תפקידה של אנרגיה גיאותרמית ב-Achieving Net-zero Emissions

מעבר האנרגיה הגלובלי נכנס לשלב חדש.במשך העשור האחרון, המוקד כבר על פריסת כמויות גדולות של אנרגיה מתחדשת משתנה (VRE) כמו השמש והרוח.בעוד טכנולוגיות אלה הפכו זולות מאוד והיקף, רשת מחוסמת לחלוטין דורשת יותר מאשר רק מגה-וואט-שעה.זה דורש כוח נקי, משלוח שיכול לפעול 24/7, ללא קשר לתנאים גיאומטריים זה הוא מקום אנרגיה מלוטשת החוצה אל תוך אור השמש.

לעתים קרובות משקיף על דיונים פופולריים על מתחדשים, גיאותרמאל מציע ערך ייחודי: הוא מספק חשמל עומס בסיס עם פרופילי פליטה נמוך יותר מכל מקור אחר, כולל שמש ורוח כאשר שוקלים שימוש מלא במים ובייצור.כפי שמדינות מעדינות את התרומות הלאומיות שלהם (NDCs) תחת הסכם פריז והמטרה של פליטות אפס עד שנת 2050, גיאוותרמל עובר במהירות מסקרנות גיאוגרפית לנכס אסטרטגי רלוונטי בעולם.

יסודות האנרגיה הגוותרמית

בליבתו, האנרגיה הגיאו-תרמית פשוט חמה מכדור הארץ.חום זה מקורו להיווצרות המקורית של הפלנטה ומהריקבון הרדיואקטיבי המתמשך של איזוטופים עמוק בתוך הקרום והמנטל של כדור הארץ.החום זורם החוצה, ויוצר קידוד גיאותרמאלי – באופן זמני ממוצע של 25-30 מעלות צלזיוס לכל קילומטר של עומק.

Defining the Resource Types

לא כל המשאבים הגיאוגרפיים נוצרים שווים, וההבנה של ההבדלים חשובה להערכת הפוטנציאל העולמי:

  • (FLT:0) משאבים הידרוותרמאליים: אלה הם מטבעם של מאגרים של מים חמים או קיטור.הם דורשים שלושה מרכיבים משותפים: חום, נוזל, וכושר נחיתות. מערכות הידרותרמיות הן המתבגרות ביותר מבחינה מסחרית ונמצאות ליד גבולות צלחת טקטוני או נקודות חמות געשיות.
  • (FLT:0)Enhanced Gethermal Systems (EGSIRLT) 1:1 טכנולוגיה זו מתייחסת למגבלה של משאבים הידרותרמיים על ידי יצירת מאגר מלאכותי.In EGS, נוזל מוזרק עמוק, חם, אבל בלתי אפשרי סלע.הסלע נשבר, המאפשר נוזל להפיץ, חום, ולהעלות אל פני השטח.
  • (FLT:0)Geopressured ו- Magma Resources:BuildF1) מקורות Geopressured מכילים מים חמים תחת לחץ גבוה, לעתים קרובות המכילים מקורות אנרגיה מבוזרים מאגמה הם קיצוניים, תיאורטיים המכוונת לחום של סלע מלוטין ישירות.

התפקיד האכזרי של הג'ותרמאל גרדנט

העומק הנדרש כדי להגיע לטמפרטורות קיימא מבחינה כלכלית (בדרך כלל מעל 150 מעלות צלזיוס עבור ייצור חשמל באמצעות צמחים בינאריים, או מעל 200 מעלות צלזיוס עבור צמחי פלאש) קובע עלויות הפרויקט.העברה היא 50% עד 70% מסך העלות של ההון העליון עבור פרויקט גיאותרמאל.התקדמות בטכנולוגיה קידוח, מועברת בעיקר מתעשיית הנפט והגז (כגון קומפקטיות יהלומים פוליקריסטלית וכיוון קידוח), הם להפחית את עלויות ההצלחה הגדלות.

כיצד צמחים טבעיים מייצרים חשמל נקי

המרה של חום תת-קרקעי לחשמל שניתן להשגה מסתמכת על שלוש טכנולוגיות עיקריות, כל אחת מתאימה לטמפרטורות משאבים שונות ונוזליות.

סוללות Steam יבשות

אלה הם העיצובים הפשוטים ביותר.הם לוקחים קיטור טבעי ישירות מהייצור, עוברים אותו דרך טורבינות כדי לייצר חשמל, ו condense the exhaust. the condensed water מוזרק בחזרה לתוך המאגר. צמחי קיטור יבש הם יעילים מאוד אבל דורשים משאב נדיר: קיטור יבש ישירות מן השער.The Geysers מורכב בקליפורניה הוא הדוגמה המפורסמת ביותר של הטכנולוגיה הזו, לייצר מעל 800 מ"מ של כוח נקי במשך עשורים.

