Геотермална енергия: определение, приложения и предимства

Геотермална енергия: дефиниция, приложения и предимства — устойчиви решения за електро- и топлоснабдяване, икономии, ниски емисии и иновативни технологии за бъдещето.

Геотермалната енергия (от гръцките корени geo, което означава земя, и thermos, което означава топлина) е енергия, получена от топлината в земнатакора. Тази топлина идва от вътрешността на планетата и се проявява във вид на горещи скали, гореща вода, пара, магма или просто по-високи температури в подземни слоеве.

Произход на топлината

Въпреки че Слънцето нагрява повърхността на Земята, геотермалната топлина в недрата не е резултат от слънчевото греене. Част от нея (приблизително 20 %) е остатъчна топлина от първоначалното формиране на планетата, а около 80 % се дължи на радиоактивното разпадане на минералите. Температурата на Земята е най-висока в ядрото, след което постепенно намалява към повърхността.

Ресурси и разновидности

Ресурсите на геотермалната енергия варират по дълбочина и температура:

• плитка геотермална енергия (земя на няколко метра под повърхността с почти постоянна температура),
• гореща вода и горещи скали на няколко километра под повърхността,
• много горещи скали и магма в по-дълбоки слоеве, които съдържат огромни количества топлинна енергия.

Геотермалните ресурси са се използвали за къпане още от палеолита, но днес те са известни предимно като източник за производство на електроенергия и за директни топлинни приложения.

Производство на електроенергия

Геотермалните електроцентрали експлоатират подземни резервоари с гореща вода или пара. В зависимост от характеристиките на ресурса се използват три основни принципа:

• Dry steam (суха пара) – директно използване на подземна пара за задвижване на турбина.
• Flash steam (вспомпваща пара) – горещата подземна вода се изтегля при налягане и при отпадането му част от водата мигновено се превръща в пара, която върти турбината.
• Binary cycle (двуконтурна) – горещата вода загрява работна течност с по-ниска точка на кипене в затворена система; изпарената работна течност върти турбина, а кондензираният флуид се връща за повторно използване. Този метод позволява използване на по-нискотемпературни ресурси.

През 2007 г. в целия свят геотермалната енергия е била използвана за производството на около 10 гигавата електроенергия, което тогава представляваше около 0,3 % от световната електропроизводство. Оттогава капацитетът е нараснал в много страни, като технологията остава ценна заради възможността да осигурява стабилна, базова (24/7) мощност.

Директни приложения и геотермални термопомпи

Геотермалната енергия се използва не само за ток, но и директно за отопление и промишлени нужди. Примери за директна употреба:

• отопление на сгради и градски топлосистеми (district heating),
• оранжерийно отопление, отглеждане на растения, аквакултура (рибни ферми),
• сушене на селскостопански продукти, индустриални процеси (например пастьоризиране),
• балнеология и рекреация — отопляване на басейни и СПА.

Почти навсякъде земята на 10 фута (3 м) под повърхността поддържа почти постоянна температура между 10° и 16 °C (50° и 60°F). Геотермалните термопомпи използват тази стабилна температура за ефективно отопление и охлаждане на сгради. Система типично включва термопомпа, система за подаване на въздух (тръбопроводи) и топлообменник – мрежа от тръби, заровени в плитката земя.

През зимата термопомпата отнема топлината от почвата и я прехвърля в помещението; през лятото процесът е обратен и топлината от сградата се прехвърля в земята. Част от топлината, отделена през лятото, може да се използва и за затопляне на вода. Захранването на термопомпата (електричеството) идва от външен източник.

Примери и география

Геотермалните ресурси и тяхната експлоатация са съсредоточени в райони с активна геотермална дейност — тектонични граници, вулканични зони и райони с повишена геотермална градиента. В Съединените щати повечето горещи подземни резервоари се намират в западните щати, Аляска и Хаваите. Страни като Исландия използват широкомащабно геотермална енергия за отопление и производство на електричество, вследствие на богатите си находища.

Разширени геотермални системи (EGS) и други иновации

Електроцентралите и повечето директни приложения са зрели технологии, но се развиват и нови подходи. Проектите за усъвършенствани геотермални системи (EGS) целят да превърнат обширни зони от горещи сухи скали в икономически източник на топлина чрез изкуствено създаване или разширяване на пукнатинна мрежа и циркулация на вода. Общата идея е да се инжектира студена вода в един кладенец, тя да мине през горещите пукнатини и да бъде изтеглена от друг кладенец като затоплена вода или пара. Подобни методи могат значително да увеличат приложимостта на геотермалната енергия, но за търговско използване все още има технологични и икономически предизвикателства.

Също така съществуват изследвания за директно използване на топлина от магмата, но това е технически сложна област и в момента не е комерсиализирана.

Предимства

• Възобновяем и устойчив източник на енергия при правилно управление.
• Осигурява базова, непрекъсната мощност (не зависи от слънце или вятър).
• Ниско ниво на емисии на парникови газове в сравнение с изкопаемите горива.
• Малък физически отпечатък на съоръженията в сравнение с големи централи на въглища или слънчеви полета.
• Възможност за интегриране в системи за градско отопление и промишлени процеси.

Предизвикателства и въздействие

• Локализираност: най-лесните и икономически изгодни ресурси са в геоложки специфични региони.
• Начални инвестиции: сондирането и изграждането на съоръжения могат да бъдат скъпи и рискови, докато не се докаже качество на ресурса.
• Технически проблеми: корозия, отлагания, управление на подземни флуиди и износване на оборудване.
• Индуцирана сейсмичност: особено при EGS и при инжектиране на флуиди, съществува риск от предизвикани земетресения, който изисква подходящ мониторинг и управление.
• Емисии и отпадъци: макар ниски, някои геотермални инсталации може да отделят серни съединения или да изискват третиране на подземни води.

Икономика и перспективи

Икономическата ефективност зависи от дълбочината и температурата на ресурса, разходите за сондиране и конструкция и от политическите/регулаторни стимули (напр. субсидии, тарифи и политики за възобновяема енергия). Технологични подобрения, развитието на EGS и намаляване на разходите за сондиране могат да направят геотермалната енергия значително по-достъпна и по-широко разпространена в бъдеще.

Заключение

Геотермалната енергия е надежден и ефективен източник на топлина и електроенергия с ниски емисии и малък отпечатък, особено подходящ за райони с богат геотермален потенциал. Комбинацията от вече утвърдени технологии (електроцентрали и директни приложения) и иновации като EGS дава възможност за значително разширение на използването ѝ, при условие на добро планиране, управление на рисковете и подходящи инвестиции.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява геотермалната енергия?

Въпрос: Колко от електроенергията в света е била произведена от геотермална енергия през 2007 г.?

В: Каква температура поддържа земята на дълбочина 10 фута под земната повърхност?

В: Как геотермалните термопомпи могат да се използват за отопление на сгради?

В: Проектите за подобрени геотермални системи зрели технологии ли са?

Търсене по буква