Továbbfejlesztett geotermikus rendszerek (EGS): meghatározás és működés
Továbbfejlesztett geotermikus rendszerek (EGS): innovatív módszerek a geotermikus megújuló energia kiterjesztésére és stabil villamosenergia-termelésre.
A továbbfejlesztett geotermikus rendszer (EGS) olyan geotermikus energiarendszer, amely akkor is képes elektromos energiát termelni, amikor a természetes földalatti víz nem áll rendelkezésre. Hosszú ideig geotermikus energiát csak akkor lehetett termelni, ha egy területen forró kőzetek, földalatti víz és kőzetrepedések voltak. Mostanában új módszereket hoznak létre ennek az energiaforrásnak a kinyerésére. Azokat a területeket, amelyeken esetleg energiát lehet termelni, az embereknek meg kell változtatniuk, hogy az energia hasznosíthatóvá váljon. Ezeknek a területeknek vagy földalatti vízre és/vagy a kőzetekben lévő repedésekre, vagy töréshálózatra lehet szükségük. A továbbfejlesztett geotermikus rendszerek lehetővé teszik, hogy a geotermikus energia a normál geotermikus területeken kívül, mint például az aktív lemezhatárok, kevésbé aktív területeken, mint például az Egyesült Államok nyugati része, legyen.
Mi az EGS és miért fontos?
Az EGS olyan technológiai megközelítés, amely a föld mélyében található hőt akkor is hozzáférhetővé teszi, ha a kőzet nem természetes módon áteresztő, vagy nincs elegendő földalatti víz. Ez azért fontos, mert jelentősen kiterjeszti a geotermikus energia hasznosításának földrajzi lehetőségeit: nemcsak a hagyományos, rendkívül áteresztő zónákon lehet energiát nyerni, hanem számos olyan területen is, ahol jelenleg olaj-, gáz- vagy szénbázisú energiatermelés dominál.
Hogyan működik az EGS?
Az EGS működése röviden három lépésre bontható:
- Fúrás: Mély termelő- és injektáló kutakat fúrnak a forró kőzetrétegekig (általában több kilométer mélységben).
- Stimuláció: A kőzetben mesterségesen megnövelik a repedések térfogatát és összeköttetésüket (hidraulikus, kémiai vagy termikus stimulációval), hogy kialakuljon egy jól áteresztő hőcserélő zóna.
- Áramoltatás és hőhasznosítás: Felszíni berendezéseken keresztül egy munkaközeget (például vizet vagy speciális folyadékot) juttatnak be az injektált kútba, az áramló közeg felveszi a kőzetek hőjét, majd a termelő kúton visszajut a felszínre, ahol a hőt turbinák vagy hőcserélők segítségével elektromos energiává vagy hővé alakítják.
Fő elemek és technológiák
- Kutak: legalább egy injektáló és egy termelő kút szükséges; komplex rendszerekben több kút és több áramlási útvonal is létrejön.
- Stimulációs módszerek: leggyakrabban hidraulikus repesztés (fracking) alkalmazható, de használhatnak vegyi anyagokat vagy hőkezelést is a repedéshálózat kialakítására és bővítésére.
- Munkaközeg: általában víz, de kutatják a közeget képező szénsav-dioxidot (CO2) is, mert az elméleti előnyei között szerepel a szén-dioxid megkötése és a jobb hőátadás.
- Erőmű-technológiák: alacsony és közepes hőmérsékletű rendszereknél gyakori a bináris ciklusú erőmű, míg nagyon magas hőmérséklet esetén használhatók flash-steam rendszerek.
- Monitoring és szabályozás: mikroseizmikus monitoring, nyomás- és áramlásmérés, kémiai elemzés a rendszer állapotának és biztonságának folyamatos ellenőrzésére.
Előnyök
- Alap- vagy bázisenergia: folyamatos, időjárástól független termelés.
- Alacsony üvegházgáz-kibocsátás a fosszilis energiahordozókhoz képest.
- Kisebb területi igény és helyi energiaforrásként a hálózati függőség csökkentése.
- Lehetőség a geotermikus források nagyobb térségi kiterjesztésére, így új régiók számára is elérhetővé válik a geotermikus energia.
Kihívások és kockázatok
- Indukált szeizmicitás: a mesterséges stimuláció földrengéseket idézhet elő; emiatt elengedhetetlen a gondos helyszínválasztás, a folyamatos monitoring és a szabályozott stimulációs stratégiák alkalmazása. A svájci Basel projekt példája jól ismert, ahol a munkálatok 2006-ban felfüggesztésre kerültek a szeizmikus események miatt.
