Geotermalna energija – toplota Zemljine unutrašnjosti

Geotermalna energija je toplotna energija koja nastaje i skladišti se u unutrašnjim sferama Zemlje, najprije jezgru, čija temperatura iznosi 4000-7000°C, što je približno temperaturi površine Sunca. Naziv geotermalna potiče od grčkih reči geo, sa značenjem zemlja i therme, sa značenjem toplota.

Geotermalna energija je isplativa, pouzdana, održiva i ekološki prihvatljiva, ali je u prošlosti mahom bila ograničena na područja u blizini granica tektonskih ploča. Nedavni tehnološki napredak drastično je proširio opseg i veličinu dostupnih resursa, posebno za primjene kao što je grijanje domova, otvarajući mogućnost za široku eksploataciju. Čovjek trenutno posjeduje tehnologiju kojom eksploatiše mali dio te energije, iz površinskog sloja Zemljine kore dubokog nekoliko kilometara. 

Geotermalna energija se generiše radioaktivnim raspadanjem minerala i kontinuiranim stvaranjem toplote u Zemljinom jezgru. Toplota iz jezgra neprekidno zrači, zagrijavajući stijene, vodu i drugi geološki materijal. Geotermalna energija se smatra obnovljivim izvorom energije s obzirom na činjenicu da je količina ovakve energije praktično neiscrpna.

Izvori geotermalne energije

Geotermalna energija, u skladu sa savremenim teorijama, ima dva izvora – proces raspadanja radioaktivnih elemenata u zemljinom jezgru i apsorpciju energije Sunca. 

Zemlja apsorbuje gotovo 50 odsto sunčeve energije, zagrijavajući zemlju po dubini. Velika akumulaciona sposobnost zemlje reguliše oscilacije temperature spoljnjeg vazduha. Amplitude ovih kolebanja se po dubini smanjuju, odnosno na samoj površini zemlje one su u skladu sa temperaturom vazduha. Na većoj dubini (6 -10 m) temperatura zemlje je skoro nepromjenljiva (10 -15 °C), odnosno na toj dubini zemlja je toplija zimi, a hladnija ljeti u odnosu na površinu zemlje, dok sama površina zemlje prati temperaturu vazduha tokom godine. Temperatura podzemnih voda je u okviru sličnih vrijednosti, od 10 – 15 °C. 

Prednosti geotermalne energije

Geotermalna energija smatra se izuzetno održivom jer, između ostalog, ne zahtijeva sagorijevanje fosilnih goriva. Iako geotermalna energija proizvodi malu količinu gasova sa efektom staklene bašte, njen uticaj na životnu sredinu je daleko manji od uticaja fosilnih goriva. Geotermalna polja proizvode samo oko jedne šestine količine ugljen-dioksida u poređenju sa elektranom na prirodni gas, količina vode koja se upotrijebi u procesu korišćenja geotermalne energije može se ponovo vratiti u zemlju. Pri tome, geotermalne elektrane u prosjeku troše manju količinu vode od većine konvencionalnih elektrana. Geotermalna energija ima dvije osnovne svrhe, i to da obezbijedi grijanje/hlađenje objekata i električnu energiju. Korišćenje resursa ispod površine Zemlje može nam pomoći da koristimo 75 odsto manje energije u odnosu na tradicionalne sisteme grijanja i hlađenja. Isto tako, može se koristiti i u industriji proizvodnje papira, planskom stočarstvu, bazenima za plivanje, itd.

Geotermalne elektrane grade se direktno na izvoru, zauzimaju manji prostor u odnosu na neke druge vrste elektrana i potpuno su nezavisne od meteoroloških uslova na lokaciji, za razliku od solarnih ili vjetroelektrana čija proizvodnja zavisi od promjenljive količine sunčevog zračenja, odnosno jačine vjetra.

Zemljini geotermalni resursi su teoretski više nego dovoljni za snabdijevanje čovječanstva energijom, ali za sada vrlo mali dio može biti profitabilno iskorišćen, imajući u vidu da je bušenje i istraživanje ovih resursa veoma skupo. Predviđanja o uspješnijoj budućnosti geotermalne energije zavise od daljeg razvoja tehnologije, cijena energije, subvencija, pomjeranja tektonskih ploča i rasta kamatnih stopa. S druge strane, cjelokupni geotermalni energetski potencijal planete procjenjuje se na čak 3·1015 TWh (za proizvodnju 1 kWh električne energije potrebno je oko 3 kWh toplotne energije), što je gotovo 100 milijardi puta više od ukupne godišnje potrošnje energije u svijetu zabilježene 2010. godine.

