Kas yra geoterminė energija?
Sužinokite, kaip šis švarus, atsinaujinantis energijos išteklius gali padėti sumažinti pasaulio priklausomybę nuo iškastinio kuro.
Kas yra geoterminė energija?
Žmonėms, organizacijoms ir tautoms ieškant būdų, kaip sumažinti anglies dvideginio išmetimą, vyriausybės ir įmonės žengė svarbų žingsnį į priekį įsipareigodamos sumažinti anglies dvideginio kiekį. Norint pasiekti šiuos tikslus, labai svarbu rasti alternatyvų iškastiniam kurui, įskaitant anglį, gamtines dujas ir naftą. Dėl šios priežasties išauga švaresnės energijos šaltinių, pvz., saulės, vandens, vėjo ir geoterminės energijos, svarba.
Šiandien geoterminė energija laikoma vienu iš efektyviausių ir tvariausių energijos tipų, nes ji yra švarus, patikimas ir atsinaujinantis išteklius. Geoterminė energija naudoja žemės paviršiuje sukauptą šilumą elektrai generuoti ir geoterminiam šildymui bei vėsinimui namams ir įmonėms teikti. Geoterminiai ištekliai Šiaurės Amerikoje buvo naudojami daugiau nei 10 000 metų, nes Amerikos senovės indėnai naudojo karštąsias geotermines versmes šildymui, maisto ruošimui ir maudymuisi.
Geografija atlieka svarbų vaidmenį dėl galimybės pasinaudoti geotermine energija regione. Geriausi geoterminiai ištekliai paprastai yra netoli tektoninių plokščių ribų. Ugnikalnių aktyvumas ir žemės drebėjimai yra sutelkti netoli šių ribų dėl žemės plutos judėjimo. Pavyzdžiui, Ugnies žiedas, esantis ties Ramiojo vandenyno kraštais, yra ugnikalnių ir seisminio aktyvumo juosta, kurią pirmiausia sukelia plokščių tektonika. Todėl šiame regione yra aktyviausios geoterminės sritys pasaulyje.
Šiuo metu Jungtinės Valstijos yra pasaulio geoterminės energijos gavybos lyderė, nors geoterminė energija sudaro tik nedidelę JAV suvartojamos energijos procentinę dalį. Geoterminė energija yra dažna netoli tektoninių plokščių ribų, todėl dauguma JAV geoterminių jėgainių yra vakarų valstijose. Kalifornijoje yra didžiausias geoterminės elektros energijos gamybos pajėgumas su 40 veikiančių geoterminių jėgainių.
Islandija, Filipinai ir Salvadoras taip pat yra pasauliniai geoterminės energijos lyderiai; jų geoterminė energija sudaro daugiau nei 25 procentus bendro kiekvienos šalies energijos suvartojimo.
Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie geoterminę energiją, įvertintumėte jos privalumus ir trūkumus bei susipažintumėte su geoterminės energijos pavyzdžiais. Taip pat sužinosite apie geoterminės energijos ateitį ir kaip technologijos gali padėti paspartinti geoterminės energijos naujoves.
Geoterminės energijos tipai
Geoterminė energija gaunama iš šilumos, kuri sugeneruojama žemėje. Terminas „geoterminė“ kilęs iš graikų kalbos žodžių „geo“, kuris reiškia „žemė“, ir „thermos“, kuris reiškia „karšta“. Po žemės pluta, kurią sudaro uolienos ir vanduo, yra karštos išsilydžiusios uolienos, vadinamos magma, sluoksnis. Magmos temperatūra siekia nuo 1 300 iki 2 400 °F ir ji gali kunkuliuodama pasiekti žemės paviršių kaip lava. Magma taip pat šildo uolienas ir požeminius vandens sluoksnius, kurie gali išsiveržti kaip geizeriai, karštosios versmės ir garus išleidžiančios ertmės – visa tai yra geoterminės energijos pavyzdžiai.
Tačiau didžioji dalis žemės geoterminės energijos lieka po žeme garų ir karšto vandens kišenių pavidalu ir yra surenkama įvairiais būdais:
Žemos temperatūros geoterminė energija
- Iš geoterminių skysčių, esančių arti žemės paviršiaus, gaunama šiluma pakyla pati arba yra pasiekiama gręžiniais.
- Galima pasiekti beveik bet kurioje pasaulio vietoje.
- Tiesioginis geoterminės energijos panaudojimas, įskaitant namų, šiltnamių, žuvininkystės ūkių ir kai kurių pramonės procesų šildymą.
Bendrai gaunama geoterminė energija
- Naudoja vandenį, kurio šiluma yra šalutinis naftos ir dujų gręžinių produktas.
- Generuoja elektrą, kurią naudoja gamykla arba kuri parduodama į tinklą.
Geoterminis šildymas ir vėsinimas
- Geoterminiai šilumos siurbliai įleidžiami į 10–300 pėdų gylio gręžinius žemėje.
- Šildo namus ir pastatus žiemą ir vėsina juos vasarą.
Geoterminė jėgainė
- Pasiekia geoterminius baseinus žemėje net iki dviejų mylių gylyje.
- Generuoja elektrą.
Geoterminės energijos privalumai ir trūkumai
Nors geoterminė energija yra atsinaujinančios ir švarios energijos išteklius, ji turi trūkumų, įskaitant dideles išankstines išlaidas ir galimybę sukelti žemės drebėjimus bei nusėdimą – laipsnišką žemės ploto grimzdimą.
Geoterminės energijos privalumai:
- Draugiška aplinkai: geoterminės jėgainės turi minimalų anglies dvideginio pėdsaką, o su jomis susijusi tarša yra labai maža. Geoterminis šildymas ir vėsinimas sumažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas.
- Atsinaujinanti: kitaip nei iškastinis kuras, atsinaujinantys geoterminės energijos šaltiniai žemėje natūraliai pasipildo ir jų užteks milijardus metų.
- Patikima ir stabili: kitaip nei vėjo ir saulės energija, geoterminė energija visada pasiekiama ir yra pastovi. Valdytojai gali tiksliai prognozuoti geoterminių jėgainių energijos apimtis, todėl jos puikiai tinka baziniams energijos poreikiams patenkinti.
Geoterminės energijos trūkumai:
- Šalutinis poveikis aplinkai: dėl geoterminės energijos į atmosferą patenka šiek tiek šiltnamio efektą sukeliančių dujų, esančių po žemės paviršiumi. Geoterminės jėgainės gali turėti įtakos žemės stabilumui ir suaktyvinti žemės drebėjimus bei nusėdimą.
- Būtinas valdymas: kai geoterminė jėgainė pasiekia geoterminę energiją, geoterminiai baseinai turi būti tinkamai valdomi, kad būtų užtikrinta, jog jie nebus išeikvoti.
- Jėgainės apribotos iki konkrečių vietų: geoterminės jėgainės gali būti statomos tik netoli tektoninių plokščių ribų, kur yra pasiekiami geoterminiai baseinai.
Geoterminės jėgainės
Geoterminės jėgainės naudoja aukštos temperatūros geoterminius išteklius, gaunamus iš sausų garų arba karšto vandens gręžinių. Panašiai kaip gręžiant naftos gręžinius, geoterminės jėgainės gręžia žemėje gilius gręžinius. Garai arba karštas vanduo pumpuojamas į paviršių, kur jis panaudojamas elektrą generuojančioms turbinoms sukti.
Yra trijų tipų geoterminės jėgainės:
Sausų garų jėgainės
Naudoja natūralius požeminius garų šaltinius. Garai keliauja iki žemės paviršiaus gavybos gręžinyje, perduoda savo energiją turbinai, kondensuojasi ir yra pumpuojami atgal į žemę arba išleidžiami į atmosferą. Sausų garų jėgainės yra seniausio tipo geoterminės jėgainės ir yra laikomos paprasčiausiomis bei efektyviausiomis.
Seniausia sausų garų jėgainė yra Larede, Italijoje. Pastatyta 1911 m., ji ir toliau tiekia elektrą daugiau nei milijonui gyventojų. Kita svarbi sausų garų jėgainė yra Geizerių geoterminių išteklių rajonas į šiaurę nuo San Fransisko. Ji gamina elektrą nuo 1960-ųjų ir tiekia vieną penktąją Kalifornijos atsinaujinančios energijos.
Pliūpsnio garų jėgainės
Paverčia garais smarkiai suslėgtą, karštesnį nei 360 °F vandenį iš žemės gelmių. Kai karštas vanduo pasiekia paviršių, jis siunčiamas į „pliūpsnio talpyklą“, kurioje palaikomas daug žemesnis slėgis. Dėl sumažėjusio slėgio dalis vandens patiria „pliūpsnį“ – jis greitai virsta garais, kuris varo turbinas. Likęs skystis gali vėl pereiti į pliūpsnio būseną antroje pliūpsnio talpykloje, kad būtų išgauta daugiau energijos.
Pliūpsnio garų jėgainės yra dažniausias šiandien naudojamų geoterminių jėgainių tipas. Islandija, vulkaninė sala, naudoja pliūpsnio garų geotermines jėgaines tiekdama elektrą beveik visiems šalies poreikiams patenkinti. Filipinuose, kurie išsidėstę išilgai Ugnies žiedo, yra didžiausia pasaulyje pliūpsnio garų jėgainė.
Binarinės jėgainės
Taiko kitokį požiūrį į šilumos generavimą. Jos veikia naudodamos smarkiai suslėgtą vandenį žemesnėje temperatūroje – nuo 225 iki 330 °F. Taikant šį metodą, naudojamas šilumokaitis, kad karšto vandens karštis būtų perduotas antriniam skysčiui, kuris varo turbinas.
Vidutinės temperatūros vanduo yra plačiau prieinamas, todėl tikimasi, kad binarinės jėgainės ateityje taps dažniausiai naudojamu geoterminių jėgainių tipu.
Kaip naudojama geoterminė energija?
Trys dažniausi geoterminės energijos panaudojimo būdai yra tiesioginis panaudojimas, energijos generavimas ir šildymas bei vėsinimas iš žemės šaltinių.
Geoterminės tiesioginio naudojimo sistemos
Pasinerkite į natūraliai šildomą požeminį vandenį, esantį nuo kelių pėdų iki mažiau nei mylios žemiau žemės paviršiaus. Gręžiami šuliniai požeminiam vandeniui išgauti, kurio temperatūra gali siekti 200 °F ar daugiau. Kai kuriais atvejais karštas vanduo arba garai gali pakilti patys, nereikalaujant aktyvaus siurbimo, ir gali būti naudojami tiesiogiai arba per šilumokaitį.
Tiesioginio naudojimo geoterminis vanduo tinka daugeliui dalykų, įskaitant žvejybos ūkių šildymą, ledo ir sniego tirpdymą šaligatviuose ir keliuose, didelių baseinų šildymą, pastatų šildymą ir karšto vandens tiekimą. Nors tiesioginio naudojimo geoterminės sistemos turi mažesnes kapitalo sąnaudas nei gilesnės geoterminės sistemos, technologija apsiriboja vietovėmis, kuriose yra natūralaus karšto požeminio vandens telkiniai šalia ar prie žemės paviršiaus, pavyzdžiui, regionuose, kuriuose vyksta vulkaninis ar tektoninis aktyvumas.
Energijos generavimas
Anksčiau aprašytos trijų tipų geoterminės jėgainės patenka į geoterminius išteklius žemės viduje, kad sukurtų elektrą. Dauguma jų turi uždaro ciklo vandens sistemas, kur išgautą vandenį po naudojimo siurbia tiesiai atgal į geoterminį rezervuarą. Kadangi didelė vandens dalis išgaravo, jėgainės turi iš naujo gauti didelį vandens kiekį, kad rezervuare išlaikytų pastovų vandens kiekį. Nors geoterminė energija yra atsinaujinantis išteklius, kuris šiandien naudojamas maždaug 20 šalių, dauguma geoterminių gręžinių laikui bėgant atvės, ypač kai šiluma išgaunama greičiau, nei pasipildo vanduo.
Geoterminis šildymas ir vėsinimas
Taip pat žinomas kaip žemės šaltinio šildymas ir vėsinimas, tai šiandien yra labiausiai paplitęs geoterminės energijos naudojimo būdas. Norint atsakyti į klausimą „kas yra geoterminis šildymas“, svarbu suprasti, kaip veikia geoterminis šilumos siurblys (dar vadinamas žemės šilumos siurbliu). Užuot generuodamas šilumą, jis naudoja žemę kaip šilumos šaltinį ir perkelia šilumą iš žemės į namus ar pastatą.
Siurblys yra gręžiamas nuo 10 iki 300 pėdų į žemę ir jungiamas prie ilgų vamzdžių kilpų, kurios cirkuliuoja skystį po žeme ir visame pastate. Žiemą skystis sugeria žemės šilumą ir perneša ją į pastatą, kur geoterminis šildymas ją išleidžia per ortakių sistemą. Vasarą skystis sugeria pastato šilumą ir perneša ją į žemę vėsinimui.
Daugiau geoterminės energijos panaudojimo būdų
- Žemės ūkyje geoterminė energija naudojama siekiant užtikrinti šilumą augalams žiemos metu, perduodant garus į dirvožemį.
