אנרגיה גיאותרמית: היסטוריה, שימוש ועתיד

בטח אתה יודע מהי אנרגיה גיאותרמית במונחים כלליים, אבל האם אתה מכיר את כל היסודות לגבי האנרגיה הזו? באופן כללי, אנו אומרים שאנרגיה גיאותרמית היא אנרגיית חום מתוך כדור הארץ. במילים אחרות, אנרגיה גיאותרמית היא משאב האנרגיה המתחדשת היחיד שאינו נגזר מהשמש יתר על כן, אנו יכולים לומר שאנרגיה זו אינה אנרגיה מתחדשת ככזו, שכן חידושו אינו אינסופי, למרות שזה עדיין בלתי נדלה בקנה מידה אנושי, ולכן הוא נחשב לחדש למטרות מעשיות.

מקור החום בתוך כדור הארץ

החום בתוך כדור הארץ נגרם בעיקר על ידי ריקבון של יסודות רדיואקטיביים כגון אורניום 238, תוריום 232 ואשלגן 40. יסודות אלו מתכלים כל הזמן, תוך שהם משחררים אנרגיה תרמית. גורם חשוב נוסף הוא התנגשויות לוחות טקטוניים, המשחררים חום עקב תנועה וחיכוך. באזורים מסוימים, החום הגיאותרמי מרוכז יותר, כמו אזורים קרובים הרי געש, זרמי מאגמה, גייזרים ומעיינות חמים. זה מאפשר קלות רבה יותר לשימוש באנרגיה.

שימוש באנרגיה גיאותרמית

נעשה שימוש באנרגיה גיאותרמית כבר למעלה מ-2.000 שנה, כאשר הרומאים היו חלוצים בשימוש במעיינות תרמיים כדי אמבטיות תרמיות וחימום. בתקופה האחרונה, זה רגיל חימום מבנים, חממות וייצור חשמל. ישנם שלושה סוגים של מרבצים מהם ניתן לקבל אנרגיה גיאותרמית:

• מאגרים בטמפרטורה גבוהה
• מאגרים בטמפרטורה נמוכה
• מאגרי סלע חמים יבשים

מאגרים בטמפרטורה גבוהה

זה נחשב פיקדון של טמפרטורה גבוהה כאשר מי התהום במאגר מגיעים לטמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס עקב קרבתו של מקור חום פעיל. על מנת להפיק חום מתת הקרקע על התנאים הגיאולוגיים לאפשר את קיומו של א מאגר גיאותרמי, שפועל בדומה למאגרי נפט או גז טבעי.המים המחוממים דרך הסלעים הללו הוא נוטה לעלות לעבר פני השטח עד שמגיע למאגר גיאותרמי שנלכד בשכבה אטומה. עם זאת, אם יש סדקים באותה שכבה אטומה, אדים או מים חמים יכולים לעלות מופיעים על פני השטח בצורה של מעיינות חמים או גייזרים. מקורות חום אלו נוצלו עוד מימי קדם, וכיום הם משמשים לחימום ולתהליכים תעשייתיים.

מאגרים בטמפרטורה נמוכה

מאגר בטמפרטורה נמוכה הוא אחד שבו המים מגיעים בין 60 ל-100 מעלות צלזיוס. במקרים אלו זרימת החום תקינה ולכן אין צורך במקור חום פעיל או בנוכחות של שכבה אטומה.

כאן, המפתח הוא שיהיה אגירת מים בעומקים המאפשרים להם להגיע לטמפרטורות גבוהות מספיק כדי להפוך את הניצול לרווחי מבחינה כלכלית.

מאגרי סלע חמים יבשים

הפיקדונות של סלעים חמים יבשים יש להם אפילו יותר פוטנציאל, מכיוון שהם נמנים על 250-300ºC ובעומקים של בין 2.000 ל-3.000 מטר. כדי להפיק חום מהסלעים האלה, זה הכרחי לשבור אותם כדי להפוך אותם לנקבוביים.

במערכת זו מוזרקים מים קרים מפני השטח, עוברים דרך סלעים נקבוביים חמים, מתחממים תוך כדי כך, ואז מופקים כקיטור להפקת חשמל. עם זאת, למרבצים אלו יש קשיים בשל טכניקות השבר והקידוח הנדרשות לניצולם.

אנרגיה גיאותרמית בטמפרטורה נמוכה מאוד

אנו יכולים גם להתייחס לתת הקרקע כאל א מקור חום בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס, מתחדש לחלוטין ובלתי נדלה. עם מערכת איסוף נאותה ומשאבת חום, ניתן להעביר את החום הזה למערכת חימום שיכולה להגיע עד 50ºC, המספקת חימום ומים חמים לבית.

