käyttökelpoisen energian tuottaminen geotermisistä lähteistä on hyvin kustannustehokasta
kun kuulemme ihmisten puhuvan uusiutuvasta energiasta, aurinko-ja tuulivoima ovat yleensä ensimmäiset lähteet, jotka tulevat mieleen. Mutta entä muut? Tässä artikkelissa keskitytään geotermisen energian kustannuksiin. Maalämpö on uusiutuva energialähde, jolla on erittäin suuri potentiaali ja joka on mielestämme aliarvostettu sekä sähkön että lämmitys – /jäähdytysenergian tuottamisen kannalta.
ensin määritellään, mikä se on ja miten muunnamme sen energiaksi. Sitten laskemme kustannukset alas nähdäksemme, onko se todella haastaja yhä edullisemmilla uusiutuvan energian markkinoilla.
mitä on geoterminen energia?
oletko ennen rentoutunut kuumassa lähteessä? Silloin geoterminen energia on jo tutumpaa kuin luuletkaan. Geoterminen energia, mitä tahansa, mikä on ”maan sisäistä lämpöä tai liittyy siihen”, syntyy lämmöstä, jota jatkuvasti tuotetaan maan sisimmässä sulassa kivikerroksessa.
Miksi tuo kerros on niin kuuma, kysyt? Koska se on täynnä radioaktiivisia alkuaineita ja metalleja, kuten uraania ja kaliumia. Nämä materiaalit ovat luonnostaan lahoavia, ja prosessi luo paljon lämpöä. (Mielenkiintoinen huomautus, Tämä on, jos saamme uraanin tehdä ydinenergiaa. Read our post Is Nuclear Energy Renewable? oppia lisää. Vinkki: vastaus löytyy käytetystä uraanista!)
miten tästä maanalaisesta lämmöstä saadaan energiaa?
Ok, joten nyt tiedämme, että siellä on kuuma, mutta miten käytämme kiven alle jäänyttä lämpöä energian tuottamiseen? Hyvä kysymys! Sadevesi tihkuu tuhansien vuosien aikana maan pinnalle ja kerääntyy maanalaisiin altaisiin, joissa kuuma sula Kivi lämmittää vettä. Kaivot, jotka porataan jopa 10000 jalkaa maan alle, tuovat tuon kuuman nesteen pintaan tuottamaan sähköä geotermisessä energialaitoksessa.
maalämpövoimaloita on kolmea eri tyyppiä: flash-höyry, binäärikierto ja kuivahöyry. Vaikka jokainen toimii eri tavalla, kaikki toteuttavat saman perusrakenteen, jossa vedetään kuumaa vettä ja höyryä maasta pyörittämään turbiineja, jotka sitten tuottavat mekaanista sähköä.
suurin osa maalämpövoimaloista on flash-höyryvoimaloita. Laitostyyppi määräytyy kuitenkin kunkin maalämpökentän ominaisuuksien ja sijainnin perusteella. Katso videolta, miten geotermistä energiaa tuotetaan flash-höyryvoimalaitoksesta.
US landscape of geotermal energy
Yhdysvallat on ylivoimaisesti suurin geotermisen energian tuottaja. Yhdysvaltain ensimmäinen geoterminen voimala, Geysir Complex, sijaitsee Pohjois-Kaliforniassa ja on edelleen maailman suurin geoterminen voimala! Se koostuu yli 20 maalämmön tuotantolaitoksesta.
suurimmassa osassa Yhdysvaltain läntisiä osavaltioita on runsaasti geotermisiä luonnonvaroja, sillä koko alueella on lukuisia ”kuumia pisteitä”, joissa maankuori on ohut, jolloin kuuma vesi nousee pintaan. Tämä johtaa luonnon kuumiin lähteisiin ja geysireihin, kuten Yellowstonen kansallispuistossa, jossa vesi voi nousta 430 asteeseen.