- Technikai és költségbeli kihívások: mélyfúrások költségesek, és a technológia jelenleg magas kezdeti beruházást igényel.
- Vízkezelés és korrózió: a felszínre kerülő víz kémiai összetétele okozhat lerakódásokat (scaling) és korróziót a felszíni berendezéseken.
- Hőelhasználódás: ha a visszasajtolás és áramoltatás nincs jól megtervezve, a helyi kőzet gyorsabban lehűlhet, csökkentve a termelékenységet.
Alkalmazások és ismert projektek
Az EGS elsősorban elektromos energia előállítására alkalmas, de közvetlen hőhasznosításra és távfűtésre is használható. Néhány ismert kutatási és demonstrációs projekt:
- Fenton Hill (USA) – korai kísérleti projekt, amely jelentősen hozzájárult az EGS technológiák fejlesztéséhez.
- Soultz-sous-Forêts (Franciaország) – európai demonstrációs helyszín több évtizedes kutatással és fejlesztéssel.
- Cooper Basin / Habanero (Ausztrália) – kereskedelmi demonstrációkra irányuló projekt, amely a kihívások és lehetőségek gyakorlati vizsgálatára szolgál.
Jövő és kutatási irányok
A kutatások célja az EGS hatékonyságának növelése és a kockázatok csökkentése. Folyamatban vannak munkák a kevésbé invazív stimulációs módszerekről, összetettebb geofizikai modellezésről, jobb monitoring-rendszerekről és alternatív munkaközegek (például CO2) alkalmazásáról. A szabályozás és a közösségi elfogadás szintén kulcsfontosságú tényezők a széles körű elterjedéshez.
Összefoglalva: az EGS egy ígéretes technológia, amely lehetővé teszi a geotermikus energia hasznosítását olyan területeken is, ahol a természetes adottságok önmagukban nem elegendők. Megfelelő műszaki megoldásokkal, monitoringgal és szabályozással jelentős szerepe lehet a tiszta energiák jövőjében, ugyanakkor a környezeti és társadalmi kockázatokat tudatosan kezelni kell.
Továbbfejlesztett geotermikus rendszer
Folyamat és fejlesztés
- A földterületet fel kell mérni
- milyen a föld alatti kőzetek [hőmérséklete]?
- van-e jó töréshálózat?
- van-e ott víz, ami természetes módon van ott?
- mi szükséges egy működő EGS létrehozásához
- Szükséges változtatások elvégzése a rendszerben
Ahhoz, hogy a forró kőzetekhez eljussunk, 1000 méter mélyen a földfelszín alá kell óvatosan lyukakat ásni. A kutak nem lehetnek 40 méteren belül egymástól, így nem lehet hőátadás a kutak között. Ezután a lyukakba ellenőrzött, tudományosan meghatározott sebességgel vizet öntik le a töréshálózat létrehozásához és az energiatermeléshez való felhasználáshoz. A repedések vagy törések a fracking vagy a repedéseknek a víz nyomása miatti kényszerű újranyitása révén jönnek létre, ami kis, a felszínen ritkán érzékelhető szeizmikus eseményeket okoz. Ha elég jó repedésrendszer jött létre, akkor a felmelegített vizet a termelő kútból az erőműbe lehet szivattyúzni, hogy a kiválasztott energia kitermelési folyamatban felhasználják, és újra átjárható legyen. Annak érdekében, hogy növeljék annak valószínűségét, hogy a víz a termelő kút irányába áramlik, mikrofurat-tömböket lehet fúrni, hogy nagyobb legyen a valószínűsége annak, hogy a repedések az energiatermeléshez szükséges megfelelő útvonalon kapcsolódnak össze. Ezek a lyukak kevesebb, mint 4 hüvelyk szélesek, és a vizet hozzáadó kutakból és a vizet kivonó kutakból nyúlnak ki.
- Erőmű üzemeltetése és karbantartása
Zöld energia
Régi kút újrahasznosítása
A geotermikus rendszereket a régi olaj- és gázkutak geotermikus célú újrahasznosításával is lehet fejleszteni. Olcsóbb ezeket a kutakat hőbányászat céljából kicserélni, mint új lyukakat fúrni. Ezek a kutak nem teszik lehetővé a víz és a hőforrás közötti fizikai érintkezést. Ezek a kutak két hengerből állnak: egy nagyobb és egy kisebb hengerből. A kisebbik a nagyobbik belsejébe illeszkedik, és ebből szivattyúzzák ki a felmelegített vizet. A víz a belső és a külső cső bélése közé kerül. A forró kőzetekkel való közvetlen kapcsolat hiánya, valamint a jó szigetelőanyag hiánya miatti hőveszteség miatt az energiatermelés nem olyan magas, mint a hagyományos geotermikus rendszerek esetében.
