Что такое геотермальная энергия? Преимущества и недостатки

Знаете ли вы, что США — крупнейший производитель геотермальной энергии в мире?

В США также есть крупнейшее геотермальное поле. Поле называется «Гейзеры» в Калифорнии, оно расположено на 117 квадратных километрах и имеет 22 электростанции. Общая установленная мощность этих станций составляет более 1,5 ГВт.

Помимо США, геотермальную энергию используют до 20 стран.

Исландия также имеет источник геотермальной энергии и используется с 1907 года. Страна находится на переднем крае геотермальной энергетики и производит 25% своей энергии на пяти геотермальных электростанциях.

В Исландии 600 горячих источников и 200 вулканов по всей стране.

Великобритания рассматривает возможность строительства самой протяженной в мире соединительной линии между Великобританией и Исландией.

Этот соединитель сможет поставлять больше возобновляемой энергии в 1,6 миллиона британских домохозяйств, не имеющих геотермальных тепловых насосов.

Геотермальная энергия — это возобновляемый вид энергии, который доступен в большинстве регионов и, таким образом, во многих отношениях превосходит некоторые традиционные источники.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), эта энергия была впервые использована в Италии в 1904 году. С тех пор геотермальная энергия постоянно росла с почти 10 ГВт в 2010 году до 13,3 ГВт в 2018 году во всем мире.

Источник и виды геотермальной энергии
Геотермальная энергия — это тепло или пар, поступающий из недр земли. Он находится в породах и флюидах под земной корой и прослеживается вплоть до ядра, содержащего горячую расплавленную породу, магму.

Для выработки электроэнергии из геотермальной энергии в подземные резервуары вырывают скважины глубиной в милю, чтобы получить доступ к пару и горячей воде, которые используются для привода турбин, подключенных к генераторам электроэнергии. В основном, существует три типа геотермальных электростанций:

Установки с сухим паром: сухой пар — это самая ранняя геотермальная технология, с помощью которой пар извлекается из земли и используется непосредственно для привода турбины.
Установки мгновенного пара: установки мгновенного испарения используют горячую воду под высоким давлением и превращают ее в холодную воду низкого давления.
Бинарные паровые установки: бинарные установки пропускают горячую воду через вторичную жидкость с более низкой температурой кипения, которая превращается в пар для привода турбины.
Температура в ядре Земли составляет около 7200 градусов по Фаренгейту. Такая высокая температура может генерировать большое количество устойчивой энергии и огромное количество гигаватт электроэнергии.

Рынок геотермальной энергии
Неудивительно, что многие страны получают крупномасштабную прибыль от геотермальной энергии, учитывая ее огромный потенциал.

Согласно отчету Zion Market Research, в 2018 году мировой рынок геотермальной энергии оценивался примерно в 4 миллиарда долларов. Ожидается, что к 2025 году эта отрасль будет генерировать почти 9 миллиардов долларов, что соответствует среднегодовым темпам роста около 11% в период с 2019 по 2025 год.

Целых 700 геотермальных проектов находятся в стадии разработки в 76 странах по всему миру, учитывая, что геотермальная энергия является гибким источником возобновляемой энергии.

По оценкам, потенциал геотермальной энергии во всем мире составляет 2 тераватта (ТВт). Однако производство этой энергии не так много, как ожидается.

Тепло в верхней коре Земли содержит в 50 000 раз больше энергии, чем совокупные запасы нефти и газа. Несмотря на это, в 2018 году в мире было задействовано всего 14600 мегаватт (МВт) геотермальных генерирующих мощностей.

Эта низкая эффективность геотермального сектора может быть связана с тем, что ресурсы геотермальной энергии ограничены определенными регионами по всему миру, которые являются тектонически активными областями.

Геотермальная энергия — это редкая форма энергии, которая прямо или косвенно не связана с солнечной энергией.

В районах, где обычно находятся горячие источники, купание в них — обычная форма отдыха. Однако они должны находиться в контролируемой среде, поскольку доступ в эти места требует надлежащего надзора.

Процесс использования геотермальной энергии является длительным и дорогостоящим и в некоторых регионах невозможен.

Кроме того, строительство геотермальных электростанций может в значительной степени повлиять на сейсмическую устойчивость. Несмотря на меньшие выбросы, копание глубоких ям вызывает сейсмические возмущения, которые могут вызвать землетрясения.

Все эти причины заставили правительства во всем мире осторожно подходить к добыче геотермальной энергии.

Геотермальная энергия не наносит вреда окружающей среде
Геотермальная энергия извлекается из верхней части земной коры без сжигания ископаемого топлива. Это означает, что геотермальные поля практически не производят выбросов или имеют минимальные выбросы. Кроме того, геотермальная энергия может быть полезной с точки зрения экономии до до 80% по сравнению с обычными источниками энергии.

Средняя геотермальная электростанция выделяет 122 кг CO2 на каждый мегаватт-час (МВтч) производимой ею электроэнергии. Обычно одна восьмая часть выбросов CO2 приходится на угольные электростанции.

Огромный потенциал
Общее потребление энергии в мире, которое составляет почти 15 тераватт (ТВт), далеко не соответствует огромным запасам энергии под землей.

Потенциальная мощность геотермальной энергии, которая, по оценкам, вырабатывается геотермальными электростанциями, колеблется от 0,035 до 2 ТВт. Однако не все геотермальные резервуары являются прибыльными, и только небольшая часть общего потенциала может быть использована.

Геотермальная энергия — надежный и возобновляемый источник энергии
Еще одно преимущество геотермальной энергии по сравнению с другими возобновляемыми источниками, такими как ветер, солнце или биомасса, заключается в том, что это постоянный источник энергии. Это означает, что эта энергия не зависит от ветра или солнца и доступна постоянно.

Кроме того, геотермальная энергия является возобновляемым источником энергии, который может поддерживать уровень ее потребления, в отличие от традиционных источников энергии, таких как уголь и ископаемое топливо. Как говорят ученые, энергии в геотермальных резервуарах Земли хватит на миллиарды лет.

Геотермальная энергия извлекается из ядра Земли и сохраняется, пока существует Земля.

Геотермальные системы очень эффективны
Что касается эффективности, геотермальная энергия является одним из ведущих источников энергии. Геотермальные тепловые насосы потребляют на 25-50% меньше электроэнергии, чем традиционные системы отопления или охлаждения.

Кроме того, благодаря гибкой конструкции геотермальных систем они могут быть адаптированы к различным ситуациям и требуют меньше места для оборудования по сравнению с обычными системами.

Геотермальные системы требуют минимального обслуживания или не требуют его вообще
Геотермальные системы имеют несколько подвижных частей, которые размещаются внутри конструкции. Срок службы геотермальных тепловых насосных систем высок.

Гарантия на трубы теплового насоса составляет от 25 до 50 лет, в то время как насос может оставаться в рабочем состоянии не менее 20 лет. Это означает, что после установки геотермальные системы практически не нуждаются в обслуживании.

Стабильный энергетический ресурс
Относительно легче предсказать производительность геотермальной установки. Он не имеет таких низкоэнергетических колебаний, как ветер или солнце.

Обычные электростанции в значительной степени зависят от топлива, поэтому стоимость произведенной электроэнергии колеблется в зависимости от рыночной цены на топливо.

Однако то же самое не относится к геотермальным электростанциям, поскольку они не используют топливо, они не должны зависеть от цен на топливо и могут предложить своим потребителям стабильную стоимость электроэнергии.

Эффективен для нагрева / охлаждения
Геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (отопления, вентиляции и кондиционирования) — это эффективная система отопления и охлаждения.

Системы HVAC не сжигают ископаемое топливо для выработки тепла или охлаждения, в отличие от обычных систем отопления и охлаждения. Вместо этого они передают тепло земле и от нее. Как правило, электроэнергия используется только для работы вентилятора, компрессора и насоса агрегата.

В последние годы значительно выросло количество домашних хозяйств, использующих геотермальное отопление / охлаждение.

Неограниченное предложение
В отличие от традиционных источников энергии, таких как уголь и ископаемое топливо, недостатка в геотермальной энергии нет.

Геотермальная энергия является возобновляемой энергией и восполняется сама по себе, поэтому ее запасы в изобилии.

Экономия затрат
Все большее количество домашних хозяйств в США и во всем мире используют геотермальную энергию для отопления и охлаждения.

Увеличение использования геотермальной энергии означает меньшее потребление традиционной энергии для отопления домов и офисов, что приводит к значительной экономии для домовладельцев.

После первоначальной стоимости установки 30-60% экономии на отоплении и 25-50% на охлаждении, вероятно, вернут эти затраты в течение нескольких лет.

Несмотря на заявления о том, что геотермальная энергия является экологически чистым источником энергии, она по-прежнему вызывает определенные опасения в отношении выбросов.

Процесс извлечения геотермальной энергии под землей приводит к выбросу парниковых газов, таких как углекислый газ, сероводород, метан и аммиак. Однако количество выделяемого газа намного ниже по сравнению с ископаемым топливом.

Эти выбросы обычно выше около геотермальных электростанций. Геотермальные электростанции, как правило, выделяют диоксид серы и кремнезем, а резервуары могут содержать токсичные тяжелые металлы, включая мышьяк, бор и ртуть.

Тем не менее, загрязнение, связанное с геотермальной энергией, не является такой серьезной проблемой, как с угольной энергией и ископаемым топливом.

Геотермальные источники могут истощаться
Несмотря на то, что геотермальная энергия считается устойчивой и возобновляемой энергией, существует вероятность того, что в определенных местах может потребоваться время, чтобы остыть, что сделает невозможным извлечение большего количества энергии в будущем.

Поверхностная нестабильность
Строительство геотермальных электростанций может повлиять на устойчивость земли. В январе 1997 года продолжающееся строительство геотермальной электростанции в Швейцарии вызвало землетрясение силой 3,4 балла по шкале Рихтера.

Кроме того, строительство геотермальных электростанций в Германии и Новой Зеландии привело к движению земной поверхности.

Причина этих землетрясений была связана с гидроразрывом пласта, который является неотъемлемой частью строительства электростанций с усиленной геотермальной системой (EGS).

Геотермальная система требует высоких инвестиционных затрат
Добыча геотермальной энергии может обернуться высокими первоначальными затратами для отдельных домохозяйств. Такие процессы, как сверление и установка, сложны, поэтому их стоимость довольно высока.

Даже если отдача от таких инвестиций значительна, и их можно вернуть в течение 2-10 лет; тем не менее, высокая начальная стоимость часто действует как сдерживающий фактор.

Требования к земле для установки геотермальной системы
Рядом с домом необходим участок земли для установки геотермальных систем. Это особенно сложно реализовать домовладельцам в больших городах из-за ограниченного пространства. В таких случаях требуется вертикальный геотермальный тепловой насос.

Высокие первоначальные затраты на системы отопления и охлаждения
Геотермальные электростанции требуют специально разработанных систем отопления и охлаждения и другого оборудования, которое может работать при высоких температурах.

Такие места обычно расположены в изолированных районах, и требуется значительная сумма денег, чтобы построить соответствующую инфраструктуру для производства электроэнергии из этих отдаленных мест в населенные пункты.

Несмотря на это, первоначальная стоимость, вероятно, окупится через 5-10 лет и позволит сэкономить на расходах на электроэнергию в долгосрочной перспективе; тем не менее, стоимость вначале заставляет людей дважды подумать.

Геотермальная энергия зависит от местоположения
Найти геотермальные резервуары непросто. Исландия и Филиппины удовлетворяют почти треть своих потребностей в электроэнергии за счет геотермальной энергии.

Транспортировка геотермальной энергии на большие расстояния через горячую воду может привести к значительным потерям энергии.


В целом геотермальная энергия — это возобновляемая и устойчивая форма энергии, которая обеспечивает бесперебойную подачу электроэнергии, которую можно использовать для отопления или охлаждения домов и офисных зданий, а также для выработки электроэнергии.

Несмотря на риск возникновения землетрясений, усилия по извлечению геотермальной энергии будут продолжаться из-за ее возобновляемой природы и могут помочь преодолеть энергетический кризис на этой планете. Главное преимущество этого источника энергии в том, что он не зависит от погодных условий и имеет довольно высокие коэффициенты мощности.

В наши дни многие геотермальные электростанции представляют собой электростанции с сухим паром или мгновенным испарением, которые работают при температуре более 180 ° C. Тем не менее, большинство среднетемпературных полей используются для выработки электроэнергии или комбинированного производства тепла и электроэнергии путем разработки технологии бинарного цикла. Таким образом, будущее этого энергетического сектора кажется светлым, и страны, располагающие водохранилищами, пытаются извлечь из этого выгоду.