Какво представлява геотермалната енергия?
Открийте как този чист, възобновяем енергиен ресурс може да помогне за намаляване на зависимостта на света от изкопаеми горива.
Какво представлява геотермалната енергия?
Тъй като хората, организациите и държавите търсят начини за намаляване на въглеродните емисии, правителствата и компаниите поемат важни ангажименти за намаляване на въглеродните емисии. Намирането на алтернативи на изкопаемите горива, включително въглища, природен газ и петрол, е от решаващо значение за постигането на тези цели. За тази цел значението на възобновяемите екологично чисти енергийни източници като слънчевата, водната, вятърната и геотермалната енергия нараства.
Днес геотермалната енергия се счита за един от най-ефективните и устойчиви видове енергия, тъй като е чист, надежден и възобновяем ресурс. Геотермалната енергия използва топлината, съхранена в земната повърхност, за генериране на електроенергия и осигуряване на геотермално отопление и охлаждане за домове и предприятия. Геотермалните ресурси се използват в Северна Америка от повече от 10 000 години, тъй като американските палеоиндианци са използвали геотермални горещи извори за затопляне, готвене и къпане.
Географията играе решаваща роля за способността на даден регион да се възползва от геотермалната енергия. Най-добрите геотермални ресурси обикновено са разположени в близост до границите на тектоничните плочи. Вулканичната дейност и земетресенията се концентрират в близост до тези граници поради движението на земната кора. Например Огненият пръстен по краищата на Тихия океан е поредица от вулкани и сеизмична активност, причинени предимно от тектониката на плочите. В резултат на това в този регион се намират най-активните геотермални зони в света.
Понастоящем САЩ са световен лидер в производството на геотермална енергия, въпреки че геотермалната енергия е само малък процент от потреблението на енергия в САЩ. Тъй като геотермалната енергия е широко разпространена в близост до границите на тектоничните плочи, повечето геотермални електроцентрали в САЩ се намират в западните щати. Калифорния разполага с най-голям капацитет за производство на електроенергия от геотермална енергия - 40 действащи геотермални централи.
Исландия, Филипините и Ел Салвадор също са световни лидери в областта на геотермалната енергия, като делът на геотермалната енергия във всяка от тези държави е над 25 % от общото потребление на енергия.
Прочетете тази статия, за да се запознаете с геотермалната енергия, да оцените нейните предимства и недостатъци и да откриете примери за геотермална енергия. Ще научите също така за бъдещето на геотермалната енергия и как технологиите могат да помогнат за ускоряване на иновациите в областта на геотермалната енергия.
Видове геотермална енергия
Геотермалната енергия се получава от топлината, генерирана от земята. Терминът „геотермален“ произлиза от гръцките думи „geo“, което означава земя, и „thermos“, което означава горещ. Под земната кора, която е съставена от скали и вода, има слой от гореща разтопена скала, наречена магма. Магмата достига температури от 1300°F до 2400°F и може да изплува на повърхността на Земята под формата на лава. Магмата също така нагрява скалите и подземните слоеве вода, която може да се отделя чрез гейзери, горещи извори и парови извори - все примери за геотермална енергия.
По-голямата част от геотермалната енергия на Земята обаче остава под земята под формата на джобове с пара и гореща вода и се добива чрез различни методи:
Нискотемпературна геотермална енергия
- Топлината, получена от геотермален флуид в близост до земната повърхност, се издига от само себе си или се добива с помощта на кладенец.
- Можете да получите достъп до него почти навсякъде по света.
- Геотермални приложения за директна употреба, включително отопление на жилища, оранжерии, рибарство и някои промишлени процеси.
Съвместно произведена геотермална енергия
- Използва вода, загрята като вторичен продукт от петролни и газови кладенци.
- Генерира електроенергия, която се използва от централата или се продава в мрежата.
Геотермално отопление и охлаждане
- Геотермалните термопомпи се сондират на дълбочина между 10 и 300 фута в земята.
- Затоплят домовете и сградите през зимата и ги охлаждат през лятото.
