Geoterminė energija — kas tai? Apibrėžimas, panaudojimas ir privalumai

Sužinokite, kas yra geoterminė energija: apibrėžimas, panaudojimo būdai ir privalumai — nuo šildymo iki elektros gamybos. Tvarus ir efektyvus sprendimas namams ir pramonei.

Geoterminė energija (iš graikų kalbos šaknų geo - žemė ir termos - šiluma) – tai energija, gaunama iš Žemėsplutoje ir giliau esančios šilumos. Ji kyla tiek iš planetos formavimosi liekanų, tiek iš radioaktyvaus mineralų skilimo, kuris Žemės gelmėse nuolat gamina papildomą šilumą. Žemės centras yra itin karštas: branduolyje temperatūros yra aukštos, o link paviršiaus jos palaipsniui mažėja.

Kaip susidaro geoterminė energija

Nors Saulė įkaitina Žemės paviršių, geoterminė šiluma iškyla ne iš Saulės, o iš žemės vidaus šaltinių. Dalis šilumos yra palikta nuo planetos formavimosi, kita dalis — gaunama iš radioaktyvių izotopų skilimo uolienose. Ši šiluma kaupiasi įvairaus tipo telkiniuose: nuo negilių žemės sluoksnių iki karšto vandens kupolų, karštų uolienų ir net iki ištirpintos uolienos – magmos.

Pagrindinės geoterminės išteklių rūšys

• Negilūs šilumos sluoksniai (keletas metrų): tiesiog po paviršiumi lauko temperatūra yra santykinai pastovi (apie 10–16 °C), tai išnaudoja šilumos siurbliai.
• Karštas gruntinis vanduo ir garai (nuo kelių šimtų metrų iki kilometrų): naudojami elektros gamybai arba tiesiogiai šildymui.
• Karštos, sausos uolienos (kelios mylios/km gylyje): jas galima eksploatuoti užveržiant cirkuliaciją per skilusias uolienas (technologija EGS).
• Magma: didžiausias geoterminės energijos potencialas, bet technologiniai iššūkiai ir didelės gylinės sąlygos riboja komercinį panaudojimą.

Kaip veikia geoterminės elektrinės ir šildymo sistemos

Geoterminė elektrinė gali veikti skirtingais principais: kai kuriose vietose iš gelmių išeinantis garas tiesiogiai suka turbiną, kitur karštas vanduo naudojamas antriniam darbiniam skysčiui (pvz., organiniam), kuris išgaruoja ir suka turbinas. Beje, geoterminės jėgainės paprastai gali tiekti pastovią galią nepriklausomai nuo oro sąlygų.

Tiesioginiam šildymui karštas gruntinis vanduo gali būti tiekiamas į šildymo tinklus arba naudojamas pramonėje, šiltnamiuose, pirtyse ir pan. Pavyzdžiui, Islandijoje daug miestų ir namų šildomi geoterminiais šiltais vandens tinklais.

Geoterminiai šilumos siurbliai (žemė–oras / žemė–vanduo)

Beveik visur apie 3 m gylyje temperatūra žemėje yra beveik pastovi (~10–16 °C). Geoterminiai šilumos siurbliai (dar vadinami žemės šilumos siurbliais) pasinaudoja šiuo stabiliu šaltiniu pastatų šildymui ir vėsinimui. Sistemoje yra šilumos siurblys, oro tiekimo sistema (ortakiai) ir šilumokaitis – vamzdžių tinklas, įkastas šalia pastato. Žiemą šilumos siurblys iškelia šilumą iš žemės į pastatą, vasarą procesas atvirkščias: šiluma iš patalpų perkelta į žemę. Tokios sistemos gali būti uždaros (užpildytos antifrizuojančiu skysčiu) arba atviros (naudojamas gruntinis vanduo), o vamzdynai gali būti horizontaliai įkasti ar vertikaliai gręžti į žemę.

Panaudojimas

Geoterminė energija naudojama trims pagrindiniams tikslams:

• Elektros energijos gamyba – geotermininės jėgainės, kuriose tiekiamas garas arba garinamas antrinis skystis.
• Tiesioginis šildymas – pastatų šildymas, miesto šilumos tinklai, šiltnamių šildymas, vandens šildymas žuvų ūkiuose, pramoniniai procesai (pvz., džiovinimas, pieno apdorojimas).
• Šildymo ir vėsinimo sprendimai – geoterminiai šilumos siurbliai tiek namams, tiek komerciniams pastatams.

Visame pasaulyje geoterminės elektrinės daugiausia randamos vietovėse su sekliais karštais telkiniais – Amerikos vakaruose, Aliaskoje, Havajuose ir kituose seizmiškai bei vulkaniškai aktyviniuose regionuose. Daugelyje šalių geoterminė energija naudojama tiek privačiai, tiek centralizuotai. Karštieji šaltiniai ir geizeriai yra natūralūs geoterminės šilumos indikatoriai, bet komerciniam naudojimui paprastai gręžiami specialūs gręžiniai.

Technologijos ir plėtra

Geoterminė energetika naudoja brandžias technologijas, tačiau vystosi ir naujos kryptys. Viena iš jų – patobulintos geoterminės sistemos (EGS), kur gręžiant ir sukuriant dirbtinę cirkuliaciją šaltam vandeniui per karštas sausas uolienas siekiama išplėsti geoterminių išteklių prieinamumą ten, kur natūralių telkinių trūksta. Kitos pažangos apima geresnius gręžimo metodus, efektyvesnius darbo skysčius ir pažangias turbinų bei šilumokaičių konstrukcijas.

Istoriniai duomenys rodo augimą: 2007 m. pasaulyje buvo pagaminta apie 10 gigavatų elektros energijos iš geoterminių šaltinių. Pastaraisiais dešimtmečiais šis pajėgumas išaugo, nes plėtėsi tiek tradiciniai telkiniai, tiek naujos technologijos, tačiau geoterminė dalis vis dar sudaro nedidelę dalį pasaulio elektros gamybos.

Privalumai

• Pastovi ir patikima galia – geoterminės jėgainės paprastai teikia pastovų energijos kiekį nepriklausomai nuo oro sąlygų.
• Mažesnės CO2 ir teršalų emisijos nei deginant iškastinį kurą (nors vietinės emisijos, pvz., H2S, gali reikėti valdyti).
• Efektyvumas šilumai tiekti – geoterminiai šilumos siurbliai yra labai efektyvūs, ypač lyginant su atskirais elektriniais šildymo įrenginiais.
• Lokalus energijos šaltinis – sumažina priklausomybę nuo importuojamų kuro išteklių.

Apribojimai ir aplinkos aspektai

• Geografinės ribos – aukštos temperatūros telkiniai, tinkami elektros gamybai, yra susitelkę tam tikrose zonose; EGS gali padėti, bet brangiai.
• Išnaudojimas ir atsistatymas – intensyvus šilumos išgavimas gali vietiškai sumažinti temperatūrą ar spaudimą, todėl reikia tinkamo valdymo ir reinjekcijos.
• Indukuota seismika – ypač EGS projektuose gręžimai ir vandens injekcija gali sukelti mažas žemės drebėjimo bangas; tinkamos procedūros ir stebėsena svarbios rizikai mažinti.
• Vandens ir cheminiai klausimai – geotermininis vanduo gali būti prisotintas mineralų ir dujų; būtini valymo ir pėdsakų tvarkymo sprendimai.
• Aukštos pradinės investicijos – ypač gręžimui ir infrastruktūrai; tačiau eksploatacijos sąnaudos dažnai yra mažesnės ilguoju laikotarpiu.

Išvados ir perspektyvos

Geoterminė energija yra patikimas ir aplinkai palankus atsinaujinančios energijos šaltinis su plačiomis panaudojimo galimybėmis – nuo vietinių šildymo sprendimų iki elektros gamybos. Technologijų vystymasis, ypač EGS ir pažangūs gręžimo metodai, gali gerokai išplėsti prieinamų išteklių spektrą. Tinkamai valdoma ir integruota į energetikos sistemas, geoterminė energija gali tapti reikšminga švarios ir pastovios energijos dalimi ateinančiuose dešimtmečiuose.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra geoterminė energija?

K: Kiek elektros energijos pasaulyje 2007 m. buvo pagaminta iš geoterminės energijos?

K: Kokią temperatūrą išlaiko žemė 10 pėdų gylyje po Žemės paviršiumi?

K: Kaip geoterminiai šilumos siurbliai gali būti naudojami pastatams šildyti?

K.: Ar patobulintų geoterminių sistemų projektai yra brandžios technologijos?

Paieška pagal raidę