Hvad er geotermisk energi?
Opdag, hvordan denne rene, vedvarende energiressource kan hjælpe med at reducere verdens afhængighed af fossile brændstoffer.
Hvad er geotermisk energi?
Mens personer, organisationer og nationer leder efter måder at reducere CO2-udledningen på, er regeringer og virksomheder trådt frem med vigtige CO2-reduktionsløfter. At finde alternativer til fossile brændstoffer, herunder kul, naturgas og olie, er afgørende for at nå disse mål. I den forbindelse bliver vedvarende renere energikilder som sol, vandkraft, vind og geotermisk energi stadig vigtigere.
I dag betragtes geotermisk energi som en af de mest effektive og bæredygtige energityper, fordi det er en ren, pålidelig og vedvarende ressource. Geotermisk energi bruger den varme, der er lagret i jordens overflade, til at generere elektricitet og levere geotermisk opvarmning og afkøling til hjem og virksomheder. Geotermiske ressourcer har været i brug i Nordamerika i mere end 10.000 år, da amerikanske palæo-indianere brugte geotermiske varme kilder til varme, madlavning og badning.
Geografien spiller en afgørende rolle for en regions evne til at drage fordel af geotermisk energi. De bedste geotermiske ressourcer er ofte placeret nær grænserne mellem tektoniske plader. Vulkansk aktivitet og jordskælv er koncentreret nær disse grænser på grund af bevægelser i jordskorpen. For eksempel er Ildringen omkring kanten af Stillehavet en række vulkaner og seismisk aktivitet, der primært er forårsaget af pladetektonik. Som et resultat har denne region de mest aktive geotermiske områder i verden.
I øjeblikket er USA verdens førende inden for geotermisk energiproduktion, selvom geotermisk energi kun udgør en lille procentdel af det amerikanske energiforbrug. Fordi geotermisk energi er almindelig nær tektoniske pladegrænser, ligger de fleste amerikanske geotermiske kraftværker i de vestlige stater. Californien har den største mængde geotermisk elproduktionskapacitet med 40 geotermiske anlæg i drift.
Island, Filippinerne og El Salvador er også førende inden for geotermisk energi, og geotermisk energi står for mere end 25 procent af hvert lands samlede energiforbrug.
Læs denne artikel for at udforske geotermisk energi, vurdere dens fordele og ulemper og finde eksempler på geotermisk energi. Du vil også lære om fremtiden for geotermisk energi, og hvordan teknologi kan hjælpe med at fremskynde innovation inden for geotermisk energi.
Typer af geotermisk energi
Geotermisk energi udvindes af den varme, der genereres i jorden. Udtrykket "geotermisk" kommer fra de græske ord "geo", der betyder jord, og "thermos", der betyder varm. Under jordskorpen, som består af sten og vand, er der et lag af varm, smeltet sten kaldet magma. Magma når temperaturer på 1.300°F til 2.400°F og kan boble op til jordens overflade som lava. Magma opvarmer også klipper og underjordiske lag af vand, som kan frigives gennem gejsere, varme kilder og fumaroler, som alle er eksempler på geotermisk energi.
Men det meste af jordens geotermiske energi forbliver under jorden som lommer af damp og varmt vand og høstes ved hjælp af forskellige metoder:
Geotermisk energi ved lav temperatur
- Varme fra geotermisk væske tæt på jordoverfladen stiger op af sig selv eller hentes op ved hjælp af en brønd.
- Kan tilgås næsten hvor som helst i verden.
- Geotermiske anvendelser til direkte brug, herunder opvarmning af boliger, drivhuse, fiskeri og visse industrielle processer.
Geotermisk energi produceret i fællesskab
- Bruger vand, der er opvarmet som et biprodukt fra olie- og gasbrønde.
- Producerer elektricitet, der bruges af anlægget eller sælges til elnettet.
Geotermisk opvarmning og køling
- Geotermiske varmepumper bores mellem 10 og 300 meter ned i jorden.
- Opvarmer hjem og bygninger om vinteren og køler dem om sommeren.
Geotermisk kraftværk
- Udnytter geotermiske reservoirer så dybt som tre kilometer nede i jorden.
- Genererer elektricitet.
Fordele og ulemper ved geotermisk energi
Selvom geotermisk energi er en vedvarende og ren energiressource, er der ulemper ved den, herunder høje startomkostninger og potentialet for at forårsage jordskælv og jordskred, den gradvise nedsynkning af et landområde.
Fordele ved geotermisk energi:
- Miljøvenlig: Geotermiske kraftværker har et minimalt CO2-aftryk, og forureningen forbundet med dem er meget lav. Geotermisk opvarmning og køling reducerer udledningen af drivhusgasser.
- Vedvarende: I modsætning til fossile brændstoffer er geotermisk energi vedvarende reservoirer i jorden, der naturligt genopfyldes og vil vare milliarder af år.
- Pålidelig og stabil: I modsætning til vind- og solenergi er geotermisk energi altid tilgængelig og svinger ikke. Ledelsen kan nøjagtigt forudsige strømudbyttet fra geotermiske kraftværker, hvilket gør dem ideelle til at opfylde behovet for minimumsmængden af energi.
Ulemper ved geotermisk energi:
- Bivirkninger for miljøet: Geotermisk energi får nogle drivhusgasser under jordens overflade til at slippe ud i atmosfæren. Geotermiske kraftværker kan påvirke stabiliteten af jorden og har udløst jordskælv og forårsaget jordskred.
- Administration påkrævet: Når et geotermisk kraftværk har tappet fra dem, skal de geotermiske reservoirer forvaltes korrekt for at sikre, at de ikke udtømmes.
- Anlæggene er begrænset til bestemte steder: Geotermiske anlæg kan kun bygges i områder nær tektoniske pladegrænser, hvor der findes geotermiske reservoirer.
Geotermiske kraftværker
Geotermiske kraftværker bruger geotermiske ressourcer med høj temperatur, der kommer fra enten tør damp eller varmtvandsbrønde. På samme måde som når man borer efter olie, borer geotermiske kraftværker brønde dybt ned i jorden. Dampen eller det varme vand pumpes op til overfladen, hvor det bruges til at drive turbiner, der genererer elektricitet.
Der findes tre typer af geotermiske kraftværker:
Kraftværker med tør damp
Bruger naturlige underjordiske kilder til damp. Dampen bevæger sig op til jordoverfladen i produktionsbrønden, overfører sin energi til turbinen, kondenserer og pumpes tilbage i jorden eller slippes ud i atmosfæren. Kraftværker med tør damp er den ældste type geotermiske anlæg og anses for at være de enkleste og mest effektive.
Det ældste kraftværk med tør damp ligger i Laredo i Italien. Det blev bygget i 1911 og leverer stadig elektricitet til mere end en million indbyggere. Et andet vigtigt kraftværk med tør damp er Geysers Geothermal Resource Area nord for San Francisco. Det har produceret elektricitet siden 1960'erne og leverer omkring en femtedel af Californiens vedvarende energi.
Flash-steam-kraftværker
Omdanner vand under højt tryk, der er varmere end 360°F, fra dybt inde i jorden til damp. Når det varme vand når overfladen, sendes det til en "flashtank", der holdes ved et meget lavere tryk. Det reducerede tryk får noget af vandet til at "flashe", hvilket betyder, at det hurtigt fordamper til damp, der driver turbinerne. Resterende væske kan flashes igen i en anden flashtank for at udvinde mere energi.
Flash-steam-kraftværker er de mest almindelige typer geotermiske anlæg i brug i dag. Island, en vulkansk ø, bruger geotermiske kraftværker med flash-steam til at levere næsten al den elektricitet, landet har brug for. Filippinerne, som ligger langs Ildringen, har verdens største flash-steam-kraftværk.
Kraftværker med binære cyklusser
Bruger en anden tilgang til at generere varme. De arbejder med vand under højt tryk ved lavere temperaturer - mellem 225°F og 330°F. Denne metode bruger en varmeveksler til at overføre varmen fra det varme vand til en sekundær væske, som driver turbinerne.
