Мощность котла – Энциклопедия отопления

Точную мощность котла рассчитывает инженер, как и все остальные параметры системы отопления. Чтобы получить примерные данные, используют формулы и интернет-калькуляторы. 

Мощность котла определяется из расчёта 10 кВт на сто квадратных метров. К этому числу добавляют ещё 15 процентов. Также нужно знать площадь отапливаемого помещения. В алгебраическом выражении выглядит так 

 

 

W кот.=(SxWуд.)/10

S площадь W удельная мощность 

 

С площадью все понятно. Теперь удельная мощность. Для каждого региона действуют свои нормы. В Московской области величина колеблется от 1,2 до 1,5 киловатт. Южные области имеют удельную мощность от 0,7 до 0,9 кВт. Самый большой показатель в Северных регионах от 1,5 до 2 киловатт.

 

Чем точнее итоговая цифра, тем эффективнее будет работать система. Если теплоотдача меньше, осенью и зимой в комнатах будет холодно. При превышении получится перерасход, вы потратите больше денег.

 

Рассмотрим на примере. Владелец загородного дома 100 м2 в Московской области решил купить отопительный котёл. Чтобы узнать мощность, подставляем данные в формулу W = (100х1,2)/10 =12

Получается, хозяину нужен котел на 12 кВт. Тип и вид зависят от особенностей конструкции, климата местности, инфраструктуры и ваших финансовых возможностей. 

 

Твердотопливные котлы не особо популярны. Громоздкие размеры, необходимость следить за сырьём делают эксплуатацию не очень удобной, особенно в небольшом доме. Поэтому твердотопливный котел чаще ставят в коттеджах, производственных помещениях. Выбирая такой котёл, учитывайте, что температура будет цикличной. Это не лучший вариант с точки зрения производительности. Но если нет возможности подобрать замену, специалисты рекомендуют использовать термобаллон, который скорректирует подачу воздуха. Сэкономить на топливе можно с помощью гидроаккумулятора. Время горения увеличится, тем самым сократится число топок. Соответственно расходной мощности потребуется меньше.

 

Электрические котлы зависят от энергии, поэтому при расчёте мощности нужно предусмотреть возможные перебои со светом. Считается, что компактные модели расходуют меньше. Котлы на жидком топливе занимают больше пространства, отличаются низкой экологичностью. Для работы требуется топливо. По цене дороже, чем остальное сырье. Газовые котлы более экономичные, что является существенным плюсом при расчёте мощности. Встроенная горелка, циркуляционные насосы позволяют снизить расходы на покупку комплектующих. 

 

Кроме типа котла, учитывают действительные теплопотери. Как правило, тепло уходит через окна, стены, пол, вентиляцию. В связи с этим логично учитывать разницы между температурами внутри помещения. Чем больше показатель, тем выше теплопотери.

 

Кроме того, обращают внимание на свойства материалов, из которых построено здание. Сопротивление теплоотдаче выражается в условных единицах и характеризует уличную температуру в наиболее холодное время года, поздняя осень и зима. В таблице вы можете увидеть, как меняются показания.

 

 

Эксперты не советуют покупать мощный котел только для того, чтобы компенсировать естественные теплпотери. Дешевле установить новую входную коробку или пластиковый стеклопакет. Доказано, что тепла уходить будет почти в два раза меньше, при пересчёте на энергию выходит почти 800 киловатт. Ниже в конкретных цифрах.

 

 

Конечные данные могут отличаться для разных построек, так как в расчёты берутся справочные величины

 

В конце немного о радиаторах. На обогрев одного кубометра требуется примерно 40 киловатт. Для комнаты 14 м2 с высотой 3 метра нужно около 1722 Вт. Чтобы посчитать количество секций, делим 1722 на 150. Именно 150 ватт в среднем потребляет один элемент. Округляем, получаем 11. К этому добавляем 15 процентов, погрешность для зимы. Итоговая цифра 13. Значит в комнату 14 м2 потребуется радиатор с 13 секциями мощностью 17,2 кВт. 

Мощность системы отопления: как рассчитать

Рассчитать стоимость отопления

Любая отопительная система для выполнения возложенной на нее функции должна обладать определенной мощностью. Расчет мощности системы отопления высчитывается на основе теплового баланса в отапливаемых помещениях.

Оптимальная мощность системы отопления призвана создать в здании комфортную температурную обстановку как для человека, так и для выполнения каких-либо производственных процессов. Тепло человеческого тела должно отдаваться окружающей среде в таком количестве и таким образом, чтобы человек, выполняющий какой-либо вид деятельности, не испытывал ни холода, ни излишней жары.

