ความร้อนที่สะสมอยู่ในเปลือกโลกหรือที่เรียกว่าพลังงานความร้อน เซ็กซี่บาคาร่า ใต้พิภพนั้นปราศจากคาร์บอนและมีประสิทธิภาพที่ไม่มีวันหมด มีเพียงพอที่จะดำเนินอารยธรรมทั้งหมดมาหลายชั่วอายุคน หากสามารถเคาะได้อย่างคุ้มค่า
การแตะนั้นไม่ใช่เรื่องเล็ก แต่ความพยายามได้เพิ่มขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้เนื่องจากความเร่งด่วนใหม่จากวิกฤตสภาพภูมิอากาศและการค้นหาทางเลือกคาร์บอนต่ำแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล
การพัฒนาทางเทคโนโลยีล้ำสมัยในภาคสนาม (รวมถึงใช่แล้ว เลเซอร์) ทุ่มเทให้กับการเจาะลึกและลึกลงไปในหินที่ร้อนขึ้นและร้อนขึ้น ความร้อนที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 302°F (150°C) ถึง 703°F (373°C) โดยที่น้ำจะเข้าสู่ช่วง ” วิกฤตยิ่งยวด ” ขึ้นไป สามารถนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างมีกำไร
แต่ไฟฟ้าเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของเรื่องราวความร้อนใต้พิภพ
ก่อนที่มนุษย์จะสร้างกระแสไฟฟ้าได้ พวกเขาใช้ความร้อนใต้พิภพโดยตรง ในการอาบน้ำ ทำอาหาร และให้ความร้อนแก่อาคาร และอื่นๆ ความร้อนใต้พิภพโดยตรงยังคงใช้ในอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และสำหรับอาคาร แต่ศักยภาพของความร้อนใต้พิภพเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ถูกปลดล็อก
เมื่อพูดถึงการใช้ความร้อนโดยตรง ทรัพยากรความร้อนใต้พิภพไม่จำเป็นต้องร้อนจัดนัก ไม่ต้องใช้ 300 ° F เพื่อให้ความร้อนในบ้านของคุณถึง 68 ° F เกือบทุกอย่างที่ 50°F ขึ้นไป (ซึ่งมีอยู่ต่ำกว่า 10 ฟุต) สามารถนำมาใช้สำหรับบางสิ่งบางอย่าง ไม่ว่าจะเป็นการทำให้เมล็ดพืชแห้ง การทำเรือนกระจก น้ำแข็งละลายบนรันเวย์ของสนามบิน หรือการทำความร้อนในอาคารพาณิชย์
แผนภาพแสดงการใช้ความร้อนใต้พิภพโดยตรง
การใช้ความร้อนใต้พิภพโดยตรง จีโอวิชั่น
ความร้อนใต้พิภพสามารถเข้าถึงได้เกือบทุกที่และมีประโยชน์ในการใช้งานที่หลากหลาย กระทรวงพลังงานสหรัฐมีโครงการวิจัยที่อุทิศให้กับ ” ทรัพยากรที่มีอุณหภูมิต่ำและผลิตร่วมกัน ” เหล่านี้
แต่การใช้งานที่สำคัญที่สุดในใจของฉันคือการใช้ทรัพยากรความร้อนใต้พิภพที่อุณหภูมิต่ำเพื่อให้ความร้อนและความเย็นขนาดใหญ่ของอาคาร
อาคารทำความร้อนและความเย็นไม่ได้เซ็กซี่เหมือนไฟฟ้าในโลกพลังงานในปัจจุบัน แต่มีความสำคัญ โดยคิดเป็นสัดส่วนเพียง12 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของสหรัฐฯ และสัดส่วนของการปล่อยมลพิษในเมืองที่มากขึ้น ซึ่งหลายแห่งมีเป้าหมายในการลดคาร์บอนในเชิงรุก เพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ พวกเขาจำเป็นต้องคิดหาการให้ความร้อนที่ปราศจากคาร์บอน และความร้อนใต้พิภพเป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุด (จากเพียงไม่กี่ตัวเลือก)
January 6 Committee Votes On Contempt Charges Against Trump Aides
ในบทความนี้ เราจะพูดถึงความร้อนใต้พิภพอีกครึ่งหนึ่ง อันดับแรก เราจะมาดูตลาดและความจำเป็นในการใช้ความร้อนคาร์บอนต่ำ จากนั้นเราจะพิจารณาเทคโนโลยีและบริษัทที่เกี่ยวข้อง และสรุปโดยพิจารณาว่ารัฐบาลจะช่วยเร่งการพัฒนาโซลูชันความร้อนใต้พิภพได้อย่างไร
อากาศร้อนหรืออย่างน้อยก็อุ่น!
Decarbonization หมายถึงภูมิทัศน์การแข่งขันที่ดีขึ้นสำหรับความร้อนใต้พิภพ
เมืองต่างๆ ทั่วโลกกำลังตั้งเป้าหมายการลดคาร์บอนในเชิงรุกโดยให้คำมั่นว่าจะไม่ปล่อยคาร์บอนโดยตรงให้หมดภายในปี 2050 ความท้าทายสามประการแรกที่ต้องเผชิญกับการลดคาร์บอนคือ การจ่ายไฟฟ้า การขนส่ง และการทำความร้อนและความเย็นของอาคาร เส้นทางสู่การลดการปล่อยคาร์บอนของไฟฟ้าและการขนส่ง อย่างน้อยก็มีความท้าทายอย่างยิ่งที่เข้าใจกันเป็นอย่างดี นั่นคือ พลังงานหมุนเวียน ยานยนต์ไฟฟ้า และการออกแบบเมืองที่ดีที่ลดความต้องการรถยนต์ลง
สำหรับเมืองส่วนใหญ่ ความร้อนเป็นคำถามที่ยังไม่มีคำตอบที่ยิ่งใหญ่
เตาเผาน้ำมันและก๊าซธรรมชาติจะต้องถูกเลิกใช้ ซึ่งหมายความว่าเมืองต่างๆ จะต้องการความร้อนคาร์บอนต่ำในปริมาณมากเป็นพิเศษเพื่อชดเชย และตัวเลือกคาร์บอนต่ำนั้นมีข้อ จำกัด ด้านความร้อนมากกว่าไฟฟ้า
เตาเผาบางชนิดสามารถใช้ เชื้อเพลิงไบโอมีเทน เชื้อเพลิง ชีวภาพอื่นๆ ไฮโดรเจน หรือเชื้อเพลิงที่ได้จากไฮโดรเจน แต่ในโลกที่ใช้ไฟฟ้าเป็นส่วนใหญ่ เชื้อเพลิงเหลวที่มีคาร์บอนต่ำมักใช้สำหรับการใช้งานที่มีมูลค่าสูงในอุตสาหกรรมและการขนส่ง — ไม่ทำให้ห้องนั่งเล่นของคุณร้อน .
แผนภูมิแสดงว่าความร้อนส่วนใหญ่ใช้สำหรับพื้นที่และการทำน้ำร้อน
ความร้อนส่วนใหญ่ใช้สำหรับพื้นที่และการทำน้ำร้อน DOE
ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนจากความร้อนใต้พิภพหรือในระดับอาคารแต่ละหลัง ตัวเลือกทางไฟฟ้า เช่น เครื่องทำความร้อนแบบต้านทานไฟฟ้าหรือปั๊มความร้อน ในปั๊มความร้อน อาจเป็นแหล่งอากาศ (แลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศภายนอก) หรือแหล่งกราวด์ (แลกเปลี่ยนความร้อนกับโลก) อย่างหลังมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก และการทำความร้อนแบบเขตความร้อนใต้พิภพนั้นมีประสิทธิภาพมากที่สุด
ในโลกของการลดการปล่อยคาร์บอน นี่คือตัวเลือกการทำความร้อนคาร์บอนต่ำอื่น ๆ ที่จะประกอบด้วยคู่แข่งในด้านการให้ความร้อนและความเย็นในที่สุด เป็นการแข่งขันที่เมืองปลอดคาร์บอนบางแห่ง เช่นบอสตัน กำลังเผชิญอยู่ บอสตันจะมีปัญหาในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าใหม่จำนวนมากเพื่อให้ความร้อนแก่อาคารด้วยไฟฟ้า ดังนั้นจึง หันไปทางความร้อน ใต้พิภพ
แล้วเทคโนโลยีที่ให้ความร้อนจากโลกมีอะไรบ้าง?
มีสองประเภทพื้นฐาน เริ่มจากมองด้านที่เล็กกว่ากัน
ปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์เป็นแหล่งความร้อนในอาคารแต่ละแห่งที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด
การรวมปั๊มความร้อนจากแหล่งพื้นดิน (GSHP) ไว้ที่นี่เป็นเรื่องเหลวไหล เนื่องจากในทางเทคนิคแล้ว ปั๊มความร้อนเหล่านี้ไม่ได้ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ พวกเขาใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่เก็บไว้จากแสงแดดที่กระทบพื้นผิวโลก เฉพาะเมื่อคุณเข้าไปลึกมากเท่านั้น หรือในพื้นที่ภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่ ซึ่งคุณจะได้รับความร้อนจากแกนโลก หากคุณต้องการความแม่นยำ GSHP จะเก็บเกี่ยวความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่เก็บไว้ในดินตื้น
ฉันไม่คิดว่าคำถามเกี่ยวกับคำศัพท์นี้ไม่สำคัญเท่าไหร่ — ความร้อนอยู่ในโลก!
ทุกที่ตั้งแต่ 10 ถึง 1,000 ฟุตใต้พื้นผิว อุณหภูมิจะคงที่ 54°F ตลอดทั้งปี ทุกที่ในประเทศ GSHPs ใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงดังกล่าวเพื่อทำให้อาคารร้อนและเย็น เมื่ออากาศเย็นกว่า 54°F จะดึงความร้อนจากโลก เมื่ออุณหภูมิร้อนกว่า 54°F ความร้อนจะเทลงสู่พื้นโลก
GSHP ประกอบด้วยสองส่วน อย่างแรกคือท่อ “กราวด์กราวด์” ที่ฝังอยู่ใต้พื้นดินโดยมีน้ำไหลผ่าน โดยการนำความร้อน น้ำจะดึงความร้อนจาก (หรือนำความร้อนกลับคืนสู่) โลก ดังนั้นยิ่งมีพื้นที่ผิวของท่อมากเท่าใด ระบบก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงมีท่อหลายลูปในวงจรกราวด์โดยรวม หลักการง่ายๆ คือ 1 ลูปเท่ากับความจุ 1 ตัน ซึ่งเท่ากับ 12,000 บีทียูต่อชั่วโมง บ้านในสหรัฐฯ โดยเฉลี่ยจะต้องมีความจุ 2 ถึง 3 ตัน ดังนั้น 2-3 ลูป (หรือหนึ่งลูปที่ลึกมาก)
ส่วนที่สองคือตัวปั๊มความร้อนซึ่งอยู่ด้านใน
เชื่อมต่อกับลูปกราวด์ โดยแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำผ่านวงจรสารทำความเย็นแบบอัดไอ (ไม่ต่างจากวิธีที่ตู้เย็นของคุณแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศโดยรอบ) ในฤดูหนาว จะนำความร้อนออกจากน้ำที่ไหลเวียนและลอยขึ้นไปในอากาศ ซึ่งจะทำให้อาคารอบอุ่นขึ้น ในฤดูร้อนจะนำความร้อนออกจากอากาศแล้วนำไปแช่ในน้ำจึงทำให้อาคารเย็นลง
แผนภาพแสดงวิธีที่ปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์ (GSHP) ให้ความร้อนและความเย็นแก่อาคาร
GSHPs สร้างความร้อนและความเย็นให้กับอาคาร ดอกแดนดิไลอัน
