Mitä geoterminen energia on?
Lue lisää siitä, miten tämä puhdas ja uusiutuva energianlähde voi auttaa vähentämään riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.
Mitä geoterminen energia on?
Kun ihmiset, organisaatiot ja kansat etsivät tapoja vähentää hiilipäästöjä, valtiot ja yritykset ovat tehneet merkittäviä hiilipäästöjen leikkauslupauksia. Vaihtoehtojen löytäminen hiilen, maakaasun ja öljyn kaltaisille fossiilisille polttoaineille on elintärkeää näiden tavoitteiden saavuttamiseksi. Tästä syystä aurinko- ja vesivoiman sekä geotermisen energian kaltaisten uusiutuvien ja puhtaampien energianlähteiden merkitys kasvaa.
Nykyisin geotermistä energiaa pidetään yhtenä tehokkaimmista ja kestävimmistä energiatyypeistä, koska se on puhdas, luotettava ja uusiutuva luonnonvara. Geoterminen energia hyödyntää maahan varastoitunutta lämpöenergiaa sähköntuotantoon sekä kotien ja yritysten lämmitykseen sekä jäähdytykseen. Geotermisiä luonnonvaroja on käytetty Pohjois-Amerikassa jo yli 10 000 vuoden ajan, sillä amerikkalaiset paleointiaanit käyttivät geotermisestä energiasta lämpönsä saavia kuumia lähteitä ruoanlaittoon, kylpemiseen ja lämmönlähteenä.
Maantieteellä on tärkeä rooli geotermisen energian hyödyntämisessä. Parhaat geotermiset luonnonvarat sijaitsevat yleensä mannerlaattojen yhtymäkohtien lähellä. Vulkaaninen toiminta ja maanjäristykset keskittyvät näiden mannerlaattojen yhtymäkohtien läheisyyteen maankuoren liikkeiden vuoksi. Esimerkiksi Tyynenmeren reunoilla sijaitseva tulirengas on tulivuorten ja seismisen aktiviteetin muodostama rengas, joka johtuu pääasiassa mannerlaattojen liikkeistä. Tämän seurauksena tältä alueelta löytyvät maailman aktiivisimmat geotermiset alueet.
Tällä hetkellä Yhdysvallat on maailman johtava geotermisen energian tuottaja, vaikka geoterminen energia vastaakin vain pientä prosenttiosuutta Yhdysvaltojen energiankulutuksesta. Koska geoterminen energia on yleistä lähellä mannerlaattojen rajoja, useimmat Yhdysvaltojen geotermisen energian tuotantolaitokset sijaitsevat maan läntisissä osavaltioissa. Kaliforniassa on eniten geotermistä sähköntuotantoa: osavaltiossa on 40 toiminnassa olevaa geotermisen energian tuotantolaitosta.
Islanti, Filippiinit ja El Salvador ovat myös maailman johtavia geotermisiä maita, joissa geotermisen energian osuus on yli 25 prosenttia kunkin maan kokonaisenergiankäytöstä.
Lue tämä artikkeli, jossa voit tutustua geotermiseen energiaan, sen hyviin ja huonoihin puoliin sekä esimerkkeihin geotermisestä energiasta. Opit myös geotermisen energian tulevaisuudesta ja siitä, miten tekniikka voi nopeuttaa innovointia geotermisen energian saralla.
Geotermisen energian tyypit
Geoterminen energia syntyy maan sisällä syntyvästä lämmöstä. Termi "geoterminen" tulee kreikan sanoista "geo", joka tarkoittaa maata, ja "thermos", joka tarkoittaa kuumaa. Kivistä ja vedestä koostuvan maankuoren alla on kerros kuumaa sulaa kiveä, jota kutsutaan magmaksi. Magma saavuttaa jopa noin 700–1 300 asteen lämpötilan ja voi kuplia maan pinnalle laavana. Magma lämmittää myös kiviä ja maanalaisia vesikerroksia, jotka voivat purkautua geysirien, kuumien lähteiden ja höyryaukkojen kautta – jotka kaikki ovat esimerkkejä geotermisestä energiasta.
