Žemės šilumos įsisavinimas: supratimas apie geoterminės energijos pritaikymą visame pasaulyje

Geoterminė energija, gaunama iš Žemės vidinės šilumos, yra reikšmingas ir vis svarbesnis atsinaujinančiosios energijos šaltinis. Skirtingai nuo saulės ar vėjo energijos, geoterminiai ištekliai yra gana pastovūs ir prieinami 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę, todėl yra patikimas bazinės apkrovos energijos pasirinkimas. Šiame tinklaraščio įraše nagrinėjami įvairūs geoterminės energijos taikymo būdai visame pasaulyje, pabrėžiant jos potencialą prisidėti prie tvaresnės energetikos ateities.

Kas yra geoterminė energija?

Geoterminė energija – tai Žemės viduje esanti šiluma. Ši šiluma kyla iš planetos formavimosi ir radioaktyvaus skilimo Žemės branduolyje. Temperatūros gradientas tarp Žemės branduolio (apie 5 200 °C) ir jos paviršiaus sukuria nuolatinį šilumos srautą į išorę. Nors šios šilumos yra labai daug, ji ne visada lengvai pasiekiama. Tam tikrose vietovėse dėl geologinių sąlygų geoterminiai ištekliai yra arčiau paviršiaus, todėl juos ekonomiškai apsimoka eksploatuoti. Šios vietovės dažnai siejamos su vulkaniniu aktyvumu, tektoninių plokščių ribomis ir hidroterminėmis sistemomis.

Geoterminių išteklių tipai

Geoterminiai ištekliai skiriasi pagal temperatūrą ir pasiekiamumą, o tai lemia jų panaudojimo technologijas. Pagrindiniai tipai yra šie:

• Aukštos temperatūros ištekliai: Paprastai randami vulkaniškai aktyviose vietovėse, šie ištekliai (virš 150 °C) idealiai tinka elektros energijos gamybai.
• Vidutinės temperatūros ištekliai: Šie ištekliai (nuo 70 °C iki 150 °C) gali būti naudojami elektros energijos gamybai naudojant binarinio ciklo elektrines arba tiesioginiam naudojimui, pavyzdžiui, centralizuotam šildymui ir pramoniniams procesams.
• Žemos temperatūros ištekliai: Ištekliai, kurių temperatūra žemesnė nei 70 °C, geriausiai tinka tiesioginiam naudojimui, pavyzdžiui, geoterminiams šilumos siurbliams pastatams šildyti ir vėsinti, akvakultūrai ir šiltnamiams šildyti.
• Patobulintos geoterminės sistemos (EGS): EGS apima dirbtinių geoterminių rezervuarų sukūrimą karštose, sausose uolienose, įšvirkščiant vandenį, kad uoliena sutrūkinėtų ir būtų galima išgauti šilumą. Ši technologija turi potencialą gerokai išplėsti geoterminės energijos prieinamumą.

Geoterminės energijos pritaikymas

Geoterminė energija siūlo platų pritaikymo spektrą, prisidedant tiek prie elektros energijos gamybos, tiek prie tiesioginio naudojimo šildymui ir vėsinimui.

1. Elektros energijos gamyba

Geoterminės elektrinės naudoja garą arba karštą vandenį iš požeminių rezervuarų turbinoms, sujungtoms su generatoriais, sukti ir gaminti elektrą. Yra trys pagrindiniai geoterminių elektrinių tipai:

• Sausų garų elektrinės: Šios elektrinės tiesiogiai naudoja garą iš geoterminių rezervuarų turbinoms sukti. Tai yra paprasčiausias ir ekonomiškiausias geoterminės elektrinės tipas. Pavyzdys: Geizeriai (The Geysers) Kalifornijoje, JAV.
• Staigaus garavimo (angl. flash) elektrinės: Aukšto slėgio karštas vanduo talpykloje staigiai paverčiamas garais, o garai naudojami turbinoms sukti. Tai yra labiausiai paplitęs geoterminės elektrinės tipas. Pavyzdys: Daugelis geoterminių elektrinių Islandijoje ir Naujojoje Zelandijoje.
• Binarinio ciklo elektrinės: Karštas vanduo iš geoterminio rezervuaro naudojamas antriniam skysčiui su žemesne virimo temperatūra šildyti. Išgaravęs antrinis skystis suka turbinas. Binarinio ciklo elektrinės gali naudoti žemesnės temperatūros geoterminius išteklius nei staigaus garavimo elektrinės. Pavyzdys: Daugelis geoterminių elektrinių Vakarų JAV ir Turkijoje.

