Geotermikus

A görög geo ("Föld") és a termosz ("hő") geotermikus energiája a földgömb belső hőjelenségeit tanulmányozó tudományra és a kiaknázni kívánt technológiára is utal . Ezenkívül a geotermikus energia néha a geotermikus energiára is utal, amely a Földből származó energiából származik, és amely hővé alakul .

A geotermikus energia megkötésére egy folyadék kering a Föld mélyén. Ez a folyadék lehet egy természetes, fogságban tartott melegvíz lap, vagy víz, amelyet nyomás alatt injektálnak egy forró és vízhatlan kőzet megrepedésére . Mindkét esetben a folyadék felmelegszik és kalóriákkal (hőenergiával) terhelve emelkedik . Ezeket a kalóriákat közvetlenül vagy részben villamos energiává alakítják.

A geotermikus energia felhasználásra került helyi hő, vagy forró víz évezredek , például Kínában , az ókori Róma és a Földközi-tenger medencéjében .

Sztori

A forró forrásokat fürdésre használják, legalábbis a paleolitikum óta . A legrégebbi ismert spa egy kő medence Kína Lisan hegy épült a Qin-dinasztia a III -én  század  ie. Kr . Ott, ahol később a Huaqing Chi palotát építették. Az első században a rómaiak meghódították Aquae Sulis , most Bath , Somerset , Anglia, és használt a meleg források vannak a hatalom a termálfürdő és padlófűtés . E fürdők belépődíja valószínűleg a geotermikus energia első kereskedelmi felhasználását jelenti. A világ legrégebbi geotermikus távfűtési rendszere a franciaországi Chaudes-Aigues- ban található, a XV .  Századtól működik. Az első ipari műveletek kezdődött 1827-ben azzal a gőz alkalmazásával a gejzír kivonat a bórsav a iszapvulkánok a Larderello , Olaszország.

1892-ben, Amerika első negyedében fűtési rendszer a Boise , Idaho , hajtott közvetlenül a geotermikus energia és másolták át Klamath Falls , Oregon , 1900-ban a világ első ismert épület geotermikus energia elsődleges hőforrást a Hot-tó Az oregoni Union megyében található szálloda , amely 1907-ben készült el. 1926-ban Boise-ban az üvegházak fűtésére egy mély geotermikus kút szolgál, az izlandi és a toszkánai üvegházak fűtésére pedig egyidőben a gejzíreket használják . Charlie Lieb 1930-ban fejlesztette ki az első mélynyomású hőcserélőt, hogy fűtje a házát.

A XX .  Században az áram iránti kereslet a geotermikus energia termelési forrásként való figyelembe vételéhez vezetett. Piero Ginori Conti  (en) teszteli az első geotermikus energiagenerátort1904. július 4Larderellóban. Négy izzót sikerült meggyújtania. Később, 1911-ben ott építették a világ első kereskedelmi geotermikus erőművét. Ez volt a világ egyetlen ipari geotermikus villamosenergia-termelője, amíg Új-Zéland 1958-ban nem épített erőművet.

1912-ben Heinrich Zoelly  (in) szabadalom az ötletet, hogy a hőszivattyú által feltalált Lord Kelvin 1852-ben, hogy felhívja a hőt a földre. A geotermikus hőszivattyút azonban csak az 1940-es évek végén sikerült sikeresen megvalósítani; valószínűleg ez a 2,2 kW-os közvetlen csererendszer  , amelyet Robert C. Webber gyártott, de a források nem értenek egyet a találmány pontos dátumával kapcsolatban. J. Donald Kroeker megtervezte az első kereskedelmi földi hőszivattyút a Commonwealth épületének fűtésére Portlandben, Oregonban, és 1946-ban bemutatta. Carl Nielsen, Ohio Állami Egyetem professzor 1948-ban megépítette az első lakóépületet, amely a házán keresztül hurkolt. Svédországban az 1973-as olajválság következtében , és azóta világszerte elfogadott száma lassan nőtt. A polibutilén csövek 1979-es fejlesztése nagymértékben növelte a hőszivattyú gazdasági életképességét.

A kombinált ciklusú erőművet 1967-ben mutatták be először a Szovjetunióban . Ez a technológia lehetővé teszi a villamos energia előállítását erőforrásokból, az eddiginél jóval alacsonyabb hőmérsékleten. 2006-ban egy bináris ciklusú üzemet állítanak üzembe az alaszkai Chena Hot Springs-ben, amely villamos energiát állít elő rekordfolyadék-hőmérsékleten, 57  ° C-on .

A geotermikus energia típusai

A geotermikus energiának általában három típusa van:

Ez a három típus közös, hogy a földben lévő hőt a nyomás eredményeként, és bizonyos esetekben a magma többé-kevésbé közelségéből veszi.

Alapelvek

A földköpeny forró, a földkéreg engedi ennek a hőnek egy részét kiszűrni, azonban a felszínen nyert geotermikus energia nagy részét (87%) a földkérget alkotó kőzetek radioaktivitása adja (a víz természetes bomlása). föld). ” urán , tórium és kálium ).

Átlagosan 30 km vastag földkéregben van  egy geotermikus gradiensnek nevezett hőmérsékleti gradiens, amely meghatározza, hogy minél többet ásunk, annál jobban emelkedik a hőmérséklet; átlagosan 3  K / 100 méter mélység.