”kuumia pisteitä” lukuun ottamatta geotermistä energiaa voidaan käyttää lähes missä tahansa maalämpöpumppujen avulla. Juuri näin tuhannet rakennukset ja kodit ympäri Yhdysvaltoja säilyttävät lämpötilansa, sillä geotermisellä energialla voidaan tuottaa sähkön lisäksi jäähdytystä ja lämmitystä.
maalämpö vs. aurinko ja tuuli
Okei, joten nyt on selvää, että voimme hyödyntää maanalaisen lämmön puhtaana ja vapaana energialähteenä. Mutta mistä tämä hössötys johtuu? Onko maalämpö todella parempi kuin muut kehittyneet uusiutuvat energialähteet, kuten aurinko – tai Tuulivoima?
maalämpövoimaloiden voimanlähteenä käytettävä polttoaine on käytettävissä 24 tuntia vuorokaudessa, 365 päivää vuodessa, jolloin sitä voidaan käyttää primäärienergian lähteenä. Tähän aurinko – ja tuulivoima eivät pysty.
olet luultavasti jo kuullut monien uusiutuvien energialähteiden ajoittaisesta luonteesta — emme voi luottaa siihen, että aurinko paistaa tai tuuli puhaltaa samalla hetkellä, kun energiantarve on suuri.
tämä on suuri syy siihen, miksi meidän on edelleen turvauduttava fossiilisiin polttoaineisiin, kuten kivihiileen ja maakaasuun. Nämä perinteiset energialähteet toimivat sähköverkon ensisijaisina eli perusvoimaisina energialähteinämme niiden tuottaman energian vakauden ja johdonmukaisuuden vuoksi.
vaikka aurinko ja tuuli eivät edelleenkään pysty kilpailemaan näiden hiilijalanjäljen suurien raskassähkön tuottajien kanssa peruskuormasähkön tuottamisessa, geoterminen energia voi. Se voi toimia johdonmukaisesti yli 90%: n saatavuusasteella (prosenttiosuus ajasta, jonka laitos tuottaa energiaa). Se on vaikuttavaa, varsinkin verrattuna kivihiileen, joka istuu 75% saatavuus.
lisäksi sen hinta ei heilahda kuten öljyn, kaasun tai hiilen hinta. Se tarjoaa tasaista ja puhdasta energiaa ilman fossiilisten polttoaineiden energian hintojen heilahtelua. Kaikki nämä tekijät yhdessä luovat kilpailukykyisen energialähteen, joka voisi olla säästävä armo Yhdysvaltain energiamarkkinoille.
geotermisen energian kestävyys
Ok se on uusiutuvaa, mutta onko se kestävää? Voimmeko jatkaa tämän pohjaveden käyttöä loputtomiin ilman minkäänlaisia haittavaikutuksia? Geotermisen energian kestävyys on osoitettu maailman ensimmäisen geotermisen voimalan jatkuvalla käytöllä Italiassa, joka on ollut toiminnassa vuodesta 1913.
vaikka höyryn ja veden paine on laskenut joissakin laitoksissa, meillä on nyt valmius laskea jätevesi takaisin maahan kaivon kautta sen käytön jälkeen, mikä pidentää tekojärven käyttöikää.
maankuoren hyödyntäminen: geotermisen energian kustannukset
mennään asian ytimeen: kustannuksiin. Geotermisen energian ”polttoaine”, maankuoresta lähtevä lämpö, on ilmaista! Niinpä kun voimalaitos on rakennettu, maalämpö maksaa päivittäin vähän. Käyttö ja ylläpito vaihtelee 0,01 dollarista 0,03 dollariin kilowattitunnilta keskimääräisessä geotermisessä voimalaitoksessa Yhdysvalloissa.
alkupääomakustannukset eivät kuitenkaan ole kovin pienet. Geotermisten voimalaitosten asennuskustannuksiin kuuluvat: luonnonvarojen etsintä ja arviointi, porauskaivojen poraus, kenttäinfrastruktuuri, tuotantolaitosten Rakentaminen ja verkkoyhteys. Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) mukaan geotermisen voimalan maan ja rakentamisen alkukustannukset Yhdysvalloissa ovat noin 2500 dollaria asennettua kilowattia kohden.
jos haluamme saada käsityksen siitä, miten nämä kustannukset vertautuvat muihin energialähteisiin, meidän pitäisi tarkastella hyvin kattavaa energiantuotannon mittausta nimeltä ”levelized cost of energy” (lcoe).
