Proizvodnja električne energije iz geotermalne energije

Eden od najbolj izmed najbolj učinkovitih oblik izkoriščanja geotermalne energije je proizvodnja električne energije. Takšen način proizvodnje elektrike je okolju neškodljiv. Za razliko od fosilnih elektrarn geotermalne elektrarne ne povzročajo okolju škodljivih emisij. Stranski produkt pa je le vodna para.

Zavzamejo malo prostora in so zgrajene neposredno na viru energije. Poleg majhnega zasedanja prostora so takšne elektrarne zelo zanesljive. Električna energija se namreč lahko iz geotermalnih virov proizvaja 24 ur na dan tekom celega leta. Geotermalna energija je zanesljiva, ker ni odvisna od vremenskih vplivov, za razliko od hidroelektrarn, ki so odvisne od količine vode na voljo. Solarne elektrarne pa ne morejo obratovati ponoči in so odvisne od vremenskih pogojev.

V geotermalnih elektrarnah koristimo ali toploto kamenin ali vročo vodo/paro. Voda se uporabi zato, da zajame in prenese toploto, ki je shranjena globoko pod površjem zemlje, prenese na površje. Preko ponorne vrtine pa se ohlajen medij vrača nazaj pod površje, kjer se ponovno ogreje. S tem se ohranja tlak in trajnostno ohranja vir.

Pogoji za elektrarno

Proizvodnja električne energije iz geotermalnega vira je pogojena z:
Tekočino – zadostne količine fluidov se morajo v naravi že nahajati ali pa jih nartno črpamo v rezervoar
Toploto – temeratura zemlje narašča z globine in varira glede na geografsko lokacijo
Prepustnostjo – da lahko koristimo vir toplote, mora tekočina (medij) imeti omogočen stik z vročo kamenino. Dostop vode je lako naraven (vodonostniki, podvodni rezervoarji, prelomnice) ali pa umeten (fraktiranje)

Osnovni princip geotermalne elektrarne

Izvedba vrtin

Produkcijska vrtina se izvrta v že znano geotermalno polje. Vroče geotermalne tekočine (fluidi) se preko sistema cevi transportirajo do same elektrarne, kjer se proizvaja električna energija. Praviloma se poleg produkcijske (črpalne) vrtine narediti tudi povratna vrtina preko katere se voda vrača nazaj pod površje.

Vroča para poganja turbine

Vroča para, ki je pod tlakom ali drug medij, ekspandira (se razširi) in s tem da mehansko energijo za pogon turbine.

Turbina poganja generator

Podobno kot voda v hidroelektrarnah vroča para mehansko poganja turbino. Para pod izredno visokim tlakom vstopi v turbino. Ta se začne vrteti in mehanska moč, ki jo ta turbina generira, se preko mehanskega prenosa prenese na os generatorja. Generator je člen, ki pretvarja mehansko energijo v električno.
Turbina in generator sta tako primarna sestavna dela opreme, ki jo potrebujemo za proizvodnjo električne energije iz geotermalne energije.

Transport električne energije

Električni tok se iz generatorja pošlje v transformator izven elektrarne. V transformatorju se poveča napetost ter prenese električni tok preko električnih vodov na domove, stavbe in druge porabnike.

Vrste geotermalnih elektrarn

Poznamo tri glavne principe na katere obratujejo geotermalne elektrarne. Izbira načina izkoriščanja energije je odvisna od temerature vira, geoloških pogojev, globine, tlaka in kemijske sestave vode/pare.

Princip suhe pare (ang.<dry steam power plants)

Pri tem principu se uporablja zelo vroča para (nad 235 °C). Paro preko vrtine črpamo na površje, kjer neposredno poganja turbino generatorja. To je najpreprostejši in najstarejši način delovanja in se še vedno uporablja, ker je finančno najugodnejši način proizvodnje električne energije iz geotermalnih virov.

Princip ločevanja pare (ang.<flash steam power plants)

Pri tem konceptu se uporablja vroča voda iz geotermalnih rezervoarjev. Ta voda je pod velikim pritiskom in ima temperaturo nad 182 °C. S črpanjem vode na površje se le-ti zmanjšuje tlak in topla voda se spremeni v paro, ki nato poganja turbino.

Binarne elektrarne (ang.<binary-cycle/plant)

Pri binarnem principu ima voda, ki jo črpamo na površje, nižjo temperaturo od prvih dveh primerov. Vendar ima voda še vedno dovolj visoko temperaturo, da z njo ogrejemo medij, ki ima precej nižjo temperaturo od vrelišča vode. Ta tekočina zaradi nizkega vrelišča spremeni v paro in požene turbino generatorja.
Prednost tega principa je večja učinkovitost postopka. Poleg tega je razpoložljivost geotermalnih virov veliko večja kot pri prvih dveh. Dodatna prednost je popolno zaprtje sistema, ker se uporabljena voda vrača nazaj v rezervoar. Tako ne prihaja do izgub toplote ter ni skoraj nobene izgube vode. Večina načrtovanih novih elektrarne bo uporabila ta princip delovanja.

Hibridne elektrarne (ang.< flash/binary combined power plants)

So kombinacija principa ločevanja pare in binarne elektrarne.

EGS (ang.< Enhanced Geothermal Systems)

Na tako imenovanih “suhih območjih,” kjer so temerature pod površjem sicer visoke, ni pa spodaj vira vode je možnost uporabe EGS sismtemov. Pri teh sistemih se v vrtino umetno dovaja vodo iz površja. Zaradi visoke temerature v vrtini se voda upari, paro pa noto črpamo nazaj na površje, kjer poganja turbino.