אנרגיות מתחדשות הן ללא ספק העתיד בטווח הבינוני והארוך. מאגרי הדלק המאובנים קרובים למיצוי, והעולם חייב לפנות למקורות אנרגיה חלופיים וברי קיימא. במעבר הזה למודל אנרגיה נקייה יותר, האנרגיה הגיאותרמית צוברת עניין. למרות חשיבותו והפוטנציאל, אנשים רבים אינם מודעים לשונות שימושים באנרגיה גיאותרמית וגם לא היקפה כאופציה בת קיימא.
במאמר זה ננתח לעומק מהם השימושים העיקריים באנרגיה גיאותרמית, מאפייניה המהותיים והרלוונטיות שיש לה בהקשר למעבר האנרגיה.
תכונות ותפעול
אנרגיה גיאותרמית היא מקור מתחדש המנצל את החום הפנימי של כדור הארץ. חום זה נוצר בעיקר בליבת כדור הארץ עקב ריקבון של יסודות רדיואקטיביים כמו אורניום, תוריום ואשלגן. יסודות אלו, כאשר הם מתפרקים, פולטים חום העולה מהשכבות העמוקות ביותר לעבר קרום כדור הארץ.
ככל שאנו יורדים אל פנים כדור הארץ, הטמפרטורה עולה. בְּדֶרֶך כְּלַל, הטמפרטורה עולה בין 2 ל-4 מעלות צלזיוס לכל 100 מטר עומק, מה שאומר שבעומקים גדולים יותר נמצא מקורות חום עזים יותר. שיפוע תרמי זה מאפשר, באזורים מסוימים, למי התהום להתחמם עד שהם הופכים לקיטור, יוצרים אקוויפרים בטמפרטורה גבוהה או מייצרים גייזרים או מעיינות חמים.
הפקת אנרגיה גיאותרמית תלויה בטמפרטורה של המשאב הגיאותרמי. במרבצים בטמפרטורה גבוהה, החום יכול לעלות על 150 מעלות, מה שמאפשר להפיק חשמל דרך טורבינות. במקרים אחרים, כגון גיאותרמית אנתלפיה נמוכה, החום משמש בעיקר לחימום ולמים חמים ביתיים, ללא הפקת חשמל.
סוגי אנרגיה גיאותרמית לפי טמפרטורה
בהתאם לטמפרטורת המשאב, אנו יכולים לסווג אנרגיה גיאותרמית לארבעה סוגים עיקריים, כל אחד מתאים לצורכי אנרגיה שונים:
1. טמפרטורה נמוכה מאוד (פחות מ-30ºC)
משמשת בעיקר למיזוג אוויר וייצור מים חמים בבתים ובבניינים, המערכת הנפוצה ביותר בטווח טמפרטורות זה היא משאבת חום גיאותרמית. מערכת זו מחליפה חום עם הקרקע כדי לספק חימום בחורף וקירור בקיץ. זוהי אופציה יעילה מאוד מבחינת אנרגיה, עם אורך חיים שימושי ארוך ותחזוקה נמוכה.
2. טמפרטורה נמוכה (30ºC עד 100ºC)
סוג זה של משאב משמש ברשתות חימום עירוניות, ספא, ייבוש של מוצרים חקלאיים, חוות דגים ויישומים תעשייתיים בקנה מידה בינוני אחר.
3. טמפרטורה בינונית (100ºC עד 150ºC)
מתאים לייצור חשמל באמצעות טכנולוגיות מחזור בינארי, כאשר נוזל בעל נקודת רתיחה נמוכה ממים מתאדה, מסובב טורבינות לייצור חשמל. הוא משמש גם בתהליכים תעשייתיים הדורשים אספקה מתמדת של אנרגיה תרמית.
4. טמפרטורה גבוהה (יותר מ-150ºC)
במערכות אלו, קיטור הנוצר באקוויפרים תת-קרקעיים משמש ישירות להנעת טורבינות קיטור המייצרות חשמל. זהו הסוג הגיאותרמי הנפוץ ביותר בכל הנוגע לייצור חשמל מסחרי. הוא נמצא באזורים פעילים גיאותרמית, כמו אלה ליד לוחות טקטוניים ואזורים געשיים.
שימושים באנרגיה גיאותרמית
אחד היתרונות העיקריים של אנרגיה גיאותרמית הוא הרבגוניות שלה. זה יכול לשמש הן לייצור חשמל והן לספק חום במגזרים שונים:
- ייצור חשמל: באזורים עם מרבצי טמפרטורה גבוהים, כמו אזורים ליד הרי געש או תקלות גיאולוגיות, משתמשים בקיטור טבעי להנעת טורבינות ויצירת חשמל. צמחים כגון מחזור בינארי או מפעלי קיטור יבש הם דוגמאות למתקנים בעלי יעילות גבוהה המנצלים את המשאב הזה.