A geotermikus energia célja a hőmérséklet-növekedés ezen jelenségének tanulmányozása és kiaknázása a mélység függvényében (még akkor is, ha a kapott teljesítményáram a mélységgel csökken, mivel ennek az áramlásnak a nagy része a földkéregben lévő kőzetek radioaktivitásából származik.)

Alacsony intenzitású bőséges energia

Ezt az energiaforrást kimeríthetetlennek (bizonyos határokon belül) tekintik, mivel ez függ:

Általában diffúz és ritkán koncentrált, átlagos áramlása 0,1 MW / km 2 (0,1 W / m 2 ) és alacsony hőmérsékleti szint. A gazdaságilag hasznosítható teljesítmény ezért általában csökken. Előfordul azonban, hogy a földi lemezek közötti tektonikai hibák, különösen a vulkáni képződmények vagy akár a kedvező geológiai képződmények között koncentrálódnak jobban, mint a Párizsi-medencében . Ezért meg kell különböztetni a geotermikus felhasználás több típusát helyi jellemzői szerint:

Fenntartható használata magában foglalja az energia kitermelés áramlását, amely az erőforrást ellátó hő áramlására korlátozódik, ha egy bizonyos ideig nem meríti ki. Még ha egyes geotermikus helyek elérhetik is a 0,2 W / m 2 értéket , a geotermikus energia kiaknázási aránya magasabb lehet, mint a természetes hőmegújulás aránya, ami hosszú távon az erőforrás kimerüléséhez vezethet.

„Kifogyhatatlan” jellege ezért a felhasználás körülményeitől függ: átlagosan a Föld felszínén 60 mW nagyságrendű  minden kitermelt föld négyzetméterenként (0,06 W / m 2 ), összehasonlítva az átlagos napenergiával a Föld által kapott teljesítménysűrűség, körülbelül 6000-szer nagyobb (340 W / m 2 ).

A túl gyorsan felvett hő megújulása (több mint a föld mélyéből érkező hőáram nagyon alacsony, 60  mW / m 2 ) általában a hűtés nélküli perifériák termikus diffúziójával történik (kivéve a természetes víz keringését), amely a a visszavett vagy lehűtött térfogat L dimenziója, amelynek hő- vagy hőmérséklet-visszatérési ideje növekszik, ahogy az L dimenzió négyzete növekszik, körülbelül 6–10  m, egy év, 12–20  m, 4 év, 24–40  m 16, valójában nagyjából megegyezik azzal az idővel, amelyet túl gyorsan vesz.

Ezenkívül csak akkor működhet, ha a meleg víz könnyen vagy erősen áramlik a vulkanikus területeken, abban a reményben, hogy a víztartó forrásuk elég nagy ahhoz, hogy soha ne fogyjon el.

Az egyik megoldás a kutak feltöltése a felszínen lévő napkollektorokból származó naphővel. A napenergia geotermikus energiáját ezután napról éjszakára, nyártól télig tárolják a napenergia, így a napenergia megszakítás nélkül, a nap 24 órájában, az év 365 napján használható. Ezt használták szezonon kívüli fűtésre, nyárra télire, például a Drake Landing Solar Community-nél .

A geotermikus energia hasznosításának különféle típusai

Sekély geotermikus energia alacsony hőmérsékleten

Ez elsősorban a földkéregben lévő hő kinyerésére szolgál, hogy a föld hűtésével hőszivattyúval fűtési célokra felhasználható legyen. A hőátadás bizonyos esetekben megfordítható a légkondicionálás szükségleteinek megfelelően is. A ház padlójának alacsony hőmérsékleten történő fűtésére használják radiátorokhoz és a padlóhoz, de a víz melegítésével.

Az energiatermelési folyamatok a gyártók által alkalmazott megoldásoktól függően eltérnek. A hőátadások biztosítására alkalmazott módszer nagyban befolyásolja a szerelvény teljesítményét. A hőszivattyú hőhordozójaként vizet vagy glikollal vagy közvetlenül a hűtőközeggel ellátott vizet használnak. A sekély, alacsony hőmérsékletű geotermikus energia ezért egyre inkább felhasználja a talajban lévő földhőt a felszínen lévő naptól.

A talaj hőmérséklete 4,50  m és 10  m közötti mélységben egész évben állandó, 12  ° C-os átlaghőmérséklettel (ez az érték Franciaországban a nagyon alacsony geotermikus áramlástól és különösen az éves átlaghőmérséklettől függ. Diffúzió átlagában, a légköri hőmérséklet, amely úgy egy év, hogy leszáll a 4,5 vagy 10  m mélységig. egy mélysége 10-szer nagyobb - 45-100 m - úgy 100-szer hosszabb, vagy 100 év a geotermikus áramlási igaz mélységben a hőmérséklet növelésével kb 3  K at 100  m az éves átlaghoz képest).

Valójában ez a sekély geotermikus energiának minősített hő napenergia eredetű, a nap melegíti a légkört, a hőt pedig több mint egy év alatt , több mint 4,5 m mélységben tárolják  . A mély, fagyott talajú, sarkvidéki területeken ez a geotermikus energia nem létezik.

