Zemes slēptā spēka izmantošana: globāls pārskats par pazemes enerģijas ražošanu

Ilgspējīgu un uzticamu enerģijas avotu meklējumi ir globāla nepieciešamība. Kamēr saules, vēja un citi atjaunojamie energoresursi kļūst arvien populārāki, pazemes enerģijas ražošana piedāvā pārliecinošu alternatīvu un papildinošu pieeju. Šī inovatīvā joma izmanto zemes dabas resursus un ģeoloģiskos veidojumus, lai ražotu un uzglabātu enerģiju, piedāvājot unikālas priekšrocības stabilitātes, zemes izmantošanas un ietekmes uz vidi ziņā.

Kas ir pazemes enerģijas ražošana?

Pazemes enerģijas ražošana ietver virkni tehnoloģiju, kas izmanto pazemes resursus vai telpas enerģijas ražošanai un uzglabāšanai. Galvenās kategorijas ir:

• Ģeotermālā enerģija: siltuma iegūšana no zemes dzīlēm, lai ražotu elektroenerģiju vai nodrošinātu tiešo siltumapgādi.
• Pazemes sūkņu hidroakumulācija (PSHAS): enerģijas uzglabāšana, sūknējot ūdeni uz pazemes rezervuāru un, kad nepieciešams, to atbrīvojot, lai ražotu elektroenerģiju.
• Pazemes saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšana (CAES): gaisa saspiešana un uzglabāšana pazemē, lai vēlāk to atbrīvotu turbīnu darbināšanai un elektroenerģijas ražošanai.
• Pazemes ūdeņraža uzglabāšana (UHS): ūdeņraža uzglabāšana pazemes dobumos, lai to vēlāk izmantotu elektroenerģijas ražošanai vai citiem mērķiem.

Ģeotermālā enerģija: Zemes iekšējā siltuma izmantošana

Ģeotermālā enerģija ir nobriedusi un plaši izmantota pazemes enerģijas ražošanas forma. Tā izmanto zemes iekšējo siltumu, kas pastāvīgi atjaunojas, padarot to par atjaunojamu un ilgtspējīgu resursu.

Ģeotermālo resursu veidi

• Hidrotermālie resursi: Šie resursi ietver dabiski sastopamus karsta ūdens vai tvaika rezervuārus pazemē. Tos klasificē šādi:
• Augstas temperatūras hidrotermālie resursi: Izmanto elektroenerģijas ražošanai, parasti sastopami vulkāniskos reģionos.
• Zemas temperatūras hidrotermālie resursi: Izmanto tiešai siltumapgādei, piemēram, centralizētajā siltumapgādē, siltumnīcās un akvakultūrā.
• Uzlabotās ģeotermālās sistēmas (EGS): EGS, zināmas arī kā inženierģeotermālās sistēmas vai karsto sauso iežu (HDR) ģeotermālā enerģija, ietver mākslīgu plaisu radīšanu karstos, sausos iežos dziļi pazemē, lai ļautu ūdenim cirkulēt un iegūt siltumu. Tas paplašina ģeotermālās enerģijas ģeogrāfisko potenciālu.
• Ģeotermālie siltumsūkņi (GSS): Izmanto nemainīgo temperatūru seklā grunts slānī, lai apsildītu un dzesētu ēkas. Parasti tie netiek uzskatīti par enerģijas ražošanas avotu, bet ievērojami veicina energoefektivitāti.

Globālā ģeotermālās enerģijas ražošana: piemēri un tendences

Ģeotermālā enerģija tiek izmantota daudzās valstīs visā pasaulē. Šeit ir daži ievērojami piemēri:

• Amerikas Savienotās Valstis: Pasaulē lielākais ģeotermālās elektroenerģijas ražotājs ar ievērojamu jaudu Kalifornijā, Nevadā un Jūtā. The Geysers ģeotermālais lauks Kalifornijā ir lielisks augstas temperatūras hidrotermālo resursu piemērs.
• Indonēzija: Lepojas ar ievērojamiem ģeotermālajiem resursiem, pateicoties tās atrašanās vietai Klusā okeāna Uguns lokā. Tā aktīvi attīsta jaunas ģeotermālās elektrostacijas, lai apmierinātu augošo enerģijas pieprasījumu.
• Filipīnas: Vēl viena valsts ar bagātīgu ģeotermālo potenciālu un daudzām darbojošām ģeotermālajām elektrostacijām.
• Islande: Pioniere ģeotermālās enerģijas izmantošanā, to lietojot elektroenerģijas ražošanai, centralizētajai siltumapgādei un dažādiem rūpnieciskiem pielietojumiem. Ģeotermālā enerģija nodrošina ievērojamu daļu no Islandes enerģijas vajadzībām.
• Kenija: Vadošais ģeotermālās enerģijas ražotājs Āfrikā ar nozīmīgu attīstību Olkarijas ģeotermālajā laukā.
• Jaunzēlande: Izmanto ģeotermālo enerģiju gan elektroenerģijas ražošanai, gan tiešās izmantošanas pielietojumiem.
• Turcija: Strauji paplašina savu ģeotermālo jaudu, attīstot daudzas jaunas elektrostacijas.

Ģeotermālās enerģijas priekšrocības

• Atjaunojama un ilgtspējīga: Zemes iekšējais siltums ir praktiski neizsmeļams resurss.
• Bāzes slodzes jauda: Ģeotermālās elektrostacijas var darboties nepārtraukti, nodrošinot uzticamu bāzes slodzes enerģijas piegādi, atšķirībā no periodiskiem atjaunojamiem resursiem, piemēram, saules un vēja enerģijas.
• Maza aizņemtā zemes platība: Ģeotermālās elektrostacijas parasti prasa mazāk zemes nekā citi enerģijas ražošanas veidi.
• Zemas emisijas: Ģeotermālā enerģija rada ievērojami mazāk siltumnīcefekta gāzu emisiju salīdzinājumā ar fosilo kurināmo.
• Tiešās izmantošanas pielietojumi: Ģeotermālo enerģiju var izmantot tieši apkurei, dzesēšanai un rūpnieciskos procesos.

Ģeotermālās enerģijas izaicinājumi

• Ģeogrāfiskie ierobežojumi: Augstas temperatūras hidrotermālie resursi ir koncentrēti noteiktos reģionos, lai gan EGS tehnoloģijas paplašina ģeogrāfisko potenciālu.
• Augstas sākotnējās izmaksas: Ģeotermālās elektrostacijas būvniecība var būt kapitālietilpīga.
• Resursu ilgtspēja: Pārmērīga ģeotermālo šķidrumu ieguve var izraisīt rezervuāra noplicināšanos, ja to pienācīgi nepārvalda.
• Inducētā seismiskā aktivitāte: EGS darbības var potenciāli izraisīt nelielas zemestrīces, kas prasa rūpīgu uzraudzību un mazināšanas pasākumus.
• Vides apsvērumi: Ģeotermālie šķidrumi var saturēt izšķīdušus minerālus un gāzes, kas prasa pienācīgu utilizāciju.

Pazemes sūkņu hidroakumulācija (PSHAS): ilgtspējīgs enerģijas uzglabāšanas risinājums

Enerģijas uzglabāšana ir izšķiroši svarīga, lai integrētu periodiskus atjaunojamās enerģijas avotus tīklā un nodrošinātu tīkla stabilitāti. Pazemes sūkņu hidroakumulācija (PSHAS) piedāvā daudzsološu risinājumu liela mēroga enerģijas uzglabāšanai.

Kā darbojas PSHAS

PSHAS ietver divus rezervuārus dažādos augstumos. Zema enerģijas pieprasījuma vai pārmērīgas atjaunojamās enerģijas ražošanas periodos ūdens tiek sūknēts no apakšējā rezervuāra uz augšējo, uzglabājot potenciālo enerģiju. Kad enerģijas pieprasījums ir augsts, ūdens tiek atbrīvots no augšējā rezervuāra uz apakšējo, plūstot caur turbīnām, lai ražotu elektroenerģiju.

PSHAS sistēmās vismaz viens no šiem rezervuāriem atrodas pazemē, vai nu dabiski veidojušā dobumā, vai mākslīgi izraktā telpā. Tas piedāvā vairākas priekšrocības:

• Samazināta zemes izmantošana: Pazemes rezervuāri samazina uzglabāšanas iekārtas virszemes platību.
• Vides ieguvumi: PSHAS var samazināt ietekmi uz vidi salīdzinājumā ar parasto virszemes sūkņu hidroakumulāciju, kas bieži prasa upju aizsprostošanu un ieleju appludināšanu.
• Estētiskās priekšrocības: Pazemes rezervuāri ir vizuāli neuzkrītoši.
• Integrācijas potenciāls ar esošo infrastruktūru: PSHAS var integrēt ar esošām pazemes raktuvēm vai tuneļiem, samazinot būvniecības izmaksas.

Globālie PSHAS projekti un potenciāls

Lai gan PSHAS ir salīdzinoši jauna tehnoloģija salīdzinājumā ar parasto sūkņu hidroakumulāciju, vairāki projekti tiek izstrādāti vai apsvērti visā pasaulē:

• Vācija: Vairākos pētījumos ir pētīts potenciāls pārveidot pamestas raktuves par PSHAS iekārtām.
• Šveice: Piemīt ideāli ģeoloģiskie apstākļi PSHAS attīstībai.
• Austrālija: Pēta PSHAS kā līdzekli, lai atbalstītu savu augošo atjaunojamās enerģijas nozari.
• Amerikas Savienotās Valstis: Izmeklē PSHAS iespējas dažādos štatos.
• Ķīna: Aktīvi investē sūkņu hidroakumulācijā, tostarp pazemes variantos.

PSHAS priekšrocības

• Liela mēroga enerģijas uzglabāšana: PSHAS var nodrošināt ievērojamu enerģijas uzglabāšanas jaudu, sākot no simtiem megavatu līdz vairākiem gigavatiem.
• Ilgs kalpošanas laiks: PSHAS iekārtas var darboties vairākus gadu desmitus, nodrošinot ilgtermiņa enerģijas uzglabāšanas risinājumu.
• Tīkla stabilitāte: PSHAS var palīdzēt stabilizēt tīklu, nodrošinot ātru reakciju uz enerģijas piedāvājuma un pieprasījuma svārstībām.
• Papildina atjaunojamos resursus: PSHAS var uzglabāt lieko atjaunojamo enerģiju, kas saražota maksimālās ražošanas periodos, un atbrīvot to, kad nepieciešams.
• Samazināta ietekme uz vidi (salīdzinot ar virszemes sūkņu hidroakumulācijas elektrostacijām): Mazāka virszemes zemes traucēšana un biotopu iznīcināšana.

PSHAS izaicinājumi

• Ģeoloģiskās prasības: PSHAS nepieciešami piemēroti ģeoloģiskie veidojumi pazemes rezervuāru būvniecībai.
• Augstas kapitāla izmaksas: PSHAS būvniecība var būt kapitālietilpīga.
• Vides apsvērumi: Rūpīgi jāapsver iespējamā pazemes būvniecības un ūdens izmantošanas ietekme uz vidi.
• Ūdens pieejamība: PSHAS nepieciešams uzticams ūdens avots.

Citas pazemes enerģijas ražošanas tehnoloģijas

Papildus ģeotermālajai enerģijai un PSHAS parādās arī citas pazemes enerģijas ražošanas tehnoloģijas:

Pazemes saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšana (CAES)

CAES ietver gaisa saspiešanu un uzglabāšanu pazemes dobumos, piemēram, sāls kupolos vai ūdensnesējslāņos. Kad nepieciešama elektroenerģija, saspiestais gaiss tiek atbrīvots, uzsildīts un izmantots turbīnu darbināšanai, ražojot enerģiju. Tradicionālā CAES izmanto dabasgāzi gaisa uzsildīšanai. Uzlabotā adiabātiskā CAES (AA-CAES) uzglabā kompresijas laikā radīto siltumu un atkārtoti to izmanto izplešanās laikā, uzlabojot efektivitāti un samazinot atkarību no fosilā kurināmā.

