Co je to geotermální energie?
Zjistěte, jak tento zdroj čisté, obnovitelné energie může pomoci snížit závislost světa na fosilních palivech.
Co je to geotermální energie?
Lidé, organizace a státy hledají způsoby, jak snížit emise uhlíku, a vlády a společnosti přicházejí s důležitými závazky na snížení emisí uhlíku. Pro dosažení těchto cílů je zásadní najít alternativy k fosilním palivům včetně uhlí, zemního plynu a ropy. Za tímto účelem roste význam obnovitelných a čistších zdrojů energie , jako je solární, vodní, větrná a geotermální energie.
Geotermální energie je dnes považována za jeden z nejúčinnějších a nejudržitelnějších druhů energie, protože se jedná o čistý, spolehlivý a obnovitelný zdroj. Geotermální energie využívá teplo uložené v zemském povrchu k výrobě elektřiny a geotermálnímu vytápění a chlazení domácností a firem. Geotermální zdroje se v Severní Americe využívají již více než 10 000 let, protože američtí paleoindiáni využívali geotermální horké prameny k ohřívání, vaření a koupání.
Při využívání geotermální energie v daném regionu hraje rozhodující roli zeměpisná poloha. Nejlepší geotermální zdroje se obvykle nacházejí v blízkosti hranic tektonických desek. V těchto místech se v důsledku pohybu zemské kůry soustřeďují sopečné činnosti a zemětřesení. Například Ohnivý kruh kolem okrajů Tichého oceánu je řetězec sopek a seismických aktivit, které jsou primárně způsobeny deskovou tektonikou. Díky tomu se v této oblasti nachází nejaktivnější geotermální oblasti na světě.
V současné době jsou Spojené státy světovým lídrem ve výrobě geotermální energie, ačkoli geotermální energie tvoří jen malé procento spotřeby energie v USA. Vzhledem k tomu, že geotermální energie je rozšířená v blízkosti hranic tektonických desek, většina geotermálních elektráren v USA se nachází v západních státech. Největší kapacitu geotermální výroby elektřiny má Kalifornie, kde je v provozu 40 geotermálních elektráren.
Ke světové špičce v oblasti geotermální energie patří také Island, Filipíny a Salvador, kde geotermální energie v jednotlivých zemích představuje více než 25 % celkové spotřeby energie.
Přečtěte si tento článek, abyste se seznámili s geotermální energií, zhodnotili její výhody a nevýhody a podívali se na její příklady. Dozvíte se také o budoucnosti geotermální energie a o tom, jak může technologie pomoci urychlit inovace v oblasti geotermální energie.
Typy geotermální energie
Geotermální energie se získává ze zemského tepla. Termín „geotermální“ pochází z řeckých slov „geo“, což znamená země, a „termos“, což znamená horký. Pod zemskou kůrou, která se skládá z hornin a vody, se nachází vrstva žhavé roztavené horniny zvané magma. Magma dosahuje teplot 700 až 1 300°C a může vystupovat na zemský povrch v podobě lávy. Magma také ohřívá horniny a podzemní vrstvy vody, která se může uvolňovat prostřednictvím gejzírů, horkých pramenů a parních vývěrů – to všechno jsou příklady geotermální energie.
Většina zemské geotermální energie však zůstává pod zemí v podobě par a horké vody a získává se různými metodami:
Nízkoteplotní geotermální energie
- Teplo získané z geotermální kapaliny v blízkosti zemského povrchu stoupá na povrch samo nebo se získává pomocí vrtu.
- Je k dispozici téměř kdekoli na světě.
- Využití geotermální energie pro přímé vytápění včetně vytápění domácností, skleníků, rybolovu a některých průmyslových procesů.
Spoluvyráběná geotermální energie
- Využívá ohřátou vodu jako vedlejší produkt z ropných a plynových vrtů.
- Vyrábí elektřinu, která se využívá v elektrárně nebo se prodává do sítě.
Geotermální vytápění a chlazení
- Geotermální tepelná čerpadla jsou navrtána v hloubce od 3 do 90 metrů.
- V zimě vytápí domy a budovy a v létě je ochlazuje.
Geotermální elektrárna
- Využívá geotermální rezervoáry i více než 3 kilometry hluboko v zemi.
- Vyrábí elektrickou energii.
Výhody a nevýhody geotermální energie
Přestože je geotermální energie obnovitelným a čistým zdrojem energie, má i své nevýhody, jako jsou vysoké počáteční náklady a možnost způsobit zemětřesení a poklesy terénu, tedy postupné propadání půdy.
Výhody geotermální energie:
- Šetrnost k životnímu prostředí: Geotermální elektrárny mají minimální uhlíkovou stopu a znečištění spojené s jejich provozem je velmi nízké. Geotermální vytápění a chlazení snižuje emise skleníkových plynů.
- Obnovitelná: Na rozdíl od fosilních paliv se obnovitelné zásoby geotermální energie v zemi přirozeně obnovují a vydrží miliardy let.
- Spolehlivá a stabilní: Na rozdíl od větrné a solární energie je geotermální energie vždy k dispozici a nekolísá. Management dokáže přesně předpovědět výkon geotermálních elektráren, díky čemuž jsou ideální pro uspokojení poptávky po energii při základním zatížení.
Nevýhody geotermální energie:
- Nežádoucí dopady na životní prostředí: Geotermální energie způsobuje, že některé skleníkové plyny pod zemským povrchem unikají do atmosféry. Geotermální elektrárny mohou mít vliv na stabilitu půdy, vyvolávat zemětřesení a způsobovat sesuvy půdy.
- Vyžaduje se správa: Jakmile se začnou geotermální zásobníky využívat v geotermální elektrárně, musí se řádně spravovat, aby nedošlo k jejich vyčerpání.
- Elektrárny lze stavět pouze na určitých místech: Geotermální elektrárny lze stavět pouze v oblastech poblíž hranic tektonických desek, kde jsou k dispozici geotermální rezervoáry.
Geotermální elektrárny
Geotermální elektrárny využívají vysokoteplotní geotermální zdroje, které se získávají buď ze suché páry, nebo z horké vody vycházející z vrtů. Podobně jako při těžbě ropy se i v geotermálních elektrárnách vrtá hluboko do země. Pára nebo horká voda se čerpá na povrch, kde se používá k roztáčení turbín, které následně vyrábějí elektřinu.
Geotermální elektrárny se dělí na tři typy:
Geotermální elektrárny na principu suché páry (Dry Steam)
Využití přírodních podzemních zdrojů páry. Pára se ve výrobním vrtu dostává na zemský povrch, předává svou energii turbíně, kondenzuje se a je čerpána zpět do země nebo vypouštěna do atmosféry. Elektrárny na principu suché páry jsou nejstarším typem geotermálních elektráren a jsou považovány za nejjednodušší a nejefektivnější.
Nejstarší elektrárna na principu suché páry se nachází v italském Laredu. Byla postavena v roce 1911 a dodnes zásobuje elektřinou více než milion obyvatel. Další významnou elektrárnou na principu suché páry je geotermální pole Geysers severně od San Francisca. Elektřinu vyrábí od 60. let minulého století a dodává přibližně pětinu kalifornské obnovitelné energie.
Geotermální elektrárny na principu mokré páry (Flash Steam)
Přeměňují vysoce natlakovanou vodu o teplotě vyšší než 180 °C z hlubin země na páru. Když se horká voda dostane na povrch, putuje do „zásobníku“, kde je udržován mnohem nižší tlak. Snížený tlak způsobuje, že se část vody rychle odpařuje na páru, která pohání turbíny. Zbytky kapaliny mohou být znovu zpracovány na páru ve druhé nádrži, aby se získalo více energie.
Elektrárny na principu mokré páry jsou aktuálně nejrozšířenějším typem geotermálních elektráren. Island, sopečný ostrov, využívá geotermální elektrárny na principu mokré páry k dodávkám téměř veškeré elektřiny, kterou země potřebuje. Na Filipínách, které leží podél Ohnivého kruhu, se nachází největší elektrárna na principu mokré páry na světě.
Elektrárny se systémem s horkou vodou (binární)
Jde o jiný přístup k výrobě tepla. Pracují s vodou pod vysokým tlakem při nižších teplotách – mezi 107°C a 165°C. Při použití této metody se teplo z horké vody předává prostřednictvím tepelného výměníku sekundárnímu médiu, které pohání turbíny.
Vzhledem k tomu, že voda o střední teplotě je dostupnější, očekává se, že v budoucnu se nejrozšířenějším typem geotermálních elektráren stanou právě tyto elektrárny.
Jak se využívá geotermální energie?
Mezi tři nejběžnější způsoby využití geotermální energie patří přímé využití, výroba energie a vytápění a chlazení z podzemních zdrojů.
Geotermální systémy s přímým využitím
Využijte přirozeně ohřívanou podzemní vodu, která se nachází několik metrů až kilometr pod povrchem země. Pro odběr podzemní vody, která může mít teplotu až 93°C a více, se provádějí vrty. V některých případech může teplá voda nebo pára stoupat sama, aniž by bylo potřeba aktivní čerpání, a lze ji použít přímo nebo cyklicky přes výměník tepla.
Přímé využití geotermální vody podporuje mnoho aplikací, včetně ohřívání rybích farem, rozmrazování ledu a sněhu na chodnících a silnicích, ohřívání velkých bazénů, vytápění budov a poskytování teplé vody. I když mají geotermální systémy s přímým využitím nižší investiční náklady než hlubinné geotermální systémy, je tato technologie omezena na oblasti, které mají přirozené zásoby horké podzemní vody v blízkosti zemského povrchu nebo na něm, jako jsou oblasti se sopečnou nebo tektonickou činností.
Výroba energie
Tři výše popsané typy geotermálních elektráren využívají k výrobě elektřiny geotermální zdroje hluboko v zemi. Většina z nich má uzavřený vodní systém, kde se získaná voda po použití čerpá přímo zpět do geotermální nádrže. Vzhledem k tomu, že se velká část vody přeměnila na páru, musí elektrárny doplňovat značné množství vody, aby se udržel stálý objem vody v nádrži. I když je geotermální energie obnovitelným zdrojem, který se v současnosti používá přibližně ve 20 zemích, většina geotermálních vrtů časem vychladne, zejména když se teplo extrahuje rychleji, než se voda doplňuje.
Geotermální vytápění a chlazení
Tento způsob, známý také jako vytápění a chlazení z podzemních zdrojů, je dnes nejběžnějším způsobem využití geotermální energie. Pro zodpovězení otázky „Co je to geotermální vytápění?“ je důležité pochopit, jak funguje geotermální tepelné čerpadlo (označované také jako tepelné čerpadlo se zdrojem tepla v zemi). Místo toho, aby čerpadlo vyrábělo teplo, používá jako zdroj tepla zemi a přesouvá teplo mezi zemí a domem nebo budovou.
Čerpadlo se zavrtá v hloubce 3 až 100 metrů do země a napojí se na dlouhé smyčky potrubí, které zajišťují cirkulaci kapaliny v podzemí a v celé budově. V zimě kapalina vstřebává teplo země a přenáší ho do budovy, kde ho geotermální vytápění uvolní prostřednictvím potrubního systému. V létě kapalina vstřebává teplo v budově a přenáší ho do země za účelem ochlazení.
Další způsoby využití geotermální energie
- V zemědělství se geotermální energie využívá k udržení tepla pro rostliny v zimě pomocí páry, která se přivádí do půdy.
- Některé lázně používají geotermální prameny k ohřevu vířivek a koupelí.
- Horké prameny jsou známé svou léčebnou schopností a blahodárným působením na lidské zdraví.
- Přírodní gejzíry mohou být obdivuhodnou turistickou atrakcí. Gejzír Old Faithful v Yellowstonském národním parku je geotermální zázrak, který vytryskne každých 60 až 90 minut a který každoročně navštíví asi 4 miliony lidí.
Budoucnost geotermální energie
Hydraulické štěpení (frakování) pro geotermální energii
V ropném a plynárenském průmyslu je frakování běžným způsobem zvyšování těžby. Při frakování se do horninových formací vstřikuje vysokotlaká kapalina, aby došlo k jejich narušení a zprůchodnění. Hydraulické štěpení pro geotermální energii využívá podobný přístup a označuje se také jako „vylepšený geotermální systém“ (ESG). Přestože se jedná o podobný proces jako při frakování, které se používá v plynárenském průmyslu, existují zde některé důležité rozdíly. Geotermální štěpení vytváří menší a kontrolovanější trhliny a používá kapalinu, která způsobuje mnohem menší znečištění.
