Što je geotermalna energija?
Otkrijte na koji način ovaj čisti, obnovljivi energetski resurs može smanjiti svjetsku ovisnost o fosilnim goriva.
Što je geotermalna energija?
Kako ljudi, organizacije i nacije mogu tražiti načine za smanjenje emisije ugljika, vlade i tvrtke istupile su s važnim obećanjima o smanjenju ugljika. Pronalaženje alternativa fosilnim gorivima, uključujući ugljen, prirodni plin i naftu, ključno je za postizanje ovih ciljeva. U tu svrhu, obnovljivi čistiji izvori energije poput sunca, vode, vjetra i geotermalne energije sve su važniji.
Danas se geotermalna energija smatra jednom od najučinkovitijih i održivih vrsta energije jer se radi o čistom, pouzdanom i obnovljivom resursu. Geotermalna energija koristi toplinu pohranjenu unutar površine zemlje za generiranje električne energije i pružanje geotermalnog grijanja i hlađenja za domove i tvrtke. Geotermalni resursi koriste se u Sjevernoj Americi više od 10.000 godina, dok američki Paleoindijanci koriste geotermalne vruće izvore za toplinu, kuhanje i kupanje.
Zemljopis ima ključnu ulogu u regiji koja može iskoristiti prednosti geotermalne energije. Najbolji geotermalni izvori obično se nalaze u blizini granica tektonskih ploča. Vulkanska aktivnost i potresi koncentrirani su u blizini ovih granica zbog kretanja u zemljinoj kori. Na primjer, Vatreni prsten oko rubova Tihog oceana je niz vulkana i seizmičkih aktivnosti, prvenstveno uzrokovanih tektonikom pločama. Zbog toga ova regija ima najaktivnije geotermalne dijelove na svijetu.
Sjedinjene Američke Države trenutačno su vodeći u svijetu u produkciji geotermalne energije, iako je geotermalna energija samo mali postotak potrošnje energije u SAD-u. Budući da je geotermalna energija uobičajena blizu granica tektonske ploče, većina američkih geotermalnih elektrana nalazi se u zapadnim državama. Kalifornija ima najveći geotermalni proizvodni kapacitet s 40 geotermalnih elektrana.
Island, Filipini i El Salvador također su svjetski vodeći proizvođači geotermalne energije, s geotermalnom energijom koja čini više od 25 posto ukupne potrošnje energije svake zemlje.
Pročitajte ovaj članak da biste istražili geotermalnu energiju, procijenili njene prednosti i mane te otkrili primjere geotermalne energije. Saznat ćete i više o budućnosti geotermalne energije i kako tehnologija može pomoći ubrzati inovacije geotermalne energije.
Vrste geotermalne energije
Geotermalna energija dobiva se iz topline generirane unutar zemlje. Pojam „geotermalni” potječe od grčkih riječi “geo”, što znači zemlja i “thermos” što znači vruć. Ispod zemljine kore, koja se sastoji od stijena i vode, nalazi se sloj vrućih rastaljenih stijena pod nazivom magma. Magma dostiže temperature od 1300 °F do 2400 °F i može doći do površine zemlje u obliku mjehurića kao lava. Magma također zagrijava stijene i podzemne slojeve vode koji se mogu osloboditi kroz gejzire, vruće izvore i parne otvore – sve primjeri geotermalne energije.
Međutim, većina zemljine geotermalne energije ostaje pod zemljom kao džepovi pare i vruće vode i skuplja se različitim metodama:
Geotermalna energija niske temperature
- Toplina dobivena iz geotermalne tekućine blizu površine zemlje sama se diže ili joj se pristupa pomoću bušotine.
- Može joj se pristupiti gotovo bilo gdje na svijetu.
- Geotermalne primjene za izravnu upotrebu uključujući grijanje domova, staklenika, ribnjaka i neke industrijske procese.
Koproizvedena geotermalna energija
- Koristi vodu zagrijanu kao nusprodukt iz naftnih i plinskih bušotina.
