Aardwarmte Uitgelegd: Voordelen, Toepassingen en Hoe Het Werkt

Onder de hernieuwbare energiebronnen van vandaag is aardwarmte een van de meest voorkomende. Het is de warmte afkomstig uit het ondergrondse van de aarde en wordt naar het aardoppervlak getransporteerd door water en/of stoom. Aardwarmte wordt wijd gebruikt voor verwarming en koeling of kan benut worden om schone elektriciteit te produceren. In dit artikel leert u de definitie, toepassingen, diagram, geschiedenis, werking, voor- en nadelen van aardwarmte. Ook hoe aardwarmte geproduceerd wordt en hoe het werkt.

Lees meer: Zonne-energie begrijpen

Wat is aardwarmte?

Aardwarmte is thermische energie gegenereerd en opgeslagen in de aarde. Het woord 'aardwarmte' heeft Griekse wortels: γη (geo), betekent aarde, en θερμος (thermos), betekent heet. Het is hernieuwbare energie afkomstig uit het ondergrondse van de aarde, getransporteerd met water en/of stoom naar het aardoppervlak. Thermische energie is de energie die de temperatuur van materie bepaalt. Daarom staat aardwarmte bekend als thermische energie.

De aardwarmte van de aardkorst ontstaat uit de oorspronkelijke vorming van de planeet en uit radioactief verval van materialen en continue warmteverlies uit de vorming van de aarde. Uiteindelijk is aardwarmte een vorm van energieomzetting waarbij warmte-energie uit de aarde gewonnen en benut wordt voor koken, baden, ruimteverwarming, elektriciteitsopwekking, en nog veel meer.

In een kort historisch overzicht: inheemse Amerikanen gebruikten aardwarmte voor koken al 10.000 jaar geleden. In de oudheid gebruikten Grieken en Romeinen baden verwarmd door hote bronnen. Voor ruimteverwarming gebruikte de Romeinse stad Pompeji in de 1e eeuw n.Chr. aardwarmte. Het was aanvankelijk beperkt tot locaties waar heet water en stoom toegankelijk waren.

Toepassingen van aardwarmte

Het gebruik van aardwarmte is gangbaar in meer dan 20 landen. De VS is de grootste producent van aardwarmte ter wereld. Ze hebben het grootste aardwarmteveld: The Geysers in Californië, verspreid over 117 km² met meer dan 22 elektriciteitscentralen, met een geïnstalleerd vermogen van meer dan 1,5 GW.

IJsland maakt ook goed gebruik van aardwarmte sinds 1907, en noemt zich een 'pionier' in aardwarmte. Meer dan 25% van de energie wordt geproduceerd door vijf aardwarmtecentrales. Succesvol door de 600 hote bronnen en 200 vulkanen in het land. De toepassingen van aardwarmte kunnen in drie categorieën verdeeld worden: direct gebruik, aardwarmtepompen, en elektriciteitsopwekking.

Direct gebruik:

Direct gebruik van aardwarmte omvat het gebruik van verwarmd water uit de grond zonder extra verwarmingsbron. De temperatuur ligt laag, ongeveer 50 tot 150 °C (122–302 °F). Laagtemperatuur aardwarmtewater en stoom zijn gebruikt om individuele gebouwen en hele wijken te verwarmen waar talloze gebouwen vanaf een centrale bron verwarmd worden. Ook zwembaden, kassen, balneologische (therapeutische) faciliteiten bij spa's en viskwekerijvijvers zijn verwarmd met aardwarmte. Andere toepassingen: koken, industriële gebruik zoals drogen van fruit, groenten, hout, melkpasteurisatie, en grootschalige sneeuwsmelting.

Aardwarmtepompen

Aardwarmtepompen (GHPs) verwarmen gebouwen in de winter en koelen ze in de zomer. Ze benutten de relatief stabiele, matige temperaturen binnen de eerste 300 meter (1000 voet) van het oppervlak. Meeste GHP-temperaturen liggen op ondiepere dieptes zoals 6 meter (ca. 20 voet). Daardoor kan de warmte gebouwen in de winter verwarmen wanneer de luchttemperatuur onder die van de grond daalt. In de zomer wordt warme lucht uit een gebouw getrokken en ondergronds gecirculeerd, waar het veel warmte verliest en terugkeert.

Elektriciteitsopwekking

Aardwarmte wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken gebaseerd op temperatuur en vloeistof (stoom) stroom. Elektriciteit wordt op drie manieren geproduceerd in aardwarmtecentrales. Deze drie ontwerpen controleren het gedrag dat gebruikt wordt om elektrische generatoren aan te drijven. Het overtollige waterdamp aan het einde van elk proces wordt gecondenseerd en teruggevoerd naar de grond, waar het opnieuw opgewarmd wordt voor later gebruik. Daarom wordt aardwarmte als hernieuwbare energie beschouwd.

zie afbeelding hieronder

Hoe aardwarmte werkt

De werking van aardwarmte is minder complex en goed te begrijpen. Eerst leg ik uit hoe aardwarmte geproduceerd wordt. Putten van tot een mijl diep of dieper worden geboord in ondergrondse reservoirs om aardwarmtebronnen te verkrijgen. Deze bronnen kunnen benutten worden uit natuurlijk voorkomende warmte, rots, en waterdoorlatendheid. Ook versterkte aardwarmtesystemen (EGS), die bronnen versterken of creëren door hydraulische stimulatie. Deze bronnen worden verder gebruikt om turbines aan te drijven die gekoppeld zijn aan elektriciteitsgeneratoren.

Bekijk de video hieronder om te leren hoe aardwarmte geproduceerd wordt:

De werking van aardwarmte kan verschillen afhankelijk van de eindtoepassing. Ik noemde eerder de drie basisgebruiken. Hier leg ik uit hoe aardwarmte gebruikt wordt voor elektriciteitsopwekking. Aardwarmtecentrales komen in drie ontwerpen: droge stoom, flash, en binair.

Droge stoom:

Het droge stoom-ontwerp haalt stoom direct uit scheuren in de grond om een turbine aan te drijven. Het opgewarmde waterdamp wordt direct in een turbine geleid die een elektrische generator aandrijft.

Flash centrales:

Flash-centrales halen hoogdruk heet water uit de ondergrond en mengen het met lagedruk koeler water. Dit creëert stoom die een turbine aandrijft. Geperpliceerd hoogtemperatuur water wordt aan de oppervlakte in containers genaamd flash-tanks getrokken. Hier zorgt de plotselinge drukdaling ervoor dat vloeibaar water flasht of verdampt tot stoom. De flash wordt gebruikt om de turbine-generator set aan te drijven.

Binaire cyclus:

Binaire cyclus centrales gebruiken stoom afgestookt van een secundair werkvloeistof zoals ammonia en koolwaterstoffen in een gesloten lus van pijpen om de turbine-generator set aan te drijven. In dit proces wordt aardwarmte verwarmd water door een andere set pijpen omhoog getrokken, en veel van de energie in het verwarmde water wordt overgedragen aan de werkvloeistof via een warmtewisselaar. De werkvloeistof verdampt dan en gaat door de turbine om te laten draaien. Vervolgens condenseert het weer en wordt teruggepijpt naar de warmtewisselaar.

Voor- en nadelen van aardwarmte

Voordelen:

Hieronder de voordelen van aardwarmte in toepassingen.

• Milieuvriendelijker dan conventionele brandstoffen zoals fossiele brandstoffen.
• Aardwarmte is hernieuwbaar, ze kunnen decennialang duren.
• Aardwarmte wordt wijd gebruikt.
• Het is duurzaam, stabiel en een betrouwbare energiebron.
• De energie kan voor verwarming en koeling in direct gebruik gebruikt worden.
• Geen brandstof vereist.
• Het energieopwekkingsproces is verbeterd door nieuwe technologieën, wat het een snelle evolutie maakt.
• De vermogensuitvoer is makkelijk te voorspellen.

Nadelen:

Ondanks de goede voordelen zijn er beperkingen. Hieronder de nadelen van aardwarmte in toepassingen.

• Locatiebeperking: aardwarmtecentrales moeten gebouwd worden waar energie toegankelijk is.
• Milieu bijwerkingen door booren: sommige gassen opgeslagen onder de aarde worden in de atmosfeer vrijgegeven.
• Aardwarmte kan aardbevingen triggeren door verandering in aardstructuur door booren.
• Hoge bouwkosten van aardwarmtecentrales.
• Hoge duurzaamheid van aardwarmtevloeistof vereist: sneller terugpompen in ondergrondse reservoirs.

Conclusie

Aardwarmte is hernieuwbare energie afkomstig uit het ondergrondse van de aarde, getransporteerd met water en/of stoom naar het aardoppervlak. Thermische energie bepaalt de temperatuur van materie; aardwarmte is dus thermische energie. De toepassingen vallen in drie categorieën: direct gebruik, aardwarmtepompen, en elektriciteitsopwekking. Dit was het voor dit artikel over definitie, toepassing, diagram, geschiedenis, werking, voor- en nadelen van aardwarmte. Ik onderzocht ook hoe aardwarmte geproduceerd wordt en hoe het werkt.

Ik hoop dat u de lezing heeft gewaardeerd; deel het graag met andere studenten. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!