סוללות Flash

צמחי קיטור פלאש הם הסוג הנפוץ ביותר של תחנת כוח גיאותרמית כיום בפעולה.הם משתמשים במים חמים בלחץ גבוה (בדרך כלל מעל 180 מעלות צלזיוס) מן המאגר.כפי שהמים החמים נכנסים מיכל בלחץ נמוך יותר, זה "מכים" לתוך קיטור.ה הקיטור מופרד מן המים הנותרים ומכוון טורבינות לטור.

צמחים Binary Cycle

טכנולוגיית מחזור בינארית היא עבודת הכפירה לעתיד של התרחבות גיאותרמית.צמחים אלה מאפשרים לדור חשמל ממשאבים זמניים נמוכים (70°C ל-180 מעלות צלזיוס), המייצגים את הרוב המכריע של פוטנציאל גיאותרמאל גלובלי.בצמח בינארי, נוזל גיאוותרמי חם עובר דרך החלפת חום.

מדוע ג'ותרמאל הוא חיוני עבור Net-Zero Grids

ככל שהחלק של השמש והרוח גדל ברשת הלאומית, מפעילי המערכת מתמודדים עם אתגרים הקשורים להפרעה, עקומות ברווז, והצורך באחסון אנרגיה גיאותרמית פותר מספר בעיות אלה בו זמנית.

כוח נקי ורשת אחריות

השמש והרוח יש גורמים קיבולת של 20-30% (סולאר) ו -30-40% (wind) צמחי גאוותר להשיג באופן עקבי גורמים קיבולת מעל 85% ולעתים קרובות מעל 92%, התאמה או מעל האמינות של פחם או גרעיני. זה זמינות גבוהה פירושה שכל מגהוואט של יכולת גיאוותרמית מותקנת ניתוק בערך שלוש עד ארבע פעמים את יכולת ה-plate של לסירוגין מתחדשים במונחים של MWh שנתי שנוצר עבור מערכת גיאו-ת, "מחדש" פסגות" פסגות" , מספק על מנת לשמור על פסגות הכרחי על פסגות על פני פסגות על פני ארבע פעמים על פני השטח הטבעיות.

שימוש ישיר ומחוז Heating

הדור החשמלי הוא רק חלק אחד של פאזל של פחמן. כ-50% של צריכת האנרגיה הסופית העולמית הוא לחימום. Gethermal אנרגיה הוא מתאים במיוחד עבור יישומים שימוש ישיר. מערכות חימום מחוז, כמו אלה שהתחממו רייקיאוויק במשך עשרות שנים, יכול להחליף את גז טבעי מרתחים במרכזים עירוניים.חום גיאותרמאל יכול לשמש גם עבור חקלאות (בתי קפה), חקלאות מרובעת (דגים), ותהליכי מזון תעשייתיים (מחדשניים) לתוך אנרגיה גיאומטרית יעילה).

שימוש בקרקע גבוה ויציבות

צמחי כוח גאוותרמאל יש טביעת רגל קרקע קטנה משמעותית עבור GWh המיוצר בהשוואה לשמש או רוח. חווה סולארית דורשת בערך 5-10 דונם עבור MW. צמח גיאותרמאל דורש רק 1-4 דונם לMW, כולל כריות היטב וצמח כוח. יתר על כן, כי צמחים גיאותרמית לייצר כוח ברציפות, השימוש הקרקע שלהם עבור MW מועבר הוא אפילו יותר נוח.

להתגבר על המכשולים לאימוץ נרחב

למרות היתרונות שלה, גיאותרמאל נשמרה היסטורית על ידי קבוצה מסוימת של סיכונים ואתגרים.הדחף העולמי ל- net-zero יוצר את המדיניות והתנאים הפיננסיים הדרושים כדי להתגבר על המכשולים הללו.

הון גבוה וקידום סיכונים

המחסום העיקרי לפיתוח גיאותרמאל הוא ההוצאה הראשונית, במיוחד הסיכון של קידוח בארות לא מוצלחות.מחקר טוב יכול לעלות 5-10 מיליון דולר, וייצור מלא יכול לעלות על 15 מיליון דולר.הסיכון כי ייתכן שיהיה יבש או חם מספיק מרתיע מבחינה היסטורית מימון פרטי.FLT:0 זה משתנה.FLT:1 תוכניות ממשלתיות כמו מחלקת האנרגיה של ארה"ב של Gesmalאחר טכנולוגיה היא צמצום מכירות נפט (R) וטכנולוגיות שיווק (RTO) הן גם השקעה פרטית.

