Vjerojatno znate opći koncept geotermalne energije, ali znate li sve osnove o njoj? Općenito govoreći, geotermalna energija je toplinska energija iz Zemljine unutrašnjosti. Drugim riječima, geotermalna energija je jedini obnovljivi energetski resurs koji ne dolazi od sunca. Nadalje, iako nije uistinu obnovljiva u najstrožem smislu, budući da njezino obnavljanje nije beskonačno , ostaje neiscrpna u ljudskom vremenskom razdoblju te se stoga smatra obnovljivom u praktične svrhe.
Podrijetlo topline unutar Zemlje
Toplina unutar Zemlje potječe prvenstveno od raspada radioaktivnih elemenata poput urana-238, torija-232 i kalija-40. Ovi elementi se stalno raspadaju, oslobađajući toplinsku energiju u tom procesu. Drugi važan čimbenik je sudar tektonskih ploča , koji oslobađa toplinu zbog kretanja i trenja. U određenim regijama geotermalna toplina je koncentriranija, kao što je slučaj u područjima u blizini vulkana, tokova magme, gejzira i termalnih izvora . To olakšava njezino iskorištavanje za proizvodnju energije.
Korištenje geotermalne energije
Geotermalna energija koristi se već više od 2.000 godina, a Rimljani su bili pioniri u korištenju termalnih izvora za termalne kupke i grijanje . U novije vrijeme koristi se za grijanje zgrada i staklenika te za proizvodnju električne energije . Postoje tri vrste rezervoara iz kojih se može dobiti geotermalna energija:
- Rezervoari s visokom temperaturom
- Rezervoari s niskom temperaturom
- Suhi rezervoari vruće stijene
Rezervoari s visokom temperaturom
Geotermalni rezervoar smatra se visokotemperaturnim kada podzemna voda dosegne temperaturu višu od 100 °C zbog blizine aktivnog izvora topline. Da bi se toplina izvukla iz podzemlja, geološki uvjeti moraju omogućiti postojanje geotermalnog rezervoara , koji funkcionira slično rezervoarima nafte ili prirodnog plina. Voda zagrijana tim stijenama ima tendenciju dizanja na površinu dok ne dosegne geotermalni rezervoar zarobljen nepropusnim slojem. Međutim, ako u ovom nepropusnom sloju postoje pukotine, para ili vruća voda mogu se dići i pojaviti na površini kao vrući izvori ili gejziri . Ovi izvori topline iskorištavaju se od davnina i trenutno se koriste za grijanje i industrijske procese.
Rezervoari s niskom temperaturom
Niskotemperaturni rezervoar je onaj gdje voda doseže između 60 i 100ºC. U tim slučajevima protok topline je normalan, tako da nije potreban aktivan izvor topline ili prisutnost nepropusnog sloja.
Ovdje je ključno imati skladište vode na dubinama koje joj omogućuju postizanje dovoljno visokih temperatura da bi njezino iskorištavanje bilo ekonomski isplativo.
Suhi rezervoari vruće stijene
Naslage od suho vruće kamenje Oni imaju još više potencijala, budući da su među 250-300ºC i na dubinama između 2.000 i 3.000 metara. Za izvlačenje topline iz ovih stijena potrebno je slomiti ih kako bi postali porozni.
U ovom sustavu, hladna voda se ubrizgava s površine, prolazi kroz vruće porozne stijene, zagrijavajući se u procesu, a zatim izdvaja kao para za proizvodnju električne energije. Međutim, ta ležišta imaju poteškoća zbog tehnika lomljenja i bušenja potrebnih za njihovu eksploataciju.
Geotermalna energija vrlo niske temperature
Podzemlje također možemo smatrati a izvor topline na 15ºC, potpuno obnovljiv i neiscrpan. Uz odgovarajući sustav prikupljanja i dizalicu topline, moguće je tu toplinu prenijeti u sustav grijanja koji može doseći temperaturu do 50ºC, osiguravajući grijanje i potrošnu toplu vodu.
Ovaj sustav se može koristiti i ljeti, pohranjujući toplinu na 40°C pod zemljom. Glavni nedostatak je velika površina potrebna za ukopavanje vanjskog kruga, ali njegova glavna prednost je ušteda energije i svestranost korištenja i za grijanje i za hlađenje.
Geotermalna dizalica topline
Bitan element u ovoj vrsti sustava je toplinska pumpa. Ovaj termodinamički stroj temelji svoj rad na Carnotov ciklus, uzet iz plina koji djeluje kao prijenosnik topline između dva izvora, jednog niske temperature i drugog visoke temperature.
Ova crpka može izvući toplinu iz tla na 15ºC i povisiti svoju temperaturu kako bi zagrijala zrak u unutarnjem krugu, postižući mnogo veću učinkovitost od konvencionalnih klimatizacijskih sustava.
Izmijenite krugove sa Zemljom
Možemo razlikovati sustave izmjene s površinskom vodom , koji su ekonomičniji, ali geografski ograničeni, i izmjenu s tlom, koja može biti izravna ili putem pomoćnog kruga.
- Izravna razmjena: jednostavnije i jeftinije, ali s rizikom od curenja i smrzavanja.
- pomoćni krug: skuplji, ali izbjegava velike temperaturne oscilacije.
Treba napomenuti da, apsorbirajući toplinu iz izvora stabilne temperature kao što je podzemlje, ovi sustavi nude stalne i učinkovite performanse tijekom cijele godine, bez obzira na atmosferske uvjete.
Izvedba klimatizacijskih sustava
La energetska učinkovitost geotermalnih klimatizacijskih sustava je izvanredan: postižu učinak do 500% u hlađenju i 400% u grijanju. To znači da se za svaku jedinicu utrošene energije može proizvesti do 5 jedinica toplinske energije u slučaju hlađenja.
Osim visoke učinkovitosti, prednost ovog sustava je što ne ovisi o fluktuacijama sunčeve energije ili energije vjetra, budući da je Zemlja stalni izvor topline.
Raspodjela geotermalne energije
Geotermalna energija je raspoređena po cijelom planetu, ali s većom koncentracijom u vulkanskim područjima i tektonskim rasjedima. Područja poput pacifičke obale u Americi i Indonezije imaju veliki potencijal. Međutim, njegovo se iskorištavanje može proširiti i na druga područja s modernim tehnologijama bušenja.
Prednosti i nedostaci geotermalne energije
Prednosti:
- Dostupnost na cijelom planetu.
- Neiscrpno u ljudskim razmjerima.
- Najjeftinija poznata energija.
nedostaci:
- Moguće oslobađanje sumpornih plinova.
- Prijenos topline na velike udaljenosti nije izvediv.
- Visoki početni troškovi instalacije.
Budućnost geotermalne energije
Geotermalni potencijal planeta je ogroman, s dovoljno energije pohranjene pod zemljom da zadovolji svjetske potrebe za energijom milijunima godina. Kako tehnike bušenja napreduju, očekuje se da će uporaba geotermalne energije postati sve raširenija u industrijskim procesima, grijanju zgrada i proizvodnji električne energije.
S razvojem novih tehnologija kao što su turbine bez lopatica koje mogu proizvoditi električnu energiju na nižim temperaturama, geotermalna energija ima obećavajuću budućnost da postane bitan dio globalne opskrbe energijom.
Dakle, geotermalna energija ne samo da nudi čistu i bogatu alternativu, već nam može pomoći da krenemo prema većoj energetskoj neovisnosti, istovremeno smanjujući naš ugljični otisak.