מערכת זו יכולה לשמש גם בקיץ, לאגור חום ב-40ºC מתחת לאדמה. החיסרון העיקרי הוא שיש צורך בשטח פנים גדול כדי לקבור את המעגל החיצוני, אך היתרון העיקרי שלו הוא חיסכון באנרגיה ורבגוניות זה יכול לשמש גם לחימום וגם לקירור.

משאבת החום הגיאותרמית

המרכיב החיוני במערכת מסוג זה הוא משאבת חום. מכונה תרמודינמית זו מבססת את פעולתה על מחזור קרנוט, נלקח מגז הפועל כמוביל חום בין שני מקורות, האחד של טמפרטורה נמוכה והשני של טמפרטורה גבוהה.

משאבה זו יכולה להוציא חום מהאדמה ב-15ºC ולהעלות את הטמפרטורה שלה כדי לחמם את האוויר במעגל פנימי, ולהשיג ביצועים גבוהים בהרבה ממערכות מיזוג אוויר קונבנציונליות.

החלף מעגלים עם כדור הארץ

אנו יכולים להבחין בין מערכות חליפין עם מים עיליים, שהם זולים יותר אך מוגבלים גיאוגרפית, וההחלפה עם הקרקע, שיכולה להיות ישירה או דרך מעגל עזר.

• החלפה ישירה: פשוט וזול יותר, אך עם סכנת דליפות והקפאה.
• מעגל עזר: יקר יותר, אך מונע תנודות טמפרטורה גדולות.

יש לציין שבאמצעות קליטת חום ממקור טמפרטורה יציב כמו תת הקרקע, מערכות אלו מציעות ביצועים קבועים ויעילים לאורך כל השנה, ללא קשר לתנאי האטמוספירה.

ביצועי מערכות מיזוג אוויר

La יעילות אנרגטית ממערכות המיזוג הגיאותרמיות יוצאות מן הכלל: הן מגיעות לביצועים של עד 500% בקירור ו-400% בחימום. המשמעות היא שלכל יחידת אנרגיה בשימוש, ניתן לייצר עד 5 יחידות אנרגיה תרמית במקרה של קירור.

מלבד היעילות הגבוהה שלה, למערכת זו יש יתרון שאינה תלויה בתנודות באנרגיית השמש או הרוח, שכן כדור הארץ מספק מקור חום קבוע.

חלוקת אנרגיה גיאותרמית

אנרגיה גיאותרמית מופצת על פני כדור הארץ כולו, אך עם ריכוז גדול יותר באזורים געשיים ובשברים טקטוניים. לאזורים כמו חוף האוקיינוס ​​השקט באמריקה ואינדונזיה יש פוטנציאל גבוה. עם זאת, ניתן להרחיב את ניצולו לאזורים אחרים עם טכנולוגיות קידוח מודרניות.

יתרונות וחסרונות של אנרגיה גיאותרמית

יתרונות:

• זמינות בכל כדור הארץ.
• בלתי נדלה בקנה מידה אנושי.
• האנרגיה הזולה ביותר שידועה.

חסרונות:

• שחרור אפשרי של גזים גופריתיים.
• העברת חום למרחקים ארוכים אינה אפשרית.
• עלויות התקנה ראשוניות גבוהות.

עתיד האנרגיה הגיאותרמית

הפוטנציאל הגיאותרמי של כדור הארץ הוא עצום, עם מספיק אנרגיה מאוחסנת מתחת לאדמה כדי לספק את צורכי האנרגיה של העולם במשך מיליוני שנים. ככל שטכניקות הקידוח מתקדמים, השימוש באנרגיה גיאותרמית צפוי להיות נפוץ יותר ויותר בתהליכים תעשייתיים, חימום מבנים וייצור חשמל.

עם התפתחותן של טכנולוגיות חדשות כמו טורבינות ללא להבים המסוגלות לייצר חשמל בטמפרטורות נמוכות יותר, לאנרגיה גיאותרמית יש עתיד מבטיח להפוך לחלק חיוני מאספקת האנרגיה העולמית.

לפיכך, אנרגיה גיאותרמית לא רק מציעה אלטרנטיבה נקייה ושופעת, אלא יכולה לעזור לנו להתקדם לעבר עצמאות אנרגטית גדולה יותר, תוך הפחתת טביעת הרגל הפחמנית שלנו.