Čo je geotermálna energia?
Zistite, ako tento čistý a obnoviteľný zdroj energie pomôže znížiť závislosť sveta od fosílnych palív.
Čo je geotermálna energia?
Keďže ľudia, organizácie a štáty hľadajú spôsoby, ako znížiť emisie uhlíka, vlády a spoločnosti urobili krok k dôležitým prísľubom zníženia emisií uhlíka. Na dosiahnutie týchto cieľov je dôležité nájsť alternatívy k fosílnym palivám vrátane uhlia, zemného plynu a ropy. V tomto ohľade rastie dôležitosť obnoviteľných zdrojov čistejšej energie , ako sú slnečná, vodná, veterná a geotermálna energia.
V súčasnosti sa geotermálna energia považuje za jeden z najefektívnejších a najudržateľnejších typov energie, pretože ide o čistý, spoľahlivý a obnoviteľný zdroj. Geotermálna energia využíva teplo uložené v povrchu Zeme na generovanie elektriny a zabezpečenie geotermálneho ohrievania a chladenia domácností a podnikov. Geotermálne zdroje sa v Severnej Amerike využívajú už viac ako 10 000 rokov, pretože americkí paleoindiáni používali geotermálne horúce pramene na teplo, varenie a kúpanie.
Geografia hrá dôležitú úlohu v schopnosti oblasti využívať geotermálnu energiu. Najlepšie geotermálne zdroje sa bežne nachádzajú v blízkosti hraníc tektonických dosiek. V blízkosti týchto hraníc existuje koncentrácia sopečnej činnosti a zemetrasení v dôsledku pohybu v zemskej kôre. Napríklad Ohnivý kruh okolo okrajov Tichého oceánu tvorí reťazec sopiek a seizmickej činnosti, ktorá je spôsobená predovšetkým tektonikou dosiek. V dôsledku toho sa v tejto oblasti nachádzajú najaktívnejšie geotermálne miesta na svete.
V súčasnosti sú Spojené štáty svetovým lídrom vo výrobe geotermálnej energie, hoci geotermálna energia predstavuje len malé percento spotreby energie v USA. Keďže geotermálna energia sa bežne nachádza v blízkosti hraníc tektonických dosiek, väčšina amerických geotermálnych elektrární sa nachádza v západných štátoch USA. Kalifornia má najväčšiu kapacitu na výrobu geotermálnej elektriny vďaka prevádzke 40 geotermálnych elektrární.
Island, Filipíny a Salvádor sú tiež svetovými lídrami v oblasti geotermálnej energie, pričom geotermálna energia predstavuje viac ako 25 percent celkovej spotreby energie každej krajiny.
Prečítajte si tento článok a preskúmajte geotermálnu energiu, vyhodnoťte jej výhody a nevýhody a zistite príklady geotermálnej energie. Dozviete sa aj o budúcnosti geotermálnej energie a o tom, ako technológie pomôžu urýchliť inovácie v oblasti geotermálnej energie.
Typy geotermálnej energie
Geotermálna energia sa získava z tepla, ktoré sa generuje v zemi. Výraz „geotermálny“ pochádza z gréckych slov „geo“ a „thermos“, ktoré znamenajú zem, resp. teplo. Pod zemskou kôrou, ktorá sa skladá z hornín a vody, existuje vrstva horúcej roztavenej horniny, ktorá sa nazýva magma. Magma dosahuje teplotu od 700 °C (1 300 °F) do 1 300 °C (2 400 °F) a môže bublať na povrch zeme ako láva. Magma tiež ohrieva horniny a podzemné vrstvy vody, ktoré sa môžu uvoľňovať cez gejzíry, horúce pramene a parné otvory – všetko sú to príklady geotermálnej energie.
Väčšina zemskej geotermálnej energie však zostáva pod zemou vo forme parných vreciek a horúcej vody, pričom sa získava pomocou rôznych metód:
Nízkoteplotná geotermálna energia
- Teplo získané z geotermálnej kvapaliny v blízkosti povrchu zeme stúpa samočinne, alebo sa k nemu získava prístup pomocou vrtu.
- Dá sa k nemu získať prístup takmer kdekoľvek na svete.
- Geotermálne aplikácie na priame použitie vrátane vykurovania domov, skleníkov, rybného hospodárstva a niektorých priemyselných procesov.
