Vad är geotermisk energi?
Upptäck hur den här rena, förnyelsebara energiresursen kan hjälpa till att minska världens beroende av bränslen.
Vad är geotermisk energi?
När människor, organisationer och nationer letar efter sätt att minska koldioxidutsläppen, har myndigheter och företag gått framåt med viktiga löften om koldioxidminskning. Att hitta alternativ till fossila bränslen inklusive kol, naturgas och petroleum är avgörande för att uppnå dessa mål. För detta ändamål växer förnybara renare energikällor som sol, vattenkraft, vind och geotermisk energi i betydelse.
Idag anses geotermisk energi vara en av de mest effektiva och hållbara energislagen eftersom det är en ren, pålitlig och förnybar resurs. Geotermisk energi använder värmen som lagras i jordytan till att generera el och bidra med geotermisk uppvärmning och kylning för hem och företag. Geotermiska resurser har använts i Nordamerika i mer än 10 000 år, eftersom amerikanska Paleo-indianer använde geotermiska varma källor för värme, matlagning och bad.
Geografi spelar en avgörande roll för en regions förmåga att dra nytta av geotermisk energi. De bästa geotermiska resurserna är vanligtvis belägna nära gränserna för tektoniska plattor. Vulkanisk aktivitet och jordbävningar är koncentrerade nära dessa gränser på grund av rörelser i jordskorpan. Till exempel är Eldringen runt Stilla havets kanter en rad vulkaner och seismisk aktivitet, främst orsakad av plattektonik. Därför har den här regionen de mest aktiva geotermiska områdena i världen.
För närvarande är USA världsledande inom geotermisk energiproduktion, även om geotermisk energi bara är en liten andel av USA:s energiförbrukning. Eftersom geotermisk energi är vanlig nära tektoniska plattgränser, ligger de flesta geotermiska kraftverk i USA i västra delstater. Kalifornien har den största mängden geotermisk elproduktionskapacitet med 40 operativa geotermiska anläggningar.
Island, Filippinerna och El Salvador är också världsledande inom geotermisk energi, med geotermisk energi som står för mer än 25 procent av varje lands totala energianvändning.
Läs den här artikeln för att utforska geotermisk energi, utvärdera dess för- och nackdelar och upptäcka geotermisk energiexempel. Du kommer också att lära dig om framtiden för geotermisk energi och hur teknik kan hjälpa till att påskynda geotermisk energiinnovation.
Typer av geotermisk energi
Geotermisk energi hämtas från den värme som alstras i jorden. Termen "geotermisk" kommer från de grekiska orden "geo", som betyder jord och "termos", som betyder het. Under jordskorpan, som består av stenar och vatten, finns ett lager av het smält sten som kallas magma. Magma når temperaturer på 700 °C till 1315 °C och kan bubbla till jordens yta som lava. Magma värmer också upp stenar och underjordiska lager av vatten, som kan släppas ut genom gejsrar, varma källor och ångventiler – alla exempel på geotermisk energi.
Men det mesta av jordens geotermiska energi förblir under jord som fickor av ånga och varmvatten och skördas med olika metoder:
Geotermisk energi med låg temperatur
- Värme som erhålls från geotermisk vätska nära jordytan stiger av sig själv eller nås via en brunn.
- Kan nås nästan var som helst i världen.
- Direktanvändning av geotermiska applikationer inklusive uppvärmning av bostäder, växthus, fiske och vissa industriella processer.
Samproduktion av geotermisk energi
- Använder vatten som värms upp som en biprodukt från olje- och gaskällor.
- Genererar el som används av anläggningen eller säljs till elnätet.
Geotermisk värme och kylning
- Jordvärmepumpar borras mellan 10 och 300 fot ner i jorden.
- Värmer hem och byggnader på sommaren och kyler dem på sommaren.
Geotermiska kraftverk
- Tappar in i geotermiska reservoarer så djupt som tre kilometer i jorden.
- Genererar el.
Fördelar och nackdelar med geotermisk energi
Även om geotermisk energi är en förnybar och ren energiresurs, finns det nackdelar med den, inklusive höga initiala kostnader och potentialen att orsaka jordbävningar och sättningar, en gradvis förlisning av ett landområde.
Fördelar med geotermisk energi:
- Miljövänligt: Geotermiska kraftverk har minimala koldioxidavtryck och föroreningarna i samband med dem är mycket låga. Geotermisk värme och kylning minskar utsläppen av växthusgaser.
- Förnybar: Till skillnad från fossila bränslen fylls reservoarer för geotermisk energi i jorden på naturligt och kommer att hålla i flera miljarder år.
- Pålitlig och stabil: Till skillnad från vind- och solenergi är geotermisk energi alltid tillgänglig och fluktuerar inte. Ledningen kan exakt förutsäga effektuttaget från geotermiska kraftverk, vilket gör dem idealiska för att möta energikraven för baslast.