Предположим, что мы решились на самостоятельный монтаж системы инфракрасного обогрева. Попробуем рассчитать необходимую нам мощность системы отопления.

Для начала нам нужно иметь подробную информацию о доме, в котором эта система будет монтироваться.

Конкретно нас интересует количество и размеры всех комнат и подсобных помещений, качество и теплоизоляционные характеристики дома, проемов окон, а также мощность электрической сети данного дома.

Следующий шаг, который нам следует сделать, это измерить напряжение в электросети сети дома при максимуме нагрузки. Включаем все возможные электроприборы и измеряем напряжение, которое должно составлять 220-230 V с возможным отклонением в пределах 10-20 %. Если отклонение напряжения больше положенного, то при монтаже системы инфракрасного отопления следует использовать стабилизаторы напряжения.

На очередном этапе мы берем план дома с указанием площадей всех комнат и начинаем рассчитывать мощность системы отопления.

Рассчитаем мощность системы отопления для конкретного дома

Для примера мы возьмем типовой проект загородного дома. В нашем доме отапливаемыми будут следующие помещения:

• Спальня – 10 кв. м
• Гостевая спальня – 10 кв. м
• Гостиная-кухня – 20 кв.
  м
• Прихожая – 5 кв. v
• Кладовая – 3 кв. м
• Санузел – 5 кв. м

В итоге общая обогреваемая площадь составила 53 кв. м.
Перечисленные помещения мы будем отапливать и пометим их на своем плане. Теперь подсчитаем общее число обогревателей с учетом мощности каждого из них.

• Спальня 10 кв. м – 1 обогреватель 1000 Вт (среднее потребление 330 Вт, площадь отопления 10 кв. м)
• Гостевая спальня 10 кв. м – 1 обогреватель 1000 Вт (среднее потребление 330 Вт, площадь отопления 10 кв. м)
• Гостиная-кухня 20 кв. м – 2 обогревателя по 1000 Вт (среднее потребление одного 330 Вт, площадь отопления каждого 10 кв. м)
• Прихожая 5 кв. м – 1 обогреватель 500 Вт (среднее потребление 250 Вт, площадь отопления 5 кв. м)
• Кладовая 3 кв. м – 1 обогреватель на 500 Вт (среднее потребление 250 Вт, площадь отопления 5 кв. м)
• Санузел 5 кв. м – 1 обогреватель на 500 Вт ( среднее потребление 250 Вт, площадь отопления 5 кв. м)

В итоге получаем 5,5 кВт.

На данном примере мы показали, как можно самостоятельно рассчитать мощность системы отопления, однако в таком важном вопросе мы бы рекомендовали вам обратиться к специалистам.

Похожие статьи

• Схема твердотопливного котла
• Промышленные инфракрасные обогреватели – отопление будущего
• Строительство котельных для организации отопления и горячего водоснабжения

Рассчитать стоимость отопления

Рекомендуемые товары/услуги

Превращение тепла в электричество | Новости Массачусетского технологического института

Что, если бы ваш кондиционер работал не на обычном электричестве, а на солнечном тепле в теплый летний день? Благодаря достижениям в области термоэлектрических технологий это устойчивое решение может однажды стать реальностью.

Термоэлектрические устройства изготавливаются из материалов, которые могут преобразовывать разницу температур в электричество без каких-либо движущихся частей — качество, которое делает термоэлектрики потенциально привлекательным источником электричества. Это явление обратимо: если к термоэлектрическому устройству подать электричество, оно может создать разницу температур. Сегодня термоэлектрические устройства используются для приложений с относительно низким энергопотреблением, таких как питание небольших датчиков вдоль нефтепроводов, резервные батареи на космических зондах и охлаждение мини-холодильников.

Но ученые надеются разработать более мощные термоэлектрические устройства, которые будут улавливать тепло, производимое в качестве побочного продукта промышленных процессов и двигателей внутреннего сгорания, и превращать это тепло впустую в электричество. Однако эффективность термоэлектрических устройств или количество энергии, которое они могут производить, в настоящее время ограничены.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили способ увеличить эту эффективность в три раза, используя «топологические» материалы, обладающие уникальными электронными свойствами. В то время как в предыдущих работах предполагалось, что топологические материалы могут служить эффективными термоэлектрическими системами, было мало понимания того, как электроны в таких топологических материалах будут перемещаться в ответ на разницу температур, чтобы вызвать термоэлектрический эффект.

