Mis on geotermiline energia?
Avastage, kuidas see kestlik ja taastuv energiaressurss aitab vähendada maailma sõltuvust fossiilkütusest.
Mis on geotermiline energia?
Kuna inimesed, organisatsioonid ja riigid otsivad võimalusi süsiniku heitkoguste vähendamiseks, annavad valitsused ning ettevõtted lubadusi süsinikuheidete vähendamiseks. Nende eesmärkide täitmisel on fossiilkütustele (süsi, maagaas ja nafta) alternatiivide leidmine kriitilise tähtsusega. Seetõttu muutuvad üha olulisemaks kestlikuma taastuvenergia allikad, nagu päikese-, hüdro-, tuule- ja geotermaalenergia.
Praegu peetakse geotermilist energiat üheks kõige tõhusamaks ja kestlikumaks energiatüübiks, kuna see on keskkonnasõbralik, töökindel ja taastuv ressurss. Geotermiline energia kasutab Maa pinna talletatud soojust elektri tootmiseks ning geotermilise kütte ja jahutuse pakkum+iseks majapidamistele ja ettevõtetele. Geotermilisi ressursse on Põhja-Ameerikas kasutatud üle 10 000 aasta. Ameerika paleoindiaanlased kasutasid geotermilisi kuumaveeallikaid soojuse, toiduvalmistamise ja kümbluse jaoks.
Geograafial on oluline roll piirkonna geotermilise energia kasutamisvõimalustes. Parimad geotermilised ressursid asuvad tavaliselt tektooniliste laamade piiride lähedal. Maakoore liikumise tõttu koonduvad vulkaaniline tegevus ja maavärinad nende piiride lähedale. Näiteks Vaikset ookeani ümbritsev tulerõngas on vulkaanide ja seismilise aktiivsusega ala, mida põhjutavad peamiselt tektoonilised laamad. Seetõttu on selles piirkonnas maailma kõige aktiivsemad geotermilised alad.
Praegu on Ameerika Ühendriigid geotermilise energia tootmises maailmas esirinnas, kuigi geotermiline energia on vaid väike osa USA energiatarbest. Kuna geotermiline energia on tavaliselt tektooniliste laamade piiride lähedal, on enamik USA geotermaalelektrijaamu lääneosariikides. Suurim geotermilise elektri tootmisvõimsus on Californias, kus on 40 geotermaaljaama.
Island, Filipiinid ja El Salvador on samuti geotermaalenergia valdkonnas maailmas juhtpositsioonil, kuna geotermiline energia moodustab üle 25% iga riigi energia kogutarbimisest.
Selles artiklis saate teavet geotermilise energia kohta, hinnata selle eeliseid ja puuduseid ning tutvuda näidetega geotermilisest energiast. Samuti saate teavet geotermilise energia tuleviku kohta ja sellest, kuidas tehnoloogia aitab kiirendada geotermilise energia innoveerimist.
Geotermilise energia tüübid
Geotermiline energia saadakse maa sees genereeritud soojusest. Sõna „geotermiline“ pärineb kreekakeelsetest sõnadest „geo“, mis tähendab maakera, ja „termosid“, mis tähendab kuuma. Kividest ja veest koosneva maakoore all on kuuma sulakivimi kiht, mida nimetatakse magmaks. Magma temperatuur on 1300 °F kuni 2400 °F ja see võib tungida maapinnale laavana. Magma kütab ka kaljusid ning maaaluseid veekihte, mis vabanevad geisrite, kuumaveeallikate ja fumaroolide kaudu. Need kõik on näited geotermilisest energiast.
Siiski jääb suurem osa Maa geotermilisest energiast maa alla auru- ja kuuma vee tühimikesse ning seda kogutakse mitmesuguste meetodite abil.
Madala temperatuuriga geotermiline energia
- Kuumust saadakse maapinna lähedale tõusnud geotermilisest vedelikust või pääsetakse selleni puurkaevu abil.
- See on kättesaadav peaaegu kõikjal maailmas.
- Saab otse kasutada geotermilistel otstarvetel, sh majapidamiste, kasvuhoonete, kalandusasutuste ja teatud tööstustegevuste kütmiseks.