Suurin osa maapallon geotermisestä energiasta pysyy kuitenkin maan alla höyryn ja kuuman veden taskuina, ja sitä hyödynnetään eri menetelmillä:
Matalan lämpötilan geoterminen energia
- Maanpinnan lähellä olevasta geotermisestä nesteestä saatava lämpö nousee itsestään tai sitä hyödynnetään kaivon avulla.
- Tätä voidaan hyödyntää miltei missä tahansa maailmassa.
- Tällaista geotermistä energiaa voidaan hyödyntää suoraan esimerkiksi kotien, kasvihuoneiden ja muiden vastaavien lämmityksessä ja joissain teollisissa prosesseissa.
Yhteistuotettu geoterminen energia
- Käyttää öljy- ja kaasulähteiden sivutuotteena lämmitettyä vettä.
- Tuottaa sähköä, joka käytetään laitoksessa tai myydään verkkoon.
Maalämpö ja maakylmä
- Maalämpökaivot porataan 3–90 metrin syvyyteen maahan.
- Maalämpö lämmittää koteja sekä rakennuksia talvella ja maakylmä viilentää niitä kesällä.
Geotermisen energian tuotantolaitos
- Hyödyntää geotermisiä varastoja, jotka sijaitsevat jopa yli kolmen kilometrin syvyydessä maan sisällä.
- Tuottaa sähköä.
Geotermisen energian hyvät ja huonot puolet
Vaikka geoterminen energia on uusiutuva ja puhdas energialähde, sillä on myös haittapuolensa, kuten korkeat aloituskustannukset ja mahdollisuus aiheuttaa maanjäristyksiä ja maanpinnan vajoamista.
Geotermisen energian hyvät puolet:
- ympäristöystävällinen: Geotermisen energian tuotantolaitoksilla on pieni hiilijalanjälki ja ne tuottavat vain vähän saasteita. Maalämpö ja maakylmä pienentävät kasvihuonekaasupäästöjä.
- Uusiutuva: Toisin kuin fossiiliset polttoaineet, maapallon geotermisen energian varastot uusiutuvat luonnollisesti ja geotermistä energiaa riittää miljardeiksi vuosiksi.
- Luotettava ja vakaa: Toisin kuin tuuli- ja aurinkovoima, geoterminen energia on aina käytettävissä eikä se vaihtele. Geotermisen energian tuotantolaitosten tuotanto voidaan ennakoida tarkasti, minkä ansiosta ne soveltuvat erittäin hyvin perusenergian tuotantoon.
Geotermisen energian huonot puolet:
- Ympäristön sivuvaikutukset: Geoterminen energia voi vapauttaa joitain maankuoreen varastoituja kasvihuonekaasuja ilmakehään. Geotermisen energian tuotantolaitokset voivat vaikuttaa maanpinnan vakauteen ja aiheuttaa maanjäristyksiä sekä maanvajoamisia.
- Edellyttää hallintatoiminta: Kun geotermisen energian tuotantolaitos aloittaa geotermisen energiavaraston hyödyntämisen, kyseistä varastoa täytyy hallita, jotta sitä ei käytetä loppuun.
- Tuotantolaitoksia voidaan toteuttaa vain tietyissä paikoissa: geotermisen energian tuotantolaitoksia voidaan rakentaa vain alueille, jotka sijaitsevat lähellä mannerlaattojen yhtymäkohtia, joilla on käytettävissä geotermisiä energiavarastoja.
Geotermisen energian tuotantolaitokset
Geotermisen energian tuotantolaitokset käyttävät kuumia käyttävät kuumia geotermisiä luonnonvaroja, jotka ovat peräisin joko kuivasta höyrystä tai kuumavesikaivoista. Geotermisen energian tuotantolaitoksissa porataan porakaivoja syvälle maahan öljynporauksen tapaan. Höyryä tai kuumaa vettä pumpataan pintaan, jossa sillä pyöritetään sähköä tuottavia turbiineja.
Geotermisen energian tuotantolaitoksia on kolmea tyyppiä:
Kuivahöyrytuotantolaitokset
Käyttävät maasta luonnostaan löytyvää höyryä. Höyry nousee tuotantokaivossa maan pinnalle, siirtää energiansa turbiiniin, tiivistyy ja pumpataan takaisin maahan tai vapautetaan ilmakehään. Kuivahöyrytuotantolaitokset ovat vanhimpia geotermisen energian tuotantolaitoksia. Niitä pidetään yksinkertaisimpana ja tehokkaimpana.
