Wat is aardwarmte?
Ontdek hoe deze schone, hernieuwbare energiebron de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen in de wereld kan helpen verminderen.
Wat is aardwarmte?
Terwijl mensen, organisaties en landen zoeken naar manieren om de CO2-uitstoot terug te dringen, hebben overheden en bedrijven belangrijke beloftes gedaan om de CO2-uitstoot terug te dringen. Het vinden van alternatieven voor fossiele brandstoffen, waaronder steenkool, aardgas en aardolie, is van cruciaal belang om deze doelen te bereiken. Daartoe worden hernieuwbare, schonere energiebronnen zoals zonne-energie, waterkracht, windenergie en geothermie steeds belangrijker.
Tegenwoordig wordt geothermische energie beschouwd als een van de meest efficiënte en duurzame vormen van energie, omdat het een schone, betrouwbare en hernieuwbare hulpbron is. Geothermische energie gebruikt de warmte die in het aardoppervlak is opgeslagen om elektriciteit op te wekken en geothermische verwarming en koeling te bieden voor huizen en bedrijven. Geothermische bronnen worden in Noord-Amerika al meer dan 10.000 jaar gebruikt, omdat Amerikaanse Paleo-indianen geothermische warmwaterbronnen gebruikten voor warmte, koken en baden.
Geografie speelt een cruciale rol in het vermogen van een regio om te profiteren van geothermische energie. De beste geothermische hulpbronnen bevinden zich gewoonlijk nabij de randen van tektonische platen. Vulkanische activiteit en aardbevingen zijn geconcentreerd nabij deze randen als gevolg van beweging in de aardkorst. Bijvoorbeeld, de Ring of Fire rond de randen van de Stille Oceaan is een reeks vulkanen en seismische activiteit, voornamelijk veroorzaakt door platentektoniek. Als gevolg hiervan heeft deze regio de meest actieve geothermische gebieden ter wereld.
Momenteel zijn de Verenigde Staten de wereldleider op het gebied van de productie van geothermische energie, hoewel geothermische energie slechts een klein percentage van het Amerikaanse energieverbruik uitmaakt. Omdat geothermische energie veel voorkomt in de buurt van tektonische plaatgrenzen, bevinden de meeste Amerikaanse geothermische energiecentrales zich in westelijke staten. Californië heeft de grootste hoeveelheid geothermische elektriciteitsopwekkingscapaciteit met 40 operationele geothermische centrales.
IJsland, de Filipijnen en El Salvador zijn ook wereldleiders op het gebied van geothermie, waarbij geothermische energie ruim 25 procent van het totale energieverbruik van elk land voor zijn rekening neemt.
Lees dit artikel om geothermische energie te verkennen, de voor- en nadelen ervan te evalueren en voorbeelden van geothermische energie te ontdekken. Je leert ook over de toekomst van geothermische energie en hoe technologie de innovatie op het gebied van geothermische energie kan helpen versnellen.
Soorten geothermische energie
Geothermische energie wordt verkregen uit de warmte die in de aarde wordt gegenereerd. De term ‘geothermisch’ komt van de Griekse woorden ‘geo’, wat aarde betekent, en ‘thermos’, wat heet betekent. Onder de aardkorst, die bestaat uit rotsen en water, bevindt zich een laag heet gesmolten gesteente dat magma wordt genoemd. Magma bereikt temperaturen van 700 °C tot 1300 °C en kan als lava naar het aardoppervlak borrelen. Magma verwarmt ook rotsen en ondergrondse waterlagen, die kunnen vrijkomen via geisers, warmwaterbronnen en stoomopeningen, allemaal voorbeelden van geothermische energie.
Het grootste deel van de geothermische energie op aarde blijft echter ondergronds in de vorm van stoom en heet water en wordt op verschillende manieren gewonnen:
Geothermische energie met een lage temperatuur
- Warmte die wordt verkregen uit geothermische vloeistof dicht bij het aardoppervlak stijgt vanzelf op of wordt verkregen via een put.
- Is bijna overal ter wereld toegankelijk.
- Geothermische toepassingen voor direct gebruik, waaronder het verwarmen van huizen, kassen, visserij en sommige industriële processen.
Gecoproduceerde geothermische energie
- Gebruikt water dat wordt verwarmd als bijproduct van olie- en gasbronnen.
- Genereert elektriciteit die door de centrale wordt gebruikt of aan het elektriciteitsnet wordt verkocht.
Geothermische verwarming en koeling
- Geothermische warmtepompen worden tussen de 3 en 90 meter diep in de aarde geboord.
- Verwarmt huizen en gebouwen in de winter en koelt ze in de zomer.
Geothermische energiecentrale
- Maakt gebruik van geothermische reservoirs tot wel drie kilometer diep in de aarde.
- Genereert elektriciteit.
Voor- en nadelen van geothermische energie
Hoewel geothermische energie een hernieuwbare en schone energiebron is, kleven er ook nadelen aan, waaronder de hoge initiële kosten en het potentieel om aardbevingen en verzakkingen te veroorzaken, en het geleidelijk wegzinken van een stuk land.
Voordelen van geothermische energie:
- Milieuvriendelijk: Geothermische energiecentrales hebben een minimale CO2-voetafdruk en de daarmee gepaard gaande vervuiling is zeer laag. Geothermische verwarming en koeling verminderen de uitstoot van broeikasgassen.
- Hernieuwbaar: In tegenstelling tot fossiele brandstoffen worden de duurzame reservoirs van geothermische energie in de aarde op natuurlijke wijze aangevuld en zullen ze miljarden jaren meegaan.
- Betrouwbaar en stabiel: In tegenstelling tot wind- en zonne-energie is geothermische energie altijd beschikbaar en fluctueert niet. Beheer kan de energieopbrengst van geothermische energiecentrales nauwkeurig voorspellen, waardoor ze ideaal zijn om aan de basislastenergiebehoefte te voldoen.
Nadelen van geothermische energie:
- Bijwerkingen voor het milieu: Geothermische energie zorgt ervoor dat sommige broeikasgassen onder het aardoppervlak in de atmosfeer ontsnappen. Geothermische energiecentrales kunnen de stabiliteit van het land beïnvloeden en aardbevingen en verzakkingen veroorzaken.
- Beheer vereist: Zodra ze door een geothermische energiecentrale worden aangeboord, moeten geothermische reservoirs goed worden beheerd om ervoor te zorgen dat ze niet uitgeput raken.
- Planten zijn beperkt tot specifieke locaties: Geothermische centrales kunnen alleen worden gebouwd in gebieden nabij de randen van tektonische platen, waar geothermische reservoirs beschikbaar zijn.
Geothermische energiecentrales
Geothermische energiecentrales maken gebruik van geothermische bronnen op hoge temperatuur die afkomstig zijn van droge stoom- of heetwaterbronnen. Net als bij het boren naar olie boren geothermische energiecentrales putten diep in de aarde. De stoom of het hete water wordt naar de oppervlakte gepompt, waar het wordt gebruikt om turbines te laten draaien die elektriciteit opwekken.
Er zijn drie soorten geothermische energiecentrales:
Droge stoomkrachtcentrales
Natuurlijke ondergrondse stoombronnen gebruiken. De stoom stroomt in de productieput naar het aardoppervlak, draagt zijn energie over aan de turbine, condenseert en wordt terug in de aarde gepompt of in de atmosfeer vrijgegeven. Droge stoomcentrales zijn het oudste type geothermische centrales en worden als de eenvoudigste en meest effectieve beschouwd.
De oudste droge-stoomcentrale bevindt zich in Laredo, Italië. Het werd gebouwd in 1911 en levert nog steeds elektriciteit aan meer dan een miljoen inwoners. Een andere belangrijke droge-stoomcentrale is het Geysers Geothermal Resource Area ten noorden van San Francisco. Het produceert elektriciteit sinds de jaren zestig en levert ongeveer een vijfde van de hernieuwbare energie in Californië.
Flash-stoomkrachtcentrales
Zet water onder hoge druk, dat heter is dan 180 °C, diep uit de aarde om in stoom. Wanneer het hete water het oppervlak bereikt, wordt het naar een ‘flashtank’ gestuurd die op een veel lagere druk wordt gehouden. De verminderde druk zorgt ervoor dat een deel van het water ‘flitst’, wat betekent dat het snel verdampt tot stoom om de turbines aan te drijven. Overgebleven vloeistof kan opnieuw worden 'geflitst' in een tweede flashtank om meer energie te onttrekken.
Flash-stoomkrachtcentrales zijn de meest voorkomende soorten geothermische centrales die tegenwoordig in gebruik zijn. IJsland, een vulkanisch eiland, maakt gebruik van geothermische stoomkrachtcentrales om bijna alle elektriciteit te leveren die het land nodig heeft. De Filipijnen, gelegen langs de Ring of Fire, hebben de grootste flash-stoomcentrale ter wereld.
Energiecentrales met binaire cyclus
Kies voor een andere aanpak bij het genereren van warmte. Ze werken met water onder hoge druk bij lagere temperaturen, tussen 107 °C en 166 °C. Deze methode maakt gebruik van een warmtewisselaar om de warmte van het hete water over te dragen naar een secundaire vloeistof, die de turbines aandrijft.
Omdat water met een gematigde temperatuur op grotere schaal beschikbaar is, wordt verwacht dat binaire-cycluscentrales in de toekomst het meest voorkomende type geothermische energiecentrales zullen worden.
Hoe wordt aardwarmte gebruikt?
De drie meest voorkomende toepassingen van geothermische energie zijn direct gebruik, energieopwekking en verwarming en koeling door middel van aardwarmte.
Systemen voor direct gebruik van aardwarmte
Boor natuurlijk verward grondwater aan dat een paar meter tot minder dan een mijl onder het aardoppervlak kan worden gevonden. Bronnen worden aangeboord om het grondwater te extraheren, wat net zo warm kan zijn als 200°F of meer. In sommige gevallen kan het warme water of de stoom zijn eigen weg omhoog vinden, zonder dat er actief gepompt hoeft te worden. Het kan dan rechtstreeks worden gebruikt of hergebruikt via een warmtewisselaar.
Direct gebruik van geometrisch water ondersteunt veel toepassingen, waaronder het verwarmen van viskwekerijen, het smelten van ijs en sneeuw op paden en wegen, het verwarmen van grote zwembaden, het verwarmen van gebouwen en het leveren van warm water. Hoewel systemen voor direct gebruik lagere kapitaalkosten hebben dan diepere onderliggende systemen, is de technologie beperkt tot gebieden met natuurlijke warmwaterbronnen in de buurt of waar ze zich dicht op het aardoppervlak bevinden, zoals regio's met vulkanische of tektonische activiteit.
Elektriciteitsproductie
De drie typen elektriciteitscentrales die hierboven worden beschreven, maken gebruik van geothermische bronnen die zich diep in de aarde bevinden om elektriciteit te produceren. De meeste hebben gesloten watersystemen, waarbij ze het geëxtraheerde water direct na gebruik weer in het geothermische reservoir pompen. Omdat een groot deel van het water wordt verdampt in stoom, moeten de fabrieken aanzienlijke hoeveelheden water opnieuw injecteren om een constante hoeveelheid water in het reservoir te behouden. Hoewel geothermische energie een hernieuwbare bron is die tegenwoordig in ongeveer 20 landen wordt gebruikt, zullen de meeste geothermische bronnen in de loop van de tijd afkoelen, met name wanneer warmte sneller wordt geëxtraheerd dan het water wordt aangevuld.
Geothermische verwarming en koeling
Dit wordt ook wel verwarming en verkoeling van de bodemwarmte genoemd. Dit is de meest voorkomende manier waarop geothermische energie vandaag de dag wordt gebruikt. Als je de vraag ''Wat is aardwarmte'' wilt beantwoorden, is het belangrijk om te begrijpen hoe een warmtepomp (ook wel een grondbron-warmtepomp genoemd) werkt. In plaats van warmte te genereren, gebruikt de pomp de aarde als warmtebron en verplaatst deze de warmte tussen de aarde en het huis of gebouw.
De pomp wordt aangeboord tot tussen 10 en 300 meter in de aarde en maakt verbinding met lange pijpen die vloeistof ondergronds en door het hele gebouw circuleren. In de winter neemt de vloeistof de warmte van de aarde op en brengt deze het naar het gebouw, waar de geometrische warmte via een kanaalsysteem wordt vrijgegeven. In de zomer neemt de vloeistof de warmte in het gebouw op en voert deze het naar de aarde voor koeling.
Meer manieren waarop geothermische energie wordt gebruikt
- De landbouw maakt gebruik van geothermische energie om planten in de winter warm te houden door stoom op de grond vrij te geven.
- Sommige kuuroorden gebruiken geothermische ventilatieopeningen om hun bubbelbaden en baden te verwarmen.
- Warmwaterbronnen staan bekend om hun therapeutische vermogen om de gezondheid van mensen te verbeteren.
- Natuurlijke geisers kunnen ontzagwekkende toeristische attracties zijn. 'Old Faithful' in Yellowstone National Park is een geothermisch wonder dat elke 60 tot 90 minuten uitbarst en jaarlijks door ongeveer vier miljoen mensen wordt bezocht.
De toekomst van geothermische energie
Hydraulisch fracken voor geothermische energie
In de olie- en gasindustrie is fracking een veelgebruikte manier om de productie te verhogen. Bij fracking wordt vloeistof onder hoge druk in rotsformaties geïnjecteerd om deze te breken en doorlaatbaar te maken. Hydraulisch fracken van geothermische energie hanteert een vergelijkbare aanpak en wordt ook wel 'enhanced geothermal systems' (ESG) genoemd. Hoewel het een soortgelijk proces is als het type fracking dat de aardgasindustrie gebruikt, zijn er enkele belangrijke verschillen. Geothermisch fracken creëert kleinere, beter gecontroleerde breuken en gebruikt vloeistof die veel minder vervuiling veroorzaakt.
ESG produceert stoom door energie te onttrekken aan rotsen die heet genoeg zijn, maar te droog, om zelf stoom te produceren. Ontwikkelaars boren verticale 'injectieputten' tot een diepte van ongeveer 1 tot 7 kilometer in de aarde om de hete, droge rotsreservoirs te bereiken. Vervolgens gebruiken ze water onder hoge druk of explosieven om de rotsen te breken en een geothermisch vloeistofreservoir te creëren. Een productieput pompt het hete water terug naar het aardoppervlak, dat, net als bij installaties met een binaire cyclus, een secundaire vloeistof verwarmt die in stoom verandert. De geothermische energiecentrale gebruikt de stoom om de turbines aan te drijven om elektriciteit op te wekken.
Belemmeringen voor de groei van geothermische energie
- Gebrek aan natuurlijke geothermische hulpbronnen Zoals besproken in het begin van dit artikel is de beschikbaarheid van geothermische bronnen beperkt tot locaties nabij tektonische plaatgrenzen. De meeste landen met toegang tot geothermische energie profiteren al tot op zekere hoogte van deze hulpbron.
- Kosten en risico's voor de exploratie van geothermische energiecentrales. Het kost tussen USD 20 en 30 miljoen om een eerste exploratie- en boorprogramma van drie tot vijf geothermische bronnen uit te voeren. Dit, in combinatie met het risico van mislukte exploratie, vormt een belemmering voor het wereldwijd opschalen van het gebruik van geothermische energie.
- Kosten en risico's van verbeterde geothermische systeeminstallaties. Hoewel ESG het potentieel heeft om de beschikbaarheid van geothermische hulpbronnen uit te breiden, is het boren van geothermische bronnen zeer kostbaar in vergelijking met het boren naar olie of gas. Een andere barrière is dat ESG-putten, net als traditionele 'fracking'-methoden, aardbevingen hebben veroorzaakt. Met name wanneer het hydraulisch fracken dichtbij een reeds bestaande breuk plaatsvindt, bestaat er een risico op grotere aardbevingen die sterk genoeg kunnen zijn om nabijgelegen gebouwen te beschadigen.
- Hoge initiële kosten van geothermische verwarmings- en koelsystemen. Geothermische warmtepompen kosten tussen USD 3500 en 7500 voor een basisunit, en duurdere modellen met opties zoals verwarming van warm water kosten zelfs nog meer. Bovendien kunnen de graaf- en installatiekosten de prijs oplopen tot USD 12.000 tot USD 15.000. Sommige landen bieden echter kortingen of belastingkredieten aan om een deel van deze kosten te compenseren. Deze systemen leveren uiteindelijk een positief rendement, omdat ze zeer energiezuinig zijn. Mensen die investeren in geothermische verwarmings- en koelingssystemen kunnen verwachten dat ze tussen de 30 en 70 procent van hun jaarlijkse energierekening zullen besparen.
Welke invloed heeft geothermische energie op het milieu?
Als schone en hernieuwbare hulpbron wordt geothermische energie steeds meer gezien als een alternatief voor fossiele brandstoffen. Geothermische energie heeft echter op verschillende manieren invloed op het milieu. Over het geheel genomen wegen de positieve effecten van geothermische energie zwaarder dan de negatieve.
Negatieve gevolgen
Waterverbruik
Luchtuitstoot
Verzakking
ESG-fracking
ESG-fracking kan aardbevingen veroorzaken, wat een belemmering vormt voor de adoptie van fabrieken in de buurt van stedelijke gebieden, bedrijven en woningen. Bovendien zijn veel mensen van mening dat ESG-fracking het potentieel heeft om negatieve gevolgen te creëren die vergelijkbaar zijn met die van gasfracking, zoals lekkages en bodem- en grondwaterverontreiniging.
Positieve effecten
Lage CO2-uitstoot
Vermindert de afhankelijkheid van alternatieve energieën
Vermindert de CO2-voetafdruk
Technologieën helpen energietransformatie te stimuleren
De wereld staat voor een buitengewone uitdaging om ons klimaat te stabiliseren door een CO2-neutrale economie op te bouwen. Deze innovatieve technologieën helpen de wereldwijde transitie naar schonere energie te ondersteunen:
Microsoft Cloud for Sustainability
Ontworpen om organisaties de inzichten te geven die ze nodig hebben om hun impact op het milieu vast te leggen, te rapporteren en te verminderen.
IoT-energiebeheer
Via IoT-energiebeheer kunnen bedrijven druk op het net verminderen om hun inzet voor duurzaamheid te ondersteunen door de energie-efficiëntie en het evenwicht tussen vraag en aanbod te verbeteren.
Azure IoT
Energieleveranciers zoals ENGIE gebruiken AI en de cloud om de efficiëntie van de energieproductie te verbeteren en tegelijkertijd de kosten te verlagen.
Quantumcomputing
Quantum computing staat klaar om het oplossen van problemen rond de verschuiving naar hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie, waterkracht, windenergie en geothermische energie te versnellen.
Versnel je duurzaamheidstraject
Waar je je ook bevindt op je reis naar netto-nul, met Microsoft Cloud for Sustainability kun je je voortgang versnellen en je bedrijf transformeren via ESG-mogelijkheden (Environmental, Social en Governance).
Veelgestelde vragen
-
Geothermische energie wordt beschouwd als een van de meest duurzame en efficiënte vormen van energie en is een schone, betrouwbare en hernieuwbare hulpbron. Het gebruikt de warmte die in het aardoppervlak is opgeslagen om elektriciteit op te wekken en geothermische verwarming en koeling te bieden voor huizen en bedrijven.
-
Geothermische energie biedt drie belangrijke voordelen:
- Het is milieuvriendelijk.
- Het is hernieuwbaar.
- Het is betrouwbaar en stabiel.
Deze schone, hernieuwbare energiebron kan de wereldwijde afhankelijkheid van fossiele brandstoffen helpen verminderen.
-
In vergelijking met andere energiebronnen heeft geothermische energie drie nadelen:
- Het zorgt ervoor dat broeikasgassen onder het aardoppervlak in de atmosfeer ontsnappen en de stabiliteit van het land kunnen beïnvloeden.
- Geothermische reservoirs moeten worden beheerd om ervoor te zorgen dat ze niet uitgeput raken.
- Geothermische installaties kunnen alleen worden gebouwd in gebieden nabij de grenzen van tektonische platen, waar geothermische reservoirs beschikbaar zijn.
-
Geothermische energie wordt gebruikt om huizen te verwarmen en te koelen, kassen te verwarmen, industriële processen te ondersteunen en elektriciteit op te wekken.
-
De vier soorten geothermische energie zijn:
- Geothermische energie op lage temperatuur.
- Gecoproduceerde geothermische energie.
- Geothermische verwarming en koeling.
- Geothermische energiecentrale.
Microsoft volgen