Da vand med moderat temperatur er mere tilgængeligt, forventes binære cyklusanlæg at blive den mest almindelige type geotermiske kraftværker i fremtiden.
Hvordan bruges geotermisk energi?
De tre mest almindelige anvendelser af geotermisk energi er direkte brug, strømgenerering og varme og køling fra jordkilden.
Geotermiske systemer til direkte brug
Udnyt naturligt opvarmet grundvand, der er fundet tæt på en mil under jordoverfladen. Der bores brønde for at udvinde grundvand, som kan være op til 200°F varm eller mere. I nogle tilfælde kan varmt vand eller damp selv stige op uden behov for aktiv pumpning og kan anvendes direkte eller genbruges gennem en varmeudveksler.
Geotermisk vand til direkte anvendelse understøtter mange anvendelsesområder, herunder opvarmning af akvakulturbrug, smeltning af is og sne på fortov og veje, opvarmning af store bassiner, opvarmning af bygninger og forsyning af varmt vand. Selvom geotermiske systemer til direkte anvendelse har lavere kapitalomkostninger end dybere geotermiske systemer, er teknologien begrænset til områder, der har naturlige forekomster af varmt grundvand tæt på eller ved jordoverfladen, f.eks. områder med vulkansk eller tektonisk aktivitet.
Energiproduktion
De tre typer geotermiske kraftværker, der er beskrevet ovenfor, udnytter geotermiske ressourcer dybt nede i jorden for at producere elektricitet. De fleste har lukkede vandsystemer, hvor de efter brug pumper det udvundne vand direkte tilbage i det geotermiske beholder. Da en stor del af vandet omdannes til damp, skal værkerne tilføre betydelige mængder vand igen for at bevare en konstant vandmængde i reservoiret. Selvom geotermisk energi er en vedvarende ressource, der bruges i ca. 20 lande i dag, afkøles de fleste geotermiske brønde over tid, især når varme udvindes hurtigere, end vandet erstattes.
Geotermisk opvarmning og køling
Dette er også kendt som jordvarme og -køling og er den mest almindelige måde, geotermisk energi bruges på i dag. For at besvare spørgsmålet “hvad er geotermisk varme“ er det vigtigt at forstå, hvordan en geotermisk varmepumpe (også kaldet en jordvarmepumpe) fungerer. I stedet for at generere varme bruger pumpen jorden som varmekilde og flytter varme rundt mellem jorden og hjemmet eller bygningen.
Pumpen bores mellem 10 og 300 fod ned i jorden og kobles sammen med lange jordslanger, der cirkulerer væsken i hele bygningen. Om vinteren opfanger væsken jordenens varme og fører den ind i bygningen, hvor geotermisk varme frigiver den gennem et slangesystem. Om sommeren opfanger væsken varmen i bygningen og fører den ned i jorden til afkøling.
Flere måder at bruge geotermisk energi på
- Landbruget bruger geotermisk energi til at holde planterne varme om vinteren ved at tilføre damp til jorden.
- Nogle kurbade bruger geotermiske ventilationsåbninger til at opvarme deres boblebade og kar.
- Varme kilder er kendt for deres terapeutiske evne til at forbedre folks helbred.
- Naturlige gejsere kan være ærefrygtindgydende turistattraktioner. "Old Faithful" i Yellowstone National Park er et geotermisk vidunder, der går i udbrud hvert 60. til 90. minut og besøges af omkring 4 millioner mennesker hvert år.
Fremtiden for geotermisk energi
Hydraulisk frakturering efter geotermisk energi
I olie- og gasindustrien er frakturering en almindelig måde at øge produktionen på. Frakturering sprøjter væske under højt tryk ind i klippeformationer for at opbryde dem og gøre dem gennemtrængelige. Hydraulisk frakturering efter geotermisk energi har en lignende tilgang og kaldes også "forbedrede geotermiske systemer" (ESG). Selvom det er en proces, der ligner den type frakturering, som naturgasindustrien bruger, er der nogle vigtige forskelle. Geotermisk frakturering skaber mindre, mere kontrollerede sprækker og bruger væske, der forurener meget mindre.
ESG producerer damp ved at udvinde energi fra klipper, der er varme nok, men for tørre til at producere damp på egen hånd. Udviklere borer "injektionsbrønde" lodret til dybder på omkring 0,6 til 2,8 miles ned i jorden for at nå de varme, tørre stenreservoirer. Derefter bruger de højtryksvand eller sprængstoffer til at opbryde klipperne og skabe det geotermiske reservoir af væske. En produktionsbrønd pumper det varme vand tilbage til jordoverfladen, som i lighed med binære cyklusanlæg opvarmer en sekundær væske, der blusser op til damp. Det geotermiske kraftværk bruger dampen til at drive turbinerne og skabe elektricitet.
Barrierer for vækst i geotermisk energi
- Mangel på naturlige geotermiske ressourcer. Som nævnt i begyndelsen af denne artikel er tilgængeligheden af geotermiske ressourcer begrænset til steder nær tektoniske pladegrænser. De fleste lande med adgang til geotermisk energi udnytter allerede ressourcen i et eller andet omfang.
- Omkostninger og risici ved efterforskning af geotermiske kraftværker. Det koster mellem 20 og 30 millioner USD at gennemføre et indledende efterforsknings- og boreprogram med tre til fem geotermiske brønde. Dette, kombineret med risikoen for mislykket efterforskning, er barrierer for at skalere brugen af geotermisk energi globalt.
- Omkostninger og risici ved forbedrede geotermiske systemanlæg. Selvom ESG har potentiale til at udvide tilgængeligheden af geotermiske ressourcer, er det meget dyrt at bore geotermiske brønde sammenlignet med at bore efter olie eller gas. En anden barriere er, at ESG-boringer ligesom traditionelle "frakturerings"-metoder har forårsaget jordskælv. Især hvis den hydrauliske frakturering finder sted tæt på en allerede eksisterende sprække, er der risiko for større jordskælv, som kan være stærke nok til at beskadige nærliggende bygninger.
- Høje startomkostninger for geotermiske varme- og kølesystemer. Geotermiske varmepumper koster mellem 3.500 USD og 7.500 USD for en basisenhed, og dyrere modeller med ekstraudstyr som varmtvandsopvarmning koster endnu mere. Derudover kan udgravnings- og installationsomkostninger bringe prisen op på 12.000 til 15.000 USD. Nogle lande kan dog tilbyde rabatter eller skattefradrag for at kompensere for nogle af disse omkostninger. Disse systemer giver i sidste ende et investeringsafkast, fordi de er meget energieffektive. Personer, der investerer i geotermiske varme- og kølesystemer, kan forvente at spare mellem 30 og 70 procent af deres årlige energiregninger.
Hvordan påvirker geotermisk energi miljøet?
Som en ren og vedvarende ressource bliver geotermisk energi i stigende grad betragtet som et alternativ til fossile brændstoffer. Men geotermisk energi påvirker miljøet på flere forskellige måder. Samlet set opvejer de positive virkninger af geotermisk energi de negative.
Negative indvirkninger
-
Vandforbrug
Geotermiske kraftværker bruger meget vand til afkøling og til at genopfylde de geotermiske reservoirer. Af alle vedvarende og ikke-vedvarende kraftværker har geotermi det næststørste vandforbrug. -
Udledning i luften
Geotermiske energianlæg med åben systemer frigiver hydrogensulfid, kuldioxid, ammoniak, metan og bor til atmosfæren. Men de fleste geotermiske energianlæg er lukkede systemer, der sprøjter de gasser, der fjernes fra bagsiden, ned i jorden med minimal udledning til luften. -
Jordskred
Når geotermiske kraftværker udvinder varmt vand dybt nede i jorden, efterlader de tomme lommer, som kan forsvinde med tiden, hvis de ikke fyldes op igen. På overfladeniveau kan det påvirke både miljø og bygninger. -
ESG-frakturering
ESG-frakturering kan fremkalde jordskælv, hvilket er en barriere for anlæg, der ligger tæt på byområder, virksomheder og boliger. Derudover mener mange, at ESG-frakturering har potentiale til at skabe negative påvirkninger, der ligner gasfrakturering, såsom lækager, udslip og jord- og grundvandsforurening.