Nedostaci geotermalne energije

Osim već pomenutih visokih inicijalnih ulaganja, za korišćenje geotermalne energije postoji ograničen broj pogodnih lokacija za izgradnju elektrana imajući u vidu zahtjeve za odgovarajućom vrstom stijena, temperaturom, dubinom, kao i procentom vode u određenom geotermalnom rezervoaru. Problem predstavlja i prisustvo opasnih gasova i minerala koji mogu izazvati poteškoće prilikom eksploatacije. 

Tehnologije geotermalnih elektrana

Najprije treba napomenuti da se geotermalna energija, odnosno termalni izvori, već vijekovima, još od paleolita, a posebno vremena Rimskog carstva, koriste za kupanje, snabdijevanje javnih kupatila vodom i podno grijanje. Najstariji geotermalni sistem daljinskog grijanja na svijetu počeo je sa radom još u 15. vijeku, a nalazi se u mjestu Šodez Eg (fr. Chaudes-Aigues) u Francuskoj. 

Mjesto Šodez Eg – (fr. Chaudes-Aigues) u Francuskoj

Danas, osim za grijanje i hlađenje objekata, geotermalna energija se koristi u procesu proizvodnje električne energije. Jednostavan proces podrazumijeva da se hladna voda dovodi u kontakt sa vrelim stijenama nakon čega vodena para, temperature iznad 200°C, pod visokim pritiskom izlazi na površinu i pokreće generatore. Trenutno se koriste tri različite tehnologije kojima se geotermalni resursi pretvaraju u električnu energiju, a to su tehnologija suve pare, fleš – para i binarni proces. 

Kod principa suve pare (Dry Steam) – vrela para, temperature iznad 235°C, koristi se za direktno pokretanje turbine generatora. Ovaj princip, iako najstariji, i dalje je u upotrebi s obzirom na to da i dalje predstavlja najjeftiniji način za proizvodnju električne energije iz geotermalnih izvora. Prva elektrana ovog tipa izgrađena je 1904. godine u Toskani u Italiji, gde je iskorišteno prirodno izbijanje pare iz zemlje.

Postrojenja koja rade na principu separisanja pare (Flash steam) koriste toplu vodu pod visokim pritiskom iz dubine zemlje i pretvaraju je u paru za pogon turbina generatora. Nakon hlađenja pare dolazi do kondenzacije, te se voda vraća nazad u zemlju radi ponovnog korišćenja. Većina savremenih geotermalnih elektrana koristi upravo ovaj princip rada.

Binarni proces primjenjuje se u slučajevima srednjetemperaturnih geotermalnih izvora, a karakteriše se i većom količinom nepoželjnih propratnih gasova. Elektrane sa binarnim ciklusom vrše prenos toplote sa geotermalne tople vode na sekundarni (binarni) fluid koja ima znatno nižu temperaturu ključanja od vode. Toplota dovodi do pretvaranja sekundarnog fluida u paru koja se potom koristi za pogon turbina, a potom i generatora. Geotermalne elektrane sa binarnim ciklusom razlikuju se od sistema suve pare i fleš pare po tome što voda ili para iz geotermalnog rezervoara nikada ne dolazi u kontakt sa turbinama/generatorima. 

Elektrane sa binarnim ciklusom su sistemi zatvorene petlje i u atmosferu ne emituju praktično ništa (osim vodene pare). Budući da resursi ispod 150 °C predstavljaju najčešći geotermalni resurs, značajan dio električne energije iz geotermalnih izvora u budućnosti će dolaziti iz postrojenja sa binarnim ciklusom.

Geotermalna energija – glavni izvor energije na Islandu

Geotermalna energija glavni je izvor energije na Islandu, u kom se trenutno više od 30% zemlje snabdijeva električnom energijom iz ovog izvora, dok se geotermalna toplota koristi za grijanje 87% domaćinstava.

Kao ostrvo sa velikom količinom vulkanskih aktivnosti, Island ima izrazito veliki potencijal u smislu korišćenja ovog izvora energije energije, koji se obnavlja i ne emituje gasove sa efektom staklene bašte.

