Кіріспе

Жерде туындаған және сақталған жылу энергиясы, жер қойнауының тереңдігінде туындаған және сақталған жылу энергиясы.

Геотермальды энергия – Жер қыртысынан алынатын жылу энергиясы. Ол планетаның қалыптасуынан және радиоактивті ыдыраудан туындаған энергияны біріктіреді. Геотермальды энергия мыңдаған жылдар бойы жылу және/немесе электр энергиясының көзі ретінде пайдаланылып келеді. Мысалы, ыстық бұлақтардан алынатын геотермальды жылу палеолит дәуірінен бері моншақтану үшін, ал рим дәуірінен бері кеңістікті жылыту үшін қолданылып келеді. Геотермальды қуат (геотермальды энергиядан электр энергиясын өндіру) 20 ғасырдан бері қолданылуда. Жел және күн энергиясынан айырмашылығы, геотермальды станциялар ауа райына қарамастан, тұрақты жылдамдықпен қуат өндіреді. Геотермальды ресурстар теориялық тұрғыдан адамзаттың энергия қажеттіліктерін қамтамасыз етуге жеткілікті. Көбінесе тектоникалық плиталардың шекараларына жақын аймақтарда өндіріледі. Геотермальды қуатты өндіру құны 1980 және 1990 жылдары 25%-ға төмендеді. Технологиялық жетістіктер шығындарды төмендетуді жалғастырды, соның арқасында пайдалы ресурстардың көлемі ұлғайды. 2021 жылы АҚШ Энергетика министрлігі "қазіргі уақытта салынған" станциядан алынатын қуаттың шамамен 0,05 доллар/кВт⋅сағ құнында екенін бағалады. 2019 жылы әлем бойынша 13 900 мегаватт (МВт) геотермальды қуат қолданыста болды. 2010 жылға қарай қосымша 28 гигаватт жылумен жабдықталды, ол аудандық жылу беруге, кеңістікті жылытуға, шипажайларға, өнеркәсіптік процестерге, тұзсыздандыруға және ауыл шаруашылығына пайдаланылды. 2019 жылы бұл салада шамамен жүз мың адам жұмыс істеді. "Геотермаль" деген сөз грек тіліндегі γῆ (gê) – Жер және θερμός (thermós) – Ыстық деген сөздерден шыққан.

Тарих

Ыстық бұлақтар кем дегенде палеолит дәуірінен бері шомылу үшін қолданылып келеді. Ең ежелгі белгілі сусауыты Хуацинг Чи сарайының орнында. Біздің заманымыздың бірінші ғасырында римдіктер Аквае Сулисті, қазіргі Бат, Сомерсет, Англияны бағындырып, ондағы ыстық бұлақтарды қоғамдық моншаларды және еден астындағы жылу жүйесін қамтамасыз ету үшін пайдаланды. Бұл моншаларға төленген ақылар, геотермалды энергияның алғашқы коммерциялық қолданылуын білдіреді. Әлемдегі ең көне геотермалдық жылу жүйесі Франциядағы Шо-Айг қаласында 15 ғасырдан бері жұмыс істеп келеді. Өнеркәсіптік пайдаланудың алғашқы кезеңі 1827 жылы Италияның Лардерелло қаласында жанартау балшығынан бор қышқылын алу үшін гейзер буын қолданумен басталды. 1892 жылы Бойзе, Айдахо штатында АҚШ-тың алғашқы жылу жүйесі геотермалдық энергиямен қамтамасыз етілді. Ол 1900 жылы Орегон штатының Кламат-Фоллс қаласында қайталанды. Әлемде геотермалдық энергияны негізгі жылу көзі ретінде пайдаланған алғашқы ғимарат 1907 жылы Орегон штатының Юнион округіндегі Хот-Лейк қонақ үйі болды. 1926 жылы Бойзеде жылыжайларды жылыту үшін геотермалдық ұңғыма пайдаланылды, ал сол кезде Исландия мен Тосканадағы жылыжайларды жылыту үшін гейзерлер қолданылды. Чарльз Либ 1930 жылы үйін жылыту үшін алғашқы төменгі тесікті жылу алмастырғышын жасады. 1943 жылы Исландияда үйлерді жылыту үшін гейзер буы мен суы қолданыла бастады. [[Файл:геотермиялық қуаттылық.svg|thumb|left|Жаһандық геотермалдық электр қуаты. Жоғарғы қызыл сызық орнатылған қуатты, төменгі жасыл сызық іске асырылған өндірісті көрсетеді.] 1911 жылы әлемдегі алғашқы коммерциялық геотермалдық электр станциясы сол жерде салынды. Жаңа Зеландия 1958 жылы станция салғанға дейін ол геотермалдық энергияны өндіретін жалғыз өнеркәсіптік кәсіпорын болды. 2012 жылы ол шамамен 594 мегаватт қуат өндірді. 1960 жылы Pacific Gas and Electric компаниясы Калифорниядағы The Geysers орналасқан жерде АҚШ-тың алғашқы геотермалдық электр станциясын іске қосты. Бинарлық циклды электр станциясы алғаш рет 1967 жылы КСРО-да көрсетілді және 1981 жылы АҚШ-қа енгізілді. Бұл технология бұрынғыға қарағанда төмен температурадағы ресурстардан электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді. 2006 жылы Аляскадағы Чена Хот-Спрингс қаласында екілік циклды станция іске қосылды, ол рекордтық төмен температурадан электр энергиясын өндірді.

