Izboljšani geotermalni sistemi (EGS): izkoriščanje geotermalne energije
Izboljšani geotermalni sistemi (EGS) omogočajo trajnostno proizvodnjo elektrike iz tal izven tradicionalnih območij — inovativna rešitev za razširitev obnovljive energije.
Izboljšani geotermalni sistem (EGS) je geotermalni energetski sistem, ki lahko proizvaja električno energijo tudi tam, kjer v naravi ni dovolj podzemne vode ali dovolj povezanih razpok v kamninah. Dolgo časa je bila geotermalna energija omejena na območja, kjer so se skupaj pojavljale vroče kamnine, podzemna voda in naravne razpoke. Z razvojem tehnologij za izboljšanje podzemnih razpok in kroženja tekočin lahko zdaj izkoriščamo geotermalno toploto tudi iz manj geološko aktivnih območij, na primer na zahodnih Združenih državah Amerike in drugih regijah.
Kako deluje EGS
Osnovni cilj EGS je ustvariti ali izboljšati zaprti »rezervoar« vroče kamnine, skozi katerega lahko kroži tekočina in prenaša toploto na površje. Postopek običajno vključuje:
- vrtanje globokih vrtin v vroče kamnine (pogosto do nekaj kilometrov globoko);
- vbrizgavanje vode ali drugega delujočega fluida pod tlakom, kar povzroči nastanek ali razširitev razpok in povečanje prepustnosti;
- vodenje tekočine skozi to mrežo razpok, kjer voda absorbira toploto kamnin;
- črpanje ogrete tekočine na površje in prenos toplote v izmenjevalnikih za proizvodnjo elektrike ali neposredno za ogrevanje.
Metode in tehnologije
- Hidravlično stimuliranje: vbrizgavanje vode pod visokim pritiskom za ustvarjanje in povezavo razpok.
- Toplotno stimuliranje: izmenjava zelo hladne vode z vročimi skalami za povzročanje termičnih razpok.
- Zaprti sistemi (closed-loop): tekočina kroži v zaprtih cevnih zankah, ne pride v neposreden stik z okolno kamnino, s čimer se zmanjša tveganje onesnaženja in izpustov ter potreba po velikih injekcijah vode.
- Napredne tehnike vrtanja: usmerjeno vrtanje in večvezni sistemi za doseganje ustreznih con z minimalnim številom vrtin.
- Sistemi za upravljanje tveganj: spremljanje mikropotresov, tlak, temperature in kemične sestave tekočine za nadzor procesa in zmanjšanje stranskih učinkov.
Prednosti EGS
- Velik potencial: omogoča širšo razširitev geotermalne izrabe izven tradicionalnih področij.
- Zanesljiva oskrba z energijo: geotermalni viri zagotavljajo skoraj stalno proizvodnjo, neodvisno od vremena.
- Nizke emisije ogljika v primerjavi s fosilnimi gorivi in manjša površinska raba zemljišč kot pri nekaterih obnovljivih virih.
- Možnosti za obsežno neposredno uporabo toplote (ogrevanje objektov, industrijski procesi, sušenje itd.).
Izzivi in okoljski vplivi
Čeprav ima EGS velik potencial, prinaša tudi izzive:
- Inducirana seizmičnost: vbrizgavanje pod pritiskom lahko sproži zemeljske sunke; zato so potrebni sistemi za spremljanje in nadzor injekcij ter postopne strategije za zmanjševanje tveganja.
- Voda in kemija: uporaba velikih količin vode lahko obremenjuje lokalne vire; pogosto se uporablja recikliranje tekočin ali nepitna voda. Kemijske reakcije med vodo in kamninami lahko povzročijo obloge ali korozijo opreme.
- Gospodarski izzivi: visoki začetni stroški vrtanja in razvoja, negotovost glede trajnosti rezervoarja in potreb po dolgotrajnem upravljanju.
- Okoljski vplivi na površju: hrup in vpliv na promet med gradnjo, ter potencialne spremembe v lokalnem vodnem režimu, če ni ustreznega upravljanja.
