Wat is Geothermische Energie?

Geothermische energie kranen in de interne warmte van de Aarde, een uitgestrekte en grotendeels onaangeboorde bron die een continue, weer-onafhankelijke voeding levert. Deze warmte is afkomstig van de primordiale vorming van de planeet en van het radioactieve verval van mineralen diep in de korst. De temperatuurgradiënt neemt toe met diepte . typisch ongeveer 25

Drie hoofdtypen geothermische energiecentrales zijn in commercieel gebruik. Dry stoominstallaties nemen stoom rechtstreeks uit ondergrondse putten en gebruiken het om turbines te draaien. [Flash stoominstallaties[ trekken warm, hogedrukwater in lagere druktanks, waar het snel verdampt ("flitsen") in stoom die een turbine drijft. [Binaire cyclusinstallaties[] brengen de warmte van geothermische water over naar een secundaire werkende vloeistof met een lager kookpunt; de verdampte vloeistof draait dan een turbine. Binaire installaties zijn het meest gebruikelijk voor lagere temperatuurbronnen (meestal 100.2800°C) en bieden minimale emissies, omdat de geothermische vloeistof nooit de gesloten lus verlaat.

Naast elektriciteit, dient geothermische energie direct gebruik: stadsverwarming, broeikasverwarming, aquacultuur, industriële proceswarmte, en zelfs sneeuwmelting. In gedistribueerde netwerken kunnen deze toepassingen direct gebruik een aanvulling vormen op de elektriciteitsopwekking, waardoor de efficiëntie van het systeem en de belastingsfactor over het algemeen worden verbeterd.

Gedistribueerde Power Networks uitgelegd

Verdeelde stroomnetwerken . . . ook wel gedistribueerde opwekking (DG) of gedistribueerde energiebron (DER) systemen . . bestaan uit kleinere, modulaire energiebronnen gelegen dicht bij de energieverbruikers . Deze bronnen kunnen zonne-voltaïsche arrays, windturbines, brandstofcellen, batterijopslag en geothermische eenheden omvatten . In tegenstelling tot gecentraliseerde elektriciteitscentrales die elektriciteit over lange transmissielijnen sturen , gedistribueerde netwerken genereren stroom op of nabij het punt van gebruik , waardoor transmissie verliezen te verminderen , de betrouwbaarheid van de levering , en het mogelijk maken van flexibelere netwerkactiviteiten .

Verdeelde netwerken worden vaak gekoppeld aan microgrids . . Gelokaliseerde netwerken die onafhankelijk van het hoofdnet kunnen werken tijdens storingen. Deze architectuur biedt ridweerstand tegen uitval en stelt gemeenschappen in staat om hun eigen energieproductie en verbruik te beheren. Voor geothermische energie betekent gedistribueerde implementatie kleinere installaties (meestal 0,5

Belangrijkste kenmerken van gedistribueerde geothermische systemen

  • Modulariteit: Geothermale eenheden kunnen worden ontworpen in standaardmodules, waardoor incrementele capaciteitsuitbreidingen nodig zijn .. een kritische eigenschap voor gemeenschappen die willen geleidelijk te schaal investeringen.
  • Baseloadprestaties: In tegenstelling tot intermitterende zonne- of windenergie, zorgt gedistribueerde geothermische energie voor constante, verzendbare energie. Een goed ontworpen binaire installatie werkt op hoge capaciteitsfactoren (90%+), waardoor het een betrouwbare ruggengraat voor microgrids.
  • Laag profiel: Geothermale installaties nemen relatief kleine voetafdrukken in vergelijking met vele andere hernieuwbare installaties. Een binaire installatie van 5 MW en zijn putveld vereisen meestal ongeveer 10.000 hectare oppervlakte, waardoor het haalbaar is in ruimte-geconstrueerde omgevingen.
  • Gecombineerde warmte en elektriciteit (WKK): Veel geothermische gedistribueerde systemen kunnen elektriciteit en warmte co-produceren. In een stadsverwarmingslus kan bijvoorbeeld de restwarmte na elektriciteitsopwekking nabijgelegen gebouwen, ziekenhuizen of kassen verwarmen, waardoor de totale systeemefficiëntie wordt verhoogd tot 70 .80%.

Voordelen van Geothermisch in gedistribueerde netwerken

De integratie van geothermische energie in gedistribueerde energiesystemen levert een reeks technische, economische en milieuvoordelen op, waarvan vele worden versterkt door de gedecentraliseerde architectuur.

