Šta je geotermalna energija?

Otkrijte kako ovaj čist, obnovljiv izvor energije može pomoći da se smanji svetska zavisnost od fosilnih goriva.

Šta je geotermalna energija?

Dok ljudi, organizacije i nacije traže načine da smanje emisije ugljenika, vlade i preduzeća su istupili sa važnim obećanjima o smanjenju ugljenika. Pronalaženje alternativa za fosilna goriva, uključujući ugalj, prirodni gas i naftu, ključno je za postizanje ovih ciljeva. U tom cilju, obnovljivi čistiji izvori energije kao što su solarna energija, hidro energija, vetar i geotermalna energija postaju sve važniji.

Danas se geotermalna energija smatra jednim od najefikasnijih i najodrživijih tipova energije zato što je čist, pouzdan i obnovljiv resurs. Geotermalna energija koristi toplotu uskladištenu unutar zemljine površine za proizvodnju električne energije i obezbeđivanje geotermalnog grejanja i hlađenja za domove i preduzeća. Geotermalni resursi su u upotrebi u Severnoj Americi više od 10.000 godina, pošto su američki paleoindijanci koristili geotermalne tople izvore za grejanje, kuvanje i kupanje.

Geografija igra ključnu ulogu u sposobnosti regiona da iskoristi prednosti geotermalne energije. Najbolji geotermalni resursi se obično nalaze blizu granica tektonskih ploča. Vulkanska aktivnost i zemljotresi su koncentrisani u blizini ovih granica zbog kretanja u zemljinoj kori. Na primer, Vatreni prsten oko ivica Tihog okeana je niz vulkana i seizmičke aktivnosti, prvenstveno uzrokovane tektonikom ploča. Kao rezultat toga, ovaj region ima najaktivnije geotermalne oblasti na svetu.

Trenutno su Sjedinjene Američke Države svetski lider u proizvodnji geotermalne energije, iako je geotermalna energija samo mali procenat potrošnje energije u Sjedinjenim Američkim Državama. Pošto je geotermalna energija uobičajena blizu granica tektonskih ploča, većina američkih geotermalnih elektrana su u zapadnim državama. Kalifornija ima najveću količinu geotermalnih kapaciteta za proizvodnju električne energije sa 40 operativnih geotermalnih elektrana.

Island, Filipini i Salvador su takođe svetski lideri u oblasti geotermalne energije, sa geotermalnom energijom koja čini više od 25 procenata ukupne potrošnje energije svake zemlje.

Pročitajte ovaj članak da biste istražili geotermalnu energiju, procenili njene prednosti i nedostatke i otkrili primere geotermalne energije. Takođe ćete saznati i o budućnosti geotermalne energije i o tome kako tehnologija može pomoći da se ubrzaju inovacije geotermalne energije.

Tipovi geotermalne energije

Geotermalna energija se dobija iz toplote generisane u zemlji. Termin „geotermalni” potiče od grčkih reči „geo”, što znači zemlja, i „thermos”, što znači vruće. Ispod zemljine kore, koja se sastoji od stena i vode, nalazi se sloj vruće rastopljene stene koja se zove magma. Magma dostiže temperaturu od 704°C do 1.316°C i može da se pojavi na površini zemlje kao lava. Magma takođe zagreva stene i podzemne slojeve vode, koji se mogu osloboditi kroz gejzire, tople izvore i parne otvore – sve primere geotermalne energije.

Međutim, većina geotermalne energije Zemlje ostaje pod zemljom u obliku džepova pare i tople vode i sakuplja se različitim metodama:

Geotermalna energija niske temperature

Toplota dobijena iz geotermalne tečnosti blizu površine zemlje raste sama ili joj se pristupa pomoću bunara.
Može se pristupiti sa skoro bilo kog mesta na svetu.
Geotermalne aplikacije za direktnu upotrebu, uključujući grejanje domova, staklenika, ribarstvo i neke industrijske procese.

Koproizvedena geotermalna energija

Koristi vodu zagrejanu kao nusproizvod iz naftnih i gasnih bušotina.
Generiše električnu energiju koju koristi postrojenje ili se prodaje u koordinatnu mrežu.

Geotermalno grejanje i hlađenje

Geotermalne toplotne pumpe se buše između 3 i 91 metara u zemlju.
Zagreva domove i zgrade zimi i hladi ih leti.

