Jak działa energia geotermalna?

Spis treści

• Źródło ciepła geotermalnego
• Technologie wykorzystania energii geotermalnej
• Zastosowania w ogrzewnictwie i chłodzeniu

Energia geotermalna polega na wykorzystywaniu naturalnego ciepła zgromadzonego we wnętrzu Ziemi do wytwarzania energii elektrycznej oraz ogrzewania obiektów. Ten odnawialny rodzaj energii powstaje dzięki procesom zachodzącym w głębokich warstwach naszej planety, które nieustannie dostarczają ciepło ku powierzchni.

Źródło ciepła geotermalnego

W jądrze Ziemi panuje temperatura sięgająca około 6000 stopni Celsjusza, co jest porównywalne z temperaturą powierzchni Słońca. Źródłem tego ciepła jest przede wszystkim rozpad pierwiastków promieniotwórczych, takich jak uran, tor czy rad, obecnych w płaszczu i skorupie ziemskiej. Ponadto, pozostałości energii z okresu formowania się planety nadal mają znaczący wpływ na procesy geotermalne.

Przeczytaj również: Nieodnawialne źródła energii - czym są i dlaczego są problemem?

Ciepło z głębi Ziemi przemieszcza się ku powierzchni poprzez przewodnictwo cieplne oraz konwekcję. W niektórych miejscach, zwłaszcza tam, gdzie występuje aktywność wulkaniczna lub tektoniczna, gorące skały znajdują się stosunkowo płytko pod powierzchnią. W takich rejonach, gdy wody podziemne napotykają rozgrzane warstwy skalne, tworzą się naturalne zbiorniki wód geotermalnych o temperaturze od kilkudziesięciu do nawet kilkuset stopni Celsjusza.

Przeczytaj również: Odpady radioaktywne – co się z nimi dzieje? Procesy składowania i utylizacji

Jak działa energia geotermalna w praktyce? Wykorzystuje się różnicę temperatur pomiędzy wnętrzem Ziemi a jej powierzchnią. Gorąca woda lub para wodna wydobywana z głębokich odwiertów stanowi podstawę do dalszego przetwarzania energii cieplnej na inne formy.

Przeczytaj również: Czym jest energia geotermalna?

Technologie wykorzystania energii geotermalnej

Elektrownie geotermalne funkcjonują w oparciu o trzy główne rozwiązania technologiczne. Elektrownie parowe korzystają z naturalnej pary wodnej wydobywanej bezpośrednio spod ziemi, która napędza turbiny sprzężone z generatorami prądu. Tego typu instalacje wymagają obecności zbiorników o temperaturze przekraczającej 235 stopni Celsjusza.

Elektrownie błyskowe są wykorzystywane tam, gdzie dostępna jest gorąca woda pod wysokim ciśnieniem. Po wypompowaniu na powierzchnię gwałtownie odparowuje ona wskutek spadku ciśnienia, tworząc parę napędzającą turbiny. Po skropleniu para wraca do podziemnego zbiornika, zamykając obieg cyrkulacji.

Systemy binarne pozwalają na wykorzystanie zasobów o niższych temperaturach, mieszczących się w przedziale od 85 do 175 stopni Celsjusza. Gorąca woda geotermalna przepływa przez wymiennik ciepła, gdzie ogrzewa ciecz roboczą o niskiej temperaturze wrzenia. Powstała para napędza turbiny, a woda geotermalna wraca do zbiornika bez kontaktu z otoczeniem.

Zastosowania w ogrzewnictwie i chłodzeniu

Pompy ciepła wykorzystują stabilną temperaturę gruntu na głębokości kilku metrów, która przez cały rok utrzymuje się na poziomie około 10-15 stopni Celsjusza. System składa się z podziemnych kolektorów, przez które przepływa czynnik roboczy oraz sprężarki podnoszącej temperaturę do wartości użytkowej.

Bezpośrednie zastosowanie wód geotermalnych obejmuje szerokie spektrum możliwości. Ciepłownie geotermalne dostarczają ciepłą wodę do sieci centralnego ogrzewania obsługujących całe osiedla lub miasta. Wody o temperaturze 40-80 stopni Celsjusza doskonale sprawdzają się przy ogrzewaniu budynków mieszkalnych oraz obiektów użyteczności publicznej.

Zastosowania przemysłowe obejmują wykorzystanie energii geotermalnej w procesach technologicznych, suszeniu płodów rolnych, hodowli ryb czy uprawie roślin pod osłonami. W niektórych przypadkach instalacje te umożliwiają także chłodzenie pomieszczeń latem – woda geotermalna może być wykorzystywana do klimatyzacji budynków podczas upałów.