Help!
Top wrapper

Glavni izbornik
Početna stranica
Energija uz video prikaz
Energija općenito
Uvod u izvore energije
Obnovljivi izvori energije
Neobnovljivi izvori energije
Energija i ekologija
Činjenice o energiji
Korisni linkovi
Izvori energije - RSS Feed
Dodatno
Nafta - Neka pitanja
Geo. en. - Upotreba i principi
Prednosti biomase
Kako radi nukl. elektrana?
Zanimljivi linkovi
US Department of Energy
Crude Oil Price
 
 

Geotermalna energija (Geothermal energy)

Sunday, 05 August 2007

Riječ geotermalno ima porijeklo u dvjema grčkim riječima geo (zemlja) i therme (toplina) i znači toplina zemlje, pa se prema tome toplinska energija Zemlje naziva još i geotermalna energija. Toplina u unutrašnjosti Zemlje rezultat je formiranja planeta iz prašine i plinova prije više od četiri milijarde godina, a radioaktivno raspadanje elemenata u stijenama kontinuirano regenerira tu toplinu, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi izvor energije. Osnovni medij koji prenosi toplinu iz unutrašnjosti na površinu je voda ili para, a ta komponenta obnavlja se tako da se voda od kiša probija duboko po raspuklinama i tamo se onda zagrijava i cirkulira natrag prema površini, gdje se pojavljuje u obliku gejzira i vrućih izvora.

Zemlja ima nekoliko slojeva.
Zemlja ima nekoliko slojeva. Osnovni slojevi su vanjska kruta kora (Crust), tekući omotač – plašt (Mantle), vanjska tekuća jezgra (Outer Core) i unutrašnja kruta jezgra (Inner Core).
Vanjska kruta kora Zemlje duboka je od pet do 50 kilometara i sastavljana je od stijena. Tvari iz unutarnjeg sloja neprestano izlaze na površinu kroz vulkanske otvore i pukotine na dnu oceana. Ispod kore nalazi se omotač i on se proteže do dubine od 2900 kilometara, a sačinjen je od spojeva bogatih željezom i magnezijem. Ispod svega toga nalaze se dva sloja jezgre – tekući sloj i kruti sloj u samoj jezgri planeta. Polumjer Zemlje je otprilike 6378 kilometara, i nitko zapravo ne zna što se točno nalazi u unutrašnjosti, sve navedeno su zapravo znanstvene pretpostavke izgleda unutrašnjosti planeta. Te pretpostavke temelje se na eksperimentima u uvjetima visokog tlaka i velikih temperatura.

Spuštanjem kroz vanjski sloj Zemlje, tj. koru temperatura raste otprilike 17 °C do 30 °C po kilometru dubine (50 – 87 °F po milji dubine). Ispod kore nalazi se omotač koji je sastavljen od djelomično rastopljenih stijena i temperatura tog omotača je između 650 i 1250 °C (1200 – 2280 °F). U samoj jezgri Zemlje temperature bi po nekim procjenama mogle biti između 4000 i 7000 °C (7200 – 12600 °F). Budući da toplina uvijek prelazi sa toplijih dijelova na hladnije, toplina iz unutrašnjosti Zemlje prenosi se prema površini i taj prijenos topline glavni je pokretač tektonskih ploča. Na mjestima gdje se spajaju tektonske ploče može doći do propuštanja magme u gornje slojeve i ta magma se tada hladi i stvara novi sloj zemljine kore. Kad magma dođe do površine može stvoriti vulkane, ali većinom ostaje ispod površine te tvori ogromne bazene i tu se počinje hladiti, a taj proces traje od 5000 godina do milijun godina. Područja ispod kojih se nalaze ovakvi bazeni magme imaju visok temperaturni gradijent, tj. temperatura raste vrlo brzo povećanjem dubine i takva područja izuzetno su pogodna za iskorištavanje geotermalne energije.