Геотермална електроцентрала
- Използва геотермални резервоари, разположени на дълбочина до две мили в земята.
- Произвежда електричество.
Плюсове и минуси на геотермалната енергия
Въпреки че геотермалната енергия е възобновяем и чист енергиен ресурс, тя има и недостатъци, сред които са високите първоначални разходи и потенциалът за предизвикване на земетресения и свличане на земни пластове - постепенното потъване на дадена територия.
Предимства на геотермалната енергия:
- Екологично чисти: Геотермалните електроцентрали имат минимален въглероден отпечатък и замърсяването, свързано с тях, е много малко. Геотермалното отопление и охлаждане намалява емисиите на парникови газове.
- Възобновяеми: За разлика от изкопаемите горива, възобновяемите резервоари на геотермална енергия в земята се попълват по естествен път и ще продължат да съществуват милиарди години.
- Надеждна и стабилна: За разлика от вятърната и соларната енергия, геотермалната енергия е винаги на разположение и не се колебае. Ръководството може точно да предвиди мощността на геотермалните електроцентрали, което ги прави идеални за задоволяване на нуждите от базова енергия.
Недостатъци на геотермалната енергия:
- Странични ефекти върху околната среда: Геотермалната енергия кара някои парникови газове, намиращи се под земната повърхност, да се отделят в атмосферата. Геотермалните електроцентрали могат да окажат влияние върху стабилността на земята, като са предизвиквали земетресения и са причинявали свличания.
- Необходимо управление: След като се използват от геотермална електроцентрала, геотермалните резервоари трябва да се управляват правилно, за да се гарантира, че няма да бъдат изчерпани.
- Ограниченията за централите са специфични: Геотермални централи могат да бъдат изграждани само в райони в близост до границите на тектоничните плочи, където има геотермални резервоари.
Геотермални електроцентрали
Геотермалните електроцентрали използват високотемпературни геотермални ресурси, които идват или от суха пара, или от кладенци с гореща вода. Подобно на сондажите за нефт, геотермалните електроцентрали пробиват кладенци дълбоко в земята. Парата или горещата вода се изпомпва на повърхността, където се използва за въртене на турбини, които произвеждат електроенергия.
Съществуват три вида геотермални електроцентрали:
Електроцентрали със суха пара
Използват естествени подземни източници на пара. Парата се издига до земната повърхност в производствения кладенец, предава енергията си на турбината, кондензира и се изпомпва обратно в земята или се изпуска в атмосферата. Електроцентралите със суха пара са най-старият вид геотермални електроцентрали и се считат за най-простите и най-ефективните.
Най-старата електроцентрала със суха пара се намира в Ларедо, Италия. Построена през 1911 г., тя продължава да снабдява с електроенергия повече от един милион жители. Друга важна електроцентрала със суха пара е Геотермалната зона на Гейзърс северно от Сан Франциско. Тя произвежда електроенергия от 60-те години на миналия век и доставя около една пета от възобновяемата енергия на Калифорния.
Електроцентрали със светкавична пара
Преобразуват в пара вода под високо налягане, която е по-гореща от 360°F, от дълбините на земята. Когато горещата вода достигне до повърхността, тя се изпраща в "резервоар", в който се поддържа много по-ниско налягане. Намаленото налягане води до "избликване" на част от водата, което означава, че тя бързо се изпарява в пара за задвижване на турбините. Остатъците от течността могат да се разпръснат отново във втори резервоар, за да се извлече повече енергия.
Най-разпространените видове геотермални електроцентрали, които се използват днес, са електроцентралите, работещи на светкавична пара. Исландия, вулканичен остров, използва геотермални електроцентрали с мигновена пара, за да осигури почти цялото необходимо електричество на страната. Филипините, които се намират по протежение на Огнения пръстен, разполагат с най-голямата геотермална електроцентрала в света.
Електроцентрали с двоен цикъл
Прилагат различен подход към производството на топлинна енергия. Те работят с вода под високо налягане при по-ниски температури - между 225°F и 330°F. При този метод се използва топлообменник за прехвърляне на топлината от горещата вода към вторичен флуид, който захранва турбините.
Тъй като водата с умерена температура е по-широко достъпна, в бъдеще се очаква централите с двоен цикъл да се превърнат в най-разпространения вид геотермални електроцентрали.
как се използва геотермалната енергия?
Трите най-разпространени употреби на геотермалната енергия са директна употреба, производство на електроенергия и наземно отопление и охлаждане.
Геотермални системи за директно използване
Докоснете се до естествено загрята подпочвена вода, която се намира на няколко метра до по-малко от километър под земната повърхност. Пробиват се кладенци, за да се извлече подземната вода, която може да бъде гореща до 200°F или повече. В някои случаи горещата вода или пара може да се издигне сама, без да е необходимо активно изпомпване, и може да се използва директно или да преминава през топлообменник.
Геотермалната вода за директна употреба има много приложения, включително затопляне на рибарски ферми, топене на лед и сняг по тротоари и пътища, отопление на големи басейни, отопление на сгради и осигуряване на топла вода. Въпреки че геотермалните системи за директно използване имат по-ниски капиталови разходи от геотермалните системи, разположени в дълбочина, технологията е ограничена до райони, в които има естествени находища на гореща подземна вода в близост до или на земната повърхност, като например региони с вулканична или тектонична дейност.
Производство на електроенергия
Трите вида геотермални електроцентрали, описани по-горе, използват геотермални ресурси, намиращи се дълбоко в земята, за да произвеждат електроенергия. Повечето от тях имат затворени циклични водни системи, при които добитата вода се изпомпва директно обратно в геотермалния резервоар след използване. Тъй като голяма част от водата се е изпарила в пара, централите трябва да впръскват отново значителни количества вода, за да поддържат постоянно количество вода в резервоара. Въпреки че геотермалната енергия е възобновяем ресурс, който днес се използва в около 20 държави, повечето геотермални кладенци изстиват с течение на времето, особено когато топлината се извлича по-бързо, отколкото се възстановява водата.
Геотермално отопление и охлаждане
Това е най-разпространеният начин за използване на геотермална енергия в днешно време, известен още като отопление и охлаждане с подземни източници. За да отговорите на въпроса „какво е геотермално отопление“, е важно да разберете как работи геотермалната термопомпа (наричана още термопомпа със земен източник). Вместо да генерира топлина, помпата използва земята като източник на топлина и пренася топлината между земята и дома или сградата.
Помпата се пробива на дълбочина между 10 и 300 фута в земята и се свързва с дълги контури от тръби, които циркулират течността под земята и в цялата сграда. През зимата течността абсорбира земната топлина и я пренася в сградата, където геотермалното отопление я освобождава чрез система от въздуховоди. През лятото течността поглъща топлината в сградата и я отвежда към земята за охлаждане.
Още начини за използване на геотермалната енергия
- В селското стопанство геотермалната енергия се използва за поддържане на топлината на растенията през зимата чрез подаване на пара към почвата.
- В някои спа центрове се използват геотермални вентилационни тръби за отопление на джакузита и вани.
- Горещите извори са известни с терапевтичната си способност да подобряват здравето на хората.
- Естествените гейзери могат да бъдат вдъхновяващи туристически атракции. „Олд Фейтфул“ в националния парк Йелоустоун е геотермално чудо, което изригва на всеки 60 до 90 минути и се посещава от около 4 милиона души всяка година.
Бъдещето на геотермалната енергия
Хидравличен фракинг за геотермална енергия
В петролната и газовата индустрия фракингът е често срещан начин за увеличаване на добива. При фракинга в скалните образувания се впръсква течност под високо налягане, за да се напукат и да станат пропускливи. Хидравличният фракинг за геотермална енергия използва подобен подход и се нарича още "подобрени геотермални системи" (ESG). Въпреки че това е процес, сходен с вида фракинг, който се използва в индустрията за природен газ, има някои важни различия. При геотермалния фракинг се създават по-малки, по-контролирани пукнатини и се използва течност, която причинява много по-малко замърсяване.