A fúrás mélysége a geotermikus energia típusától függ: közvetlen terjeszkedéskor (hűtőközeg használata geotermikus szondákban hőszivattyúval) átlagosan 30 méter lesz, a sóoldat- szondák esetében a létesítményektől függően 80 és 120  m között.

A víz geotermikus energiája ( akvatermia vagy hidrotermikus energia ) esetében több telepítési ábra létezik:

Általában a „geotermikus dublett” elvét alkalmazzák a vízszint nyereségességének és a termikus kiaknázásának élettartamának növelésére. Az elv két furat készítése (vagy újrafelhasználása): az első vizet vezet, a második a vízszintbe visszahelyezi. A fúrások lehetnek egymástól távol (egy a víztábla mindkét végén található, hogy a vízkeringést kiváltsa a víztárolóban, de ez karbantartási szempontból nem praktikus), vagy néhány méterrel egymáshoz közel (a felszínen), de ferde fúrások (mindig azzal a céllal, hogy a szúrás és a víz visszadobási pontjait elmozdítsák).

Magas hőmérsékletű mély geotermikus energia

A mélyebb fúrásokon keresztül melegebb vizekhez jut, az esetleges korróziós vagy hámlási problémák hátránya gyakoribb és / vagy súlyosabb (mivel a mély és meleg vizek gyakran sokkal mineralizáltabbak). Az elérendő mélység a kívánt hőmérséklettől és az erőforrástól függően változik (helyi termikus gradiens, amely helyenként nagyon változó).

A hőátadási módszer egyszerűbb ( ellenáramú hőcserélő ), alacsony hőmérsékleten szükséges hőátadó folyadék nélkül .

Nagyon mély geotermikus energia nagyon magas hőmérsékleten

Minél mélyebben belemélyed a földkéregbe, annál inkább emelkedik a hőmérséklet. Átlagosan Franciaországban a hőmérséklet-emelkedés 100 méterenként eléri a 2–3  ° C-ot . Ez a termikus gradiens nagymértékben függ a földgömb figyelembe vett régiójától. 3  ° C / 100  m (üledékes régiók) és 1000  ° C / 100  m (vulkanikus régiók, hasadék zónák, például Izland vagy Új-Zéland) között változhat .

A működéshez rendelkezésre álló hőmérsékleti szinttől függően hagyományosan háromféle geotermikus energia létezik:

  1. nagy energiájú geotermikus energia ( 150  ° C feletti hőmérsékleten ), amely lehetővé teszi a villamos energia előállítását a turbina meghajtásához elegendő nyomással kiáramló gőznek köszönhetően.
  2. közepes energiájú geotermikus energia ( 100  ° C és 150  ° C közötti hőmérsékleten ), amelyhez az áramtermeléshez közbenső folyadékot igénylő technológia szükséges.

A mély geotermikus energia előnyei és nehézségei (magas és alacsony energia)

Előnyök

Hátrányok

Ebben az esetben három fő probléma merül fel:

  1. Fúrás után a kutak hidraulikus teljesítményének (áteresztőképessége) növelése vagy fenntartása érdekében a víz kényszerbefecskendezését vagy hidraulikus stimulálását korábban csak hidraulikus repesztéssel (a környezeti kockázatokkal ellentmondásos technika) kellett létrehozni, de különösen időszakosan újra megnyitni azok a már meglévő törések, amelyek hajlamosak záródni vagy lezáródni. Ezek a fizikai inger mindig indukál mikro-szeizmikus aktivitás, néha elég jelentős ahhoz, hogy úgy érezte, a helyi lakosság (például: Soultzban, a legerősebb kiváltott földrengés történt2003. júniusa Richter-skála szerint 2,9- es erősséggel . A geotechnikai vizsgálatok célja, hogy jobban megértsék a fizikai jelenségeket, amelyek ennek az indukált szeizmicitásnak az eredetét jelentik. Az indukált mikro-szeizmikus aktivitás minimalizálása érdekében a kémiai stimuláció technikáját (amelyet gyakran  az olaj- és gázipar „ repesztéssel ” társít  ) sikeresen teszteltek, különösen a Soultznál. A savak és vegyszerek feloldanak bizonyos, a törésekben természetesen jelen lévő ásványi anyagokat (pl. Kalcit ), ami növeli a kutak hidraulikus teljesítményét. Ezt az úgynevezett „hidrokémiai stimulációs” variánst valójában kisebb mikro-szeizmikus aktivitás kísérte (gyenge vagy nagyon mérsékelt), de bizonyos nemkívánatos vegyületekkel (fémek, radionuklidok, ásványi sók) jobban megterhelt vizet termelt. A Soultz telephelyének természetes sóoldatot kell kezelnie, amelyet literenként körülbelül 100 gramm só jellemez, amely ilyen nemkívánatos termékeket tartalmaz. Ezt a geotermikus vizet (150 liter / másodperc 165  ° C-on ) ezután 70  ° C-on , nagy nyomáson visszasajtoljuk az altalajba a visszasajtoló kutakon keresztül.
  2. A forró és repedezett kőzetben keringő folyadék mindig sós, maró hatású, esetleg csiszoló, radioaktív részecskékkel van ellátva, vagy valószínűleg részt vesz a kéregben az ásványi sók kicsapódása ( hámlás vagy „  pikkelyezés  ”) révén, ami például megzavarhatja vagy blokkolhatja a záródást szelepek. A csapadék mennyisége a felszínen korlátozható a csövekben magas nyomás fenntartásával (20 bar), ami szivárgás esetén veszélyesebbé teszi a telepítést;
  3. A hő hőtágulás forrása vagy esetleg hősokk-problémák esetén okozhatja a létesítmény egyes sérülékeny részeit.