Povezani članci:
Geotermalno grijanje - Prednosti i mane
Geotermalna energija - Upotreba i princip rada

Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50000 puta više od sve energije koja se može dobiti iz nafte i plina širom svijeta. 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 tisućljećima u obliku toplica odnosno rekreacijsko-ljekovitog kupanja. No razvoj znanosti nije se ograničio samo na područje ljekovitog iskorištavanja geotermalne energije već je iskorištavanje geotermalne energije usmjerio i prema procesu dobivanja električne energije te grijanju kućanstava i industrijskih postrojenja. Grijanje zgrada i iskorištavanje geotermalne energije u procesu dobivanja struje, glavni su ali ne i jedini načini iskorištavanja te energije. Geotermalna energija također se može iskoristiti i u druge svrhe kao što su primjerice u proizvodnji papira, pasterizaciji mlijeka, plivačkim bazenima, u procesu sušenja drveta i vune, planskom stočarstvu, te za mnoge druge svrhe.

Glavni nedostatak prilikom iskorištavanja geotermalne energije je da nema puno mjesta na svijetu koja su izuzetno pogodna za eksploataciju. Najpogodnija su područja na rubovima tektonskih ploča, tj. područja velike vulkanske i tektonske aktivnosti. Sljedeća slika prikazuje tektonsku kartu svijeta i područja pogodna za iskorištavanje geotermalne energije.

Tektonske ploče
Zemlja je podijeljena na tektonske ploče koje se cijelo vrijeme kreću i sudaraju i time stvaraju mjesta pogodna za iskorištavanje geotermalne energije. Najpogodnija područja za iskorištavanje te energije nalaze se na takozvanom Vatrenom prstenu (Ring of Fire).

Proizvodnja električne energije

Jedan od najzanimljivijih oblika iskorištavanja 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 plinova u atmosferu, ispušta se samo vodena para. Dodatna prednost je u tome što se takve elektrane mogu implementirati u najrazličitijim okruženjima, od farma, osjetljivih pustinjskih površina pa sve do šumsko-rekreacijskih područja.

Pojednostavljeni princip generiranja električne energije.
Slika prikazuje pojednostavljeni princip generiranja električne energije iz geotermalnih izvora. Vruća para i voda koriste se za pokretanje turbina generatora, a iskorištena voda i kondenzirana para vraćaju se natrag u izvor.
Počeci korištenja topline Zemlje za generiranje električne energije vežu se uz malo talijansko mjesto Landerello i 1904 godinu Tamo je te godine započelo eksperimentiranje s tim oblikom proizvodnje električne energije, kada je para upotrijebljena za pokretanje male turbine koja je napajala pet žarulja, a taj se eksperiment smatra prvom upotrebom geotermalne energije za proizvodnju električne energije. Tamo je 1911 počela gradnja prve geotermalne elektrane koja je završena 1913 i nazivna snaga joj je bila 250 kW. To je bila jedina geotermalna elektrana u svijetu kroz gotovo pola stoljeća. Princip rada je jednostavan: hladna voda upumpava se na vruće granitne stijene koje se nalaze blizu površine, a van izlazi vruća para na iznad 200 °C i pod visokim pritiskom i ta para onda pokreće generatore. Iako su sva postrojenja u Landerello-u uništena u drugom svjetskom ratu, postrojenja su ponovo izgrađena i proširena te se koriste još i danas. To postrojenje i danas električnom energijom napaja oko milijun domaćinstava tj. proizvede se gotovo 5000 GWh godišnje, što je oko 10% ukupne svjetske proizvodnje struje iz geotermalnih izvora. Iako je geotermalna energija obnovljivi izvor energije, tlak pare se u Landerello-u smanjio za 30% od 1950.

Trenutno se koriste tri osnovna tipa geotermalnih elektrana:

  • Princip suhe pare (Dry steam) – koristi se iznimno vruća para, tipično iznad 235 °C (445 °F). Ta para se koristi za direktno pokretanje turbina generatora. Ovo je najjednostavniji i najstariji princip i još uvijek se koristi jer je to daleko najjeftiniji princip generiranja električne energije iz geotermalnih izvora. Spomenuta prva geotermalna elektrana na svijetu u Landerello-u koristila je taj princip. Trenutno se najveća elektrana koja koristi „Dry steam“ princip nalazi u sjevernoj Kaliforniji i zove se The Geysers, a proizvodi električnu energiju još od 1960 godine. Količina proizvedene električne energije iz tog postrojenja još uvijek je dovoljna za opskrbu grada veličine San Francisco-a.
  • Flash princip (Flash steam) – koristi se vruća voda iz geotermalnih rezervoara koja je pod velikim pritiskom i na temperaturama iznad 182 °C (360 °F). Pumpanjem vode iz tih rezervoara prema elektrani na površini smanjuje se tlak pa se vruća voda pretvara u paru u pokreče turbine. Voda koja se nije pretvorila u paru vraća se natrag u rezervoar zbog ponovne upotrebe. Većina modernih geotermalnih elektrana koristi ovaj princip rada.
  • Binarni princip (Binary cycle) – Voda koja se koristi u kod binarnog principa je hladnija od vode koja se koristi kod ostalih principa generiranja električne energije iz geotermalnih izvora. Kod binarnog principa vruća voda se koristi za grijanje tekućine koja ima znatno nižu temperaturu vrelišta od vode, a ta tekućina isparava ne 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 upotrijebljena voda vraća natrag u rezervoar pa je gubitak topline 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 ovisi o vrsti geotermalnog izvora energije, tj. o temperaturi, dubini i kvaliteti vode i pare u odabranoj regiji. U svim slučajevima kondenzirana para i ostaci geotermalne tekućine vraćaju se natrag u bušotinu i time se povećava izdržljivost geotermalnog izvora.

Korištenje geotermalne energije u druge svrhe

Jedan od izvora vruće vode na Islandu.
Jedan od izvora vruće vode na Islandu podoban za iskorištavanje geotermalne energije. Island je država koja najviše koristi svoj prirodni položaj za iskorištavanje geotermalne energije.
Drugi zanimljivi oblik iskorištavanje geotermalne energije je grijanje. Najveći geotermalni sistem koji služi za grijanje nalazi se na Islandu, odnosno u njegovom glavnom gradu Reykjavik-u u kojem gotovo sve zgrade koriste geotermalnu energiju, te se čak 89% islandskih kućanstava grije na taj način. Iako je Island uvjerljivo najveći iskorištavač geotermalne energije po glavi stanovništva sa spomenutih 89% svih islandskih kućanstava koja se griju na taj način, nije usamljen na području iskorištavanja geotermalne energije. Geotermalna energija se uvelike iskorištava i u područjima Novog Zelanda, Japana, Italije, Filipina te i nekih dijelova SAD-a kao što je San Bernardino u Kaliforniji te u glavnom gradu Idaho-a Boise-u.

Geotermalna energija koristi se i u poljoprivredi za povećanje prinosa. Voda iz geotermalnih rezervoara koristi se za grijanje staklenika za proizvodnji cvijeća i povrća. Pod grijanje staklenika ne uzima se u obzir samo grijanje zrake, već se grije i tlo na kojem rastu biljke. Stoljećima se ovo koristi u centralnoj Italiji, a Mađarska trenutno pokriva 80% energetskih potreba staklenika geotermalnom energijom.

Toplinske pumpe su još jedna od upotreba geotermalne energije. Toplinske pumpe troše električnu energiju za cirkulaciju geotermalne tekućine, a ta tekućina kasnije se koristi za grijanje, hlađenje, kuhanje i pripremu tople vode i na taj način znatno se smanjuje potreba za električnom energijom.

Postoji još vrlo širok spektar upotrebe geotermalne energije, ali nema potrebe sve detaljno objašnjavati. Neke od tih upotreba su uzgajanje riba, razne vrste industrijske upotrebe, balneologija - upotreba za rekreaciju i lječilišta (toplice), i slično.

Zaključak

Budući da je procijenjena totalna količina geotermalne energije koja bi se mogla iskoristiti znatno veća nego sveukupna količina energetskih izvora baziranih na nafti, ugljenu i zemnom plinu zbrojenih zajedno trebalo bi geotermalnoj energiji svakako pridati veću važnost. Naročito ako se uzme u obzir da je riječ o jeftinom, obnovljivom izvoru energiju koji je usto i ekološki prihvatljiv. Budući da geotermalna energija nije svuda lako dostupna, trebalo bi iskoristiti barem mjesta na kojima je ta energija lako dostupna (rubovi tektonskih ploča) i tako barem malo smanjiti pritisak na fosilna goriva i time pomoći Zemlji da se oporavi od štetnih stakleničkih plinova.

Povezani članci:
Geotermalno grijanje - Prednosti i mane
Geotermalna energija - Upotreba i princip rada

 
Top ot the page!