Eksploatacja energii geotermalnej

W obliczu wyczerpania się nieodnawialnych źródeł energii ludzkość stanęła przed zadaniem znalezienia nowych źródeł energii. Konwencjonalne zasoby energii są zużywane w coraz szybszym tempie, ponieważ potrzebuje ich powiększająca się grupa państw rozwiniętych i rozwijających się. Jednocześnie to zwiększające się zużycie paliw kopalnych, jak ropa naftowa, gaz czy węgiel nieuchronnie prowadzi do ich deficytu, zanieczyszczenia środowiska i wzrostu kosztów wydobycia. Poszukiwania realnej alternatywy dla konwencjonalnych źródeł energii skierowały się ku energii odnawialnej. Jednym z jej rodzajów jest energia geotermalna (geotermiczna), czyli energia cieplna pochodząca z wnętrza Ziemi. Może być ona wykorzystywana bezpośrednio w układach centralnego ogrzewania jako podstawowe źródło energii cieplnej lub pośrednio do produkcji energii elektrycznej. Jest to opłacalne jedynie w przypadku źródeł wyjątkowo gorących. Jej wydobycie następuje za pomocą odwiertów geologicznych dokonywanych w rejonach hipertermicznych. Przede wszystkim są to obszary radiogeniczne, z dużą zawartością pierwiastków radioaktywnych, obszary wysokiego strumienia ciepła i punktowe źródła ciepła (zasoby magmy, wody geotermalne). Wykorzystanie energii geotermalnej jest bardzo kłopotliwe i kosztowne pod względem inwestycyjnym.

Czym jest energia geotermalna

Jednym z najgorętszych tematów, związanych z ekologicznym i ekonomicznym zarządzeniem zasobami energetycznymi, są możliwości wykorzystywanie energii geotermalnej. Jest to jedno ze źródeł energii odnawialnej, która miałaby zastąpić będące w powszechnym użytkowaniu zasoby konwencjonalne. Energia geotermalna (geotermiczna) jest to energia cieplna skał znajdujących się we wnętrzu Ziemi. Powstaje ona w procesie, w którym wody opadowe przenikają do wnętrza Ziemi, gdzie podgrzewane są do wysokich temperatur pod wpływem pokładów magmy. Ogrzana w ten sposób woda wydostaje się na powierzchnię jako gorąca woda lub para wodna. Nadaje się ona do bezpośredniego wykorzystania poprzez przesłanie jej do systemów ciepłowniczych lub też w sposób pośredni, odbierając ciepło w wymiennikach ciepłowni geotermalnej. Największym mankamentem w przypadku energii geotermalnej są trudności związane z jej wydobyciem. W celu jej wydobycia wykonuje się serię odwiertów, do których wtłaczana jest chłodna woda i odbierana gorąca po wymianie ciepła z gorącymi skałami. Głębokość geologicznych odwiertów jest uzależniona od głębokości źródeł geotermalnych. Im głębiej się one znajdują, tym mniej opłacalne wydobycie energii geotermicznej. Na świecie wykorzystuje się ją w 64 krajach, najbardziej w nią zasobna jest Islandia.

Słońce największą elektrownią

Konwencjonalne źródła energii były podstawą jej produkcji przez długie dziesięciolecia. Nadchodzące w tym względzie zmiany wywołało widmo kończących się zasobów paliw kopalnych oraz ich niekorzystny wpływ na środowisko podczas przetwarzania w energię elektryczną lub cieplną. Dzięki narastającej mobilizacji gospodarczej, wśród polityków i społeczeństw w wielu krajach rozwiniętych i rozwijających się, wzrosła rola energii odnawialnej jako źródła służącego do wytwarzania niezbędnej energii. W rezultacie odnawialne źródła energii mają coraz większą udział i obecnie pokrywają około 8,5% światowego zapotrzebowania na energię. W tym zestawieniu na pierwszym miejscu są energia wodna i wiatrowa, jednak dynamicznie zyskuje na znaczeniu energia słoneczna. W ostatniej dekadzie energetyka słoneczna rozwija się w tempie 40% rocznie i choć zaspokaja tylko 0,4% zapotrzebowania na energię elektryczną, to można spodziewać się, że jej udział będzie się nadal zwiększał. Jest to wyzywanie dla specjalistów od energetyki, biorąc pod uwagę to, że z jednej strony energia słoneczna jest najobfitszą energią dostępną na Ziemi a z drugiej jest energią najbardziej rozproszoną. Sprawia to, że koszty otrzymywania energii elektrycznej ze światła słonecznego są wielokrotnie wyższe niż przy wykorzystaniu innych źródeł energii.

Energia od Słońca

Na naszych oczach realizowane są pewne scenariusze rozwoju technologicznego, które do niedawna bardziej pasowały do filmów fantastycznonaukowych. Tak się właśnie dzieje z energetyką, która w coraz większym stopniu przestawiana jest z konwencjonalnych źródeł na metody pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych. Na ich czele pod względem ilości energii zaspokajającej globalne zapotrzebowanie jest energia wodna, która odpowiada za 75% energii z odnawialnych źródeł. Za to w pierwszej dekadzie XIX wieku intensywnie rośnie wykorzystanie energii wiatrowej i słonecznej, a ta ostatnia notuje średni roczny wzrost rzędu 40%. Obecnie łączna moc zainstalowanych baterii słonecznych wynosi 100 GW, co pozwala na zaspokojenie 0,4% światowego zaopatrzenia na energię elektryczną. Można uznać, że jest to wciąż stosunkowo niewiele, szczególnie biorąc pod uwagę, że energia słoneczna jest najbardziej dostępnym źródłem energii. Do powierzchni naszej planety dociera 86 tys. terawatów, co stanowi około 6 tys. razy więcej, niż wynosi całościowe zapotrzebowanie ludzkości na energię, wynoszące 15 terawatów. Warto zaznaczyć, że 1% energii słonecznej zamienia się w energię wiatrów, której potencjał to 900 terawatów. Energii słonecznej jest bardzo dużo, ale jest najbardziej rozproszona, co utrudnia jej wykorzystanie.

Szukaj energii w polu

Od kilku dekad obserwujemy próby przestawienia światowej gospodarki z konwencjonalnych metod pozyskiwania energii na energię odnawialną. Powody dla tych zmian są zarówno ekonomiczne jak i ekologiczne. Wiadomo już powszechnie, że ludzkość stoi przed koniecznością prowadzenia nowej polityki energetycznej, żeby zastąpić nieodnawialne źródła energii, które nieuchronnie się wyczerpują a ich przetwarzanie jest szkodliwe dla środowiska. Alternatywą jest energia odnawialna, a najbardziej intensywnie eksploatuje się energię wodną, która według różnych danych stanowi około 16% światowej produkcji energii elektrycznej na świecie. W porównaniu z tym wynikiem udział energii produkowanej z energii wiatrowej jest o wiele skromniejszy, obliczony na zaledwie 2,5% światowego zapotrzebowania. Energia elektryczna produkowana jest w tym przypadku za pomocą turbin wiatrowych. Turbiny te przekształcają prędkość wiatru na energię elektryczną za pomocą wiatraków wyposażonych w wirnik i generator prądu. Powstają one w miejscach charakteryzujących się odpowiednio wietrznymi warunkami. Wymagania pod tym względem są bardzo duże, minimalna średnia prędkość wiatru w ciągu roku to 5 m/s, w Polsce waha się ona od 2,8% do 3,8%. W niewielu miejscach wiatru jest odpowiednio dużo, by opłacało się budować tam elektrownie wiatrowe.

Wiatr napędza energię

Produkcja energii, elektrycznej lub cieplnej z odnawialnych źródeł energii zaspokaja już zauważalną część globalnego zapotrzebowania. Zaletą takich źródeł energii jest to, że są nie istnieje możliwość ich wyczerpania, jak to stanie się z konwencjonalnymi źródłami energii takimi jak paliwa kopalne. Co więcej, wykorzystywanie energii odnawialnej do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej nie powoduje negatywnych konsekwencji dla środowiska, przede wszystkim emisji spalin, zawierających gazy cieplarniane. Globalnie najwięcej energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych pochodzi z energetyki wodnej. Innym sposobem użytkowania energii odnawialnej, który uznaje się za bardzo perspektywiczny, jest pozyskiwanie jej z energii wiatrowej. Polega to na przekształcaniu energii kinetycznej wiatru w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych. Energia elektryczna produkowana z energii wiatrowej zaspokaja 2,5% światowego zapotrzebowania. Ludzkość próbowała spożytkować energię wiatru już w starożytności, gdy zaczęto wykorzystywać wiatraki do produkcji energii mechanicznej, potrzebnej do nawadniania pól lub napędzania młynów wiatrowych. Obecnie powstają farmy wiatrowe, na których instaluje się turbiny wiatrowe, potężne wiatraki z trzema łopatami. W Polsce najwięcej elektrowni wiatrowych jest na Pomorzu.

Potencjał energetyczny wody

Intensywny rozwój cywilizacyjny, jak jest naszym udziałem, wywołuje problem związany ze stale rosnącym zapotrzebowaniem na energię. Sposobem na jej pozyskiwanie jest spalanie paliw kopalnych oraz alternatywa dla nich, energia jądrowa. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z nieodnawialnymi źródłami energii, których zużywanie prowadzi nieuchronnie do tego, że kiedyś ich zabraknie, a ponadto skutkuje zanieczyszczeniem środowiska. Dlatego od kilku dekad coraz większą rolę zaczyna odgrywać energia ze źródeł odnawialnych, których wykorzystywanie nie prowadzi do deficytu i jest nieszkodliwe dla środowiska naturalnego. Jako energię odnawialną klasyfikuje się między innymi energię wodną, słoneczną, geotermalną, energię prądów morskich, wiatru lub biomasy. Z tej listy najważniejsza jest energia wodna, czyli inaczej mówiąc, energia mechaniczna płynącej wody, która wykorzystywana jest do produkcji energii elektrycznej. Jest to także najbardziej popularne źródło energii odnawialnej, na które przypada 75% z całości energii pochodzącej z tych źródeł. Energię wodną wykorzystuje się do produkcji energii elektrycznej w hydroelektrowniach zlokalizowanych zwykle na spiętrzeniach, powstałych dzięki zaporom wodnym oraz na górskich rzekach, gdzie spadek wody jest największy. Energia wodna to tanie i czyste źródło energii.