Lehetséges alkalmazások

Már 1973- ban B. Lindal egy táblázatban foglalta össze a geotermikus energia lehetséges alkalmazási lehetőségeit.

Nagy energiájú geotermikus energia

A nagy energiájú geotermikus energia vagy a "mély geotermikus energia", ritkábban magas hőmérsékletű geotermikus energia, vagy a nagy entalpia-geotermikus energia olyan energiaforrás, amely általában 1500 méter mélynél mélyebben elhelyezkedő, 150  ° C- nál magasabb hőmérsékletű tárolókban található . A magas hőmérsékletnek köszönhetően lehetőség van villamos energia előállítására és kapcsolt energiatermelésre (a villamos energia együttes előállítása a gőzturbináknak és a hőnek köszönhetően a gőz kondenzátum visszanyerésével).

Minél mélyebbre fúrja a földkéreget, annál inkább emelkedik a hőmérséklet. Ez a termikus gradiens nagymértékben függ a földgömb figyelembe vett régiójától. A jóval melegebb hőmérsékletű területek, az úgynevezett hőmérséklet-anomáliák sekély mélységben több száz fokot is elérhetnek. Ezeket az anomáliákat leggyakrabban a vulkanikus területeken észlelik. A geotermikus energiában magas entalpia- lerakódásnak nevezik őket , és energiát szolgáltatnak, amely a betét magas hőmérséklete ( 80  ° C és 300  ° C között ) lehetővé teszi az áramtermelést.

A nagy energiájú geotermikus energiából származó hő felhasználása régi. A forró fürdők fürdését már az ókorban is gyakorolták a világ számos részén. A XX .  Század elején a geotermikus erőmű villamosenergia-termelését először Larderellóban ( Olaszország ) hajtották végre . A magas hőmérsékletű geotermikus energia jelenleg jelentősen megújul, különösen azért, mert a korrózió elleni védelem és a fúrási technikák jelentősen javultak.

Új technológiai alkalmazások lehetségesek a hő visszanyerésére a Földről. A CHP már lehetővé teszi a hő- és villamosenergia-termelés kombinálását ugyanazon az egységen, és ezáltal növeli a telepítés hatékonyságát. Soultz-sous-Forêts egyik európai mély geotermikus projektjének célja a villamos energia előállítása a forró repedezett kőzetek (angolul Hot Dry Rock ) energiapotenciáljának felhasználásával .

Feltárási módszerek fúrás előtt

Telepítések szerte a világon

A geotermikus energiából előállított villamos energia a világ több mint 20 országában áll rendelkezésre: Kínában , Izlandon , az Egyesült Államokban , Olaszországban , Franciaországban , Németországban , Új-Zélandon , Mexikóban , El Salvadorban , Nicaraguában , Costa Ricán , Oroszországban , Indonéziában , Japánban és Kenyában . Az első három gyártó az Egyesült Államok, a Fülöp-szigetek és Indonézia. Ez utóbbi ország rendelkezik a legnagyobb potenciállal (27 gigawatt, vagyis a világ tartalékainak 40% -a).

Az egyik legfontosabb geotermikus forrás az Egyesült Államokban található . A San Franciscótól mintegy 145  km-re északra fekvő gejzírek 1960-ban kezdték meg a termelést, és 2000 megawatt villamosenergia-kibocsátással rendelkeznek. Ez 21 erőmű gyűjteménye, amelyek több mint 350 kútból származó gőzt használnak. A Calpine Corporation kezeli és birtokolja a 21 létesítményből 19-et. Kalifornia déli részén , Niland és Calipatria közelében mintegy 15 erőmű mintegy 570 megawatt áramot termel.

A geotermikus energia Izland fő energiaforrása , de a Fülöp-szigetek a legnagyobb fogyasztó, az ott termelt villamos energia 28% -át geotermikus energia termeli. Három nagy erőmű működik, amelyek az ország villamosenergia-termelésének mintegy 17% -át (2004) biztosítják. Ezenkívül a geotermikus hő biztosítja a fűtést és a meleg vizet a sziget lakóinak mintegy 87% -ának.

A geotermikus energia különösen nyereséges az afrikai Rift zónában . Három erőmű épült a közelmúltban Kenyában , illetve 45  MW , 65  MW és 48  MW . A tervek szerint 2017- ben 576 MW -mal növelik a termelést  , amely fedezi Kenya szükségleteinek 25% -át, és ezáltal csökkenti az ország olajimporttól való függését.

A Németországban , 5 év után fúró, egy 3,4 megawattos növény, geotermikus energia, már működik Unterhaching közelében München 2009 óta, és a termelő hő és villamos energia a kapcsolt energiatermelés . A fúrás elérte a 3350 méter mélységet, és  másodpercenként 150 liter víz tör fel 122  ° C hőmérsékleten .

