Geotermalna energija

Riječ geotermalno ima porijeklo u dvjema grčkim riječima geo (zemlja) i therme (toplina) i znači toplina zemlje, pa se prema tome toplinska energija Zemlje naziva još i geotermalna energija. Toplina u unutrašnjosti Zemlje rezultat je formiranja planeta iz prašine i plinova prije više od četiri milijarde godina, a radioaktivno raspadanje elemenata u stijenama kontinuirano regenerira tu toplinu, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi izvor energije. Osnovni medij koji prenosi toplinu iz unutrašnjosti na površinu je voda ili para, a ta komponenta obnavlja se tako da se voda od kiša probija duboko po raspuklinama i tamo se onda zagrijava i cirkulira natrag prema površini, gdje se pojavljuje u obliku gejzira i vrućih izvora.

Vanjska kruta kora Zemlje duboka je od pet do 50 kilometara i sastavljana je od stijena. Tvari iz unutarnjeg sloja neprestano izlaze na površinu kroz vulkanske otvore i pukotine na dnu oceana. Ispod kore nalazi se omotač i on se proteže do dubine od 2900 kilometara, a sačinjen je od spojeva bogatih željezom i magnezijem. Ispod svega toga nalaze se dva sloja jezgre – tekući sloj i kruti sloj u samoj jezgri planeta. Polumjer Zemlje je otprilike 6378 kilometara, i nitko zapravo ne zna što se točno nalazi u unutrašnjosti, sve navedeno su zapravo znanstvene pretpostavke izgleda unutrašnjosti planeta. Te pretpostavke temelje se na eksperimentima u uvjetima visokog tlaka i velikih temperatura.

Spuštanjem kroz vanjski sloj Zemlje, tj. koru temperatura raste otprilike 17 °C do 30 °C po kilometru dubine (50 – 87 °F po milji dubine). Ispod kore nalazi se omotač koji je sastavljen od djelomično rastopljenih stijena i temperatura tog omotača je između 650 i 1250 °C (1200 – 2280 °F). U samoj jezgri Zemlje temperature bi po nekim procjenama mogle biti između 4000 i 7000 °C (7200 – 12600 °F). Budući da toplina uvijek prelazi sa toplijih dijelova na hladnije, toplina iz unutrašnjosti Zemlje prenosi se prema površini i taj prijenos topline glavni je pokretač tektonskih ploča. Na mjestima gdje se spajaju tektonske ploče može doći do propuštanja magme u gornje slojeve i ta magma se tada hladi i stvara novi sloj zemljine kore. Kad magma dođe do površine može stvoriti vulkane, ali većinom ostaje ispod površine te tvori ogromne bazene i tu se počinje hladiti, a taj proces traje od 5000 godina do milijun godina. 

Područja ispod kojih se nalaze ovakvi bazeni magme imaju visok temperaturni gradijent, tj. temperatura raste vrlo brzo povećanjem dubine i takva područja izuzetno su pogodna za iskorištavanje geotermalne energije.

Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50000 puta više od sve energije koja se može dobiti iz nafte i plina širom svijeta. Geotermalni resursi nalaze se u širokom spektru dubina, od plitkih površinskih do više kilometara dubokih rezervoara vruće vode i pare koja se može dovesti na površinu i iskoristiti. U prirodi se geotermalna energija najčešće pojavljuje u formi vulkana, izvora vruće vode i gejzira. U nekim zemljama se geotermalna energija koristi već tisućljećima u obliku toplica odnosno rekreacijsko-ljekovitog kupanja. No razvoj znanosti nije se ograničio samo na područje ljekovitog iskorištavanja geotermalne energije već je iskorištavanje geotermalne energije usmjerio i prema procesu dobivanja električne energije te grijanju kućanstava i industrijskih postrojenja. Grijanje zgrada i iskorištavanje geotermalne energije u procesu dobivanja struje, glavni su ali ne i jedini načini iskorištavanja te energije. Geotermalna energija također se može iskoristiti i u druge svrhe kao što su primjerice u proizvodnji papira, pasterizaciji mlijeka, plivačkim bazenima, u procesu sušenja drveta i vune, planskom stočarstvu, te za mnoge druge svrhe.