- Proizvodi električnu energiju koju koristi elektrana ili se prodaje električnoj mreži.
Geotermalno grijanje i hlađenje
- Geotermalne toplinske pumpe se ubušavaju između 10 i 300 stopa u zemlju.
- Zimi grije domove i zgrade, a ljeti ih hladi.
Geotermalna elektrana
- Ulazi u geotermalne rezervoare duboki su čak dvije milje u zemlji.
- Generira električnu energiju.
Prednosti i mane geotermalne energije
Iako je geotermalna energija obnovljivi i čisti izvor energije, ima nedostatke, uključujući visoke početne troškove i mogućnost izazivanja potresa i slijeganja tla, postupnog tonjenja područja zemlje.
Prednosti geotermalne energije:
- Ekološki prihvatljivo: Geotermalne elektrane imaju minimalne ugljične otiske, a zagađenje povezano s njima je vrlo nisko. Geotermalno grijanje i hlađenje smanjuje emisije stakleničkih plinova.
- Obnovljivo: Za razliku od fosilnih goriva, obnovljivi rezervoari geotermalne energije unutar zemlje se prirodno obnavljaju i trajat će milijardama godina.
- Pouzdano i stabilno: Za razliku od energije vjetra i solarne energije, geotermalna energija je uvijek dostupna i ne oscilira. Uprava može točno predvidjeti izlaznu snagu iz geotermalnih elektrana, što ih čini idealnim za zadovoljavanje energetskih zahtjeva osnovnog opterećenja.
Nedostaci geotermalne energije:
- Ekološki neželjeni učinci: Geotermalna energija uzrokuje da dio stakleničkih plinova ispod zemljine površine pobjegne u atmosferu. Geotermalne elektrane mogu utjecati na stabilnost tla i izazvati potrese i slijeganje tla.
- Potrebno upravljanje: Nakon što ih geotermalna elektrana iskoristi, geotermalnim rezervoarima mora se pravilno upravljati kako bi se osiguralo da se ne isprazne.
- Elektrane su ograničene na određena mjesta: Geotermalne elektrane mogu se graditi samo u područjima blizu granica tektonskih ploča, gdje su dostupni geotermalni rezervoari.
Geotermalne elektrane
Geotermalne elektrane koriste geotermalne resurse visoke temperature koji dolaze iz izvora suhe pare ili tople vode. Slično bušenju zbog nafte, geotermalne elektrane buše bušotine duboko u zemlju. Para ili vruća voda pumpaju se na površinu, gdje se koriste za okretanje turbina koje proizvode električnu energiju.
Postoje tri vrste geotermalnih elektrana:
Elektrane na suhu paru
Koristite prirodne podzemne izvore pare. Para putuje do površine zemlje u proizvodnoj bušotini, prenosi svoju energiju turbini, kondenzira se i pumpa natrag u zemlju ili ispušta u atmosferu. Elektrane na suhu paru su najstarija vrsta geotermalnih elektrana i smatraju se najjednostavnijima i najučinkovitijima.
Najstarija elektrana na suhu paru nalazi se u Laredu u Italiji. Izgrađena 1911., nastavlja opskrbljivati električnom energijom više od milijun stanovnika. Još jedna važna elektrana na suhu paru je geotermalna elektrana Gejzeri sjeverno od San Francisca. Proizvodi električnu energiju od 1960-ih i isporučuje oko jedne petine kalifornijske obnovljive energije.
Geotermalne elektrane s isparavanjem
Pretvaraju vodu pod visokim pritiskom koja je toplija od 360 °F iz dubine zemlje u paru. Kada vruća voda dođe do površine, šalje se u „spremnik za isparavanje” koji se održava na puno nižem tlaku. Smanjeni tlak uzrokuje „isparavanje” vode, što znači da brzo isparava u paru koja pokreće turbine. Preostala tekućina može se ponovno isprazniti u drugi spremnik za izdvajanje više energije.
Elektrane s isparavanjem najčešće su vrste geotermalnih elektrana koje se danas koriste. Island, vulkanski otok, koristi geotermalne elektrane s isparavanjem za opskrbu gotovo svom potrebnom električnom energijom. Filipini, koji se nalaze duž Vatrenog prstena, imaju najveću elektranu s isparavanjem na svijetu.
Geotermalne elektrane s binarnim ciklusom
Zauzmite drugačiji pristup stvaranju topline. Rade s vodom pod visokim pritiskom na nižim temperaturama – između 225 °F i 330 °F. Ova metoda koristi izmjenjivač topline za prijenos topline iz vruće vode u sekundarnu tekućinu koja pokreće turbine.
Budući da je voda umjerene temperature dostupnija, očekuje se da će elektrane s binarnim ciklusom postati najčešći tip geotermalnih elektrana u budućnosti.
Kako se koristi geotermalna energija?
Tri najčešće upotrebe geotermalne energije su izravna uporaba, proizvodnja električne energije te grijanje i hlađenje iz tla.
Geotermalni sustavi izravne upotrebe
Iskoristite prirodno zagrijanu podzemnu vodu koja se nalazi nekoliko stopa do manje od jedne milje ispod površine zemlje. Bunari se buše kako bi se izvukla podzemna voda, koja može biti topline i do 93°C ili više. U nekim slučajevima, topla voda ili para mogu izbiti same od sebe, bez potrebe za aktivnim pumpanjem, i mogu se koristiti izravno ili kružiti kroz izmjenjivač topline.
Geotermalna voda za izravnu upotrebu podržava mnoge primjene, uključujući zagrijavanje ribarskih farmi, topljenje leda i snijega na nogostupima i cestama, grijanje velikih bazena, grijanje zgrada i opskrbu toplom vodom. Iako geotermalni sustavi izravne upotrebe imaju niže kapitalne troškove od dubljih geotermalnih sustava, tehnologija je ograničena na područja koja imaju prirodne bazene tople podzemne vode blizu ili na zemljinoj površini, kao što su regije s vulkanskom ili tektonskom aktivnošću.
Proizvodnja električne energije
Tri gore opisane vrste geotermalnih elektrana koriste geotermalne resurse duboko u zemlji za proizvodnju električne energije. Većina ima vodene sustave zatvorene petlje, gdje izvađenu vodu nakon upotrebe pumpaju natrag izravno u geotermalni rezervoar. Budući da je velik dio vode ispario, biljke moraju ponovo ubrizgati značajne količine vode kako bi održale stabilan volumen vode u rezervoaru. Iako je geotermalna energija obnovljivi izvor koji se danas koristi u oko 20 zemalja, većina geotermalnih bušotina će se s vremenom ohladiti, posebno kada se toplina izdvaja brže nego što se voda obnavlja.
Geotermalno grijanje i hlađenje
Poznato i kao grijanje i hlađenje iz izvora u zemlji, ovo je najčešći način korištenja geotermalne energije danas. Da bismo odgovorili na pitanje „što je geotermalno grijanje”, važno je razumjeti kako radi geotermalna toplinska pumpa (također nazvana toplinska pumpa iz zemlje). Umjesto stvaranja topline, pumpa koristi zemlju kao izvor topline i prebacuje toplinu između zemlje i kuće ili zgrade.
Pumpa se buši između 3 i 30 metara u zemlju i povezuje se s dugim petljama cijevi koje cirkuliraju tekućinu ispod zemlje i kroz zgradu. Tekućina zimi apsorbira zemljinu toplinu i prenosi je u zgradu, gdje je geotermalno grijanje oslobađa kroz sustav kanala. Ljeti tekućina apsorbira toplinu u zgradi i prenosi je u zemlju radi hlađenja.
Dodatni načini korištenja geotermalne energije
- Poljoprivreda koristi geotermalnu energiju za održavanje topline biljaka zimi primjenom pare na tlo.
- Neka lječilišta koriste geotermalne otvore za grijanje hidromasažnih kada i kupki.
- Topli izvori poznati su po svojoj terapeutskoj sposobnosti poboljšanja zdravlja ljudi.
- Prirodni gejziri mogu biti turističke atrakcije koje izazivaju strahopoštovanje. „Old Faithful” u Nacionalnom parku Yellowstone je geotermalno čudo koje eruptira svakih 60 do 90 minuta i posjeti ga oko 4 milijuna ljudi svake godine.
Budućnost geotermalne energije
Hidraulično frakiranje za geotermalnu energiju
U naftnoj i plinskoj industriji frakiranje je uobičajeni način povećanja proizvodnje. Frakiranje ubrizgava tekućinu pod visokim pritiskom u formacije stijena kako bi ih polomio i učinio propusnim. Hidrauličko frakiranje za geotermalnu energiju ima sličan pristup i također se naziva „poboljšani geotermalni sustavi” (ESG). Iako je to sličan proces vrsti frakiranja koji koristi industrija prirodnog plina, postoje neke važne razlike. Geotermalno frakiranje stvara manje, kontroliranije pukotine i koristi tekućinu koja uzrokuje mnogo manje zagađenja.
ESG proizvodi paru izvlačeći energiju iz stijena koje su dovoljno vruće, ali presuhe, da same proizvode paru. Razvojni inženjeri buše „bušotine za ubrizgavanje” okomito do dubine od oko 0,6 do 2,8 milja u zemlju kako bi došli do rezervoara vrućih suhih stijena. Zatim koriste vodu pod visokim pritiskom ili eksplozive kako bi razbili stijene i stvorili geotermalni rezervoar tekućine. Proizvodna bušotina pumpa vruću vodu natrag na površinu zemlje, što, slično elektranama s binarnim ciklusom, zagrijava sekundarnu tekućinu koja se pretvara u paru. Geotermalna elektrana koristi paru za pogon turbina za proizvodnju električne energije.
Prepreke za rast geotermalne energije
- Nedostatak prirodnih geotermalnih resursa. Kao što je objašnjeno na početku ovog članka, dostupnost geotermalnih izvora ograničena je na lokacije u blizini granica tektonskih ploča. Većina zemalja s pristupom geotermalnoj energiji već u određenoj mjeri iskorištava prednosti tog resursa.
- Troškovi i rizici istraživanja geotermalnih elektrana. Provođenje početnog programa istraživanja i bušenja tri do pet geotermalnih bušotina košta između 20 i 30 milijuna USD. Ovo, zajedno s rizikom od neuspješnog istraživanja, predstavlja prepreku globalnom povećanju korištenja geotermalne energije.
- Trošak i rizik poboljšanih elektrana geotermalnog sustava. Iako ESG ima potencijal za povećanje dostupnosti geotermalnih izvora, bušenje geotermalnih bušotina vrlo je skupo u usporedbi s bušenjem za naftu ili plin. Još jedna prepreka je to što su, poput tradicionalnih metoda „frakiranja”, ESG bušotine uzrokovale potrese. Naime, ako se hidrauličko frakiranje odvija u blizini već postojećeg rasjeda, tada postoji rizik od većih potresa koji bi mogli biti dovoljno jaki da oštete obližnje zgrade.
- Visoki početni trošak geotermalnih sustava grijanja i hlađenja. Geotermalne toplotne pumpe koštaju između 3500 USD i 7500 USD za osnovnu jedinicu, a skuplji modeli s opcijama poput grijanja tople vode koštaju još više. Osim toga, troškovi iskopa i instalacije mogu dovesti cijenu do 12.000 USD do 15.000 USD. Međutim, neke zemlje mogu ponuditi rabate ili porezne olakšice kako bi nadoknadile neke od ovih troškova. Ovi sustavi na kraju donose povrat ulaganja jer su vrlo energetski učinkoviti. Ljudi koji ulažu u geotermalne sustave grijanja i hlađenja mogu očekivati uštedu između 30 i 70 posto svojih godišnjih računa za energiju.
