ENERGETIKA-NET, Obnovljivi izvori energije

Geotermalna energija

Geotermalna energija (eng. geothermal energy, njem. geothermische Energie) u užem smislu obuhvaća samo onaj dio energije iz dubina Zemlje koji u obliku vrućeg ili toplog geotermalnog medija (vode ili pare) dolazi do površine Zemlje i prikladan je za iskorištavanje u izvornom obliku (za kupanje, liječenje i sl) ili za pretvorbu u druge oblike (električnu energiju, toplinu u toplinarskim sustavima i sl).

Geotermalna energija je posljedica raznih procesa koji se zbivaju u dubinama Zemlje (raspadanja izotopa i sl), gdje temperatura iznosi više od 4000 °C, a nastala se toplina kroz slojeve Zemljine kore odvodi prema svemir. Promjena temperature s dubinom slojeva naziva se geotermalnim gradijentom koji u Europi prosječno iznosi 0,03 °C/m, a u Hrvatskoj su uobičajene vrijednosti:

u području Dinarida i na Jadranu: od 0,015 do 0,025 °C/m
u panonskom području: oko 0,04 °C/m.

Inače, do dubine 30 m toplina Zemljine površine uvjetovana je i Sunčevim zračenjem, a u tim je slojevima temperatura gotovo konstantna.

Procjenjuje se kako toplinski tok iz unutrašnjosti do površine Zemlje iznosi 42 TW. Pri tome 8 TW potječe iz Zemljine kore (koja čini samo 2% ukupnog volumena, ali je bogata radoaktivnim izotopima), 32,3 TW iz plašta (82% volumena), a tek 1,7 TW iz jezgre (čini 16% volumena, ali nema izotopa). Cjelokupna bi se geotermalna energija Zemlje (tj. Zemlje kao planeta) mogla procijeniti na 12,6 × 10 24 MJ, a kore na 5,4 × 10 21 MJ. Dakako, samo jedan manji dio svega toga mogao bi se učinkovito iskorištavati.

Svjetski je geotermalni potencijal stoga golem, gotovo 35 milijardi puta veći nego što iznose današnje potrebe za energijom, no tek se vrlo mali dio toga može učinkovito (tj. isplativo) iskorištavati, svega do dubine 5000 m.

Svjetski geotermalni potencijal (podaci iz 2001. godine, prema Svjetskoj geotermalnoj udruzi)

kontinent	visokotemperaturni izvori (za proizvodnju električne energije)		niskotemperaturni izvori (za dobivanje topline), mil. TJ godišnje
uz uobičajene tehnologije, TW h godišnje	uz uobičajene i binarne tehnologije, TW h godišnje
Europa	1830	3700	> 370
Azija	2970	5900	> 320
Afrika	1220	2400	> 240
Sjeverna Amerika	1330	2700	> 120
Srednja i Južna Amerika	2800	5600	> 240
Oceanija	1050	2100	> 110
svijet, ukupno	11 200	22 400	> 1400

Geotermalni izvori

Pod pojmom geotermalni izvori (eng. geothermal resources, njem geothermische Quelle) podrazumijevaju se izvori geotermalnog medija vode iz podzemnih ležišta koja mogu biti bez dovoda vode (napajanja) s površine ili s prirodnim ili umjetnim dovodom vode s površine koja tada prolazi kroz podzemna ležišta.

Područja koja imaju najveći broj geotermalnih izvora istodobno su i ona koja su geološki još vrlo aktivna, to jest koja imaju aktivne vulkane ili u kojima često dolazi do potresa. To su područja oko Tihog oceana (tzv. cirkumpacifički vatreni krug: zapadni dijelovi SAD i Kanade, Srednja Amerika, zapadne obale Južne Amerike, Novi Zeland, Indonezija, Filipini, Japan i istočni Sibir), srednjoatlanski greben (Island i Azorsko otočje), planinski lanci kao što su Alpe i Himalaja, istočna Afrika, središnja Azija te neka tihooceanska otočja.