älä panikoi, emme aio asetella mitään kaavoja. Sen perusajatuksena on yhdistää kaikki energialaitoksen Kiinteät ja muuttuvat kustannukset ja ottaa samalla huomioon, kuinka paljon energiaa laitos voi tuottaa ja kuinka monta vuotta.
lopputuloksena on metriikka, jonka avulla teemme objektiivisia vertailuja yhden energialähteen ja seuraavan välillä. Se on myös mitä sijoittajat käyttävät päättää, jos tietynlainen energiantuotanto voi saavuttaa kaupallistaminen, koska eri kustannuksia se vaatii.
DOE keräsi tietoa tulevista energialaitoksista, joiden on määrä alkaa tuottaa sähköä vuosina 2018-2022. He havaitsivat, että geotermisen laitoksen arvioitu kokonaisjärjestelmän LCOE on $44/MWh, (s. 7) pienin LCOE mistään muusta energialähteestä.
jotta saisit käsityksen siitä, kuinka alhainen tuo 44 $/MWh on, mieti, miten se sijoittuu perinteisiin lähteisiin: maakaasu sijoittuu 54-100 $/MWh (riippuen tuotantolaitoksen tyypistä), kun taas ydinvoima sai 96 $/MWh. Hiili puuttuu tästä listasta, koska vuoteen 2022 mennessä ei ole tarkoitus rakentaa ”puhtaita” hiililaitoksia, jotka noudattaisivat lähestyviä tuotantolaitosohjeita.
kiinnostavaa on, että maalämpö päihitti jopa muut uusiutuvat energialähteet! Aurinkoenergian hinta oli 73,7 dollaria / MWh, onshore-Tuulen 55,8 dollaria/MWh ja vesivoiman noin 64 dollaria/MWh. (Huomautuksena, nämä numerot eivät sisällä mitään Yhdysvaltain hallituksen verohyvitys tarjoukset.)
viipyvät kysymykset
joten, jos maalämpö on niin halpaa ja niin puhdasta, miksi sitä ei käytetä enemmän Yhdysvalloissa? Hyvä kysymys. Vaikka Yhdysvallat on johtava maa geotermisen tuotannon alalla, se on hyödyntänyt alle 0,6 prosenttia geotermisen sähkön resursseistaan.
tähän kehityksen puutteeseen vaikuttavat monet tekijät, kuten korkeat ennakko-investointikustannukset, tasainen kysyntä ja koeporauksiin liittyvät riskit (S. 3). Lisäksi vuonna 2008 toteutettu 30 prosentin liittovaltion verohyvitys geotermisen järjestelmän kustannuksiin päättyi vuoden 2016 lopussa (tämä on sama luotto, jota liittovaltion lainsäätäjät laajensivat aurinkovoimaloille). Silti geoterminen energiantuotanto kasvaa edelleen Yhdysvalloissa. Maalämmöllä tuotetun sähkön odotetaan nelinkertaistuvan Yhdysvalloissa vuoteen 2040 mennessä.
viimeinen sana maalämpöenergiasta
maalämpö on nousussa niin kotimaassa kuin kansainvälisestikin. Sitä tuotetaan yli 80 maassa ja se tyydyttää 60 miljoonan ihmisen sähköntarpeen ympäri maailmaa. Tätä taloudellista ja luotettavaa energialähdettä käytetään yhä enemmän, kun paine fossiilisten polttoaineiden käyttöä vastaan kasvaa ja maailma etsii vakaata, puhdasta energiavaihtoehtoa. Se potentiaali on geotermisessä.
itse asiassa, jos yhdistäisimme kaiken maasta tulevan lämmön noin 30 000 metrin säteellä pinnasta, voisimme tuottaa 50 000 kertaa enemmän energiaa kuin kaikki maailman maakaasu-ja öljylähteet yhteensä! Siinä on paljon lämpöä ja paljon energiapotentiaalia.