Mi a geotermikus energia?
Fedezze fel, hogyan segíthet ez a tiszta, megújuló energiaforrás csökkenteni a világ fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségét.
Mi a geotermikus energia?
Ahogy az emberek, szervezetek és nemzetek a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének módjait keresik, a kormányok és a vállalatok fontos szén-dioxid-csökkentési vállalásokat tettek. E célok eléréséhez elengedhetetlen a fosszilis tüzelőanyagok, köztük a szén, a földgáz és a kőolaj alternatíváinak megtalálása. Ennek érdekében egyre nagyobb jelentőséget kapnak az olyan megújuló, tisztább energiaforrások, mint a nap-, a víz-, a szél- és a geotermikus energia.
Napjainkban a geotermikus energiát az egyik leghatékonyabb és legfenntarthatóbb energiatípusnak tartják, mivel tiszta, megbízható és megújuló erőforrás. A geotermikus energia a földkéreg belsejében tárolt hő segítségével elektromos áramot termel, és geotermikus fűtést és hűtést biztosít az otthonok és vállalkozások számára. A geotermikus forrásokat Észak-Amerikában már több mint 10 000 éve használják, mivel az amerikai paleo-indiánok geotermikus forrásokat használtak melegítésre, főzésre és fürdésre.
A földrajz döntő szerepet játszik abban, hogy egy régió képes-e kihasználni a geotermikus energia előnyeit. A legjobb geotermikus erőforrások általában a tektonikus lemezek határai közelében találhatók. A vulkáni tevékenység és a földrengések a földkéreg mozgása miatt e határok közelében koncentrálódnak. A Csendes-óceán peremén található Tűzgyűrű például vulkánok és szeizmikus aktivitás sorozata, amelyet elsősorban a lemeztektonika okoz. Ennek eredményeként ez a régió rendelkezik a világ legaktívabb geotermikus területeivel.
Jelenleg az Egyesült Államok világelső a geotermikus energiatermelésben, bár a geotermikus energia az egyesült államokbeli energiafogyasztás csak kis százalékát teszi ki. Mivel a geotermikus energia a tektonikus lemezhatárok közelében gyakori, a legtöbb egyesült államokbeli geotermikus erőmű a nyugati államokban található. Kaliforniában van a legtöbb geotermikus villamosenergia-termelő kapacitás, ahol 40 geotermikus erőmű működik.
Izland, a Fülöp-szigetek és El Salvador szintén világelsők a geotermikus energiaforrások terén: a geotermikus energia az egyes országok teljes energiafelhasználásának több mint 25 százalékát teszi ki.
Olvassa el ezt a cikket, hogy megismerje a geotermikus energiát, kiértékelje előnyeit és hátrányait, és példákat fedezzen fel a geotermikus energiára. Emellett megismerheti a geotermikus energia jövőjét és azt is, hogy a technológia hogyan segíthet felgyorsítani a geotermikus energiával kapcsolatos innovációt.
A geotermikus energia típusai
A geotermikus energiát a földben keletkező hőből nyerik. A „geotermikus” kifejezés a görög „geo” (föld) és „termosz” (meleg) szavakból származik. A őzetekből és vízből álló földkéreg alatt egy forró, olvadt kőzetréteg, a magma található. A magma hőmérséklete eléri a 700 °C-1300 °C közötti hőmérsékletet, és láva formájában a föld felszínére bugyoghat. A magma a kőzeteket és a földalatti vízrétegeket is felmelegít, amelyek gejzírek, termálvízforrások és gőzkürtők révén szabadulhatnak fel – mindezek a geotermikus energia példái.
A Föld geotermikus energiájának nagy része azonban gőz és forró víz formájában a föld alatt marad, és különböző módszerekkel nyerik ki:
Alacsony hőmérsékletű geotermikus energia
- A földfelszínhez közeli geotermikus folyadékból nyert hő magától emelkedik fel, vagy kút segítségével jutunk hozzá.
- Szinte bárhonnan elérhető a világon.
- A közvetlen felhasználású geotermikus alkalmazási módszerek közé tartozik az otthonok, az üvegházak, a halászüzemek és egyes ipari folyamatok fűtése.
Közösen előállított geotermikus energia
- Az olaj- és gázkutak melléktermékeként felmelegített vizet használ.
- Villamosenergiát termel, amelyet az erőmű felhasznál vagy elad a hálózatnak.
Geotermikus fűtés és hűtés
- A geotermikus hőszivattyúkat 3-91 méter mélyen fúrják a földbe.
- Télen felmelegíti, nyáron pedig lehűti az otthonokat és az épületeket.