Vanhin kuivahöyrytuotantolaitos sijaitsee Italian Laredossa. Tämä vuonna 1911 rakennettu tuotantolaitos tuottaa edelleen sähköä yli miljoonalle asukkaalle. Toinen merkittävä kuivahöyrytuotantolaitos on Geysers Geothermal Resource Area, joka sijaitsee San Franciscon pohjoispuolella. Se on tuottanut sähköä jo 1960-luvulta lähtien – ja se tuottaa noin viidenneksen Kalifornian uusiutuvasta energiasta.
Flash Steam -tuotantolaitokset
Muuntaa syvältä maan sisältä tulevan korkeapaineisen ja yli 180-asteisen kuuman veden höyryksi. Kun kuuma vesi nousee pintaan, se ohjataan säiliöön, jonka paine on paljon alhaisempi. Alentunut paine saa osan vedestä "leimahtamaan", mikä tarkoittaa, että se haihtuu nopeasti höyryksi turbiinien pyörittämiseksi. Jäljelle jäänyt neste voidaan leimahduttaa uudelleen toisessa säiliössä lisäenergian talteenottamiseksi.
Flash Steam -tuotantolaitokset ovat yleisimpiä nykyään käytettyjä geotermisen energian tuotantolaitoksia. Islannissa, joka on vulkaaninen saari, tuotetaan miltei maan koko sähköntarve Flash Steam -tuotantolaitoksilla. Tulirenkaan alueella sijaitsevilla Filippiineillä puolestaan on maailman suurin Flash Steam -tuotantolaitos.
Binäärisykliset tuotantolaitokset
Tämä on erilainen lähestymistapa lämmöntuotantoon. Ne toimivat erittäin paineistetulla vedellä alhaisemmissa lämpötiloissa (107–165 °C). Tässä menetelmässä käytetään lämmönvaihdinta, jolla lämpö siirretään kuumasta vedestä toissijaiseen nesteeseen, joka antaa voiman turbiinille.
Koska kohtuulämpöistä vettä on laajemmin saatavilla, binäärisyklisten tuotantolaitosten odotetaan nousevan tulevaisuudessa yleisimmäksi tuotantolaitostyypiksi.
Miten geotermistä energiaa käytetään?
Geotermisen energian kolme yleisintä käyttötapaa ovat suora käyttö, sähköntuotanto sekä maalämpö ja maakylmä.
Geotermiset suorakäyttöjärjestelmät
Hyödynnä luonnostaan lämmitettyä pohjavettä, jota on muutaman metrin tai alle kilometrin syvyydessä maanpinnan alapuolella. Kaivoja porataan poimimaan pohjavesi, jonka lämpötila voi olla jopa 90°C tai enemmän. Joissain tapauksissa kuuma vesi tai höyry voi kohota itsestään ilman aktiivista pumppausta, ja sitä voidaan käyttää suoraan tai kierrättää lämmönvaihtimen läpi.
Suorakäyttöinen geoterminen vesi tukee monia sovelluksia, kuten kalatilojen lämmittämistä, jalkakäytävien ja teiden jään ja lumen sulattamista, suurten uima-altaiden lämmittämistä, rakennusten lämmittämistä ja lämpimän veden tuottamista. Vaikka suorakäyttöisten maalämpöjärjestelmien pääomakustannukset ovat alhaisemmat kuin syvemmällä sijaitsevien maalämpöjärjestelmien, tekniikka rajoittuu alueille, joilla on luonnollisia kuuman pohjaveden lähteitä lähellä maan pintaa tai maan pinnalla, kuten alueille, joilla on vulkaanista tai tektonista toimintaa.
Sähköntuotanto
Edellä kuvatut kolmenlaiset geotermiset voimalaitokset hyödyntävät syvällä maan sisällä olevia geotermisiä resursseja sähkön tuottamiseksi. Useimmissa järjestelmissä on suljettu vesikierto, jossa vesi pumpataan käytön jälkeen suoraan takaisin geotermiseen säiliöön. Koska suuri osa vedestä on höyrystynyt höyryksi, voimalaitosten on syötettävä huomattavia määriä vettä uudelleen, jotta veden määrä säiliössä pysyisi tasaisena. Vaikka geoterminen energia on uusiutuva resurssi, jota käytetään nykyisin noin 20 maassa, useimmat geotermiset energianlähteet viilentyvät ajan myötä erityisesti silloin, kun lämpö poimitaan nopeammin kuin vesi täydentyy.