Zöldházgáz-kibocsátás
Egyesek szerint ez az energiaforma az egyik legzöldebb alternatív energiaforrás. Tanulmányok szerint a geotermikus energiatermelés három módja közül kettő, a villámgőz és a szárazgőz a fosszilis tüzelőanyagok által kibocsátott üvegházhatású gázok kevesebb mint 7%-át bocsátja ki. A harmadik módszer, az úgynevezett zárt, kétciklusú rendszer szinte nulla üvegházhatású gázt bocsát ki). Az EGS leginkább károsanyag-kibocsátással járó része az, amikor a fúrókat dízelüzemanyaggal hajtják. Az EGS életciklus-elemzéssel kapcsolatos kutatások kimutatták, hogy ennek jó korrekciója az lenne, ha a fúrót az elektromos hálózatra kötnék, csökkentve a GEP erőművek amúgy is minimális hatását az emberi egészségre, az éghajlatváltozásra és az ökoszisztéma minőségére. A támogatók azt is állítják, hogy mivel a geotermikus energiarendszerek nem függnek az időjárás változásától, megbízhatóbb, állandó energiatermeléssel rendelkező energiaforrásról van szó.
Amerikai részvétel
Az USA rendelkezik a világ legnagyobb potenciális geotermikus energiatartalékával, mégis a teljes energiafelhasználás mindössze 4%-a (15 milliárd kWh) származik GEP-ből. Kaliforniában van a legtöbb geotermikus hőszivattyú a geotermikus energiát használó kilenc állam közül. Hawaii energiájának 20%-át geotermikus erőművekből nyeri. A geotermikus energiával kapcsolatos ismeretek nem eléggé ismertek. Ez nagyon megnehezíti a kutatásra és fejlesztésre szánt pénz megszerzését. A fejlesztők arról is ismertek, hogy nehezen kapnak engedélyt a közterületeken történő fúrásra, és nehezen jutnak finanszírozáshoz mind a szövetségi kormánytól, mind külső érdekeltségektől. Van azonban két olyan projekt, amelyet a szenátus jóváhagyott, hogy segítsen az EGS-nek kilépni a kísérleti szakaszból.
1990-ben a jogszabályok ösztönzőket hoztak létre az ipar fejlesztésére. Ezt a 2005-ös energiatörvény és a 2007-es energiafüggetlenségi és biztonsági törvény próbálta meg elérni a kiadott adókedvezményekkel és a szenátus által támogatott kutatási és fejlesztési programok létrehozásával.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a fokozott geotermikus rendszer (EGS)?
V: A fokozott geotermikus rendszer (EGS) olyan geotermikus energiarendszer, amely akkor is képes elektromos energiát termelni, ha nincs természetes földalatti víz.
K: Mi szükséges a hagyományos geotermikus energiarendszerek energiatermeléséhez?
V: A hagyományos geotermikus energiarendszerekhez forró kőzetekre, földalatti vízre és a kőzetekben lévő repedésekre van szükség, amelyek mind együttesen, egy területen termelnek energiát.
K: Milyen előnyei vannak a továbbfejlesztett geotermikus rendszereknek?
V: A továbbfejlesztett geotermikus rendszerek lehetővé teszik a geotermikus energia előállítását olyan területeken is, ahol nincsenek természetes földalatti vízforrások és kőzetrepedések. Ezáltal bővülnek a geotermikus energia előállításának területei.
K: Használhatók-e a továbbfejlesztett geotermikus rendszerek olyan területeken, ahol nincsenek természetes felszín alatti vízforrások?
V: Igen, a továbbfejlesztett geotermikus rendszerek olyan területeken is használhatók, ahol nincsenek természetes felszín alatti vízforrások.
K: Mit kell az embereknek megváltoztatniuk ahhoz, hogy a területeket a fokozott geotermikus rendszerek számára használhatóvá tegyék?
V: A fokozott geotermikus rendszerekhez használható területeket az embereknek meg kell változtatniuk, hogy földalatti víz vagy a kőzetekben lévő töréshálózat vagy mindkettő megtalálható legyen.
K: Hol használhatók fokozott geotermikus rendszerek a normál geotermikus területeken kívül?
V: A továbbfejlesztett geotermikus rendszerek a kevésbé aktív területeken, például az Egyesült Államok nyugati részén, a normál geotermikus területeken kívül, például az aktív lemezhatárokon kívül is használhatók.
K: Mit lehet előállítani a fokozott geotermikus rendszerekkel?
V: A továbbfejlesztett geotermikus rendszerek elektromos energiát termelhetnek.
Keres