Komercijalna proizvodnja električne energije iz geotermalnih izvora traje već pola vijeka na ovom ostrvu, ali stanovnici podzemnu toplotu koriste od ranog naseljavanja – za kupanje, kuvanje, grijanje prostora i u poljoprivredne svrhe.

Prema podacima Vlade Islanda, ukupni geotermalni energetski kapacitet od 2018. godine za proizvodnju električne energije na Islandu iznosio je 755 megavata.

Geotermalna elektrana Helišedi na Islandu

Helišedi (Hellisheidi) je osma po veličini geotermalna elektrana na svijetu i najveća na Islandu. Nalazi se u blizini glavnog grada Rejkjavika. Postrojenje radi na principu separisanja pare (Flash steam) i posjeduje kapacitet za proizvodnju električne energije od 303 MW, kao i 400 MW toplotne energije.

Crna Gora i geotermalna energija

Zakonska regulativa u Crnoj Gori bavi se GTE samo na posredan način, i to kroz dokumente koji se odnose na energetsku efikasnost i korišćenje vodenih resursa. U Zakonu o vodama, donijetim 2007 g. članovi 122 i 134 se odnose na korišćenje podzemnih voda (otvoreni sistemi GHP). Prema ovom zakonu, koncesija za korišćenje podzemnih voda je potrebna ako se koristi javno vodno dobro i to ako se crpi više od 86 m3 po danu.

Zakon o energetskoj efikasnosti i prateći Pravilnici koji se odnose na energetsku efikasnost zgrada, problematiku korišćenja GTE dodiruju samo posredno, kroz članove u kojima se: promoviše korišćenje obnovljivih izvora energije, propisuje ugradnja energetske opreme, definišu energetske klase zgrada od A do G određene na osnovu potrošnje primarne energije u zgradama. 

Trenutno u Crnoj Gori (Podgorici) postoji nekoliko objekata sa korišćenjem geotermalne energije, od toga tri administrativne zgrade koje koriste podzemnu vodu kroz otvorene sisteme i jedna škola sa zatvorenim vertikalnim sistemom – geosondom.

Objekti EUROPOINT i ATLAS Centar su sa GSHP – otvorenim sistemima i odgovarajućom HVAC instalacijom koja služi za grijanje i hlađenje objekta. S obzirom da posjeduju dobru izolaciju i nalaze se u zoni relativno blage zime (klimatska Zona I), svi ovi sistemi su dimenzionisani prema režimu hladjenja.

GSHP sistemi u ovim objektima se snabdijevaju vodom iz podzemlja preko bušotina dubine 35m do 40m, prečnika oko 200mm. Nakon što prodje kroz instalaciju, voda se ispušta u plitke upojne bunare. Temperatura podzemne vode se tokom godine kreće u rasponu od 12ºC do 14ºC, a iz sistema izlazi sa temperaturom promijenjenom za ± 5ºC do 10ºC. Iako su sa energetske tačke gledišta najekonomičniji, uticaj ovih sistema na okolinu je potencijalno problematičan. Naime, ovi sistemi troše relativno veliku količinu vode (150-200 l/h po kW), koja u konkretnom slučaju predstavlja značajan resurs pijaće vode, jer se radi o vodi izvanredog kvaliteta. Veća upotreba/crpljenje podzemnih voda može dovesti do spuštanja njihovog nivoa u podzemlju i osiromašenja ovog značajnog resursa pijaće vode.

U Podgorici postoji samo jedan objekat (Osnovna škola ,,Milan Vuković” u Vukovcima) sa GSHP. Toplotna pumpa koja služi za grijanje i hlađenje objekta je sa zemljom povezana zatvorenim vertikalnim sistemom – geosondom.

Skraćenice:

GTE (Geothermal Energy) – geotermalna energija
GHP (Geothermal Heat Pump) – geotermalna toplotna pumpa
GSHP (Ground Source Heat Pump) – geotermalna toplotna pumpa
HVAC (Heating, Ventilating, AirConditioning) – grijanje, ventilacija, klimatizacija

Prir. M.M. i M.L.

Izvor: gbc.me, power-technology.com, eia.gov, energy.gov
N.Kažić, E.Tombarević, Priručnik za upotrebu Geotermalne energije u Crnoj Gori, 2015.

Foto ilustracije: World Bank Group, Wikipedia, Fuel cell store

Pratite ECOPORTAL.ME na Instagramu

Čitajte još

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *