Kas ir ģeotermālā enerģija?
Atklājiet, kā šis tīrais, atjaunojamais enerģijas avots var palīdzēt samazināt pasaules atkarību no fosilā kurināmā.
Kas ir ģeotermālā enerģija?
Cilvēkiem, organizācijām un nācijām meklējot veidus, kā samazināt oglekļa emisijas, valdības un uzņēmumi ir pavirzījušies soli uz priekšu, ar svarīgu apņemšanos samazināt oglekļa izmešu daudzumu. Lai sasniegtu šos mērķus, ir kritiski svarīgi atrast fosilās degvielas, tostarp ogļu, dabasgāzes un naftas, alternatīvas. Šim nolūkam atjaunojamas, tīrākas enerģijas avoti, piemēram, saules, ūdens, vēja un ģeotermālā, kļūst aizvien svarīgāki.
Mūsdienās ģeotermālā enerģija tiek uzskatīta par vienu no visefektīvākajiem un ilgtspējīgākajiem enerģijas veidiem, jo tā ir tīrs, uzticams un atjaunojams resurss. Ģeotermālā enerģija izmanto pazemes siltumu, lai ģenerētu elektrību un nodrošinātu ģeotermālo apsildi un dzesēšanu mājām un uzņēmumiem. Ģeotermālie resursi Ziemeļamerikā tiek izmantoti jau vairāk nekā 10 000 gadu — Amerikas paleoindiāņi izmantoja ģeotermālos karstos avotus siltumam, ēdiena gatavošanai un tam, lai mazgātos.
Ģeogrāfijai ir kritiska loma reģiona spējā izmantot ģeotermālās enerģijas priekšrocības. Vislabākie ģeotermālie resursi parasti atrodas tektonisko plākšņu malu tuvumā. Vulkāniskā aktivitāte un zemestrīces koncentrējas šo malu tuvumā, jo notiek zemes garozas kustība. Piemēram, Uguns loks ap Klusā okeāna malām ir vulkānu virkne ar seismisko aktivitāti, ko galvenokārt izraisa plākšņu tektonika. Tā rezultātā šajā reģionā ir pasaulē visvairāk aktīvo ģeotermālo apgabalu.
Pašlaik Amerikas Savienotās Valstis ir pasaules ģeotermālās enerģijas ražošanas līderis, lai gan ģeotermālā enerģija ir tikai neliela daļa no ASV enerģijas patēriņa. Tā kā ģeotermālā enerģija ir izplatīta tektonisko plākšņu malu tuvumā, lielākā daļa ASV ģeotermālo spēkstaciju atrodas rietumu štatos. Kalifornijā ir lielākā ģeotermālās elektroenerģijas ģenerēšanas jauda — tur darbojas 40 ģeotermālās spēkstacijas.
Islande, Filipīnas un Salvadora ir arī ģeotermālas pasaules līderi ar ģeotermālo enerģiju, kas veido vairāk nekā 25 procentus no katras valsts kopējā enerģijas patēriņa.
Izlasiet šo rakstu, lai izpētītu ģeotermālo enerģiju, novērtētu tās plusus un mīnusus un uzzinātu ģeotermālas enerģijas piemērus. Jūs arī uzzināsit par ģeotermālās enerģijas nākotni un to, kā tehnoloģijas var palīdzēt paātrināt ģeotermālās enerģijas inovācijas.
Ģeotermālās enerģijas veidi
Ģeotermālā enerģija tiek iegūta no zemes dzīlēs ģenerētā siltuma. Termins “ģeotermāls” ir cēlies no grieķu valodas vārdiem “geo”, kas nozīmē “zeme”, un “thermos”, kas nozīmē “karstums”. Zem zemes garozas, kas ir veidota no iežiem un ūdens, ir karsto, izkusušo iežu slānis, ko sauc par magmu. Magmas temperatūra sasniedz no 1300 °F (704 °C) līdz 2400 °F (1315 °C) un lavas veidā burbuļojot var sasniegt zemes virsmu. Magma arī uzkarsē klintis un pazemes ūdens slāņus, kuri var atbrīvoties ar geizeru, karsto avotu un tvaika ventilācijas palīdzību. Šie visi ir ģeotermālās enerģijas piemēri.