คุณสามารถนึกถึง GSHP เป็นการถ่ายเทความร้อนที่เชื่อมโยงกันสองแบบ ผ่านวงแหวนกราวด์ น้ำจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับโลก ผ่านปั๊มความร้อน น้ำแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศภายในอาคาร
เนื่องจากอุณหภูมิพื้นดินโดยพื้นฐานแล้วจะเท่ากับ 10 หรือ 1,000 ฟุตใต้พื้นดิน ค่อนข้างจะขัดกับสัญชาตญาณ ความลึกของวงจรกราวด์จึงไม่สำคัญมากนัก สิ่งที่สำคัญคือพื้นที่เป็นตารางฟุตของท่อที่สัมผัสกับพื้นโลก โปรแกรมติดตั้งใช้ลูปแนวนอนแบบยาวหรือลูปแนวตั้งแบบลึก ขึ้นอยู่กับโปรเจ็กต์ (โครงการส่วนใหญ่ในสมัยนี้เป็น “วงปิด” ซึ่งหมายความว่าไม่มีการแลกเปลี่ยนของเหลวกับพื้นดิน แต่ในสถานการณ์ที่เหมาะสม ระบบ “วงเปิด” ที่ทำงานโดยตรงกับน้ำที่อุ่นจากโลกสามารถทำงานได้)
GSHPs
DOE
GSHP ไม่ได้สร้างความร้อน เช่น เตาน้ำมันหรือแก๊ส แต่รวบรวมความร้อนจากพื้นดิน น้ำไม่ไหลเวียนแน่นอน ต้องใช้ไฟฟ้าเพื่อเรียกใช้ GSHP แต่ในแง่ของหน่วยความร้อนออกต่อหน่วยพลังงานใน – สิ่งที่พวกเขาเรียกว่าในธุรกิจคือสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) – เป็นวิธีเดียวที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการให้ความร้อนแก่อาคาร
เตาน้ำมันหรือก๊าซมี COP น้อยกว่า 1;
พลังงานเข้าหนึ่งหน่วยสร้างความร้อนได้ประมาณ 0.7 ถึง 0.9 หน่วย เครื่องทำความร้อนแบบต้านทานไฟฟ้า (เครื่องทำความร้อนจากแผ่นข้างก้น เครื่องทำความร้อนติดผนัง เครื่องทำความร้อนในอวกาศ) มี COP เท่ากับ 1 ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศ (ASHP) ซึ่งดึงความร้อนจากอากาศภายนอกมากกว่าจากโลก แปรผันบ้างตามอุณหภูมิของอากาศ แต่โดยทั่วไป สามารถบรรลุ COP ที่ 3 GSHPs ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ สามารถไปถึง 4 หรือสูงถึง 6 (พวกมันทำงานได้ดีขึ้นในสภาพอากาศที่รุนแรง โดยมีความแตกต่างของอุณหภูมิสูงระหว่างอากาศและโลก มากกว่าในสภาพอากาศที่มีอากาศอบอุ่น)
ในสถานการณ์ที่ดีที่สุด GSHP จะมีประสิทธิภาพ 600 เปอร์เซ็นต์ ไม่มีอะไรอื่นนอกจากระบบทำความร้อนของเขตที่ให้บริการหลายอาคารที่สามารถจับคู่ประสิทธิภาพนั้นได้
GSHPs เป็นเทคโนโลยีแบบเก่า ซึ่งเปิดตัวครั้งแรกในสหรัฐอเมริการาวปี 1940 พร้อมข้อดีและข้อเสียที่เป็นที่รู้จักกันดี ในด้านข้อดี ระบบทำงานอย่างเงียบ ๆ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำ ค่าบำรุงรักษาต่ำ ไม่มีการปล่อยมลพิษภายในอาคารหรือ GHG และใช้งานได้ยาวนาน (ปั๊มความร้อนภายในสามารถอยู่ได้นาน 25 ปี ลูปกราวด์สามารถอยู่ได้ 50 ปีหรือนานกว่านั้น) การติดตั้ง GSHP ไว้แล้วเป็นสิ่งที่ดีจริงๆ