Alacsony energiájú geotermikus energia

„Alacsony energiájú geotermikus energiáról” beszélünk, amikor a fúrás lehetővé teszi a víz hőmérsékletének 30  ° C és 100  ° C közötti elérését 1500 és 2500 m közötti  mélyedésekben. Ezt a technológiát főként kollektív távfűtésre használják fűtési hálózatokon keresztül, és bizonyos ipari alkalmazásokhoz.

A közvetlen geotermikus hő (termálfürdő, uszoda fűtés, fűtésre, mezőgazdasági és ipari folyamatok), néha a kapcsolt energiatermelés, a becslések szerint 117  TWh (421  PJ ) 2019-ben a telepített kapacitás becsült 30  GW -én , akár 2.2  GW th 2019-ben (+ 8%). A fürdők és úszómedencék fő felhasználása (44%), évente 9% -kal nőtt; ezután jön a helyiségfűtés (39%), évi 13% -os növekedés, majd az üvegházhatású fűtés (8,5%), az ipari alkalmazások (3,9%), az akvakultúra (3,2%), a szárítás a mezőgazdaságban (0,8%) és a hóolvadás (0,6%). Az ezeket a felhasználásokat elsősorban Kína (47%) gyakorolja, amely az elmúlt öt évben évi 20% -ot meghaladó növekedést tapasztalt, ezt követi Törökország, Izland és Japán.

A dublett elven működő geotermikus erőművet 1994-ben bízták meg a svájci Riehenben , a helyi épületek fűtésére. Mivel2000. december, a megtermelt hő egy részét Németországba exportálják, és így a szomszédos Lörrach város egyik kerületét látja el .

A talajvíz- hőszivattyú segítségével történő hőtermelés a talajvízben lévő energia kinyerésén és a fűtendő helyiségekbe történő átvitelén alapul. Ezenkívül a hőszivattyú egyszerre és / vagy egymás után képes fűtési és / vagy légkondicionálási / hűtési igényeket kielégíteni. Ez a kategória technikai és pénzügyi befektetési szempontból továbbra is inkább a nagyon alacsony energiafelhasználású geotermikus család.

Nagyon alacsony energiájú geotermikus energia

A „nagyon alacsony energiájú” geotermikus energia 500 kW- ot meg nem haladó  hőteljesítményt fejleszt ki , sekély mélységben (kevesebb, mint 200  m ) és általában 10 és 30  ° C közötti hőmérsékleten , azaz nem a mélyből érkező vagy nem érkező kalóriákkal. a föld, hanem inkább a nap és az esővíz lefolyása, a föld talaja inerciája és gyenge hővezető képessége miatt meleg forrást játszik.

Ezt a technológiát alkalmazzák:

Ezek a rendszerek lehetővé teszik a fűtés és a melegvíz előállításának energiamegtakarítását az elsődleges energia egyszeri felhasználásához képest . Ehhez azonban külső energiaforrásra, leggyakrabban villamos energiára van szükség , amelynek elérhetőnek kell maradnia.

A hőszivattyúval történő geotermikus energia abból áll, hogy a föld konfigurációjától függően függőleges vagy vízszintes érzékelőkön keresztül vonja be a talajban lévő hőt. A hőszivattyú hasonlóan működik, mint egy hűtőszekrény  : a helyiséget egy külső hőforrásból melegíti fel, amelynek hőmérséklete általában alacsonyabb, mint a fűtendő helyiségé.

Előírások

A legtöbb országban a városrendezési előírások , a bányakódex és / vagy a környezetvédelmi kódex (ha van ilyen) keretei között mozog, és az energetikai átmenet keretein belül fejlődik .

Működés

Minden az állapotváltozásnak köszönhető, amikor egy folyadék folyékony állapotból gázállapotba kerül, és fordítva.

Például egy hosszú polietilénből vagy rézből készült , polietilénben burkolt cső van a földbe temetve (kert stb.).

Közvetlen tágulási rendszerek (DXV) esetében folyadék kering belül, amely a folyékony állapotból kissé felmelegszik a földdel érintkezve. Mivel ennek a folyadéknak az a tulajdonsága, hogy nagyon alacsony hőmérsékleten forral fel, a folyékony állapotból a gáz halmazállapotba kerül. Ezt gőz összenyomja egy kompresszor található a házban. A tömörítés egyszerű ténye növeli a hőmérsékletét. Ezután egy kondenzátorba viszik, amely visszatér folyékony állapotba. Ezen állapotváltozás során a hő ismét felszabadul, amelyet a fűtővíz továbbít ( radiátor , padlófűtés stb.).

A folyadék folytatja körforgását, és miután ellazult és lehűlt, zárt körben ismét elindul, hogy hőt keressen a kert talajában.

Háromféle rendszer létezik:

Hőátadó folyadékok

A termodinamikai gépek (itt a hőszivattyú) működése a hűtőközegek szobahőmérsékleten történő párolgási és páralecsapódási képességén alapul. A geotermikus energiához leginkább használt hűtőközeg az R-134a .

Alapvető tulajdonságai:

Más folyadékokat szoktak használni, mint például az R407C vagy az R410A. A jövő megoldásai valószínűleg természetes folyadékokat érintenek, például propánt (R290) vagy CO 2 -ot(R744). Ez utóbbi nagy hátránya az üzemi nyomás (80 és 100  bar között).

Közvetett rendszerek, például sóoldat / víz hőszivattyúk esetében a monoetilén-glikol alacsony viszkozitású alacsony hőmérsékleten (és ennélfogva kevesebb a sóoldat keringéséért felelős keringető szivattyú kevesebb fogyasztása), de veszélyt jelent a talaj szennyezésére . A monopropilén-glikol viszkozitása nagyobb, drága, de élelmiszeripari minőségűnek és 98% -ban biológiailag lebonthatónak tekinthető. Ezeknek a létesítményeknek a glikol-sűrűség szabályozása 3 évente, az áramkör öblítése 5 évente szükséges.

A beruházási költségvetés szempontjából a hőszivattyúk, amelyek több mint 90% -ot beépítettek új (források: Ademe , Sofath), nem versenyeznek a Joule-effektusú elektromos fűtéssel (elektromos ellenállás), hanem minden más valódi ökológiai eszközzel ( aktív napenergia , faenergia , és mindenekelőtt éghajlati és bioklimatikus felépítéssel ).

A hőszivattyúnak valószínűleg előnyös lenne, ha hőmotorral üzembe állítaná , amely felhasználhatja a biomasszából származó tüzelőanyagokat ( például biogáz ), és ez nyilvánvalóan méretgazdaságossági okokból, nagy komplexumokban, ezáltal lehetővé téve a termelésnek a felhasználási helyek közelében történő elhelyezését és növelve a helyi megújuló energia lehetőségét energiatermelés, miközben elkerüli felerősíti a jelenlegi problémák elé a villamosenergia-mérő .

Földrengés és geotermikus energia

A szeizmikus kockázattal járó régiókban a geotermikus energiát bizonyos földrengések (a létesítmény romlása, a hőforgalom módosítása stb.) Befolyásolhatják.

Ezzel ellentétben, az EGS-tartályok hidraulikus repesztéssel történő stimulálásának minden egyes művelete több-kevesebb hosszú, tíz-ezer mikroszeizmust eredményezhet (legalább néhány tíz nagyságrendű, vagy annál nagyobb földrengés minden stimulációnál); ez „  indukált mikroseismicitás  ”. A túlnyomásos víz befecskendezése váltja ki a nagyságrendű mikrorengéseket , amelyek meglehetősen ritkán elérhetik a maximum 2,9-et (mint a Soultz-sous-Forêts esetében ).

Hogy csökkentse „szeizmikus kellemetlenségeket” , „kémiai ingerek” kölcsönzött az olaj- és gázipari szektor hajtottak végre bizonyos mélységi geotermikus fúrások.

Ezeket a mikro-földrengéseket geológusok, olajtársaságok és a mély geotermikus energia előmozdítói tanulmányozzák, akik a törések ingerlését és fenntartását is alkalmazzák (akár nyomás alatti víz befecskendezésével, akár vegyi anyagok hozzáadásával). A mikro-földrengések gyakoriságát, intenzitását és egyéb jellemzőit érzékelőhálózatok rögzíthetik a felszínen (ún. „EOST” hálózatok) és a mélységben (ún. „EEIG” mélyhálózat). A vegyi anyagok vízzel (savak, hígítószerek stb.) Kevert nyomás alatt történő injektálása kevesebb szeizmikus aktivitást generál, mint önmagában a hidraulikus stimuláció, de módosítja a mély környezet, vagy akár a fúrólyuk egyéb paramétereit. Használjon bizonyos kémiai anyagokat tartalmazó folyadékot, amely feloldja a hidrotermális ásványi anyagokat (kalcit) .

A BRGM szerint „a világon minden ilyen típusú (mély geotermikus energia) helyszínnek meg kellett küzdenie a populációk által is érezhető mikroseizmusok előfordulásával, néha káros következményekkel. Az ismert szeizmicitás jelensége, bár ismert, a tudósok fizikailag még nem teljesen értik ” . A folyamatban lévő tanulmányoknak és az érzékelők által felhalmozott adatoknak köszönhetően a szakemberek azt remélik, hogy képesek lesznek "megtalálni a módokat a geotermikus projektek mikro-szeizmikus hatásainak csökkentésére, és ezáltal a lakosság által jobban elfogadni ezeket a projekteket" .

A mikro-szeizmikus aktivitás akkor keletkezik, amikor a repesztőfolyadék nyomása megnő. Ez nagymértékben változik a hidraulikai körülmények változásától függően. Az injekciók abbahagyása után alábbhagy, de a töréssel történő stimulálás után néhány napig folytatódik ("maradék aktivitás"). Ezek a "mikrotrengések" gyakran nagyon alacsony energiájúak, ezért az emberek nem érzékelik a felszínen (talán érzékenyebb állatok, köztük gerinctelenek is érzik őket). Valójában ezeknek a szeizmikus hullámoknak az energiája annál is inkább gyengül, amikor a fúrás mély vagy távol van. Nagyságuk -2-től (kimutatási küszöb) és 1,8-ig (az emberek által a felszínen észlelhető küszöbérték) változik. Nagyobb hibák közelében néhány nagyobb (> 1,8) földrengés mégis időnként érezhető a felszínen. Mély geotermikus működési körülmények között az indukált szeizmikus aktivitás általában túl alacsony ahhoz, hogy az emberek a felszínen érezzék.