Kako geotermalna energija utječe na okoliš?
Kao čisti i obnovljivi resurs, geotermalna energija se sve više promatra kao alternativa fosilnim gorivima. Međutim, geotermalna energija utječe na okruženje na nekoliko različitih načina. Sve u svemu, pozitivni utjecaji geotermalne energije nadmašuju negativne.
Negativni utjecaji
Potrošnja vode
Emisije u zrak
Slijeganje
ESG frakiranje
ESG frakiranje može izazvati potrese, što predstavlja prepreku usvajanju za elektrane koje se nalaze u blizini urbanih područja, tvrtki i domova. Osim toga, mnogi ljudi vjeruju da ESG frakiranje ima potencijal za stvaranje negativnih učinaka sličnih plinskom frakiranju, kao što su curenje, izlijevanje te kontaminacija tla i podzemnih voda.
Pozitivni utjecaji
Niske emisije ugljičnog dioksida
Smanjuje ovisnost o alternativnim izvorima energije
Smanjuje ugljični otisak
Tehnologije pomažu u poticanju energetske transformacije
Svijet se suočava s iznimnim izazovom stabilizacije klime izgradnjom gospodarstva s nultom emisijom ugljika. Ove inovativne tehnologije pomažu podržati globalni prijelaz na čišću energiju:
Microsoft Cloud for Sustainability
Osmišljen je da tvrtkama ili ustanovama pruži uvide koji su im potrebni za bilježenje i smanjivanje njihova utjecaja na okoliš te stvaranje izvješća o njemu.
Upravljanje energijom uz IoT
Putem Upravljanje energijom uz IoT tvrtke mogu umanjiti pritisak na mrežu kako bi poduprle svoju predanost održivosti poboljšanjem energetske učinkovitosti i ravnoteže ponude i potražnje.
Azure IoT
Dobavljači energije kao što je ENGIE koriste umjetnu inteligenciju i oblak za povećanje učinkovitosti proizvodnje energije uz smanjenje troškova.
Kvantno računalstvo
Kvantno računalstvo spremno je ubrzati rješavanje problema oko prelaska na obnovljive izvore energije poput sunca, vode, vjetra i geotermalne energije.
Ubrzajte put prema održivosti
U kojoj god fazi procesa ostvarivanja nulte stope neto emisija bili, Microsoft Cloud for Sustainability omogućuje vam da pospješite napredovanje i transformirate poslovanje putem okolišnih, društvenih i upravljačkih (ESG) mogućnosti.
Najčešća pitanja
-
Geotermalna energija, koja se smatra jednom od najodrživijih i najučinkovitijih vrsta energije, čist je, pouzdan i obnovljiv resurs. Ona koristi toplinu pohranjenu unutar površine zemlje za generiranje električne energije i pružanje geotermalnog grijanja i hlađenja za domove i tvrtke.
-
Geotermalna energija nudi tri primarne prednosti:
- Ekološki je prihvatljiva.
- Održiva je.
- Pouzdana je i stabilna.
Ovaj čisti, obnovljivi energetski resurs može smanjiti svjetsku ovisnost o fosilnim goriva.
-
U usporedbi s drugim izvorima energije geotermalna energija ima tri nedostatka:
- Uzrokuje ispuštanje stakleničkih plinova ispod površine zemlje u atmosferu i može utjecati na stabilnost tla.
- Geotermalnim rezervoarima mora se upravljati kako se ne bi iscrpili.
- Geotermalne elektrane mogu se graditi samo u područjima blizu granica tektonskih ploča, gdje su dostupni geotermalni rezervoari.
-
Geotermalna energija koristi se za zagrijavanje i hlađenje domova, zagrijavanje staklenika, podršku industrijskim procesima i proizvodnju električne energije.
-
Četiri vrste geotermalne energije su:
- Geotermalna energija niske temperature.
- Koproizvedena geotermalna energija.
- Geotermalno grijanje i hlađenje.
- Geotermalna elektrana.
Pratite Microsoft