- חימום ומיזוג אוויר: בבתים ובבניינים, אנרגיה גיאותרמית משמשת לספק חימום באמצעות משאבות חום. חום תת קרקעי מופק דרך צינורות קבורים ומועבר בתוך מבנים. מערכת זו יעילה במיוחד באקלים קר, בהם שמירה על טמפרטורת תת רצפת קבועה היא חיונית.
- יישומים תעשייתיים וחקלאיים: במגזר החקלאי הוא משמש לייבוש מוצרים, חימום חממות וחוות דגים, ובתהליכים תעשייתיים נוספים כמו הפקת מלח או עיקור ציוד. השימוש בו מבטיח תהליך ייצור בר קיימא יותר עם פחות השפעה סביבתית.
יתרונות וחסרונות של אנרגיה גיאותרמית
לאנרגיה גיאותרמית יש מספר יתרונות שהופכים אותה לאחת האנרגיות המתחדשות המבטיחות ביותר, אך היא גם מציבה אתגרים מסוימים שיש לקחת בחשבון:
יתרון
- מתחדש וכמעט בלתי נדלה: החום הפנימי של כדור הארץ זמין ברציפות, ובניגוד למקורות מתחדשים אחרים, אינו תלוי בגורמים מטאורולוגיים.
- השפעה סביבתית נמוכה: מפעלים גיאותרמיים פולטים רמות נמוכות משמעותית של CO2 מאשר תחנות כוח קונבנציונליות, ויכולים לפעול ברמת עצמאות מדלקים מאובנים.
- חיסכון כלכלי לטווח ארוך: למרות שעלות ההתקנה הראשונית היא גבוהה, לאחר ההתקנה, גיאותרמית זולה הרבה יותר לתפעול מאשר צורות אחרות של אנרגיה.
- חיי מדף מוארכים: למתקנים גיאותרמיים יש בדרך כלל אורך חיים שימושי של יותר מ-50 שנה, מה שמצדיק את ההשקעה הראשונית.
חסרונות
- השקעה ראשונית גבוהה: עלויות הקידוח ופיתוח התשתיות הגיאותרמיות גבוהות, במיוחד באזורים שבהם חום תת קרקעי נמצא בעומק רב.
- השפעות סביבתיות מקומיות: מיצוי חום יכול ליצור פליטות קטנות של גזים כמו מימן גופרתי, ובמקרים מסוימים, עבודות קידוח עלולות ליצור רעידות אדמה מקומיות קלות.
- ספציפיות גיאוגרפית: לא כל אזורי העולם מתאימים להתקנת מפעלים גיאותרמיים, מה שמגביל את התרחבותם.
יישומים של אנרגיה גיאותרמית ביתית
בבית, אנרגיה גיאותרמית משמשת בעיקר באמצעות שימוש ב משאבות חום גיאותרמיות, המאפשרים מרחבי מיזוג והפקת מים חמים ביעילות רבה. ישנם שלושה סוגי התקנה לאיסוף חום תת קרקעי:
- מערכת גיאותרמית אנכית: זוהי מערכת שבה הבדיקות מוכנסות לקרקע בצורה אנכית, ומגיעות לעומקים של עד 150 מטר. הוא היעיל ביותר מבחינת שימוש באנרגיה, אם כי הוא דורש השקעה גדולה יותר.
- מערכת גיאותרמית אופקית: הצינורות ממוקמים אופקית בעומק של בין 1 ל-2 מטר. העלות שלו נמוכה יותר מהמערכת האנכית, אבל היא דורשת יותר שטח פנים.
- מערכת איסוף מי תהום: במקרה זה, נעשה שימוש באקוויפרים תת קרקעיים, השואבים את המים כדי להשתמש בחום שלהם ומחזירים אותם מאוחר יותר. מערכת זו יעילה מאוד, אך כדאיותה תלויה בזמינות של משאבי מים נאותים.
השימוש במערכות אלו לא רק מפחית את חשבונות החשמל של המשתמשים, אלא גם תורם להפחתת טביעת הרגל הפחמנית ולשמירה על בית בר-קיימא יותר. אנרגיה גיאותרמית היא ללא ספק פתרון עמיד וידידותי לסביבה לצרכי חימום וקירור ביתי, עם היתרון הנוסף של תואם למקורות מתחדשים אחרים כגון אנרגיה סולארית.
אנרגיה גיאותרמית מוכנה להפוך לאחד מגיבורי השינוי האנרגטי. למרות שעלות ההתקנה הראשונית עשויה להיות גבוהה, ההשקעה מוחזרת עם השנים בשל עלות התפעול הנמוכה והפיזור המתמיד של החום התת קרקעי.
עם תכנון נכון ובחירת המערכת הנכונה, הן התעשיות והן המשתמשים הביתיים יכולים ליהנות ממקור בלתי נדלה של אנרגיה המכבד את הסביבה.