Glavni nedostatak prilikom iskorištavanja geotermalne energije je da nema puno mjesta na svijetu koja su izuzetno pogodna za eksploataciju. Najpogodnija su područja na rubovima tektonskih ploča, tj. područja velike vulkanske i tektonske aktivnosti. Sljedeća slika prikazuje tektonsku kartu svijeta i područja pogodna za iskorištavanje geotermalne energije.

Zemlja je podijeljena na tektonske ploče koje se cijelo vrijeme kreću i sudaraju i time stvaraju mjesta pogodna za iskorištavanje geotermalne energije. Najpogodnija područja za iskorištavanje te energije nalaze se na takozvanom Vatrenom prstenu (Ring of Fire).

Počeci korištenja topline Zemlje za generiranje električne energije vežu se uz malo talijansko mjesto Landerello i 1904 godinu Tamo je te godine započelo eksperimentiranje s tim oblikom proizvodnje električne energije, kada je para upotrijebljena za pokretanje male turbine koja je napajala pet žarulja, a taj se eksperiment smatra prvom upotrebom geotermalne energije za proizvodnju električne energije. Tamo je 1911 počela gradnja prve geotermalne elektrane koja je završena 1913 i nazivna snaga joj je bila 250 kW. To je bila jedina geotermalna elektrana u svijetu kroz gotovo pola stoljeća. Princip rada je jednostavan: hladna voda upumpava se na vruće granitne stijene koje se nalaze blizu površine, a van izlazi vruća para na iznad 200 °C i pod visokim pritiskom i ta para onda pokreće generatore. Iako su sva postrojenja u Landerello-u uništena u drugom svjetskom ratu, postrojenja su ponovo izgrađena i proširena te se koriste još i danas. To postrojenje i danas električnom energijom napaja oko milijun domaćinstava tj. proizvede se gotovo 5000 GWh godišnje, što je oko 10% ukupne svjetske proizvodnje struje iz geotermalnih izvora. Iako je geotermalna energija obnovljivi izvor energije, tlak pare se u Landerello-u smanjio za 30% od 1950.

Prednosti korištenja geotermalne energije u proizvodnji elektro-energije :

EKOLOGIJA. Geotermalne elektrane, isto kao elektrane na vjetar i solarne elektrane, nemaju izgaranje goriva za proizvodnju pare koja pokreće turbine. Proizvodnja električne energije geotermalnom toplinom štedi neobnovljive, fosilne energente. Smanjenjem upotrebe fosilnih goriva umanjuje se i njihova štetna emisija, koja onečišćuje atmosferu.

SMJEŠTAJ. Geotermalne elektrane zauzimaju puno manje prostora po proizvedenom megawattu, nego što ga zauzimaju ostali tipovi elektrana. Kod geotermalnih instalacija nisu potrebni riječni nasipi niti sječa šuma, a isto tako nema rudnih tunela, otvorenih okana, otpadnih hrpa ili razlijevanja nafte.

POUZDANOST. Geotermalne elektrane dizajnirane su za pogon tijekom 24 sata na dan, gotovo kroz cijelu godinu. One pripadaju vrhunskom izvoru goriva, jer ne dolazi do prekida proizvodnje zbog vremenskih neprilika, prirodnih nepogoda ili političkih utjecaja, koji mogu spriječiti transport ostalih vrsta goriva.

PRILAGODBA. Geotermalne elektrane su uglavnom modularne konstrukcije, s više instaliranih jedinica, koje se uključuju kod povećanih potreba za električnom energijom.

EKONOMIČNOST. Nema potrebe za trošenjem novca radi uvoza goriva, jer se geotermalne elektrane uvijek grade na geotermalnim izvorima. Ušteđen novac ostaje građanima pripadnih područja, u kojima na taj način ne dolazi do naglih promjena cijene goriva.

RAZVOJ. Geotermalni projekti omogućuju sve gore navedene prednosti uz istovremeni razvoj države i energetski rast, ali bez zagađenja okoline. Čak i instalirani objekti na udaljenim područjima mogu podići životni standard dovođenjem struje pučanstvu koje je daleko od “elektrificiranih” naseljenih centara.