8. Geotermalna energija


Geotermalna energija

72Riječ geotermalna dolazi od grčkih riječi gea (zemlja) i therme (toplina). U biti to je rezidualna (preostala) toplinska energija u Zemlji, nastala tijekom geoloških procesa prije 4,5 bilijuna godina. Većina te topline nastaje polaganim raspadanjem radioaktivnih izotopa koji se nalaze u Zemljinoj unutrašnjosti. Sadržana je, kako u čvrstim stijenama tako i u unutarnjim fluidima, koji popunjavaju šupljine i procijepe unutar stijena u Zemljinoj unutrašnjosti. Geotermalna energija je izvor „čiste energije“, pošto za današnje vrijeme ispunjava dva značajna čimbenika pri iskorištavanju energetskih izvora: obnovljivost i održivost. Može se pronaći posvuda u svijetu, no visokotemperaturna energija koja je potrebna za pogon geotermalnih elektrana, pronađena je na relativno malom broju mjesta. Da bi se shvatilo što su to visokotemperaturni geotermalni izvori, potrebno se upoznati s određenim geološkim spoznajama o Zemlji. Kako se vidi na slici 32., Zemlja se sastoji od nekoliko različitih slojeva. Ti su slojevi obično nacrtani kao niz koncentričnih sferičnih ljuski. No, granice su vjerojatno nepravilne i nisu tako izrazite, tako da je takav prikaz dosta pojednostavljen.

73

 

Slika 33.: Temperaturna raspodjela i presjek Zemlje

Temperatura Zemljine unutrašnjosti raste s povećanjem dubine, tako da temperatura na dubini od 6000km iznosi oko 5000°C. Porast temperature po jedinici dubine naziva se geotermalni (temperaturni) gradijent. Prosječni geotermalni gradijent za Europu iznosi 0,03 °C/m.

Geotermalno ležište može se jednostavno definirati kao spremnik unutar zemlje, iz kojega se na ekonomičan način može dobiti toplina (uz cijenu koja je niža ili usporediva s ostalim konvencionalnim izvorima energije, poput hidroenergije ili fosilnih goriva), a ta se toplina koristi za proizvodnju električne energije i ostalu prikladnu industrijsku, poljoprivrednu i kućansku primjenu. Geotermalno ležište može sadržavati toplinu u čvrstim stijenama, kao i u fluidima koji popunjavaju raspukline i prostor pora u stijenama.

Tipovi geotermalnih ležišta su:

  • hidrotermalni
  • suhe tople stijene
  • geotlačni
  • magma.

Postoji pet karakteristika koje su bitne da bi hidrotermalni geotermalni izvor (tj. topla voda) bio komercijalno isplativ. Treba postojati:

  1. veliki toplinski izvor
  2. propustan spremnik
  3. dovod vode
  4. pokrovni sloj od nepropusne stijene
  5. pouzdan mehanizam obnavljanja.

76

Slika 34.: Princip rada geotermalne energije

Moguća podjela geotermalnih ležišta je prema termodinamičkim i hidrološkim osobinama te s obzirom na način ulaska i izlaska vode iz ležišta. Jedna od najvažnijih i najčešćih klasifikacija geotermalnih izvora se temelji na temperaturi geotermalnog fluida, koji služi kao prijenosnik topline s vruće stijene na površinu, tako da se geotermalni izvori dijele na: niskotemperaturne, srednjotemperaturne i visokotemperaturne, kako se vidi iz tablice.

77

Geotermalna energija se može koristiti izravno, kao toplina, tj. bez daljnjih pretvorbi, što se naziva izravnim korištenjem, ili se uz određene gubitke može pretvoriti u neke druge oblike energije. Za proizvodnju električne energije potrebno je prvo toplinsku energiju pretvoriti u mehaničku, a nakon toga u električnu.

Izravnim korištenjem se resursi koriste efikasnije nego pri proizvodnji električne energije, jer nema znatnih gubitaka kao kod pretvorbe toplinske energije u električnu. Mogućnosti izravnog korištenja geotermalne energije za kupanje i medicinske svrhe (toplice), zagrijavanje staklenika, uzgajanje riba, za zaštitu od poledice, zagrijavanje zgrada, toplinske pumpe i dr.

Neizravnim korištenje geotermalne energije znači dobivanje električne energije. Ovdje se princip rada ne razlikuje bitno od klasičnih termoelektrana na ugljen, razlika je samo u načinu na koji se dobiva vodena para. Ovisno od temperaturi vode (ili pare) u podzemlju razvijeno je nekoliko različitih tehnologija. Tu se koriste vruća voda i para iz Zemlje za pokretanje generatora, pa prema tome nema spaljivanja fosilnih goriva, te kao rezultat toga, nema ni 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 i dr.

Ukupno u Republici Hrvatskoj postoji 28 geotermalnih polja, od kojih se eksploatira njih 18. Postoji višestoljetna tradicija iskorištavanja geotermalne energije iz prirodnih izvora u medicinske svrhe i za kupanje, o čemu svjedoče brojne toplice (Varaždinske, Krapinske, Daruvarske, Stubičke, Bizovačke, Lipik, Topusko i dr.). Za potrebe individualnog grijanja prostora instalirano je oko 40MW toplinske snage, dok se za kupanje koristi oko 80MW toplinske snage. Za sada se kod nas geotermalna energije ne koristi za dobivanje električne energije. Slika prikazuje lokacije geotermalnih ležišta u Republici Hrvatskoj. Geotermalni potencijal u Hrvatskoj može se podijeliti u tri skupine: srednjotemperaturna ležišta: 100-200°C, niskotemperaturna ležišta: 65 do 100°C i geotermalni izvori s temperaturom vode ispod 65°C.

79

Slika 35.: Lokacije geotermalnih izvora u Hrvatskoj

80Prednosti geotermalnih izvora energije su takva da su jeftin, stabilan i trajan izvor, nema potrebe za gorivom, nema štetnih emisija za okoliš, te sva energiju koja se iskoristi iz Zemlje vraća se natrag. Nedostatci proizlaze iz činjenice da je malo mjesta na Zemlji gdje se vrela voda u podzemlju ne nalazi na prevelikoj dubini – takva područja, tzv. geotermalne zone vezane su uz granice litosfernih ploča. Najpogodnija su područja na rubovima tektonskih ploča, tj. područja velike vulkanske i tektonske aktivnosti.

JESTE LI ZNALI….

ZAŠTO JE GEOTERMALNA ENERGIJA DOBRA?

Geotermalna energija je obnovljiva, Zemljina unutrašnjost je neprestano topla, zbog brojnih kemijskih reakcija koje se događaju u njezinoj unutrašnjosti.

Radom geotermalnih elektrana ispušta se vrlo mala količina onečišćujućih tvari u okoliš.

Geotermalne elektrane su tihe, a velik dio opreme je smješten ispod zemlje.

POKUS

Što ti sve treba?

  • Dječja vjetrenjača
  • Aluminijska folija
  • Prazna konzerva bez poklopca
  • Drveno ravnalo
  • Mala posuda za kuhanje
  • Kuhalo
  • Čekić
  • Čavao
  • Ljepljiva ili rastezljiva traka
  • Rukavica za primanje vrućih predmeta

78

Što treba napraviti?

  1. Uzmi čekić i čavao i pažljivo napravi otvor blizu ruba konzerve, i drugi otvor nasuprot prvom. Otvori nek ne budu veći od 3 mm u promjeru. Zalijepi ili pričvrsti ravnalo za konzervu.
  2. Stavi vodu u posudu i pokrij je pomoću dva sloja aluminijske folije. Pričvrsti foliju da dobro brtvi. Pomoću čavla napravi otvor na sredini folije, promjera oko 1,5 mm.
  3. Stavi posudu na kuhalo i pusti da voda zakuha.
  4. Stavi zaštitnu rukavicu i kad para počne izlaziti kroz otvor na vrhu posude, pažljivo prinesi vjetrenjaču iznad otvora. Zabilježi kojom se brzinom vjetrenjača okreće.
  5. Pomoću pričvršćenog ravnala prinesi konzervu posudi, tako da otvoreni kraj konzerve bude točno iznad otvora iz kojeg izlazi para. Para bi sad trebala izlaziti iz dva otvora na konzervi.
  6. Okreni vjetrenjaču tako da su otvori na konzervi na suprotnim krajevima vjetrenjače. Zabilježi kojom se brzinom sad okreće vjetrenjača.
  7. Skini posudu s kuhala i pusti je da se ohladi. Pažljivo makni foliju, dodaj još vode i vrati foliju. Izbuši 5 otvora uz rubove, što dalje od otvora u sredini folije.
  8. Neka voda u posudi ponovno zakuha. Vjetrenjaču drži iznad središnjeg otvora. Koliko pare vidiš? Kojom se brzinom okreće vjetrenjača?

Ponovi pokus s 10 i s 20 rupa uz rubove posude.