น่าเสียดายที่การติดตั้งราคาแพงเกินไป โดยทั่วไปแล้วจะใช้ค่าใช้จ่ายล่วงหน้าตั้งแต่ 20,000 ถึง 50,000 ดอลลาร์ (มากกว่าเตาก๊าซธรรมชาติ 1,000 ดอลลาร์ของคุณเล็กน้อย) และการติดตั้งมักจะเกี่ยวข้องกับการขุดเจาะและการขุดค้นที่กว้างขวางซึ่งสามารถอยู่ได้นานหลายสัปดาห์ (มากกว่าการกลับมาใน 1-2 วันเล็กน้อย) สำหรับเตาแก๊สหรือ ASHP) ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้พวกเขาไม่สามารถทำได้สำหรับเจ้าของบ้านส่วนใหญ่
อย่างน้อยที่สุด ณ เวลานี้ เมื่อพูดถึงการสร้างใหม่ คำถามจริงอยู่ที่ว่า GSHP คุ้มกับค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมหรือไม่ เมื่อเทียบกับ ASHP ซึ่งได้รับการปรับปรุงเพียงพอที่จะทำงานในเกือบทุกสภาพอากาศ หาก ASHP ไม่เพียงพอสำหรับอาคารที่กำหนด โดยทั่วไปแล้วการลดความต้องการความร้อนผ่านฉนวนและประสิทธิภาพนั้นถูกกว่าการซื้อระบบที่ใหญ่กว่า
อย่างไรก็ตาม สำหรับงานสร้างใหม่ “ความร้อนใต้พิภพไม่ใช่เรื่องง่าย” อดัม แซนทรี ประธานฝ่าย Allied Well Drilling กล่าว “คุณไม่จำเป็นต้องมีเครดิต [ภาษี] ใดๆ การนำ [a GSHP] มาใช้ในการจำนองของคุณ คุณมีกระแสเงินสดเป็นบวกในเดือนแรก” การประหยัดความร้อนนั้นมากกว่าการชำระคืนเงินกู้ใน GSHP ทันที
“ใช่ มีค่าใช้จ่ายล่วงหน้า” Alan Skouby ผู้มีประสบการณ์ 40 ปีในอุตสาหกรรมนี้กับ GeoPro, Inc. กล่าว “แต่มันจะจ่ายสำหรับตัวเองในระยะเวลาอันสั้น และเมื่อชำระแล้ว มันก็จะเหมือนกับเครื่องปริ้นเงิน ”
GSHPs ประสบปัญหาที่เทคโนโลยีพลังงานสะอาดทุกประเภทในช่วงเริ่มต้นของต้นทุนและการพัฒนาที่เคยเจอ แม้ว่าพวกเขาจะได้ผลตอบแทนในระยะยาว แต่การลงทุนล่วงหน้าจำนวนมากมักจะขัดขวางลูกค้า กลยุทธ์หลักสองประการสำหรับการเติบโตคือการลดต้นทุนล่วงหน้าเหล่านั้นและกระจายออกไปตามช่วงเวลาผ่านการจัดหาเงินทุนที่ชาญฉลาด
บริษัทใหม่แห่งหนึ่งกำลังพยายามทำทั้งสองอย่าง โดยเน้นที่ตลาดที่อยู่อาศัย
Dandelion กำลังพยายามทำให้ปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์เป็นเรื่องง่าย
X Lab ที่ เป็นความลับของ Alphabet (บริษัทแม่ของ Google) ได้ดำเนินการแก้ปัญหาด้านพลังงานสะอาด โดยแยกบริษัทต่างๆ ออกไป หนึ่งในนั้นซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 2018 เรียกว่าDandelionและกำลังโจมตีปัญหาที่ทำให้ GSHPs กลับมาโดยตรง เซ็กซี่บาคาร่า