Pavyzdžiai pasaulyje:

• Islandija: Pasaulinė geoterminės energijos lyderė, Islandija pagamina apie 25 % savo elektros energijos ir šildo apie 90 % savo namų, naudodama geoterminius išteklius. Nesjaveliro geoterminė elektrinė yra puikus kombinuotos šilumos ir elektros energijos gamybos (CHP) pavyzdys.
• Filipinai: Filipinai yra vieni didžiausių geoterminės energijos gamintojų pasaulyje, savo vulkaninį aktyvumą panaudodami značiai daliai elektros energijos pagaminti.
• Indonezija: Indonezija turi didžiulį geoterminį potencialą dėl savo vietos Ramiojo vandenyno Ugnies žiede. Vyriausybė aktyviai skatina geotermijos plėtrą, siekdama sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro.
• Kenija: Kenija yra geoterminės energijos plėtros lyderė Afrikoje, vykdanti didelius projektus, pavyzdžiui, Olkarijos geoterminės elektrinės kompleksą.
• Jungtinės Valstijos: Jungtinės Valstijos turi didelius geoterminius pajėgumus, daugiausia Vakarų valstijose. Geizerių geoterminis laukas Kalifornijoje yra didžiausias geoterminės energijos gamybos kompleksas pasaulyje.
• Naujoji Zelandija: Naujoji Zelandija naudoja savo geoterminius išteklius, kad pagamintų didelę dalį savo elektros energijos, o tokios elektrinės kaip Vairakėjaus geoterminė elektrinė vaidina svarbų vaidmenį.

2. Tiesioginio naudojimo taikymas

Geoterminė energija taip pat gali būti naudojama tiesiogiai šildymo ir vėsinimo tikslais, nepaverčiant jos elektra. Šie taikymo būdai dažnai yra energetiškai efektyvesni ir ekonomiškesni nei elektros energijos gamyba, ypač kai jie yra arti geoterminių išteklių.

• Centralizuotas šildymas: Geoterminis vanduo vamzdžiais tiekiamas tiesiai į pastatus šildymui. Tai įprasta praktika Islandijoje, Prancūzijoje ir kitose šalyse, turinčiose prieinamų geoterminių išteklių. Pavyzdys: Paryžiuje, Prancūzijoje, veikia didelio masto geoterminio centralizuoto šildymo sistema.
• Geoterminiai šilumos siurbliai (GŠS): GŠS naudoja pastovią Žemės temperatūrą kelių metrų gylyje po paviršiumi, kad užtikrintų pastatų šildymą ir vėsinimą. Jie yra labai energetiškai efektyvūs ir gali būti naudojami beveik bet kurioje pasaulio vietoje. GŠS tampa vis populiaresni gyvenamuosiuose ir komerciniuose pastatuose visame pasaulyje.
• Taikymas žemės ūkyje: Geoterminė energija gali būti naudojama šiltnamiams šildyti, pasėliams džiovinti ir akvakultūros tvenkiniams šildyti. Tai gali padidinti derlių ir prailginti auginimo sezonus. Pavyzdys: Geoterminiuose šiltnamiuose Islandijoje auginami įvairūs vaisiai ir daržovės.
• Taikymas pramonėje: Geoterminė energija gali būti naudojama įvairiuose pramoniniuose procesuose, tokiuose kaip maisto perdirbimas, celiuliozės ir popieriaus gamyba bei mineralų gavyba.
• Naudojimas SPA ir rekreacijai: Geoterminės karštosios versmės šimtmečius buvo naudojamos maudynėms ir poilsiui. Daugelis šalių turi klestinčią geoterminio turizmo pramonę. Pavyzdys: Daugybė karštųjų versmių kurortų Japonijoje ir Islandijoje.

