Ģeotermālā enerģija — definīcija, izmantošana un priekšrocības

Ģeotermālā enerģija: definīcija, izmantošana un priekšrocības — uzzini, kā šis ilgtspējīgais, stabilais siltuma un elektroenerģijas avots samazina izmaksas un CO2 emisijas.

Ģeotermālā enerģija (no grieķu valodas saknes geo — zeme, un termos — siltums) ir enerģija, ko rada Zemes iekšējais siltums, kas izplatās no Zemes garozas un dziļākām zemes kārtām uz virsmu. Šis siltums rodas gan no planētas veidošanās enerģijas, gan no radioaktīvā sabrukuma minerālos, un tas ir pieejams dažādos dziļumos un temperatūru līmeņos.

Fiziskais pamats un avoti

Lai gan Saule silda Zemes virsmu, siltums no Zemes iekšienes nav saistīts ar Sauli. Zemes garozas ģeotermālā enerģija aptuveni 20 % rodas no sākotnējās planētas veidošanās un apmēram 80 % — no minerālu radioaktīvās sabrukšanas. Zemes kodols ir viskarstākais, un temperatūra parasti samazinās, virzoties uz virsmu. Vidējais ģeotermais gradients mainās atkarībā no reģiona — bieži ap 25–30 °C uz kilometru, bet aktīvākos vulkāniskos apgabalos tas var būt daudz augstāks.

Ģeotermālie resursi ir dažādi:

• seklie zemes siltuma resursi, kur temperatūra 10 pēdu (aptuveni 3 m) dziļumā parasti saglabājas ap 10–16 °C, ko izmanto siltumsūkņi ēku apsildei/aukstināšanai;
• karsti zemes ūdeņi un tvaiki rezervuāros (karstie avoti, geizeri), ko izmanto tiešai siltuma izmantošanai un elektroenerģijas ražošanai;
• karstie sausi ieži un dziļi, augstas temperatūras resursi, tostarp izkusušas iežu zonas (piem., magma), kas potenciāli satur ļoti lielu enerģiju.

Tehnoloģijas un elektroenerģijas ražošana

Ģeotermālās spēkstacijas izmanto dažādas tehnoloģijas atkarībā no rezervuāra temperatūras un stāvokļa:

• Sauss tvaiks (dry steam) — izmanto tvaiku tieši no rezervuāra, lai grieztu turbīnas;
• Izplūdes (flash steam) — karstu ūdeni spiež zem spiediena uz virsmas, tas ātri iztvaiko un tvaiks darbina turbīnu;
• Binārais cikls (binary cycle) — piemērots zemākām temperatūrām; ģeotermālais ūdens silda zemu viršanas temperatūru orgāniska darba šķidrumu, kas iztvaiko un darbina turbīnas, pēc tam kondensējas un atkārtoti cirkulē.

Ģeotermālās spēkstacijas parasti nodrošina stabilu un nepārtrauktu jaudu; to kapacitātes faktors ir augsts (bieži virs 70 %), kas padara tās par vērtīgu pamata slodzes avotu elektrotīklā.

Tiešā izmantošana un siltumsūkņi

Ģeotermālo enerģiju plaši izmanto tieši, nevis tikai elektroenerģijas ražošanai. Tiešās izmantošanas piemēri:

• centrālā siltumapgāde un individuāla ēku apsilde (piemēram, Islandē daudzām ēkām);
• siltumnīcu apsilde, augu audzēšana, kultūraugu žāvēšana;
• ūdens sildīšana zivju audzētavām, rūpnieciskie procesi (piem., piena pasterizēšana);
• terapeitiskas un atpūtas vajadzības — peldēšanās karstajos avotos (vēsturisks pielietojums).

Ģeotermiskie siltumsūkņi izmanto stabilo seklā grunts temperatūru, lai ziemā izņemtu siltumu un vasarā novadītu lieko siltumu, nodrošinot ļoti efektīvu apsildi/aukstināšanu. Šādām sistēmām parasti ir augsts efektivitātes koeficients (COP), kas bieži vien svārstās ap 3–5 atkarībā no nosacījumiem.

Globālā izmantošana un attīstība

Visā pasaulē ģeotermālā enerģija tiek izmantota gan elektroenerģijas ražošanai, gan tiešajai apkurei. Tekstā minētais fakts par 2007. gadu — aptuveni 10 gigavati elektroenerģijas — attiecas uz to laiku; kopš tam ģeotermālās jaudas ierīkošana ir turpinājusies, un globālā uzstādītā jauda ir pieaugusi. Īpaši aktīvi ģeotermālās jomas attīstās reģionos ar atbilstošiem ģeotermālajiem apstākļiem, piemēram, Islandē, Filipīnās, Indonēzijā, ASV rietumu štatos, un Havaju salās. Rezervuāri tiek izurbti, un no tiem tvaiku vai karstu ūdeni izmanto turbīnu/ģeneratoru darbināšanai vai karstā ūdens tiešai izmantošanai.

Priekšrocības

• Ilgtspējība: pareizi pārvaldīti resursi var nodrošināt pastāvīgu enerģiju desmitgadēm;
• Zemas ekspluatācijas izmaksas: pēc sākotnējām ieviešanas izmaksām darbības izmaksas parasti ir salīdzinoši zemas;
• Zemas emisijas: ģeotermālajai elektroenerģijai un tiešajai izmantošanai parasti ir daudz zemāks CO2 un citu piesārņotāju izmešu līmenis nekā fosilajiem avotiem;
• Stabila jauda: nodrošina nepārtrauktu, prognozējamu enerģijas piegādi (labs pamata slodzes avots);
• Vietēja enerģija: var samazināt atkarību no importa enerģijas un veicināt vietējo attīstību.

Ierobežojumi un vides aspekti

Tomēr pastāv arī ierobežojumi un vides jautājumi:

• Augstas sākotnējās izmaksas: dziļurbšanas un izpētes izmaksas var būt ļoti lielas;
• Ģeogrāfiskā ierobežotība: komerciāli augstas temperatūras resursi ir pieejami tikai noteiktos reģionos, lai gan uzlabotās ģeotermālās sistēmas (EGS) cenšas paplašināt pieejamību;
• Inducētā seismiskā aktivitāte: īpaši EGS un dziļas urbšanas projektos var rasties neliela seismiskā aktivitāte;
• Ūdens un gāzu emisijas: dažos rezervuāros var izdalīties H2S, CO2 un minerālvielas; tomēr reinjektēšana un attīrīšanas tehnoloģijas var samazināt vides ietekmi;
• Resursu pārvaldība: ja nepareizi ekspluatē, rezervuāri var atdzist vai zudīt spiedienu, tāpēc nepieciešama rūpīga monitorēšana un reinjektēšana.

Nākotnes tehnoloģijas un perspektīvas

Attīstās vairākas tehnoloģijas, kas var radikāli palielināt ģeotermālās enerģijas potenciālu:

• Uzlabotās ģeotermālās sistēmas (EGS): mēģina izmantot karstus sausus iežus, radot vai paplašinot šķelto zonu un cirkulējot ūdeni, lai pārnestu siltumu;
• Dziļurbšana un magma enerģija: tehnoloģijas dziļākai urbšanai un siltuma izmantošanai no ļoti dziļiem reģioniem, tostarp magmas tuvuma;
• Hibrīdas sistēmas: kombinācijas ar saules, vēja vai atomelektroenerģiju, kā arī siltuma krātuves risinājumi;
• Uzlabotas siltummaiņas un materiāli: lai palielinātu efektivitāti un izturību augsttemperatūras apstākļos.

Praktiski aspekti un secinājums

Ģeotermālā enerģija ir uzticams, zemu emisiju un daudzos gadījumos ekonomiski izdevīgs enerģijas avots. Tā nodrošina gan elektroenerģiju ar augstu kapacitātes faktoru, gan tiešu siltumu daudziem pielietojumiem. Galvenie izaicinājumi ir augstās sākotnējās izmaksas, ģeogrāfiskā pieejamība un tehniskie riski, taču tehnoloģiju attīstība, tostarp EGS un labāka urbšanas prakse, sola paplašināt ģeotermālās enerģijas izmantošanu nākotnē.

Vēsturiski cilvēki ģeotermālo siltumu izmantojuši jau kopš paleolīta laikiem peldēšanai un ārstniecībai, bet mūsdienās tā kļūst arvien nozīmīgāka kā ilgtspējīgs enerģijas avots gan elektroenerģijas ražošanā, gan apkures un industriālajos procesos.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir ģeotermālā enerģija?

Jautājums: Cik daudz elektroenerģijas pasaulē 2007. gadā tika saražots no ģeotermālās enerģijas?

J: Kādu temperatūru zeme saglabā 10 metru dziļumā zem Zemes virsmas?

J: Kā ģeotermālos siltumsūkņus var izmantot ēku apsildīšanai?

J: Vai uzlaboto ģeotermālo sistēmu projekti ir nobriedušas tehnoloģijas?

Meklēt pēc burta