Koostoodetud geotermiline energia
- Kasutab nafta- ja gaasikaevanduse kõrvalsaadusena kuumutatud vett.
- Genereerib elektrit, mida jaam kasutab või mis müüakse elektrivõrgule.
Geotermiline küte ja jahutus
- Geotermilised soojuspumpad puuritakse 10–300 jala sügavusele maasse.
- Talvel soojendab majapidamisi ja hooneid ning suvel jahutab neid.
Geotermiline elektrijaam
- Ulatab geotermilisse reservuaari kuni kahe miili sügavusel maa all.
- Genereerib elektrit.
Geotermilise energia eelised ja puudused
Kuigi geotermiline energia on taastuv ja kestlik energiavara, on sellel puudused, sealhulgas suured esialgsed kulud ning oht põhjustada maavärinad ja maa järkjärgulist vajumist.
Geotermilise energia eelised
- Keskkonnasõbralik: geotermilistel elektrijaamadel on minimaalsed süsinikjalajäljed ja nendega seotud saaste on väga vähene. Geotermiline kütte ja jahutus vähendab kasvuhoonegaaside heitkoguseid.
- Taastuv: erinevalt fossiilkütusest taastuvad maa sees olevad geotermilised energiareservuaarid looduslikult ja kestavad miljardeid aastaid.
- Töökindel ja stabiilne: erinevalt tuulest ja päikeseenergiast on geotermiline energia alati saadaval ja ei kõigu. Geotermiliste elektrijaamade energiaväljundit on võimalik täpselt prognoosida, mis teeb need täiuslikuks baaskoormusenergia vajaduste rahuldamisel.
Geotermilise energia puudused
- Keskkonnaga seotud kõrvalmõjud: geotermiline energia paiskab maa alt atmosfääri teatud koguse kasvuhoonegaase. Geotermilised elektrijaamad võivad mõjutada maa stabiilsust ning põhjustada maavärinaid ja maa vajumist.
- Haldus on vajalik: kui geotermiline elektrijaam on geotermiliste reservuaaridega ühendatud, tuleb neid õigesti hallata, et need ei kahaneks.
- Jaamade asukohad on piiratud: geotermaaljaamu saab rajada ainult tektooniliste laamade piiride lähedale, kus geotermilised reservuaarid on kättesaadavad.
Geotermilised elektrijaamad
Geotermilised elektrijaamad kasutavad kõrge temperatuuriga geotermilisi ressursse, mis pärinevad kuivast aurust või kuumaveekaevust. Sarnaneb nafta kogumisele. Geotermilised elektrijaamad puurivad kaevud sügavale maasse. Aur või kuum vesi pumbatakse pinnale, kus seda kasutatakse elektrit genereerivate turbiinide käitamiseks.
Geotermilisi elektrijaamu on kolme tüüpi.
Kuivauru elektrijaamad
Kasutab looduslike maaaluseid auruallikaid. Aur liigub tootmispuuraugus maapinnani, selle energia kandub turbiinile, kondenseerub ja pumbatakse tagasi maasse või vabastatakse õhku. Kuivaurujaamad on vanimat tüüpi geotermilised jaamad ning neid peetakse kõige lihtsamaks ja tõhusamaks.
Vanim kuivaurujaam asub Itaalias Laredos. See ehitati 1911. aastal ja pakub jätkuvalt elektrit üle miljonile elanikule. Veel üks oluline kuivaurujaam on San Franciscost põhjas asuvas Geysersi geotermaalvara piirkonnas. See on tootnud elektrit alates 1960ndatest ja toodab ligikaudu viiendiku California taastuvenergiast.
Purske auru elektrijaamad
Teisendab kõrge rõhu all üle 360 °F vett sügavuselt maa seest auruks. Kui kuum vesi jõuab pinnale, saadetakse see purskepaaki, milles on palju madalam rõhk. Vesi hakkab madalas rõhus „purskama“ ehk muundub kiiresti auruks ja käitab turbiine. Allesjäänud vedelikku saab uuesti pursata teises purskepaagis, et veel energiat eraldada.
Purske auru elektrijaamad on kõige levinumad praegu kasutusel olevad geotermilised jaamad. Vulkaaniline saar Island kasutab purske auruga geotermilisi elektrijaamu peaaegu kogu riigis vajamineva elektri tootmiseks. Tulerõngas asuvatel Filipiinidel on maailma suurim purske auru elektrijaam.
Binaartsükli elektrijaamad
Kasutavad kuumuse genereerimiseks teistsugust lähenemist. Need töötavad kõrge rõhuga veega madalal temperatuuril vahemikus 225...330 °F. See meetod kasutab soojusvahetit kuumuse ülekandmiseks kuumast veest sekundaarsesse vedelikku, mis on käitab turbiine.
Kuna mõõduka temperatuuriga vesi on laialdasemalt saadaval, saavad binaartsükli elektrijaamad arvatavasti tulevikus kõige levinumaks geotermilise elektrijaama tüübiks.
Kuidas kasutatakse geotermilist energiat?
Geotermilise energia kolm kõige levinumat kasutust on otsene kasutamine, energia tootmine ning maavarade kütmine ja jahutamine.
Geotermilised otsekasutussüsteemid
Looduslikult soojendatud põhjavett on leidub mõne jala kuni vähem kui miili sügavusel maapinnast. Põhjavee eraldamiseks, mille temperatuur võib olla 200 °F või kuumem, puuritakse kaevud. Mõnel juhul võib kuum vesi või aur iseseisvalt tõusta, ilma aktiivse pumpamise vajaduseta, ja seda saab kasutada otse või läbi soojusvaheti.
Otsekasutataval geotermilisel veel on mitmeid otstarbeid, sealhulgas kalafarmide soojendamine, jää ja lume sulatamine kõnniteedel ja maanteedel, suurte basseinide soojendamine ja kuuma vee tagamine. Kuigi otsekasutatavatel geotermilistel süsteemidel on madalamad kapitaalkulud kui sügavamatel geotermilistel süsteemidel, on tehnoloogia piiratud aladega, kus on maapinna lähedal või maapinnal looduslikud kuuma põhjavee kogud, näiteks vulkaanilise või tektoonilise aktiivsusega piirkonnad.
Energia genereerimine
Ülalkirjeldatud kolme tüüpi geotermilised elektrijaamad kasutavad elektri tootmiseks sügaval maa sees asuvaid geotermilisi ressursse. Enamikul on suletud veesüsteemid, kus eraldatud vesi pumbatakse pärast kasutamist otse tagasi geotermilisse hoidlasse. Kuna suur osa veest on aurustunud, peavad elektrijaamad märkimisväärseid veekoguseid uuesti sisse lisama, et säilitada hoidlas püsiv veekogus. Kuigi geotermiline energia on taastuv ressurss, mida kasutatakse praegu umbes 20 riigis, siis enamik geotermilisi kaevusid jahtub aja jooksul, eriti siis, kui soojust eraldatakse kiiremini, kui vesi taastub.
Geotermiline küte ja jahutus
Seda nimetatakse ka maapealse allika kütmiseks ja jahutamiseks, mis on praegu kõige levinum viis geotermilise energia kasutamiseks. Küsimusele „mis on geotermiline soojendamine“ vastamiseks on oluline mõista, kuidas geotermiline soojuspump (ka maasoojuspump) töötab. Soojuse genereerimise asemel kasutab pump soojusallikana maad ja liigutab soojust maa ja kodu või hoone vahel.
Pump puuritakse 10 kuni 300 jala sügavusele maa sisse ja ühendatakse pika torustikuga, mis tsirkuleerib vedelikku maa all ja kogu hoones. Talvel neelab vedelik maasoojust kannab selle hoonesse, kus geotermiline küte selle torusüsteemi kaudu vabastab. Suvel neelab vedelik hoones olevat soojust ja kannab selle jahutamiseks maa alla.
Veel võimalusi geotermilise energia kasutamiseks
- Põllumajanduses kasutatakse geotermilist energiat talvel taimede soojas hoidmiseks. Selleks suunatakse aur pinnasele.
- Mõned tervisekeskused kasutavad mullivannide ja vannide kütmiseks kuumaveeallikaid.
- Kuumaveeallikad on tuntud oma raviomaduste poolest inimeste tervisliku seisundi parandamisel.
- Looduslikud geisrid võivad olla märkimisväärsed vaatamisväärsused. Old Faithfuli geiser Yellowstone’i rahvuspargis on geotermiline ime, mis purskab iga 60–90 minuti järel ja mida külastab igal aastal umbes neli miljonit inimest.
Geotermilise energia tulevik
Geotermilise energia hüdrofrakkimine
Nafta- ja gaasitööstuses on frakkimine levinud viis tootmise suurendamiseks. Frakkimine lisab kivimoodustistesse suure rõhuga vedelikku, et neid purustada ja muuta need läbitavaks. Geotermilise energia hüdrofrakkimine kasutab sarnast lähenemist ja seda nimetatakse ka „täiustatud geotermiliseks süsteemiks“ (ESG). Kuigi see on sarnane maagaastööstuses kasutatava protsessiga, on neil mõned olulised erinevused. Geotermiline frakkimine loob väiksemaid, kontrollitavamaid tükke ja kasutab vedelikku, mis põhjustab palju vähem saastet.
ESG eraldab auru tootmiseks energiat kividest, mis on piisavalt kuumad, kuid liiga kuivad, et ise auru toota. Puurkaevud on vertikaalselt umbes 0,6–2,8 miili sügavusel maa all, et ulatuda kuumade kuivade kivide reservuaarideni. Seejärel kasutavad nad kivide purustamiseks ja geotermilise veehoidla loomiseks kõrge rõhuga vett või lõhkeaineid. Tootmiskaev pumpab kuuma vee tagasi maapinnale, mis sarnaselt binaartsüklijaamadega soojendab sekundaarset vedelikku, mis purskub auruks. Geotermiline elektrijaam kasutab turbiinide käitamiseks auru, et toota elektrit.
Geotermilise energia kasvu takistused
- Looduslike geotermiliste ressursside puudumine. Nagu selle artikli alguses kirjeldatud, piirdub geotermiliste ressursside kättesaadavus asukohtadega, mis on tektooniliste laamade piiride lähedal. Enamik riike, millel on juurdepääs geotermilisele energiale, juba kasutavad seda ressurssi teatud määral.
- Geotermilise elektrijaama uurimiskulud ja riskid. Kolme kuni viie geotermilise puurkaevu rajamise esmane uurimis- ja puurimisprogramm maksab 20–30 miljonit USA dollarit. See koos uurimise ebaõnnestumise ohuga takistavad geotermilise energia globaalse kasutamise mastaapimist.
- Täiustatud geotermiliste süsteemijaamade maksumus ja risk. Kuigi ESG võib laiendada geotermaalressursside kättesaadavust, on geotermiliste puurkaevude puurimine võrreldes nafta või gaasiga seotud puurimisega väga kulukas. Veel üks takistus on see, et sarnaselt traditsioonilisele frakkimisele, on ESG-puurkaevud põhjustanud maavärinaid. Kui hüdrofrakkimine leiab aset olemasoleva nihke lähedal, on oht suuremaks maavärinaks, mis võib olla piisavalt tugev lähedalasuvate hoonete kahjustamiseks.
- Geotermiliste kütte- ja jahutussüsteemide suur esmane kulu. Harilik geotermiline soojuspump maksab 3500 kuni 7500 USA dollarit ja kallimad mudelid, millega saab näiteks kuuma veega kütta, veelgi rohkem. Lisaks võivad kaevamise ja paigaldamise kulud kasvatada hinna 12 000 kuni 15 000 USA dollarile. Mõned riigid võivad pakkuda tagasimakseid või maksukrediiti nende kulude tasaarveldamiseks. Need süsteemid saavutavad lõpuks investeeringute tootluse, kuna need on väga energiatõhusad. Inimesed, kes investeerivad geotermilisse kütte- ja jahutussüsteemi, võivad säästa aastas 30–70% elektriarvetelt.
Kuidas mõjutab geotermiline energia keskkonda?
Kestliku ja taastuva ressursina vaadatakse geotermilist energiat üha enam alternatiivina fossiilkütusele. Geotermiline energia mõjutab keskkonda mitmel eri viisil. Üldjoontes kaaluvad geotermilise energia positiivsed mõjud negatiivsed üles.
Negatiivsed mõjud
Vee tarbimine
Õhusaaste
Maa vajumine
ESG-frakkimine
ESG- frakkimine võib tekitada maavärinaid, mistõttu on nende kasutuselevõtt raskendatud linnade, ettevõtete ja majapidamiste lähedal asuvates jaamades. Lisaks usuvad paljud inimesed, et ESG-frakkimine võib sarnaselt gaasifrakkimisega avaldada negatiivset mõju (nt lekked, reostus ning pinnase ja põhjavee saastumine).
Positiivsed mõjud
Vähene süsinikheide
Vähendab alternatiivenergiatest sõltumist
Süsinikujalajälje vähendamine
Tehnoloogiad aitavad kaasa energia ümberkujundamisele
Maailm seisab silmitsi erakordse väljakutsega tasakaalustada kliima süsinikneutraalse majanduse loomise teel. Need uuenduslikud tehnoloogiad aitavad toetada globaalset üleminekut puhtamale energiale:
Microsoft Cloud for Sustainability
Mõeldud selleks, et anda organisatsioonidele teavet, mida nad vajavad oma keskkonnamõju salvestamiseks, kajastamiseks ja vähendamiseks.
IoT-energiahaldus
IoT-energiahalduse kaudu saavad ettevõtted vähendada pinget, et toetada oma pühendumust jätkusuutlikkusele, parandades energiatõhusust ning pakkumise ja nõudluse tasakaalu.
Azure IoT
Energiapakkujad, nagu ENGIE, kasutavad tehisintellekti ja pilve, et suurendada energiatootmise tõhusust, vähendades samal ajal kulusid.
Kvantandmetöötlus
Kvantandmetöötlus on valmis kiirendama probleemide lahendamist seoses üleminekuga taastuvatele energiaallikatele, nagu päikese-, hüdro-, tuule- ja geotermiline energia.
Säästva arengu kiirendamine
Olenemata sellest, kui kaugele olete süsinikneutraalsuse saavutamise teekonnal jõudnud, võimaldab Microsoft Cloud for Sustainability teil oma edusamme võimendada ning äritegevust keskkonnaalaste, sotsiaalsete ja juhtimisega seotud (ESG) funktsioonide abil uuendada.
Korduma kippuvad küsimused
-
Praegu peetakse geotermilist energiat üheks kõige tõhusamaks ja kestlikumaks energiatüübiks, kuna see on keskkonnasõbralik, töökindel ja taastuv ressurss. See kasutab Maa pinna talletatud soojust elektri tootmiseks ning geotermilise kütte ja jahutuse pakkum+iseks majapidamistele ja ettevõtetele.
-
Geotermilisel energial on kolm peamist eelist.
- See on keskkonnasõbralik.
- See on taastuv.
- See on töökindel ja stabiilne.
See kestlik ja taastuv energiaressurss aitab vähendada maailma sõltuvust fossiilkütusest.
-
Võrreldes teiste energiaallikatega on geotermilisel energial kolm puudust.
- See paiskab maa alt atmosfääri teatud koguse kasvuhoonegaase ja võib mõjutada maapinna stabiilsust.
- Geotermilisi reservuaare peab haldama, et need ei ammenduks.
- Geotermaaljaamu saab rajada ainult tektooniliste laamade piiride lähedale, kus geotermilised reservuaarid on kättesaadavad.
-
Geotermilist energiat kasutatakse majapidamiste kütmiseks ja jahutamiseks, kasvuhoonete kütmiseks, tööstusprotsesside toetamiseks ning elektri tootmiseks.
-
Neli geotermilise energia tüüpi on järgmised.
- Madala temperatuuriga geotermiline energia
- Koostoodetud geotermiline energia
- Geotermiline küte ja jahutus
- Geotermiline elektrijaam
Jälgige Microsofti