Uporaba in razvoj
EGS se razvija kot tehnologija za proizvodnjo električne energije, vendar je enako primeren za neposredno rabo toplote v industriji, ogrevanju stavb in kmetijskih procesih. Raziskave in pilotski projekti potekajo v različnih državah, kjer testirajo tehnologije za varno vzpostavitev rezervoarjev, zmanjševanje seizmičnosti in ekonomično proizvodnjo. Pomembna področja razvoja vključujejo boljše materiale za dolgotrajne sisteme, optimizacijo vrtalnih stroškov in integracijo z omrežji za daljinsko ogrevanje ali proizvodnjo energije.
Prihodnost
Če bodo tehnološki izzivi (znižanje stroškov, obvladovanje seizmičnosti in učinkovito upravljanje vode) uspešno rešeni, imajo izboljšani geotermalni sistemi potencial za pomemben prispevek k nizkoogljični energetski oskrbi in stabilizaciji omrežij. EGS omogoča dostop do ogromnih količin zemeljske toplote tudi na območjih, kjer naravni hidrotermalni viri niso na voljo, kar poveča možnosti za trajnostno in zanesljivo proizvodnjo energije po vsem svetu.
Izboljšani geotermalni sistem
Proces in razvoj
- Zemljišče je treba pregledati
- kakšna je [temperatura] podzemnih kamnin?
- ali je mreža prelomov dobra?
- ali je tam voda, ki je tam naravno prisotna?
- kaj je potrebno za izdelavo delujoče EGS
- Izvedite potrebne spremembe v sistemu
Da bi najprej prišli do vročih kamnin, je treba skrbno izkopati luknje 1000 metrov pod površjem zemlje. Vrtine ne smejo biti oddaljene manj kot 40 metrov druga od druge, da ne bi prihajalo do kraja toplote med vrtinami. V vrtine se nato z nadzorovano, znanstveno določeno hitrostjo vliva voda za ustvarjanje mreže razpok in uporabo pri proizvodnji energije. Razpoke ali prelomi nastanejo s frackingom ali prisilnim ponovnim odpiranjem razpok zaradi pritiska vode, kar povzroča majhne seizmične dogodke, ki jih je na površju redko čutiti. Ko je ustvarjen dovolj dober sistem razpok, se lahko segreta voda črpa iz proizvodne vrtine v elektrarno za uporabo v izbranem postopku pridobivanja energije in ponovno kroži po njej. Da bi povečali verjetnost, da bo voda tekla v smeri proizvodne vrtine, je mogoče izvrtati niz mikrootvorov, ki omogočajo večjo verjetnost, da se bodo razpoke povezale na pravi poti za pridobivanje energije. Te luknje so široke manj kot 4 centimetre in segajo od vrtin za dodajanje in odvzem vode.
- Upravljanje in vzdrževanje elektrarne
Zelena energija
Recikliranje starega vodnjaka
Geotermalne sisteme je mogoče izboljšati tudi z recikliranjem starih naftnih in plinskih vrtin za geotermalno uporabo. Zamenjava teh vrtin za pridobivanje toplote je cenejša od vrtanja novih vrtin. Te vrtine ne omogočajo fizičnega stika med vodo in virom toplote. Te vrtine so sestavljene iz dveh valjev: večjega in manjšega. Manjši valj se prilega večjemu in iz njega se črpa ogrevana voda. Voda se vstavi med oblogo notranje in zunanje cevi. Zaradi pomanjkanja neposrednega stika z vročimi kamninami in nekaterih toplotnih izgub zaradi pomanjkanja dobrega izolacijskega materiala proizvodnja energije ni tako visoka kot pri običajnih geotermalnih sistemih.
Emisije toplogrednih plinov
Nekateri pravijo, da je ta oblika energije ena najbolj zelenih alternativnih virov energije. Študije navajajo, da dva od treh načinov pridobivanja geotermalne energije, tj. bliskovita para in suha para, povzročata manj kot 7 % toplogrednih plinov, ki jih oddajajo fosilna goriva. Pri tretjem načinu, znanem kot zaprti sistem z dvojnim ciklom, se toplogredni plini skorajda ne sproščajo). Največ emisij pri sistemu EGS povzroča vrtanje z dizelskim gorivom. Raziskave o analizi življenjskega cikla EGS so pokazale, da bi bilo dobro to popraviti tako, da bi vrtine priključili na električno omrežje in tako zmanjšali že tako minimalen vpliv elektrarn GEP na zdravje ljudi, podnebne spremembe in kakovost ekosistemov. Zagovorniki tudi trdijo, da je geotermalna energija zanesljivejša in ima konstantno proizvodnjo energije, saj geotermalni energetski sistemi niso odvisni od spreminjajočega se vremena.
Vključenost ZDA
ZDA imajo največje potencialne zaloge geotermalne energije na svetu, vendar le 4 % celotne porabe energije (15 milijard kWh) izhaja iz geotermalne energije. V Kaliforniji je med vsemi devetimi državami, ki uporabljajo geotermalno energijo, največ geotermalnih toplotnih črpalk. Havaji pridobijo 20 % energije iz geotermalnih elektrarn. Znanje o geotermalni energiji ni dobro poznano. Zaradi tega je zelo težko pridobiti denar za raziskave in razvoj. Znano je tudi, da imajo razvijalci težave pri pridobivanju dovoljenj za vrtanje na javnih zemljiščih in pri pridobivanju sredstev tako od zvezne vlade kot od zunanjih interesnih skupin. Vendar pa sta dva projekta, ki ju je odobril senat in ki naj bi pripomogla k temu, da bi EGS prešla iz pilotne faze.
Leta 1990 je bila sprejeta zakonodaja, ki je spodbujala razvoj industrije. To so poskušali doseči z zakonom o energiji iz leta 2005 in zakonom o energetski neodvisnosti in varnosti iz leta 2007 z izdanimi davčnimi olajšavami ter oblikovanjem programov za raziskave in razvoj, ki jih je podpiral Senat.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je izboljšani geotermalni sistem (EGS)?
O: Izboljšani geotermalni sistem (EGS) je geotermalni energetski sistem, ki lahko proizvaja električno energijo, tudi če ni naravne podzemne vode.
V: Kaj je potrebno, da lahko tradicionalni geotermalni sistemi proizvajajo energijo?
O: Tradicionalni geotermalni sistemi za pridobivanje energije potrebujejo vroče kamnine, podzemno vodo in razpoke v kamninah, vse skupaj na enem območju.
V: Kakšne so prednosti izboljšanih geotermalnih sistemov?
O: Izboljšani geotermalni sistemi omogočajo pridobivanje geotermalne energije tudi na območjih, kjer ni naravnih virov podzemne vode in razpok v kamninah. S tem se širijo območja, kjer je mogoče pridobivati geotermalno energijo.
V: Ali se lahko izboljšani geotermalni sistemi uporabljajo na območjih brez naravnih virov podzemne vode?
O: Da, izboljšani geotermalni sistemi se lahko uporabljajo na območjih brez naravnih virov podzemne vode.
V: Kaj morajo ljudje spremeniti, da so območja uporabna za izboljšane geotermalne sisteme?
O: Območja, ki se lahko uporabljajo za izboljšane geotermalne sisteme, bodo morda morali ljudje spremeniti, da bodo vključevala podzemno vodo ali mrežo razpok v kamninah ali oboje.
V: Kje se lahko izboljšani geotermalni sistemi uporabljajo zunaj običajnih geotermalnih območij?
O: Izboljšani geotermalni sistemi se lahko uporabljajo na manj aktivnih območjih, kot so zahodne Združene države Amerike, zunaj običajnih geotermalnih območij, kot so aktivne meje plošč.
V: Kaj lahko pridobivamo z izboljšanimi geotermalnimi sistemi?
O: Izboljšani geotermalni sistemi lahko proizvajajo električno energijo.
Iskati