Geoterminė energija

1.1    Geoterminės energijos chatakteristika

Geoterminė energija (geo-Žemė, thermos – šiluma, graik.)– atsinaujinanti šiluminė energija , akumuliuota žemės gelmėse. Šią energiją generuoja Žemės vidutiniuose sluoksniuose vykstantys branduoliniai ir gravitaciniai procesai. Žemės paviršiaus link ši energija sklinda kondukcijos ir konvekcijos būdu arba dėl skystos magmos, kylančios iš giliųjų sluoksnių , intruzijos į Žemės plutą.

Žemės energijos panaudojimas yra labai įvairus – gali tenkinti centralizuotų ir pavienių vartotojų poreikius, suteikti jiems komfortą ir nekenkia aplinkai. Žemės energiją galima paversti šiluma arba elektra, rasti būdų kompleksiškam hidrosferos išteklių pritaikymui, ypač gydymo, poilsio ir sveikatos profilaktikos srityje, žemės ūkyje, pramonėje, kelių, lėktuvų nusileidimo takų sniego – ledo tirpinimui ir kitur.

1.2    Geoterminių išteklių klasifikacijos

Pagal Tarptautinės geoterminių išteklių tarybos klasifikaciją skiriamos 5 rūšys:

1. Hidroterminė;
2. Geologinio slėgio;
3. Magmos;
4. Karštų sausų uolienų;
5. Žemės.

Geoterminės energijos panaudojimo technologijos priklauso nuo to, kokių parametrų yra pasiekiamas geoterminis vanduo.Pagal temperatūros lygį visos geoterminės energijos panaudojimo technologijos skirstomos į tris grupes:

1. Aukštos temperatūros technologijos (> 150 laipsnių C )
2. Vidutinės temperatūros technologijos ( 100-150 laipsnių C)
3. Žemos temperatūros technologijos (30-100 laipsnių C)

Pagal panaudojimo sritį tos pačios technologijos skirstomos į 4 grupes:

1. Elektros energijai gaminti;
2. Tiesiogiai šildyti;
3. Šildymui naudojant šilumos siurblius;
4. Kitoms reikmėms.

1.3    Aukštos temperatūros technologijos

Jeigu geoterminis vanduo karštesnis nei 150 °C, jis gali būti panaudotas elektros energijai gaminti. Daugelyje pasaulio šalių ( JAV, Filipinai, Italija…), turinčiose geoterminio vandens temperatūrą aukštesnę kaip 150 °C, geoterminė energija panaudojama tiesiogiai priešslėgio ir kondensacinėse oro turbinose, kurios suka elektros generatorius ir gamina elektros energiją.

Pirmoji geoterminė turbina naudojant tiesiogiai sausą geoterminį garą buvo pastatyta 1904 m Lardarelle , Italijoje.

Princas Piero Ginori Conti išbandė pirmąjį geoterminį generatorių 1904 metų liepos 4 dieną Italijoje Larderello sausų garų lauke. Plačiausia geoterminės energijos jėgainių grupė pasaulyje yra JAV geotermijos laukų Kalifornijoje vietovėje The Geysers. Filipinai ir Islandija yra vienintelės šalys, generuojančios reikšmingą dalį jų elektros gamybos panaudojant geoterminę energiją. Abiejose šalyse 15-20% enegijos gaunama iš geoterminių jėgainių. 2008 metais pasaulyje geoterminė energija sudarė 1%. Labiausiai paplitusios geoterminės jėgainės  (dvinarės jėgainės) yra uždaro ciklo veikimo ir neišskiria šiltnamio dujų; geoterminė energija yra prieinama 24 valandas per parą su 90% naudingumu (palyginus su 75% anglį deginančiomis jėgainėmis).

Kai iš gręžinio gaunamas aukštos temperatūros vanduo (>150 °C), naudojama kiek kitokia technologinė schema. Iš gręžinio pirmiausiai tiekiamas į garo turbiną , o neišgaravusio vandens likučiai nusėda separatoriaus dugne, iš kur jis tiekiamas tiesioginiams karšto vandens vartotojams.Panaudoto garo kondensato dalis tiekiama karšto vandens vartotojams.Likusi dalis grąžinama atgal į geoterminio vandens sluoksnį.

Jeigu geoterminis vanduo yra 100- 150 °C temperatūros , tokio vandens garų parametrai nėra pakankami tiesiogiai naudoti garo turbinai sukti. Tokiu atvėju panaudojamas tarpinis uždaras kontūras  su cirkuliuojančiu skysčiu, turinčiu žemesnę virimo temperatūrą negu vanduo. Šio kontūro skysčiui šilumą geoterminis vanduo atiduoda per šilumokaitį.Tokiu būdu vanduo cirkuliuoja uždaru kontūru ir neturi atviro kontakto su tarpinio kontūro skysčiu.

1.1    Vidutinės temperatūros technologijos

Karštas 50-100°C temperatūros vanduo , trykštantis iš požeminių sluoksnių, gali būti tiesiogiai naudojamas patalpoms šildyti, daržininkystei, žuvims auginti ir t.t.

Tačiau tiesioginį geoterminės energijos naudojimą riboja daugelis techninių ir ekonominių sąlygų.Viena jų –tiksliai prognozuoti geoterminio vandens formaciją ir galimą vandens srautą be didelių investicijų reikalaujančių gręžinių beveik neįmanoma. Kita – geoterminės energijos rinkos spartesniam plitimui trukdo ir informacijos stoka, rizikos faktorius, finansavimas, aplinkosaugos reikalavimai.

1.2    Žemos temperatūros technologijos

Žemos temperatūros ( <50°C ) geoterminę energiją tiesiogiai naudoti nėra efektyvu. Todėl, siekiant padidinti naudojimo efektyvumą ir išplėsti taikymo diapazoną , pasitelkiami geoterminiai šilumos siurbliai. Jis veikia tuo pačiu principu, kaip ir namų šaldytuvas – paima šilumą iš geoterminio šaltinio ir ją atiduoda šildomai aplinkai: šildomam orui ar šildomam vandeniui.

1.3     Geoterminė energija Lietuvoje

Stambios Žemės plutos struktūros – Rytų Europos platformos, kurios pietvakarinėje dalyje yra Lietuva, didesnėje teritorijoje palyginti žemas geoterminio lauko intensyvumas ir dideliuose plotuose mažai kinta parametrai (tai daugiausia 40–50 mW/m² šilumos srauto intensyvumo plotai). Tačiau šiame fone išsiskiria labai retos dviejų kategorijų sritys – mažareikšmės anomalijos ir ypač intensyvaus šilumos srauto sritys, kurių dauguma sutampa su anksčiau egzistavusiomis tektoninėmis struktūromis ir jų atsinaujinusiomis dalimis.

Viena tokių – pakankamai stambi, o kartu ir intensyviausia Baltijos anomalija (jos plotas pagal 50 mW/m² intensyvumą didesnis kaip 90 tūkst.km²). Ši geoterminė anomalija, kurios sudėtyje yra ir Vakarų Lietuvos teritorija, išplitusi Vakarų Lietuvoje ir Baltijos jūros akvatorijoje, taip pat Kaliningrado srities šiaurės vakarų dalyje iki Elando ir Gotlando salų Švedijoje ir į pietvakarius nuo jų.

Kiekvienas kvadratinis metras Žemės paviršiaus nuolat išspinduliuoja apie 0,06 W šilumos. Tai per mažas kiekis, kad jį pajustų žmogus. Tačiau visa mūsų planeta kasmet praranda per 2.8×10¹⁴ kWh šilumos energijos, kylančios iš jos gelmių. Esant tokiam tempui, Žemė iki tarpplanetinės erdvės temperatūros turėtų ataušti per 200 mln. metų. Bet faktas, kad Žemei 4,5 mln. metų rodo, jog energija joje išsiskiria skylant radioaktyviems izotopams. Taigi galime teigti, kad geoterminė energija – tai branduolinės energetikos atmaina.

Anomalus (padidėjusio intensyvumo) Vakarų Lietuvos geoterminis laukas leidžia šiame regione panaudoti 75–90°C temperatūros kambro vandeningų sluoksnių ir 100–145°C temperatūros kristalinio pamato (slūgsančio 2,5–>4,5 km gylyje ) šilumą elektros energijos gamybai panaudojant naujausią „Kalina“ ciklo technologiją. Geoterminės energijos ištekliai Vakarų Lietuvoje dideli. Vien tik kambro hidrogeoterminio komplekso ištekliai didesni kaip 5.1×10⁹ GJ. Manoma, kad viena pora gręžinių vidutiniškai gali duoti 5 MW galingumą ir tarnauti 10–20 metų.

Geoterminės energijos panaudojimo darbai Vydmantų daržininkystės ūkyje prasidėjo 1989 m. Išgręžti du gręžiniai į kambro vandeningą horizontą, gautas ~74^oC vanduo. Produktyvaus horizonto filtracinės savybės problematiškos, kadangi kolektorius plyšinis-porinis. Tokio tipo kolektoriuose nėra įrengtų geoterminių jėgainių. Vydmantų objekto užbaigimas ir eksploatavimo patirtis galėtų būti naudinga ne tik Lietuvai, bet ir kitoms šalims, turinčioms panašius kolektorius.