Nackdelar med geotermisk energi:
- Miljörelaterade sidoeffekter: Geotermisk energi gör att vissa växthusgaser under jordens yta kommer ut i atmosfären. Geotermiska kraftverk kan påverka markens stabilitet och har utlöst jordbävningar och orsakat sättningar.
- Hantering krävs: När de har utnyttjats av ett geotermiskt kraftverk måste geotermiska reservoarer hanteras korrekt för att säkerställa att de inte är uttömda.
- Anläggningar är begränsade till specifika platser: Geotermiska anläggningar kan endast byggas i områden nära tektoniska plattgränser, där geotermiska reservoarer finns tillgängliga.
Geotermiska kraftverk
Geotermiska kraftverk använder geotermiska resurser med hög temperatur som kommer från antingen torrånga eller varmvattenbrunnar. I likhet med att borra efter olja borrar geotermiska kraftverk brunnar djupt ner i jorden. Ånga eller varmvatten pumpas till ytan, där det används för att driva turbiner som genererar el.
Det finns tre typer av geotermiska kraftverk:
Kraftverk med torrånga
Använd naturliga underjordiska ångkällor. Ångan färdas upp till jordytan i produktionsbrunnen, överför sin energi till turbinen, kondenseras och pumpas tillbaka till jorden eller släpps ut i atmosfären. Torrångkraftverk är den äldsta typen av geotermiska anläggningar och anses vara de enklaste och mest effektiva.
Det äldsta torrångkraftverket ligger i Laredo, Italien. Den byggdes 1911 och fortsätter att leverera el till mer än en miljon invånare. Ett annat viktigt kraftverk med torr ånga är Geysers Geothermal Resource Area norr om San Francisco. Det har producerat el sedan 1960-talet och levererar ungefär en femtedel av Kaliforniens förnybara energi.
Flash-ångkraftverk
Konvertera högtrycksvatten som är varmare än 180 °C från djupt inne i jorden till ånga. När det varma vattnet når ytan skickas det till en "flashtank" som hålls vid ett mycket lägre tryck. Det reducerade trycket får en del vatten att "flasha", vilket betyder att det snabbt avdunstar till ånga för att driva turbinerna. Överbliven vätska kan exponeras igen i en andra flashtank för att utvinna mer energi.
Flash-ångkraftverk är de vanligaste typerna av geotermiska anläggningar som används idag. Island, en vulkanö, använder geotermiska kraftverk med ånga för att leverera nästan all el landet behöver. Filippinerna, som ligger längs Eldringen, har det största Flash-ångkraftverket i världen.
Binary-cycle kraftverk
Använder ett annat tillvägagångssätt för att generera värme. De arbetar med högtrycksvatten vid lägre temperaturer - mellan 107 °C och 165 °C. Denna metod använder en värmeväxlare för att överföra värmen från varmvattnet till en sekundär vätska, som driver turbinerna.
Eftersom medeltemperaturvatten är mer allmänt tillgängligt förväntas binärcykelfabriker bli den vanligaste typen av geotermiska anläggningar i framtiden.
Hur används geotermisk energi?
De tre vanligaste användningsområdena för geotermisk energi är direktanvändning, kraftgenerering och bergvärme och -kyla.
Geotermiska system för direktanvändning
Utnyttja naturligt uppvärmt markvatten som finns några meter till mindre än en mil under jordens yta. Brunnar detaljgranskas för att extrahera grundvatten, som kan vara lika varmt som 200°F eller mer. I vissa fall kan varmvatten eller ångbastu resa sig på egen hand, utan behov av aktiv pumpning, och kan användas direkt eller växlas via en värmeväxlare.
Geotermisk direktanvändning har stöd för många program, bland annat uppvärmning av fiskeparker, is och snö som fryser på anläggningar och vägar, värmer upp stora pooler, värmer byggnader och tillhandahåller varmvatten. Även om geotermiska system för direkt användning har lägre kapitalkostnader än djupare geotermiska system, är tekniken begränsad till områden som har naturliga kroppar av hett grundvatten nära eller på jordens yta, såsom regioner med vulkanisk eller tektonisk aktivitet.
Kraftproduktion
De tre typerna av geotermiska elverk som beskrivs ovan utnyttjar geotermiska resurser djupt inne i jorden för att producera elektricitet. De flesta har slutna vattensystem, där de pumpar det utvunna vattnet direkt tillbaka till bergvärmemagasinet efter användning. Eftersom mycket av vattnet har förångats till ånga, måste växterna återinjicera betydande mängder vatten för att upprätthålla en jämn volym vatten i reservoaren. Även om geotermisk energi är en förnybar resurs som används i ett 20-tal länder idag, kommer de flesta geotermiska brunnar att svalna med tiden, särskilt när värmen utvinns snabbare än vattnet fylls på.