קונסטריטים גיאוגרפיים וניהול סיסמית

עד כניסתו של EGS, גיאותרמאל היה מוגבל במידה רבה לאזורים פעילים מבחינה טקטית.אפילו באזורים אלה, יש לנהל מאגרים כדי לשמור על לחץ וטמפרטורה. מאגר מנוהל היטב יכול לפעול במשך 30 עד 50 שנים. חששות לגבי סיסמיות המושרה - פחמייתות המופעלת על ידי הזריקה - נלקחת ברצינות על ידי המסגרות של רגלטורי באמצעות "מערכות אוריות" (שם ניתן היה להזיז את ההשפעות הסביבתיות נמוכות ביותר של אירופה).

סליחות ו- Permitting Hurdles

ציר הזמן מזיהוי משאבים ראשוני למפעל גיאותרמי תפעולי מלא יכול לקחת 5 עד 10 שנים.הרבה מהזמן הזה הוא בילה על ביקורת סביבתית, אישור, ואבטחת החכירות על אדמות פדרליות (בארה"ב) ייעל תהליך זה הוא עדיפות עבור הרגולטורים אנרגיה במדינות אחדות. בריטניה וארצות הברית, למשל, הם חקרו יוזמות "מחתרתיות" ומשרדים מורשים מרכזיים להאיץ את זמני הפרויקט.

The Enhanced Gethermal Systems (EGS) המהפכה

ההתקדמות היחידה הטרנספורמציה ביותר במגזר הגיאוגרפי היא המסחר המהיר של מערכות גאוותרמיות משופרות (EGS) EGS למעשה מסיר את הסדקים הגיאוגרפיים מאנרגיה גיאותרמית.

ביטול הפוטנציאל בכל מקום

משאבים הידרותרמיים מוגבלים אולי 10% מהקרקעות של כדור הארץ.EGS יכול להיות פרוס בכל מקום עם סלע חם מספיק בעומק בקידוח - שהוא בעצם בכל מקום.המחלקה של מחלקת האנרגיה של ג'או-הג'וינס ג'ובינס של אנרגיה 1R, מעריך כי EGS יש פוטנציאל לספק יותר מ -100 GWe של כוח גמיש בארצות הברית לבדה, בעלות תחרותית עם אחרים מתחדשים.

סיפורי הצלחה מסחרית

המעבר מהתיאורטי למסחר הוא גם מתקדם.חברות כמו פרבו אנרגיה הוכיחו כי טכניקות קידוח אופקיות, חלוצות בתעשיית הנפט והגז של פצלי, ניתן ליישם את הגיאוגרפיה.ב-2023, פרבו הוכיח את הכדאיות המסחרית של פרויקט EGS הראשון שלהם בנבאדה, השגת שערי זרימה ושיקום תרמי שנפגשו או על פני הפרויקטים שלהם.

העברת טכנולוגיה מנפט וגז

הכישורים הנדרשים עבור EGS - קידוח ישיר, מאגרי מידע, fracturing הידראולי, והנדסת תת-קרקעי - הוא מועבר ישירות מנפט וגז.כפי שהעולם מתרחק מפחמימנים, כוח העבודה ורשתות האספקה הטכנולוגית הם מחלחלים לגיאוותרמאל.סירגיה זו מספקת גורם האצה מסיבי עבור פריסה.

מנהיגים גלובליים וגבול מתפתח

חלוקת אימוץ גיאותרמאל משתנה, בעוד מנהיגים מסורתיים ממשיכים להתרחב, נקודות חמות חדשות מתעוררות.

איסלנד: המודל השלם

איסלנד היא תקן הזהב של ניצול גיאותרמאל.יותר מ-90% מהבתים מחוממים עם חימום מחוזי גיאותרמאל, וגיאוותרמאל מספק כ-25% מהחשמל של המדינה (היתר הוא הידרו-כוח) איסלנד מציגה את הדה-פחמיון העמוק האפשרי כאשר חברה משלבת גיאוגרפית כוח וחום.

ארצות הברית: The Sleep Giant Wakens

ארה"ב נותרה היצרנית הגדולה ביותר של חשמל גיאותרמאל על פני כדור הארץ, בעיקר מהגייסים בקליפורניה.עם זאת, פרויקטים חדשים פורחים בנבאדה, יוטה, אורגון ואיידהו.חוק ניכוי האינפלציה (IRA) הרחיב את אשראי המס הייצור (PTC) עבור גיאותרמאל, ביקורתי, עשה EGS זכאי ל- 30% השקעות זיכוי (ITC) מדיניות זו שחררה גל של פיתוח פרטי ומוקד חשמל, אך לא ישירות.