Energia w wodzie

Potrzeby energetyczne coraz bardziej się zwiększają, a wyczerpują się tradycyjne źródła, z których pozyskiwano energię, jak węgiel, ropa czy gaz. Eksperci uznają, że w ciągu paru następnych dziesięcioleci ludzkość osiągnie peak oil, czyli szczyt wydobycia ropy naftowej, po którym wydobycie ropy osiągnie maksimum i rozpocznie się spadek wydobycia. Tym bardziej wiec rządy państw rozwiniętych mobilizują środki, żeby lepiej wykorzystywać alternatywne, odnawialne źródła energii, do których należą wszystkie, których wykorzystywanie nie prowadzi do trwałego niedoboru. Dotyczy to przetwarzania energii promieniowania słonecznego, wiatru, energii geotermalnej, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek, oraz pozyskiwaną z biomasy i biogazu. Pozyskiwana w ten sposób energia może być energią elektryczną, ciepłem lub chłodem. Najbardziej intensywnie w skali świata wykorzystuje się energię wodną, związaną z grawitacyjną energią wody, przede wszystkim spadkami wód śródlądowych. Z tego źródła pochodzi 6,7% światowego zużycia energii, co stanowi aż 75% całości produkcji energii z odnawialnych źródeł. Energię wodną zazwyczaj przetwarza się na energię elektryczną w hydroelektrowniach, które buduje się na spiętrzeniach uzyskanych dzięki zaporom wodnym. Energia wodna jest zwykle dużo tańsza od węgla lub energii jądrowej.

By nie zabrakło energii

W mediach niemało słyszymy o konieczności wprowadzenia zmian w sposobie wytarzania i gospodarowania energią. Pojawiają się argumenty związane z tym, że użytkowanie takich źródeł energii jak ropa naftowa czy węgiel jest szkodliwe dla środowiska ze względu na emitowane przez to zanieczyszczenia, szczególnie gazów cieplarnianych. Ponadto wskazuje się, że paliwa kopalne, z których czerpiemy większość energii, mają skończone i nieodnawialne zasoby, dlatego ludzkość wkrótce stanie przed koniecznością przestawienia się na inne metody wytwarzania energii. Istnieje już dla nich alternatywa, którymi są odnawialne źródła energii. Pewne znane są już od kilku dziesięcioleci, jak to jest z hydroenergią, a niektóre są rozwijane od niedawna, jak technologie bazujące na energii słonecznej. Obecnie światowa produkcja energii ze źródeł odnawialnych pokrywa 8,5% potrzeb, z czego większość stanowi energia z elektrowni wodnych. W Polsce daleko do tych wyników, gdyż odnawialne źródła energii dostarczają 4% zapotrzebowania na energię, w większości jest to biomasa, w tym głównie drewno. Można to wyjaśnić tym, że w krajach, które stawiają na energię odnawialną jest więcej funduszy na rozwój jej infrastruktury, a temat ten od dawna jest obecny w dyskusjach publicznych. Polska energetyka wciąż bazuje na węglu.

Czym jest energia odnawialna

Ekologia nie jest zbiorem pięknych i szczytnych idei, ale oferuje szereg praktycznych rozwiązań, które mogą przynieść wiele korzyści środowisku i ludziom. Do takich rozwiązań należą odnawialne źródła energii, które wykorzystują w procesie przetwarzania siłę wiatru, promieniowanie słoneczne, spadki rzek, opady czy energię pozyskiwaną z biomasy. Ich wykorzystywanie nie wiąże się z długotrwałym deficytem, ponieważ ich zasób odnawia się w stosunkowo krótkim czasie. Ich przeciwieństwem są nieodnawialne źródła energii, do których należą paliwa kopalne. Globalna produkcja energii ze źródeł odnawialnych zaspokaja 8,5% zapotrzebowania, z czego większość przypada na energie wodną. W przypadku Polski z odnawialnych źródeł energii pochodzi około 4% zapotrzebowania na energię, przede wszystkim z biomasy, wiatru i hydroenergetyki. W ostatnich dekadach bardzo wzrosły światowe inwestycje w odnawialne źródła energii, w wielu krajach dopłaca się do nich pokaźne kwoty. W Polsce udział energii elektrycznej wytworzonej z energii odnawialnej w całkowitym zużyciu energii elektrycznej wzrósł trzykrotnie w 2010 r. w porównaniu z rokiem 2005. Duży wpływ na wykorzystanie energii odnawialnych źródeł ma ich koncentracja. Choć najobfitszym źródłem energii jest energia słoneczna, jest ona też na Ziemi najbardziej rozproszona.