Geotermalna energija 2017-06-16T19:40:46+00:00

Geotermalna energija

 

RAZISKOVALNI ČLANEK
Tema: Ali je res geotermalna energija tako prijazna do okolja?

Avtor/ica: Vedat Shabani
Mentor: prof. Zvonko Belič univ.dipl.inž. ele.
Šolski center Kranj, Višja strokovna šola, Energetika – redni študij
Kidričeva cesta 55, 4000 Kranj

 

 

 

 

 

POVZETEK: V tem raziskovalnem članku so predstavljeni vplivi geotermalne energije na okolje. Prav tako so predstavljeni tudi načini izkoriščanja geotermalne energije ter njihov vpliv glede na tehnologijo. Cilj raziskave je ugotoviti, ali je res geotermalna energija tako prijazna do okolja.

 

KLJUČNE BESEDE: Geotermalna energija, vplivi na okolje, obnovljivi viri, onesnaženje okolja.

 

UVOD: Geotermalna energija nastaja v jedru Zemlje zaradi razpada radioaktivnih elementov. Toplota se na površje prenaša s prevodom ali posredno s segreto vodo, ki jo imenujemo termalna voda. Temperatura geotermalne vode je lahko tako visoka, da se proti površju zaradi zniževanja tlaka upari. Tako nastanejo vrelci pare ali gejziri. Geotermalno vodo in paro lahko uporabimo za neposredno ogrevanje ali proizvodnjo električne energije. Tako kot vsi viri energije,obnovljivi in neobnovljivi ima tudi geotermalna energija svoje učinke na okolje, svoje prednosti in slabosti.

 

OPREDELITEV PROBLEMA: Čeprav je splošni učinek pozitiven, ima izkoriščanje geotermalne energije tudi določene škodljive vplive na okolje. Usedanje tal, ki nastane pri praznjenju vodonosnikov. Onesnaževanje vod (toplotno onesnaževanje površinskih voda, v katere spuščamo zavrženo geotermalno vodo). Z izlivom izkoriščene termalne vode v reke ali jezera se poveča vsebnost škodljivih snovi (karbonati, sulfati,silikati,kloridi, Hg, Pb, Zn itd.), trdnih snovi (pesek, mulj) in slanost.
V ceveh sistema nastajajo usedline, ker termalne vode vsebujejo raztopljene pline (O2, CO2) in trdne snovi (apnenec, kremen, kalcijev sulfat, kalcijev fosfat), emulgirana olja, parafine, pesek, mulj itd. Nekatere raztopljene snovi ( H2S, O2, CO2) lahko povzročajo korozijo cevi.

Pri proizvodnji elektrike, kjer izkoriščamo paro iz geotermalnih nahajališč, lahko pride do onesnaževanja zraka, ker para vsebuje pline. Največji problem predstavlja H2S (vodikov sulfid), ki oksidira žveplov dioksid, ta pa v žvepleno kislino, ki povzroča kisel dež. Emisije škodljivih snovi pa so vseeno manjše kot pri kotlih, v katerih sežigamo fosilna goriva (plin, nafto, premog). Razen onesnaževanja zraka, para iz geotermalnih nahajališč povzroča tudi hrup, saj pri prostem izpustu pare znaša zvočna moč tudi do 120 dB.

METODE DELA: Metoda, ki sem jo pri izdelavi raziskovalnega članka uporabil je analiza različnih sekundarnih dokumentov s področja geotermalne energije, ki so prosto dostopni na internetu. Prebral sem različne raziskovalne članke s tega področja, jih analiziral ter zbral podatke, ki se navezujejo na temo mojega članka.
Uporabil sem metodologijo ministrstva za zdravje: https://goo.gl/597QoQ
Oblikoval sem metodo vrednotenja vplivov:
Zrak (SO2 – žveplov dioksid CO – ogljikov monoksid, NO2 – dušikov dioksid, PM10)
– zmanjšanje emisij onesnaževal in
– ohranjanje in izboljšanje kakovosti zunanjega zraka.
Hrup
– ohranjanje in zmanjšanje obremenitve prebivalcev s hrupom.
– ohranjanje mirnih območij v urbanem okolju in na prostem.
Oskrba s pitno vodo in ravnanje s komunalno odpadno vodo
– zmanjšanje onesnaženosti površinskih in podzemnih vod ter tal,
– zagotavljanje oskrbe s skladno in zdravstveno ustrezno pitno vodo,
– kopalne vode na površinskih vodah
Ravnanje z odpadki
– ustrezno ravnanje z odpadki.
Poseg v prostor (površina, namen uporabe)
REZULTATI IN RAZPRAVA: Raziskave kažejo, da izkoriščanje geotermalne energije, vpliva na kakovost zraka, zaradi pare, ki vsebuje toplogredne pline in na kakovost površinskih voda v katere spuščamo zavrženo geotermalno vodo, vendar v primerjavi z drugimi neobnovljivimi viri, je ta vpliv zelo nizek.