Svájcban a mély geotermikus energiával kapcsolatos projekteket két földrengést követően szüneteltették, amelyek kárt okoztak (2006-ban Bázelben 3,4, 2013-ban St. Gallenben 3,6). 2016-ban a svájci Energiakutatás - Villamosenergia-ellátás Kompetencia Központ (SCCER-SoE) által készített tanulmány a földrengések megelőzése érdekében.

A dél-koreai , a város Pohang szenvedett földrengés , amelyet minősíteni a második legintenzívebb és romboló földrengés rekord Dél-Koreában. 135 ember sérült meg, költségeit 300 milliárd vonóra , azaz 290 millió amerikai dollárra becsülték .

Geotermikus energia és közpolitika

Az Izlandon vagy Fülöp , geotermikus energia széles körben hasznosítják. Fontosságát a fosszilis üzemanyagok kimerülése kapcsán különösen kiemelte az Equinox Blueprint: Energy 2030, a Waterloo globális tudományos kezdeményezés  (en) című jelentés .

Kiképzés

A mélyfúrás sikere, majd jó kihasználása speciális készségeket igényel.

Franciaországban a régióbeli strasbourgi egyetem ( Elzász ) 2014-ben mély geotermikus egyetemi kurzust (háromszoros tanfolyamot) hirdetett meg, ahol Franciaországban először tesztelték a mély geotermikus energiát Soutz-sous-Forêts-ban, és ahol jelentős potenciál rejlik létezik ( 100  ° C-ot meghaladó hőmérsékletű vízszint 1000 méter mélyről). A 2014–2015-ös tanév kezdetétől a strasbourgi iskola és a Földtudományi Obszervatórium (EOST) geológiai és geofizikai mérnöki tanfolyamokat készít három tanfolyamra ( egyetemi végzettség , azaz LMD - engedély, mester, doktori fokozat). A 2011-es beruházások a jövőért program részeként az EOST már a „  G-EAU-THERMIE PROFONDE  ” projekt , a LABoratoire d'Excellence (LABEX) projektet viselte, amelynek célja a mély geotermikus víztározók ismeretének bővítése és a kiaknázást lehetővé tevő technikák kifejlesztése volt. ennek a megújuló energiaforrásnak a

Ezt az elzászi regionális tanács által támogatott képzést nyolc év alatt 2,1 millió euróval ruházták fel  , főként a mélygeotermikus ágazat úttörő regionális energiaszolgáltatója, az Électricité de Strasbourg . Az egyetem szerint mind a köz-, mind a tudományos szféra ( különösen a CNRS ), mind a gazdasági szféra igényének megválaszolásáról van szó .