Geotermikus erőmű
- A geotermikus tározókat akár három kilométer mélyen is megcsapolja a földben.
- Elektromos áramot állít elő.
A geotermikus energia előnyei és hátrányai
Bár a geotermikus energia megújuló és tiszta energiaforrás, vannak hátrányai is, többek között a magas kezdeti költségek, a földrengések és a talajsüllyedés, azaz a földterület fokozatos süllyedésének lehetősége.
A geotermikus energia előnyei:
- Környezetbarát: A geotermikus energiaüzemek minimális karbonlábnyommal rendelkeznek, és a velük járó szennyezés nagyon alacsony. A geotermikus fűtés és hűtés csökkenti az üvegházhatású gázok kibocsátását.
- Megújuló: A fosszilis tüzelőanyagokkal ellentétben a geotermikus energia megújuló tározói a földben természetes módon újratermelődnek, és évmilliárdokig kitartanak.
- Megbízható és stabil: A szél- és napenergiávalellentétben a geotermikus energia mindig elérhető és nem ingadozik. A vezetőség pontosan meg tudja jósolni a geotermikus erőművek teljesítményét, így ideálisak az alapterhelési energiaigény kielégítésére.
A geotermikus energia hátrányai:
- Környezeti mellékhatások: A geotermikus energia hatására a földfelszín alatt található üvegházhatású gázok egy része a légkörbe távozik. A geotermikus erőművek hatással lehetnek a talaj stabilitására, már előfordult, hogy földrengéseket váltottak ki és süllyedéseket okoztak.
- Felügyeletre van szükség: Miután egy geotermikus erőmű megcsapolja őket, a geotermikus tározókat megfelelően kell kezelni, hogy ne merüljenek ki.
- Üzemek adott helyekre vannak korlátozva: Geotermikus erőműveket csak a tektonikus lemezhatárokhoz közeli területeken lehet építeni, ahol geotermikus tározók állnak rendelkezésre.
Geotermikus erőművek
A geotermikus erőművek magas hőmérsékletű geotermikus erőforrásokat használnak, amelyek száraz gőzből vagy forróvizes kutakból származnak. Az olajfúráshoz hasonlóan a geotermikus erőművek is mélyen a földbe fúrnak. A gőzt vagy a forró vizet a felszínre szivattyúzzák, ahol az áramot termelő turbinákat hajtják meg vele.
A geotermikus erőműveknek három típusa van:
Száraz gőzzel működő erőművek
Természetes földalatti gőzforrásokat használ. A gőz a termelő kútban feljut a földfelszínre, energiáját átadja a turbinának, lecsapódik, majd visszapumpálják a földbe, vagy kibocsátják a légkörbe. A száraz gőzzel működő erőművek a geotermikus erőművek legrégebbi típusa, és a legegyszerűbbnek és leghatékonyabbnak tartják.
A legrégebbi szárazgőzzel működő erőmű az olaszországi Laredóban található. Az 1911-ben épült erőmű ma is több mint egymillió lakos áramellátását biztosítja. Egy másik fontos szárazgőz-erőmű a Geysers Geotermikus Erőforrás-terület, San Franciscótól északra. Az 1960-as évek óta termel villamos energiát, és Kalifornia megújuló energiájának körülbelül egyötödét adja.
Villámgőzzel működő erőművek
A föld mélyéről származó, nagy nyomás alatt álló, 182 °C-nál forróbb vizet gőzzé alakítja. Amikor a forró víz eléri a felszínt, egy „gyorsítótartályba” kerül, amelyet sokkal alacsonyabb nyomáson tartanak. A csökkentett nyomás hatására a víz egy része „azonnal gőzzé alakul” ami azt jelenti, hogy gyorsan gőzzé párolog a turbinák meghajtásához. A megmaradt folyadékot egy második gyorsítótartályban újra azonnal gőzé lehet alakítani, hogy még több energiát nyújtson.
A ma használatos geotermikus erőművek leggyakoribb típusai a villámgőzzel működő erőművek. Izland, egy vulkanikus sziget, villámgőzzel működő geotermikus erőművekkel biztosítja az ország szinte teljes villamosenergia-szükségletét. A Tűzgyűrű mentén fekvő Fülöp-szigeteken található a világ legnagyobb villámgőzzel működő erőműve.
Kétciklusú erőművek
Másképp közelítik meg a hőtermelés kérdését. Alacsonyabb hőmérsékleten (107 °C és 165 °C között), nagy nyomású vízzel működnek. Ez a módszer hőcserélőt használ a forró víz hőjének átvitelére egy másodlagos folyadékba, amely a turbinákat hajtja.
Mivel a közepes hőmérsékletű víz szélesebb körben áll rendelkezésre, a jövőben várhatóan a kétciklusú erőművek lesznek a geotermikus erőművek legelterjedtebb típusai.
Hogyan használható fel a geotermikus energia?
A geotermikus energia három legelterjedtebb felhasználási módja a közvetlen felhasználás, az energiatermelés és a talajból származó fűtés és hűtés.
Geotermikus közvetlen használatú rendszerek
Kiaknázhatja a természetes módon felmelegített talajvizet, amely a felszín alatti néhány lábra vagy akár egy mérföldnyi mélységben található. A kutakat a talajvíz kinyerése céljából fúrják, ami akár 200°F hőmérsékletű vagy annál is forróbb lehet. Bizonyos esetekben előfordulhat, hogy a meleg víz vagy a gőz magától felszáll, anélkül, hogy aktív szivattyúzásra lenne szükség, és közvetlenül, vagy egy hőcserélőn keresztül is használható.
A közvetlen használatú geotermikus víz számos alkalmazást lehetővé tesz, beleértve a felmelegedő halászfarmokat, a hó és jég leolvasztását járdákon és utakon,a nagy medencék fűtését, az épületek fűtését és a meleg víz biztosítását. Bár a közvetlen használatú geotermikus rendszerek alacsonyabb tőkeköltséggel rendelkeznek, mint a mélyebb geotermikus rendszerek, a technológia csak olyan területekre korlátozódik, amelyek a földfelszín közelében vagy a földfelszínen természetes forró talajvíztömeggel rendelkeznek, például azokban a régiókban, amelyeken vulkanikus vagy tektonikus tevékenység zajlik.
Energiatermelés
A fent ismertetett három geotermikus áramerőmű-típussal kiaknázhatja a föld mélyén található geotermikus erőforrásokat az elektromos áram előállításához. A legtöbb zárt ciklikus vízrendszerrel rendelkezik, ahol a kinyert víz közvetlenül a geotermikus tározóba kerül használat után. Mivel a víz nagy részét gőzzé alakították, az üzemeknek jelentős mennyiségű víz újbóli befecskendezésére van szükségük ahhoz, hogy állandó mennyiségű víz maradjon a tározóban. Bár a geotermikus energia egy megújuló erőforrás, amelyet ma körülbelül 20 országban használnak, a legtöbb geotermikus kút idővel lehűl, különösen akkor, ha a hőt gyorsabban nyerik ki, mint ahogy kiegészítik a vizet.
Geotermikus fűtés és hűtés
Földfelszíni hő- és hűtési forrásként is ismert, és jelenleg ez a geotermikus energia használatának leggyakoribb módja. A „mi a geotermikus fűtés” kérdés megválaszolásához fontos megérteni a geotermikus hőkút (más néven földfelszíni hőkút) működését. A hő generálása helyett a szivattyú a földet használja hőforrásként, és így mozgatja a hőt a föld és az otthon vagy az épület között.
A szivattyút 10 és 300 láb közötti mélységbe fúrják a földbe, és hosszú csőhurkokhoz csatlakozik, amelyek folyadékot szívnak fel és az épület egészében. Télen a folyadék elnyeli a föld hőjét, és beviszi az épületbe, ahol a geotermikus fűtés egy csőrendszeren keresztül szabadítja fel. Nyáron a folyadék elnyeli az épület hőjét, és a földbe viszi hűtés céljából.
A geotermikus energia felhasználásának további módjai
- A mezőgazdaságban geotermikus energiát használnak a növények téli melegen tartására azáltal, hogy gőzt juttatnak a talajba.
- Egyes gyógyfürdők geotermikus kürtőket használnak a pezsgőfürdők és fürdők fűtésére.
- A termálvízforrások ismertek az emberek egészségét javító terápiás képességükről.
- A természetes gejzírek lenyűgöző turisztikai látványosságok lehetnek. A Yellowstone Nemzeti Parkban található „Vén Hűséges” egy geotermikus csoda, amely 60-90 percenként tör ki, és évente mintegy 4 millió ember látogatja meg.
A geotermikus energia jövője
Hidraulikus repesztés geotermikus energia előállítására
Az olaj- és gáziparban a repesztés a termelés növelésének gyakori módja. A repesztés során nagy nyomású folyadékot fecskendeznek a sziklaalakzatokba, hogy azok megrepedjenek és áteresztővé váljanak. A geotermikus energia előállításához végzett hidraulikus repesztés hasonló megközelítést alkalmaz, és „továbbfejlesztett geotermikus rendszerek” (Enhanced Geothermal Systems, ESG) néven is említik őket. Bár az eljárás hasonló a földgáziparban alkalmazott repesztéshez, van néhány fontos különbség. A geotermikus repesztés kisebb, ellenőrzött repedéseket hoz létre, és olyan folyadékot használ, amely sokkal kevesebb szennyezést okoz.
Az ESG úgy állít elő gőzt, hogy energiát von ki olyan kőzetekből, amelyek elég forróak, de túl szárazak ahhoz, hogy önmagukban gőzt termeljenek. A fejlesztők „injektáló kutakat” fúrnak függőlegesen, körülbelül 1-4,5 kilométeres mélységbe a földbe, hogy elérjék a forró, száraz kőzettartalékokat. Ezután nagynyomású vízzel vagy robbanóanyagokkal törik fel a kőzeteket, és hozzák létre a geotermikus folyadéktározót. Egy termelő kút pumpálja vissza a forró vizet a földfelszínre, amely a kétciklusú erőművekhez hasonlóan egy másodlagos folyadékot melegít fel, amely azonnal gőzzé válik. A geotermikus erőmű a gőzzel hajtja meg a turbinákat, hogy villamos energiát termeljen.
A geotermikus energia növekedésének akadályai
- A természetes geotermikus erőforrások hiánya. Amint azt a cikk elején említettük, a geotermikus erőforrások elérhetősége a tektonikus lemezhatárokhoz közeli helyekre korlátozódik. A geotermikus energiához hozzáférő országok többsége már valamilyen mértékben kihasználja az erőforrást.
- A geotermikus erőművek feltárási költségei és kockázatai. Egy három-öt geotermikus kútból álló kezdeti feltárási és fúrási program elvégzése 20-30 millió USD-be kerül. Ez, valamint a sikertelen feltárás kockázata akadályozza a geotermikus energia felhasználásának globális elterjedését.
- A továbbfejlesztett geotermikus rendszerű erőművek költsége és kockázata. Bár az ESG potenciálisan bővítheti a geotermikus erőforrások elérhetőségét, a geotermikus kutak fúrása nagyon költséges az olaj- vagy gázfúráshoz képest. Egy másik akadály, hogy a hagyományos „repesztéses” módszerekhez hasonlóan az ESG-kutak is okoztak már földrengéseket. Különösen akkor, ha a hidraulikus fúrás egy már meglévő törésvonal közelében történik, akkor fennáll a nagyobb földrengések kockázata, amelyek elég erősek lehetnek ahhoz, hogy megrongálják a közeli épületeket.
- A geotermikus fűtési és hűtési rendszerek magas kezdeti költségei. A geotermikus hőszivattyúk ára egy alapegység esetében 3500 és 7500 USD között mozog, a drágább, például melegvíz-fűtéssel ellátott modellek pedig még ennél is többe kerülnek. Ráadásul a földmunkák és a telepítés költségei akár 12 000-15 000 USD-re is növelhetik az árat. Egyes országok azonban kedvezményeket vagy adójóváírásokat kínálhatnak e költségek egy részének kiegyenlítéséhez. Ezek a rendszerek végül is megtérülnek, mivel nagyon energiahatékonyak. Azok, akik geotermikus fűtési és hűtési rendszerekbe fektetnek be, éves energiaszámláik 30-70 százalékának megtakarítására számíthatnak.
Hogyan befolyásolja a geotermikus energia a környezetet?
A geotermikus energiára mint tiszta és megújuló erőforrásra egyre inkább a fosszilis tüzelőanyagok alternatívájaként tekintenek. A geotermikus energia azonban többféle módon is hatással van a környezetre. Összességében a geotermikus energia pozitív hatásai meghaladják a negatívakat.
Negatív hatások
-
Vízfogyasztás
A geotermikus erőművek sok vizet használnak fel hűtésre és a geotermikus tározók feltöltésére. Az összes megújuló és nem megújuló erőmű közül a geotermikus energiának van a második legnagyobb vízfogyasztása. -
Levegőkibocsátás
A nyílt hurkú geotermikus erőművek kénhidrogént, szén-dioxidot, ammóniát, metánt és bórt bocsátanak a légkörbe. A legtöbb geotermikus erőmű azonban zárt rendszerű, amely a hátulról eltávolított gázokat a földbe fecskendezi, így minimális légszennyezéssel jár. -
Talajsüllyedés
Amikor a geotermikus erőművek forró vizet nyernek ki a föld mélyéből, üres zsebeket hagynak maguk után, amelyek idővel megsüllyedhetnek, ha nem töltik fel őket. A felszínen ez hatással lehet mind a környezetre, mind az épületekre. -
ESG-repesztés
Az ESG-repesztés földrengéseket okozhat, ami a városi területek, vállalkozások és otthonok közelében található üzemek esetében akadályozza a bevezetést. Emellett sokan úgy vélik, hogy az ESG-repesztés a gázrepesztéshez hasonló negatív hatásokkal járhat, például szivárgásokkal, kiömlésekkel, talaj- és talajvízszennyezéssel.
Pozitív hatások
-
Alacsony széndioxid-kibocsátás
A legtöbb energiaforráshoz képest a geotermikus energia környezetbarát. Egy átlagos geotermikus erőmű nyolcad annyi széndioxidot bocsát ki, mint egy átlagos szénerőmű. -
Csökkenti az alternatív energiáktól való függőséget
A geotermikus energiában rejlik a lehetőség, hogy állandó, megbízható áramforrást biztosítson, amely segíthet az Egyesült Államoknak és más országoknak abban, hogy eltávolodjanak a fosszilis tüzelőanyagoktól és más hőenergiáktól, például a propántól, a földgáztól és az olajtól való függőségtől. Emellett geotermikus erőművek működéséhez nincs szükség fosszilis tüzelőanyagokra. -
Csökkenti a karbonlábnyomot
A geotermikus fűtés és hűtés rendkívül energiahatékony. Ez egy hatékony módja annak, hogy az emberek csökkentsék otthonaik és épületeik karbonlábnyomát. A geotermikus fűtés és hűtés például akár 75 százalékkal is csökkentheti az otthonokban az üvegházhatású gázok kibocsátását. -
Az energiaátalakítást elősegítő technológiák
A világ rendkívüli kihívással szembesül, amikor stabilizálni próbálja a klímát egy nettó károsanyag-kibocsátású gazdaság felépítésével. Ezek az innovatív technológiák segítenek a tisztább energiára történő globális áttérésben:
Microsoft Cloud for Sustainability
Úgy alakították ki, hogy a szervezetek számára a környezeti hatásuk rögzítéséhez, jelentéséhez és csökkentéséhez szükséges elemzéseket nyújtsák.
IoT-energiagazdálkodás
Az IoT-energiagazdálkodás révén a vállalatok a fenntarthatóság iránti elkötelezettségük támogatása érdekében csökkenthetik hálózatra nehezedő nyomást az energiahatékonyság, valamint az ellátási és keresleti egyensúly növelésével.
Azure IoT
Az olyan energiaszolgáltatók, mint az ENGIE, mesterséges intelligenciát és felhőt használnak az energiafogyasztás hatékonyságának növeléséhez, miközben csökkentik a költségeket.
Kvantuminformatika
A kvantuminformatika várhatóan segítséget nyújt majd világszerte az éghajlati célok elérésében azáltal, hogy felgyorsítja a megújuló energiaforrásokra – mint a nap-, víz-, szél- és geotermikus energia – való átállás körüli problémamegoldásokat.
A fenntarthatóság kialakításának felgyorsítása
Bárhol is jár a nulla kibocsátás felé vezető úton, a Microsoft Cloud for Sustainability lehetővé teszi, hogy a környezeti, közösségi és cégirányítási (ESG) képességekkel erősítse az előrehaladást, és alakítsa át vállalkozását.
Gyakori kérdések
-
Az egyik legfenntarthatóbb és leghatékonyabb energiatípusnak tartott geotermikus energia tiszta, megbízható és megújuló erőforrás. A földkéreg belsejében tárolt hő segítségével elektromos áramot termel, és geotermikus fűtést és hűtést biztosít az otthonok és vállalkozások számára.
-
A geotermikus energia három fontos előnyt kínál:
- Környezetbarát.
- Megújuló.
- Megbízható és stabil.
Ez a tiszta, megújuló energiaforrás segíthet csökkenteni a világ fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségét.
-
Más energiaforrásokhoz képest a geotermikus energiának három hátránya van:
- A hatására a földfelszín alatti üvegházhatású gázok a légkörbe jutnak, ami befolyásolhatja a talaj stabilitását.
- A geotermikus tározókat úgy kell kezelni, hogy ne merüljenek ki.
- Geotermikus erőműveket csak a tektonikus lemezhatárokhoz közeli területeken lehet építeni, ahol geotermikus tározók állnak rendelkezésre.
-
A geotermikus energiát otthonok melegítésére és hűtésére, üvegházak fűtésére, ipari folyamatok támogatására és villamosenergia-termelésre használják.
-
A geotermikus energia négy típusa:
- Alacsony hőmérsékletű geotermikus energia.
- Közösen előállított geotermikus energia.
- Geotermikus fűtés és hűtés.
- Geotermikus erőmű.
A Microsoft követése