Betrouwbaarheid en stabiliteit van het raster

Geothermal's capaciteitsfactor is niet gelijk aan die van hernieuwbare energie. Terwijl zonne-energie gemiddeld ongeveer 20

Bovendien, omdat geothermische energie is niet-intermitterend, het natuurlijk een aanvulling op andere gedistribueerde bronnen. Een microgrid dat geothermische, zonne-en batterijopslag kan een hoge betrouwbaarheid te handhaven, zelfs tijdens langere bewolkte periodes of kalme winden . . de geothermische eenheid gewoon op te stijgen zijn aandeel van de lading.

Milieu- en emissievoordelen

Geothermale installaties geven weinig tot geen kooldioxide (CO2) uit tijdens de exploitatie. Binaire cyclusinstallaties, die het meest voorkomen voor gedistribueerde toepassingen, produceren vrijwel nul uitstoot van broeikasgassen. Levenscyclusanalyses tonen aan dat geothermische energie een koolstofvoetafdruk heeft van ongeveer 15‐50 g CO2 per kWh . Vergelijkbaar met wind en veel beter dan aardgas (400‐500 g/kWh). In gedistribueerde netwerken kan het vervangen van dieselgeneratoren of kolennetwerken door geothermische energie een diepe koolstofdecarbonisatie op de schaal van de gemeenschap opleveren. Daarnaast vereist geothermische installaties geen grote landverstoringen zoals mijnbouw of bosopruiming, en gebruikt het een fractie van het water per ..

Schaalbaarheid en lokale economische ontwikkeling

De distributie van geothermische systemen kan worden aangepast aan lokale belastingen . . van een 500 kW-eenheid voor een kleine fabriek tot een 20 MW-installatie voor een stad van 10.000 huishoudens. Deze schaalbaarheid stelt gemeenschappen in staat om klein te beginnen en uit te breiden naarmate de vraag groeit of als boren extra hulpbron bevestigt.Het lokale karakter van de investering creëert banen in boren, bedrijf, onderhoud en netwerkbeheer . Vaak op plaatsen die weinig andere mogelijkheden voor stabiele, hoogwaardige werkgelegenheid. Inkomsten uit de verkoop van geothermische elektriciteit kunnen ook de energiekosten van bewoners verminderen en het kapitaal in de gemeenschap laten circuleren.

Verlaagde transmissieverliezen en infrastructuurkosten

De transmissie- en distributieverliezen in de VS bedragen gemiddeld ongeveer 5 á 6% van de opgewekte elektriciteit; in oudere of overbelaste netten kunnen verliezen oplopen tot meer dan 10%. Door stroom te genereren op het punt van verbruik, verdelen geothermische installaties praktisch deze verliezen weg. Bovendien vermijden ze de noodzaak van nieuwe langeafstandstransmissielijnen, die duur zijn, landintensief en vaak vertraagd door regelgeving en het plaatsen van hindernissen. In een gedistribueerd model is de bestaande distributie-infrastructuur (of een nieuw microgrid) voldoende om de lokale productie te verwerken.

Uitdagingen en oplossingen

Hoewel de belofte van gedistribueerde geothermische energie aanzienlijk is, moeten verschillende reële barrières worden aangepakt om een wijdverspreide inzet te ontsluiten.

Hoge vooraf gemaakte kapitaalkosten

Voor een binaire installatie van 5 MW kan de exploratie en boring 30.50% van de totale projectkosten uitmaken. De risico's van droge gaten of onvoldoende stroom ontmoedigen particuliere investeringen, vooral in grensregio's. Er zijn echter verschillende oplossingen aan het licht gekomen. Enhanced Geothermal Systems (EGS)[] . die bestaande hete rots stimuleren door vloeistof onder druk te injecteren ..kan doordachte reservoirs creëren op locaties die geen natuurlijke doorlaatbaarheid hebben, waardoor grote gebieden die voorheen niet economisch waren geopend. De GeoVisionistische studie van de Amerikaanse overheid schat dat met een voortzetting van O&D EGS de geothermische kosten-concurrentie met wind en zonne-energie kunnen worden bevorderd door middel van de vroege 2030. Daarnaast kunnen federale en overheidsstimulansen (bijv. de investeringsbelastingwet voor geothermische energie) de investeringsbelasting verlagen.