- Kai kurie sveikatingumo centrai naudoja geotermines ventiliacines angas gydomosioms vonioms šildyti.
- Karštosios versmės yra žinomos dėl savo gydomųjų galimybių pagerinti žmonių sveikatą.
- Natūralūs geizeriai gali būti įspūdingos turistų traukos vietos. „Senasis ištikimasis“ Jeloustouno nacionaliniame parke yra geoterminis stebuklas, išsiveržiantis kas 60–90 minučių ir kiekvienais metais aplankomas maždaug 4 milijonų žmonių.
Geoterminės energijos ateitis
Hidraulinis ardymas geoterminei energijai gauti
Naftos ir dujų pramonėje ardymas yra įprastas būdas gavybai padidinti. Ardymo metu aukšto slėgio skystis įleidžiamas į uolienų darinius, kad jie būtų suskaldyti ir padaryti pralaidūs. Taikant hidraulinį ardymą geoterminei energijai gauti naudojamas panašus metodas ir tai taip pat vadinama „patobulintomis geoterminėmis sistemomis“ (ESG). Nors šis procesas panašus į ardymo tipą, kuris naudojamas gamtinių dujų pramonėje, yra keletas svarbių skirtumų. Geoterminio ardymo metu susidaro smulkesni, mažiau kontroliuojami įtrūkimai ir naudojamas skystis, kuris sukelia daug mažiau taršos.
Naudojant ESG susidaro garai, kai energija išgaunama iš uolienų, kurios yra pakankamai karštos, bet per daug sausos, kad pačios galėtų sudaryti garus. Vystytojai gręžia žemėje „įleidimo gręžinius“ vertikaliai iki maždaug 0,6–2,8 mylių gylio, kad pasiektų karštų sausų uolienų telkinius. Tada jie naudoja aukšto slėgio vandenį arba sprogmenis, kad suskaldytų uolienas ir sudarytų geoterminį skysčio baseiną. Gavybos gręžiniai pumpuoja karštą vandenį atgal į žemės paviršių, kuris, panašiai kaip binarinėse jėgainėse, šildo antrinį skystį, kuris pliūpsnio būsenos virsta garais. Geoterminėje jėgainėje garai naudojami varyti turbinoms, kurios gamina elektrą.
Geoterminės energijos apimties augimo kliūtys
- Gamtinių geoterminių išteklių trūkumas. Kaip aptarta šio straipsnio pradžioje, geoterminių išteklių prieinamumas yra apribotas iki vietų, esančių netoli tektoninių plokščių ribų. Dauguma šalių, turinčių prieigą prie geoterminės energijos, jau tam tikru mastu naudojasi šio ištekliaus teikiamais pranašumais.
- Geoterminės jėgainės žvalgymo išlaidos ir rizika. Pradiniam žvalgymui atlikti ir 3–5 geoterminių gręžinių gręžimo programai įvykdyti reikia nuo 20 iki 30 mln. USD. Tai, kartu su nesėkmingo žvalgymo rizika, yra kliūtys norint padidinti geoterminės energijos gavybos mastą visame pasaulyje.
- Patobulintos geoterminės sistemos jėgainių kaina ir rizika. Nors ESG turi galimybę išplėsti geoterminių išteklių prieinamumą, geoterminių gręžinių gręžimas yra labai brangus, palyginti su naftos arba dujų gręžiniais. Kita kliūtis – kaip ir tradiciniai „ardymo“ metodai, ESG gręžiniai yra sukėlę žemės drebėjimų. Ypač, jei hidraulinis ardymas atliekamas netoli jau esančio sprūdžio, kyla didesnių žemės drebėjimų pavojus, kurie gali būti pakankamai stiprūs, kad padarytų žalos netoliese esantiems pastatams.
- Didelė pradinė geoterminio šildymo ir vėsinimo sistemų kaina. Geoterminiai šilumos siurbliai kainuoja nuo 3 500 iki 7 500 USD už bazinį vienetą, o brangesni modeliai, pavyzdžiui, su karšto vandens ruošimo funkcija, kainuoja dar daugiau. Be to, kasimo ir diegimo išlaidos kainą gali padidinti iki 12 000–15 000 USD. Tačiau kai kurios šalys daliai šių išlaidų padengti gali siūlyti nuolaidas arba mokesčių kreditus. Galiausiai šios sistemos teikia investicijų grąžą, nes yra labai energiškai efektyvios. Žmonės, investuojantys į geoterminio šildymo ir vėsinimo sistemas, gali sutaupyti nuo 30 iki 70 procentų savo metinių sąskaitų už energiją sumos.