Megjegyzések és hivatkozások

  1. (in) Raffaele Cataldi , "  A Földközi-tenger és a mezoamerikai területek geotermikus energiájának historiográfiai szempontjainak áttekintése a modern kort megelőzően  " , Geo-Heat Center Quarterly Newsletter , Klamath Falls, Oregon, Oregon Institute of Technology, Vol.  18, n o  1,1992. augusztus, P.  13-16 ( olvasható online , elérhető 1 -jén november 2009 )
  2. (in) John W. Lund , "  A geotermikus erőforrások jellemzői, fejlesztése és hasznosítása  " , Geo-Heat Center negyedéves hírlevél , Klamath Falls, Oregon, Oregoni Műszaki Intézet, 1. évf.  28, n o  22007. június, P.  1–9 ( online olvasás , hozzáférés : 2009. április 16. )
  3. Cleveland és Morris 2015 , p.  291.
  4. (in) Mary H. Dickson és Mario Fanelli , Mi geotermikus energia? , Pisa, Istituto di Geoscienze e Georisorse,2004. február( Olvassa el az online [ archív2011. július 26] )
  5. (in) "  A geotermikus energia története Amerikában  " az Energy.gov oldalon (elérhető: 2021. május 17. )
  6. (in) Ruggero Bertani , "A  világ geotermikus generációja 2007-ben  " , Geo-Heat Center negyedéves hírlevél , Klamath Falls, Oregon, Oregoni Műszaki Intézet, Vol.  28, n o  3,2007. szeptember, P.  8–19 ( online olvasás , konzultáció 2009. április 12-én )
  7. (in) Tiwari, GN és Ghosal, MK, Megújuló energiaforrások: alapelvek és alkalmazások , Alpha Science,2005( ISBN  978-1-84265-125-4 )
  8. (in) Jeff Isrealy, "  párolás Forward  " on time.com ,2007. február 8(elérhető : 2021. május 17. )
  9. (in) M. Zogg , "  A hőszivattyúk svájci hozzájárulásainak és a nemzetközi mérföldköveknek a története  " , 9. nemzetközi IEA hőszivattyúkonferencia , Zürich, 2008. május 20–22. ( Online olvasható )
  10. (in) R. Gordon Bloomquist , "  Geotermikus hőszivattyúk, négy évtizedes tapasztalat tovább  " , Geo-Heat Center negyedéves hírlevél , Klamath Falls, Oregon, Oregon Institute of Technology, Vol.  20, n o  4,1999. december, P.  13-18 ( online olvasás , konzultáció 2009. március 21-én )
  11. (a) J. Donald Kroeker és Ray C. Chewning , "  hőszivattyúval egy irodaház  " , ASHVE Transactions , Vol.  54,1948. február, P.  221-238
  12. (in) Robert Gannon , Talajvíz-hőszivattyúk - otthoni fűtés és hűtés saját kútból , lopás.  212, Bonnier Corporation ( n o  2),1978. február, 78-82  o. ( online olvasás )
  13. (in) J. Lund , "  100 éves geotermikus energiatermelés  " , Geo-Heat Center negyedéves hírlevél , Klamath Falls, Oregon, Oregoni Műszaki Intézet, Vol.  25, n o  3,2004. szeptember, P.  11–19 ( online olvasás , konzultáció 2009. április 13-án )
  14. (a) K. Erkan G. Holdmann W. Benoit és D. Blackwell , "  megértése a Chena Hot Springs flopra alaszkai geotermikus rendszer segítségével a hőmérséklet és a nyomás adatok  " , geotermika , Vol.  37, n o  6,2008, P.  565-585 ( DOI  10.1016 / j.geothermics.2008.09.001 )
  15. „Soultz geotermikus energia” .
  16. GEIE de Soulz, kockázatkezelés , konzultált 2013-03-19.
  17. Geotermikus energia: a gejzírtől a radiátorig , Jean-Michel Coudert ( ISBN  2715904711 ) , ( ISBN  9782715904712 ) .
  18. A földgömb belső hőjének eredete
  19. Csökken a hőáram (az oldal végén) .
  20. Geotermikus energia. Kulcsfigurák : Átlagos energiaáramlás a földgömbön: 0,1  W / m 2 eco-energie.ch, konzultálva 2015 februárjában
  21. (in) Fenntartható Energia - anélkül, hogy a forró levegő , David MacKay FRS, 16. fejezet - magyarázata az oka a lassúság ennek a természetes megújulás. Ingyenesen elérhető 16 órakor - geotermikus Az inference.phy.cam.ac.uk weboldalon.
  22. (in) "Megújuló képesség és fenntarthatóság" , Ladislaus Rybach, 2007. szeptember.
  23. 6. fejezet. Geotermikus energia Az universalis.fr oldalon.
  24. cikk "Hőszivattyú fúrólyuk dubletten, A talajvíz és a melegvíz tárolásának hőpotenciáljának fenntartása"; A mérnök hidrogeológiája-geológiája, 2, 1984, p.  133-143 - BRGM szerk.
  25. [PDF] (en) A mély geotermikus erőforrások fejlődésének jelenlegi állása a világban és a jövőre gyakorolt ​​hatása A geothermal-energy.org oldalon .
  26. A geotermikus energia elve, az Ökológiai Minisztérium honlapja 2014. március 24-én konzultált.
  27. Ökológiai Minisztérium (2013), A magas hőmérsékletű geotermikus energia újraindítása 2013. február 21.
  28. Frissítés a tudományos és műszaki területen végzett munkáról A soultz.net oldalon.
  29. (in) "  Tudomány: Villamos energia és hő 2015-re  " az iea.org oldalon ,2017. szeptember 19(megtekintve 2018. október 18. )
  30. Arnaud Guiguitant, "Indonézia a geotermikus villamos energiára támaszkodik" , Le Monde, 2009-10-25.
  31. (in) The Geysers (brosúra), Calpine Corporation, 2004.
  32. Energia Izlandon .
  33. Blaine Harden , a filippínóiak merítik az erőt az eltemetett hőből , The Washington Post , 2008. október 4.
  34. Kenya: a geotermikus energia úttörője Afrikában Az afriqueavenir.org oldalon.
  35. Lásd például: Telepítések a világon a humanite-durable.fr oldalon.
  36. (in) Megújuló energiaforrások 2020 globális állapotjelentés , REN21 , 2020. június, 92–95.
  37. Nagyon alacsony energiájú geotermikus energia A geothermie-perspectives.fr oldalon.
  38. [PDF] Információ az R134a folyadékról , a cder.dz weboldalon.
  39. Ökológiai folyadékok megjelenése: R407c és R410a , a légkondicionáló.ch weboldalon .
  40. [PDF] CETIAT, State of the art geotermikus rögzítési módszerek , a groundmed.eu helyén a 2010. november 9.
  41. Soultz a mély geotermikus energia vezető helyszíne A geothermie-soultz.fr oldalon.
  42. A szeizmikus kérdés A geothermie-soultz.fr oldalon.
  43. A szeizmikus kérdés , konzultálva 2011/01/11.
  44. Sylvestre Huet, „A geotermikus energia teszi Svájc borzongás , local.attac.org , január 22, 2007.
  45. geotermikus fúrások felfüggesztésre kerültek St. Gallenben egy földrengés után , rts.ch, 2013. július 20
  46. Svájc mélyfúrásokat tesztel földrengések létrehozása nélkül , Tribune de Genève , 2016. október 11.
  47. Zastrow M (2018) Dél-Korea elfogadja a geotermikus növényeket, amelyek valószínűleg pusztító rengést okoztak; A nemzet energiaügyi minisztériuma „mély sajnálatát” fejezte ki, és azt mondta, hogy felszámolja a kísérleti üzemet . Doi: 10.1038 / d41586-019-00959-4
  48. Forrás: interjú Gérard Beretz-szel az AFP részéről a „mély geotermikus” szektor létrehozásában a Strasbourgi Egyetemen .

Függelékek

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek