Геотермалната енергия представлява използването на топлинната енергия, съхранявана в земята. Тя предлага множество екологични предимства, тъй като не замърсява околната среда и произвежда малко или никакви емисии на парникови газове. Тази енергия е възобновяема и неизчерпаема, което я прави устойчив източник на енергия. Освен това, геотермалната енергия може да се използва както за отопление, така и за охлаждане, което я прави мултифункционална. Приложенията й са многообразни и широки, като потенциалните финансови икономии могат да достигнат до 75%.
How Does the Geothermal System Work?
Геотермалните системи използват топлинната енергия, намираща се в първите около 400 метра под земната повърхност.
На дълбочина след шестия метър температурата на земята остава стабилна, независимо от атмосферните условия или външната температура на въздуха. Това улеснява ефективното извличане на тази енергия чрез специални тръбни системи, инсталирани в земята. Веднъж поставени, тези системи са напълно независими от електропреносната мрежа и могат да осигурят по всяко време достъп до отопление и електричество. Въпреки, че началните инвестиции за тяхното изграждане са значителни, те предлагат дългосрочна енергийна ефективност и устойчивост.
Геотермалната система, разработена от Geothron, представлява затворена мрежа от свързани вертикални тръбни топлообменници (колектори), които достигат дълбочина от 130 метра. Тази система е изпълнена със специална незамръзваща течност, обикновено разтвор от вода и минимално количество антифриз, която се нагрява или охлажда, докато циркулира през тръбите, разположени в земята. Процесът се осъществява чрез изравняване на температурата на течността с тази на земята, което осигурява ефективен обмен на топлина. Температурата на земята на тази дълбочина е постоянна, варираща между 12 и 15 градуса Целзий, което гарантира стабилност и предсказуемост на температурните условия, независимо от външните климатични промени. Тази технология позволява ефективно отопление и охлаждане на сгради, като при охлаждане може да се постигне „безплатно“ охлаждане (free cooling) чрез директно използване на земната температура.
Температурата на течността, която постъпва в системата, не е достатъчна за директно отопление, поради което се използват индивидуални термопомпи за всеки апартамент. Тези термопомпи трансформират генерираната топлина в използваема енергия за отопление или охлаждане.
През зимата, когато системата работи в отоплителен режим, термопомпите извличат топлинната енергия от земята чрез топлообменниците (сондажите) и я използват за отопление на помещенията. През лятото, в охладителен режим, процесът се обръща и термопомпите връщат топлината от помещенията обратно в земята чрез топлообменниците. Част от тази топлина се използва за подгряване на битова гореща вода.
Цикълът на връщане на топлината в земята спомага за регенерацията на топлинните характеристики на земната повърхност, като по този начин системата запазва своя температурен капацитет и остава ефективна в дългосрочен план. Използвайки енергията от почвата, геотермалната система с помощта на термопомпи предоставя възобновяем и постоянен енергиен източник за отопление, охлаждане и битова гореща вода за всеки апартамент. Това води до значително намаляване на енергийните разходи и осигурява дълъг живот на системата.
Тази технология е особено ефективна дори в най-студените климатични условия, тъй като земята задържа почти постоянна температура от около 10°C на дълбочина от 15 метра. Този „уловен“ топлинен източник се използва от геотермалната термопомпа, която преобразува топлината в полезна енергия за домакинството. Чрез подземни сонди или повърхностни колектори, смес от вода и антифриз (солен разтвор) се изпомпва като топлоносител към термопомпения агрегат, където топлината се предава на хладилен агент с ниска точка на изпарение. Този агент се компресира, за да осигури необходимата топлина за отопление или битова гореща вода.
Термопомпите предлагат ефективни режими за отопление, активно и пасивно охлаждане, както и загряване на битова топла вода. Всички термопомпи работят в инверторен режим и са оборудвани с неръждаем резервоар за битова гореща вода с вместимост от 165 литра.
При пасивно охлаждане системата може да осигури охлаждане до определена степен без потребление на електроенергия. Активното охлаждане, от друга страна, включва работа на компресора на термопомпата, което изисква електроенергия и осигурява по-голяма степен на охлаждане в сравнение с пасивния режим. При активното охлаждане генерираната отпадъчна топлина от термопомпата се използва за загряване на битова гореща вода, а останалата отпадъчна топлина се връща обратно в земята.
За да се постигне максимална ефективност на геотермалната термопомпа, е важно сградата да бъде достатъчно енергийно ефективна и добре изолирана. Най-добри резултати се постигат при температури на потока, които не надвишават 50°C. Ефективното разпределение на топлината чрез панелно отопление, подово отопление или висококачествени радиатори с голяма площ също допринася за висока ефективност на системата.
Геотермалните термопомпи използват съществуваща топлина от земята за отопление на жилищни пространства и загряване на вода. Те работят на принципа на хладилника, но в обратна посока, като извличат топлинна енергия от земята, компресират я и я транспортират до желаното място. Има два основни метода за извличане на топлина от земята: чрез подземни сонди или повърхностни колектори.
Използването на геотермална енергия носи множество ползи и предимства, сред които е енергийната ефективност на геотермалните системи. Геотермалната енергия и геотермалните термопомпи (ГТП) са по-ефективни в сравнение с традиционните системи за отопление и охлаждане. Те могат да осигурят до 5 единици отопление или охлаждане за всяка единица използвана електроенергия, което ги прави икономически изгодни в дългосрочен план.
За сравнение, коефициентът на трансформация на електроенергия (COP) на стандартен климатик обикновено варира между 2.5 и 4. Това означава, че за всеки 1 kW електроенергия, климатикът доставя между 2.5 и 4 kW отоплителна или охлаждаща мощност. От друга страна, геотермалната термопомпа може да достави между 3.5 и 5 kW отоплителна или охлаждаща мощност за същото количество електроенергия.
Благодарение на по-високия COP, геотермалната термопомпа консумира по-малко електроенергия за същата отоплителна или охлаждаща мощност. Например, ако климатик с мощност 2 kW работи 8 часа на ден, той ще консумира 16 kWh електроенергия на ден. За същата мощност от 2 kW, геотермална термопомпа с COP 4 ще консумира само 4 kWh електроенергия на ден (2 kW / 4 * 8 часа).
Освен това, в режим на пасивно охлаждане геотермалната система може да осигури охлаждане до определена степен без разход на електроенергия. В режим на активно охлаждане, генерираната отпадъчна топлина от термопомпата се използва за загряване на битова гореща вода, което също е безплатно.
Геотермалните термопомпи могат да се монтират в сгради от всякакъв размер, от индивидуални жилища до жилищни блокове, офиси, хотели, общински сгради и спортни центрове. Те използват или подземни води („Open Loop“) или течност, изолирана в подземни тръби („Closed Loop“), за да трансформират енергия между земята и сградите. Технологията е проста и подобна на тази на климатика, но е много по-енергийно ефективна, като може да спести до 80% от разходите за енергия за отопление и охлаждане на сгради в сравнение с традиционните системи за отопление на гориво.
Ползи от използването на геотермална енергия (екологични и икономически)
- Устойчивост: Геотермалната енергия е устойчива, екологична и възобновяема форма на енергия, която се основава на постоянната температура на земята. Това намалява значително зависимостта от изкопаеми горива и помага за ограничаване на въглеродните емисии. Освен това, производствените разходи за геотермална енергия са по-ниски в сравнение с други енергийни източници като въглища или ядрена енергия. Употребата на геотермална енергия насърчава енергийната независимост, като намалява нуждата от внос на изкопаеми горива и стимулира регионалната икономика чрез развитие на местни енергийни проекти.
- Гъвкавост: Системата не само осигурява ефективно отопление и охлаждане, но и спестява енергия при производството на битова гореща вода. В режим на активно охлаждане, подгряването на вода може да бъде практически безплатно благодарение на оптималното използване на топлинния капацитет на водата.
- Трайност: Геотермалните системи са издръжливи и изискват по-малко поддръжка в сравнение с традиционните отоплителни и охлаждащи системи. Благодарение на техния дълъг експлоатационен живот, те се утвърждават като надеждно и устойчиво решение в дългосрочен план. Тези системи предлагат стабилно и сигурно топлоснабдяване, фиксирани в дългосрочен план цени и по-малки рискове по време на експлоатацията. Въпреки че изискват значителни капиталови инвестиции, особено за сондиране, техните експлоатационни разходи са значително по-ниски в сравнение с конвенционалните системи. Това прави геотермалните системи изключително устойчиви и конкурентоспособни в дългосрочен план.
- Независимост от метеорологични условия: Геотермалната система не зависи от метеорологичните условия, за разлика от слънчевите топлинни системи или фотоволтаичните панели. Тя функционира ефективно и последователно през цялата година, независимо от времето навън.
Облекчения при използване на геотермална енергия
Геотермалната енергия е една от трите зелени енергии, признати от Европейския съюз, и получава подкрепа чрез различни държавни стимули и програми за финансиране. Това включва банкови и данъчни облекчения за инвеститори и собственици на имоти, което намалява първоначалната инвестиция и ускорява възвращаемостта на вложените средства.
Финансовите стимули и облекчения играят ключова роля в популяризирането и развитието на геотермалната енергия. Те не само намаляват финансовия товар за инвеститорите и собствениците на имоти, но и създават благоприятна среда за иновации и растеж в сектора на възобновяемите енергийни източници. Подкрепата от страна на държавата и Европейския съюз е от съществено значение за реализирането на потенциала на геотермалната енергия като устойчиво и ефективно решение за енергийните нужди на обществото.
