O geotermalnoj energiji

Potencijali geotermalne energije su ogromni, tako da se ona tretira kao obnovljiva, mada je po svojoj suštini neobnovljiva. O veličinama tih potencijala najbolje govori činjenica, da je akumulirana toplota u Zemljinom omotaču tolika, da bi smanjenje temperature Zemljine kore za samo 0,1^oC omogućilo toliko energije da se svet snabdeva električnom energijom na sadašnjem nivou potrošnje za naredni period od 15.000 godina.

Pri razmatranju potencijala geotermalne energije zadržavamo se na potencijalima u fluidima i stenskim masama do dubine od 10.000 m, dubine koje se već danas postižu u eksploataciji nafte i gasa.

Ukupni potencijal geotermalne energije za dubine od 10.000 m su za oko 8.150 puta veći od ukupnih (uključujući i spekulativne) rezervi konvencijalnih goriva. Ako se samo 0,1% tih geotermalnih potencijala iskoristi za proizvodnju električne energije sa stepenom iskorišćenja od 25% u periodu od 1.000 godina, biće potreban minimalan instalisan kapacitet od 10 miliona MW.

Da bi se definisale rezerve, potrebno je odrediti mogućnost ekonomskog korišćenja geotermalne energije, a to je danas moguće za proizvodnju toplotne i električne energije.

            Polagano prirodno raspadanje radioaktivnih elemenata (u prvom redu urana, torijuma i kalijuma), koji se nalaze u svim stenama, proizvodi ogromnu termičku energiju. Geotermalna energija se može smatrati fosilnom nuklearnom energijom; ona je tzv. unutrašnja toplotna energija. Ukupna toplota u unutrašnjosti zemlje iznosi oko 4.1030J ili oko 1020toe (tona ekvivalentne nafte). Budući da urana, torijuma i kalijuma ima najviše u granitnim stenama, toplota se nešto više razvija u Zemljinoj kori, nego pod morem i u stenama mladih geoloških formacija intezivnije nego u starijim stenama.

Difuzija unutrašnje toplote veoma je polagana i izaziva srednji temperaturni gradijent od 10C po km i to za prvih 100km od površine. Taj gradijent polagano raste prema središtu Zemlje gde temp. iznosi oko 6000^oC. Energija koja se provodenjem toplote dovodi na površinu iznosi u proseku oko 5.4kJ/m2 dnevno. Računa se da je potrebno oko 100 miliona godina da toplota koja se nalazi u Zemljinoj kori do dubine 100km stigne na površinu delovanjem provodenja. Gustina te energije je jako mala i ona se ne može koristiti. Kada govorimo o geotermalnoj energiji mislimo na onu koja je akumulirana u stenama Zemljine kore, a ne na onu koja provodenjem struji ka površini.

Razlikujemo 4 grupe geotermalnih energetskih izvora:

• hidro geotermalna energija izvora vruće vode
• hidro geotermalna energija izvora vodene pare
• hidro geotermalna energija vrele vode u velikim dubinama
• petrotermička energija-energija vrelih i suvih stena
  
  

            Voda koja se pojavljuje u izvorištima vruće vode i vodene pare dospela je u dublje slojeve kroz vodopropusne slojeve. Ona akumulira toplotu vrelih stena i onu koja dolazi iz većih dubina i dostiže temp. od oko 400C. Ako voda pronade put do površine Zemlje bilo kroz bušotine, ili preko gornjeg nepropusnog sloja stena, ona se javlja u obliku vruće, ili ključale vode (fumarole), ili u obliku pare (gejziri). Postoje slojevi Zemlje koji su toliko nepropusni da do njih ne može stići voda sa površine. Što je veća dubina poroznost je sve manja i temp. sve veća pa se smatra da u dubini Zemlje postoje ogromne količine energije akumulisane u suvim stenama.
            Što se tiče izvora vode u velikim dubinama to je ona voda koja je u ranijim geološkim razdobljima došla ispod površine Zemlje i tu ostala zarobljena ispod nepropustnih stena. Ona se nalazi pod pritiskom koji odgovara masi stena iznad nje. U Meksičkom zalivu postoje takva nalazišta u kojima vlada pritisak od 760 bara, a u toj je vodi otopljen metan. Još uvek tehnički nije rešeno iskorišcavanje energije akumulisane u suvim stenama ni energije akumulisane u vodi na velikim dubinama.

            Budući da je dubina bušenja uz današnju tehnologiju ograničena do 10km, samo bi geotermalna energija stena do tih dubina došla u obzir za iskorišćavanje.
            Ukupna energija u tim stenama iznosi oko 3.1016 toe, od čega se po prilici četvrtina nalazi u stenama ispod kontinenata. Ta je energija oko 60000 puta veća od energije ukupnih svetskih rezervi uglja. Ako računamo sa većim dubinama ta je energija višestruko veća (oko 3000 puta).

            U neposrednoj budućnosti i do časa kada bude ostvarena tehnologija koja će omogućiti iskorišćavanje ove energije, ostaje kao energetski izvor samo hidrogeotermalna energija. Nje ima mnogo manje, a njena upotrebljivost zavisi od temperature. Računamo li sa iskorišćavanjem do dubine od 3km, rezerve hidro geotermalne energije su 9.799.1014 tone (2000 puta više nego rezerve uglja). Najveći deo nosilaca energije ima temperature niže od 100°C (oko 88%), a tek mali deo ima temperature iznad 150°C (oko 3%).

Od ove energije za grejanje je iskoristivo 7%, a za proizvodnju električne energije samo 0.4%. Vidi se da veliki deo izvora vruće vode ili pare ima preniske temperature za proizvodnju vodene pare takvih karakteristika koje su potrebne za proizvodnju el. energije, pa se takva energija može upotrebiti za grejanje ili slične namene.

            Osim toga transport vruće vode ili pare na velike daljine je skup i vezan sa velikim gubicima pa se ovakvi izvori energije moraju lokalno iskoristiti (grejanje prostorija i staklenika, neki tehnološki procesi u industriji).

            Ako na raspolaganju za proizvodnju el.energije imamo 0.042.1014toe, i ako računamo sa stepenom iskorišćenja od 25% pri transformaciji energije vodene pare u el. energiju (nizak pritisak i temperatura), moglo bi se sa tom energijom (do 3km dubine) proizvesti oko 106TWh el.energije, što je oko 80 puta više od današnje svetske proizvodnje.

            Ako računamo sa iskorišćenjem te energije u toku 100 godina dobijamo snagu od oko 1400GW.

            Industrijska eksploatacija vrelih izvora započinje 1818. godine kada je izgradeno postrojenje za ekstrakciju borne kiseline iz vrućih izvora u području Larderello u blizini Siene (Italija). Danas u tom području postoji 14 TE ukupne snage oko 400MW. Do 1975. godine instalisana snaga takvih TE iznosila je oko 1400MW (0.08% instalisane snage svih TE 1975. godine), sa godišnjom proizvodnjom električne energije od oko 8700GWh (0.1% svetske proizvodnje el.energije 1975. godine).