Pavyzdžiai pasaulyje:

• Klamat Folsas, Oregonas, JAV: Čia veikia centralizuoto šildymo sistema, kuri naudoja geoterminę energiją pastatams ir įmonėms šildyti.
• Melkšamas, JK: Naujuose gyvenamųjų namų kvartaluose vis plačiau diegiami grunto šilumos siurbliai.
• Kenijos Naivašos ežero regionas: Naudoja geoterminę energiją sodininkystei, įskaitant šiltnamių šildymą gėlių auginimui.

3. Patobulintos geoterminės sistemos (EGS)

EGS technologija siekiama atverti geoterminį potencialą vietovėse, kur yra karštų, sausų uolienų, tačiau trūksta pakankamo pralaidumo natūraliai hidroterminei cirkuliacijai. EGS apima vandens įšvirkštimą į požemį, siekiant sukurti plyšius ir padidinti pralaidumą, leidžiantį išgauti šilumą. Ši technologija turi potencialą gerokai išplėsti geoterminių išteklių prieinamumą visame pasaulyje.

Iššūkiai ir galimybės:

• Techniniai iššūkiai: EGS projektai susiduria su techniniais iššūkiais, susijusiais su plyšių kūrimu ir palaikymu, vandens srauto valdymu ir indukuoto seismiškumo valdymu.
• Ekonominiai iššūkiai: EGS projektai paprastai yra brangesni nei įprasti geoterminiai projektai dėl gręžimo ir hidraulinio ardymo poreikio.
• Potenciali nauda: EGS suteikia galimybę pasiekti didžiulius geoterminius išteklius vietovėse, kurios anksčiau buvo laikomos netinkamomis geotermijos plėtrai.

4. Geoterminiai šilumos siurbliai (GŠS) – plačiai paplitęs pritaikymas ir pasaulinis augimas

Geoterminiai šilumos siurbliai (GŠS), dar žinomi kaip grunto šilumos siurbliai, naudoja santykinai pastovią Žemės temperatūrą kelių pėdų gylyje po paviršiumi. Šis temperatūros stabilumas suteikia patikimą šilumos šaltinį žiemą ir šilumos šalintuvą vasarą, todėl GŠS yra labai efektyvūs tiek šildymui, tiek vėsinimui. GŠS našumo koeficientas (COP) yra žymiai didesnis nei tradicinių šildymo ir vėsinimo sistemų, todėl sunaudojama mažiau energijos ir sumažėja anglies dvideginio išmetimai.

GŠS sistemų tipai:

• Uždaros kilpos sistemos: Naudoja nuolatinę palaidotų vamzdžių kilpą, užpildytą šilumnešiu (vandeniu ar antifrizu). Šiluma keičiasi tarp skysčio ir grunto.
• Atviros kilpos sistemos: Naudoja požeminį vandenį kaip šilumnešį. Vanduo siurbiamas iš šulinio, cirkuliuoja per šilumos siurblį, o tada išleidžiamas atgal į gruntą arba naudojamas kitiems tikslams.

Pasaulinės pritaikymo tendencijos:

• Šiaurės Amerika: GŠS plačiai naudojami JAV ir Kanadoje, ypač gyvenamuosiuose ir komerciniuose pastatuose. Prie jų pritaikymo prisidėjo vyriausybės paskatos ir komunalinių paslaugų nuolaidos.
• Europa: GŠS naudojimas Europoje sparčiai auga, skatinamas energijos efektyvumo standartų ir atsinaujinančios energijos tikslų. Pirmauja tokios šalys kaip Švedija, Šveicarija ir Vokietija.
• Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas: GŠS pritaikymas didėja tokiose šalyse kaip Kinija, Pietų Korėja ir Japonija, skatinamas susirūpinimo dėl oro taršos ir energetinio saugumo.

Geoterminės energijos nauda aplinkai

Geoterminė energija yra švarus ir tvarus energijos šaltinis, turintis daug naudos aplinkai:

• Sumažėję šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimai: Geoterminės elektrinės išmeta žymiai mažiau šiltnamio efektą sukeliančių dujų nei iškastiniu kuru kūrenamos elektrinės.
• Sumažėjusi oro tarša: Geoterminė energija neišmeta oro teršalų, tokių kaip sieros dioksidas, azoto oksidai ir kietosios dalelės.
• Tvarus išteklius: Geoterminiai ištekliai yra atsinaujinantys ir gali būti tvariai valdomi.
• Mažas žemės plotas: Geoterminės elektrinės ir tiesioginio naudojimo įrenginiai paprastai užima nedidelį žemės plotą, palyginti su kitais energijos šaltiniais.
• Sumažėjęs vandens suvartojimas: Geoterminės elektrinės gali naudoti perdirbtą vandenį arba išvalytas nuotekas vėsinimui, taip sumažinant gėlo vandens suvartojimą.

Geoterminės energijos plėtros iššūkiai ir galimybės

Nors geoterminė energija teikia didelę naudą, jos plėtra susiduria su keliais iššūkiais:

• Didelės pradinės išlaidos: Geoterminiams projektams būdingos didelės pradinės išlaidos žvalgymui, gręžimui ir elektrinės statybai.
• Geografiniai apribojimai: Geoterminiai ištekliai nėra tolygiai pasiskirstę visame pasaulyje, todėl plėtra apsiriboja vietovėmis, kuriose yra tinkamos geologinės sąlygos.
• Technologiniai iššūkiai: Geoterminių technologijų, tokių kaip EGS, kūrimui ir tobulinimui reikalingi nuolatiniai tyrimai ir plėtra.
• Aplinkosauginiai nuogąstavimai: Geotermijos plėtra gali turėti poveikį aplinkai, pavyzdžiui, žemės paviršiaus pažeidimas, vandens naudojimas ir indukuotas seismiškumas. Šį poveikį reikia kruopščiai valdyti.
• Reguliavimo ir leidimų išdavimo kliūtys: Geoterminiai projektai gali susidurti su sudėtingais reguliavimo ir leidimų išdavimo procesais, kurie gali atidėti plėtrą.

Nepaisant šių iššūkių, geoterminė energija suteikia didelių galimybių tvarios energetikos ateičiai:

• Didėjanti atsinaujinančios energijos paklausa: Pasaulinė atsinaujinančios energijos paklausa sparčiai auga, skatinama susirūpinimo dėl klimato kaitos ir energetinio saugumo.
• Technologiniai pasiekimai: Geoterminių technologijų, tokių kaip EGS ir patobulintos gręžimo technikos, pažanga plečia geotermijos plėtros potencialą.
• Vyriausybės parama: Daugelis vyriausybių teikia paskatas ir politiką geotermijos plėtrai remti.
• Privataus sektoriaus investicijos: Privatus sektorius vis daugiau investuoja į geoterminę energiją, skatinamas didėjančios paklausos ir patrauklios grąžos potencialo.

Geoterminės energijos ateitis

Geoterminė energija gali atlikti svarbų vaidmenį pasauliniame perėjime prie tvarios energetikos ateities. Tobulėjant technologijoms ir mažėjant sąnaudoms, tikimasi, kad geoterminė energija taps vis konkurencingesniu ir patrauklesniu energijos šaltiniu. Priimdama naujoves, spręsdama aplinkosaugos problemas ir skatindama bendradarbiavimą, geotermijos pramonė gali atskleisti visą savo potencialą ir prisidėti prie švaresnio, saugesnio ir tvaresnio pasaulio. Geoterminės energijos ateitis atrodo šviesi, o nuolatiniai tyrimai ir plėtra atveria kelią efektyvesniam ir platesniam jos pritaikymui. Politikos parama ir visuomenės informuotumas taip pat yra labai svarbūs šio vertingo atsinaujinančio ištekliaus augimui skatinti.

Išvada

Geoterminė energija yra perspektyvus ir vis svarbesnis pasaulinio atsinaujinančios energijos derinio komponentas. Įvairūs jos pritaikymo būdai, nuo elektros energijos gamybos iki tiesioginio šildymo ir vėsinimo, siūlo tvarius sprendimus įvairiems sektoriams. Nors išlieka iššūkių, susijusių su pradinėmis sąnaudomis ir geografiniais apribojimais, nuolatinė technologinė pažanga ir auganti pasaulinė švarios energijos paklausa skatina geotermijos plėtrą visame pasaulyje. Suprasdami potencialą ir spręsdami iššūkius, galime panaudoti Žemės šilumą, kad sukurtume tvaresnę ir atsparesnę energetikos ateitį visiems.