Tomēr lielākā daļa zemes ģeotermālās enerģijas paliek pazemē kā tvaika un karstā ūdens kabatas un tiek iegūta, izmantojot dažādus paņēmienus:
Zemas temperatūras ģeotermālā enerģija
- Siltums, kas iegūts no ģeotermālā šķidruma tuvu zemes virsmai, paceļas pats par sevi, vai tam piekļūt, izmantojot aku.
- Tam var piekļūt gandrīz jebkurā pasaules vietā.
- Tiešās izmantošanas ģeotermālais pielietojums ietver māju, siltumnīcu, zivjsaimniecību un dažu industriālo procesu apsildi.
Koģenerācijas ģeotermālā enerģija
- Izmanto ūdeni, kas uzkarsēts kā blakusprodukts no naftas un gāzes akām.
- Ģenerē elektrības, ko izmanto ražotne vai kas tiek pārdota energosistēmā.
Ģeotermālā apsilde un dzesēšana
- Ģeotermālie siltumsūkņi tiek ieurbti zemē 10–300 pēdu (3–91 m) dziļumā.
- Apsilda mājas un ēkas ziemā un atdzesē tās vasarā.
Ģeotermālā spēkstacija
- Izmanto ģeotermālos rezervuārus līdz pat divu jūdžu (trīs kilometru) dziļumā zem zemes virsmas.
- Ģenerē elektroenerģiju.
Ģeotermālās enerģijas plusi un mīnusi
Lai gan ģeotermālā enerģija ir atjaunojams un tīrs enerģijas avots, tai ir arī nepilnības, tostarp augstas sākotnējās izmaksas un potenciāls izraisīt zemestrīces un pakāpenisku zemes apgabala iegrimšanu.
Ģeotermālās enerģijas plusi:
- Videi draudzīga: ģeotermālajām spēkstacijām ir minimālas oglekļa pēdas, un ar tām saistītais piesārņojums ir ļoti mazs. Ģeotermālā apsilde un dzesēšana samazina siltumnīcas efekta gāzu izmešus.
- Atjaunojama: pretstatā fosilajai degvielai ģeotermālās enerģijas atjaunojamie pazemes rezervuāri tiek dabiski piepildīti no jauna un būs pieejami miljardiem gadu.
- Uzticama un stabila: atšķirībā no vēja un saules enerģijas ģeotermālā enerģija vienmēr ir pieejama un nesvārstās. Vadība var precīzi prognozēt ģeotermālo spēkstaciju enerģijas izvadi, kas padara tās ideāli piemērotas enerģijas pamatslodzes pieprasījumam.
Ģeotermālās enerģijas mīnusi:
- Vides blakusefekti: ģeotermālā enerģija izraisa dažu pazemes siltumnīcas efekta gāzu nonākšanu atmosfērā. Ģeotermālās spēkstacijas var ietekmēt zemes stabilitāti un ir izraisījušas zemestrīces un zemes iegrimšanu.
- Nepieciešama pārvaldība: kad ģeotermālā spēkstacija izmanto ģeotermālos rezervuārus, tie ir pareizi jāvalda, lai nodrošinātu, ka netiek izsmelti.
- Spēkstaciju novietojums ir ierobežots ar noteiktām atrašanās vietām: ģeotermālās spēkstacijas var būvēt tikai apgabalos, kuri atrodas netālu no tektonisko plākšņu malām, kur ir pieejami ģeotermālie rezervuāri.
Ģeotermālās spēkstacijas
Ģeotermālās spēkstacijas izmanto augstas temperatūras ģeotermālos resursus, kas nāk no sausa tvaika vai karsta ūdens avotiem. Līdzīgi urbšanai naftas ieguvei ģeotermālās spēkstacijas ieurbjas dziļi pazemē. Tvaiks vai karstais ūdens tiek sūknēts uz zemes virsmu, kur tas tiek izmantots, lai grieztu turbīnas, kuras ģenerē elektrību.
Pastāv trīs veidu ģeotermālās spēkstacijas:
Sausa tvaika spēkstacijas
Izmanto dabiskus pazemes tvaika avotus. Tvaiks ražošanas akā pārvietojas uz zemes virsmu, pārnes savu enerģiju uz turbīnu, kondensējas un tiek iesūknēts atpakaļ zemē vai izlaists atmosfērā. Sausā tvaika spēkstacijas ir vecākais ģeotermālo spēkstaciju veids, un tās tiek uzskatītas par visvienkāršākajām un visefektīvākajām.
Vecākā sausā tvaika spēkstacija atrodas Laredo (Itālija). Būvēta 1911. gadā, tā turpina piegādāt elektroenerģiju vairāk nekā miljonam iedzīvotāju. Vēl viena svarīga sausā tvaika spēkstacija atrodas geizeru ģeotermālo resursu apgabalā uz ziemeļiem no Sanfrancisko. Tā ražo elektroenerģiju kopš 1960. gadiem un nodrošina aptuveni vienu piektdaļu no Kalifornijas atjaunojamās enerģijas.
Straujās tvaicēšanas spēkstacijas
Pārvērš par tvaiku ļoti saspiestu ūdeni, kas ir karstāks par 360 °F (182 °C) un nāk no liela pazemes dziļuma. Kad karstais ūdens sasniedz virsmu, tas tiek nosūtīts uz straujās tvaicēšanas tvertni, kurā tiek uzturēts daudz zemāks spiediens. Samazinātais spiediens izraisa strauju ūdens iztvaikošanu, veidojot tvaiku turbīnu darbināšanai. Atlikušo šķidrumu var no jauna strauji iztvaicēt otrā straujās tvaicēšanas tvertnē, lai iegūtu vairāk enerģijas.
Straujās tvaicēšanas spēkstacijas ir mūsdienās visizplatītākais izmantojamo ģeotermālo spēkstaciju veids. Islande, vulkāniska sala, izmanto straujās tvaicēšanas ģeotermālās spēkstacijas, lai nodrošinātu gandrīz visu valstij vajadzīgo elektroenerģiju. Filipīnās, kas atrodas pie Uguns loka, ir pasaulē lielākā straujās tvaicēšanas spēkstacija.
Binārā cikla spēkstacijas
Izmanto citu pieeju siltuma ģenerēšanai. Tās darbojas ar ļoti saspiestu ūdeni zemākā temperatūrā — no 225 °F (107 °C) līdz 330 °F (165 °C). Šī metode izmanto siltummaini, lai siltumu no karstā ūdens pārnestu uz sekundāru šķidrumu, kas darbina turbīnas.
Tā kā vidējas temperatūras ūdens ir plaši pieejams, ir paredzams, ka binārā cikla spēkstacijas nākotnē kļūs par visbiežāk izmantojamajām ģeotermālajām spēkstacijām.
Kā tiek izmantota ģeotermālā enerģija?
Trīs visizplatītākie ģeotermālās enerģijas izmantošanas veidi ir tieša izmantošana, enerģijas ģenerēšana un karsēšana un dzesēšana no zemes avota.
Ģeotermālas tiešās izmantošanas sistēmas
Krāns dabiski siltā pazemes ūdenī, kas atrodas no dažām pēdām līdz mazāk kā jūdzei zem zemes virsmas. Lai iegūtu pazemes ūdeni, kura temperatūra var sasniegt 200°F vai vairāk, tiek veidoti urbumi. Dažos gadījumos karstais ūdens vai tvaiks var kāpties pats bez nepieciešamības aktīvi sūknēt, un to var izmantot tieši vai cikliski siltummainī.
Tiešās izmantošanas ģeotermālo ūdeni var lietot daudzos veidos, tostarp zivjaudzētavu apsildei, ledus un sniega kausēšanai uz ietvēm un ceļiem, lielu baseinu apsildei, ēku apsildei un karstā ūdens nodrošināšanai. Lai gan tiešās izmantošanas ģeotermālajām sistēmām ir zemākas kapitālizmaksas nekā dziļākām ģeotermālajām sistēmām, tehnoloģija ir izmantojama tikai apgabalos, kuros ir dabisks siltais pazemes ūdens uz zemes virsmas vai tās tuvumā, piemēram, reģionos ar vulkānisko vai tektonisko aktivitāti.
Enerģijas ģenerēšana
Trīs iepriekš aprakstītajos ģeotermālo spēkstaciju veidos tiek izmantoti ģeotermiskie resursi dziļi zemes iekšienē, lai radītu elektroenerģiju. Lielākajai daļai ir slēgtā cikla ūdens sistēmas, kur pēc lietošanas iegūtais ūdens tiek iesūknēts tieši ģeotermālajā rezervuārā. Tā kā liela daļa ūdens iztvaiko, spēkstacijām ir atkārtoti jāievada liels ūdens daudzums, lai uzturētu stabilu ūdens apjomu rezervuārā. Lai gan ģeotermālā enerģija ir atjaunojams resurss, ko pašlaik izmanto aptuveni 20 valstīs, vairums ģeotermālo urbumu laika gaitā atdzisīs, jo īpaši tad, ja siltums tiek izgūts ātrāk, nekā tiek papildināts ūdens.
Ģeotermālā apsilde un dzesēšana
Tā tiek dēvēta arī par zemes avota apsildi un dzesēšanu, un tas ir izplatītākais veids, kā mūsdienās tiek izmantota ģeotermālā enerģija. Lai atbildētu uz jautājumu “kas ir ģeotermāla apsilde”, ir svarīgi saprast, kā darbojas ģeotermālais siltumsūknis (saukts arī par zemes siltumsūkni). Tā vietā, lai ģenerētu siltumu, sūknis izmanto zemes siltumu un pārvieto to starp zemi un māju vai ēku.
Sūknis tiek ievietots zemē 10 līdz 300 pēdu dziļumā un pievienots garām caurules skavām, kurā cirkulē šķidrums zem zemes un visā ēkā. Ziemā šķidrums absorbē zemes siltumu un ienes to ēkā, kur ģeotermālās apsildes procesā tas tiek izlaists caur cauruļu sistēmu. Vasarā šķidrums absorbē siltumu ēkā un aizvada to pazemē dzesēšanas nolūkā.
Citi veidi, kā tiek izmantota ģeotermālā enerģija
- Lauksaimniecībā ģeotermālo enerģiju izmanto, lai ziemā augus uzturētu siltumā, augsnei lietojot tvaiku.
- Daži dziedniecības kūrorti izmanto ģeotermālas atveres, lai sildītu savas burbuļvannas un baseinus.
- Karstie avoti ir pazīstami kā tādi, kas terapeitiski spēj uzlabot cilvēku veselību.
- Dabiskie geizeri var būt elpu aizraujošas tūristu pievilkšanas vietas. Jeloustonas nacionālajā parka geizers Old Faithful ir ģeotermāls brīnums, kas izvirst ik pēc 60 līdz 90 minūtēm, un katru gadu to apmeklē aptuveni 4 miljoni cilvēku.
Ģeotermālās enerģijas nākotne
Hidrauliskā laušana ģeotermālai enerģijai
Naftas un gāzes nozarē laušana ir vispārējs veids, kā palielināt ražošanu. Laušana injicē augsta spiediena šķidrumu iežu veidojumos, lai tos sadalītu un padarītu caurlaidīgus. Hidrauliskā laušana ģeotermālai enerģijai izmanto līdzīgu pieeju, un to dēvē arī par uzlabotajām ģeotermālajām sistēmām (enhanced geothermal systems — ESG). Lai gan šis process ir līdzīgs tam, kāda veida laušana tiek izmantota dabasgāzes iegūšanas nozarē, pastāv dažas svarīgas atšķirības. Ģeotermālā laušana rada mazākas, labāk kontrolētas plaisas un izmanto šķidrumu, kas izraisa daudz mazāk piesārņojumu.
ESG veido tvaiku, izvelkot enerģiju no pietiekami karstiem iežiem, kas ir pārāk sausi, lai paši veidotu tvaiku. Attīstītāji vertikāli zemē urbj injekcijas akas aptuveni 0,6–2,8 jūdžu (1–4,5 km) dziļumā, lai sasniegtu karsto, sauso iežu rezervuārus. Pēc tam tie izmanto augsta spiediena ūdeni vai sprāgstvielas, lai lauztu šos iežus un veidotu ģeotermālo šķidruma rezervuāru. Ražošanas aka atpakaļ uz zemes virsmu sūknē karsto ūdeni, kas līdzīgi binārā cikla spēkstacijām, uzsilda sekundāru šķidrumu, kurš tiek strauji iztvaicēts. Ģeotermālā spēkstacija izmanto tvaiku, lai darbinātu turbīnas elektrības ģenerēšanai.
Ģeotermālās enerģijas apjoma pieauguma šķēršļi
- Dabisku ģeotermālo resursu trūkums. Kā minēts šī raksta sākumā, ģeotermālo resursu pieejamība ir ierobežota ar atrašanos tuvu tektonisko plākšņu malām. Vairākums valstu ar piekļuvi ģeotermālai enerģijai jau zināmā mērā izmanto šo resursu priekšrocības.
- Ģeotermālas spēkstacijas izpētes izmaksas un riski. Sākotnējās izpētes un trīs līdz piecu ģeotermālo aku urbšanas programmas izmaksā no 20 līdz 30 miljoniem USD. Tas kopā ar nesekmīgas izpētes risku veido šķēršļus plašai globālai ģeotermālās enerģijas izmantošanai.
- Uzlabotas ģeotermālas sistēmas spēkstaciju izmaksas un risks. Lai gan ESG ir potenciāls paplašināt ģeotermālo resursu pieejamību, ģeotermālo aku urbšana ir ļoti dārga, salīdzinot ar urbšanu naftas vai gāzes ieguvei. Vēl viens šķērslis ir tas, ka līdzīgi tradicionālajām laušanas metodēm ESG akas ir izraisījušas zemestrīces. Turklāt, ja hidrauliskā laušana notiek tuvu iepriekš notikušai nelaimei, pastāv lielāku zemestrīču risks, kas varētu būt pietiekami stipras, lai sabojātu tuvumā esošās ēkas.
- Ģeotermālās apsildes un dzesēšanas sistēmu augstās sākotnējās izmaksas. Ģeotermālo siltumsūkņu cena ir no 3500 USD līdz 7500 USD par pamata vienību, un dārgākie modeļi ar iespējām, piemēram, karstā ūdens uzsildīšanu, izmaksā vēl vairāk. Turklāt rakšanas un uzstādīšanas izmaksas cenu var palielināt līdz 12 000 USD vai pat 15 000 USD. Tomēr dažas valstis var piedāvāt atlaides vai nodokļu kredītus, lai kompensētu dažas no šīm izmaksām. Šīs sistēmas ar laiku nodrošina investīciju atdevi, jo tās ir ļoti energoefektīvas. Cilvēki, kuri iegulda ģeotermālās apsildes un dzesēšanas sistēmās, var ietaupīt no 30 līdz 70 procentiem savu gada enerģijas izmaksu.
Kā ģeotermālā enerģija ietekmē vidi?
Tā kā ģeotermālā enerģija ir tīrs un atjaunojams resurss, tā tiek arvien vairāk izsvērta kā alternatīva fosilajam kurināmajam. Tomēr ģeotermālā enerģija ietekmē vidi vairākos atšķirīgos veidos. Kopumā ģeotermālās enerģijas pozitīvā ietekme atsver negatīvo.
Negatīvā ietekme
Ūdens patēriņš
Gaisa izmeši
Zemes iegrimšana
ESG laušana
ESG laušana var izraisīt zemestrīces, kas ir apgūšanas šķērslis tām spēkstacijām, kuras atrodas netālu no pilsētām, uzņēmumiem un mājām. Turklāt daudzi cilvēki uzskata, ka ESG laušana var radīt negatīvu ietekmi, kas līdzīga gāzes ieguves laušanai, piemēram, noplūdes, izplūdes, kā arī augsnes un gruntsūdeņu piesārņošanu.
Pozitīvā ietekme
Zems oglekļa emisiju daudzums
Samazina atkarību no alternatīvās enerģijas
Samazina oglekļa pēdu
Tehnoloģijas palīdz uzlabot enerģijas pārveidi
Pasaulei ir neparasts izaicinājums stabilizēt mūsu klimatu, veidojot nulles neto oglekļa ekonomiku. Šīs novatoriskās tehnoloģijas palīdz atbalstīt globālo pāreju uz tīrāku enerģiju:
Microsoft Cloud for Sustainability
Izstrādāts, lai sniegtu organizācijām ieskatus, kas tām nepieciešami, lai reģistrētu ietekmi uz vidi, ziņotu par to un samazinātu to.
IoT enerģijas pārvaldība
Izmantojot IoT enerģijas pārvaldību, uzņēmumi var mazināt spiedienu tīklā, lai atbalstītu savu apņemšanos nodrošināt ilgtspējību, uzlabojot enerģijas efektivitāti un piedāvājuma un pieprasījuma līdzsvaru.
Azure IoT
Enerģijas nodrošinātāji, piemēram, ENGIE, izmanto mākslīgo intelektu un mākoni, lai uzlabotu enerģijas ražošanas efektivitāti, vienlaikus samazinot izmaksas.
Kvantu skaitļošana
Tiek plānots, ka kvantu skaitļošana palīdzēs sasniegt pasaules klimata mērķus, paātrinot ar pāreju uz atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, saules enerģija, hidroenerģija, ģeotermālā enerģija un vēja enerģija, saistīto problēmu atrisināšanu.
Jūsu ilgtspējības ceļojuma paātrināšana
Neatkarīgi no tā, kur esat ceļā uz nulles izmešiem, Microsoft Cloud for Sustainability sniedz iespēju uzlabot izpildi un transformēt savu uzņēmumu, izmantojot vides, sociālās un pārvaldības (ESG) iespējas.
Bieži uzdotie jautājumi
-
Ģeotermālā enerģija tiek uzskatīta par vienu no visilgtspējīgākajiem un efektīvākajiem enerģijas veidiem, jo tā ir tīrs, uzticams un atjaunojams resurss. Tā izmanto pazemē esošo siltumu, lai ģenerētu elektrību un nodrošinātu ģeotermālu apsildi un dzesēšanu mājās un uzņēmumos.
-
Ģeotermālā enerģija piedāvā trīs galvenos ieguvumus:
- Tā ir videi draudzīga.
- Tā ir atjaunojama.
- Tā ir uzticama un stabila.
Šis tīrais, atjaunojamais enerģijas avots var palīdzēt mazināt pasaules atkarību no fosilā kurināmā.
-
Salīdzinot ar citiem enerģijas avotiem, ģeotermālajai enerģijai ir trīs trūkumi:
- Tā izraisa pazemes siltumnīcas efekta gāzu nokļūšanu atmosfērā un var ietekmēt zemes stabilitāti.
- Ģeotermālie rezervuāri ir jāpārvalda, lai nodrošinātu, ka tie netiek izsmelti.
- Ģeotermālās spēkstacijas var būvēt tikai apgabalos, kuri atrodas netālu no tektonisko plākšņu malām, kur ir pieejami ģeotermālie rezervuāri.
-
Ģeotermālā enerģija tiek izmantota, lai sildītu un dzesētu mājas, apsildītu siltumnīcas, atbalstītu industriālus procesus un ģenerētu elektrību.
-
Četri ģeotermālās enerģijas veidi ir:
- Zemas temperatūras ģeotermālā enerģija.
- Koģenerācijas ģeotermālā enerģija.
- Ģeotermālā apsilde un dzesēšana.
- Ģeotermālā spēkstacija.
Sekot korporācijai Microsoft