Maalämpö ja maakylmä
Tämä tunnetaan myös nimellä maalämpö ja maakylmä, ja se on yleisin tapa, jolla geotermistä energiaa käytetään nykyään. Jos haluat vastata kysymykseen "mikä on geoterminen lämmitys", on tärkeää ymmärtää, miten geoterminen lämpöpumppu (eli maalämpöpumppu) toimii. Lämmön tuottamisen sijaan pumppu käyttää maapalloa lämmönlähteenään ja siirtää lämpöä maapallon ja kodin tai rakennuksen välillä.
Pumppu porataan 3-90 metrin syvyyteen, ja se liitetään pitkiin putkiin, jotka kierrättävät nestettä maan alla ja koko rakennuksessa. Talvella neste imee maan lämpöä ja kuljettaa sen rakennukseen, jossa maalämpö luovuttaa sen ilmastointijärjestelmän kautta. Kesäisin neste imee rakennuksessa olevan lämmön ja vie sen alas maahan jäähdytystä varten.
Muita geotermisen energian käyttötapoja
- Maatalous käyttää geotermistä energiaa kasvien pitämiseen lämpimänä talvisin höyryn avulla.
- Jotkin terveyskylpylät käyttävät geotermiseen energiaan perustuvia kuumia lähteitä altaidensa lämmittämiseen.
- Kuumat lähteet tunnetaan terveyttä edistävinä paikkoina.
- Luonnolliset geysirit voivat olla upeita nähtävyyksiä. Yellowstonen kansallispuistossa sijaitseva Old Faithful -geysir on geoterminen ihme, joka purkautuu 60–90 minuutin välein ja jota käy katsomassa vuosittain noin 4 miljoonaa ihmistä.
Geotermisen energian tulevaisuus
Geotermisen energian hydraulinen särötys
Öljy- ja kaasuteollisuudessa särötys on yleinen tapa kasvattaa tuotantoa. Särötyksessä ruiskutetaan korkeapaineista nestettä kalliomuodostumiin niiden murtamiseksi ja läpäisevyyden lisäämiseksi. Geotermisen energian hydraulinen särötys perustuu samankaltaiseen lähestymistapaan. Siitä käytetään nimitystä kehittyneet geotermiset järjestelmät (enhanced geothermal systems, ESG). Vaikka kyseessä on samankaltainen prosessi kuin maakaasualan särötyksessä, siinä on kuitenkin joitain merkittäviä eroja. Geoterminen särötys luo pienempiä ja hallitumpia murtumia sekä käyttää nestettä, joka aiheuttaa paljon vähemmän saasteita.
ESG tuottaa höyryä ottamalla energiaa kivistä, jotka ovat riittävän kuumia, mutta liian kuivia tuottamaan höyryä itsestään. Tuottajat poraavat injektiokaivoja pystysuoraan noin 1–4,5 kilometrin syvyyteen maan sisään päästäkseen käsiksi kuumiin ja kuiviin kalliovarastoihin. Sitten käytetään korkeapaineista vettä tai räjähteitä kallion murtamiseksi ja geotermisen nestesäiliön luomiseksi. Tuotantokaivo nostaa kuumaa vettä maan pinnalle. Kuuma vesi sitten lämmittää välitysnestettä (binäärisyklisten tuotantolaitosten tapaan), jonka avulla tuotetaan höyryä. Geotermisen energian tuotantolaitos pyörittää sitten höyryllä turbiineja, jotka tuottavat sähköä.
Geotermisen energian kasvun esteitä
- Geotermisten luonnonvarojen puute : Kuten tämän artikkelin alussa todettiin, geotermisiä luonnonvaroja esiintyy lähinnä mannerlaattojen reunojen lähellä. Useimmat maat, joilla on mahdollisuus hyödyntää geotermistä energiaa, hyödyntävät sitä jo jossain määrin.
