Wie Funktioniert Geothermie?

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Geothermie ist sauber, reichlich und erneuerbar. Erfahren sie mehr über geothermie, erdwärmepumpen und geothermiekraftwerke.

- Wir sind auf unsere Autos angewiesen, um uns zur Arbeit zu bringen und unsere Kinder zur Schule zu bringen. Wir sind auf unsere Heizsysteme angewiesen, um uns im Winter warm zu halten. Wir gehen davon aus, dass wir Computer, Staubsauger oder Ofen problemlos einschalten können.

Wissenschaftler sagen jedoch, dass die Energiequellen, die wir benötigen, um all diese modernen Annehmlichkeiten zu betreiben, gefährlich niedrig werden. In weniger als 40 Jahren könnte das Öl ausgehen, und kurz darauf auch das Erdgas [Quelle: The Independent]. Diese fossilen Brennstoffe dringen schon seit Hunderten von Millionen von Jahren unter die Erde, und wenn sie einmal weg sind, brauchen sie noch Millionen Jahre, um sich wieder aufzufüllen. Wir haben nicht nur keine fossilen Brennstoffe mehr, sondern tragen auch zu unseren Umweltproblemen bei, indem sie unangenehme Nebenprodukte freisetzen, die die Umweltverschmutzung erhöhen und zur globalen Erwärmung beitragen.

-Wissenschaftler laufen gegen die Zeit, um saubere, effizientere und erneuerbare Energiequellen zu finden. Eine potenzielle Quelle, die wir kaum angetippt haben, ist direkt unter unseren Füßen. Tief im Erdinneren befindet sich heißes Wasser und Dampf, mit denen wir unsere Häuser und Geschäfte heizen und Strom sauber und effizient erzeugen können. Es heißt geothermische Energie - von den griechischen Wörtern Geooder "Erde" und thermebedeutet "Wärme".

Im Zentrum der Erde gibt es viel Wärme. Je tiefer Sie graben, desto heißer wird es. Das AderIn einer Entfernung von ungefähr 6.437 Kilometern unter der Oberfläche können Temperaturen von 4.204 Grad Celsius (4.204 Grad Celsius) erreicht werden. Ein Teil dieser Wärme ist vor etwa 4 Milliarden Jahren von der Erdformation geblieben. Der Rest kommt vom ständigen Zerfall radioaktiver Isotope innerhalb der Erde.

-Die Hitze in der Erde ist stark genug, um Steine ​​zu schmelzen. Diese geschmolzenen Gesteine ​​sind bekannt als Magma. Da Magma weniger dicht ist als die umgebenden Felsen, steigt es an die Oberfläche. Manchmal entkommt Magma durch Risse in der Erdkruste und bricht als Teil von Lava aus Vulkanen hervor. Die meiste Zeit bleibt Magma jedoch unter der Oberfläche und erwärmt die umgebenden Felsen und das Wasser, das in diesen Felsen eingeschlossen ist. Manchmal entweicht dieses Wasser durch Risse in der Erde, um heiße Pools (heiße Quellen) oder heiße Wasserläufe und Dampf (Geysire) zu bilden. Der Rest des erhitzten Wassers verbleibt in Becken unter der Erdoberfläche, die als geothermische Reservoirs bezeichnet werden.

Wie können wir Geothermie nutzen?

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Hitze sitzt unter der Erde - wir müssen sie nur anzapfen. Geothermie kann auf drei Arten genutzt werden:

-Direkte Geothermie. In Gegenden, in denen sich heiße Quellen oder geothermische Reservoirs in der Nähe der Erdoberfläche befinden, kann heißes Wasser direkt in die Heizung von Wohnhäusern oder Bürogebäuden geleitet werden. Geothermisches Wasser wird durch einen Wärmetauscher gepumpt, der die Wärme aus dem Wasser in das Heizungssystem des Gebäudes überträgt. Das verbrauchte Wasser wird über einen Brunnen in das Reservoir eingespritzt, um es wieder aufzuwärmen und wieder zu verwenden.

Geothermische Wärmepumpe. Ein paar Meter unter der Erde bleibt der Boden oder das Wasser das ganze Jahr über konstant 50 bis 60 Grad Fahrenheit (10-15 Grad Celsius). Nur ein bisschen Wärme kann zum Heizen oder Kühlen von Häusern und Büros verwendet werden. Flüssigkeit zirkuliert durch eine Reihe von Rohren (als Schleife bezeichnet) unter der Erde oder unter dem Wasser eines Teichs oder Sees und in ein Gebäude. Ein elektrischer Kompressor und ein Wärmetauscher ziehen die Wärme aus den Rohren und leiten sie über ein Kanalsystem durch das Gebäude. Im Sommer ist der Prozess umgekehrt. Die Rohre ziehen Wärme aus dem Haus ab und transportieren sie zum Boden oder Wasser nach draußen, wo sie absorbiert werden.

Geothermiekraftwerk. Warmwasser und Dampf aus der Tiefe der Erde können durch unterirdische Brunnen geleitet und zur Stromerzeugung in einem Kraftwerk verwendet werden. Es gibt drei verschiedene Arten von Geothermie-Kraftwerken:

  • Trockendampfanlagen. Der heiße Dampf wird direkt aus den Erdwärmespeichern in die Generatoren des Kraftwerks geleitet. Der Dampf dreht Turbinen, die Strom erzeugen.
  • Schnelldampfanlagen. Wasser, das zwischen 300 und 700 Grad Fahrenheit (148 bis 371 Grad Celsius) liegt, wird durch einen Brunnen gefördert. Ein Teil des Wassers wird zu Dampf, der die Turbinen antreibt. Wenn der Dampf abkühlt, kondensiert er wieder zu Wasser und wird zum Boden zurückgeführt.
  • Anlagen mit binärem Zyklus. Mäßig heißes geothermisches Wasser wird durch einen Wärmetauscher geleitet, wo seine Wärme auf eine Flüssigkeit (wie Isobuten) übertragen wird, die bei einer niedrigeren Temperatur als Wasser siedet. Wenn dieses Fluid erhitzt wird, wird es zu Dampf, der die Turbinen dreht.

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Historische Hitze

Die Menschen nutzten die Geothermie bereits vor Tausenden von Jahren, bevor sie die Technologie hatten, um in geothermische Reservoirs zu graben. Die alten Römer verwendeten heiße Quellen, um ihre Häuser zu heizen, zu baden und zu kochen. 1892 wurde in Boise, Idaho, das erste moderne Fernheizungssystem entwickelt. Es verwendete Wasser aus heißen Quellen, um Gebäude zu heizen. Die erste Geothermie-Anlage wurde 1904 im italienischen Larderello errichtet. Geothermie wird heute unter anderem in Frankreich, der Türkei, Neuseeland, den USA und Japan eingesetzt. Island ist einer der größten Nutzer von Geothermie - praktisch die gesamte Stadt Reykjavik wird mit Wasser aus heißen Quellen und geothermischen Quellen beheizt. Einige Städte - wie Klamath Falls, Ore. - pumpen im Winter sogar heißes Wasser unter ihren Straßen und Gehwegen, um Schnee und Eis zu schmelzen.

Wie lässt sich Geothermie mit anderen Energiequellen vergleichen?

Ein Bohrgerät am Newberry-Krater in der Nähe von LaPine, Ore., Greift auf die Hitze unter der Erdoberfläche zu.

Ein Bohrgerät am Newberry-Krater in der Nähe von LaPine, Ore., Greift auf die Hitze unter der Erdoberfläche zu.

Experten sagen, dass Geothermie sauberer, effizienter und kostengünstiger ist als die Verbrennung fossiler Brennstoffe und sie kann unsere Abhängigkeit von ausländischem Öl verringern.

Geothermie ist sauber, da sie ohne Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden kann. Geothermie-Anlagen setzen einen Bruchteil des Kohlendioxids frei, das von fossilen Kraftwerken erzeugt wird, und sie erzeugen sehr wenig Lachgas oder Schwefelgase [Quelle: US Department of Energy]. Reykjavik, Island, das 95 Prozent seiner Gebäude mit geothermischer Energie beheizt, gilt als eine der saubersten Städte der Welt [Quelle: International Geological Congress Oslo].

Da die Energie in der Nähe der Anlage erzeugt wird, werden im Vergleich zu anderen Kraftstoffarten Prozess- und Transportkosten eingespart. Geothermie-Anlagen gelten auch als zuverlässiger als Kohle- oder Kernkraftwerke, da sie rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr kontinuierlich betrieben werden können.

Die Anfangskosten für Geothermie sind hoch - Brunnen kosten jeweils 1 bis 4 Millionen US-Dollar für Bohrungen, und die Installation eines geothermischen Pumpensystems für Haushalte kann bis zu 30.000 US-Dollar betragen [Quellen: REPP, Consumer Energy Center]. Mit einer Geothermiepumpe für den Hausgebrauch können die Energiekosten um 30 bis 40 Prozent gesenkt werden und werden sich innerhalb von 5 bis 10 Jahren bezahlt machen [Quelle: Consumer Energy Center].

Geothermie gilt als erneuerbar, weil die Wärme kontinuierlich ersetzt wird. Das entfernte Wasser wird nach der Nutzung der Wärme wieder in den Boden zurückgeführt.

Die Welt verwendet etwa 7.000 Megawatt Geothermie, von denen etwa 2.700 Megawatt in den Vereinigten Staaten produziert werden (das entspricht einer jährlichen Verbrennung von 60 Millionen Barrel Öl) [Quelle: Geothermal Education Office]. Wir verwenden jedoch nicht annähernd so viel Geothermie, wie verfügbar ist. Das hat mit der begrenzten geographischen Verfügbarkeit von Geothermie zu tun, und mit der Schwierigkeit und den Kosten eines Bohrens, der weit genug ist, um diese Energie zu erreichen. Fortgeschrittene Techniken, die entwickelt werden, könnten tiefere Bohrungen ermöglichen und möglicherweise mehr Menschen an mehr Orten mit geothermischer Energie versorgen.

Geothermische Wärmepumpen sind derzeit die praktikabelste Option. Sie können nahezu überall auf der Welt eingesetzt werden, da die Temperatur unter der Erde immer konstant bleibt.

Quellen


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  • Zentrum für Verbraucherenergie. "Geothermische Energie." (2. Februar 2009) //consumerenergycenter.org/renewables/geothermal/directuse.html
  • Energieinformationsverwaltung. Energie Kinder Seite. (2. Februar 2009) //eia.doe.gov/kids/energyfacts/sources/renewable/geothermal.html
  • Geothermie-Bildungsamt. "Geothermie-Fakten." (2. Februar 2009) //geothermal.marin.org/pwrheat.html
  • Geothermie-Verein. "Alles über Geothermie - Grundlagen." (2. Februar 2009) //geo-energy.org/aboutGE/currentUse.asp
  • Howden, Daniel. "Die weltweite Energieversorgung wird schneller als erwartet ausgehen", warnen Wissenschaftler. Der Unabhängige. 14. Juni 2007. (7. Februar 2009) //independent.co.uk/news/science/world-oil-supplies-are-set-to-run-out-schneller als erwartet-warn- Wissenschaftler-453068.html
  • REPP. Geothermische Ressourcen. (2. Februar 2009) //repp.org/geothermal/geothermal_brief_geothermal_resources.html
  • "Unterirdische Hitze." Kanada und der World Backgrounder. Oktober 1999, pgs. 21-25.
  • US-Ministerium für Energie, Geothermie-Programm. "Geothermie-Grundlagen." (2. Februar 2009) //www1eere.energy.gov/geothermal/geothermal_basics.html
  • Worden, Jessica. "Saubere Wärme: Die Geothermie unter unseren Füßen." Eigenheim. Januar / Februar 2005, Band 16, Ausgabe 1, S. 44-45.


Videoergänzungsan: Wie funktioniert ein Geothermiekraftwerk?.




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