В тази публикация в блога ще разгледаме принципите и приложенията на геотермалната енергия, нейното текущо използване по света и в Южна Корея, както и нейния бъдещ потенциал.
Земята може да изглежда студена на повърхността, но вътрешността ѝ е топла
Синият образ на земната повърхност естествено ни навежда на усещане за студ. Но какво да кажем за вътрешността на Земята? Въпреки че Земята – където океаните покриват повече от 70% от повърхността – изглежда студена и спокойна отвън, нейната вътрешност съдържа огромни количества топлинна енергия, включително магма. Тази топлина прави повече от това просто да поддържа вътрешността на Земята топла; тя е и жизненоважен източник на енергия, който може да се използва за генериране на електричество, отопление и охлаждане и осигуряване на топла вода.
Геотермалната енергия е общ термин за топлинната енергия, притежавана от Земята, и най-общо се отнася до топлината в Земята, която хората могат да използват. Геотермалната енергия се генерира от два основни източника. Първият е топлинната енергия, произведена от радиоактивния разпад на изотопите, които изграждат земната кора и мантията. Според съвременните изследвания, значителна част от вътрешната топлина на Земята произхожда от този процес на радиоактивен разпад. Втората е остатъчната топлина, останала от постепенното охлаждане на Земята през дълъг период от нейното образуване. Тази топлина се съхранява предимно в Земята и се пренася към земната кора чрез конвекция на мантията.
Два метода за използване на геотермална енергия
Геотермалната енергия може да се използва по два основни начина. Първият е генериране на геотермална енергия чрез непряко използване. Този метод не използва геотермалната топлина директно, а по-скоро я впрегва за генериране на електричество. Най-разпространеният метод е процесът с флаш пара. При този процес вода с висока температура под високо налягане се извежда на повърхността, където налягането бързо се понижава, за да се генерира пара; тази пара след това задвижва турбина за производство на електричество. Обикновено се използва геотермална вода с температура 180°C или по-висока.
Производството на геотермална енергия предлага предимствата на относително ниски производствени разходи, относително проста експлоатационна технология и много ниски емисии на парникови газове и замърсители на въздуха по време на процеса на производство на електроенергия. От друга страна, недостатъците му включват ограничена приложимост – тъй като е предимно икономически изгодно в региони с високотемпературни геотермални ресурси – и необходимостта от постоянен мониторинг за справяне със слягането на земята и промените в подземната среда.
Когато водата с висока температура и високо налягане е подложена на рязък спад на налягането, тя претърпява фазова промяна в пара. Парата, генерирана по време на този процес, придобива висока кинетична енергия, докато преминава през дюза, свързана с турбина, карайки турбината да се върти. Въртеливото движение на турбината след това се преобразува в електрическа енергия от генератор за производство на електричество.
Вторият метод е „Директно използване“, който директно използва подземна топлинна енергия. Тъй като директното използване не изисква изключително високи температури, както при геотермалното производство на енергия, то е изправено пред относително по-малко регионални ограничения. Използва се в различни области, като оранжерии, аквакултури, отопление и охлаждане на сгради и горещи извори, като геотермалните термопомпички са отличен пример.
Напоследък много сгради използват геотермални термопомпи за своите отоплителни и охладителни системи. Тази система се възползва от факта, че температурата под земята, на дълбочина от десетки до стотици метри, остава относително постоянна през цялата година. През лятото топлината от вътрешността на сградата се отделя в земята и геотермалната енергия с относително ниска температура се използва за охлаждане на вътрешността. Обратно, през зимата топлината се извлича от земята за отопление.
Геотермалните термопомпени системи са високоенергийно ефективни, намаляват разхода на хладилен агент и са сравнително лесни за поддръжка. Освен това, тъй като могат да се справят както с отопление, така и с охлаждане с една система, те предлагат отлична дългосрочна икономическа ефективност. По-високата първоначална цена за монтаж в сравнение с конвенционалните отоплителни и охладителни системи обаче е фактор, който трябва да се вземе предвид.
Термопомпата е устройство, което използва хладилен цикъл, при който хладилен агент абсорбира топлина от околната среда, докато се изпарява в изпарителя, и след това освобождава тази топлина, докато кондензира обратно в течност в кондензатора. Тъй като пренася топлина от област с относително ниска температура към област с по-висока температура, тя се нарича още „термопомпа“.
Текущо състояние и перспективи за използване на геотермална енергия в света и Южна Корея
Индустриалното използване на геотермална енергия започва сериозно през 1904 г. с първото в света геотермално производство на енергия в Лардерело, Италия. Оттогава технологията се е разпространила в Бепу в Япония, Гейзерите в Съединените щати и Вайракей в Нова Зеландия; днес геотермални електроцентрали работят в различни страни, включително Съединените щати, Индонезия, Филипините, Турция, Нова Зеландия, Кения и Исландия.
Глобалният капацитет за производство на геотермална енергия продължава да расте, като активно се строят нови електроцентрали, особено в Индонезия и Турция. Освен това, докато развитието преди беше концентрирано във вулканични региони, обхватът на жизнеспособни места постепенно се разширява с напредването на технологиите за използване на нискотемпературни геотермални ресурси и дълбока геотермална енергия.
Южна Корея също активно използва геотермална енергия. Фокусът обаче е предимно върху внедряването на геотермални термопомпи за отопление и охлаждане на сгради, а не върху производството на електроенергия. В миналото в Поханг е осъществен демонстрационен проект за дълбока геотермална енергия, но той е спрян след опасения относно възможна връзка с последващи земетресения. Оттогава геотермалната политика на Южна Корея поставя по-голям акцент върху внедряването на геотермални отоплителни и охладителни системи, чиято безопасност е проверена, отколкото върху производството на електроенергия.
Междувременно, с непрекъснатото развитие на технологията за бинарно производство на електроенергия, която позволява производство на енергия дори от нискотемпературни геотермални източници, и технологията за подобрени геотермални системи (EGS), потенциалът за производство на геотермална енергия се разширява дори в региони извън вулканични зони. В горещите извори Чена в Аляска, САЩ, бинарното производство на електроенергия, използващо нискотемпературна гореща изворна вода с температура приблизително 70–80°C, е комерсиализирано и в момента се използва; очаква се тази технология да разшири допълнително обхвата на производството на геотермална енергия в бъдеще.
Следователно, в ход са активни изследвания за оползотворяване на геотермалните ресурси чрез нови инженерни технологии, дори в области, които преди това са били считани за неикономични. Южна Корея също продължава изследванията и разработките в различни области, включително геотермални технологии за отопление и охлаждане и дълбоки геотермални технологии. Очаква се значението на геотермалната енергия като възобновяем енергиен източник, способен едновременно да постигне въглероден неутралитет и енергийна сигурност, да нарасне още повече в бъдеще.