Geotermalna elektrana

Ulazi u geotermalne rezervoare duboke do 3 kilometra u zemlji.
Generiše električnu energiju.

Prednosti i nedostaci geotermalne energije

Iako je geotermalna energija obnovljiv i čist energetski resurs, postoje nedostaci, uključujući visoke prvobitne troškove i potencijal da izazove zemljotrese i sleganje, postepeno potonuće površine zemlje.

Prednosti geotermalne energije:

Ekološki prihvatljivi: Geotermalne elektrane imaju minimalan otisak ugljenika i zagađenje povezano sa njima je veoma malo. Geotermalno grejanje i hlađenje smanjuje emisiju gasova staklene bašte.
Obnovljiva: Za razliku od fosilnih goriva, obnovljivi rezervoari geotermalne energije u zemlji se prirodno dopunjuju i trajaće milijardama godina.
Pouzdana i stabilna: Za razliku od vetra i solarne energije, geotermalna energija je uvek dostupna i ne varira. Menadžment može precizno predvideti izlaznu snagu iz geotermalnih elektrana, što ih čini idealnim za ispunjavanje energetskih zahteva osnovnog opterećenja.

Nedostaci geotermalne energije:

Neželjeni efekti na životnu sredinu: Geotermalna energija uzrokuje da neki gasovi staklene bašte ispod površine zemlje pobegnu u atmosferu. Geotermalne elektrane mogu uticati na stabilnost zemljišta i izazvati zemljotrese i sleganje.
Potrebno je upravljanje: Kada ih geotermalna elektrana uključi, geotermalnim rezervoarima se mora pravilno upravljati kako bi se osiguralo da se ne iscrpe.
Postrojenja su ograničena na određene lokacije: Geotermalna postrojenja se mogu graditi samo u oblastima blizu granica tektonskih ploča, gde su dostupni geotermalni rezervoari.

Geotermalne elektrane

Geotermalne elektrane koriste geotermalne resurse visoke temperature koji potiču ili iz bunara suve pare ili tople vode. Slično bušenju nafte, geotermalne elektrane buše bunare duboko u zemlju. Para ili topla voda se pumpa na površinu, gde se koristi za okretanje turbina koje proizvode električnu energiju.

Postoje tri tipa geotermalnih elektrana:

Elektrane na suvu paru

Koristite prirodne podzemne izvore pare. Para putuje do površine zemlje u proizvodnom bunaru, prenosi svoju energiju na turbinu, kondenzuje se i upumpava se nazad u zemlju ili ispušta u atmosferu. Elektrane na suvu paru su najstariji tip geotermalnih postrojenja i smatraju se najjednostavnijim i najefikasnijim.

Najstarija elektrana na suvu paru nalazi se u Laredu u Italiji. Izgrađen 1911. godine, nastavlja da snabdeva strujom više od milion stanovnika. Još jedna važna elektrana na suvu paru je Geotermalno područje gejzira severno od San Franciska. Ona proizvodi električnu energiju od 1960-ih i isporučuje oko jedne petine obnovljive energije u Kaliforniji.

Elektrane na paru

Pretvorite vodu pod visokim pritiskom koja je toplija od 182°C iz dubine zemlje u paru. Kada topla voda dostigne površinu, ona se šalje u „fleš rezervoar“ koji se održava na mnogo nižem pritisku. Smanjeni pritisak uzrokuje da malo vode „treperi“, što znači da brzo isparava u paru da bi pokrenula turbine. Preostala tečnost se može ponovo isprazniti u drugi rezervoar za ispiranje da bi se izvuklo više energije.

Fleš-parne elektrane su najčešći tipovi geotermalnih elektrana koji se danas koriste. Island, vulkansko ostrvo, koristi geotermalne elektrane na brzoj pari za snabdevanje skoro celokupnom električnom energijom koja je zemlji potrebna. Smešteni duž Vatrenog prstena, Filipini imaju najveću elektranu na paru na svetu.

Elektrane binarnog ciklusa

Koristite drugačiji pristup generisanju toplote. Oni rade sa vodom pod visokim pritiskom na nižim temperaturama – između 107°C i 166°C. Ovaj metod koristi izmenjivač toplote za prenos toplote iz tople vode u sekundarni fluid, koji pokreće turbine.

Pošto je voda sa umerenom temperaturom šire dostupna, očekuje se da će postrojenja sa binarnim ciklusom postati najčešći tip geotermalnih elektrana u budućnosti.

Kako se koristi geotermalna energija?

Tri najčešće upotrebe geotermalne energije su direktna upotreba, proizvodnja električne energije i grejanje i hlađenje tla.

Geotermalni sistemi direktne upotrebe

Dodirnite prirodno zagrejanu 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 vruća i do 93°C ili više. U nekim slučajevima, topla voda ili para mogu da se podignu sami, bez potrebe za aktivnim pumpanjem, i mogu se koristiti direktno ili ciklusom kroz izmenjivač toplote.

Geotermalna voda za direktnu upotrebu podržava mnoge primene, uključujući zagrevanje ribarskih farmi, topljenje leda i snega na trotoarima i putevima, grejanje velikih bazena, grejanje zgrada i obezbeđivanje tople vode. Iako geotermalni sistemi za direktnu upotrebu imaju niže kapitalne troškove od dubljih geotermalnih sistema, tehnologija je ograničena na područja koja imaju prirodna tela tople podzemne vode blizu ili na površini zemlje, kao što su regioni sa vulkanskom ili tektonskom aktivnošću.

Geotermalna elektrana koja pumpa vodu iz toplog izvora.

Generisanje energije

Tri tipa gore opisanih geotermalnih elektrana koriste geotermalne resurse duboko u zemlji da bi proizveli električnu energiju. Većina ima vodene sisteme zatvorene petlje, gde pumpaju ekstrahovanu vodu direktno nazad u geotermalni rezervoar nakon upotrebe. Pošto je veći deo vode isparen u paru, biljke moraju ponovo da ubrizgaju značajne količine vode da bi održale stabilnu zapreminu vode u rezervoaru. Iako je geotermalna energija obnovljivi resurs koji se danas koristi u oko 20 zemalja, većina geotermalnih bunara će se vremenom ohladiti, posebno kada se toplota izvlači brže nego što se voda dopunjuje.

Pogled iz vazduha na geotermalno postrojenje.

Geotermalno grejanje i hlađenje

Takođe poznat kao grejanje i hlađenje iz zemlje, ovo je najčešći način na koji se geotermalna energija danas koristi. Da biste odgovorili na pitanje „šta je geotermalno grejanje“, važno je razumeti kako radi geotermalna toplotna pumpa (koja se naziva i toplotna pumpa sa zemljom). Umesto da proizvodi toplotu, pumpa koristi zemlju kao izvor toplote i prenosi toplotu između zemlje i kuće ili zgrade.

Pumpa je izbušena između 3 i 91 metar u zemlju i povezuje se sa dugim petljama cevi koje cirkulišu tečnost ispod zemlje i kroz zgradu. Zimi, tečnost apsorbuje zemljinu toplotu i prenosi je u zgradu, gde je geotermalno grejanje oslobađa kroz sistem kanala. Leti tečnost apsorbuje toplotu u zgradi i nosi je u zemlju radi hlađenja.

Više načina na koji se koristi geotermalna energija

Poljoprivreda koristi geotermalnu energiju da bi biljke bile tople zimi nanošenjem pare na tlo.
Neke banje koriste geotermalne otvore za zagrevanje svojih hidromasažnih kada i kupatila.
Topli izvori su poznati po svojoj terapeutskoj sposobnosti da poboljšaju zdravlje ljudi.
Prirodni gejziri mogu biti turističke atrakcije koje izazivaju strahopoštovanje. „Stari Verni“ u Nacionalnom parku Jelouston je geotermalno čudo koje eruptira svakih 60 do 90 minuta i svake godine ga poseti oko 4 miliona ljudi.

Budućnost geotermalne energije

Hidraulično frakturiranje za geotermalnu energiju

U industriji nafte i gasa frakturiranje je uobičajen način povećanja proizvodnje. Frakturiranje ubrizgava tečnost pod visokim pritiskom u stenske formacije da bi ih razlomio i učinio propusnim. Hidraulično frakturiranje za geotermalnu energiju ima sličan pristup i takođe se naziva „poboljšani geotermalni sistemi“ (ESG). Iako je to sličan proces tipu frakturiranja koji koristi industrija prirodnog gasa, postoje neke važne razlike. Geotermalno frakturiranje kreira manje, kontrolisanije pukotine i koristi tečnost koja uzrokuje mnogo manje zagađenja.

ESG proizvodi paru izvlačeći energiju iz stena koje su dovoljno vruće, ali suviše suve, da same proizvode paru. Projektanti buše „injekcione bušotine“ vertikalno do dubine od oko 1 do 4.5 kilometara u zemlju da bi došli do rezervoara vruće suve stene. Zatim koriste vodu pod visokim pritiskom ili eksplozive da razbiju stene i kreiraju geotermalni rezervoar tečnosti. Proizvodni bunar pumpa toplu vodu nazad na površinu zemlje, koja, slično biljkama binarnog ciklusa, zagreva sekundarni fluid koji treperi u paru. Geotermalna elektrana koristi paru da pokreće turbine i kreira električnu energiju.

Barijere za rast geotermalne energije

Nedostatak prirodnih geotermalnih resursa. Kao što je objašnjeno na početku ovog članka, dostupnost geotermalnih resursa je ograničena na lokacije u blizini granica tektonskih ploča. Većina zemalja sa pristupom geotermalnoj energiji već u izvesnoj meri koristi prednosti ovog resursa.
Troškovi i rizici istraživanja geotermalne elektrane. Izvođenje početnog programa istraživanja i bušenja tri do pet geotermalnih bušotina košta između 20 i 30 miliona USD. Ovo, zajedno sa rizikom od neuspešnog istraživanja, predstavljaju prepreke za povećanje upotrebe geotermalne energije na globalnom nivou.
Troškovi i rizik od poboljšanih postrojenja geotermalnog sistema. Iako ESG ima potencijal da proširi dostupnost geotermalnih resursa, bušenje geotermalnih bunara je veoma skupo u poređenju sa bušenjem nafte ili gasa. Još jedna prepreka je to što su, poput tradicionalnih metoda „frakturiranja“, ESG bunari izazivali zemljotrese. Naročito, ako se hidraulično frakturiranje odvija blizu već postojećeg kvara, onda postoji rizik od većih zemljotresa koji bi mogli biti dovoljno jaki da oštete obližnje zgrade.
Visoki početni troškovi geotermalnih sistema grejanja i hlađenja. Geotermalne toplotne pumpe koštaju između 3.500 USD do 7.500 USD za osnovnu jedinicu, a skuplji modeli sa opcijama kao što je grejanje tople vode koštaju još više. Osim toga, troškovi iskopavanja i instalacije mogu dovesti do cene od 12.000 USD do 15.000 USD. Međutim, neke zemlje mogu ponuditi rabate ili poreske kredite da nadoknade neke od ovih troškova. Ovi sistemi na kraju isporučuju povraćaj ulaganja jer su energetski efikasni. Ljudi koji ulažu u geotermalne sisteme za grejanje i hlađenje mogu očekivati da će uštedeti između 30 do 70 procenata svojih godišnjih računa za energiju.

Kako geotermalna energija utiče na okruženje?

Kao čist i obnovljiv resurs, geotermalna energija se sve više posmatra kao alternativa fosilnim gorivima. Međutim, geotermalna energija utiče na životnu sredinu na nekoliko različitih načina. Sve u svemu, pozitivni uticaji geotermalne energije su veći od negativnih.

Negativni uticaji

Potrošnja vode

Geotermalne elektrane troše mnogo vode za hlađenje i za dopunjavanje geotermalnih rezervoara. Od svih obnovljivih i neobnovljivih elektrana, geotermalna ima drugu najveću potrošnju vode.

Emisije u vazduh

Otvorena geotermalna energetska postrojenja oslobađaju vodonik sulfid, ugljen-dioksid, amonijak, metan i bor u atmosferu. Međutim, većina elektrana geotermalne energije su sistemi zatvorene petlje koji ubrizgavaju gasove uklonjene sa zadnje strane u zemlju uz minimalne emisije u vazduh.

Sleganje

Kada geotermalne elektrane izvlače toplu vodu iz dubine zemlje, one ostavljaju prazne džepove koji vremenom mogu nestati ako se ne dopune. Na površinskom nivou, ovo može uticati i na životnu sredinu i na zgrade.

ESG frakturiranje

ESG frakturiranje može izazvati zemljotrese, što je prepreka za usvajanje za postrojenja koja se nalaze u blizini urbanih područja, preduzeća i domova. Pored toga, mnogi ljudi veruju da ESG frakturiranje ima potencijal da kreira negativne uticaje slične frakturiranju gasa, kao što su curenje, izlivanje i kontaminacija zemljišta i podzemnih voda.

Pozitivni uticaji

Niske emisije ugljenika

U poređenju sa većinom izvora energije, geotermalna energija je ekološki prihvatljiva. Prosečna geotermalna elektrana oslobađa osminu emisije ugljenika koju oslobađa prosečna elektrana na ugalj.

Smanjuje zavisnost od alternativnih energija

Geotermalna energija ima potencijal da obezbedi stabilan pouzdan izvor električne energije koji može pomoći Sjedinjenim Američkim Državama i drugim zemljama da pređu sa svoje zavisnosti od fosilnih goriva i drugih toplotnih energija kao što su propan, prirodni gas i nafta. Pored toga, geotermalnim elektranama nisu potrebna fosilna goriva za rad.

Smanjuje karbonski otisak

Geotermalno grejanje i hlađenje je visoko energetski efikasno. To je efikasan način za ljude da smanje ugljenični otisak svojih domova i zgrada. Na primer, geotermalno grejanje i hlađenje mogu smanjiti emisiju gasova staklene bašte u kući za čak 75 procenata.

Tehnologije pomažu u pokretanju transformacije energije

Svet se suočava sa izuzetnim izazovom da stabilizuje našu klimu izgradnjom neto ekonomije bez ugljenika. Ove inovativne tehnologije pomažu u podršci globalnoj tranziciji na čistiju energiju:

Microsoft Cloud for Sustainability

Dizajniran da pruži organizacijama uvid koji im je potreban da zabeleže, izveštavaju i smanje uticaj na životnu sredinu.

Saznajte više

IoT upravljanje energijom

Pošto je veći deo vode isparen u paru, biljke moraju ponovo da ubrizgaju značajne količine vode da bi održale stabilnu zapreminu vode u rezervoaru.

Saznajte više

Detalji o emisijama prikazani na grafikonima i mapama u usluzi Power BI.

Azure IoT

Dobavljači električne energije kao što je ENGIE koriste veštačku inteligenciju i oblak da povećaju efikasnost proizvodnje energije uz smanjenje troškova.

Saznajte više

Preduzeća uključena u Azure Quantum kao što su Microsoft, Ioniq, 10Bit i još mnoga druga.

Kvantno računarstvo

Kvantno računarstvo je spremno da ubrza rešavanje problema oko prelaska na obnovljive izvore energije kao što su solarna, hidro, vetar i geotermalna energija.

Saznajte više

Ubrzajte put ka održivosti

Gde god da ste na putu ka neto nuli, Microsoft Cloud for Sustainability vam omogućava da poboljšate napredak i transformišete poslovanje pomoću mogućnosti za životnu sredinu, društvo i upravljanje (ESG).

Saznajte više

Najčešća pitanja

Smatra se jednom od najodrživijih i najefikasnijih vrsta energije, geotermalna energija je čist, pouzdan i obnovljiv resurs. Koristi toplotu uskladištenu unutar zemljine površine za proizvodnju električne energije i obezbeđivanje geotermalnog grejanja i hlađenja za domove i preduzeća.
Geotermalna energija nudi tri primarne pogodnosti:

Ekološki prihvatljiv je.

Može da se obnovi.

Pouzdana je i stabilna.

Ovaj čist, obnovljiv izvor energije može pomoći da se smanji svetska zavisnost od fosilnih goriva.
U poređenju sa drugim izvorima energije, geotermalna energija ima tri nedostatka:

To uzrokuje da gasovi staklene bašte ispod površine zemlje pobegnu u atmosferu i mogu uticati na stabilnost zemljišta.

Geotermalnim rezervoarima se mora upravljati kako bi se osiguralo da se ne iscrpe.

Geotermalna postrojenja se mogu graditi samo u oblastima blizu granica tektonskih ploča, gde su dostupni geotermalni rezervoari.
Geotermalna energija se koristi za grejanje i hlađenje domova, zagrevanje staklenika, podršku industrijskim procesima i proizvodnju električne energije.
Četiri tipa geotermalne energije su:

Geotermalna energija niske temperature.

Koproizvedena geotermalna energija.

Geotermalno grejanje i hlađenje.

Geotermalna elektrana.

Šta je geotermalna energija?