- Geotermisen energian etsimisen kustannukset ja riskit : alkukartoitus, etsintä ja kolmesta viiteen geotermisen kaivon poraaminen maksaa 20–30 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria. Tämä sekä epäonnistuneiden etsintöjen riskit ovat esteitä geotermisen energian käytön skaalaamiselle maailmanlaajuiseen käyttöön.
- Kehittyneiden geotermisen energian tuotantolaitosten kustannukset ja riskit : Vaikka ESG saattaakin laajentaa geotermisen energian saatavuutta, geotermisten kaivojen poraaminen on erittäin kallista öljyn- ja kaasunporaukseen verrattuna. Toinen este on se, että perinteisten särötysmenetelmien tavoin myös ESG-lähteet ovat aiheuttaneet maanjäristyksiä. Etenkin jos hydraulista särötystä tehdään lähellä olemassa olevaa ruhjetta, on olemassa riski suuremmille maanjäristyksille, jotka voivat olla riittävän voimakkaita vaurioittaakseen lähellä olevia rakennuksia.
- Maalämpö- ja maakylmäjärjestelmien suuret toteutuskustannukset : Maalämpöpumppujen perusmallitkin maksavat 3 500–7500 dollaria, kalliimmat käyttövettä lämmittävät mallit jopa enemmän. Lisäksi poraus- ja asennuskustannukset voivat nostaa kokonaishinnaksi jopa 12 000–15 000 dollaria. Jotkin maat tarjoavat kuitenkin verovähennyksiä tai tukia näiden kustannusten kattamiseksi. Nämä järjestelmät tuottavat lopulta tuottoa sijoitetulle pääomalle, koska ne ovat erittäin energiatehokkaita. Maalämpö- ja maakylmäjärjestelmiin investoivat voivat odottaa säästävänsä 30–70 prosenttia vuotuisista energiakuluissaan.
Miten geoterminen energia vaikuttaa ympäristöön?
Puhtaana ja uusiutuvana luonnonvarana geotermistä energiaa pidetään yhä enemmän vaihtoehtona fossiilisille polttoaineille. Geoterminen energia vaikuttaa kuitenkin ympäristöön monin eri tavoin. Geotermisen energian positiiviset vaikutukset ovat kuitenkin yleisesti ottaen negatiivisia vaikutuksia merkittävämpiä.
Negatiiviset vaikutukset
-
Vedenkulutus
Geotermisen energian tuotantolaitokset kuluttavat paljon vettä jäähdytykseen ja geotermisten säilöjen täydentämiseen. Kaikista uusiutumattomista ja uusiutumattomista tuotantolaitoksista geotermisillä tuotantolaitoksilla on toiseksi suurin vedenkulutus. -
Ilmastopäästöt
Avoimen kierron geotermisen energian tuotantolaitokset vapauttavat ilmakehään rikkivetyä, hiilidioksidia, ammoniakkia, metaania ja booria. Useimmat geotermiset energiantuotantolaitokset ovat kuitenkin suljetun kierron järjestelmiä, jotka ruiskuttavat prosessin lopputuotteena saatavat kaasut takaisin maaperään siten, että ilmapäästöt jäävät vähäisiksi. -
Maanvajoamat
Kun geotermisen energian tuotantolaitokset ottavat kuumaa vettä syvältä maan sisältä, ne jättävät tyhjiä taskuja, joten energiavarastot voivat ajan mittaan pienentyä, jos niitä ei täydennetä. Maanpinnan tasolla tämä voi vaikuttaa sekä ympäristöön että rakennuksiin. -
ESG-särötys
ESG-särötys voi aiheuttaa maanjäristyksiä, minkä vuoksi tuotantolaitoksia ei voida rakentaa lähelle kaupunkialueita, yrityksiä ja koteja. Lisäksi monet ihmiset ovat sitä mieltä, että ESG-särötyksellä voi olla haitallisia vaikutuksia, kuten kaasusärötyksen tapaan, esimerkiksi vuotoja sekä maaperän ja pohjaveden saastumista.