Geotermisk värme och kylning
Även känt som bergvärme, detta det vanligaste sättet att använda geotermisk energi idag. För att svara på frågan "vad är bergvärme" är det viktigt att förstå hur en geotermisk värmepump (även kallad bergvärmepump) fungerar. Istället för att generera värme använder pumpen jorden som sin värmekälla och flyttar runt värmen mellan jorden och bostaden eller byggnaden.
Pumpen borras mellan 10 och 300 fot ner i jorden och ansluts till långa rörslingor som cirkulerar vätska under jorden och genom hela byggnaden. På vintern absorberar vätskan jordens värme och för den in i byggnaden, där bergvärme släpper ut den genom ett kanalsystem. På sommaren absorberar vätskan värme i byggnaden och bär den ned till jorden för kylning.
Fler sätt att använda geotermisk energi
- Jordbruk använder geotermisk energi för att hålla växterna varma på vintern genom att tillföra ånga i jorden.
- Vissa kurorter använder geotermiska ventiler för att värma sina badkar och bad.
- Varma källor är kända för sin terapeutiska förmåga att förbättra människors hälsa.
- Naturliga gejsrar kan vara imponerande turistattraktioner. "Old Faithful" i nationalparken Yellowstone är ett geotermiskt underverk som bryter ut var 60:e till 90:e minut och som besöks av cirka 4 miljoner människor varje år.
Framtiden för geotermisk energi
Hydraulisk fracking för geotermisk energi
Fracking är ett vanligt sätt att öka produktionen inom olje- och gasindustrin. Fracking injicerar högtrycksvätska i bergformationer för att spräcka dem och göra dem genomträngliga. Hydraulisk fracking för geotermisk energi har ett liknande tillvägagångssätt och kallas också för "enhanced geothermal systems" (ESG). Även om det är en process som liknar den typ av fracking som naturgasindustrin använder, finns det några viktiga skillnader. Geotermisk fracking skapar mindre, mer kontrollerade sprickor och använder vätska som orsakar mycket mindre föroreningar.
ESG producerar ånga genom att utvinna energi från bergarter som är tillräckligt varma, men för torra, för att producera ånga på egen hand. Exploatörer borrar "injektionsbrunnar" vertikalt till ett djup av cirka 1 till 4,5 kilometer in i jorden för att nå de varma torra bergsreservoarerna. Sedan använder de högtrycksvatten eller sprängämnen för att spräcka klipporna och skapa den geotermiska reservoaren av vätska. En produktionsbrunn pumpar tillbaka det varma vattnet till jordens yta, vilket, i likhet med anläggningar med binary-cycle kraftvärk, värmer en sekundär vätska som flashar till ånga. Det geotermiska kraftverket använder ångan för att driva turbinerna för att skapa elektricitet.
Hinder för tillväxten av geotermisk energi
- Brist på naturliga geotermiska resurser. Som diskuterades i början av denna artikel är tillgången på geotermiska resurser begränsad till platser nära tektoniska plattgränser. De flesta länder med tillgång till geotermisk energi utnyttjar redan till viss del resursen.
- Kostnader och risker för prospektering av geotermiska kraftverk. Det kostar mellan 20 och 30 miljoner USD att genomföra ett första prospekterings- och borrprogram med tre till fem geotermiska brunnar. Detta, tillsammans med risken för misslyckad prospektering, är hinder för att skala användningen av geotermisk energi globalt.
- Kostnad och risk för förstärkta geotermiska systemanläggningar. Även om ESG har potential att utöka tillgången på geotermiska resurser är det mycket kostsamt att borra geotermiska brunnar jämfört med att borra efter olja eller gas. En annan barriär är att ESG-brunnar, precis som traditionella “metoder”, har orsakat jordskalv. Särskilt om den hydrauliska frackningen äger rum nära ett redan existerande fel, finns det risk för större jordbävningar som kan vara starka nog att skada närliggande byggnader.
- Höga initiala kostnader för system för geotermisk värme och kylning. Jordvärmepumpar kostar mellan 3 500 USD till 7 500 USD för en basenhet, och dyrare modeller med alternativ som varmvattenuppvärmning kostar ännu mer. Dessutom kan utgrävnings- och installationskostnader höja priset till 12 000 USD till 15 000 USD. Vissa länder kan dock erbjuda rabatter eller skattelättnader för att kompensera en del av dessa kostnader. Dessa system ger så småningom avkastning på investeringen eftersom de är mycket energieffektiva. Människor som investerar i system för geotermisk värme och kylning kan förvänta sig att spara mellan 30 och 70 procent av sina årliga energiräkningar.
Hur påverkar geotermisk energi miljön?