Kogenerovaná geotermálna energia
- Využíva vodu ohrievanú ako vedľajší produkt z ropných a plynových vrtov.
- Vyrába elektrinu, ktorá sa využíva v elektrárni alebo sa predáva do siete.
Geotermálne ohrievanie a chladenie
- Geotermálne tepelné čerpadlá sú vyvŕtané do zeme v hĺbke od 3 do 90 metrov (10 až 300 stôp).
- V zime domácnosti a budovy ohrieva, a v lete ich chladí.
Geotermálna elektráreň
- Využíva geotermálne rezervoáre v zemi v hĺbke až 3 km (2 míle).
- Vyrába elektrinu.
Výhody a nevýhody geotermálnej energie
Hoci geotermálna energia je obnoviteľným a čistým zdrojom energie, má aj svoje nevýhody vrátane vysokých počiatočných nákladov a potenciálu spôsobiť zemetrasenia a poklesy pôdy, postupné klesanie územia.
Výhody geotermálnej energie:
- Je ohľaduplná k životnému prostrediu: Geotermálne elektrárne majú minimálnu uhlíkovú stopu a s ňou spojené znečistenie je veľmi malé. Geotermálne ohrievanie a chladenie znižuje emisie skleníkových plynov.
- Je obnoviteľná: Na rozdiel od fosílnych palív sa rezervoáre obnoviteľnej geotermálnej energie v zemi prirodzene dopĺňajú a vydržia miliardy rokov.
- Je spoľahlivá a stabilná: Na rozdiel od veternej a solárnej energie je geotermálna energia vždy k dispozícii a nie je kolísavá. Manažment dokáže presne predpovedať výstupný výkon geotermálnych elektrární, vďaka čomu sú ideálne na splnenie základných energetických požiadaviek.
Nevýhody geotermálnej energie:
- Má vedľajšie účinky na životné prostredie: Geotermálna energia spôsobuje, že niektoré skleníkové plyny pod zemským povrchom unikajú do atmosféry. Geotermálne elektrárne môžu ovplyvniť stabilitu krajiny a vyvolať zemetrasenia, ako aj spôsobiť poklesy pôdy.
- Vyžaduje si riadenie: Keď sa na geotermálne rezervoáre napojí geotermálna elektráreň, musia byť náležite riadené, aby sa zabezpečilo, že sa nevyčerpajú.
- Elektrárne sú obmedzené na konkrétne miesta: Geotermálne elektrárne možno stavať len v oblastiach blízko hraníc tektonických dosiek, kde sa nachádzajú geotermálne rezervoáre.
Geotermálne elektrárne
Geotermálne elektrárne využívajú geotermálne zdroje s vysokou teplotou, ktoré pochádzajú buď zo suchých parných alebo horúcich vodných vrtov. Geotermálne elektrárne realizujú vrty hlboko do zeme podobne ako pri ťažbe ropy. Para alebo horúca voda sa odčerpáva na povrch, kde sa používa na otáčanie turbín, ktoré generujú elektrinu.
Existujú tri typy geotermálnych elektrární:
Elektrárne s prehriatou parou
Využívajú prirodzené podzemné zdroje pary. Para vo výrobnom vrte vystupuje na zemský povrch, prenáša energiu na turbínu, kondenzuje a pumpuje sa späť do zeme alebo sa vypúšťa do atmosféry. Elektrárne s prehriatou parou sú najstarším typom geotermálnych elektrární a považujú sa za najjednoduchšie a najefektívnejšie.
Najstaršia elektráreň s prehriatou parou sa nachádza v talianskom meste Laredo. Postavili ju v roku 1911 a naďalej dodáva elektrinu viac ako miliónu obyvateľov. Ďalšia dôležitá elektráreň s prehriatou parou sa nachádza v oblasti geotermálnych zdrojov Geysers severne od San Francisca. Elektrinu vyrába od 60. rokov minulého storočia a dodáva asi pätinu obnoviteľnej energie v Kalifornii.
Elektrárne s horúcou vodou
Premieňajú vysokotlakovú vodu s teplotou nad 180 °C (360 °F) z hĺbky zeme na paru. Keď sa horúca voda dostane na povrch, pošle sa do „dynamickej (flash) nádrže“, ktorá sa udržiava pri oveľa nižšom tlaku. Znížený tlak spôsobí, že určité množstvo vody bude „dynamické“ (flash), čo znamená, že sa rýchlo premení na paru, ktorá poháňa turbíny. Zvyšná kvapalina sa môže znova zmeniť na paru v druhej dynamickej (flash) nádrži, aby sa extrahovalo viac energie.
Elektrárne s horúcou vodou sú najbežnejšie typy geotermálnych elektrární, ktoré sa v súčasnosti používajú. Island je vulkanický ostrov, ktorý využíva geotermálne elektrárne s horúcou vodou, ktoré dodávajú takmer všetku elektrinu potrebnú pre krajinu. Filipíny sa nachádzajú pozdĺž Ohnivého kruhu a majú najväčšiu elektráreň s horúcou vodou na svete.
Elektrárne s binárnym cyklom
Pri výrobe tepla používajú iný prístup. Pracujú s vysokotlakovou vodou pri nižších teplotách od 107 °C do 165 °C (225 °F až 330 °F). Táto metóda využíva výmenník tepla na prenos tepla z horúcej vody do sekundárnej kvapaliny, ktorá poháňa turbíny.
Keďže voda s miernou teplotou je dostupnejšia, očakáva sa, že elektrárne s binárnym cyklom sa v budúcnosti stanú najbežnejším typom geotermálnych elektrární.
Ako sa využíva geotermálna energia?
Tri najbežnejšie využitia geotermálnej energie sú priame použitie, výroba energie a ohrievanie a chladenie z pozemných zdrojov.
Geotermálne systémy s priamym využitím
Využite prirodzene ohrievanú podzemnú vodu, ktorá sa nachádza niekoľko metrov až kilometer pod povrchom zeme. Na odber podzemnej vody, ktorá môže mať teplotu až 93°C alebo viac, sa vykonávajú vrty. V niektorých prípadoch môže teplá voda alebo para stúpať sama, bez potreby aktívneho čerpania, a môže sa používať priamo alebo cyklicky cez výmenník tepla.
Priamo využívaná geotermálna voda sa využíva v mnohých oblastiach vrátane ohrievania rybích fariem, rozmrazovania ľadu a snehu na chodníkoch a cestách, ohrievania veľkých bazénov, vykurovania budov a poskytovania teplej vody. Hoci geotermálne systémy s priamym využitím majú nižšie investičné náklady ako hlbinné geotermálne systémy, táto technológia je obmedzená na oblasti, ktoré majú prirodzené zásoby horúcej podzemnej vody v blízkosti zemského povrchu alebo na ňom, ako sú oblasti so sopečnou alebo tektonickou činnosťou.
Výroba energie
Tri typy geotermálnych elektrární popísané vyššie využívajú na výrobu elektriny geotermálne zdroje hlboko v zemi. Väčšina z nich má uzavreté vodné systémy, v ktorých sa získaná voda po použití čerpá priamo späť do geotermálnej nádrže. Keďže sa veľká časť vody premenila na paru, elektrárne musia dopĺňať značné množstvo vody, aby udržali stály objem vody v nádrži. Hoci je geotermálna energia obnoviteľným zdrojom, ktorý sa dnes využíva približne v 20 krajinách, väčšina geotermálnych vrtov časom vychladne, najmä ak sa teplo získava rýchlejšie, ako sa voda dopĺňa.
Geotermálne ohrievanie a chladenie
Ide o najbežnejší spôsob využívania geotermálnej energie v súčasnosti, ktorý je známy aj ako ohrievanie a chladenie z podzemných zdrojov. Na zodpovedanie otázky „čo je geotermálne vykurovanie?“ je dôležité pochopiť, ako funguje geotermálne tepelné čerpadlo (nazývané aj tepelné čerpadlo so zdrojom v zemi). Namiesto výroby tepla využíva čerpadlo ako zdroj tepla zem a presúva teplo medzi zemou a domom alebo budovou.
Čerpadlo sa zavŕta 10 až 300 metrov do zeme a pripája sa k dlhým slučkám potrubí, ktoré zabezpečujú cirkuláciu kvapaliny v podzemí a v celej budove. V zime kvapalina absorbuje zemské teplo a prenáša ho do budovy, kde ho geotermálne vykurovanie uvoľňuje prostredníctvom potrubného systému. V lete kvapalina absorbuje teplo z budovy a odvádza ho do zeme, kde sa ochladzuje.
Ďalšie spôsoby využívania geotermálnej energie
- V poľnohospodárstve sa využíva geotermálna energia na udržiavanie rastlín v teple počas zimy aplikáciou pary do pôdy.
- Niektoré liečebné kúpele využívajú geotermálne otvory na ohrev víriviek a kúpeľov.
- Horúce pramene sú známe pozitívnym terapeutickým účinkom na zdravie ľudí.
- Prírodné gejzíry môžu byť úžasnými turistickými atrakciami. Gejzír Old Faithful v Yellowstonskom národnom parku je geotermálnym zázrakom s erupciou každých 60 až 90 minút a každý rok ho navštívia asi 4 milióny ľudí.
Budúcnosť geotermálnej energie
Hydraulické frakovanie pre geotermálnu energiu
V ropnom a plynárenskom priemysle frakovanie predstavuje bežný spôsob zvyšovania produkcie. Frakovaním sa vstrekuje vysokotlaková kvapalina do skalných útvarov, aby sa štiepili a stali priepustnými. Hydraulické frakovanie pre geotermálnu energiu využíva podobný prístup a je známe aj pod označením ESG (enhanced geothermal systems, vylepšené geotermálne systémy). Aj keď ide o podobný proces ako typ frakovania, ktorý sa používa v plynárenskom priemysle, existuje medzi nimi niekoľko dôležitých rozdielov. Geotermálne frakovanie vytvára menšie, viac kontrolované zlomy a využíva kvapalinu, ktorá spôsobuje oveľa menšie znečistenie.
ESG produkuje paru extrahovaním energie z hornín, ktoré sú dostatočne teplé, ale príliš suché na to, aby sami produkovali paru. Developeri vŕtajú „vstrekovacie vrty“ zvisle do zeme do hĺbky asi 1 až 4,5 km (0,6 až 2,8 míle), aby sa dostali k rezervoárom horúcich suchých hornín. Potom pomocou vysokotlakovej vody alebo výbušnín rozbijú horniny a vytvoria geotermálny rezervoár kvapaliny. Produkčný vrt čerpá horúcu vodu späť na zemský povrch, ktorý ohrieva sekundárnu kvapalinu meniacu sa na paru podobne ako v elektrárňach s binárnym cyklom. Geotermálna elektráreň využíva paru na pohon turbín na výrobu elektriny.
Prekážky rastu geotermálnej energie
- Nedostatok prírodných geotermálnych zdrojov. Ako bolo popísané na začiatku tohto článku, dostupnosť geotermálnych zdrojov je obmedzená na miesta v blízkosti hraníc tektonických dosiek. Väčšina krajín s prístupom ku geotermálnej energii už tento zdroj do nejakej miery využíva.
- Náklady na prieskum geotermálnych elektrární a riziká. Uskutočnenie počiatočného prieskumného a vrtného programu troch až piatich geotermálnych vrtov stojí 20 až 30 miliónov USD. To sú polu s rizikom neúspešného prieskumu prekážky globálneho rozšírenia využívania geotermálnej energie.
- Náklady a riziko elektrární s vylepšeným geotermálnym systémom. Hoci ESG má potenciál rozšíriť dostupnosť geotermálnych zdrojov, vŕtanie geotermálnych vrtov je v porovnaní s ropnými alebo plynovými vrtmi veľmi nákladné. Ďalšou prekážkou je, že vrty ESG spôsobujú zemetrasenia podobne ako tradičné metódy frakovania. Ak hydraulické frakovanie prebieha v blízkosti už existujúcej poruchy, potom existuje riziko väčších zemetrasení, ktoré môžu byť dostatočne silné na to, aby poškodili okolité budovy.
- Vysoké počiatočné náklady na geotermálne ohrievacie a chladiace systémy. Geotermálne tepelné čerpadlá stoja od 3 500 USD do 7 500 USD za základnú jednotku, pričom drahšie modely s možnosťami ako ohrev teplej vody stoja ešte viac. Navyše, náklady na výkopové práce a inštaláciu môžu vyniesť cenu až na úroveň od 12 000 USD do 15 000 USD. Niektoré krajiny však môžu ponúkať zľavy alebo daňové dobropisy na kompenzáciu niektorých týchto nákladov. Tieto systémy časom prinášajú návratnosť investícií, pretože sú veľmi energeticky úsporné. Ľudia, ktorí investujú do geotermálnych vykurovacích a chladiacich systémov, môžu očakávať úspory od 30 do 70 percent z ročných faktúr za energiu.
Ako geotermálna energia ovplyvňuje prostredie?
Keďže ide o čistý a obnoviteľný zdroj, geotermálna energia sa čoraz viac považuje za alternatívu k fosílnym palivám. Geotermálna energia však ovplyvňuje životné prostredie niekoľkými rôznymi spôsobmi. Z celkového hľadiska pozitívne vplyvy geotermálnej energie prevažujú nad tými negatívnymi.
Negatívne vplyvy
Spotreba vody
Emisie do ovzdušia
Pokles pôdy
Frakovanie ESG
Frakovanie ESG môže vyvolať zemetrasenia, čo je prekážkou pre elektrárne nachádzajúce sa v blízkosti mestských oblastí, podnikov a domácností. Mnohí ľudia navyše veria, že frakovanie ESG má potenciál vytvárať negatívne vplyvy podobné frakovaniu plynu, ako sú úniky, vyliatie a kontaminácia pôdy a podzemných vôd.
Pozitívne vplyvy
Nízke emisie uhlíka
Znižuje závislosť od alternatívnych energií
Znižuje uhlíkovú stopu
Technológie pomáhajú pri transformácii energetiky
Svet stojí pred mimoriadnou výzvou stabilizovať našu klímu vybudovaním ekonomiky s nulovými emisiami oxidu uhličitého. Tieto inovatívne technológie pomáhajú podporovať globálny prechod na čistejšiu energiu:
Microsoft Cloud for Sustainability
Navrhnuté tak, aby organizáciám poskytovalo prehľady potrebné na zaznamenávanie, vykazovanie a znižovanie vplyvu na životné prostredie.
Energetický manažment IoT
Prostredníctvom energetického manažmentu IoT môžu podniky znížiť tlak na sieť, aby podporili svoj záväzok voči udržateľnosti tým, že zvýšia energetickú efektivitu a rovnováhu medzi ponukou a dopytom.
Azure IoT
Poskytovatelia energie, ako napríklad ENGIE, používajú umelú inteligenciu a cloud na zvýšenie efektivity výroby energie a zároveň na zníženie nákladov.
Kvantové výpočty
Kvantové výpočty sú pripravené pomôcť svetu urýchliť riešenie problémov týkajúcich sa prechodu na obnoviteľné zdroje energie, ako je slnečná, vodná, veterná a geotermálna energia.
Urýchlenie cesty k udržateľnosti
Bez ohľadu na to, v ktorom bode svojej cesty k uhlíkovej neutralite sa nachádzate, Microsoft Cloud for Sustainability vám umožní zrýchliť pokrok a transformovať podnikanie prostredníctvom funkcií týkajúcich sa životného prostredia, sociálnych oblastí a riadenia (ESG).
Najčastejšie otázky
-
Geotermálna energia sa považuje za jeden z najudržateľnejších a najefektívnejších typov energie a ide o čistý, spoľahlivý a obnoviteľný zdroj. Využíva teplo uložené v povrchu Zeme na generovanie elektriny a zabezpečenie geotermálneho ohrievania a chladenia domácností a podnikov.
-
Geotermálna energia ponúka tri hlavné výhody:
- Je ohľaduplná k životnému prostrediu.
- Je obnoviteľná.
- Je spoľahlivá a stabilná.
Tento čistý a obnoviteľný zdroj energie pomôže znížiť závislosť sveta od fosílnych palív.
-
V porovnaní s inými zdrojmi energie má geotermálna energia tri nevýhody:
- Spôsobuje únik skleníkových plynov pod zemským povrchom do atmosféry a môže mať vplyv na stabilitu krajiny.
- Geotermálne rezervoáre musia byť riadené tak, aby sa zabezpečilo, že sa nevyčerpajú.
- Geotermálne elektrárne možno stavať len v oblastiach blízko hraníc tektonických dosiek, kde sa nachádzajú geotermálne rezervoáre.
-
Geotermálna energia sa využíva na vykurovanie a chladenie domácností, ohrievanie skleníkov, podporu priemyselných procesov a výrobu elektriny.
-
Štyri typy geotermálnej energie:
- Nízkoteplotná geotermálna energia.
- Kogenerovaná geotermálna energia.
- Geotermálne ohrievanie a chladenie.
- Geotermálna elektráreň.
Sledujte Microsoft