1. EMISIJE V ZRAK

Proizvodnja električne energije

Geotermalne elektrarne so v 3 osnovnih izvedbah, glede na termodinamični – turbinski proces:
• Odprti proces (dry steam)
• Zaprti proces ( flash steam)
• Binarni proces ( binary cycle)

Odprti proces (dry steam), je proces v katerem se vroča voda črpa neposredno iz podzemnih rezervoarjev, ki se nahajajo na velikih globinah. Vroča voda poganja parne turbine, lahko pa se uporabi tudi za druge toplotne odjemalce, kot so gospodinjstva ali pa industrijski obrati.
Ohlajena termalna voda se po koriščenju toplotne energije vrača v kamnino skozi sekundarno vrtino. Pri tem procesu so emisije nevarnih snovi v zrak, v primerjavi z drugimi viri energije, zelo majhne in sicer: CO2 – 27kg/MWh, žveplov dioksid 0,16 kg/MWh.

Slika 1: Diagram odprtega procesa
Vir: https://goo.gl/61M1QL

 

 

 

 

 

Zaprti proces ( flash steam), je proces v katerem uporabljamo visokotemperaturne geotermalne vire s temperaturo nad 150 °C. V večini primerov je to geotermalna voda z visokim tlakom. Para nastane v posebnem uparjalniku, v katerem znižamo geotermalni vodi tlak. Paro vodimo na parno turbino in proizvodnja električne energije se od tu naprej ne razlikuje glede na klasične toplotne elektrarne, v katerih sežigamo fosilna goriva.

Slika 2: Diagram zaprtega procesa
Vir: https://goo.gl/61M1QL

Binarni proces ( binary cycle), je proces v katerem termalna voda se črpa iz toplotnih rezervoarjev z malo ali nič vodnimi viri na globini 3-6 km z visokimi temperaturami nad 150 °C. Ti so dostopni preko dveh ali več vrtin. Hladna voda se nato črpa pod visokim pritiskom navzdol po vrtini v skalo, kjer se segreje in se na površino vrne po drugi vrtini. Ta vroča voda nato segreva delovno tekočino z nizkim vreliščem, ki proizvaja paro za turbine. Toplota se lahko napaja tudi v omrežja za daljinsko ogrevanje s pomočjo toplotnega izmenjevalca. Pri tem procesu so izpusti nevarnih plinov zanemarljivi.

Slika 3: Diagram binarnega procesa
Vir: https://goo.gl/61M1QL

 

 

 

 

Geotermalno ogrevanje

Geotermalne črpalke (geosonde)
Za odvzemanje manjše količine toplote kameninam, kjer ni vodonosnikov, lahko uporabimo geosonde. Geosonda predstavlja sistem štirih cevi, od katerih sta po dve povezani v zanko. V sistemu je še peta cev, ki služi za to, da vrtino zapolnimo s posebno cementno maso, ki ima toplotno prevodnost. Medij za prenos toplote kroži skozi sistem cevi, absorbira toploto iz okoliške zemlje in jo prenaša do toplotne črpalke. Emisije CO2 znašajo pri toplotni črpalki s sežiganjem fosilnih goriv približno 7500 kg CO2 letno, pri toplotni črpalki z geosondo pa 2600 kg CO2 letno, kar je dvakrat manj.

Po Uredbi o emisiji snovi v zrak iz nepremičnih virov onesnaževanja, (Uradni list RS, št. 50/13 z dne 10. 6. 2013, vir: https://goo.gl/ZZJ7FF ), pomembnejše snovi, ki onesnažujejo zunanji zrak, so:
– žveplov dioksid in druge žveplove spojine;
– dušikovi oksidi in druge dušikove spojine;
– ogljikov monoksid;
– organske spojine, še zlasti ogljikovodiki, razen metana;
– težke kovine in njihove spojine;
– prah, azbest (delci in vlakna v suspenziji), steklo in mineralna vlakna;
– klor in njegove spojine in
– fluor in njegove spojine.

