Paslėptos Žemės galios panaudojimas: pasaulinė požeminės elektros energijos gamybos apžvalga

Tvarių ir patikimų energijos šaltinių paieška yra pasaulinis imperatyvas. Nors saulės, vėjo ir kiti atsinaujinantys energijos šaltiniai populiarėja, požeminė elektros energijos gamyba yra patraukli alternatyva ir papildantis metodas. Ši inovatyvi sritis naudoja žemės gamtos išteklius ir geologines formacijas energijai gaminti ir saugoti, siūlydama unikalių pranašumų stabilumo, žemės naudojimo ir poveikio aplinkai požiūriu.

Kas yra požeminė elektros energijos gamyba?

Požeminė elektros energijos gamyba apima įvairias technologijas, kurios naudoja požeminius išteklius ar erdves energijos gamybai ir saugojimui. Pagrindinės kategorijos yra šios:

• Geoterminė energija: Šilumos išgavimas iš žemės gelmių elektrai gaminti arba tiesioginiam šildymui.
• Požeminės hidroakumuliacinės elektrinės (UPHS): Energijos saugojimas pumpuojant vandenį į požeminį rezervuarą ir jį išleidžiant elektrai gaminti, kai to prireikia.
• Požeminis suslėgto oro energijos kaupimas (CAES): Oro suspaudimas ir laikymas po žeme, kad vėliau būtų galima jį išleisti turbinoms sukti ir elektrai gaminti.
• Požeminis vandenilio saugojimas (UHS): Vandenilio saugojimas požeminėse ertmėse, kad vėliau būtų galima jį naudoti elektros gamybai ar kitiems tikslams.

Geoterminė energija: Žemės vidinės šilumos panaudojimas

Geoterminė energija yra brandi ir plačiai paplitusi požeminės elektros energijos gamybos forma. Ji naudoja žemės vidinę šilumą, kuri nuolat atsinaujina, todėl tai yra atsinaujinantis ir tvarus išteklius.

Geoterminių išteklių tipai

• Hidroterminiai ištekliai: Tai natūraliai susidarantys karšto vandens ar garų telkiniai po žeme. Jie skirstomi į:
• Aukštos temperatūros hidroterminiai: Naudojami elektros energijos gamybai, paprastai randami vulkaniniuose regionuose.
• Žemos temperatūros hidroterminiai: Naudojami tiesioginiam šildymui, pavyzdžiui, centralizuotam šildymui, šiltnamiams ir akvakultūrai.
• Patobulintos geoterminės sistemos (EGS): EGS, taip pat žinomos kaip inžinerinės geoterminės sistemos arba karštų sausų uolienų (HDR) geotermija, apima dirbtinių plyšių sukūrimą karštose, sausose uolienose giliai po žeme, kad vanduo galėtų cirkuliuoti ir išgauti šilumą. Tai išplečia geoterminės energijos geografinį potencialą.
• Geoterminiai šilumos siurbliai (GHP): Naudoja pastovią negilaus grunto temperatūrą pastatams šildyti ir vėsinti. Paprastai jie nelaikomi elektros energijos gamybos priemone, tačiau ženkliai prisideda prie energijos vartojimo efektyvumo.

Pasaulinė geoterminės energijos gamyba: pavyzdžiai ir tendencijos

Geoterminė energija naudojama daugelyje pasaulio šalių. Štai keletas žymių pavyzdžių:

• Jungtinės Amerikos Valstijos: Didžiausia pasaulyje geoterminės elektros energijos gamintoja, turinti didelius pajėgumus Kalifornijoje, Nevadoje ir Jutoje. Geizerių geoterminis laukas Kalifornijoje yra puikus aukštos temperatūros hidroterminio ištekliaus pavyzdys.
• Indonezija: Dėl savo padėties Ramiojo vandenyno ugnies žiede turi didelius geoterminius išteklius. Ji aktyviai stato naujas geotermines elektrines, kad patenkintų augančius energijos poreikius.
• Filipinai: Dar viena šalis, turinti gausų geoterminį potencialą, su daugybe veikiančių geoterminių elektrinių.
• Islandija: Geoterminės energijos panaudojimo pradininkė, naudojanti ją elektros gamybai, centralizuotam šildymui ir įvairioms pramonės reikmėms. Geoterminė energija sudaro didelę dalį Islandijos energijos poreikių.
• Kenija: Pirmaujanti geoterminės energijos gamintoja Afrikoje, su reikšminga plėtra Olkarijos geoterminiame lauke.
• Naujoji Zelandija: Naudoja geoterminę energiją tiek elektros gamybai, tiek tiesioginio naudojimo reikmėms.
• Turkija: Sparčiai plečia savo geoterminius pajėgumus, statydama daugybę naujų elektrinių.

Geoterminės energijos privalumai

• Atsinaujinanti ir tvari: Žemės vidinė šiluma yra praktiškai neišsenkantis išteklius.
• Bazinė galia: Geoterminės elektrinės gali veikti nepertraukiamai, užtikrindamos patikimą bazinės apkrovos energijos tiekimą, skirtingai nuo nepastovių atsinaujinančių šaltinių, tokių kaip saulės ir vėjo energija.
• Mažas žemės plotas: Geoterminėms elektrinėms paprastai reikia mažiau žemės nei kitų rūšių energijos gamybai.
• Maža emisija: Geoterminė energija išmeta žymiai mažiau šiltnamio efektą sukeliančių dujų, palyginti su iškastiniu kuru.
• Tiesioginio naudojimo galimybės: Geoterminę energiją galima tiesiogiai naudoti šildymui, vėsinimui ir pramoniniams procesams.

Geoterminės energijos iššūkiai

• Geografiniai apribojimai: Aukštos temperatūros hidroterminiai ištekliai yra sutelkti tam tikruose regionuose, nors EGS technologijos plečia geografinį potencialą.
• Didelės pradinės išlaidos: Geoterminių elektrinių statyba gali būti labai brangi.
• Išteklių tvarumas: Per didelis geoterminių skysčių išgavimas gali sukelti rezervuaro išeikvojimą, jei jis nėra tinkamai valdomas.
• Indukuotas seismiškumas: EGS operacijos gali potencialiai sukelti nedidelius žemės drebėjimus, todėl reikalingas kruopštus stebėjimas ir švelninimo priemonės.
• Aplinkosaugos problemos: Geoterminiuose skysčiuose gali būti ištirpusių mineralų ir dujų, kuriuos reikia tinkamai utilizuoti.

Požeminės hidroakumuliacinės elektrinės (UPHS): tvarus energijos kaupimo sprendimas

Energijos kaupimas yra labai svarbus norint integruoti nepastovius atsinaujinančius energijos šaltinius į tinklą ir užtikrinti tinklo stabilumą. Požeminės hidroakumuliacinės elektrinės (UPHS) siūlo perspektyvų sprendimą didelio masto energijos kaupimui.

Kaip veikia UPHS?

UPHS sistemą sudaro du rezervuarai skirtinguose aukščiuose. Mažos energijos paklausos arba perteklinės atsinaujinančios energijos gamybos laikotarpiais vanduo pumpuojamas iš žemutinio rezervuaro į viršutinį, kaupiant potencinę energiją. Kai energijos paklausa yra didelė, vanduo išleidžiamas iš viršutinio rezervuaro į žemutinį, tekėdamas per turbinas ir gamindamas elektrą.

UPHS sistemose bent vienas iš šių rezervuarų yra po žeme – natūralioje ertmėje arba dirbtinai iškastoje erdvėje. Tai suteikia keletą privalumų:

• Sumažintas žemės naudojimas: Požeminiai rezervuarai sumažina saugyklos pėdsaką paviršiuje.
• Aplinkosauginiai privalumai: UPHS gali sumažinti poveikį aplinkai, palyginti su įprastomis antžeminėmis hidroakumuliacinėmis elektrinėmis, kurioms dažnai reikia užtvenkti upes ir užlieti slėnius.
• Estetiniai privalumai: Požeminiai rezervuarai yra vizualiai nepastebimi.
• Integracijos su esama infrastruktūra potencialas: UPHS galima integruoti su esamomis požeminėmis kasyklomis ar tuneliais, taip sumažinant statybos išlaidas.

Pasauliniai UPHS projektai ir potencialas

Nors UPHS yra palyginti nauja technologija, palyginti su įprastomis hidroakumuliacinėmis elektrinėmis, visame pasaulyje yra keletas projektų, kurie yra kuriami arba svarstomi:

• Vokietija: Keletas tyrimų išnagrinėjo galimybę paversti apleistas kasyklas UPHS įrenginiais.
• Šveicarija: Turi idealias geologines sąlygas UPHS plėtrai.
• Australija: Nagrinėja UPHS kaip priemonę paremti savo augantį atsinaujinančios energijos sektorių.
• Jungtinės Amerikos Valstijos: Tiria UPHS galimybes įvairiose valstijose.
• Kinija: Aktyviai investuoja į hidroakumuliacines elektrines, įskaitant požemines.

UPHS privalumai

• Didelio masto energijos kaupimas: UPHS gali suteikti didelį energijos kaupimo pajėgumą, nuo šimtų megavatų iki kelių gigavatų.
• Ilgas tarnavimo laikas: UPHS įrenginiai gali veikti kelis dešimtmečius, suteikdami ilgalaikį energijos kaupimo sprendimą.
• Tinklo stabilumas: UPHS gali padėti stabilizuoti tinklą, greitai reaguodama į energijos tiekimo ir paklausos svyravimus.
• Papildo atsinaujinančius šaltinius: UPHS gali kaupti perteklinę atsinaujinančią energiją, pagamintą piko gamybos laikotarpiais, ir išleisti ją, kai to prireikia.
• Sumažintas poveikis aplinkai (palyginti su antžeminėmis HAE): Mažesnis paviršiaus žemės pažeidimas ir buveinių naikinimas.