Som en ren och förnybar resurs ses geotermisk energi alltmer som ett alternativ till fossila bränslen. Men geotermisk energi påverkar miljön på flera olika sätt. Sammantaget överväger de positiva effekterna av geotermisk energi de negativa.
Negativ påverkan
-
Vattenförbrukning
Geotermiska kraftverk förbrukar mycket vatten för kylning och för att fylla på geotermiska reservoarer. Av alla förnybara och icke-förnybara kraftverk har geotermisk den näst största vattenförbrukningen. -
Luftutsläpp
Open-loop geotermiska energianläggningar släpper ut svavelväte, koldioxid, ammoniak, metan och bor i atmosfären. De flesta geotermiska energianläggningar är dock slutna system som injicerar de gaser som avlägsnas från baksidan i jorden med minimala luftutsläpp. -
Sättningar
När geotermiska kraftverk utvinner varmvatten från djupt inne i jorden lämnar de tomma fickor som kan avta med tiden om de inte fylls på. På ytan kan detta påverka både miljö och byggnader. -
ESG-fracking
ESG-fracking kan framkalla jordbävningar, vilket är ett hinder för användning för anläggningar som ligger nära stadsområden, företag och hem. Dessutom tror många att ESG-fracking har potential att skapa negativa effekter som liknar gasfracking, såsom läckor, spill och förorening av mark och grundvatten.
Positiv påverkan
-
Låga koldioxidutsläpp
Jämfört med de flesta energikällor är geotermisk energi miljövänlig. Det genomsnittliga geotermiska kraftverket släpper ut en åttondel av de koldioxidutsläpp som släpps ut av ett genomsnittligt kolverk. -
Minskar beroendet av alternativa energier
Geotermisk energi har potential att tillhandahålla en stadig pålitlig elkälla som kan hjälpa USA och andra länder att övergå från sitt beroende av fossila bränslen och andra termiska energier som propan, naturgas och olja. Dessutom behöver geotermiska kraftverk inte fossila bränslen för att fungera. -
Minskar koldioxidavtryck
Geotermisk värme och kylning är mycket energieffektivt. Det är ett effektivt sätt för människor att minska koldioxidavtrycken från sina hem och byggnader. Till exempel kan geotermisk värme och kyla minska ett hems utsläpp av växthusgaser med så mycket som 75 procent. -
Teknologi hjälper till att driva energiomvandling
Världen står inför en enorm utmaning för att stabilisera vårt klimat genom att skapa en koldioxidsnål ekonomi. Dessa innovativa tekniker hjälper till att stödja den globala övergången till renare energi:
Microsoft Cloud for Sustainability
Designad för att ge organisationer den insikt de behöver för att registrera, rapportera och minska sin miljöpåverkan.
IoT Energihantering
Genom IoT-energihantering kan företag ta bort trycket från nätet för att stödja sitt engagemang för hållbarhet genom att förbättra energieffektiviteten och balansen mellan utbud och efterfrågan.
Azure IoT
Energileverantörer som ENGIE använder AI och molnet för att öka energieffektiviteten och samtidigt minska kostnaderna.
Kvantberäkning
Med kvantberäkning kan vi påskynda problemlösningen kring övergången till förnybara energikällor som sol, vatten, vind och geotermisk energi.
Snabba upp din hållbarhetsresa
Oavsett var du befinner dig på resan mot nollutsläpp gör Microsoft Cloud for Sustainability det möjligt för dig att öka framstegen och omvandla din verksamhet med hjälp av funktioner för miljö, socialt ansvar och bolagsstyrning (ESG).
Vanliga frågor och svar
-
Geotermisk energi anses vara en av de mest hållbara och effektiva energislagen och är en ren, pålitlig och förnybar resurs. Det använder värmen som lagras i jordytan till att generera el och bidra med geotermisk uppvärmning och kylning för hem och företag.
-
Geotermisk energi erbjuder tre huvudsakliga fördelar:
- Det är miljövänligt.
- Det är förnybart.
- Det är tillförlitligt och stabilt.
Denna rena, förnybara energiresurs kan bidra till att minska världens beroende av fossila bränslen.
-
Jämfört med andra energikällor har geotermisk energi tre nackdelar:
- Det gör att växthusgaser under jordens yta kommer ut i atmosfären och kan påverka landets stabilitet.
- Geotermiska reservoarer måste hanteras för att säkerställa att de inte utarmas.
- Geotermiska anläggningar kan endast byggas i områden nära tektoniska plattgränser, där geotermiska reservoarer finns tillgängliga.
-
Geotermisk energi används för att värma och kyla hem, värma upp växthus, stödja industriella processer och generera elektricitet.
-
De fyra typerna av geotermisk energi är:
- Geotermisk energi med låg temperatur.
- Samproduktion av geotermisk energi.
- Geotermisk värme och kylning.
- Geotermiska kraftverk.
Följ Microsoft