Pojam geotermalna energija odnosi se na korišćenje toplote Zemljine unutrašnosti koja u samom središtu iznosi 4000-7000°C, što je približno temperaturi površine Sunca.
Najpraktičnija za eksploataciju geotermalne energije su područja gde se vrela masa nalazi blizu površine zemlje. Na mnogim takvim lokacijama u svetu već postoje postrojenja-izmenjivači toplote koja na taj način zagrejanu vodu koriste za grejanje ili u industrijske svrhe.
Naziv geotermalno dolazi od grčkih reči geo, što znači zemlja i therme, što znači toplota. Geotermalna energija je toplotna energija koja se stvara u Zemljinoj unutrašnjosti polaganim raspadanjem radioaktivnih elemenata, hemijskim reakcijama ili trenjem pri kretanju tektonskih masa. Količina takve energije je tako velika da se može smatrati skoro neiscrpnom, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi izvor energije.
Prednosti
Geotermalna energija ima brojne prednosti nad tradicionalnim izvorima energije baziranim na fosilnim gorivima. Najveća prednost geotermalne energije je to što je čista i sigurna za sredinu. Metoda koja se koristi za dobijanje električne energije ne stvara emisije gasova koji su štetni za sredinu. Smanjuje se korišćenje fosilnih goriva, što takođe smanjuje emisiju štetnih gasova koji stvaraju efekat staklene bašte. Druga prednost su zalihe energije koje su nam na raspolaganju. Zalihe geotermalne energije su praktično neiscrpne. Geotermalne elektrane zauzimaju mali prostor (za razliku od npr. hidroelektrana čije brane uzrokuju potapanje velikih površina).
Geotermalne elektrane se grade direktno na izvoru energije i lako snabdevaju okolna područja toplotnom i električnom energijom. Osim toga, zbog malog zauzeća prostora, takve elektrane su vrlo pouzdane. Geotermalna energija je pouzdana jer ne zavisi od meteoroloških uticaja za razliku od hidroelektrana (zavise od količine vode koju imaju na raspolaganju), vetroelektrana (vetar jako varira i ne može se znati kad će ga biti), solarnih sistema (ne mogu raditi noću i zavise od meteoroloških prilika). Električna energija iz geotermalnih izvora može se proizvoditi 24 sata na dan. Geotermalne elektrane imaju vrlo niske troškove proizvodnje. Zahtevaju samo energiju za pokretanje vodenih pumpi, a tu energiju proizvodi elektrana sama za sebe.
Nedostaci
Najveći nedostatak je to što nema mnogo lokacija koje su prikladne za korišćenje geotermalne energije i pogodnih za izgradnju geotermalnih elektrana. Najbolje lokacije su one koje imaju dovoljno vruće stene na dubini pogodnoj za bušenje i koje su dovoljno mekane. Geotermalnu energiju je nemoguće transportovati i zbog toga se može koristiti samo za snabdevanje toplinom obližnjih mesta i za proizvodnju el. energije. Problem kod korišćenja je ispuštanje materijala i plinova iz dubine zemlje koji mogu biti štetni kada izađu na površinu. Najopasniji je vodonik sulfid koji je vrlo korozivan i vrlo ga je teško pravilno otkloniti. Statistike pokazuju da je povećana pojava potresa u regijama gde se koristi geotermalna energija.
Potencijal
Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50.000 puta više od sve energije koja se može dobiti iz nafte i plina širom sveta. Geotermalni resursi nalaze se u širokom spektru dubina, od plitkih površinskih do više kilometara dubokih rezervoara vruće vode i pare koja se može dovesti na površinu i iskoristiti. U prirodi se geotermalna energija najčešće pojavljuje u formi vulkana, izvora vruće vode i gejzira. U nekim zemljama se geotermalna energija koristi već hiljadama godina u obliku toplotnih izvora odnosno rekreacisko-lekovitog kupanja. Ipak, razvoj nauke nije se ograničio samo na područje lekovitog iskorišćenja geotermalne energije već je iskoriščenje geotermalne energije usmerio i prema procesu dobijanja električne energije i grejanju kuća i industrijskih postrojenja.
Procenjuje se da toplotni tok iz unutrašnjosti do površine Zemlje iznosi 42 TW. Pri tome 8 TW potiče iz Zemljine kore (koja čini samo 2% ukupnog volumena, ali je bogata radioaktivnim izotopima), 32,3 TW iz plašta (82% volumena), a tek 1,7 TW iz jezgra (čini 16% volumena, ali nema izotopa). Celokupna geotermalna energija Zemlje (tj. Zemlje kao planete) mogla bi se proceniti na 12,6 × 1.024 MJ, a kore na 5,4 × 1.021 MJ. Dakako, samo jedan manji deo svega toga mogao bi se korisno iskorišćavati. Svetski geotermalni potencijal je ogroman, gotovo 35 milijardi puta veći nego što iznose današnje potrebe za energijom, ipak tek se vrlo mali deo toga može korisno (tj. isplativo) iskorišćavati, svega do dubine 5.000 m.