Positive indvirkninger
-
Lav CO2-udledning
Sammenlignet med de fleste andre energikilder er geotermisk energi miljøvenlig. Et gennemsnitligt geotermisk kraftværk udleder en ottendedel af den CO2, som et gennemsnitligt kulkraftværk udleder. -
Reducerer afhængigheden af alternative energikilder
Geotermisk energi har potentiale til at levere en stabil og pålidelig kilde til elektricitet, der kan hjælpe USA og andre lande med at komme væk fra deres afhængighed af fossile brændstoffer og andre termiske energikilder som propan, naturgas og olie. Derudover har geotermiske kraftværker ikke brug for fossile brændstoffer for at fungere. -
Reducerer CO2-fodaftryk
Geotermisk opvarmning og køling er meget energieffektivt. Det er en effektiv måde for folk at reducere CO2-aftrykket fra deres hjem og bygninger på. For eksempel kan geotermisk opvarmning og køling reducere et hjems udledning af drivhusgasser med så meget som 75 procent. -
Teknologier hjælper med at fremme energiomstilling
Verden står over for en ekstraordinær udfordring med at stabilisere vores klima ved at opbygge en CO2-nul-økonomi. Disse innovative teknologier hjælper med at understøtte den globale overgang til renere energi:
Microsoft Cloud for Sustainability
Udviklet til at give organisationer den indsigt, de har brug for til at registrere, rapportere og reducere deres miljøpåvirkning.
Energistyring via Tingenes internet (IoT)
Via IoT-energistyring kan virksomheder lægge pres på elnettet for at understøtte deres engagement i bæredygtighed ved at forbedre energieffektiviteten og balance i udbud og efterspørgsel.
Azure IoT
Elselskaber som ENGIE bruger kunstig intelligens og cloudmiljøet til at øge energiproduktionseffektiviteten og samtidig reducere omkostningerne.
Kvantedatabehandling
Kvantedatabehandling er klar til at fremskynde problemløsning i forbindelse med omlægning til vedvarende energi, f.eks. sol, vandkraft, vind og geotermisk.
Sæt skub i din rejse mod bæredygtighed
Hvor end du er på din vej mod nul nettoudledning, kan Microsoft Cloud for Sustainability hjælpe dig med at opnå fremskridt og transformere din virksomhed med funktionaliteter til miljø, det sociale aspekt og styring (ESG).
Ofte stillede spørgsmål
-
Geotermisk energi betragtes som en af de mest bæredygtige og effektive former for energi og er en ren, pålidelig og vedvarende ressource. Den bruger den varme, der er lagret i jordens overflade, til at generere elektricitet og levere geotermisk opvarmning og køling til boliger og virksomheder.
-
Geotermisk energi giver tre primære fordele:
- Det er miljøvenligt.
- Det er vedvarende.
- Det er pålideligt og stabilt.
Denne rene, vedvarende energiressource kan være med til at reducere verdens afhængighed af fossile brændstoffer.
-
Sammenlignet med andre energikilder har geotermisk energi tre ulemper:
- Det får drivhusgasser under jordens overflade til at slippe ud i atmosfæren og kan påvirke jordens stabilitet.
- Geotermiske reservoirer skal forvaltes for at sikre, at de ikke udtømmes.
- Geotermiske anlæg kan kun bygges i områder nær tektoniske pladegrænser, hvor der findes geotermiske reservoirer.
-
Geotermisk energi bruges til at varme og køle boliger, opvarme drivhuse, understøtte industrielle processer og generere elektricitet.
-
De fire typer af geotermisk energi er:
- Geotermisk energi med lav temperatur.
- Geotermisk energi produceret i fællesskab.
- Geotermisk opvarmning og køling.
- Geotermisk kraftværk.
Følg Microsoft