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , исследователи Массачусетского технологического института определяют основное свойство, которое делает некоторые топологические материалы потенциально более эффективными термоэлектрическими материалами по сравнению с существующими устройствами.

«Мы обнаружили, что можем раздвинуть границы этого наноструктурированного материала таким образом, что топологические материалы станут хорошим термоэлектрическим материалом, в большей степени, чем обычные полупроводники, такие как кремний», — говорит Те-Хуан Лю, постдоктор кафедры механики Массачусетского технологического института. Инжиниринг. «В конце концов, это может быть способ чистой энергии, который поможет нам использовать источник тепла для выработки электроэнергии, что уменьшит выброс углекислого газа».

Лю является первым автором статьи PNAS , в которой участвуют аспиранты Цзявэй Чжоу, Чживэй Дин и Цичень Сун; Мингда Ли, доцент кафедры ядерной науки и техники; бывший аспирант Болин Ляо, ныне доцент Калифорнийского университета в Санта-Барбаре; Лян Фу, адъюнкт-профессор физики Биденхарна; и Ган Чен, профессор Содерберга и заведующий кафедрой машиностроения.

Свободно пройденный путь

Когда термоэлектрический материал подвергается воздействию градиента температуры, например, один конец нагревается, а другой охлаждается, электроны в этом материале начинают течь от горячего конца к холодному, генерируя электрический ток. Чем больше разница температур, тем больше вырабатывается электрического тока и тем больше вырабатывается энергии. Количество энергии, которое может быть генерировано, зависит от конкретных транспортных свойств электронов в данном материале.

Ученые заметили, что некоторые топологические материалы могут быть превращены в эффективные термоэлектрические устройства с помощью наноструктурирования — метода, который ученые используют для синтеза материала путем формирования его характеристик в масштабе нанометров. Ученые считают, что термоэлектрическое преимущество топологических материалов связано с пониженной теплопроводностью их наноструктур. Но неясно, как это повышение эффективности связано с присущими материалу топологическими свойствами.

Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, Лю и его коллеги изучили термоэлектрические характеристики теллурида олова, топологического материала, который, как известно, является хорошим термоэлектрическим материалом. Электроны в теллуриде олова также обладают особыми свойствами, которые имитируют класс топологических материалов, известных как материалы Дирака.

Исследовательская группа стремилась понять влияние наноструктурирования на термоэлектрические характеристики теллурида олова, моделируя движение электронов через материал. Чтобы охарактеризовать перенос электронов, ученые часто используют измерение, называемое «средний свободный пробег», или среднее расстояние, которое электрон с данной энергией мог бы свободно пройти в материале, прежде чем он был бы рассеян различными объектами или дефектами в этом материале.

Наноструктурированные материалы напоминают лоскутное одеяло из крошечных кристаллов, каждый из которых имеет границы, известные как границы зерен, которые отделяют один кристалл от другого. Когда электроны сталкиваются с этими границами, они имеют тенденцию рассеиваться различными путями. Электроны с длинной длиной свободного пробега будут сильно рассеиваться, как пули, рикошетящие от стены, в то время как электроны с более короткой длиной свободного пробега подвержены гораздо меньшему воздействию.

В ходе моделирования исследователи обнаружили, что характеристики электронов теллурида олова оказывают значительное влияние на их длину свободного пробега. Они нанесли на график диапазон энергий электронов теллурида олова в зависимости от соответствующей длины свободного пробега и обнаружили, что полученный график сильно отличается от графиков для большинства обычных полупроводников. В частности, для теллурида олова и, возможно, других топологических материалов результаты показывают, что электроны с более высокой энергией имеют более короткую длину свободного пробега, в то время как электроны с более низкой энергией обычно имеют более длинную длину свободного пробега.

Затем команда изучила, как эти свойства электронов влияют на термоэлектрические характеристики теллурида олова, путем суммирования термоэлектрических вкладов электронов с разными энергиями и длинами свободного пробега. Оказывается, способность материала проводить электричество или генерировать поток электронов в условиях температурного градиента во многом зависит от энергии электронов.

В частности, они обнаружили, что электроны с более низкой энергией имеют тенденцию оказывать негативное влияние на генерацию разности потенциалов и, следовательно, электрического тока. Эти электроны с низкой энергией также имеют большую длину свободного пробега, а это означает, что они могут рассеиваться границами зерен более интенсивно, чем электроны с более высокой энергией.