Positiiviset vaikutukset
-
Pienet hiilipäästöt
Useimpiin energialähteisiin verrattuna geoterminen energia on ympäristöystävällistä. Keskimääräinen geotermisen energian tuotantolaitos tuottaa noin kahdeksasosan keskimääräisen hiilivoimalan hiilipäästöistä. -
Vähentää riippuvuutta vaihtoehtoisista energianlähteistä
Geoterminen energia voi tarjota vakaan luotettavan sähkönlähteen, joka voi auttaa Yhdysvaltoja ja muita maita vähentämään riippuvuuttaan fossiilisista polttoaineista ja energianlähteistä (esimerkiksi propaani, maakaasu ja öljy). Lisäksi geotermisen energian tuotantolaitokset eivät tarvitse toimiakseen fossiilisia polttoaineita. -
Pienentää hiilijalanjälkeä
Maalämpö ja maakylmä ovat erittäin energiatehokkaita. Ne ovat tehokas tapa, jolla ihmiset voivat pienentää kotiensa ja rakennustensa hiilijalanjälkeä. Maalämpö ja maakylmä voivat vähentää kodin kasvihuonekaasupäästöjä jopa 75 prosenttia. -
Teknologiat auttavat ohjaamaan energiamuunnosta
Maailmalla on edessään poikkeuksellinen haaste vakauttaa ilmasto rakentamalla nettonollapäästötalous. Nämä innovatiiviset tekniikat tukevat maailmanlaajuista siirtymistä puhtaampaan energiaan:
Microsoft Cloud for Sustainability
Suunniteltu antamaan organisaatioille merkitykselliset tiedot, joita ne tarvitsevat ympäristövaikutuksen tallentamiseen, raportoimiseen ja vähentämiseen.
IoT-energianhallinta
IoT-energianhallinnan avulla yritykset voivat vähentää kuormitusta sähköverkosta ja tukea sitoutumistaan kestävään kehitykseen parantamalla energiatehokkuutta sekä kysynnän ja tarjonnan tasapainoa.
Azure IoT
ENGIE:n kaltaiset energiayhtiöt käyttävät tekoälyä ja pilvipalvelua tehostaakseen energiantuotantoa ja pienentääkseen samalla kustannuksia.
Kvanttilaskenta
Kvanttilaskenta on valmis nopeuttamaan ongelmanratkaisua siirtyessäsi uusiutuviin energialähteisiin, kuten aurinko-, vesi-, tuuli- ja geotermiseen voimaan.
Nopeuta siirtymääsi kestävään kehitykseen
Riippumatta siitä, missä vaiheessa olet hiilineutraaliuteen pyrkimisessä, voit Microsoft Cloud for Sustainabilityn avulla vahvistaa edistymistäsi ja muuntaa liiketoimintaasi ympäristövastuun, sosiaalinen vastuun ja hyvä hallinnon (ESG) ominaisuuksien avulla.
Usein kysytyt kysymykset
-
Geotermistä energiaa pidetään yhtenä kestävimmistä ja tehokkaimmista energiatyypeistä, ja se on puhdas, luotettava sekä uusiutuva luonnonvara. Se hyödyntää maahan varastoitunutta lämpöenergiaa sähköntuotantoon sekä kotien ja yritysten lämmitykseen sekä jäähdytykseen.
-
Geoterminen energia tarjoaa kolme tärkeää etua:
- Se on ympäristöystävällistä.
- Se on uusiutuvaa.
- Se on luotettavaa ja vakaata.
Tämä puhdas ja uusiutuva energianlähde voi auttaa vähentämään riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.
-
Muihin energialähteisiin verrattuna geotermisellä energialla on kolme haittapuolta:
- Se voi vapauttaa maahan sitoutuneita kasvihuonekaasuja ilmakehään ja se saattaa vaikuttaa maaperän vakauteen.
- Geotermisiä varastoja täytyy hallita, jotta niitä ei kuluteta loppuun.
- Geotermisen energian tuotantolaitoksia voidaan rakentaa vain alueille, jotka sijaitsevat lähellä mannerlaattojen yhtymäkohtia, joilla on käytettävissä geotermisiä energiavarastoja.
-
Geotermisellä energialla lämmitetään ja viilennetään koteja, lämmitetään kasvihuoneita, tuetaan teollisia prosesseja sekä tuotetaan sähköä.
-
Neljä geotermisen energian tyyppiä ovat
- matalan lämpötilan geoterminen energia
- yhteistuotettu geoterminen energia
- maalämpö ja maakylmä
- geotermisen energian tuotantolaitos.
Seuraa Microsoftia