Geologische onzekerheid en locatie-bevoegdheid

De geothermale hulpbronnen zijn niet gelijkmatig verdeeld. Ideale omstandigheden . . Hoge oppervlaktetemperaturen, doordringbaar gesteente en voldoende grondwater . . bestaan in gebieden met actieve tektoniek, vulkanische activiteit, of diepe sedimentaire bekkens. Voor gedistribueerde netwerken, dit betekent dat site selectie wordt beperkt. Echter, vooruitgang in de geofysische landmeetkunde (magnetotellurics, zwaartekracht, en seismische reflectie) en directionele boren nu kunnen ontwikkelaars reservoirs met meer nauwkeurigheid karakteriseren. [Co-locatie met andere hernieuwbare energiebronnen[] kan ook verminderen geografische beperkingen: een hybride zonne-energie-geothermal-battery microgrid, bijvoorbeeld, kan gebieden dienen waar geothermische alleen is marginale. Bovendien, binaire planten zijn levensvatbaar bij lagere temperaturen (zo laag als 85°C), uitbreiding van de toegankelijke bronbasis ver buiten de traditionele vulkanische zones. Veel delen van de Grote Vlakten, Appalachia, en de Basin en Range Provincie in de westerse U.S. hebben middelhoge temperatuurbronnen die geschikt zijn voor binaire gedistribueerde planten.

Watergebruik en verwekte seismische activiteit

Conventionele hydrothermische geothermische installaties verbruiken water voor koeling en voor herinjectie. Binaire en flash koelsystemen (bijvoorbeeld luchtgekoelde condensatoren) kunnen het waterverbruik met 90% verminderen in vergelijking met watergekoelde ontwerpen. In droge gebieden kunnen gedistribueerde micro-geothermale installaties kiezen voor droge koeling, zij het met een lichte efficiëntiestraf. [Ingevoerde seismische eigenschappen[] . . aardschokken veroorzaakt door vloeistofinjectie tijdens EGS of stuwmeerstimulatie . is een zorg geweest bij een paar high-profile projecten (bijvoorbeeld Basel, Zwitserland). Echter, zorgvuldige site selectie, verkeer-licht protocollen en gefaseerde injectie kunnen seismische activiteit ver onder het gevoel houden. Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft onderzoek gefinancierd naar de beste praktijken, en veel projecten werken nu met real-time seismische controle die automatisch gesloten-in-in wanneer kleine tremoren de vastgestelde drempels overschrijden.

Vergunningen en regelgeving

Gedistribueerde geothermische projecten kunnen nog steeds te maken hebben met langdurige milieuvergunningen, boorvergunningen en netwerkinterconnectieovereenkomsten, vooral wanneer meerdere putten nodig zijn. Standaardisering van vergunningen voor kleinschalige (minder dan 10 MW) geothermische en stroomlijning van het overleg met de staat geologische onderzoeken kan de tijdlijnen verminderen. Sommige jurisdicties hebben "geothermale resource zones" gecreëerd met vooraf goedgekeurde vergunningstrajecten. In de VS heeft het Bureau van Land Management gewerkt aan het versnellen van geothermische boren op federale gronden, en verschillende staten (Californië, Nevada, Oregon) hebben interconnectieregels vastgesteld voor gedistribueerde generatie die expliciet geothermische.

Technische integratie met bestaande distributierasters

Oudere distributienetten zijn ontworpen voor eenrichtingsstroom . Van transmissie onderstations naar eindgebruikers. Het toevoegen van geothermische opwekking (vooral ..) kan upgrades vereisen voor beschermingsapparatuur, spanningsregeling apparaten en software-besturingen. Moderne omvormers die worden gebruikt in binaire installaties kunnen reactieve stroomondersteuning en spanningsritten-door bieden, waardoor ze netvriendelijk zijn. Utilities kunnen ook slimme transformatoren en lijnsensoren installeren om bidirectionele stromen te beheren. Voor microgrids zijn controllerplatforms die geothermische output naast batterijen en andere hernieuwbare energieën beheren, commercieel beschikbaar (bijvoorbeeld van bedrijven als Tesla, ABB of Siemens).

Toekomstige vooruitzichten

De integratie van geothermische energie in gedistribueerde elektriciteitsnetwerken is klaar voor een significante groei naarmate de technologie rijpt, de kosten dalen en de beleidsondersteuning zich sterk maakt. Verschillende trends wijzen op een mooie toekomst.

Enhanced Geothermal Systems (EGS) zijn waarschijnlijk de grootste spel-changer. Het initiatief van het Amerikaanse ministerie van Energie (Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy) in Utah toont hoe economisch levensvatbare EGS-reservoirs te creëren. Als gecommercialiseerd, EGS zou het geothermische potentieel ontsluiten over het hele continentale VS, niet alleen in vulkanische gebieden. Verdeelde EGS-installaties kunnen worden geplaatst in de buurt van laadcentra . Zelfs in het Midwesten en Oostkust . . het verstrekken van schone . stroom waar het meest nodig is. De Wereldbank en IRENA hebben EGS een sleutelpilaar voor 24/7 hernieuwbare energiesystemen genoemd.

Hybrid Distributed Systems[ die geothermische energie combineren met zonne-energie, wind en opslag komen steeds vaker voor. Bijvoorbeeld, in Lakeview, Oregon, levert een 33 MW geothermische installatie reeds [50] aan [50 MW aan zonne-energie en 20 MW aan batterijopslag zal een van de meest veerkrachtige gemeenschapsschaal hernieuwbare microgrids in de VS creëren. Dergelijke hybriden optimaliseren het landgebruik: zonnepanelen gebruiken dezelfde oppervlakte gedurende de dag, terwijl geothermische perioden de nacht vullen. Overmatige warmte van de geothermie-gebooste bodembezinking kan ook worden opgeslagen in thermische batterijen voor het bouwen van verwarming.

Het Policy Momentum is een versnelling van de implementatie. Het plan van de Europese Unie van REPOWEREU stelt een streefcijfer vast om geothermische elektriciteit tegen 2030 te verdrievoudigen. Japan en Indonesië investeren zwaar in kleinschalige geothermische energie voor landelijke elektrificatie. In de Verenigde Staten voorziet de Inflatiereductiewet in een belastingkrediet van 30% (met toevoegingen voor energiegemeenschappen en binnenlandse inhoud) voor geothermische installaties, en de Infrastructure Law financiert demonstratieprojecten voor EGS en stadsverwarming. Dit beleid vermindert de genivelleerde kosten van geothermie-distribueerde energie, waardoor het concurrerend wordt met aardgaspiekcentrales in veel regio's.

Klantstudies in Gedistribueerde Geothermie wijzen op het praktische succes: de installatie van Hellisheidi bij Reykjavik, IJsland, levert zowel elektriciteit als districtswarmte aan de hoofdstad via een gedistribueerd netwerk van putten en transmissielijnen, waardoor bijna-100% hernieuwbare energie voor het grootstedelijk gebied wordt bereikt. In de Filipijnen bedienen de installaties van 300 MW Tiwi en Mak-Ban lokale netwerken, die plattelandsontwikkeling ondersteunen. In de Verenigde Staten is de fabriek van Don A. Campbell B in Nevada een binaire eenheid van 15 MW die energie rechtstreeks levert in een districtsdistributiesysteem, en ongeveer 8000 woningen bedient zonder back-up van fossiele brandstoffen. Deze voorbeelden tonen aan dat de technische en economische haalbaarheid niet alleen theoretisch is bewezen .

Het wereldwijde potentieel voor gedistribueerde geothermische energie is enorm. Het Internationaal Agentschap voor Duurzame Energie schat dat met agressieve beleids- en technologieverbeteringen geothermische energie tegen 2050 3‐5% van de wereldwijde elektriciteit zou kunnen leveren . Een groot deel daarvan zou in gedistribueerde microgrids zijn. Voor ontwikkelingslanden met een hoog geothermische potentieel (zoals Kenia, Indonesië en Chili) bieden gedistribueerde installaties de mogelijkheid om gecentraliseerde fossiele-brandstofinfrastructuur te springen, waardoor energie naar afgelegen gemeenschappen zonder dure netwerken wordt gebracht.

De weg die voor ons ligt is niet zonder obstakels . De boorkosten moeten verder dalen, waardoor processen sneller moeten worden en de integratienormen van het net moeten worden bijgewerkt. Maar het traject is duidelijk: geothermische energie, eenmaal beperkt tot een paar vulkanische locaties, evolueert tot een veelzijdige, schaalbare en zeer betrouwbare bron voor gedistribueerde elektriciteitsnetwerken. Aangezien gemeenschappen en industrieën veerkrachtige, schone en betaalbare energie zoeken, zal de constante warmte-gedreven productie van geothermische energie een steeds centralere rol spelen in de gedecentraliseerde energietransitie.

Voor nadere lezing biedt het Amerikaanse ministerie van Energie Geothermal Technologies Office gedetailleerde technische middelen.Het rapport van het Internationaal Agentschap voor hernieuwbare energie Geothermale energie: Technologie en marktpotentieel levert globale gegevens en de casestudy van ThinkGeoEnergy[] bevat talrijke gedistribueerde geothermische projecten over de hele wereld.