Pastiprināta ģeotermālā sistēma (EGS): definīcija un darbības princips
Pastiprināta ģeotermālā sistēma (EGS) ir ģeotermālās enerģijas sistēma, kas spēj ražot elektroenerģiju un nodrošināt siltumu arī tajās vietās, kur nav pietiekama dabīgā pazemes ūdens vai dabiski caurlaidīgu iežu. Tradicionāli ģeotermālā enerģija tika izmantota tikai tur, kur vienuviet bija augstas temperatūras ieži, pazemes ūdens un iežu plaisu tīkls. Pastiprinātās ģeotermālās sistēmas ļauj paplašināt izmantošanas teritorijas — no aktīvajām plātņu robežās esošajām zonām līdz daudzām mazāk aktīvām teritorijām, piemēram, ASV rietumiem.
Kā darbojas EGS — soļi un pamatprincipi
EGS izveide parasti ietver šādus posmus:
- Izpēte un vietas izvēle: izvēlas iežu audzes ar pietiekamu temperatūru dziļumā (bieži vairākus līdz desmitiem kilometru). Veic ģeoloģiskos pētījumus, seismisko vēsturi un temperatūras modeli.
- Urbumu urbšana: urbj daudzus dziļus urbumus — injekcijas un ražošanas urbumus — lai piekļūtu karstajiem iežiem.
- Reservuāra izveide (stimulācija): ja dabisku plaisu nav, tās rada ar spiediena injekciju (hidraulisko stimulāciju) vai citām metodēm, lai izveidotu savstarpēji saistītu plaisu tīklu, caur kuru var cirkulēt šķidrumu.
- Circulācija: ūdeni vai citu darba šķidrumu (piem., CO2) injicē caur injekcijas urbumu. Šķidrums plūst caur stimulēto plaisu tīklu, sakarst iežos un pēc tam tiek iegūts caur ražošanas urbumu.
- Enerģijas pārveide uz virsmas: karstais šķidrums nodod siltumu virszemes stacijā, kur ar siltummaiņiem un ģeneratoriem ražo elektroenerģiju vai nodod siltumu apkurei. Pēc tam atdzisušais šķidrums tiek reinjektēts sistēmā.
Tehnoloģijas variācijas
- Hidrauliski stimulētas EGS: visizplatītākais variants, kur plaisas izraisa ar augstu spiedienu.
- Closed-loop (noslēgtās ķēdes) sistēmas: šķidrums cirkulē slēgtā cauruļvadā bez tiešas saskares ar iežiem — mazāks risks piesārņojumam un inducētas seizmicitātes.
- CO2 kā darba šķidrums: pētījumi par CO2 izmantošanu kā cirkulējošu šķidrumu, kas vienlaikus var uzlabot siltuma pārnesi un sniegt iespējas oglekļa sekvestrēšanai.
Priekšrocības
- Stabila, bāzes slodzes enerģija (neatkarīga no laikapstākļiem).
- Zemas oglekļa emisijas salīdzinājumā ar fosilajiem kurināmajiem.
- Mazāks zemes patēriņš uz saražoto enerģijas vienību, salīdzinot ar daudziem citām enerģijas avotiem.
- Var nodrošināt gan elektroenerģiju, gan tiešu siltuma piegādi (apkure, rūpnieciskās procesi).
Riski un izaicinājumi
- Inducēta seizmicitāte: spiediena palielināšana var izraisīt nelielas zemestrīces. Tāpēc svarīga rūpīga monitorēšana un spiediena vadība.
- Ūdens resursu izmantošana un piesārņojuma risks: nepieciešama uzmanība, lai izvairītos no gruntūdens piesārņošanas un pārāk lielas svaiga ūdens patēriņa.
- Tehniskās un ekonomiskās izmaksas: dziļa urbšana un stimulācija ir dārga, un ekonomiskā dzīvotspēja atkarīga no temperatūras, caurlaidības un enerģijas tirgus cenām.
- Termināla izsīkšana: ja siltuma atjaunošanās ātrums ir lēns, reģions var atdzist un ražošana samazināties.
Vides pārvaldība un drošība
Lai mazinātu riskus, izmanto plašu uzraudzību: seismisko monitoringu, spiediena un plūsmas mērījumus, ķīmiskā monitoringa testus un stingrus regulējošus protokolus. Daudzi projekti izmanto pakāpeniskas stimulācijas un drošības sliekšņus, kas pārtraukt darbu, ja tiek novērotas nevēlamas seismiskas aktivitātes.
Pielietojums un nākotnes potenciāls
EGS var atvērt plašas ģeotermālās iespējas reģioniem, kuriem agrāk nebija piekļuves tradicionālajai ģeotermālai enerģijai. To var izmantot gan lielas mēroga elektrības ražošanai, gan vietējai siltumapgādei, rūpnieciskajām procesiem un kombinētām enerģijas sistēmām. Investīcijas tehnoloģijās, uzlabota urbšanas prakse un pieredze projektu vadībā var samazināt izmaksas un palielināt drošumu, padarot EGS nozīmīgu daļu no zema oglekļa enerģijas miksu nākotnē.
Piezīme: izveides izmaksas, vietējie ģeoloģiskie apstākļi un atbilstība vides prasībām nosaka, vai konkrēta EGS vieta būs tehniski un ekonomiski dzīvotspējīga.
Uzlabota ģeotermālā sistēma
Process un attīstība
- Zeme ir jāapseko
- kāda ir pazemes iežu [temperatūra]?
- vai ir labs lūzumu tīkls?
- vai tur ir ūdens, kas ir dabisks?
- kas ir nepieciešams, lai izveidotu funkcionējošu EGS
- Veikt nepieciešamās izmaiņas sistēmā
Lai nokļūtu līdz karstajiem iežiem, vispirms ir rūpīgi jāizrok bedres 1000 metru dziļumā zem zemes virsmas. Aku urbumi nedrīkst atrasties tuvāk par 40 metriem viens no otra, lai starp urbumiem nenotiktu siltuma pārnese. Pēc tam urbumos kontrolētā, zinātniski noteiktā ātrumā ielej ūdeni, lai gan izveidotu plaisu tīklu, gan izmantotu enerģijas ražošanai. Plaisas vai plaisas tiek radītas, izmantojot plaisas vai piespiedu plaisu atkārtotu atvēršanos ūdens spiediena dēļ, kas izraisa nelielas seismiskas parādības, kuras reti jūtamas virspusē. Kad ir izveidota pietiekami laba plaisu sistēma, uzsildīto ūdeni var izsūknēt no ieguves urbuma uz spēkstaciju, lai to izmantotu izvēlētajā enerģijas ieguves procesā, un atkal cirkulēt cauri. Lai palielinātu varbūtību, ka ūdens plūdīs ieguves urbuma virzienā, var izurbt mikrocaurumu masīvus, kas ļauj palielināt varbūtību, ka plaisas savienosies pareizajā ceļā enerģijas ieguvei. Šie urbumi ir mazāk nekā 4 collas plati un stiepjas no ūdens pievienošanas urbumiem un ūdens izņemšanas urbumiem.
- Spēkstacijas ekspluatācija un uzturēšana
Zaļā enerģija
Vecās akas pārstrāde
Ģeotermālās sistēmas var arī uzlabot, pārstrādājot vecos naftas un gāzes urbumus ģeotermiskai izmantošanai. Šos urbumus ir lētāk pārveidot siltuma ieguvei, nekā urbt jaunus urbumus. Šajos urbumos nav fiziska kontakta starp ūdeni un siltuma avotu. Šos urbumus veido divi cilindri: lielāks un mazāks. Mazākais ievietots lielākā cilindra iekšpusē, un no tā tiek izsūknēts uzsildītais ūdens. Ūdens tiek ievietots starp iekšējās caurules oderējumu un ārējo cauruli. Tā kā trūkst tieša kontakta ar karstajiem iežiem, kā arī ir zināmi siltuma zudumi, ko rada laba izolācijas materiāla trūkums, iegūtā enerģija nav tik liela kā parastajās ģeotermālajās sistēmās.
Siltumnīcefekta gāzu emisijas
Daži apgalvo, ka šis enerģijas veids ir viens no "zaļākajiem" alternatīvās enerģijas veidiem. Pētījumos teikts, ka divi no trim ģeotermālās enerģijas ražošanas veidiem - zibens tvaika un sausā tvaika - izdala mazāk nekā 7 % siltumnīcefekta gāzu, ko izdala fosilais kurināmais. Trešā metode, kas pazīstama kā slēgta divkāršā cikla sistēma, rada gandrīz nulles siltumnīcefekta gāzu emisiju). Vislielākās emisijas EGS ir tad, kad urbji tiek darbināti ar dīzeļdegvielu. EGS aprites cikla analīzes pētījumi liecina, ka laba korekcija būtu pieslēgt urbumu elektrotīklam, samazinot jau tā minimālo GEP elektrostaciju ietekmi uz cilvēku veselību, klimata pārmaiņām un ekosistēmas kvalitāti. Atbalstītāji arī apgalvo, ka, tā kā ģeotermālās enerģijas sistēmas nav atkarīgas no mainīgajiem laikapstākļiem, tā ir drošāka enerģija ar nemainīgu enerģijas daudzumu.
ASV iesaistīšanās
ASV ir lielākās potenciālās ģeotermālās enerģijas rezerves pasaulē, tomēr tikai 4 % no kopējā enerģijas patēriņa (15 miljardi kWh) tiek iegūti no ĢEP. Kalifornijā ir visvairāk ģeotermālo siltumsūkņu no visiem deviņiem štatiem, kuros izmanto ģeotermālo enerģiju. Havaju salās 20 % enerģijas iegūst no ģeotermālajām elektrostacijām. Zināšanas par ģeotermālo enerģiju nav plaši izplatītas. Tas apgrūtina naudas iegūšanu pētniecībai un attīstībai. Ir zināms, ka izstrādātājiem ir arī grūtības saņemt atļaujas urbumu veikšanai valsts zemē un saņemt finansējumu gan no federālās valdības, gan no ārējām interesēm. Tomēr Senāts ir apstiprinājis divus projektus, kas palīdzēs izvest EGS no izmēģinājuma stadijas.
1990. gadā tika pieņemti tiesību akti, lai radītu stimulus nozares attīstībai. To mēģināja panākt ar 2005. gada Enerģētikas likumu un 2007. gada Enerģētikas neatkarības un drošības likumu, izsniedzot nodokļu atlaides un izveidojot Senāta atbalstītas pētniecības un attīstības programmas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir uzlabota ģeotermālā sistēma (EGS)?
A: Uzlabota ģeotermālā sistēma (EGS) ir ģeotermālās enerģijas sistēma, kas var ražot elektroenerģiju pat tad, ja nav dabiskā pazemes ūdens.
Q: Kas ir nepieciešams, lai tradicionālās ģeotermālās enerģijas sistēmas varētu ražot enerģiju?
A: Lai ražotu enerģiju, tradicionālajām ģeotermālās enerģijas sistēmām ir nepieciešami karsti ieži, pazemes ūdens un iežu plaisas vienā vietā.
J: Kādas ir uzlaboto ģeotermālo sistēmu priekšrocības?
A.: Uzlabotās ģeotermālās sistēmas ļauj ražot ģeotermālo enerģiju pat vietās, kur nav dabisku pazemes ūdens avotu un iežu plaisu. Tas paplašina teritorijas, kurās var iegūt ģeotermālo enerģiju.
Vai uzlabotas ģeotermālās sistēmas var izmantot teritorijās, kurās nav dabīgu pazemes ūdens avotu?
A: Jā, uzlabotas ģeotermālās sistēmas var izmantot vietās, kur nav dabīgu pazemes ūdens avotu.
J: Kas cilvēkiem ir jāmaina, lai teritorijas varētu izmantot uzlabotas ģeotermālās sistēmas?
A: Teritorijas, kuras var izmantot uzlabotām ģeotermālajām sistēmām, var būt jāmaina, lai tajās būtu pazemes ūdens vai iežu iežu plaisu tīkls, vai arī abas.
J: Kur var izmantot uzlabotas ģeotermālās sistēmas ārpus parastajām ģeotermālajām teritorijām?
A: Pastiprinātas ģeotermālās sistēmas var izmantot mazāk aktīvās teritorijās, piemēram, ASV rietumu daļā, ārpus parastajām ģeotermālajām teritorijām, piemēram, aktīvās plātņu robežās.
J: Ko var iegūt, izmantojot uzlabotas ģeotermālās sistēmas?
A.: Pastiprinātās ģeotermālās sistēmas var ražot elektroenerģiju.