Kaip geoterminė energija veikia aplinką?
Kaip švarus ir atsinaujinantis išteklius, geoterminė energija vis dažniau matoma kaip alternatyva iškastiniam kurui. Tačiau geoterminė energija daro poveikį aplinkai keliais skirtingais būdais. Apskritai teigiamas geoterminės energijos poveikis nusveria neigiamą.
Neigiamas poveikis
Vandens suvartojimas
Teršalų emisijos į orą
Nusėdimas
ESG ardymas
ESG ardymas gali paskatinti žemės drebėjimus, todėl tai yra kliūtis siekiant įrengti jėgaines netoli miesto teritorijų, įmonių ir namų. Be to, dauguma žmonių mano, kad ESG ardymas gali daryti neigiamą poveikį, panašų į ardymo išgaunant dujas poveikį, pvz., nutekėjimus, išsiliejimus ir dirvožemio bei požeminio vandens užteršimą.
Teigiamas poveikis
Mažos anglies dvideginio emisijos
Sumažina priklausomybę nuo alternatyviųjų energijos šaltinių
Sumažina anglies dvideginio pėdsaką
Technologijos padeda skatinti energijos transformaciją
Pasaulis susiduria su nepaprastu iššūkiu stabilizuoti mūsų klimatą kuriant grynąją anglies dioksido neišskiriančią ekonomiką. Šios naujoviškos technologijos padeda palaikyti pasaulinį perėjimą prie švaresnės energijos:
„Microsoft Cloud for Sustainability“
Sukurta siekiant suteikti organizacijoms įžvalgų, reikalingų registruoti, pranešti ir sumažinti poveikį aplinkai.
IoT energijos valdymas
Naudodamos IoT energijos valdymą, įmonės gali panaikinti spaudimą, kad palaikytų savo įsipareigojimą siekti tvarumo gerindamos energijos vartojimo efektyvumą ir pasiūlos bei paklausos pusiausvyrą.
„Azure IoT“
Energijos teikėjai, pvz., „ENGIE“, naudoja dirbtinį intelektą ir debesį, kad padidintų energijos gamybos efektyvumą ir sumažintų išlaidas.
Kvantinė kompiuterija
Kvantinė kompiuterija sukurta paspartinti problemų sprendimą pereinant prie atsinaujinančios energijos šaltinių, pvz., saulės, vandens, vėjo ir geoterminės energijos.
Paspartinkite savo kelią link tvarumo
Kad ir kur esate savo kelionėje į nulinį grynąjį anglies dioksido kiekį, „Microsoft Cloud for Sustainability“ padeda pasiekti progresą ir transformuoti verslą pasitelkus aplinkosaugos, socialines ir valdymo (ESG) funkcines galimybes.
Dažnai užduodami klausimai
-
Laikoma viena iš tvariausių ir efektyviausių energijos tipų, geoterminė energija yra švarus, patikimas ir atsinaujinantis išteklius. Ji naudoja žemės paviršiuje sukauptą šilumą elektrai generuoti ir geoterminiam šildymui bei vėsinimui namams ir įmonėms teikti.
-
Geoterminė energija suteikia tris pagrindinius pranašumus:
- Ji yra draugiška aplinkai.
- Ji yra atsinaujinanti.
- Ji yra patikima ir stabili.
Šis švarus, atsinaujinantis energijos išteklius gali padėti sumažinti pasaulio priklausomybę nuo iškastinio kuro.
-
Palyginti su kitais energijos šaltiniais, geoterminė energija turi tris trūkumus:
- Dėl jos į atmosferą išskiriamos po žemės paviršiumi esančios šiltnamio efektą sukeliančios dujos ir ji gali paveikti žemės stabilumą.
- Geoterminiai baseinai turi būti valdomi, kad būtų užtikrinta, jog jie nebus išeikvoti.
- Geoterminės jėgainės gali būti statomos tik netoli tektoninių plokščių ribų, kur yra pasiekiami geoterminiai baseinai.
-
Geoterminė energija naudojama namams šildyti ir vėsinti, šiltnamiams šildyti, pramoniniams procesams palaikyti ir elektrai generuoti.
-
Keturi geoterminės energijos tipai:
- Žemos temperatūros geoterminė energija.
- Bendrai gaunama geoterminė energija.
- Geoterminis šildymas ir vėsinimas.
- Geoterminė jėgainė.
Stebėkite „Microsoft“