UPHS iššūkiai

• Geologiniai reikalavimai: UPHS reikalauja tinkamų geologinių formacijų požeminiams rezervuarams statyti.
• Didelės kapitalo išlaidos: UPHS statyba gali būti labai brangi.
• Aplinkosauginiai aspektai: Reikia atidžiai apsvarstyti galimą požeminių statybų ir vandens naudojimo poveikį aplinkai.
• Vandens prieinamumas: UPHS reikalauja patikimo vandens šaltinio.

Kitos požeminės elektros energijos gamybos technologijos

Be geotermijos ir UPHS, atsiranda ir kitų požeminės elektros energijos gamybos technologijų:

Požeminis suslėgto oro energijos kaupimas (CAES)

CAES apima oro suspaudimą ir laikymą požeminėse ertmėse, tokiose kaip druskos kupolai ar vandeningieji sluoksniai. Kai reikia elektros energijos, suslėgtas oras išleidžiamas, pašildomas ir naudojamas turbinoms sukti, generuojant energiją. Tradicinis CAES naudoja gamtines dujas orui šildyti. Pažangus adiabatinis CAES (AA-CAES) kaupia šilumą, susidariusią suspaudimo metu, ir pakartotinai ją naudoja plėtimosi metu, didindamas efektyvumą ir mažindamas priklausomybę nuo iškastinio kuro.

Požeminis vandenilio saugojimas (UHS)

Vandenilis yra tiriamas kaip švarus energijos nešiklis. Požeminis vandenilio saugojimas druskos ertmėse, išeikvotuose naftos ir dujų telkiniuose ar vandeninguosiuose sluoksniuose yra laikomas pagrindiniu ateities vandenilio ekonomikos komponentu. Saugomas vandenilis gali būti naudojamas kuro elementuose elektrai gaminti arba kitoms reikmėms. Iššūkiai apima vandenilio nuotėkį ir saugomo vandenilio grynumo palaikymą.

Požeminės elektrinės (kavernų tipo elektrinės)

Kai kuriais atvejais įprastos elektrinės statomos po žeme, paprastai kavernuose (ertmėse). Tai gali suteikti pranašumų žemės naudojimo, poveikio aplinkai ir saugumo požiūriu. Šiose elektrinėse gali būti naudojami įvairūs kuro šaltiniai, įskaitant iškastinį kurą, branduolinę energiją ar net biomasę.

Požeminės elektros energijos gamybos ateitis

Požeminės elektros energijos gamybos technologijos turi potencialą atlikti svarbų vaidmenį pasauliniame energetikos perėjime. Pasauliui siekiant dekarbonizuoti savo energetikos sistemas ir padidinti energetinį saugumą, šios technologijos siūlo keletą įtikinamų pranašumų:

• Padidėjęs tinklo stabilumas: Požeminės elektros energijos gamybos technologijos, ypač geoterminė ir UPHS, gali teikti bazinę galią ir energijos kaupimą, padedant stabilizuoti tinklą ir integruoti nepastovius atsinaujinančius energijos šaltinius.
• Sumažintas žemės naudojimas: Požeminiai įrenginiai sumažina energetikos infrastruktūros pėdsaką paviršiuje, atlaisvindami žemę kitiems tikslams.
• Padidintas energetinis saugumas: Požeminiai ištekliai gali suteikti patikimą ir šalies viduje prieinamą energijos šaltinį, mažinant priklausomybę nuo importuojamo kuro.
• Mažesnis poveikis aplinkai: Požeminės elektros energijos gamybos technologijos gali sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir kitą poveikį aplinkai, palyginti su iškastiniu kuru.
• Inovacijos ir technologinė pažanga: Vykdomi moksliniai tyrimai ir plėtra mažina požeminės elektros energijos gamybos technologijų sąnaudas ir gerina jų efektyvumą.

Išvada

Požeminė elektros energijos gamyba nebėra futuristinė koncepcija. Tai yra gyvybingas ir vis svarbesnis pasaulinio energetikos kraštovaizdžio komponentas. Technologijoms bręstant ir sąnaudoms mažėjant, požeminė elektros energijos gamyba yra pasirengusi atlikti lemiamą vaidmenį kuriant tvarią ir atsparią energetikos ateitį. Šių inovatyvių požiūrių į energijos gamybą ir saugojimą pritaikymas bus būtinas norint patenkinti augančius pasaulio energijos poreikius, kartu sumažinant poveikį aplinkai ir užtikrinant energetinį saugumą. Potencialas panaudoti paslėptą Žemės galią yra didžiulis, o jo visiškas realizavimas žada švaresnę, patikimesnę ir tvaresnę energetikos ateitį visiems.