Геотермальна енергія - це енергія у формі тепла, що акумулюється нижче поверхні «твердої» Землі. В одному літрі «внутрішнього простору» Землі накопичено в середньому 2,6 кВтг енергії.
За рахунок тепломісткості Землі ми могли б на 30 мільйонів років покрити сучасну світову потребу в енергії. Отже, накопичені в Землі запаси енергії, у масштабах людства, є такими ж невичерпними, як і запаси енергії Сонця.
У Центральній Європі температура у верхніх шарах Землі кожні 100 метрів збільшується в середньому на 3 °C. У верхній мантії Землі панує температура у 1200 °C. У ядрі Землі, ймовірно, 6000 °C. Значення температур безпосередньо біля поверхні Землі визначається майже винятково під дією Сонця. Але оскільки ґрунт погано проводить тепло, то на глибині нижче 15-20 м вплив Сонця вже не визначається.
У порівнянні з іншими поновлюваними джерелами енергії геотермія має одну значну перевагу: вона завжди є в наявності незалежно від часу дня і року або переважних кліматичних умов.
Оскільки геотермію можна знайти безпосередньо на місці, немає необхідності створювати дорогі транспортні системи. За рахунок запобігання традиційному процесу горіння немає прямих викидів вуглекислого газу; незначні викиди вуглекислого газу відбуваються тільки через застосування електроагрегатів.
Тим часом, ми маємо технології, що дозволяють також практично всюди використовувати наявні ресурси. У Німеччині на основі геотермії виробляється екологічно чисте тепло встановленої потужності близько 600 мегават (з використанням приповерхневої геотермії з теплових насосів). Встановлена потужність в усьому світі становить від 15000 до 20000 МВт (термічної енергії) і 8400 МВт (електроенергії). І це лише невелика частина того, що можна отримувати. Теплового потоку із глибин, в принципі, достатньо для покриття всього нашого теплоспоживання.
Методи використання
Приповерхнева геотермія
Вже у перших 100 м глибини можна використовувати геотермічні ресурси, хоча там панують температури лише 8-12 °C. Для одержання більш високих температур, необхідних для теплопостачання, додатково необхідний лише тепловий насос. Ґрунтові теплові насоси накопичують первинну енергію та оберігають, тим самим, навколишнє середовище і клімат. Тому земля Північний Рейн-Вестфалія підтримує таке обладнання за допомогою програми «Раціональне використання енергії та застосування поновлюваних джерел енергії»
Для вироблення теплової енергії у приповерхневій геотермії є наступні методи використання:
Теплові насоси, що використовують тепло ґрунтових вод:
У придатних місцях ґрунтові води можна відбирати через свердловину та підводити прямо до теплового насоса. Однак воду необхідно знову накачувати в ґрунт, так що крім підвідної свердловини необхідно встановлювати і, так звану, поглинаючу свердловину.
Ґрунтові колектори:
На глибині близько 80-160 см у ґрунт горизонтально прокладають пластикові трубки теплообмінника. За допомогою циркулюючої рідини-теплоносія тепло відбирається із ґрунту і доводиться до необхідного рівня температури за допомогою теплового насоса.
Геотермальні зонди:
Зонди являють собою вертикальні, найчастіше, глибиною від 30 до 100 м, а іноді й глибші свердловини, у які встановлюються пластикові трубки. Вони є найпоширенішим типом обладнання в Центральній та Північній Європі. Зонди, наповнені рідиною-теплоносієм, нагрівають або охолоджують підключені до теплового насоса окремі житлові будинки, офіси та промислові будинки або навіть цілі житлові комплекси.
Бетонні елементи, що стикаються з ґрунтом, енергетичні палі:
Тут маються на увазі статичні необхідні елементи та/або фундаментні палі, а також стіни в ґрунті. У новобудовах їх можна обладнати трубками теплообмінника і разом з тепловим насосом економно використовувати для опалення і охолодження будинку.
Глибинна геотермія
Глибинні геотермальні зонди
Принцип глибинних геотермальних зондів глибиною більше 500 м вперше був випробуваний у Швейцарії на початку 90-х років. У той час хотіли продовжити використання старих свердловин, наприклад, свердловин для пошуку нафти і природного газу. Починаючи з 1994 року також і у м. Пренцлау (Бранденбург) експлуатується глибинний геотермальний зонд глибиною майже 3000 м з використанням свердловини, що існувала раніше. Отримана енергія акумулюється в мережі централізованого теплопостачання міських електростанцій. Тепловий насос у вигляді проміжного нагрівального елемента увімкнений для підвищення рівня геотермальних температур до температури тепла, що подається мережами централізованого теплопостачання.
Сучасні квартири будуються таким чином, що для них потрібна лише незначна кількість теплової енергії; опалювальні системи виконуються у вигляді низькотемпературних установок. Тому на даний момент у Північному Рейні-Вестфалії вперше можна піти дещо іншим шляхом: вода, нагріта в глибинному геотермальному зонді, через теплообмінник віддає свою енергію в будинки, потім в охолодженому виді повертається назад у надра для того, щоб знову там нагрітися і повторити свій цикл.
Використання термальних вод
У Німеччині геотермальні ТЕЦ з’являлися спочатку там, де в ґрунті є термальні води. Великі відомі родовища знаходяться, наприклад, у Північно-німецькій низовині, у Південно-німецькому моласовому басейні між Дунаєм і Альпами, під Швабським Альбом, у долині Верхнього Рейну або, наприклад, у районі м. Ахен. Температура води в них становить приблизно від 40 до 100 °C. У долині Верхнього Рейну та у Баварії є також родовища термальних вод з температурами більше 100 °C.
Тепла або гаряча вода подається на поверхню через глибоку свердловину, потім охолоджується і через іншу свердловину знову відводиться назад у ґрунт, при тому в той же шар, з якого вона була відібрана. Таким чином, у ґрунті зберігається гідравлічний баланс, і не викачуються запаси термальних вод. Отримане від води тепло передається в мережу централізованого теплопостачання. Таку систему теплопостачання за допомогою двох свердловин називають геотермальним дублетом. У Німеччині їхня глибина становить від 800 до 2500 м. Геотермальні ТЕЦ можуть мати інстальовану потужність більше 20 мегават і забезпечувати теплом багато тисяч квартир.
Електроенергія, одержувана з геотермічних джерел
Геотермічні електростанції є на всіх континентах, у більшості випадків там, де знаходяться родовища пари і гарячих вод. За допомогою традиційної технології на електростанціях цілодобово виробляється електроенергія. Освоєні поки що не всі відповідні ресурси. Нові технології розширюють можливості.
Область нижчих температур, починаючи зі 100 °C, дотепер неможливо було використовувати для економного виробництва електроенергії. Громада міста Альтгейма у Верхній Австрії вже протягом декількох років забезпечується геотермальним теплом; починаючи з 2000 року, вона стала першим виробником електроенергії, що знаходиться північніше Альп. З розвитком теплових турбін, що працюють за органічним циклом Ренкина, тепер стало можливим використання гарячих термальних вод з температурою 106 °C для виробництва електроенергії.
Наступним кроком уперед стали електростанції, що працюють за технологією «Hot-Dry-Rock » («гарячі сухі гірські породи» ) (HDR-електростанції). Хоча в Центральній Європі і немає родовищ пари або гарячої води, у нас також є місця з досить високою температурою ґрунту. Для того, щоб натрапити на температури, придатні для виробництва електроенергії, необхідні достатньо глибокі свердловини.
Основний принцип дії звучить відносно просто: гарячі гірські породи, що знаходяться на глибині, освоюються за допомогою свердловин. За допомогою тиску води, тобто гідравлічно, між свердловинами утворюються або розширюються існуючі протоки. Так формуються своєрідні підземні теплообмінники, у яких може нагріватися вода, що закачується з поверхні землі, для того, щоб знову доставлятися вгору і приводити у дію турбіну. Циркуляція в HDR-системах відбувається по замкнутому контуру, який знаходиться під тиском, що перешкоджає закипанню води. Таким чином, пара утворюється тільки на турбіні.
Команда Європейського проекту з дослідження технології «Hot-Dry-Rock» у Суль-су-Форе у французькій частині Верхньорейнської низовини (Ельзас) у 1994-1997 гоках змогла представити докази принципової придатності даного методу. Суль-су-Форе вибрали в якості центру цього проекту, оскільки дана громада знаходиться в центрі найбільшої теплової аномалії Центральної Європи. Це дозволило проводити роботи на відносно невеликих глибинах приблизно від 3500 до 5000 м.
Результати досліджень, у яких взяли участь також учені з Північного Рейну-Вестфалії, вивели європейських дослідників у світові лідери у сфері розвитку HDR-технології.
На основі цього надихаючого проекту Федеральний уряд Швейцарії ухвалив рішення щодо спорудження першої власної HDR-електростанції в районі м. Базель.
Акумулювання тепла і холоду
Тепло можна не тільки отримувати із Землі, але й акумулювати в Землі.
Накопичувачі геотермального зонда:
Влітку надлишок тепла з будинків можна передавати в ґрунт через геотермальні зонди або енергетичні палі. Взимку тепло можна назад забирати із ґрунту.
Відповідний показовий об’єкт був споруджений у Північному Рейні-Вестфалії ще у 1992 році. У центрі технологій м. Дюссельдорф здійснюється опалення і охолодження комплексу будинків площею 6650 м² з використанням геотермальної енергії. В установці геотермальних зондів 77 зондів глибиною по 35 м розподіляються в чотирьох шахтах і здійснюють відбір енергії потужністю 117,5 кВт.
Водоносні резервуари:
Якщо в ґрунті є водоносний шар без течії або з незначною течією води, то його можна використовувати для безпосереднього акумулювання тепла. Такий водоносний резервуар є, наприклад, у будинку Берлінського Рейхстагу. Улітку через свердловини в ґрунт там відводяться залишки тепла з теплоелектроцентралі. Пізніше під час опалювального сезону їх можна знову використати.
Забезпечення захисту від снігу і льоду для площ, зайнятих дорогами, вулицями та іншими транспортними спорудами
У 1994 році в Європі була створена перша установка за методом вловлювання сонячної енергії з поверхонь доріг – навісний віадук над державною дорогою недалеко від м. Дерліген ам Тунерзее (Швейцарія). Ця ділянка дороги вирізнялася дуже високою аварійністю внаслідок частого і несподіваного утворення ожеледі. Під поверхнею дороги, що нагрівається під дією Сонця, знаходяться змійовики, що віддають зібране тепло в накопичувач геотермального тепла. Потім узимку в критичних метеорологічних умовах тепло знову передається з накопичувача і запобігає утворенню ожеледі.
Comments
Da ich mich mit der Thematik Konvertierung von Geldwerten in Sachwerte befasse (Sicherung der Gelder meiner Kunden vor Entwertung) interessieren mich Beteiligungsmöglichkeiten in Geothermie. Gibt es hier börsenunabhängige Möglichkeiten? Wer kann mir da weiterhelfen?
Mit freundlichen Grüßen aus Fredersdorf bei Berlin
Jens Veit Günther
Auch ich bin an dem Thema sehr interessiert und werde mich innerhalb des nächsten halben Jahres stärker damit auseinandersetz ten. Die Grundidee ist die Kombination von Geothermie und einer effizienzgestei gerten Dampfmaschine zur Stromerzeugung, als Bürgerkraftwerk konzipiert, Beteiligungsmöglichkeit ab 50,- Euro. Über die konkrete Umsetzung werde ich, wie gesagt, erst demnächst grübeln. Vielleicht sollten wir uns mal deswegen kurzschließen, ob man da nicht gemeinsam was ausbrüten könnte?
Herzliche Grüße aus Hamburg,
Gunnar Kliewe