Hvernig rafalar virka í jarðvarmakerfum
Endurnýjanlegar orkulindir hafa orðið lykilforgangsverkefni í alþjóðlegri viðleitni til að draga úr neikvæðum áhrifum loftslagsbreytinga og ósjálfstæðis jarðefnaeldsneytis. Ein efnileg endurnýjanleg orkulind er jarðvarmi. Jarðvarmi kemur frá hita sem er staðsettur undir yfirborði jarðar. Til að virkja þessa orku notum við kerfi sem kallast jarðvarmakerfi, þar sem rafalar gegna lykilhlutverki. Í þessari grein verður fjallað um hvernig rafalar virka í jarðvarmakerfum, allt frá því að vinna varma úr iðrum jarðar til að framleiða nothæfa raforku.
Inngangur að jarðvarmaorku
Jarðvarmi er orka í formi varma sem á uppruna sinn að rekja til jarðar. Þessi varmi myndast við rotnun geislavirkra efna í kjarna og möttli jarðar, sem og við varma sem safnast upp við myndun jarðar. Tæknin sem notuð er til að virkja þessa orku beinist að því að nota heita vökva neðanjarðar til að framleiða gufu, sem síðan er notuð til að knýja túrbínur og framleiða rafmagn.
Jarðhitakerfið
Jarðvarmakerfi samanstendur yfirleitt af nokkrum meginþáttum: framleiðslubrunni, niðurdælingarbrunni, varmaskipti, túrbínu, rafstöð og dreifingar- og stjórnkerfi. Hiti úr jarðvegi er dreginn út í gegnum framleiðslubrunn þar sem heitur vökvi eða gufa er lyft upp á yfirborðið. Gufan sem myndast er síðan notuð til að knýja túrbínu sem er tengd við rafstöð.
Hvernig rafalar virka í jarðvarmakerfum
1. Að draga hita úr jörðinni
Í fyrsta áfanga er varmi unninn úr jörðinni með því að bora framleiðslubrunn. Brunnurinn liggur að jarðvarmageymslu sem inniheldur gufu eða heitt vatn. Dýpt brunnsins getur verið mismunandi eftir staðsetningu og jarðvarmaforða, yfirleitt á bilinu 1 til 3 kílómetra undir yfirborði.
2. Umbreyting hita í gufu
Heitur vökvi, eða blanda af vatni og gufu, er dreginn úr brunninum og síðan fluttur upp á yfirborðið um pípur. Á yfirborðinu er vökvinn leiddur inn í varmaskipti eða skilju til að aðskilja gufuna frá vatninu. Þessi gufa sem myndast er aðalþátturinn í að knýja túrbínu rafstöðvarinnar.
3. Túrbínuakstur
Gufan sem myndast við varmaskiptin er beint að túrbínunni. Túrbínan hefur nokkur blöð fest á snúningshluta. Þessi háþrýstiguf fer yfir túrbínblöðin og veldur því að túrbínan snýst. Þessi snúningshreyfing er fyrsta skrefið í ferlinu við að umbreyta varmaorku í vélræna orku.
4. Rafmagnsframleiðsla
Snúningstúrbínan er tengd við rafstöðvarsnúninginn með ás. Snúningur rafstöðvarinnar snýst þegar túrbínan snýst, sem veldur því að segulsvið snúningsins framleiðir rafstraum í stator rafstöðvarinnar (kyrrstæða hluta rafstöðvarinnar). Þetta ferli er þekkt sem rafsegulfræðileg örvun.
5. Stjórn- og dreifikerfi
Rafmagnið sem rafstöðin framleiðir fer síðan í gegnum stjórnkerfi til að tryggja gæði og stöðugleika raforkunnar áður en það er dreift út á raforkunetið. Þetta stjórnkerfi fylgist með spennu, tíðni og orkuþörfum til endanlegs neytenda.
Tegundir jarðvarmakerfa
Það eru nokkrar gerðir af jarðvarmakerfum sem eru notaðar eftir aðstæðum og þörfum, þar á meðal:
1. Tvíhliða virkjun
Í þessu kerfi er jarðvarmavökvi hitaður í gegnum rör og hitinn notaður til að gufa upp annan vökva með lægra suðumark, eins og ísóbútan. Gufan úr þessum öðrum vökva er síðan notuð til að knýja túrbínu og rafal.
2. Þurrgufustöð
Þetta kerfi notar gufu beint úr jarðvarmageymslu til að knýja túrbínu. Þetta er elsta og einfaldasta jarðvarmatæknin.
3. Fljótandi gufugjafi
Þessi virkjun notar heitt vatn við háan þrýsting, sem þegar það myndast á yfirborðinu lækkar þrýstinginn og breytist í gufu. Þessi gufa er síðan notuð til að knýja túrbínu.
Kostir og áskoranir
Yfirburðir
1. Umhverfisvænt
Jarðvarmavirkjanir losa mun minni gróðurhúsalofttegundir en jarðefnaeldsneytisvirkjanir.
2. Endurnýjanlegar orkugjafar
Jarðvarmi er orkulind sem klárast aldrei svo lengi sem varmi jarðar er til staðar.
3. Mikil aðgengi
Ólíkt sólar- eða vindorku er jarðvarmaorka aðgengileg allan sólarhringinn og er ekki háð veðri.
Tantangan
1. Háir upphafskostnaður
Upphafsfjárfestingin í leit og borun jarðvarmabrunna er nokkuð mikil.
2. Jarðfræðileg áhætta
Mögulegar staðsetningar fyrir jarðvarmavirkjanir eru takmarkaðar við svæði með virka jarðhitavirkjun, til dæmis í eldhringnum í Kyrrahafinu.
3. Vatns- og steinefnastjórnun
Vatnið sem notað er getur innihaldið steinefni sem geta valdið tæringu eða útfellingum á búnaði.
Niðurstaða
Rafallar í jarðvarmakerfum gegna lykilhlutverki við að umbreyta varmaorku úr jörðinni í nothæfa raforku. Þetta ferli hefst með borun og vinnslu heitra vökva, aðskilnaði gufu, knýjandi túrbínu og að lokum umbreytingu vélrænnar orku í rafmagn með rafstöðinni. Þótt jarðvarmi standi frammi fyrir áskorunum eins og miklum upphafskostnaði og jarðfræðilegri áhættu, þá gera kostir hans, svo sem sjálfbærni og lág losun, hann að aðlaðandi valkosti innan alþjóðlegs endurnýjanlegrar orkuframleiðslu.