Geotermalni se izvori mogu podijeliti na nekoliko osnovnih načina:

prema stupnju istraženosti, odnosno potvrđenosti ležišta
prema vrsti ležišta
prema temperaturi medija (tople ili vrele vode ili pare).

Prema stupnju istraženosti ležišta, poznavanju kemijskog sastava i fizikalnih svojstava medija (vode ili pare), parametrima potrebnim za njihovo utvrđivanje i mogućnostima za iskorištavanje geotermalni se izvori dijele na:

utvrđene
- bilančne (koje se mogu se isplativo iskorištavati do sada poznatim tehničkim sredstvima)
- izvanbilančne (koje se još ne mogu isplativo ili se uopće ne mogu iskorištavati poznatim tehničkim sredstvima)
potencijalne.

Geotermalni se izvori prema vrsti geotermalnih ležišta dijele prema:

napajanju, odnosno načinu ulaska medija u ležište i izlasku iz njega:
- s prirodnim ulaskom (napajalištem) i izlaskom: vrelom ili izvorom vode
- s prirodnim ulaskom i umjetnim izlaskom vode, kroz bušotinu
- s umjetnim ulaskom i izlaskom vode (bušotine).
termodinamičkim i hidrološkim svojstvima:
- izvori tople ili vruće vode (gejzire)
- izvori suhe vodene pare
- ležišta vode i plinova pod visokim tlakom
- vruće i suho stijenje(magma).

Izvori tople ili vruće vode (ponegdje nazivani gejzirima ) najčešći su i najprepoznatljiviji način dolaska zagrijane vode iz dubine na površinu Zemlje. Potječu od vruće vode ili pare koja se nalazi zarobljena u razlomljenom i šupljikavom (poroznom) stijenju na manjim ili srednjim dubinama (od 100 do 4500 m). Pri tome je medij najvećim dijelom u tekućoj fazi, a tek manjim dijelom u obliku pare (kao mjehurići). Kada je temperatura dovoljno visoka (> 170 °C), voda se pri izlasku na površinu pretvara u paru koja se može koristiti za pogon parne turbine, a kada su temperature niže redovito se koristi sekundarni prijenosnik topline (tzv. binarne geotermalne elektrane). Inače, izvori vruće vode za sada predstavljaju jedini geotermalni izvor koji se u svijetu komercijalno iskorištava.

Izvori suhe vodene pare na svijetu su razmjerno rijetki, ali se smatraju najjednostavnijima i najisplativijima za iskorištavanje jer se prirodna suha vodena para može izravno koristiti za pogon parne turbine.

Ležišta vode i plinova pod visokim tlakom nalaze se na velikim dubinama (od 3000 do 6000 m). Voda je pri tome umjerene temperature (između 90 i 200 °C) i sadržava otopljeni metan. Zahvaljujući vrlo visokim tlakovima bilo bi moguće iskorištavati mehaničku, toplinsku pa i kemijsku energiju, no uz današnje tehnologije to se još ne smatra isplativim.

Vruće i suho stijenje , odnosno magma nalaze se u nepropusnim slojevima na velikim dubinama i imaju visoku temperaturu, između 700 i 1200 °C. Za njihovo bi iskorištavanje bila potrebna složena tehnologija (dovoljno duboke bušotine), što još nije isplativo ni tehnološki posve razrađeno, a za sada postoji tek nekoliko ispitnih postrojenja (npr. u Los Alamosu u SAD-u te u Velikoj Britaniji).

Prema temperaturi geotermalnog medija (vode ili pare, odnosno njihovih smjesa), geotermalni izvori mogu biti:

niskotemperaturni (s gornjom granicom temperature između 90 i 150 °C)
srednjotemperaturni (u području temperatura od najmanje 90 do najviše 225 °C)
visokotemperaturni (s donjom granicom temperature između 150 i 225 °C).

Želim znati više: