan findes overalt på Jorden, ikke kun hvor olie pumpes, kul udvindes, hvor solen skinner eller hvor vinden blæser. Og det producerer døgnet rundt, hele tiden med relativt lidt styring behov. Her er, hvordan geotermisk energi fungerer.

Geotermiske gradienter

Uanset hvor du er, hvis du borer ned gennem jordskorpen, vil du til sidst ramme rødglødende sten. Gruvearbejdere bemærkede først i middelalderen, at dybe miner er varme i bunden og omhyggelige målinger siden den tid har fundet ud, at når du først er kommet over overfladefluktuationer, vokser fast klippevægt stadigt varmere med dybde. I gennemsnit dette geotermisk gradient er omkring en grad Celsius for hver 40 meters dybde eller 25 C per kilometer.

Men gennemsnit er bare gennemsnit. I detaljer er den geotermiske gradient meget højere og lavere forskellige steder. Høj gradient kræver en af ​​to ting: varm magma, der stiger tæt på overfladen, eller rigelige revner, der giver grundvandet mulighed for at transportere varme effektivt til overfladen. Enten er tilstrækkelig til energiproduktion, men at have begge dele er bedst.

instagram viewer

Spredningszoner

Magma stiger op, hvor skorpen strækkes fra hinanden for at lade den stige ind divergerende zoner. Dette sker i f.eks. Vulkanbuer over de fleste subduktionszoner og i andre områder med skorpeforlængelse. Verdens største udvidelseszone er midthavets rygsystem, hvor den berømte, sydende varme sorte rygere er fundet. Det ville være dejligt, hvis vi kunne hente varme fra spredningsryggene, men det er kun muligt i to steder, Island og Salton Trough i Californien (og Jan Mayen Land i det arktiske hav, hvor ingen bor).

Områder med kontinentalspredning er den næstbedste mulighed. Gode ​​eksempler er området Bassin and Range i det amerikanske vest- og østafrikas Great Rift Valley. Her er der mange områder med varme klipper, der ligger over unge magmaindtrængen. Varmen er tilgængelig, hvis vi kan komme til den ved at bore, og derefter begynde at udvinde varmen ved at pumpe vand gennem den varme klippe.

Frakturzoner

Varme kilder og gejsere i hele bassinet og rækkevidde peger på betydningen af ​​brud. Uden brudene er der ingen varm kilde, kun skjult potentiale. Frakturer understøtter varme kilder mange andre steder, hvor skorpen ikke strækker sig. Den berømte Warm Springs i Georgien er et eksempel, et sted, hvor der ikke har løbet nogen lava på 200 millioner år.

Dampfelter

De allerbedste steder at tappe geotermisk varme har høje temperaturer og rigelige brud. Dybt i jorden er brudrummet fyldt med ren overophedet damp, mens grundvand og mineraler i den køligere zone over tætner trykket. At tappe ind i en af ​​disse tør-dampzoner er som at have en kæmpe dampkedel praktisk, som du kan tilslutte en turbin til at generere elektricitet.

Det bedste sted i verden til dette er uden for grænserne - Yellowstone National Park. Der er kun tre tør-dampfelter, der producerer kraft i dag: Lardarello i Italien, Wairakei i New Zealand og The Geysers i Californien.

Andre dampfelter er våde - de producerer kogende vand såvel som damp. Deres effektivitet er mindre end tør-dampfelterne, men hundreder af dem fortjener stadig. Et vigtigt eksempel er Coso geotermiske felt i det østlige Californien.

Geotermiske energianlæg kan startes i varm tør sten ved simpelthen at bore ned til den og sprænge den. Derefter pumpes vand ned til det, og varmen høstes i damp eller varmt vand.

Elektricitet produceres enten ved at blinke det trykvarmede vand i damp ved overfladetryk eller ved ved hjælp af en anden arbejdsvæske (såsom vand eller ammoniak) i et separat VVS-system til at udtrække og konvertere varme. Nye forbindelser er under udvikling som arbejdsvæsker, der kan øge effektiviteten nok til at ændre spillet.

Mindre kilder

Almindeligt varmt vand er nyttigt til energi, selvom det ikke er egnet til at generere elektricitet. Selve varmen er nyttig i fabriksprocesser eller bare til opvarmning af bygninger. Hele Island er næsten fuldstændigt selvforsynende med energi takket være geotermiske kilder, både varme og varme, der gør alt fra at drive turbiner til opvarmning af drivhuse.

Geotermiske muligheder af alle disse slags er vist i a nationalt kort over geotermisk potentiale udstedt på Google Earth i 2011. Undersøgelsen, der skabte dette kort, anslåede, at Amerika har ti gange så stort geotermisk potentiale som energien i alle sine kulbed.

Brugbar energi kan opnås selv i lavhuller, hvor jorden ikke er varm. Varmepumper kan køle en bygning om sommeren og varme den om vinteren, blot ved at flytte varme fra hvilket sted der er varmere. Lignende ordninger fungerer i søer, hvor tæt, koldt vand ligger på søbunden. Cornell Universitys søkildekølesystem er et bemærkelsesværdigt eksempel.

Jordens varmekilde

Til en første tilnærmelse kommer Jordens varme fra radioaktivt henfald af tre elementer: uran, thorium og kalium. Vi tror, ​​at jern kerne har næsten ingen af ​​disse, mens den overliggende kappe har kun små mængder. Det skorpe, kun 1 procent af jordens hovedpart, indeholder cirka halvdelen så meget af disse radiogene elementer som hele mantlen under den (hvilket er 67% af Jorden). I virkeligheden fungerer skorpen som et elektrisk tæppe på resten af ​​planeten.

Mindre mængder varme produceres på forskellige fysisk-kemiske måder: frysning af flydende jern i den indre kerne, mineralfaseændringer, påvirkninger fra det ydre rum, friktion fra jordvande og mere. Og en betydelig mængde varme strømmer ud af Jorden, simpelthen fordi planeten afkøles, som den har gjort siden dens fødsel for 4,6 milliarder år siden.

De nøjagtige tal for alle disse faktorer er meget usikre, fordi Jordens varmebudget er afhængig af detaljer om planetenes struktur, som stadig opdages. Jorden har også udviklet sig, og vi kan ikke antage, hvad dens struktur var i den dybe fortid. Endelig har pladetektoniske bevægelser af skorpen omorganiseret det elektriske tæppe til eoner. Jordens varmebudget er et omstridt emne blandt specialister. Heldigvis kan vi udnytte geotermisk energi uden denne viden.

instagram story viewer