Para z večine geotermalnih nahajališč vsebuje pline ( CO2, H2S, NH3, CH4, N2, H2), v mejah od 1,5 do 50 g/kg pare. Te pline pred uporabe pare izločimo v izločevalnikih. Ogljikovega dioksida je med temi plini največ vendar je njegova emisija v atmosfero na enoto energije (kWh) manjša kot pri kotlih, v katerih sežigamo fosilna goriva. Največji problem pri izkoriščanju geotermalne energije predstavlja relativno velika emisija vodikovega sulfida. H2S oksidira v žveplov dioksid, ta pa v žvepleno kislino, katere posledica je kisli dež. Emisije SO2 so med 0.5 in 6.8 g na kWh proizvedene električne energije.

Emisije nevarnih snovi v zrak v primerjavi z drugimi viri energije:

Emisije Dušikov oksid
(NOx) Žveplov dioksid
(SO2) Drobni delci
(PM) Ogljikov dioksid
(CO2)

Vplivi

 

Vrsta elektrarne Draženje v pljučih, kašelj, nastanek smoga, kakovost vode. Sopenje, stiskanje v prsih, respiratorne bolezni, škoduje ekosistemu Astma, bonhitis, rak, zmanjšanje vidljivosti Globalno segrevaje, rast morske gladine, poplavna ogroženost, taljenje ledenikov
Binarni sistem.
(kg/MWh) 0 0 0 27.1
Zaprt sistem
(kg/MWh) 0 0.16 Zanemarljiv pod. do 40.28
»Gejzirji«
(kg/MWh) 0,0005 0,0001 Zanemarljiv pod. 40.28
Olje
(kg/MWh) 1.81 5.44 NI 758.40
Premog
(kg/MWh) 1.95 4.71 1.01 993.82
Zemeljski plin
(kg/MWh) 1.34 1 0.06 550
Vir : https://goo.gl/mkbZjf

 

2. HRUP

Prvi odstavek 3. člena Uredbe Vlade RS o hrupu v nevarnem in življenjskem okolju, hrup definira, kot zvok, ki v nevarnem in življenjskem okolju vzbuja nemir, moti človeka in škoduje njegovemu zdravju ali počutju ali škodljivo vpliva na okolje. Peti člen te Uredbe določa mejne vrednosti ravni hrupa:

– IV. območje – stopnja varstva pred hrupom za območje, kjer je dopusten poseg v okolje, ki je lahko bolj moteč zaradi povzročanja hrupa, to je območje brez stanovanj, namenjeno industrijski ali obrtni ali drugi podobni proizvodnji, transportni, skladiščni ali servisni dejavnosti ter hrupnejšim komunalnim dejavnostim. Vir: https://goo.gl/J6GsLW

 

 

Povzročanje hrupa zaradi izkoriščanja geotermalne energije:
VIR HRUPA RAVEN HRUPA (dBA)
Črpanje vode do 70
Prosti izpust geotermalne pare do 120
Geotermalne konstrukcije do 90
Vrtanje vrtin nad 90
Vir : https://goo.gl/mkbZjf

Tam kjer zvočna moč presega mejne vrednosti, je potrebno vgraditi dušilnike, ki zmanjšajo hrup na 70 do 90 dB.

3. OSKRBA S PITNO VODO IN RAVNANJE S KOMUNALNO VODO

Z izlivom izkoriščene termalne vode ali kondenzirane geotermalne pare v reke in jezera se poveča vsebnost škodljivih snovi (As, Hg, Pb, Zn, B, S, karbonati, silikati, sulfati, kloridi), trdnih snovi (pesek, mulj) in slanost ( koncentracije tudi nad 300 g /kg). Ob tem obstaja tudi nevarnost toplotnega onesnaženja površinskih voda, v katere izpuščamo geotermalno vodo.
Emisije snovi in toplote v vode ureja » Uredba o emisiji snovi in toplote pri odvajanju odpadnih vod v vode in javno kanalizacijo.« V njej je določeno, da lahko v površinske vodotoke odvajamo vodo s temperaturo nižjo od 30 °C, v kanalizacijsko omrežje pa s temperaturo do 40 °C. Ponekod zato vgrajujejo hladilne stolpe – prenosnike toplote, s katerimi ohladijo geotermalno vodo na predpisano temperaturo. Omejeni so tudi izpusti anorganskih in organskih snovi in težkih kovin. Ohlajena geotermalna voda vsebuje namreč tudi arzen, živo srebro, svinec, cink, bor, žveplo, karbonate, silikate i kloride, katerih količine morajo biti v predpisanih mejah.
(Vir: https://goo.gl/p6vuIh )

 