ESG произвежда пара чрез извличане на енергия от скали, които са достатъчно горещи, но твърде сухи, за да произвеждат пара самостоятелно. Разработчиците пробиват вертикални "инжекционни кладенци" на дълбочина от около 0,6 до 2,8 мили в земята, за да достигнат до горещите резервоари от сухи скали. След това те използват вода под високо налягане или експлозиви, за да разчупят скалите и да създадат геотермален резервоар с течност. Производственият кладенец изпомпва горещата вода обратно към земната повърхност, която, подобно на двуцикловите инсталации, загрява вторичен флуид, който се превръща в пара. Геотермалната електроцентрала използва парата за задвижване на турбините, за да произвежда електроенергия.
Пречки пред развитието на геотермалната енергия
- Недостиг на природни геотермални ресурси. Както беше обсъдено в началото на тази статия, наличието на геотермални ресурси е ограничено до места в близост до границите на тектоничните плочи. Повечето страни с достъп до геотермална енергия вече се възползват от ресурсите в някаква степен.
- Разходи и рискове при проучването на геотермални електроцентрали. Провеждането на първоначална програма за проучване и сондиране на три до пет геотермални кладенеца струва между 20 и 30 милиона щатски долара. Това, заедно с риска от неуспешно проучване, са пречки за разширяване на използването на геотермална енергия в световен мащаб.
- Разходи и риск при инсталации за усъвършенстване на геотермални системи. Въпреки че ЕСГ има потенциал да разшири наличността на геотермални ресурси, сондирането на геотермални кладенци е много скъпо в сравнение със сондирането за нефт или газ. Друга пречка е, че подобно на традиционните методи за фракинг, кладенците ESG са предизвиквали земетресения. По-специално, ако хидравличният фракинг се извършва в близост до вече съществуващ разлом, тогава съществува риск от по-големи земетресения, които могат да бъдат достатъчно силни, за да повредят близките сгради.
- Висока първоначална цена на геотермалните системи за отопление и охлаждане. Геотермалните термопомпи струват между 3500 и 7500 щатски долара за базово устройство, а по-скъпите модели с опции като подгряване на гореща вода струват още повече. Освен това разходите за изкопни работи и монтаж могат да доведат до цена от 12 000 до 15 000 щатски долара. В някои страни обаче могат да се предлагат отстъпки или данъчни кредити за компенсиране на някои от тези разходи. Тези системи в крайна сметка осигуряват възвръщаемост на инвестициите, тъй като са много енергийно ефективни. Хората, които инвестират в геотермални системи за отопление и охлаждане, могат да очакват да спестят между 30 и 70 % от годишните си сметки за енергия.
Как геотермалната енергия влияе на околната среда?
Като чист и възобновяем ресурс геотермалната енергия все повече се разглежда като алтернатива на изкопаемите горива. Въпреки това геотермалната енергия влияе на околната среда по няколко различни начина. Като цяло положителните въздействия на геотермалната енергия са повече от отрицателните.
Отрицателни въздействия
-
Потребление на вода
Геотермалните електроцентрали консумират много вода за охлаждане и за попълване на геотермалните резервоари. От всички възобновяеми и невъзобновяеми електроцентрали геотермалните са на второ място по консумация на вода. -
Емисии във въздуха
Геотермалните електроцентрали с отворен цикъл на работа отделят в атмосферата сероводород, въглероден диоксид, амоняк, метан и бор. Повечето геотермални енергийни централи обаче са системи със затворен цикъл, които вкарват отстранените от изхода газове в земята с минимални емисии във въздуха. -
Свличане на вода
Когато геотермалните електроцентрали извличат гореща вода от дълбоките недра на земята, те оставят празни джобове, които с течение на времето могат да потънат, ако не се попълнят. На повърхността това може да окаже въздействие както върху околната среда, така и върху сградите. -
ESG фракинг
ESG фракингът може да предизвика земетресения, което е пречка за приемането на централи, разположени в близост до градски райони, предприятия и домове. Освен това много хора смятат, че ESG фракингът има потенциал да създаде отрицателни въздействия, подобни на тези при газовия фракинг, като течове, разливи и замърсяване на почвата и подпочвените води.
Положителни въздействия
-
Ниски въглеродни емисии
В сравнение с повечето източници на енергия, геотермалната енергия е щадяща околната среда. Средностатистическата геотермална електроцентрала отделя една осма от въглеродните емисии, отделяни от средностатистическа въглищна електроцентрала. -
Намалява зависимостта от алтернативни енергии
Геотермалната енергия има потенциала да осигури постоянен надежден източник на електроенергия, който може да помогне на САЩ и други държави да се откажат от зависимостта си от изкопаеми горива и други топлинни енергии като пропан, природен газ и нефт. Освен това геотермалните електроцентрали не се нуждаят от изкопаеми горива, за да работят. -
Намаляват въглеродния отпечатък
Геотермалното отопление и охлаждане е с висока енергийна ефективност. То е ефективен начин хората да намалят въглеродния отпечатък на своите домове и сгради. Например, геотермалното отопление и охлаждане може да намали емисиите на парникови газове в дома с до 75%. -
Технологиите помагат за енергийната трансформация
Светът е изправен пред изключителното предизвикателство да стабилизира климата си чрез изграждане на икономика с нулеви въглеродни емисии. Тези иновативни технологии помагат за глобалния преход към по-чиста енергия:
Microsoft Cloud for Sustainability
Създаден е, за да предостави на организациите информацията, от която се нуждаят, за да регистрират, отчитат и намаляват въздействието си върху околната среда.
Управление на енергията в Интернет на нещата
Чрез управлението на енергията чрез интернет на нещата предприятията могат да намалят натиска върху мрежата и да подкрепят ангажимента си за устойчивост, като подобрят енергийната ефективност и баланса между търсенето и предлагането.
Azure IoT
Доставчици на електроенергия като ENGIE използват ИИ и облак, за да повишат ефективността на производството на енергия и същевременно да намалят разходите.
Квантово изчисление
Квантовите изчисления са в състояние да ускорят решаването на проблеми, свързани с преминаването към възобновяеми енергийни източници като слънчева, водна, вятърна и геотермална енергия.
Ускорете пътуването си към устойчивостта
Независимо къде сте по пътя си към нулеви въглеродни емисии, Microsoft Cloud for Sustainability ви позволява да усилите прогреса и да трансформирате бизнеса си чрез екологични, социални и управленски (ESG) възможности.
Често задавани въпроси
-
Смятана за един от най-устойчивите и ефективни видове енергия, геотермалната енергия е чист, надежден и възобновяем ресурс. Той използва топлината, натрупана в земната повърхност, за генериране на електроенергия и осигуряване на геотермално отопление и охлаждане за домове и предприятия.
-
Геотермалната енергия предлага три основни предимства:
- Тя е щадяща околната среда.
- Възобновяема е.
- Тя е надеждна и стабилна.
Този чист, възобновяем енергиен ресурс може да помогне за намаляване на зависимостта на света от изкопаеми горива.
-
В сравнение с други източници на енергия геотермалната енергия има три недостатъка:
- Тя причинява парниковите газове под земната повърхност се отделят в атмосферата и могат да повлияят на стабилността на земята.
- Геотермалните резервоари трябва да се управляват, за да се гарантира, че няма да бъдат изчерпани.
- Геотермални електроцентрали могат да се строят само в райони в близост до границите на тектоничните плочи, където има геотермални резервоари.
-
Геотермалната енергия се използва за затопляне и охлаждане на жилища, отопление на оранжерии, подпомагане на промишлени процеси и производство на електроенергия.
-
Четирите вида геотермална енергия са:
- Нискотемпературна геотермална енергия.
- Съвместно произведена геотермална енергия.
- Геотермално отопление и охлаждане.
- Геотермална електроцентрала.
Следвайте Microsoft