Pazemes ūdeņraža uzglabāšana (UHS)

Ūdeņradis tiek pētīts kā tīrs enerģijas nesējs. Ūdeņraža pazemes uzglabāšana sāls dobumos, noplicinātās naftas un gāzes krātuvēs vai ūdensnesējslāņos tiek uzskatīta par galveno sastāvdaļu nākotnes ūdeņraža ekonomikā. Uzglabāto ūdeņradi var izmantot kurināmā elementos, lai ražotu elektroenerģiju, vai citiem pielietojumiem. Izaicinājumi ietver ūdeņraža noplūdi un uzglabātā ūdeņraža tīrības saglabāšanu.

Pazemes elektrostacijas (dobumu elektrostacijas)

Dažos gadījumos parastās elektrostacijas tiek būvētas pazemē, parasti dobumos. Tas var piedāvāt priekšrocības zemes izmantošanas, ietekmes uz vidi un drošības ziņā. Šīs elektrostacijas var izmantot dažādus kurināmā avotus, tostarp fosilo kurināmo, kodolenerģiju vai pat biomasu.

Pazemes enerģijas ražošanas nākotne

Pazemes enerģijas ražošanas tehnoloģijām ir potenciāls spēlēt nozīmīgu lomu globālajā enerģētikas pārejā. Tā kā pasaule cenšas dekarbonizēt savas enerģētikas sistēmas un uzlabot enerģētisko drošību, šīs tehnoloģijas piedāvā vairākas pārliecinošas priekšrocības:

• Paaugstināta tīkla stabilitāte: Pazemes enerģijas ražošanas tehnoloģijas, īpaši ģeotermālā enerģija un PSHAS, var nodrošināt bāzes slodzes jaudu un enerģijas uzglabāšanu, palīdzot stabilizēt tīklu un integrēt periodiskus atjaunojamās enerģijas avotus.
• Samazināta zemes izmantošana: Pazemes iekārtas samazina enerģētikas infrastruktūras virszemes platību, atbrīvojot zemi citiem mērķiem.
• Uzlabota enerģētiskā drošība: Pazemes resursi var nodrošināt uzticamu un vietēji pieejamu enerģijas avotu, samazinot atkarību no importētā kurināmā.
• Zemāka ietekme uz vidi: Pazemes enerģijas ražošanas tehnoloģijas var samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas un citu ietekmi uz vidi salīdzinājumā ar fosilo kurināmo.
• Inovācijas un tehnoloģiskie sasniegumi: Nepārtraukta pētniecība un attīstība samazina izmaksas un uzlabo pazemes enerģijas ražošanas tehnoloģiju efektivitāti.

Secinājums

Pazemes enerģijas ražošana vairs nav futūristisks koncepts. Tā ir dzīvotspējīga un arvien svarīgāka globālās enerģētikas ainavas sastāvdaļa. Tehnoloģijām attīstoties un izmaksām samazinoties, pazemes enerģijas ražošana ir gatava spēlēt izšķirošu lomu ilgtspējīgas un noturīgas enerģētikas nākotnes veidošanā. Šo inovatīvo pieeju pieņemšana enerģijas ražošanā un uzglabāšanā būs būtiska, lai apmierinātu pasaules augošās enerģijas vajadzības, vienlaikus samazinot ietekmi uz vidi un nodrošinot enerģētisko drošību. Potenciāls izmantot Zemes slēpto spēku ir milzīgs, un tā pilnīga realizācija sola tīrāku, uzticamāku un ilgtspējīgāku enerģijas nākotni visiem.