4. RAVNANJE Z ODPADKI

Pri izkoriščanju geotermalne energije, lahko nastanejo velike količine odpadkov. Masa trdnih odpadkov v odprtem procesu, ki jih odstranimo iz geotermalnih voda je lahko velika: npr. pri geotermalni elektrarni moči 50 MW dnevno tudi do 25 ton. Zaradi okolju nevarnih snovi moramo te odpadke zbirati, odlagati, predelati ali uničiti ločeno od ostalih odpadkov, tako kot to določa »Uredba o ravnanju z odpadki«. (Vir: https://goo.gl/HMk3ey )

 

5. POSEG V PROSTOR

Proizvodnja električne energije
Uporaba geotermalnih virov energije, zahteva vrtanje globokih lukenj (vrtine) in vstavljanje cevi za črpanje visoko temperaturne tekočine ven iz Zemlje. Za proizvajanje 1 GWh električne energije, geotermalna elektrarna potrebuje najmanj površine v primerjavi z drugimi vrstami elektrarn.

Vrsta elektrarne Premog Fotovoltaika Veter Geo
m2/GWh 3642 3237 1335 404
Tabela 3: površina elektrarn, [m^2/GWh]

Geotermalno ogrevanje
Pri namestitvi cevi za prenos toplote v prostor se uporablja več načinov polaganja cevi: horizontalne zanke, vertikalne zanke in za jezera in ribnike odprte zanke. Najbolj pogosta sta vertikalni in horizontalni način polaganja cevi.
– Vertikalne zanke se navadno uporabljajo tam, kjer je prostora malo (v mestih). Za namestitev moramo izvrtati globoke luknje, v katere namestimo geotermalne cevi. Pri tem moramo biti pozorni, da ne kontaminiramo podtalnice.
– Horizontalna razporeditev cevi, je okolju prijaznejša
– Sistem cevi za ribnike ali jezera je treba potopiti na dno jezera ali ribnika, kar pa lahko potencialno onesnaži vodni ekosistem ter okolico.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAZISKOVALNO VPRAŠANJE: Katere so okoljske koristi geotermalne energije?

PRAKSA
Iz zgornjih podatkov je razvidno, da je praktično nemogoče proizvajati ali uporabljati energijo brez znatnih učinkov na okolje. Tudi geotermalna energija ima svoj vpliv na okolje. V primerjavi z drugimi viri energije, podatki kažejo, da je geotermalna energija najbolj čista in varna za okolje.
Vpliv izkoriščanja geotermalne energije v primerjavi z drugimi viri:
Ocene od 1 do 4; 1- majhen vpliv, 4- velik vpliv, / – ni podatka
Premog Olje Zemeljski plin Fotovoltaika Geotermalna
Zrak 4 3 2 / 1
Hrup 3 / / 1 2
Onesnaževanje vod 4 3 2 1 1
Nevarni odpadki 4 3 2 2 1
Poseg v prostor 4 / / 3 1
Vpliv izkoriščanja geotermalne energije v primerjavi z drugimi

ZAKLJUČEK:

Geotermalna energija je zanesljiv vir energije, ki ima minimalen vpliv na okolje, torej je čista in varna. Metode, ki se uporabljajo za pridobitev električne energije ne proizvajajo škodljivih emisij v okolje. Z uporabo geotermalne energije se zmanjšuje uporaba fosilnih goriv, zaradi tega se zmanjšujejo tudi emisije toplogrednih plinov. Geotermalne elektrarne zavzamejo malo prostora za razliko od na primer hidroelektrarn ali termoelektrarn. Geotermalne elektrarne so zgrajene neposredno na viru energije in okolici zlahka oddaja toploto in električno energijo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VIRI
– ELECTRICITY GENERATION, [online], dostopno na: https://energy.gov/eere/geothermal/electricity-generation
– ENVIRONMENTAL IMPACTS OF GEOTHERMAL ENERGY, [online], dostopno na: http://geothermalcommunities.eu/assets/presentation/ENVIRONMENTAL_IMPACTS.pdf
– Energija in okolje, [online], dostopen na: http://www.mko.gov.si/fileadmin/mko.gov.si/pageuploads/svo/knj05.pdf
– TEHNOLOGIJE OBNOVLJIVIH VIROV ENERGIJE IN VPLIVI NA OKOLJE, [online], dostopno na: http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/ss/Gradiva_ESS/Biotehniska_podrocja__sole_za_zivljenje_in_razvoj/BT_PODROCJA_62NARAVOVARSTVO_Tehnologije_Durasovic.pdf

 

Do YOU Know How You Got Here?

Learn how to create websites like this, rank them on the 1st page of Google, and earn money online!
SUBMIT