Využití skryté síly Země: Globální přehled podzemní výroby energie

Hledání udržitelných a spolehlivých zdrojů energie je celosvětovou nutností. Zatímco solární, větrná a další obnovitelné zdroje získávají na popularitě, podzemní výroba energie představuje přesvědčivou alternativu a doplňkový přístup. Toto inovativní odvětví využívá přírodní zdroje a geologické formace Země k výrobě a skladování energie, přičemž nabízí jedinečné výhody z hlediska stability, využití půdy a dopadu na životní prostředí.

Co je podzemní výroba energie?

Podzemní výroba energie zahrnuje řadu technologií, které využívají podzemní zdroje nebo prostory k výrobě a skladování energie. Klíčové kategorie zahrnují:

• Geotermální energie: Získávání tepla z nitra Země k výrobě elektřiny nebo poskytování přímého vytápění.
• Podzemní přečerpávací vodní elektrárny (PPVE): Skladování energie čerpáním vody do podzemní nádrže a jejím vypouštěním k výrobě elektřiny v případě potřeby.
• Podzemní skladování energie ve stlačeném vzduchu (CAES): Stlačování vzduchu a jeho skladování v podzemí pro pozdější uvolnění k pohonu turbín a výrobě elektřiny.
• Podzemní skladování vodíku (UHS): Skladování vodíku v podzemních kavernách pro pozdější využití k výrobě energie nebo k jiným účelům.

Geotermální energie: Využití vnitřního tepla Země

Geotermální energie je vyspělou a široce přijímanou formou podzemní výroby energie. Využívá vnitřní teplo Země, které se neustále doplňuje, což z ní činí obnovitelný a udržitelný zdroj.

Typy geotermálních zdrojů

• Hydrotermální zdroje: Tyto zdroje zahrnují přirozeně se vyskytující podzemní rezervoáry horké vody nebo páry. Dělí se na:
• Vysokoteplotní hydrotermální: Používají se k výrobě elektřiny, typicky se nacházejí ve vulkanických oblastech.
• Nízkoteplotní hydrotermální: Používají se pro přímé vytápění, jako je dálkové vytápění, skleníky a akvakultura.
• Vylepšené geotermální systémy (EGS): EGS, známé také jako umělé geotermální systémy nebo geotermální systémy suchých horkých hornin (HDR), zahrnují vytváření umělých puklin v horkých, suchých horninách hluboko pod zemí, aby mohla cirkulovat voda a extrahovat teplo. Tím se rozšiřuje geografický potenciál geotermální energie.
• Geotermální tepelná čerpadla (GHP): Využívají stálou teplotu mělkého podzemí k vytápění a chlazení budov. Obvykle se nepovažují za výrobu energie, ale významně přispívají k energetické účinnosti.

Globální produkce geotermální energie: Příklady a trendy

Geotermální energie se využívá v mnoha zemích po celém světě. Zde jsou některé významné příklady:

• Spojené státy: Největší světový producent elektřiny z geotermální energie s významnou kapacitou v Kalifornii, Nevadě a Utahu. Geotermální pole The Geysers v Kalifornii je ukázkovým příkladem vysokoteplotního hydrotermálního zdroje.
• Indonésie: Díky své poloze podél Pacifického ohnivého kruhu se může pochlubit značnými geotermálními zdroji. Aktivně buduje nové geotermální elektrárny, aby uspokojila rostoucí poptávku po energii.
• Filipíny: Další země s hojným geotermálním potenciálem a mnoha fungujícími geotermálními elektrárnami.
• Island: Průkopník ve využívání geotermální energie, kterou používá k výrobě elektřiny, dálkovému vytápění a různým průmyslovým aplikacím. Geotermální energie pokrývá významnou část energetických potřeb Islandu.
• Keňa: Přední producent geotermální energie v Africe s významným rozvojem v geotermálním poli Olkaria.
• Nový Zéland: Využívá geotermální energii jak k výrobě elektřiny, tak k přímým aplikacím.
• Turecko: Rychle rozšiřuje svou geotermální kapacitu a ve výstavbě má řadu nových elektráren.

Výhody geotermální energie

• Obnovitelná a udržitelná: Vnitřní teplo Země je prakticky nevyčerpatelným zdrojem.
• Základní zatížení: Geotermální elektrárny mohou pracovat nepřetržitě a poskytovat spolehlivé dodávky energie v základním zatížení, na rozdíl od přerušovaných obnovitelných zdrojů, jako je solární a větrná energie.
• Malá plocha: Geotermální elektrárny obecně vyžadují méně půdy než jiné formy výroby energie.
• Nízké emise: Geotermální energie produkuje výrazně méně emisí skleníkových plynů ve srovnání s fosilními palivy.
• Aplikace pro přímé využití: Geotermální energii lze přímo využít pro vytápění, chlazení a průmyslové procesy.

Výzvy geotermální energie

• Geografická omezení: Vysokoteplotní hydrotermální zdroje jsou soustředěny v určitých regionech, ačkoli technologie EGS rozšiřují geografický potenciál.
• Vysoké počáteční náklady: Výstavba geotermálních elektráren může být kapitálově náročná.
• Udržitelnost zdrojů: Nadměrná těžba geotermálních kapalin může vést k vyčerpání rezervoáru, pokud není správně řízena.
• Indukovaná seismicita: Provoz EGS může potenciálně vyvolat menší zemětřesení, což vyžaduje pečlivé monitorování a zmírňující opatření.
• Environmentální obavy: Geotermální kapaliny mohou obsahovat rozpuštěné minerály a plyny, které vyžadují správnou likvidaci.

Podzemní přečerpávací vodní elektrárny (PPVE): Udržitelné řešení pro skladování energie

Skladování energie je klíčové pro integraci přerušovaných obnovitelných zdrojů energie do sítě a zajištění její stability. Podzemní přečerpávací vodní elektrárny (PPVE) nabízejí slibné řešení pro velkokapacitní skladování energie.

Jak PPVE fungují

PPVE zahrnují dvě nádrže v různých výškách. V obdobích nízké poptávky po energii nebo nadprodukce z obnovitelných zdrojů se voda čerpá z dolní nádrže do horní, čímž se ukládá potenciální energie. Když je poptávka po energii vysoká, voda se vypouští z horní nádrže do dolní a proudí přes turbíny, které vyrábějí elektřinu.

V systémech PPVE je alespoň jedna z těchto nádrží umístěna v podzemí, buď v přirozeně se vyskytující kaverně, nebo v uměle vyhloubeném prostoru. To nabízí několik výhod:

• Snížené využití půdy: Podzemní nádrže minimalizují povrchovou stopu skladovacího zařízení.
• Environmentální přínosy: PPVE mohou snížit dopad na životní prostředí ve srovnání s konvenčními povrchovými přečerpávacími elektrárnami, které často vyžadují přehrazování řek a zaplavování údolí.
• Estetické výhody: Podzemní nádrže jsou vizuálně nenápadné.
• Potenciál pro integraci se stávající infrastrukturou: PPVE lze integrovat se stávajícími podzemními doly nebo tunely, což snižuje náklady na výstavbu.

Globální projekty PPVE a jejich potenciál

Ačkoli jsou PPVE ve srovnání s konvenčními přečerpávacími vodními elektrárnami relativně novou technologií, po celém světě je ve vývoji nebo zvažování několik projektů:

• Německo: Několik studií zkoumalo potenciál přeměny opuštěných dolů na zařízení PPVE.
• Švýcarsko: Má ideální geologické podmínky pro rozvoj PPVE.
• Austrálie: Zkoumá PPVE jako prostředek podpory svého rostoucího sektoru obnovitelné energie.
• Spojené státy: Zkoumají příležitosti pro PPVE v různých státech.
• Čína: Aktivně investuje do přečerpávacích vodních elektráren, včetně podzemních variant.

Výhody PPVE

• Velkokapacitní skladování energie: PPVE mohou poskytnout značnou kapacitu pro skladování energie, od stovek megawattů po několik gigawattů.
• Dlouhá životnost: Zařízení PPVE mohou fungovat několik desetiletí a poskytovat tak dlouhodobé řešení pro skladování energie.
• Stabilita sítě: PPVE mohou pomoci stabilizovat síť tím, že poskytují rychlou reakci na výkyvy v dodávce a poptávce po energii.
• Doplněk k obnovitelným zdrojům: PPVE mohou ukládat přebytečnou energii z obnovitelných zdrojů vyrobenou během období špičkové produkce a uvolňovat ji v případě potřeby.
• Snížený dopad na životní prostředí (ve srovnání s povrchovými PVE): Menší narušení povrchové krajiny a biotopů.

Výzvy PPVE

• Geologické požadavky: PPVE vyžadují vhodné geologické formace pro výstavbu podzemních nádrží.
• Vysoké kapitálové náklady: Výstavba PPVE může být kapitálově náročná.
• Environmentální aspekty: Je třeba pečlivě zvážit potenciální dopady podzemní výstavby a využívání vody na životní prostředí.
• Dostupnost vody: PPVE vyžadují spolehlivý zdroj vody.

Další technologie podzemní výroby energie

Kromě geotermální energie a PPVE se objevují i další technologie podzemní výroby energie:

Podzemní skladování energie ve stlačeném vzduchu (CAES)

CAES zahrnuje stlačování vzduchu a jeho skladování v podzemních kavernách, jako jsou solné dómy nebo akvifery. Když je potřeba elektřina, stlačený vzduch se uvolní, zahřeje a použije k pohonu turbín, které vyrábějí energii. Tradiční CAES se spoléhá na zemní plyn k ohřevu vzduchu. Pokročilé adiabatické CAES (AA-CAES) ukládá teplo vzniklé při kompresi a znovu ho využívá během expanze, čímž zvyšuje účinnost a snižuje závislost na fosilních palivech.

Podzemní skladování vodíku (UHS)

Vodík je zkoumán jako čistý nosič energie. Podzemní skladování vodíku v solných kavernách, vyčerpaných ropných a plynových ložiscích nebo akviferech je považováno za klíčovou součást budoucí vodíkové ekonomiky. Uložený vodík pak může být použit v palivových článcích k výrobě elektřiny nebo pro jiné aplikace. Mezi výzvy patří únik vodíku a udržení čistoty skladovaného vodíku.

Podzemní elektrárny (Kavernové elektrárny)

V některých případech jsou konvenční elektrárny budovány v podzemí, typicky v kavernách. To může nabídnout výhody z hlediska využití půdy, dopadu na životní prostředí a bezpečnosti. Tyto elektrárny mohou využívat různé zdroje paliva, včetně fosilních paliv, jaderné energie nebo dokonce biomasy.

Budoucnost podzemní výroby energie

Technologie podzemní výroby energie mají potenciál hrát významnou roli v globální energetické transformaci. Jak svět usiluje o dekarbonizaci svých energetických systémů a zvýšení energetické bezpečnosti, tyto technologie nabízejí několik přesvědčivých výhod:

• Zvýšená stabilita sítě: Technologie podzemní výroby energie, zejména geotermální a PPVE, mohou poskytovat energii v základním zatížení a skladování energie, což pomáhá stabilizovat síť a integrovat přerušované obnovitelné zdroje energie.
• Snížené využití půdy: Podzemní zařízení minimalizují povrchovou stopu energetické infrastruktury a uvolňují půdu pro jiné využití.
• Zvýšená energetická bezpečnost: Podzemní zdroje mohou poskytnout spolehlivý a domácí zdroj energie, což snižuje závislost na dovážených palivech.
• Nižší dopad na životní prostředí: Technologie podzemní výroby energie mohou snížit emise skleníkových plynů a další dopady na životní prostředí ve srovnání s fosilními palivy.
• Inovace a technologický pokrok: Probíhající výzkum a vývoj snižují náklady a zlepšují účinnost technologií podzemní výroby energie.

Závěr

Podzemní výroba energie již není futuristickým konceptem. Je to životaschopná a stále důležitější součást globální energetické krajiny. Jak technologie dozrávají a náklady klesají, je podzemní výroba energie připravena hrát klíčovou roli při vytváření udržitelné a odolné energetické budoucnosti. Přijetí těchto inovativních přístupů k výrobě a skladování energie bude nezbytné pro uspokojení rostoucích energetických potřeb světa při minimalizaci dopadu na životní prostředí a zajištění energetické bezpečnosti. Potenciál využití skryté síly Země je obrovský a jeho plná realizace slibuje čistší, spolehlivější a udržitelnější energetickou budoucnost pro všechny.