Геотермиялық жылу

Геотермалды жылыту – бұл ғимараттарды және адамдардың пайдалануына арналған суды жылыту үшін геотермалды энергияны қолдану. Адамдар бұл әдісті палеолит дәуірінен бері пайдаланып келеді. 2004 жылы шамамен 70 ел барлығы 270 ПДж геотермалды жылуды тікелей пайдаланды. 2007 жылы 28 ГВт геотермалды жылу жаһандық біріншілік энергия тұтынудың 0,07%-ын қамтамасыз етті. Бұл энергия жер астылық жылу сорғысы арқылы да алынуы мүмкін.

Гидротермиялық жүйелер

Гидротермиялық жүйелер табиғи гидротермиялық қоймаларды пайдалану арқылы геотермиялық энергияны өндіреді. Гидротермиялық жүйелер буға басымдық беретін немесе сұйыққа басымдық беретін түрде болады.

Бумен жұмыс істейтін өсімдіктер

Лардерелло және Гейзерлер бумен доминирленген. Бумен доминирленген участақтар 240-300 °C температурада қыздырылған бу шығарады.

Сұйық заттар басым өсімдіктер

Сұйық басымды қоймалар (LDR) көбінесе 300°C-тан жоғары температурада кездеседі және Тынық мұхитындағы/маңындағы жанартаулардың жанында, жарық аймақтарында және ыстық нүктелерде таралған. Осы көздерден электр энергиясын өндірудің ең көп қолданылатын тәсілі – бу станциялары. Құдықтан алынған бу станцияны қуаттандыруға жеткілікті. Көптеген құдықтар 2–10 МВт электр энергиясын өндіреді. Бу, циклондық бөлгіштер арқылы сұйықтықтан бөлініп, электр генераторларын іске қосады. Конденсатталған сұйықтық қайта қыздыру/қайта пайдалану үшін құдыққа қайтарылады. 2013 жылғы мәліметтер бойынша, ең ірі сұйық жүйе – Мексикадағы Серро Прието, ол 350 °C (662 °F) температурада 750 МВт электр энергиясын өндіреді. Төмен температуралы LDR (120–200 °C) сорғылауды қажет етеді. Олар созылатын жерлерде жиі кездеседі, онда жылу АҚШ-тың батысы және Түркия сияқты жарықтар бойымен терең айналым арқылы жүзеге асырылады. Су Ранкин циклындағы екі контурлы станциядағы жылу алмастырғыштан өтеді. Су турбинаны іске қосатын органикалық жұмыс сұйықтығын буландырады. Мұндай екі контурлы станциялар 1960 жылдардың соңында КСРО-да пайда болды және қазіргі станциялардың көпшілігінде қолданылады. Екі контурлы станциялардың зиянды шығарындылары жоқ.

