Szukając elektrowni geotermalnych, powinieneś wziąć pod uwagę kilka cech. Na przykład, istnieją dwa rodzaje elektrowni geotermalnych: wysokotemperaturowe i zdominowane przez ciecz. Powinieneś również zdawać sobie sprawę z ograniczeń środowiskowych elektrowni geotermalnych. Po przeczytaniu tego artykułu będziesz miał lepsze pojęcie o cechach elektrowni geotermalnej.
Elektrownie parowe flash
Elektrownie parowe flash w elektrowniach geotermalnych wykorzystują gorącą wodę z ziemi do produkcji energii z pary wodnej. Płyn geotermalny jest w stanie ciekłym, gdy przechodzi przez separator flash, a następnie rozpręża się tworząc nasycone pary, które są podawane do turbiny parowej. Płyn wraca następnie do zbiornika geotermalnego. Para rozpręża się i chłodzi, napędzając turbiny, które obracają generator.
Proces flashowania jest ważny w elektrowniach geotermalnych. Ciśnienie cieczy geotermalnej odgrywa znaczącą rolę w określaniu ilości pary wytwarzanej podczas procesu flashingu. Wraz ze wzrostem ciśnienia cieczy geotermalnej ilość wytwarzanej pary jest większa. Efekt wzrostu ciśnienia płynu geotermalnego podczas procesu flashingu przedstawiono na rys. 11. Przy zwiększonym ciśnieniu w stanie f2 produkcja energii elektrycznej netto QFPP wzrasta o 124,6 kW, a szybkość produkcji wodoru wzrasta o 3,2 L/s.
Całkowity koszt elektrowni dwupłomieniowej maleje wraz ze wzrostem udziału mocy z każdej z elektrowni. Elektrownia jednopłomieniowa pokrywa około 60% całkowitego zapotrzebowania na moc; elektrownia dwupłomieniowa pokrywa ponad 91%. Całkowity koszt elektrowni dwulampowej wynosi 776 milionów dolarów.
Elektrownie dwupłomieniowe wykorzystują dwa różne separatory pary. Pierwszy z nich to separator poziomy. Drugi wykorzystuje separator pionowy. Tak rozdzielona para jest wykorzystywana w trzecim stopniu. Odseparowana para kierowana jest następnie do turbiny parowej.
Zbiorniki geotermalne zdominowane przez ciecz
Zbiorniki geotermalne zdominowane przez ciecz są korzystniejsze dla elektrowni geotermalnych niż te zdominowane przez parę. Zbiornik geotermalny zdominowany przez ciecz ma stosunkowo niską odpowiedź elektrooporową, niższą temperaturę i niską aktywność sejsmiczną. Taki zbiornik geotermalny znajduje się zwykle głębiej niż 280°C, a jego skład chemiczny jest typowo ciekły.
W celu rozwoju energetyki geotermalnej ważne jest zrozumienie zbiorników geotermalnych i ich warunków termodynamicznych. W zbiorniku geotermalnym zdominowanym przez ciecz woda nie wyparowała, ale nadal znajduje się pod ciśnieniem. Ta gorąca woda jest przesyłana rurociągami do separatorów w celu przekształcenia jej w parę. Para ta jest następnie wykorzystywana do napędzania turbogeneratorów, które produkują energię elektryczną. Może być również wtłoczona z powrotem do zbiornika geotermalnego.
Systemy zbiorników geotermalnych zdominowanych przez ciecz są trudniejsze do zagospodarowania, ale są możliwe do zagospodarowania. Przykładem takiego zbiornika jest Elmworth Basin, w kanadyjskich Górach Skalistych. Charakteryzuje się on systemem hydrotermalnym z piętrowo ułożonymi, przepuszczalnymi i płytko opadającymi formacjami geotermalnymi. W basenie Elmworth, odnoga gazu znajduje się na głębokości około 600 m. Górny interfejs gaz/woda w tym systemie znajduje się blisko regionalnego trendu hydrostatycznego.
Wstępna charakterystyka złoża jest trudna, ponieważ systemy geotermalne są często złożone. Jest to szczególnie prawdziwe w kompresyjnych łukach wulkanicznych, takich jak Południowa Strefa Wulkaniczna. Pomimo tych wyzwań, kilka projektów osiągnęło etap rozwoju, w tym El Tatio, Cerro Pabellon i Chachimbiro.
Elektrownia geotermalna wykorzystująca zbiornik geotermalny zdominowany przez ciecz ma wysokie temperatury. Te zbiorniki geotermalne zawierają płyny solankowe, które są ogrzewane w wysokich temperaturach i ciśnieniach. Strumienie ciepła wytwarzane przez te systemy mogą wynosić nawet 500 MWth. Mają one również niski potencjał zanieczyszczenia, ze względu na obecność pary przegrzanej.
Zasoby wysokotemperaturowe
Energia geotermalna jest odnawialnym źródłem energii wytwarzanym ze zbiorników gorącej wody głęboko pod powierzchnią Ziemi. Jej zwiększone wykorzystanie może potencjalnie zmniejszyć zużycie paliw kopalnych na świecie i zredukować emisję gazów cieplarnianych. Niniejszy przewodnik omawia tradycyjne i nowsze technologie geotermalne, ich korzyści oraz politykę związaną z ich szerszym zastosowaniem.
Zasoby geotermalne mogą zapewnić stabilne i stałe dostawy ciepła. Mają również wysoki współczynnik wydajności. Ten współczynnik wydajności jest miarą dostępności zasobu. Ponieważ technologia produkcji geotermalnej jest dojrzała, temperatury źródeł geotermalnych są stałe i nie podlegają wahaniom sezonowym. Typowa temperatura źródła geotermalnego wynosi 70-90 stopni Celsjusza w większości obszarów świata. Ten zakres temperatur jest idealny do wytwarzania energii elektrycznej i zastosowania ciepła procesowego.
Energia geotermalna pochodzi z ciepła uwięzionego pod powierzchnią Ziemi w wyniku aktywności wulkanicznej i rozpadu radioaktywnego minerałów. Większość zasobów wysokotemperaturowych znajduje się w pobliżu granic płyt tektonicznych. Chociaż występują one przede wszystkim w ciepłych i suchych regionach, można je również znaleźć w obszarach zimnych. W niektórych miejscach temperatura gruntu jest stale niższa od średniej rocznej temperatury powietrza (MAT).
Elektrownie parowe flash działają poprzez wykorzystanie ciepła ze zbiorników geotermalnych do produkcji pary. Elektrownie parowe flash są najczęściej stosowane w elektrowniach geotermalnych i mogą być bardziej wydajne niż wersja z parą suchą. Wykorzystują one wysokociśnieniowe zbiorniki geotermalne do pozyskiwania energii. Gorąca woda jest pompowana do zbiornika na powierzchni, gdzie jest utrzymywana pod niższym ciśnieniem. Wytworzona w tym procesie para wodna napędza turbinę, która z kolei napędza generator.
Gdy temperatura zbiornika gorącej wody nie jest wystarczająco wysoka, aby wytworzyć parę, stosuje się elektrownię pracującą w cyklu binarnym. W tej metodzie woda o niższej temperaturze jest wykorzystywana do podgrzewania innego płynu, który rozszerza się po podgrzaniu. Płyn ten jest następnie chłodzony i zawracany do zbiornika. Elektrownie geotermalne są wykorzystywane w wielu miejscach na świecie. W Stanach Zjednoczonych jedne z najbardziej znanych zasobów znajdują się w Teksasie i zachodnich stanach.
Ograniczenia środowiskowe
Geotermiczna produkcja energii elektrycznej polega na wykorzystaniu gorącej wody spod powierzchni ziemi do wytwarzania energii elektrycznej. Metoda ta nie jest jednak pozbawiona problemów środowiskowych, ponieważ może powodować wzrost temperatury wody i emisję gazów cieplarnianych. Istnieją również ograniczenia środowiskowe związane z wytwarzaniem energii elektrycznej metodą geotermalną, zwłaszcza jeśli elektrownia geotermalna jest duża.
Chociaż elektrownie geotermalne zazwyczaj emitują bardzo mało zanieczyszczeń, ich budowa wymaga rozległych terenów. Wymagają terenu pod odwierty, wieże chłodnicze i rozdzielnię elektryczną. Wszystkie te elementy pochłaniają dużą część całkowitej powierzchni elektrowni. Pole Cerro Prieto zajmuje około 540 ha.