Уменьшение размера

Сделав еще один шаг вперед в своих симуляциях, команда экспериментировала с размером отдельных зерен теллурида олова, чтобы выяснить, влияет ли это на поток электронов при температурном градиенте. Они обнаружили, что когда они уменьшали диаметр среднего зерна примерно до 10 нанометров, сближая его границы, они наблюдали повышенный вклад электронов с более высокой энергией.

То есть при меньших размерах зерен электроны с более высокой энергией вносят гораздо больший вклад в электрическую проводимость материала, чем электроны с более низкой энергией, поскольку они имеют более короткую длину свободного пробега и с меньшей вероятностью рассеиваются на границах зерен. Это приводит к большей разности напряжений, которая может быть сгенерирована.

Более того, исследователи обнаружили, что уменьшение среднего размера зерна теллурида олова примерно до 10 нанометров дает в три раза больше электричества, чем материал, произведенный с более крупными зернами.

Лю говорит, что, хотя результаты основаны на моделировании, исследователи могут добиться аналогичных результатов, синтезируя теллурид олова и другие топологические материалы и регулируя размер их зерна с помощью метода наноструктурирования. Другие исследователи предположили, что уменьшение размера зерна материала может повысить его термоэлектрические характеристики, но Лю говорит, что они в основном предполагали, что идеальный размер должен быть намного больше 10 нанометров.

«В ходе нашего моделирования мы обнаружили, что можем уменьшить размер зерна топологического материала намного больше, чем считалось ранее, и на основе этой концепции мы можем повысить его эффективность», — говорит Лю.

Теллурид олова — всего лишь один пример многих топологических материалов, которые еще предстоит изучить. По словам Лю, если исследователи смогут определить идеальный размер зерна для каждого из этих материалов, топологические материалы вскоре могут стать жизнеспособной и более эффективной альтернативой производству чистой энергии.

«Я думаю, что топологические материалы очень хороши для термоэлектрических материалов, и наши результаты показывают, что это очень многообещающий материал для будущих применений», — говорит Лю.

Это исследование было частично поддержано Твердотельным центром преобразования солнечной тепловой энергии, Центром передовых исследований в области энергетики Министерства энергетики США; и Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA).

Поделитесь этой новостной статьей:

Упоминания в прессе

Boston Globe

Исследователи Массачусетского технологического института усовершенствовали аккумуляторы с жидким натрием, потенциально проложив путь к использованию аккумуляторов для хранения возобновляемой энергии, сообщает Laney Ruckstuhl для Бостон глобус . «В отличие от литий-ионных аккумуляторов, используемых в мобильных телефонах и ноутбуках, аккумуляторы с жидким натрием не потеряют свою емкость быстро».

Полная история через Boston Globe →

Ссылки по теме

• Ган Чен
• Лян Фу
• Мингда Ли
• Факультет машиностроения
• Факультет физики 90 076
• Факультет ядерной науки и техники
• Школа инженерии
• Школа наук

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия — это тепло, вырабатываемое недрами Земли. (

Geo  означает «земля», а Thermal  означает «тепло» на греческом языке.) Это возобновляемый ресурс, который можно собирать для использования человеком.

Примерно на 2900 километров (1800 миль) ниже земной коры или поверхности находится самая горячая часть нашей планеты: ядро. Небольшая часть тепла ядра исходит от трения и гравитационного притяжения, образовавшихся при создании Земли более 4 миллиардов лет назад. Однако подавляющее большинство тепла Земли постоянно генерируется в результате распада радиоактивных изотопов, таких как калий-40 и торий-232.

Изотопы — это формы элемента, которые имеют другое количество нейтронов, чем обычные версии атома элемента.

Калий, например, имеет 20 нейтронов в ядре. Однако калий-40 имеет 21 нейтрон. Когда калий-40 распадается, его ядро ​​изменяется, испуская огромное количество энергии (излучение). Калий-40 чаще всего распадается на изотопы кальция (кальций-40) и аргона (аргон-40).

Радиоактивный распад — это непрерывный процесс в ядре. Температура там поднимается до более чем 5000° по Цельсию (около 9000° по Фаренгейту). Тепло от ядра постоянно излучается наружу и нагревает породы, воду, газ и другой геологический материал.

Температура Земли повышается с глубиной от поверхности к ядру. Это постепенное изменение температуры известно как геотермический градиент. В большинстве частей мира геотермический градиент составляет около 25°C на 1 километр глубины (1°F на 77 футов глубины).

Если подземные горные породы нагреть примерно до 700-1300°C (1300-2400°F), они могут превратиться в магму. Магма – это расплавленная (частично расплавленная) горная порода, пронизанная газом и пузырьками газа. Магма существует в мантии и нижних слоях коры и иногда выливается на поверхность в виде лавы.

Магма нагревает близлежащие скалы и подземные водоносы. Горячая вода может выбрасываться через гейзеры, горячие источники, паровые жерла, подводные гидротермальные жерла и грязевые котлы.

Все это источники геотермальной энергии. Их тепло можно улавливать и использовать непосредственно для обогрева, или их пар можно использовать для выработки электричества. Геотермальную энергию можно использовать для обогрева зданий, парковок и тротуаров.

Большая часть геотермальной энергии Земли не выходит наружу в виде магмы, воды или пара. Он остается в мантии, медленно излучаясь наружу и собираясь в виде очагов высокой температуры. Это сухое геотермальное тепло может быть получено путем бурения и обогащено закачкой воды для создания пара.

Многие страны разработали методы использования геотермальной энергии. Различные виды геотермальной энергии доступны в разных частях мира. В Исландии обильные источники горячих, легкодоступных подземных вод позволяют большинству людей полагаться на геотермальные источники как на безопасный, надежный и недорогой источник энергии. Другие страны, такие как США, должны бурить скважины для получения геотермальной энергии с большими затратами.

Сбор геотермальной энергии: отопление и охлаждение

Низкотемпературная геотермальная энергия
Почти в любой точке мира геотермальное тепло может быть доступно и немедленно использовано в качестве источника тепла. Эта тепловая энергия называется низкотемпературной геотермальной энергией. Низкотемпературная геотермальная энергия получается из очагов тепла около 150° C (302° F). Большинство очагов низкотемпературной геотермальной энергии находятся всего в нескольких метрах под землей.

Низкотемпературная геотермальная энергия может использоваться для обогрева теплиц, домов, рыбных хозяйств и промышленных процессов.

Низкотемпературная энергия наиболее эффективна при использовании для отопления, хотя иногда ее можно использовать для выработки электроэнергии.

Люди уже давно используют этот тип геотермальной энергии для строительства, комфорта, лечения и приготовления пищи. Археологические данные показывают, что 10 000 лет назад группы коренных американцев собирались вокруг природных горячих источников, чтобы восстановить силы или укрыться от конфликта. В третьем веке до нашей эры ученые и лидеры грелись в горячем источнике, питаемом каменным прудом недалеко от горы Лишань в центральном Китае. Один из самых известных курортов с горячими источниками находится в английском городе Бат с соответствующим названием. Начав строительство примерно в 60 г. н.э., римские завоеватели построили сложную систему парных и бассейнов, используя тепло из неглубоких очагов низкотемпературной геотермальной энергии.

Горячие источники Шод-Эг во Франции служат источником дохода и энергии для города с 1300-х годов. Туристы стекаются в город из-за его элитных курортов. Низкотемпературная геотермальная энергия также обеспечивает теплом дома и предприятия.

Соединенные Штаты открыли свою первую геотермальную систему централизованного теплоснабжения в 1892 году в Бойсе, штат Айдахо. Эта система до сих пор обеспечивает теплом около 450 домов.

Геотермальная энергия совместного производства
Технология совместного производства геотермальной энергии зависит от других источников энергии. Эта форма геотермальной энергии использует воду, которая нагревается в качестве побочного продукта в нефтяных и газовых скважинах.

В Соединенных Штатах ежегодно в качестве побочного продукта производится около 25 миллиардов баррелей горячей воды. Раньше эту горячую воду просто выбрасывали. Недавно он был признан потенциальным источником еще большего количества энергии: его пар можно использовать для выработки электроэнергии, которая будет сразу же использована или продана в сеть.

Один из первых проектов совместного производства геотермальной энергии был инициирован в Центре испытаний нефтяных месторождений Роки-Маунтин в американском штате Вайоминг.

Новые технологии позволили сделать объекты совместного производства геотермальной энергии переносимыми. Хотя мобильные электростанции все еще находятся на экспериментальной стадии, они обладают огромным потенциалом для изолированных или бедных сообществ.

Геотермальные тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы (GHP) используют тепло Земли и могут использоваться практически в любой точке мира. GHP бурят на глубину от 3 до 90 метров (от 10 до 300 футов), что намного меньше, чем у большинства нефтяных и газовых скважин. GHP не требуют гидроразрыва скальной породы, чтобы добраться до источника энергии.

Труба, подсоединенная к GHP, образует непрерывную петлю, называемую «гибкой петлей», которая проходит под землей и над землей, обычно по всему зданию. Контур также может находиться полностью под землей для обогрева парковки или благоустроенной территории.

В этой системе вода или другие жидкости (например, глицерин, похожий на автомобильный антифриз) перемещаются по трубе. В холодное время года жидкость поглощает подземное геотермальное тепло. Он переносит тепло вверх по зданию и отдает тепло через систему воздуховодов. Эти трубы с подогревом также могут проходить через баки с горячей водой и компенсировать затраты на нагрев воды.

Летом система GHP работает наоборот: жидкость в трубах нагревается от тепла в здании или на стоянке и переносит тепло для охлаждения под землю.

Агентство по охране окружающей среды США назвало геотермальное отопление самой энергоэффективной и экологически безопасной системой отопления и охлаждения. Самая большая система GHP была завершена в 2012 году в Государственном университете Болла в Индиане. Эта система заменила угольную котельную, и, по оценкам экспертов, университет сэкономит около 2 миллионов долларов в год на расходах на отопление.

Сбор геотермальной энергии: электричество

Чтобы получить достаточно энергии для производства электроэнергии, геотермальные электростанции используют тепло, существующее в нескольких километрах под поверхностью Земли. В некоторых районах тепло может естественным образом существовать под землей в виде очагов пара или горячей воды. Тем не менее, большинство областей необходимо «улучшить» закачкой воды для создания пара.

Сухие паровые электростанции
Сухие паровые электростанции используют естественные подземные источники пара. Пар направляется непосредственно на электростанцию, где он используется для питания турбин и выработки электроэнергии.

Сухой пар — старейший тип электростанции для выработки электроэнергии с использованием геотермальной энергии. Первая электростанция с сухим паром была построена в Лардерелло, Италия, в 1911 году. Сегодня пароэлектростанции в Лардерелло продолжают снабжать электричеством более миллиона жителей этого района.

В Соединенных Штатах есть только два известных источника подземного пара: Йеллоустонский национальный парк в Вайоминге и Гейзеры в Калифорнии. Поскольку Йеллоустоун является охраняемой территорией, Гейзеры — единственное место, где используется сухопаровая электростанция. Это один из крупнейших геотермальных энергетических комплексов в мире, который обеспечивает около пятой части всей возобновляемой энергии в Калифорнии.

Электростанция с мгновенным паром

Электростанции с мгновенным паром используют естественные источники подземной горячей воды и пара. Вода с температурой выше 182 ° C (360 ° F) перекачивается в зону низкого давления. Часть воды «вспыхивает» или быстро испаряется в пар, который выбрасывается для питания турбины и выработки электроэнергии. Любая оставшаяся вода может быть слита в отдельный резервуар для извлечения большего количества энергии.

Электростанции с мгновенным паром являются наиболее распространенным типом геотермальных электростанций. Вулканически активное островное государство Исландия обеспечивает почти все свои потребности в электричестве с помощью серии геотермальных электростанций с мгновенным паром. Пар и избыточная теплая вода, образующиеся в результате процесса мгновенного испарения, нагревают обледеневшие тротуары и парковки холодной арктической зимой.

Острова Филиппин также расположены над тектонически активной областью, «Огненным кольцом», которое окаймляет Тихий океан. Правительство и промышленность Филиппин вложили средства в электростанции с мгновенным паром, и сегодня страна уступает только Соединенным Штатам в использовании геотермальной энергии. На самом деле, крупнейшей отдельной геотермальной электростанцией является парогенератор в Малитбоге, Филиппины.

Электростанции с бинарным циклом
Электростанции с бинарным циклом используют уникальный процесс для сохранения воды и выработки тепла. Вода нагревается под землей примерно до 107–182 °C (225–360 °F). Горячая вода содержится в трубе, которая циркулирует над землей. Горячая вода нагревает жидкое органическое соединение, температура кипения которого ниже, чем у воды. Органическая жидкость создает пар, который проходит через турбину и приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. Единственным выбросом в этом процессе является пар. Вода в трубе возвращается обратно в землю, чтобы снова нагреться Землей и снова обеспечить теплом органическое соединение.

Геотермальная установка Beowawe в американском штате Невада использует двоичный цикл для выработки электроэнергии. Органическое соединение, используемое на объекте, представляет собой промышленный хладагент (тетрафторэтан, парниковый газ). Этот хладагент имеет гораздо более низкую температуру кипения, чем вода, а это означает, что он превращается в газ при низких температурах. Газ питает турбины, которые подключены к электрическим генераторам.

Усовершенствованные геотермальные системы
Земля содержит практически бесконечное количество энергии и тепла под своей поверхностью. Однако использовать его в качестве энергии невозможно, если только подземные области не являются «гидротермальными». Это означает, что подземные области не только горячие, но также содержат жидкость и проницаемы. Во многих областях нет всех трех этих компонентов. Усовершенствованная геотермальная система (EGS) использует бурение, гидроразрыв пласта и закачку для обеспечения жидкости и проницаемости в областях с горячими, но сухими подземными породами.

Для разработки ЭГС вертикально в землю бурят «нагнетательную скважину». В зависимости от типа породы, это может быть от 1 км (0,6 мили) до 4,5 км (2,8 мили). В пробуренное пространство нагнетается холодная вода под высоким давлением, которая заставляет породу создавать новые трещины, расширять существующие трещины или растворяться. Это создает резервуар подземной жидкости.

Вода закачивается через нагнетательную скважину и поглощает тепло горных пород по мере прохождения через резервуар. Эта горячая вода, называемая рассолом, затем направляется обратно на поверхность Земли через «производственную скважину». Нагретый рассол содержится в трубе. Он нагревает вторичную жидкость с низкой температурой кипения, которая испаряется в пар и приводит в действие турбину. Рассол остывает и возвращается обратно через нагнетательную скважину, чтобы снова поглотить подземное тепло. Помимо водяного пара из испаряемой жидкости отсутствуют газообразные выбросы.

Закачка воды в землю для ЭГС может вызвать сейсмическую активность или небольшие землетрясения. В Базеле, Швейцария, процесс закачки вызвал сотни крошечных землетрясений, которые переросли в более значительную сейсмическую активность даже после того, как закачка воды была остановлена. Это привело к отмене геотермального проекта в 2009 году.

Геотермальная энергия и окружающая среда

Геотермальная энергия является возобновляемым ресурсом. Земля излучает тепло уже около 4,5 миллиардов лет и будет продолжать излучать тепло в течение миллиардов лет в будущем из-за продолжающегося радиоактивного распада в ядре Земли.

Однако большинство колодцев, извлекающих тепло, в конце концов остынут, особенно если тепло извлекается быстрее, чем дается время на его пополнение. В Лардерелло, Италия, где находится первая в мире электростанция, работающая от геотермальной энергии, с 1950-х годов давление пара упало более чем на 25%.

Повторная закачка воды иногда может продлить срок службы охлаждающей геотермальной площадки. Однако этот процесс может вызывать «микроземлетрясения». Хотя большинство из них слишком малы, чтобы люди могли их почувствовать или зарегистрировать по шкале магнитуды, иногда земля может колебаться на более угрожающих уровнях и вызывать остановку геотермального проекта, как это произошло в Базеле, Швейцария.

Геотермальные системы не требуют огромного количества пресной воды. В бинарных системах вода используется только в качестве теплоносителя, не подвергается воздействию и не испаряется. Его можно перерабатывать, использовать для других целей или выбрасывать в атмосферу в виде нетоксичного пара. Однако, если геотермальная жидкость не содержится и не рециркулируется в трубе, она может поглощать вредные вещества, такие как мышьяк, бор и фтор. Эти токсичные вещества могут быть вынесены на поверхность и выпущены при испарении воды. Кроме того, если жидкость просачивается в другие подземные водные системы, она может загрязнить чистые источники питьевой воды и водную среду обитания.

Преимущества
Прямое или косвенное использование геотермальной энергии имеет много преимуществ:

• Геотермальная энергия является возобновляемой; это не ископаемое топливо, которое в конечном итоге будет израсходовано. Земля постоянно излучает тепло из своего ядра и будет продолжать делать это в течение миллиардов лет.
• Некоторые виды геотермальной энергии можно получить и получить в любой точке мира.
• Использование геотермальной энергии относительно чисто. Большинство систем выделяют только водяной пар, хотя некоторые выделяют очень небольшое количество диоксида серы, оксидов азота и твердых частиц.
• Геотермальные электростанции могут работать десятилетиями, а возможно, и столетиями. При правильном управлении резервуаром количество извлекаемой энергии может быть уравновешено скоростью восстановления горными породами своего тепла.
• В отличие от других возобновляемых источников энергии, геотермальные системы являются «базовой нагрузкой». Это означает, что они могут работать как летом, так и зимой и не зависят от изменяющихся факторов, таких как наличие ветра или солнца. Геотермальные электростанции производят электричество или тепло 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
• Место, необходимое для строительства геотермальной установки, намного компактнее, чем другие электростанции. Для производства ГВтч (гигаватт-час или один миллион киловатт энергии в час, огромное количество энергии) геотермальная электростанция использует площадь, эквивалентную примерно 1046 квадратных километров (404 квадратных миль) земли. Для производства того же ГВтч энергии ветра требуется 3458 квадратных километров (1335 квадратных миль), солнечному фотоэлектрическому центру требуется 8384 квадратных километра (3237 квадратных миль), а угольным электростанциям требуется около 9433 квадратных километра (3642 квадратных мили).
• Геотермальные энергетические системы могут быть адаптированы к различным условиям.

Их можно использовать для обогрева, охлаждения или электроснабжения отдельных домов, целых районов или промышленных процессов.

Недостатки
Сбор геотермальной энергии по-прежнему сопряжен со многими проблемами:

• Процесс нагнетания в землю потоков воды под высоким давлением может привести к незначительной сейсмической активности или небольшим землетрясениям.
• Геотермальные электростанции связаны с опусканием или медленным опусканием земли. Это происходит, когда подземные трещины разрушаются сами по себе. Это может привести к повреждению трубопроводов, дорог, зданий и естественных дренажных систем.
• Геотермальные установки могут выделять небольшое количество парниковых газов, таких как сероводород и двуокись углерода.
• Вода, протекающая через подземные резервуары, может содержать следовые количества токсичных элементов, таких как мышьяк, ртуть и селен. Эти вредные вещества могут просачиваться в источники воды, если геотермальная система не изолирована должным образом.
• Хотя для запуска процесса почти не требуется топлива, первоначальные затраты на установку геотермальной технологии высоки. У развивающихся стран может не быть сложной инфраструктуры или начальных затрат для инвестирования в геотермальную электростанцию. Например, несколько объектов на Филиппинах стали возможными благодаря инвестициям американской промышленности и государственных учреждений. Сегодня заводы принадлежат Филиппинам и управляются ими.

Геотермальная энергия и люди

Геотермальная энергия существует в различных формах по всей Земле (паровые жерла, лава, гейзеры или просто сухое тепло), и существуют различные возможности извлечения и использования этого тепла.

В Новой Зеландии природные гейзеры и паровые вентиляционные отверстия обогревают плавательные бассейны, дома, теплицы и креветочные фермы. Жители Новой Зеландии также используют сухое геотермальное тепло для сушки древесины и сырья.

Другие страны, такие как Исландия, использовали ресурсы расплавленной породы и магмы в результате вулканической активности для обогрева домов и зданий. В Исландии почти 90% жителей страны используют ресурсы геотермального отопления. Исландия также полагается на свои естественные гейзеры для таяния снега, обогрева рыбных хозяйств и обогрева теплиц.

Соединенные Штаты производят наибольшее количество геотермальной энергии по сравнению с любой другой страной. Каждый год США вырабатывают не менее 15 миллиардов киловатт-часов, что эквивалентно сжиганию около 25 миллионов баррелей нефти. Промышленные геотермальные технологии были сосредоточены на западе США. В 2012 году в Неваде было 59 геотермальных проектов, действующих или разрабатываемых, за ней следуют Калифорния с 31 проектом и Орегон с 16 проектами.

Стоимость технологии геотермальной энергии снизилась за последнее десятилетие и становится более экономически доступной для частных лиц и компаний.

Краткий факт

Бальнеотерапия
Бальнеотерапия – это лечение болезней курортными водами, обычно купание и питье. Некоторые известные курорты в Соединенных Штатах, которые предлагают бальнеотерапию, включают Хот-Спрингс, Арканзас, и Уорм-Спрингс, Джорджия. Самый известный бальнеотерапевтический курорт в мире, Голубая лагуна Исландии, не является природным горячим источником. Это искусственное сооружение, в котором вода местной геотермальной электростанции перекачивается через слой лавы, богатый кремнеземом и серой. Эти элементы вступают в реакцию с теплой водой, создавая ярко-голубое озеро с предполагаемыми целебными свойствами.

Быстрый факт

Геотермальные источники

Быстрый факт

Геотермальное кольцо
Источники геотермальной энергии часто располагаются на границах плит, где земная кора постоянно взаимодействует с горячей мантией внизу. Тихоокеанское так называемое огненное кольцо и восточноафриканская рифтовая долина являются вулканически активными районами, обладающими огромным потенциалом для производства геотермальной энергии.

Краткий факт

Фумаролы
На Гейзерах, одной из самых производительных геотермальных электростанций в мире, нет гейзеров.