Инженерлік геотермиялық жүйелер

Инженерлік геотермальдық жүйе – инженерлердің жасаған немесе жақсартқан геотермальдық жүйесі. Инженерлік геотермальдық жүйелер, табиғи гидротермальдық жүйелер ретінде жұмыс істеуге жеткіліксіз жарамайтын, мысалы, геотектің жеткіліксіз мөлшері немесе тау жыныстарының жеткіліксіз өткізгіштігі немесе кедір-бұдырлығы бар, ыстық тау жыныстары бар әртүрлі геотермальдық резервуарларда қолданылады. Инженерлік геотермальдық жүйелердің түрлері: күшейтілген геотермальдық жүйелер, жабық циклды немесе озық геотермальдық жүйелер, сондай-ақ кейбір супер ыстық тау жыныстары геотермальдық жүйелері.

Жеңілдетілген геотермиялық жүйелер

Күшейтілген геотермиялық жүйелер (EGS) суды құдықтарға жіберіп, қыздырып, содан кейін қайта шығарып алады. Су жоғары қысыммен жіберіледі, бұл қалыптасқан тау жынысының жарықтарын кеңейтіп, судың еркін ағуына жағдай жасайды. Бұл әдіс мұнай және газды жару (фрекинг) технологиясынан бейімделген. Геологиялық формациялар тереңде жатыр және зиянды химиялық заттар қолданылмайды, бұл қоршаған ортаға зиян тигізу мүмкіндігін азайтады. Оның орнына, жарықтарды ашық ұстап, ең жақсы ағын деңгейін қамтамасыз ету үшін құм немесе керамикалық бөлшектер сияқты тіреуші заттар пайдаланылады. Бұрғылаушылар қойманың көлемін ұлғайту үшін бағытталған бұрғылауды қолдана алады.

Әлеуметтік-экономикалық пайда

2024 жылдың қаңтар айында «Энергия секторын басқаруға көмек көрсету бағдарламасы» (ESMAP) «Геотермалды энергияны дамытудың әлеуметтік-экономикалық әсерлері» атты есебі жарияланды. Есеп геотермалды энергияны дамытудың маңызды әлеуметтік-экономикалық пайдасын көрсетеді, ол жел және күн энергиясымен салыстырғанда әлдеқайда жоғары, түрлі салаларда бір мегаваттқа шамамен 34 жұмыс орны құруға мүмкіндік береді. Есепте геотермалдық жобалардың тәжірибелік оқыту және формалды білім беру арқылы біліктілікті арттыруға қалай үлес қосатыны, осылайша жергілікті жұмыс күшін нығайтып, жұмыспен қамту мүмкіндіктерін кеңейтетіні көрсетілген. Сондай-ақ, есеп геотермалдық дамудың жергілікті қауымдастықтармен тығыз байланыста жүзеге асырылатынын, бұл инфрақұрылымды жақсартуға, біліктілікті арттыру бағдарламаларын енгізуге және кірістерді бөлісу моделін құруға алып келетінін, осы арқылы сенімді электр энергиясы мен жылуға қол жеткізуді қамтамасыз ететінін атап көрсетеді. Бұл жақсартулар ауыл шаруашылығы өнімділігін және азық-түлік қауіпсіздігін арттыруға әлеуетті мүмкіндік береді. Есеп сонымен қатар гендерлік теңдікті және әлеуметтік интеграцияны ілгерілетуге берілген міндеттемелерді, әсіресе, жеткіліксіз өкілдік етілген топтарға жұмыс орындары, білім беру және оқыту ұсыну арқылы геотермалдық дамудың пайдасына тең қол жеткізуді қамтамасыз етуді де қамтиды. Жалпы алғанда, бұл күш-жігерлер отандық экономикалық өсімді серпіліске ұшыратып, мемлекеттік кірістерді арттыруға және тұрақты әрі әртүрлі ұлттық экономиканы құруға, сондай-ақ денсаулық сақтау, білім беру және қауымдастықтың ынтымағы сияқты маңызды әлеуметтік пайдалар ұсынуға ықпал етеді.