Innym ważnym aspektem wytwarzania energii geotermalnej jest ilość wody potrzebnej do tego procesu. Woda geotermalna może mieć tylko 70 stopni Celsjusza i mniej. Jeśli będzie chłodniejsza, ciśnienie w odwiertach spadnie. Z tego powodu zbiornik musi być odpowiednio oddalony od odwiertów produkcyjnych. Objętość wody potrzebnej do utrzymania pełnego zbiornika zależy od wielkości zakładu. Istnieją jednak pewne technologie, które zmniejszają zapotrzebowanie na czystą wodę przy wytwarzaniu energii geotermalnej.
Ograniczenia środowiskowe elektrowni geotermalnej są różne w zależności od zastosowanej technologii konwersji i technologii chłodzenia. Wpływ na środowisko może obejmować wykorzystanie terenu i skutki mikroklimatu, wpływ na florę-faunę i różnorodność biologiczną, a także emisje do powietrza, zanieczyszczenie gleby i zwiększony hałas. Ponadto skutki środowiskowe produkcji energii geotermalnej mogą mieć wpływ na społeczności społeczne.
Kolejną kwestią jest dostępność energii geotermalnej. Podczas gdy energia geotermalna jest odnawialnym źródłem energii, nie jest ona szeroko dostępna na wielu obszarach, co sprawia, że energia geotermalna jest nieodpowiednia dla niektórych lokalizacji. Przykładem tego jest Islandia. Energia geotermalna zazwyczaj nie uwalnia gazów cieplarnianych, chociaż istnieją gazy uwalniane podczas kopania. Emisje są jednak niższe niż w przypadku paliw kopalnych.
Koszt kapitałowy
Koszt kapitałowy elektrowni geotermalnych to całkowity koszt projektu, obejmujący koszty nabycia i wiercenia. Koszty te są niwelowane w dolarach rzeczywistych i korygowane o inflację. Koszty operacyjne natomiast obejmują koszty osobowe, koszty ogólne i administracyjne, dostawy oraz konserwację urządzeń. Moc elektrowni mierzona jest w megawatach.
Elektrownia geotermalna może dostarczać czystą, odnawialną energię bez emisji gazów cieplarnianych. Jednak elektrownie geotermalne są drogie w budowie i nadają się przede wszystkim do dużych zastosowań użytkowych. Pomimo wysokich kosztów inwestycyjnych, elektrownie geotermalne mają stosunkowo długi okres zwrotu. Ponadto ich budowa wymaga znacznych nakładów na zagospodarowanie terenu i budowę rurociągów.
Koszt kapitałowy elektrowni geotermalnej wynosi około 5 milionów dolarów dla małej elektrowni, co obejmuje fazy projektowania, rozwoju i testowania. W przypadku większego projektu koszt ten może sięgnąć 200 milionów dolarów. Kolejnym istotnym kosztem związanym z elektrownią geotermalną jest konserwacja. Jednak dobrze zaprojektowana elektrownia może zminimalizować koszty utrzymania. Średni koszt utrzymania elektrowni geotermalnej wynosi około 0,02 USD za kilowatogodzinę.
Koszt początkowy elektrowni geotermalnej zależy również od wielkości działki. Na przykład mniejsze działki mogą pomieścić tylko jednostkę z pętlą pionową, podczas gdy do systemu z pętlą poziomą potrzebne jest minimum 0,25 akra ziemi. Kolejny czynnik wpływający na koszt kapitałowy elektrowni geotermalnej zależy od izolacji domu. Dobra izolacja może obniżyć koszt kapitałowy, podobnie jak mniejszy system geotermalny.
LCOE elektrowni geotermalnej jest znacznie niższy niż innych rodzajów źródeł energii. Całkowity koszt systemowy elektrowni geotermalnych szacuje się na około 44 USD za MWh, co jest najniższą wartością spośród wszystkich źródeł energii. Obejmuje to federalną ulgę podatkową w wysokości 1,9 centa za kilowatogodzinę.
