Геотермийн эрчим хүчний түгээлтийн дулааны насосны технологи
Геотермаль энергийг, ялангуяа геотермаль цахилгаан станцуудаар дамжуулан цахилгаан эрчим хүчний найдвартай эх үүсвэр гэж өргөнөөр хүлээн зөвшөөрдөг. Гэсэн хэдий ч геотермаль ашиглалт нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхээс гадна хүрээгээ тэлдэг. Хамгийн том, ихэвчлэн дутуу үнэлэгддэг боломжуудын нэг бол дулааны насосны технологиор дамжуулан барилгыг халаах, хөргөхөд геотермаль энергийг ашиглах явдал юм. Газрын гадаргаас доош тогтвортой температур эсвэл геотермаль шингэний дулааныг ашигласнаар дулааны насосууд нь дулааны энергийг үр ашигтай, зардал багатай, бага ялгаруулалттайгаар хуваарилах боломжийг олгодог. Энэ нийтлэлд дулааны насосууд хэрхэн ажилладаг, тэдгээрийг геотермаль эх үүсвэртэй хэрхэн нэгтгэдэг, мөн дүүргийн халаалтын сүлжээ зэрэг орчин үеийн эрчим хүчний хуваарилах системд тэдгээрийн гүйцэтгэх үүргийн талаар авч үзэх болно.
Дулааны насосны үндсэн ойлголтууд ба тэдгээрийн геотермальтай холбоотой байдал
Дулааны насос гэдэг нь механик (ихэвчлэн цахилгаан) ажлыг ашиглан дулааны энергийг нэг газраас нөгөөд шилжүүлдэг төхөөрөмж юм. Шаталт эсвэл эсэргүүцэлтэй халаалтаар дамжуулан дулаан "үйлдвэрлэдэг" уламжлалт халаагуураас ялгаатай нь дулааны насос нь аль хэдийн байгаа дулааныг дамжуулдаг. Тиймээс дулааны насосны гүйцэтгэлийг түүний COP (Гүйцэтгэлийн коэффициент)-ээр хэмждэг бөгөөд энэ нь үйлдвэрлэсэн дулааны энергийн ашигласан цахилгаан энергитэй харьцуулсан харьцаа юм. COP 3 гэдэг нь ашигласан 1 кВт.ц цахилгаан тутамд 3 кВт.ц ашигтай дулаан үүсгэж болно гэсэн үг юм.
Газрын гүний дулааны нөхцөлд дулааны насосууд нь онцгой ач холбогдолтой байдаг, учир нь хөрс болон газрын доорх ус нь гаднах агаартай харьцуулахад жилийн турш харьцангуй тогтвортой температурыг хадгалдаг. Энэхүү температурын тогтвортой байдал нь дулааны насосыг илүү хөнгөн, үр ашигтай болгодог. Халуун орны уур амьсгалд тэдгээр нь хөргөхөд (барилгын доторх дулааныг газар руу дамжуулах) маш үр дүнтэй байдаг бол хүйтэн уур амьсгалд халаалтанд маш үр дүнтэй байдаг.
Геотермаль эх үүсвэрүүд: гүехэн геотермаль ба гүний геотермаль
Дулааны насосны геотермаль хэрэглээг ерөнхийдөө хоёр өргөн ангилалд хуваадаг:
1. Гүехэн геотермаль (гүехэн геотермаль)
Тогтвортой байх хандлагатай хэдэн метрээс хэдэн зуун метрийн гүнд газрын температурыг ашигладаг энэхүү системийг ихэвчлэн Газрын Дулааны Насос (GSHP) гэж нэрлэдэг. Гүехэн геотермаль энерги нь цахилгаан станц шиг геотермаль усан сан шаарддаггүй тул геологийн нөхцөл, газрын хүртээмж таатай байгаа тохиолдолд бараг бүх газарт ашиглаж болно.
2. Гүн геотермаль (гүн геотермаль)
Геотермаль усан сангаас халуун шингэнийг ашиглах. Зарим тохиолдолд цахилгаан үйлдвэрлэхэд хангалтгүй өндөр геотермаль дулаан (бага/дунд температурын геотермаль) нь дүүргийн халаалт, дунд температурын үйлдвэрлэлийн процесст эсвэл температурыг шаардлагатай түвшинд хүртэл нэмэгдүүлэхийн тулд дулааны насостой хослуулан хэрэглэхэд тохиромжтой.
Эдгээр эх үүсвэрүүдийн хослол нь нэг барилгын хэмжээнээс эхлээд хотын хэмжээ хүртэл уян хатан дулааны эрчим хүчний хуваарилалтын стратеги боловсруулах боломжийг олгодог.
Геотермаль эрчим хүчний хуваарилалтын дулааны насосны системийн төрлүүд
1. Хаалттай гогцоотой систем
Энэ системд ажлын шингэн (ус эсвэл ус-хөлдөлтийн эсрэг хольц) нь газарт шигдсэн хоолойгоор эргэлддэг бөгөөд газрын доорх устай холилдохгүй. Нийтлэг тохиргоонд дараахь зүйлс орно.
– Хэвтээ гогцоо: хоолойг гүехэн булж, илүү том талбай шаардагдана.
– Босоо цооног: хоолойг өрөмдлөгийн нүхэнд оруулснаар газар хэмнэгдэх боловч өрөмдлөгийн зардал өндөр болно.
– Цөөрөм/нуурын гогцоо: боломжтой бол усан санг ашигладаг.
Хаалттай гогцооны гол давуу талууд нь харьцангуй энгийн засвар үйлчилгээ, бохирдлын эрсдэл багатай байдаг.
2. Нээлттэй гогцоотой систем
Энэ систем нь гүний ус эсвэл гадаргын усыг шахаж, дулаан солилцуураар дамжуулан дулааныг гаргаж/ялгаруулж, дараа нь усыг газарт (шахах худгаар дамжуулан) эсвэл усан сан руу буцаан оруулдаг. Үр ашиг өндөр байж болох ч дараахь зүйлийг шаарддаг.
- усны зохистой чанар,
- байгаль орчны зөвшөөрөл;
– гүний усны түвшин суулт эсвэл зэврэлт болон царцдасын асуудлаас урьдчилан сэргийлэх зураг төсөл.
3. Дүүргийн халаалт/хөргөлтийн сүлжээнд дулааны насос
Хотын хэмжээнд дулааны насос нь дулааны сүлжээнд температурыг нэмэгдүүлэх үүрэг гүйцэтгэж болно. Орчин үеийн сонирхолтой концепц бол 5-р үеийн дүүргийн халаалт ба хөргөлтийн систем (5GDHC) бөгөөд энэ нь бага температурт ажилладаг хоолойн сүлжээ (жишээ нь, 10–30°C) юм. Энэ загварт:
– дулаан ба "хүйтэн" нь бага температурт тархдаг,
– барилга бүрийн дулааны насосууд шаардлагатай бол температурыг нэмэгдүүлж/буулгадаг,
– барилгуудын хооронд эрчим хүч солилцож болно (жишээлбэл, хөргөх шаардлагатай барилга дулааныг ялгаруулж, дараа нь өөр барилга ус халаахад ашигладаг).
Гүехэн гүний дулааны эх үүсвэрүүд нь эдгээр бага температурт сүлжээнд тохиромжтой, учир нь тэдгээр нь дулааны тогтвортой байдлыг хадгалж, хоолойн дагуух дулааны алдагдлыг бууруулдаг.
Эрчим хүч түгээх механизм: усан сангаас эцсийн хэрэглэгч хүртэл
Дулааны насос дээр суурилсан геотермаль эрчим хүчний хуваарилалт нь хэд хэдэн гол бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг:
1. Дулааны эх үүсвэр/худаг/газрын гогцоог анхдагч дулаан солилцуур болгон ашиглах.
2. Барилгын системээс геотермаль шингэнийг ялгах дулаан солилцуур (тодорхой системд).
3. Дулааны энергийг (халаахад) нэмэгдүүлэх эсвэл (хөргөхөд) дамжуулах дулааны насосны төхөөрөмж.
4. Барилгын түгээлтийн системүүд: халаалттай шал (цацрагтай шал), сэнсний ороомог, бага температурт радиатор эсвэл ахуйн халуун усны систем.
5. Эрчим хүчний хяналт ба удирдлага: температур мэдрэгч, оргил ачааллын хяналт, дулааны хадгалалттай нэгтгэх.
Хамгийн чухал зарчмуудын нэг бол хэрэглэгчийн системийн төгсгөлд байрлах түгээлтийн системийг халаахад хамгийн бага температурт, хөргөхөд хамгийн өндөр температурт ажиллуулж, улмаар дулааны насосны COP-ийг нэмэгдүүлэх явдал юм. Жишээлбэл, 30-40°C ус шаарддаг халаалттай шал нь 60-70°C шаарддаг радиатороос хамаагүй илүү үр ашигтай байдаг.
Гол давуу талууд: үр ашиг, нүүрстөрөгчгүйжүүлэх, уян хатан байдал
Геотермаль түгээлтийн дулааны насосны технологи нь хэд хэдэн стратегийн давуу талыг санал болгодог.
– Өндөр үр ашиг: COP 3-5 (хамгийн тохиромжтой нөхцөлд бүр ч их) үед анхдагч эрчим хүчний хэрэглээ нь эсэргүүцэлтэй цахилгаан халаагуур эсвэл чулуужсан түлшээр ажилладаг бойлеруудаас хамаагүй бага байж болно.
– Бага ялгаруулалт: Хэрэв ашигласан цахилгаан эрчим хүч нь сэргээгдэх эрчим хүчнээс гаралтай бол энэ систем нь ашиглалтын үед тэг ялгаралтад хүрч чадна.
– Нэг системд хоёр функц: Орчин үеийн барилгуудад тохиромжтой, халаалт болон хөргөлтийг нэг төхөөрөмжөөр гүйцэтгэж болно.
– Эрчим хүчний тогтвортой байдал: Гүехэн газрын гүний дулаан нь өдөр тутмын цаг агаараас хамаардаггүй тул хэт өндөр температурт агаарын эх үүсвэрийн дулааны насосоос илүү тогтвортой байдаг.
– Өргөтгөх боломжтой байдал: Орон сууц, оффисын барилга, үйлдвэрлэлийн бүс, хот суурин газруудад хэрэглэж болно.
Техникийн болон техникийн бус сорилтууд
Геотермаль дулааны насосыг ашиглах нь ирээдүйтэй боловч хэд хэдэн бэрхшээлтэй тулгардаг:
– Анхны хөрөнгө оруулалтын зардал: Өрөмдлөгийн цооног өрөмдөх, газар доорх хоолой суурилуулах нь ашиглалтын зардал бага боловч үнэтэй байж болно.
– Газар болон зөвшөөрөл авах боломжтой эсэх: Хэвтээ системд газар шаардлагатай бол босоо системд өрөмдлөгийн зөвшөөрөл болон геологийн судалгаа шаардлагатай.
– Хэмжилт болон зэврэлтийн эрсдэл: Ялангуяа нээлттэй гогцоотой систем эсвэл гүний дулааны шингэний хэрэглээнд ууссан эрдэс бодисууд тунадасжиж, гүйцэтгэлийг бууруулж болзошгүй.
– “Дулааны тэнцвэргүй байдал”-аас зайлсхийх зориулалттай зураг төсөл: Халаахаасаа илүү хөргөдөг системд (эсвэл эсрэгээрээ) хөрсөнд дулаан эсвэл хүйт хуримтлагдаж болно. Шийдлүүдэд зохих гогцооны зураг төсөл, тэнцвэртэй улирлын ажиллагаа, эсвэл хөргөлтийн цамхаг/нарны дулааны системтэй нэгтгэх зэрэг орно.
– Хүний нөөцийн чадавхи ба стандарт: Системийг үнэхээр үр ашигтай байлгахын тулд зураг төсөл боловсруулах, суурилуулах, ашиглалтад оруулахад мэргэжилтнүүд шаардлагатай.
Хөгжлийн чиглэл: ухаалаг сүлжээ болон дулаан хадгалах төхөөрөмжтэй нэгтгэх
Геотермаль дулааны насосууд нь цахилгаан болон дулааны хооронд "гүүр" болж чаддаг тул эрчим хүчний шилжилтийн үед улам бүр чухал болж байна. Нар эсвэл салхины эрчим хүч элбэг байх үед дулааны насосууд дулааны агуулах (халуун усны сав эсвэл газар доорх агуулах)-д дулаан хэлбэрээр энергийг хадгалж, дараа нь оргил ачааллын үед ашиглаж болно. Ухаалаг сүлжээтэй нэгтгэх нь цахилгаан эрчим хүчний үнэ болон сэргээгдэх эрчим хүчний хүртээмжид хариу үйлдэл үзүүлэх боломжийг олгодог.
Үүнээс гадна, бага GWP хөргөгч, илүү үр ашигтай инвертер компрессор, хяналтыг дижиталчлах (IoT) зэрэг технологийн чиг хандлага нь гүйцэтгэлийг улам сайжруулж, амьдралын мөчлөгийн зардлыг бууруулж байна.
Дүгнэлт
Дулааны насосны технологи нь зөвхөн цахилгаан эрчим хүч төдийгүй халаалт, хөргөлт, ахуйн халуун усанд зориулж тархсан дулааны эрчим хүчийг өргөнөөр ашиглах боломжийг нээж өгдөг. Газрын тогтвортой температур эсвэл газрын дулааны шингэний дулааныг ашигласнаар дулааны насосууд өндөр үр ашигтай ажиллаж, барилга байгууламж, үйлдвэрлэлийн салбарын нүүрстөрөгчийн ялгарлыг бууруулахад хувь нэмэр оруулдаг. Анхны хөрөнгө оруулалт, техникийн зураг төсөл, зохицуулалтын хувьд бэрхшээлтэй хэвээр байгаа ч газрын дулааны болон дулааны насосуудын хослол, ялангуяа бага температуртай дүүргийн халаалт/хөргөлтийн сүлжээнд илүү цэвэр, илүү уян хатан, илүү үр ашигтай ирээдүйн эрчим хүчний системийн гол тулгууруудын нэг болох боломжтой юм.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг илүү техникийн (COP тооцоолол болон 5GDHC схемийн жишээнүүдтэй хамт) эсвэл ерөнхий уншигчдад илүү түгээмэл болгох, мөн тодорхой улс орнуудын кейс судалгааг нэмж оруулах боломжтой.