Даму

Геотермальдық жобалар дамудың бірнеше кезеңінен өтеді. Әр кезеңмен байланысты тәуекелдер бар. Көптеген жобалар барлау және геофизикалық іздеулер кезеңінде тоқтатылады, бұл кезеңдер дәстүрлі несие беруге қолайлы емес. Ал кейінгі кезеңдерде көбінесе акционерлік капиталмен қаржыландырылуы мүмкін.

Төмендеуді жылдамдату

Геотермиялық жүйелерде жиі кездесетін мәселе, жүйе карбонатқа бай қалыптасуларда орналасқанда туындайды. Мұндай жағдайларда жер астынан жылуды шығарып алатын сұйықтықтар көтеріліп келе жатқанда тау жыныстарының фрагменттерін ерітеді, кейін олар салқындатылады. Сұйықтықтар салқындағанда еріген катиондар ерітіндіден шөгіп, кальций шөгіндісінің пайда болуына себеп болады, бұл құбылыс кальцит шөгіндісі деп аталады. Бұл кальцит шөгіндісі ағын жылдамдығын төмендетіп, жүйенің техникалық қызмет көрсету үшін тоқтатылуына әкелуі мүмкін.

Тұрақтылық

Геотермальдық энергия тұрақты деп есептеледі, өйткені алынып жатқан жылу Жердің жылу қорымен салыстырғанда өте аз, ол шамамен 100 миллиард есе 2010 жылғы әлемдік жылдық энергия тұтынудан артық. thumb|upright=1.5|Поихипиде электр энергиясын өндіру, Жаңа Зеландия thumb|upright=1.5|Охаакиде электр энергиясын өндіру, Жаңа Зеландия thumb|upright=1.5|Уайракейде электр энергиясын өндіру, Жаңа Зеландия

Дегенмен, жылуды алудың жергілікті салдары ескерілуі керек. Уайракей электр станциясы 1958 жылдың қараша айында пайдалануға берілді және 1965 жылы 173 МВт ең жоғары қуатына жетті, бірақ жоғары қысымды бумен жабдықтау нашарлай бастады. 1982 жылы станцияның қуаты орташа қысымға дейін төмендетіліп, 157 МВт-қа дейін азайтылды. 2005 жылы екі 8 МВт изопентан жүйесі қосылып, қуаты шамамен 14 МВт-қа артты. Ұйымдастыру жұмыстары кезінде толық деректер жоғалды.

Америка Құрама Штаттары

Геотермальдық энергия қауымдастығының (GEA) мәліметтері бойынша, 2013 жылы АҚШ-та орнатылған геотермальдық қуаттылық 5%-ға, немесе 147,05 МВт-қа өсті. Бұл өсім 2012 жылы өндіріс бастаған жеті геотермальдық жобаның нәтижесінде болды. GEA 2011 жылғы орнатылған қуаттылық бойынша бағасын 128 МВт-қа жоғарылатып, АҚШ-тың жалпы геотермальдық қуаттылығын 3,386 МВт-қа жеткізді.

Венгрия

Сегед қалалық әкімдігі аудандық жылу жүйесі үшін геотермалдық энергияны пайдалану арқылы газ тұтынуды 50 пайызға төмендетуге тырысуда. Сегед геотермальдық электр станциясында 27 ұңғыма, 16 жылу станциясы және 250 километрлік тарату құбырлары бар.