Geotermalna energia jest znana nie od dzisiaj. Była wykorzystywana już setki lat temu w epoce paleolitu, a później przez starożytnych Rzymian do ogrzewania, gotowania i kąpieli. Dzisiaj jest jednym z rozwiązań umożliwiających ograniczenie emisji gazów cieplarnianych.
Energia geotermalna jest zasobem odnawialnym, który zaspokaja istotne potrzeby energetyczne w krajach Europy i poza nią, w tym na Islandii (pokrywa ponad 90% krajowego zapotrzebowania na ciepło), w Salwadorze, Nowej Zelandii, Kenii i na Filipinach. Ale i tak pozostaje w tyle za innymi źródłami odnawialnymi. Podobnie jak w przypadku energii wodnej wykorzystanie energii geotermalnej jest niewielkie w porównaniu z innymi odnawialnymi źródłami energii, takimi jak wiatr i słońce. Czy stanie się powszechniej używana? Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej.
Czym jest energia geotermalna?
Energia geotermalna to ciepło produkowane przez Ziemię. Etymologicznie to słowo pochodzi z greki, gdzie „geo” oznacza ziemię, a „thermal” – ciepło. To zasób, który można gromadzić na potrzeby ludzi i który jest odnawialny.
Zasoby geotermalne to zbiorniki gorącej wody, które występują naturalnie lub są tworzone w sposób sztuczny pod powierzchnią Ziemi na różnych głębokościach i o różnych temperaturach. W tym miejscu nasza planeta jest najcieplejsza. Tarcie oraz przyciąganie grawitacyjne występujące w ziemskim rdzeniu od czasu jego powstania ponad 4 mld lat temu zapewniają mu dość ciepła.
Istnieją rozmaite technologie geotermalne na różnych poziomach rozwoju. Dobrze ugruntowane są technologie wykorzystujące energię bezpośrednio, takie jak ciepłownictwo, pompy ciepła i ogrzewanie szklarni.
Zalety i wady energii geotermalnej
Główną zaletą implementacji energii geotermalnej są cele środowiskowe. Jest to naturalne źródło, z którego korzystają nawet zwierzęta. Dobrym przykładem są makaki japońskie, znane również jakie małpy śnieżne, występujące na japońskiej wyspie Honsiu. Słyną z kąpieli w lokalnych gorących źródłach pochodzenia wulkanicznego.
Energia geotermalna jest też tańsza niż energia konwencjonalna. Ale staje się taka dopiero po skonstruowaniu elektrowni geotermalnej, ponieważ odwierty i poszukiwania odpowiednich miejsc są stosunkowo drogie, przez co instalacje geotermalne są droższe w instalacji w porównaniu z innymi systemami. Ale z czasem ten rodzaj energii dostarcza właścicielom darmowe ogrzewanie i chłodzenie, a także pozwala sporo zaoszczędzić na rachunkach za prąd.
Do tego jest też zawsze dostępna w odróżnieniu od innych rodzajów energii odnawialnej, takich jak słoneczna i wiatrowa, które wymagają odpowiedniego nasłonecznienia lub wiatru, aby działać efektywnie. Pomimo dostępności energii geotermalnej, jej wytwarzanie jest ograniczone wyłącznie do obszarów w pobliżu krawędzi płyt tektonicznych.
Rola energii geotermalnej w transformacji energetycznej
Energię geotermalną można wykorzystywać do produkcji elektryczności, ogrzewania i chłodzenia budynków oraz do innych celów, jeżeli wyciągnie się ją na powierzchnię w postaci naturalnie występującej pary i gorącej wody. To czyste, odnawialne źródło, które może stanowić uzupełnienie innych odnawialnych źródeł, takich jak słońce i wiatr. Cieszy się jednak znacznie mniejszą popularnością.
Aby uzyskać ten rodzaj energii, trzeba wykonywać odwierty wgłąb ziemi. Następnie służą one jako źródło pary lub gorącej wody dla zakładów geotermalnych, gdzie napędzają turbiny, generując elektryczność. Poznaj nasze 5 kroków do generowania elektryczności z energii geotermalnej.
„Pilnie potrzebujemy zaprzestania dotowania przemysłu paliw kopalnych, drastycznego ograniczenia marnotrawienia energii i znacznego odejścia od energii z ropy, węgla i gazu ziemnego na rzecz energii wiatrowej, słonecznej, geotermalnej oraz innych odnawialnych źródeł energii.”
Bill McKibben, amerykański ekolog
Jak wytwarzana jest energia geotermalna?
Aby uzyskać dostęp do zasobów geotermalnych, konieczne jest wiercenie szybów na kilka kilometrów głębokości aż do podziemnych zbiorników. Zasoby te można uzyskać poprzez ulepszone systemy geotermalne, które zwiększają lub rozwijają zasoby geotermalne za pomocą procesu zwanego stymulacją hydrauliczną, albo wykorzystując naturalnie występujące ciepło oraz przepuszczalność wody i skał. Takie zasoby geotermalne mogą zasilać turbiny podłączone do generatorów elektrycznych.
Elektrownie geotermalne mogą mieć jeden z trzech różnych typów konstrukcji:
- Sucha para – to jest najstarszy typ, który wykorzystuje parę wydostającą się bezpośrednio z pęknięć w ziemi do zasilania turbin.
- Para impulsowa — wydobywa się gorące wody ziemne pod ciśnieniem, a następnie miesza je z chłodniejszą wodą o niższym ciśnieniu. A to z kolei generuje parę, która zasila turbiny.
- Elektrownie binarne – wykorzystują gorącą wodę, która oddaje ciepło płynowi pomocniczemu o niższej temperaturze wrzenia. Turbina jest zasilana w wyniku przekształcenia płynu pomocniczego w parę. Geotermalne elektrownie przyszłości prawdopodobnie będą głównie typu binarnego.
5 kroków do generowania elektryczności z energii geotermalnej
1. Szukanie źródła
Pierwszym etapem jest znalezienie odpowiedniego geotermalnego zasobu, który zazwyczaj znajduje się w pobliżu czynnych lub drzemiących wulkanów, gorących źródeł lub gejzerów. Jednym z najbardziej aktywnych geotermicznie regionów na Ziemi jest tzw. „pierścień ognia”, który otacza Ocean Spokojny.
2. Wykonanie odwiertów
Po zlokalizowaniu zasobu geotermalnego wierci się szyb w ziemi, aby uzyskać dostęp do zbiornika geotermalnego. Głębokość odwiertu zależy od temperatury i ciśnienia zbiornika.
3. Para obraca turbinę
Ciecz geotermiczna jest pompowana na górę z szybu i przechodzi przez wymiennik ciepła. Wymiennik ciepła działa tak jak chłodnica w samochodzie, przekazując ciepło z płynu geotermalnego do płynu pomocniczego, którym może być płyn roboczy, taki jak izobutan lub dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym. Płyn pomocniczy jest zamieniany w parę przez ciepło z płynu geotermicznego.
4. Turbina zasila generator elektryczny
Odparowany płyn pomocniczy przepływa przez turbinę, która jest podłączona do generatora. Gdy ta się kręci, w generatorze powstaje prąd. Płyn pomocniczy jest następnie z powrotem schładzany i zawracany do wymiennika ciepła, gdzie zostanie ponownie ogrzany, dopełniając cykl.
5. Elektryczność jest dostarczana
Zewnętrzny transformator podwyższający napięcie otrzymuje prąd elektryczny z generatora. Następnie po zwiększeniu napięcia przez transformator prąd elektryczny jest rozprowadzany do domów, budynków i firm liniami elektroenergetycznymi.
Energia geotermalna w Europie i na świecie
Zgodnie z danymi TWI Global największy producent energii geotermalnej o najbardziej zaawansowanej technologii geotermalnej na świecie to zakład The Geysers, znajdujący się na północ od San Francisco w Kalifornii, USA (wbrew nazwie nie ma tam żadnych gejzerów, cała energia pochodzi z pary a nie z wody). Innymi miejscami, gdzie ten rodzaj energii cieszy się popularnością są Indonezja, Filipiny, Turcja, Nowa Zelandia, Meksyk, Kenia, Włochy, Islandia i Japonia (za Global Economy, 2000-2020).
Energia geotermalna zyskuje na popularności, ale nadal pozostaje w tyle w porównaniu z innymi źródłami odnawialnymi. Potencjał do jej rozwoju ma jednak wiele krajów. Według europejskich badań ponad 25% populacji UE zamieszkuje obszary, które bezpośrednio nadają się do rozwoju geotermalnego ciepłownictwa (GeoDH). W ponad 22 europejskich krajach działają już takie systemy GeoDH, w tym Węgrzech, Polsce, Słowacji, Słowenii, Republice Czeskiej i Rumunii, gdzie istniejące sieci ciepłownicze są dobrze rozwinięte. Sprawia to, że Europa Środkowa i Wschodnia ma spory potencjał w tej dziedzinie.
Przyszłość energii geotermalnej
Energia geotermalna stanowi czwarte najważniejsze odnawialne źródło energii, zajmując miejsce za energią słoneczną, wiatrową i wodną. Ma przy tym potencjał wzrostu z 16 mld kWh w 2021 r. do 47,7 mld kWh w 2050 r. Wiele osób postrzega ją jako niezbędny element w przyszłości zielonej energetyki na świecie. Zasoby geotermalne można wykorzystywać do generowania elektryczność w dowolnym rodzaju systemu – od rozległych, wzajemnie połączonych kontynentalnych sieci przesyłowych po stosowanie na miejscu, w oddalonych, niewielkich społecznościach lub nawet w budynkach wolnostojących. Oznacza to, że więcej krajów może włączyć ją do swojego miksu energetycznego, tak w Europie, jak i na innych kontynentach.