Systém ESG vyrábí páru získáváním energie z hornin, které jsou dostatečně horké, ale příliš suché na to, aby samy produkovaly páru. Developeři vrtají „injekční vrty“ vertikálně do hloubky přibližně 1 až 4,5 km do země, aby se dostali k horkým suchým horninovým ložiskům. Poté se pomocí vysokotlaké vody nebo výbušnin horniny roztříští a vytvoří se geotermální rezervoár kapaliny. Výrobní vrt čerpá horkou vodu zpět na zemský povrch, kde se podobně jako v binárních elektrárnách ohřívá sekundární médium, které se mění na páru. Geotermální elektrárna využívá páru k pohonu turbín a výrobě elektřiny.
Překážky pro rozšiřování využívání geotermální energie
- Nedostatek přírodních geotermálních zdrojů. Jak bylo uvedeno na začátku tohoto článku, dostupnost geotermálních zdrojů je omezena na lokality v blízkosti hranic tektonických desek. Většina zemí s přístupem ke geotermální energii již tento zdroj do určité míry využívá.
- Náklady a rizika průzkumu pro stavbu geotermálních elektráren. Provedení počátečního průzkumu a vrtného programu tří až pěti geotermálních vrtů stojí 20 až 30 milionů USD. To spolu s rizikem neúspěšného průzkumu představuje překážku pro rozšíření využívání geotermální energie v celosvětovém měřítku.
- Náklady a rizika elektráren využívajících systém ESG (Enhanced Geothermal System). Využívání systému ESG má sice potenciál rozšířit dostupnost geotermálních zdrojů, avšak hloubení geotermálních vrtů je ve srovnání s těžbou ropy nebo zemního plynu velmi nákladné. Další překážkou je to, že stejně jako tradiční metody „frakování“ způsobují vrty ESG zemětřesení. Pokud hydraulické štěpení probíhá v blízkosti již existujícího zlomu, hrozí riziko větších zemětřesení, která mohou být dostatečně silná na to, aby poškodila blízké budovy.
- Vysoké počáteční náklady na systémy geotermálního vytápění a chlazení. Cena geotermálních tepelných čerpadel se pohybuje od 3 500 USD do 7 500 USD za základní jednotku a dražší modely s možnostmi, jako je ohřev teplé vody, stojí ještě více. Náklady na výkopové práce a výstavbu se mohou navíc vyšplhat až na 12 000 až 15 000 USD. Některé země však mohou nabízet slevy nebo zápočty daně, které některé z těchto nákladů kompenzují. Tyto systémy však v konečném důsledku přinášejí návratnost investic, protože jsou energeticky velmi účinné. Lidé, kteří investují do geotermálního vytápění a chlazení, mohou očekávat, že ušetří 30 až 70 procent svých ročních výdajů za energie.
Jak geotermální energie ovlivňuje prostředí?
Geotermální energie jako čistý a obnovitelný zdroj je stále častěji považována za alternativu k fosilním palivům. Geotermální energie má přesto vliv na životní prostředí, a to hned z několika různých hledisek. Celkově však pozitivní dopady geotermální energie převažují nad těmi negativními.
Negativní dopady
-
Spotřeba vody
Geotermální elektrárny spotřebují velké množství vody na chlazení a plnění geotermálních rezervoárů. Geotermální elektrárny mají ze všech obnovitelných a neobnovitelných zdrojů druhou největší spotřebu vody. -
Emise znečišťujících látek do ovzduší
Geotermální elektrárny s otevřenou smyčkou uvolňují do atmosféry sirovodík, oxid uhličitý, amoniak, metan a bór. Geotermální elektrárny jsou však většinou systémy s uzavřenou smyčkou, které odebrané plyny vhánějí zpět do země s minimálními emisemi do ovzduší. -
Sesedání zemské kůry
Když geotermální elektrárny získávají horkou vodu z hlubin země, zanechávají prázdné kapsy, které mohou časem sesedat, pokud nejsou naplněny. Na povrchové úrovni to může mít dopad na životní prostředí i na budovy. -
Štěpení ESG
Štěpení ESG může vyvolat zemětřesení, což je překážkou pro stavbu elektráren v blízkosti městských oblastí, firem a domů. Mnoho lidí se navíc domnívá, že štěpení ESG může mít podobné negativní dopady jako frakování plynu, například úniky, prosakování a kontaminaci půdy a podzemních vod.
Pozitivní dopady
-
Nízké emise uhlíku
Ve srovnání s většinou zdrojů energie je geotermální energie šetrná k životnímu prostředí. Průměrná geotermální elektrárna vypouští osminu emisí uhlíku ve srovnání s průměrnou uhelnou elektrárnou. -
Snižuje závislost na alternativních zdrojích energie
Geotermální energie má potenciál poskytnout stálý a spolehlivý zdroj elektřiny, který může Spojeným státům a dalším zemím pomoci zbavit se závislosti na fosilních palivech a jiných typech tepelné energie, jako je propan, zemní plyn a ropa. Geotermální elektrárny navíc ke svému provozu nepotřebují fosilní paliva. -
Snižuje uhlíkovou stopu
Geotermální vytápění a chlazení je vysoce energeticky účinné. Je to účinný způsob, jak mohou lidé snížit uhlíkovou stopu svých domů a budov. Geotermální vytápění a chlazení může například snížit emise skleníkových plynů až o 75 %. -
Technologie pomáhají podpořit transformaci energetiky
Svět čelí mimořádné výzvě, jak stabilizovat klima vybudováním ekonomiky s čistými nulovými emisemi uhlíků. Tyto inovativní technologie pomáhají podporovat globální přechod na čistší energii:
Microsoft Cloud for Sustainability
Navrženo tak, aby organizacím poskytovalo přehledy, které potřebují k evidenci, vykazování a snižování dopadu na životní prostředí.
Hospodaření s energií v rámci IoT
Prostřednictvím hospodaření s energií v rámci IoT mohou firmy snížit tlak na síť, aby podpořily svůj závazek udržitelnosti tím, že zlepší energetickou efektivitu a rovnováhu mezi nabídkou a poptávkou.
Internet věcí Azure
Poskytovatelé energie, jako je ENGIE, využívají umělou inteligenci a cloud ke zvýšení efektivity výroby energie a zároveň ke snížení nákladů.
Kvantové výpočetní technologie
Řešení problémů spojených s přechodem na obnovitelné zdroje energie, jako je solární, vodní, větrná a geotermální energie, mohou urychlit kvantové výpočty.
Urychlete svou cestu k udržitelnosti
Bez ohledu na to, ve kterém bodě své cesty k uhlíkové neutralitě se právě nacházíte, Microsoft Cloud for Sustainability vám umožní zrychlit pokrok a transformovat podnikání prostřednictvím funkcí týkajících se životního prostředí, sociální oblasti a řízení.
Časté otázky
-
Geotermální energie je považována za jeden z nejudržitelnějších a nejefektivnějších druhů energie. Je to čistý, spolehlivý a obnovitelný zdroj. Využívá teplo uložené v zemském povrchu k výrobě elektřiny a geotermálnímu vytápění a chlazení domácností a firem.
-
Geotermální energie nabízí tři hlavní výhody:
- Je šetrná k životnímu prostředí.
- Je obnovitelná.
- Je spolehlivá a stabilní.
Tento zdroj čisté, obnovitelné energie může pomoci snížit závislost světa na fosilních palivech.
-
V porovnání s jinými zdroji energie má geotermální energie tři nevýhody:
- Způsobuje, že skleníkové plyny pod zemským povrchem unikají do atmosféry a může ovlivnit stabilitu půdy.
- Je nutné se starat o to, aby se geotermální rezervoáry nevyčerpávaly.
- Geotermální elektrárny lze stavět pouze v oblastech poblíž hranic tektonických desek, kde jsou k dispozici geotermální rezervoáry.
-
Geotermální energie se používá k vytápění a chlazení domů, vytápění skleníků, podpoře průmyslových procesů a výrobě elektřiny.
-
Čtyři typy geotermální energie jsou:
- Nízkoteplotní geotermální energie
- Spoluvyráběná geotermální energie
- Geotermální vytápění a chlazení
- Geotermální elektrárna
Sledujte Microsoft