Antrasis bandymas panaudoti geoterminę energiją – tai Klaipėdos parodomoji katilinė.Geoterminės šilumos įmonės projektavimas (1998–2000 m.)

Bendrovė „Sweco“ buvo pasamdyta geoterminės šilumos įmonės, kuri buvo pastatyta prie Lypių katilinės, netoli Klaipėdos, projektui. Jėgainės geoterminę dalį projektavo Danijos valstybinės kompanijos „Dong“ specialistai. Geoterminės šilumos projektinis galingumas yra 19,5 MW, o bendras šiluminis galingumas siekia 51 MW. Įmonė yra prijungta prie Klaipėdos miesto centrinių šilumos tinklų. Geoterminio vandens temperatūra siekia 39–40 °C. Kiekvieną valandą yra paimama 700 m³ geoterminio vandens. Įmonėje taip pat yra aukštos temperatūros (150–175 °C) vandens katilinė, kurios bendras
Vilkaviškio balneologinis geoterminis projektas. Šio projekto įgyvendinimas išplėstų Žemės energijos pritaikymą ne tik šildymo reikmėms, bet ir gydymui bei sveikatos stiprinimui.
Baisogalos geoterminis projektas galėtų būti orientuotas ne tik šilumos poreikio padengimui, bet ir eksperimentiniam pritaikymui, pvz. linų perdirbimui, grūdų, medienos džiovinimui, pieno pasterizavimui, žuvivaisai ir kt.

Yra dar daug galimybių ir variantų geoterminei energijai Lietuvoje panaudoti. Atlikti labai originalūs vertinimai, kaip iš geoterminės energijos gauti elektros energiją. Apskaičiuota, kaip Klaipėdos miestą aprūpinti žemės gelmių elektros energija. Be to, dar daug kur kitur galima pritaikyti geoterminę energiją: maistui konservuoti, pienui pasterizuoti, cementui džiovinti, organinėms medžiagoms, žolei, daržovėms, žuviai džiovinti, ledui greitai tirpinti (šia galimybe galėtų pasinaudoti oro uostai lėktuvų nusileidimo takų priežiūrai žiemos metu), grybams auginti, dirvai šildyti, žuvims veisti ir auginti bei kitur.

Ko trūksta, kad ši energija pradėtų tarnauti žmonėms? Pirmiausia, turi būti pakeistas nusistovėjęs stereotipas esą Lietuva turinti ribotus vietinius energijos išteklius, yra labai priklausoma nuo jų importo. Nacionalinėje energetikos strategijoje turi būti numatyta, kaip pereiti prie energijos alternatyvų, iš kurių viena ir yra geoterminė energija.

1.1    Aplinkosauginiai ir ekonominiai aspektai

Geoterminės energijos vartojimas iš esmės sumažina sieros dioksido ir anglies dioksido emisiją į atmosferą, palyginti su įprastiniu organiniu kuru. Jos vartojimas leidžia daug paprasčiau kontroliuoti ir valdyti dujų emisiją.

Palyginus įvairių kuro rūšių dujų emisijas, dar neįvertinta , kad išgaunant gamtines dujas bei naftą ir ją apdorojant , taip pat galima teršiančiųjų dujų emisija.

Kai kurių geoterminio vandens sluoksnių vanduo turi nemažai įvairių ištirpusių, korozijai aktyvių druskų priemaišų , kurios, neatsargiai elgiantis, gali užteršti dirvožemį, drenažo sistemas ir gruntinius vandenis.

Remiantis keleto eksploatuojamų telkinių su injekciniais gręžiniais patirtimi, yra apskaičiuota (Megel, Rybach 1999), jog žemos temperatūrų geoterminių sistemų gyvavimo ciklas gali trukti daugiau nei 150 metų, jeigu bus periodiškai stabdoma atsinaujinti.

Didelis privalumas,kad geoterminė energija tiekiama ištisas 24 valandas per parą, nepriklausomai nuo metų sezono.

Energijos gamybos kaštai iš geoterminių šaltinių dabartiniu metu yra konkurencingi, kai kuriais atvejais šiek tiek didesni, palyginti su energijos gamyba iš įprastinių energijos šaltinių. Iki 2010 m.prognozuojama nežymi geoterminių elektrinių evoliucija.

9.Lentelė:  Geoterminių elektrinių ekonominių it techninių rodiklių evoliucija.