Geotermiline energia — Maa sisemise sooja allikas ja kasutusvõimalused

Geotermiline energia (kreeka keele juurtest geo, mis tähendab maad, ja termos, mis tähendab soojust) on energia, mida toodetakse maakoores oleva soojuse abil. See soojus pärineb Maa sisemusest ja on kättesaadav eri vormides — madalal maapinna lähedal puhastavatest temperatuuridest kuni veebruariliselt kuuma kivimi ja magma kujul oleva energiaallikani.

Kuigi Päike soojendab Maa pinda, ei ole Maa sisemuse soojuse põhjuseks Päike. Maakoore geotermiline energia pärineb ligikaudu 20% ulatuses planeedi algsest moodustumisest ja umbes 80% ulatuses mineraalide radioaktiivsest lagunemisest. Maa on kõige kuumem oma tuumas ja tuumast pinnale jõudes muutub temperatuur järk-järgult jahedamaks. Selle temperatuuri gradienti kasutavad erinevad tehnoloogiad nii otsekuumutuseks kui ka elektri tootmiseks.

Geotermiliste ressursside vormid ja sügavused

Geotermilised ressursid ulatuvad:

• madalast maapinnast (mõne meetri kuni mõne kümne meetri sügavuseni), kus temperatuur püsib suhteliselt stabiilsena;
• kuuma vee ja kuuma kivimi reservuaaridena mõne kilomeetri sügavusel;
• väga sügaval, >5–10 km, paiknevatest kuumutatud kivimitest ja magma piirkondadest, mis omavad äärmiselt kõrget temperatuuri.

Seda on kasutatud suplemiseks juba paleoliitikumi aegadest alates, kuid nüüd on geotermia tuntum elektri tootmiseks ja laiapõhjalisteks soojusrakendusteks.

Elektrienergia tootmine

Kogu maailmas kasutati 2007. aastal geotermilist energiat umbes 10 gigavatti elektrienergia tootmiseks, mis moodustas tollal umbes 0,3% kogu maailmas kasutatavast elektrienergiast. Sellele alusele on aastatega lisandunud uusi projekte ja maht on kasvanud, kuid geotermia osakaal koguenergia tootmises jääb paljudes riikides alla teiste taastuvallikate osakaalule.

Geotermilised elektrijaamad jaotuvad peamiselt kolme tüüpi:

• Kuiva auru (dry steam) jaamad — kasutavad otse maapinnast tulevat auru turbiini käivitamiseks.
• Flash-steam jaamad — kasutavad kuuma vett, mis paisumisel („flash”) aurustub ja käivitab turbiini.
• Binaar- või suletud ahelaga süsteemid — kasutavad kuuma vett, et kuumutada madalama keemistemperatuuriga tööstuslikku vedelikku, mis aurustub ja ajab turbiini; sobivad ka madalama temperatuuriga ressursside kasutamiseks.

Ameerika Ühendriikides asub enamik geotermilisi kuuma vee reservuaare läänepoolsetes osariikides, Alaskal ja Hawaiil. Maa-alustesse reservuaaridesse saab puurida kaevusid elektrienergia tootmiseks. Mõned geotermilised elektrijaamad kasutavad reservuaarist pärit auru turbiini/generaatori käivitamiseks, teised kasutavad kuuma vett töövedeliku keetmiseks, mis aurustub ja seejärel keerab turbiini. Maapinna lähedal asuvat kuuma vett saab kasutada otse soojuse tootmiseks.

Otsekasutus ja kaugküte

Geotermilist energiat kasutatakse ka otse kaugkütteks või muudes kütte- ja jahutusrakendustes. Islandi hooneid köetakse sel viisil riigi paljudest geotermilistest kohtadest. Otsekasutuse näited:

• hoonete kütmine ja soojavee varustamine;
• taimekasvatus kasvuhoonetes ja pinnase soojendamine;
• põllukultuuride ja toodete kuivatamine;
• vee soojendamine kalakasvandustes;
• tööstuslik kuumutamine (nt piima pastöriseerimine), talvitamiseks vajalikud protsessid ja muud otsekasutused.

Maasoojuspumbad ja madalsügavuse kasutus

Peaaegu kõikjal püsib maapinnal 10 jalga (3 m) allpool peaaegu konstantne temperatuur vahemikus 50° kuni 60 °F (10° kuni 16 °C). Maasoojuspumbad saavad seda ressurssi kasutada hoonete kütmiseks ja jahutamiseks. Maasoojuspumbasüsteem koosneb soojuspumbast, õhutranspordisüsteemist (kanalisatsioonist) ja soojusvahetist, mis koosneb madalasse maapinnale maetud torudest, mis asuvad hoone lähedal. Talvel kasutab soojuspump energiat, et eemaldada soojusvahetist soojus ja pumbata see siseruumide õhuvarustussüsteemi. Suvel on protsess vastupidine ja soojuspump kasutab taas energiat, et viia soojus siseõhust soojusvahetisse. Suvel siseõhust eemaldatud soojust saab kasutada ka tasuta sooja vee saamiseks. Soojuspumba käivitamiseks vajalik energia pärineb teisest allikast (nt elektrivõrk, päikesepaneelid).

Edasijõudnud geotermilised süsteemid (EGS) ja kuivad kuumad kivimid

Elektrijaamad ja geotermilise energia soojusrakendused on väljakujunenud tehnoloogiad, samas kui täiustatud geotermiliste süsteemide (EGS) projektid on uued ja arenevad. EGS-ide eesmärk on laiendada geotermiliste ressursside kasutust ka piirkondadesse, kus puuduvad looduslikud vee- või aurureservuaarid, kuid kivid on kuumad ja lõhesed.

Kuumad kuivad kivimivarud asuvad kõikjal maapinna all 3–5 miili (5–8 km) sügavusel ja teatud piirkondades ka väiksemal sügavusel. Juurdepääs nendele ressurssidele hõlmab külma vee süstimist ühte puurauku, selle tsirkuleerimist läbi kuumade lõhestunud kivimite ja kuumutatud vee väljavõtmist teisest puuraugust. Praegu ei kasuta keegi seda meetodit laialdaselt kaubanduslikult, kuid mitmed uurimis- ja pilootprojektid töötavad selle suunas. Olemasolev tehnoloogia ei võimalda veel ka soojuse eraldamist otse magmast, mis on väga sügavale ulatuv ja kõige võimsam geotermiline energiaallikas.

Eelised ja piirangud

• Eelised: stabiilne ja pidev energiavooallikas (baseload), väikesed CO2-heited võrreldes fossiilkütustega, väike maapinna footprint elektritootmiskohas ja kõrge kasutegur otsekasutustes;
• Piirangud: kõrged alginvesteeringud puurimistesse ja infrastruktuuri, paiknevusriippuvus (parimad ressursid esinevad kindlates piirkondades), võimalikud keskkonna- ja ohutusriskid (nt indutseeritud seismilisus, maapinna vajumine, vee ja gaaside eraldumine).

Keskkonnamõjud ja ohutus

Geotermiline energia ei ole mõeldud täielikult keskkonnasõbralikuks ilma mõjudeta. Elektrijaamade ekspluatatsioonist võivad eralduda vähesel määral gaase (nt CO2, H2S), kui õiget tehnoloogiat ei kasutata. Juhtumipõhised riskid hõlmavad ka maapinna muutusi ja indutseeritud väikeseid maavärinaid, mis on seotud puurimise ja vee süstimistega, eriti EGS-projektides. Hea planeerimine, seire ja tehnilised lahendused aitavad neid riske minimeerida.

Majanduslikud ja tehnilised kaalutlused

Geotermia nõuab põhjalikku ressurssikaardistust, geoloogia- ja geofüüsikauuringuid ning kallist puurimist. Kuigi üksikute puuraukude ja jaamade rajamiskulud on kõrged, on käituskulud suhteliselt madalad ja tootmisaeg pikk — geotermiajaamad võivad töötada kümneid aastaid stabiilselt, kui reservuaar on hästi hallatud.

Geotermia maailmas ja tulevik

Geotermia on olulisel kohal teatud riikide energiaportfellides (näiteks Island, Filipiinid, Indoneesia, Keenia, USA, Uus-Meremaa, Türgi, Itaalia). Paljudes piirkondades uuritakse EGS-i ja teisi tehnoloogilisi lahendusi, et suurendada geotermilise energia osa. Geotermia sobib hästi kombineerimiseks teiste taastuvallikatega (nt päikeseenergia), pakkudes stabiilset baasvõimsust päevase ja hooajalise kõikumise kõrval.

Geotermia areng sõltub teadus- ja arendustöö edust puurimistehnoloogias, soojusevahetuses ning regulatsioonis, mis tagab ohutuse ja keskkonnakaitse. Kliimamuutuste mõjul suureneb huvi madala heitega elektri ja soojuse allikate vastu, seega on geotermia valmis mängima kasvavat rolli mitmes riigis.

Geotermiline energia väljub kuumaveena paljudes kuumades allikates või auruna geisrites, mis on nii looduse näited kui ka potentsiaalsed arenduskohad.

Küsimused ja vastused

K: Mis on geotermiline energia?

K: Kui suur osa maailma elektrienergiast toodeti 2007. aastal geotermilise energia abil?

K: Millist temperatuuri säilitab maapind 10 jala sügavusel maapinnast allpool?

K: Kuidas saab geotermilisi soojuspumpasid kasutada hoonete kütmiseks?

K: Kas täiustatud geotermiliste süsteemide projektid on väljaarendatud tehnoloogiad?

Otsing