Korišćenje
Geotermalnu energiju je moguće koristiti za proizvodnju električne energije u geotermalnim elektranama, toplifikaciji naseljenih mesta, grejanje staklenika. Grejanje zgrada i iskoriščavanje geotermalne energije u procesu dobijanja struje, glavni su ali ne i jedini načini iskoriščavanja te energije. Geotermalna energija takođe se može iskoristiti i u druge svrhe npr. u proizvodnji papira, pasterizaciji mleka, bazenima za plivanje, u procesu sušenja drveta i vune, planskom stočarstvu, i za mnoge druge svrhe.
Grejanje
Geotermalna energija se još od vremena Rimskog carstva koristila za zagrevanje zgrada. Zadnjih godina se termin geotermalno grejanje odnosi na grejanje i hlađenje prostora korišćenjem toplotnih pumpi. Takvi geotermalni sistemi su sposobni preneti toplotu iz i u tlo uz minimalnu potrošnju električne energije. Čak i uz visoke inicijalne troškove, ulaganje se relativno brzo vraća. Ne zagađuju okolinu i jedni su od najefikasnijih sistema za grejanje i hlađenje. Najveći geotermalni sistem koji služi za grejanje nalazi se na Islandu, odnosno u njegovom glavnom gradu Rejkjaviku u kojem gotovo sve zgrade koriste geotermalnu energiju. Geotermalna energija koristi se i u poljoprivredi za povećanje prinosa. Voda iz geotermalnih rezervoara koristi se za grejanje staklenika za proizvodnju cveća i povrća. Pod grejanjem staklenika ne uzima se u obzir samo grejanje vazduha, već se greje i tlo na kojem rastu biljke.
Proizvodnja električne energije
Jedan od najzanimljivijih oblika iskorišćavanja geotermalne energije je proizvodnja električne energije. Tu se koriste vruća voda i para iz Zemlje za pokretanje generatora, pa prema tome nema spaljivanja fosilnih goriva i kao rezultat toga nema niti štetnih emisija gasova u atmosferu, ispušta se samo vodena para. Dodatna prednost je u tome što se takve elektrane mogu implementirati u najrazličitijim prirodnim okruženjima. Princip rada je jednostavan: hladna voda upumpava se na vruće granitne stene koje se nalaze blizu površine, a spolja izlazi vruća para temperature iznad 200°C i pod visokim pritiskom i ta para onda pokreće generatore.
Trenutno se koriste tri osnovna tipa geotermalnih elektrana: Princip suve pare (Dry steam) – koristi se izuzetno vruća para, tipično iznad 235°C. Ta para se koristi za direktno pokretanje turbina generatora. Ovo je najjednostavniji i najstariji princip i još uvek se koristi jer je to daleko najjeftiniji princip stvaranja električne energije iz geotermalnih izvora. Prva geotermalna elektrana na svetu u Landerellou koristila je taj princip.
Princip separisanja pare (Flash steam) – koristi se vruća voda iz geotermalnih rezervoara koja je pod velikim pritiskom i na temperaturama iznad 182°C. Pumpanjem vode iz tih rezervoara prema elektrani na površini smanjuje se pritisak pa se vruća voda pretvara u paru i pokreće turbine. Voda koja se nije pretvorila u paru vraća se natrag u rezervoar radi ponovne upotrebe. Većina modernih geotermalnih elektrana koristi ovaj princip rada.
Binarni princip (Binary cycle) – Voda koja se koristi kod binarnog principa je hladnija od vode koja se koristi kod ostalih principa stvaranja električne energije iz geotermalnih izvora. Kod binarnog principa vruća voda se koristi za grejanje tečnosti koja ima znatno nižu temperaturu ključanja od vode, i ta tečnost isparava na temperaturi vruće vode i pokreće turbine generatora. Prednost tog principa je veća efikasnost postupka, a i dostupnost potrebnih geotermalnih rezervoara je puno veća nego kod ostalih postupaka. Dodatna prednost je potpuna zatvorenost sistema budući da se upotrebljena voda vraća natrag u rezervoar pa je gubitak toplote smanjen, a gotovo da i nema gubitka vode. Većina planiranih novih geotermalnih elektrana koristiti će ovaj princip. Princip koji će se koristiti kod izgradnje nove elektrane zavisi od vrste geotermalnog izvora energije, tj. od temperature, dubine i kvaliteta vode i pare u odabranoj regiji. U svim slučajevima kondenzirana para i ostaci geotermalne tečnosti vraćaju se natrag u bušotinu i time se povećava izdržljivost geotermalnog izvora.
Geotermalna energija u svetu
Geotermalna energija se koristi u preko 20 zemalja u svijetu (Island, SAD, Italija, Njemačka, Francuska, Litva, Novi Zeland, Meksiko, Nikaragva, Kostarika, Rusija, Filipini, Indonezija, Kina, Japan i St. Kitts i Nevis).
Afrika - Kenija je prva afrička zemlja koja je počela koristitit geotermalne potencijale. Kompanija KenGen je izgradila dve elektrane, Olkaria I (45 MW) i Olkaria II (65 MW), a treća privatnom elektrana Olkaria III (48 MW) je u planu. Planovi su da se proizvodni kapaciteti povećaju za dodatnih 576 MW do 2017. godine, što bi pokrivalo 25% potreba Kenije za električnom energijom. Vrući izvori su pronađeni širom kontinenta.
Čile - Trenutno nemaju izgrađenih elektrana, ali geotermalni potencijal je 16.000 MW kroz 50 godina.
Island - Island je smešten na području s visokom koncentracijom vulkana što ga čini idealnom lokacijom za iskorišćavanje geotermalnih potencijala. 19,1% električne energije na Islandu se dobija iz geotermalnih izvora. Geotermalna toplota se koristi za grejanje 87% domova na Islandu. Islanđani planiraju u bliskoj budućnosti u potpunosti izbaciti upotrebu fosilnih goriva.
Novi Zeland - Novi Zeland ima geotermalne elektrane od 1950-tih.
Filipini - Filipini su druga zemlja (iza SAD-a) po količini energije dobijene iz geotermalnih izvora. Krajem 2003. godine, SAD je imao kapacitet od 2.020 MW , dok se na Filipinima stvaralo 1.930 MW energije iz geotermalnih izvora.
Geotermalna energija u SAD-u
Sjedinjene Američke Države imaju najveće kapacitete za dobijanje energije iz geotermalnih izvora. Geotermalna energija u SAD-u i dalje je područje znatne aktivnosti. SAD je svetski lider u kapacitetima geotermalne energije i proizvodnje električne energije iz tog obnovljivog izvora energije.
Prve geotermalne elektrane u SAD-u, otvorene su u Geysersima u Kaliforniji 1960. godine, koje još uvek nastavljaju uspešno proizvoditi energiju. SAD stvara prosek od 15 milijardi kilovat sati geotermalne energije godišnje, što je uporedivo s sagorevanjem oko 25 miliona barela (4.000.000 m3) ulja ili 6 miliona tona uglja godišnje.
Geotermalne elektrane, većinom koncentrisane na zapadu SAD-a, su treći najveći domaći izvor električne energije iz obnovljivih izvora, nakon hidroelektrana i biomase. One trenutno proizvode manje od jedan posto od ukupne potrebe za električnom energijom. Međutim, procene geotermalnih resursa pokazuju da bi devet zapadnih država zajedno imale potencijal koji bi osiguravao više od 20 posto nacionalnih potreba za električnom energijom.
Elektrane
Najveća polje suve pare u svetu je Geysers, 116km severno od San Franciska. U Geysersu se proizvodi preko 750 MW geotermalne energije dok je instalirani kapacitet 1.360 MW. Calpine Corporation sada poseduje devetnaest od dvadeset i jedne elektrane u Geysersima i trenutno je u SAD-u najveći proizvođač geotermalne energije. Još jedno veliko geotermalno područje se nalazi na središnjem jugu Kalifornije u blizini gradova Niland i Calipatria. 2001. je bilo 15 geotermalnih postrojenja za proizvodnju električne energije u tom području. CalEnergy poseduje oko polovine njih, a ostatak su u vlasništvu raznih kompanija. Ukupni dobitak elektrana u tom području jeste oko 570 MW. Područja brzog geotermalnog razvoja su u Nevadi, jugoistočnom Oregonu, jugozapadnom Ajdahu, Arizoni. Tamo je sagrađeno nekoliko malih elektrana za vreme 1980-ih godina kada su bile visoke cene energije. Trenutno u tim područijima proizvodi se oko 235 MW.
Jedna od 21 elektrane u području Geysers, Kalifornija, najveći geotermalni izvor na svetu
Proizvodnja i razvoj
S instaliranih 3.040,27 MW kapaciteta geotermalne energije, Sjedinjene Američke Države i dalje su svetski lider u iskorišćavanju tog oblika obnovljive energije. Od 2008. godine u toku su planovi za 103 nova projekta u 13 američkih država. Kada se razviju, ti projekti bi potencijalno mogli ostvarivati do 3.979 MW snage i tako zadovoljavati potrebe oko 4 miliona domova. S takvom stopom razvoja, geotermalna proizvodnja u SAD-u mogla bi premašiti 15.000 MW do 2025. godine.
Linkovi:
- Istočna Evropa ne koristi resurse geotermalnih voda - link
- Polovina energije u Srbiji mogla bi se proizvesti iz obnovljivih prirodnih izvora - link
- Donešene konkretne mere finansijskih podsticaja proizvodnje električne energije korišćenjem obnovljivih izvora energije u Srbiji - link