אינדונזיה והפיליפינים: תחנות כוח געשיות

אינדונזיה היא בעלת הפוטנציאל הגיאו-אתרי הגדול ביותר בעולם (מעל 29 GWe), והפיליפינים היא היצרנית השלישית בגודלה בעולם.שתי המדינות מרחיבות באופן אגרסיבי את צייהן הגיאוגרפיים כדי להפחית את ההסתמכות על פחם ודיזל.

מזרח אפריקה: הזדמנות עמק השוד

מערכת ה-East African Rift יש פוטנציאל גיאותרמאל עצום עבור מדינות כמו קניה, אתיופיה ודג'יבוטי. קניה היא כבר מנהיגה, עם יותר מ-800 מגה-וואט של יכולת מותקנת מצמחים באזור Olkaria, מה שהופך אותו למפיק הגיאוותרמאל הגדול ביותר באפריקה.זה נקי, כוח מוצק מניע את התיעוש ושיפור הגישה אנרגיה באזור שבו רשתות חשמל חלשות ויקרות.

פרופיל סביבתי וקיימות

כדי גיאותרמאל להיות אבן הפינה של מעבר אפס הנקי, טביעת הרגל הסביבתית שלה חייבת להיות מנוהלת בקפידה על פני מחזור החיים שלה.

מחזור חיים וניהול משאבים

הערכות מחזור חיים מראות בבירור כי ג'ותרמאל יש כמה פליטות גזי החממה הנמוכה ביותר של כל מקור אנרגיה.צמחי מחזור בינארי כמעט אפס פליטות. פלאש וצמחי קיטור יבש יכולים פולטים פחמן דו חמצני (CO2) וסולפיד מימן (H2S) מן הנוזל הגיאורמי, אבל אלה הם פקודות של גודל נמוך יותר מאשר פחם או גז טבעי.

מים

בניגוד ל- CSP הסולאריים (המרכז הסולארי), גרעינים או פחם, צמחים גיאוותרמיים בינאריים אינם צורכים כמויות גדולות של מים מתוקים.הם משתמשים בלולאה משנית הדורשת מים מינימליים.עבור צמחי פלאש, רוב הנוזל הגיאו-תרמי מופץ מחדש לתוך המאגר כדי לשמור על לחץ, צמצום של פיזור פני השטח.

שימוש בקרקע והפקה

צמחים גאוותרמאליים יש טביעת רגל קטנה מאוד מעל הקרקע.הם גם פותחים הזדמנויות לייצור משותף.הההחם במאגרי גיאותרמאל רבים מכיל מינרלים יקרי ערך, במיוחד ליתיום ישיר (DLE) מגלימות גיאותרמי מציע דרך לייצר ליתיום סוללה עם טביעת רגל נמוכה משמעותית מאשר כריית רוק או evapation (D) משרשרת אנרגיה נקייה בין נהג חשמלי גדול.

מסקנה: אי-אפשרות אסטרטגית לשנת 2050

הדרך לפליטות אפס נטו היא heterogeneous.It דורש למקסם את כל משאב נקי זמין השמש והרוח יעשה את המריבה הכבדה עבור נפח אנרגיה Sheer, אבל גיאותרמאל מספק את האיזון הקריטי: אמין, גמיש, יעיל, כוח נקי, אנרגיה נקייה.זה מקור האנרגיה המתחדש היחיד שיכול לספק עומס בסיסי וחילה כוח מבלי להסתמך על מזג האוויר.

עלויות קידוח, פריצת הדרך המסחרית של EGS, ותמיכה במדיניות חזקה בכלכלות גדולות מתאחדות כדי ליצור עידן זהב עבור גיאותרמי. כדי לעמוד במטרות האפס הנקיות הנקיות שנקבעו על ידי מדינות ברחבי העולם, ממשלות חייבות לאשר מראש מיפוי משאבים ברמה גבוהה, היתרי פירעון, ולהמשיך לממן את המחקר והפריסה של טכנולוגיות הדור הבא כמו גאות גיאומטריה עלית (שיכולה לפתוח משאבים לא קטלניים).

אנרגיה גיאותרמית היא כבר לא טכנולוגיה נישה או סימן גיאוגרפי.זה כלי מוכח, מדרגי, חיוני לבניית מערכת אנרגיה גמישה, אפס פחמן פחמן, החום מתחת לרגלינו הוא נכס טבעי; התעשייה יש עכשיו הכלים לרתום אותו בקנה מידה.