Kaj je geotermalna energija?
Odkrijte, kako lahko s tem čistim in obnovljivim virom energije zmanjšate svetovno odvisnost od fosilnih goriv.
Kaj je geotermalna energija?
Medtem ko ljudje, organizacije in države iščejo načine za zmanjšanje emisij ogljika, so vlade in podjetja sprejeli pomembne zaveze za zmanjšanje emisij ogljika. Iskanje alternativ fosilnim gorivom, kot so premog, zemeljski plin in nafta, je ključnega pomena za doseganje teh ciljev. Zato so obnovljivi viri čistejše energije , kot so sončna, vodna, vetrna in geotermalna energija, čedalje pomembnejši.
Danes geotermalna energija velja za eno najučinkovitejših in trajnostnih vrst energije, saj gre za čist, zanesljiv in obnovljiv vir. Geotermalna energija uporablja toploto, shranjeno v zemeljski površini, za proizvodnjo električne energije ter geotermalno ogrevanje in hlajenje domov in podjetij. Geotermalni viri so v Severni Ameriki v uporabi že več kot 10.000 let, saj so ameriški paleoindijanci uporabljali geotermalne vrelce za ogrevanje, kuhanje in kopanje.
Geografija ima ključno vlogo pri izkoriščanju geotermalne energije v regiji. Najboljši geotermalni viri so pogosto v bližini meja tektonskih plošč. V bližini teh meja se zaradi gibanja zemeljske skorje pojavljajo vulkanske aktivnosti in potresi. Ognjeni obroč ob robu Tihega oceana je na primer niz vulkanov in seizmičnih dejavnosti, ki so predvsem posledica tektonike plošč. Posledično ima ta regija najbolj aktivna geotermalna območja na svetu.
ZDA so trenutno vodilne na svetu po proizvodnji geotermalne energije, čeprav geotermalna energija predstavlja le majhen odstotek ameriške porabe energije. Ker je geotermalna energija pogosta v bližini meja tektonskih plošč, je večina geotermalnih elektrarn v ZDA v zahodnih državah. Največ geotermalne električne energije proizvaja Kalifornija s 40 delujočimi geotermalnimi elektrarnami.
Tudi Islandija, Filipini in Salvador so vodilne države na področju geotermalne energije, saj geotermalna energija v vsaki od teh držav predstavlja več kot 25 odstotkov celotne porabe energije.
V tem članku boste spoznali geotermalno energijo, ocenili njene prednosti in slabosti ter odkrili primere geotermalne energije. Izvedeli boste tudi, kakšna je prihodnost geotermalne energije in kako lahko tehnologija pomaga pospešiti inovacije na področju geotermalne energije.
Vrste geotermalne energije
Geotermalna energija se pridobiva iz toplote, ki nastaja v zemlji. Izraz »geotermalni« izhaja iz grških besed »geo«, ki pomeni zemlja, in »hermos«t, ki pomeni vroče. Pod zemeljsko skorjo, ki jo sestavljajo kamnine in voda, je plast vroče staljene kamnine, imenovane magma. Magma doseže temperature od 1300 °F do 2400 °F in lahko izbruhne na površje Zemlje v obliki lave. Magma segreva tudi kamnine in podzemne plasti vode, ki se lahko sproščajo z gejzirji, vročimi vrelci in izviri pare – vse to so primeri geotermalne energije.
Vendar večina geotermalne energije na Zemlji ostaja pod zemljo v obliki pare in vroče vode ter se pridobiva z različnimi načini:
Nizkotemperaturna geotermalna energija
- Toplota, pridobljena iz geotermalne tekočine blizu zemeljskega površja se dvigne sama ali pa do nje pridemo z vrtino.
- Dostop je mogoč skoraj povsod po svetu.
- Geotermalna energija za neposredno uporabo, vključno z ogrevanjem domov, rastlinjakov, ribištva in nekaterih industrijskih procesov.
Soproizvedena geotermalna energija
- Uporablja vodo, ki se segreva kot stranski proizvod iz naftnih in plinskih vrtin.
- Proizvaja električno energijo, ki se porabi v elektrarni ali proda v omrežje.
Geotermalno ogrevanje in hlajenje
- Geotermalne toplotne črpalke se vrtajo od 3 do 90 metrov globoko v zemljo.
- Pozimi ogreva domove in stavbe, poleti pa jih hladi.
Geotermalna elektrarna
- Uporablja geotermalne zbiralnike, ki so globoki do tri kilometre v zemlji.
- Proizvaja električno energijo.
Prednosti in slabosti geotermalne energije
Čeprav je geotermalna energija obnovljiv in čist vir energije, ima tudi pomanjkljivosti, med drugim visoke začetne stroške ter možnost povzročanja potresov in ugrezanja, tj. postopnega pogrezanja zemljišča.
Prednosti geotermalne energije:
- Okolju prijazno: geotermalne elektrarne imajo minimalen ogljični odtis in z njimi povezano onesnaževanje je zelo majhno. Geotermalno ogrevanje in hlajenje zmanjšuje emisije toplogrednih plinov.
- Obnovljivo: obnovljivi viri geotermalne energije v zemlji se v nasprotju s fosilnimi gorivi naravno obnavljajo in bodo trajali več milijard let.
- Zanesljivo in stabilno: geotermalna energija je v nasprotju z vetrno in sončno energijo vedno na voljo in ne niha. Upravljanje lahko natančno predvidi izhodno moč geotermalnih elektrarn, zato so idealne za zadovoljevanje potreb po osnovni energiji.
Slabosti geotermalne energije:
- Neželeni učinki na okolje: zaradi geotermalne energije se nekateri toplogredni plini pod zemeljskim površjem sproščajo v ozračje. Geotermalne elektrarne lahko vplivajo na stabilnost tal in so sprožile potrese ter povzročile sesedanje tal.
- Potrebno je upravljanje: ko geotermalna elektrarna začne izkoriščati geotermalne zbiralnike, jih je treba ustrezno upravljati, da se ne izčrpajo.
- Rastline so omejene na določene lokacije: geotermalne elektrarne je mogoče graditi le na območjih blizu meja tektonskih plošč, kjer so na voljo geotermalna nahajališča.
Geotermalne elektrarne
Geotermalne elektrarne uporabljajo visokotemperaturne geotermalne vire, ki izvirajo iz vrtin s suho paro ali vročo vodo. Podobno kot pri črpanju nafte geotermalne elektrarne vrtajo vrtine globoko v zemljo. Paro ali vročo vodo črpajo na površje, kjer se uporablja za vrtenje turbin, ki proizvajajo električno energijo.
Obstajajo tri vrste geotermalnih elektrarn:
Elektrarne na suho paro
Uporaba naravnih podzemnih virov pare. Para v proizvodni vrtini potuje do zemeljske površine, prenese svojo energijo na turbino, se kondenzira in prečrpa nazaj v zemljo ali izpusti v ozračje. Elektrarne na suho paro so najstarejša vrsta geotermalnih elektrarn in veljajo za najpreprostejše in najučinkovitejše.
Najstarejša elektrarna na suho paro je v mestu Laredo v Italiji. Zgrajena je bila leta 1911 in še vedno oskrbuje z električno energijo več kot milijon prebivalcev. Druga pomembna elektrarna na suho paro je geotermalno območje Geysers severno od San Francisca. Električno energijo proizvaja že od šestdesetih let prejšnjega stoletja in zagotavlja približno petino kalifornijske energije iz obnovljivih virov.
Elektrarne z zaprtim uparjalnim procesom
Pretvarjanje vode pod visokim pritiskom, ki je vroča več kot 360 °F, iz globine zemlje v paro. Ko vroča voda doseže površino, se pošlje v dodatni uparjalnik, v katerem se vzdržuje veliko nižji tlak. Zaradi zmanjšanega tlaka del vode »prekipeva«, kar pomeni, da hitro izhlapi v paro, ki poganja turbine. Preostalo tekočino je mogoče znova prečrpati v drugem zbiralniku za prečrpavanje, da se pridobi še več energije.
Danes se najpogosteje uporabljajo elektrarne z zaprtim uparjalnim procesom. Islandija, vulkanski otok, s pomočjo geotermalnih elektrarn z zaprtim uparjalnim procesom zagotavlja skoraj vso električno energijo, ki jo država potrebuje. Na Filipinih, ki ležijo ob ognjenem obroču, je največja elektrarna z zaprtim uparjalnim procesom na svetu.
Dvosistemske elektrarne
Drugačen pristop k ustvarjanju toplote. Delujejo z vodo pod visokim pritiskom pri nižjih temperaturah – med 225 °F in 330 °F. Pri tej metodi se toplota iz vroče vode prenese v sekundarno tekočino, ki poganja turbine, s pomočjo toplotnega izmenjevalnika.
Ker je voda z zmerno temperaturo bolj dostopna, se pričakuje, da bodo v prihodnosti najpogostejša vrsta geotermalnih elektrarn postale dvosistemske elektrarne.
Kako se uporablja geotermalna energija?
Tri najpogostejše uporabe geotermalne energije so neposredna uporaba, proizvodnja električne energije ter ogrevanje in hlajenje iz zemeljskega vira.
Geotermalni sistemi neposredne rabe
Uporabite naravno segreto podzemno vodo, ki se nahaja od nekaj metrov pa do manj kot kilometer pod zemeljsko površino. Za črpanje podzemne vode, ki je lahko vroča do 200 °C ali več, se izvrtajo vrtine. V nekaterih primerih se lahko vroča voda ali para dvigne sama, brez aktivnega črpanja, in se lahko uporablja neposredno ali ciklično skozi toplotni izmenjevalnik.
Geotermalna voda za neposredno uporabo se uporablja za številne namene, vključno z ogrevanjem ribiških kmetij, taljenjem ledu in snega na pločnikih in cestah, ogrevanjem velikih bazenov, ogrevanjem stavb in pripravo tople vode. Čeprav imajo geotermalni sistemi za neposredno uporabo nižje investicijske stroške kot globinski geotermalni sistemi, je ta tehnologija omejena na območja, ki imajo naravna telesa vroče podtalnice v bližini zemeljske površine ali na njej, kot so območja z vulkansko ali tektonsko dejavnostjo.
Proizvodnja električne energije
Tri zgoraj opisane vrste geotermalnih elektrarn izkoriščajo geotermalne vire globoko v zemlji in proizvajajo električno energijo. Večina ima vodne sisteme z zaprto zanko, kjer se pridobljena voda po uporabi črpa neposredno nazaj v geotermalni rezervoar. Ker je večina vode izhlapela v paro, morajo elektrarne za vzdrževanje stalne količine vode v rezervoarju ponovno vbrizgavati velike količine vode. Čeprav je geotermalna energija obnovljiv vir, ki se danes uporablja v približno 20 državah, se večina geotermalnih vrtin sčasoma ohladi, zlasti če se toplota črpa hitreje, kot se voda obnavlja.
Geotermalno ogrevanje in hlajenje
To je najpogostejši način uporabe geotermalne energije, znan tudi kot ogrevanje in hlajenje s talnim virom. Če želite odgovoriti na vprašanje "kaj je geotermalno ogrevanje", morate razumeti, kako deluje geotermalna toplotna črpalka (imenovana tudi zemeljska toplotna črpalka). Namesto da bi proizvajala toploto, črpalka kot vir toplote uporablja zemljo in toploto prenaša med zemljo in hišo ali stavbo.
Črpalka je navrtana od 10 do 300 metrov globoko v zemljo in je povezana z dolgimi cevnimi zankami, po katerih tekočina kroži pod zemljo in po celotni stavbi. Pozimi tekočina absorbira zemeljsko toploto in jo prenaša v stavbo, kjer jo geotermalno ogrevanje oddaja prek sistema kanalov. Poleti tekočina absorbira toploto v stavbi in jo odvaja v zemljo, kjer se hladi.
Več načinov za uporabo geotermalne energije
- V kmetijstvu se geotermalna energija uporablja za ogrevanje rastlin pozimi s paro v tleh.
- Nekatera zdravilišča za ogrevanje masažnih kadi in kopeli uporabljajo geotermalne zračnike.
- Vroči vrelci so znani po svoji terapevtski sposobnosti izboljšanja zdravja ljudi.
- Naravni gejzirji so lahko navdušujoče turistične znamenitosti. »Old Faithful« v narodnem parku Yellowstone je geotermalno čudo, ki izbruhne vsakih 60 do 90 minut in ga vsako leto obišče približno 4 milijone ljudi.
Prihodnost geotermalne energije
Hidravlično lomljenje za geotermalno energijo
V naftni in plinski industriji je lomljenje običajen način za povečanje proizvodnje. Pri lomljenju se tekočina pod visokim tlakom vbrizgava v kamninske formacije, da te razpokajo in postanejo prepustne. Hidravlično lomljenje za pridobivanje geotermalne energije ima podoben pristop in se imenuje tudi »izboljšan geotermalni sistem« (Enhanced Geothermal System – EGS). Čeprav gre za podoben postopek kot pri lomljenju, ki se uporablja v industriji zemeljskega plina, je med njima nekaj pomembnih razlik. Geotermalno lomljenje ustvarja manjše, bolj nadzorovane razpoke in uporablja tekočino, ki povzroča veliko manj onesnaževanja.
ESG proizvaja paro s pridobivanjem energije iz kamnin, ki so dovolj vroče, vendar presuhe, da bi same proizvajale paro. Razvijalci navpično izvrtajo »vbrizgalne vrtine« do globine približno 0,6 do 2,8 kilometra v zemljo, da bi dosegli zbiralnike vročih suhih kamnin. Nato s pomočjo visokotlačne vode ali eksploziva prelomijo kamnine in ustvarijo geotermalni zbiralnik tekočine. Proizvodna vrtina črpa vročo vodo nazaj na zemeljsko površino, kjer se podobno kot v elektrarnah z dvokrožnim ciklom segreje sekundarna tekočina, ki se spremeni v paro. Geotermalna elektrarna s paro poganja turbine za proizvodnjo električne energije.
Ovire za rast geotermalne energije
- Pomanjkanje naravnih geotermalnih virov. Kot je navedeno na začetku tega članka, je razpoložljivost geotermalnih virov omejena na lokacije v bližini meja tektonskih plošč. Večina držav, ki ima dostop do geotermalne energije, ta vir do neke mere že izkorišča.
- Stroški in tveganja raziskovanja geotermalnih elektrarn. Začetni program raziskovanja in vrtanja treh do petih geotermalnih vrtin stane od 20 do 30 milijonov USD. To, skupaj s tveganjem neuspešnega raziskovanja, predstavlja oviro za povečanje uporabe geotermalne energije na svetovni ravni.
- Stroški in tveganja obratov z izboljšanimi geotermalnimi sistemi. Čeprav ima ESG potencial za povečanje razpoložljivosti geotermalnih virov, je vrtanje geotermalnih vrtin v primerjavi z vrtanjem za nafto ali plin zelo drago. Druga ovira je, da so vrtine ESG, tako kot tradicionalni postopki » lomljenja«, povzročile potrese. Če se hidravlično lomljenje izvaja v bližini že obstoječega preloma, obstaja nevarnost večjih potresov, ki so lahko dovolj močni, da poškodujejo bližnje stavbe.
- Visoki začetni stroški geotermalnih sistemov ogrevanja in hlajenja. Geotermalne toplotne črpalke stanejo od 3.500 do 7.500 USD za osnovno enoto, dražji modeli z možnostmi, kot je ogrevanje tople vode, pa še več. Poleg tega lahko stroški izkopa in namestitve povečajo ceno na 12.000 do 15.000 USD. Vendar pa lahko nekatere države ponudijo popuste ali davčne olajšave, ki nadomestijo del teh stroškov. Ti sistemi sčasoma zagotovijo donosnost naložbe, saj so zelo energetsko učinkoviti. Ljudje, ki vlagajo v geotermalne sisteme ogrevanja in hlajenja, lahko pričakujejo, da bodo prihranili od 30 do 70 odstotkov svojih letnih računov za energijo.
Kako geotermalna energija vpliva na okolje?
Geotermalna energija je čisti in obnovljivi vir, zato se vedno bolj obravnava kot alternativa fosilnim gorivom. Vendar geotermalna energija vpliva na okolje na več različnih načinov. Na splošno so pozitivni vplivi geotermalne energije večji od negativnih.
Negativni vplivi
Poraba vode
Emisije v zrak
Podtalnica
Lomljenje ESG
Lomljenje ESG lahko povzroči potrese, kar je ovira za uporabo v obratih, ki so v bližini mestnih območij, podjetij in domov. Poleg tega je veliko ljudi prepričanih, da lahko lomljenje ESG povzroči podobne negativne učinke kot lomljenje s plinom, kot so puščanje, razlitje ter onesnaženje tal in podtalnice.
Pozitivni vplivi
Nizke emisije ogljika
Zmanjšuje odvisnost od alternativnih virov energije.
Zmanjšanje ogljičnega odtisa
Tehnologije spodbujajo energetsko preobrazbo
Svet se sooča z izjemnim izzivom stabilizacije podnebja z vzpostavitvijo gospodarstva z ničelnimi neto emisijami ogljika. Te inovativne tehnologije pomagajo pri globalnem prehodu na čistejšo energijo:
Microsoft Cloud for Sustainability
Sistem je zasnovan tako, da organizacijam omogoča vpogled, ki ga potrebujejo za evidentiranje, poročanje in zmanjševanje vpliva na okolje.
Upravljanje energije interneta stvari
Z upravljanjem energije prek interneta stvari lahko podjetja z izboljšanjem energetske učinkovitosti ter ravnovesja med ponudbo in povpraševanjem zmanjšajo pritisk na omrežje in tako podprejo svojo zavezanost k trajnosti.
Azure IoT
Ponudniki energije, kot je ENGIE, uporabljajo umetno inteligenco in oblak za povečanje učinkovitosti proizvodnje energije in zmanjšanje stroškov.
Kvantno računalništvo
Kvantno računalništvo lahko pospeši reševanje problemov v zvezi s prehodom na obnovljive vire energije, kot so sončna, vodna, vetrna in geotermalna energija.
Pospešite svojo trajnostno pot
Ne glede na to, kje ste na poti do čiste ničelne vrednosti, vam Microsoft Cloud for Sustainability omogoča, da povečate napredek in spremenite svoje poslovanje z okoljskimi, socialnimi in upravljavskimi zmogljivostmi (ESG).
Pogosta vprašanja
-
Geotermalna energija velja za eno najbolj trajnostnih in učinkovitih vrst energije, saj je čist, zanesljiv in obnovljiv vir. Uporablja toploto, shranjeno v zemeljski površini, za proizvodnjo električne energije ter geotermalno ogrevanje in hlajenje domov in podjetij.
-
Geotermalna energija ima tri glavne prednosti:
- Je okolju prijazna.
- Je obnovljiva.
- Je zanesljiva in stabilna.
Ta čisti, obnovljivi vir energije lahko pomaga zmanjšati svetovno odvisnost od fosilnih goriv.
-
V primerjavi z drugimi viri energije ima geotermalna energija tri pomanjkljivosti:
- Toplogredni plini pod površjem Zemlje uhajajo v ozračje in lahko vplivajo na stabilnost tal.
- Geotermalne zbiralnike je treba upravljati, da se ne izčrpajo.
- Geotermalne elektrarne je mogoče graditi le na območjih blizu meja tektonskih plošč, kjer so na voljo geotermalna nahajališča.
-
Geotermalna energija se uporablja za ogrevanje in hlajenje domov, ogrevanje rastlinjakov, podporo industrijskim procesom in proizvodnjo električne energije.
-
Štiri vrste geotermalne energije so:
- Nizkotemperaturna geotermalna energija.
- Soproizvedena geotermalna energija.
- Geotermalno ogrevanje in hlajenje.
- Geotermalna elektrarna.
Spremljajte Microsoft