Целта на тази научна разработка е да покаже сащността на геотермалната енергия, технологията на производството й, възможностите за производство в България и проблемите, които стоят пред геотермалната енергетика в страната, както и предимствата на термалните електроцентрали. Темата на научната разработка е изключително актуална, тъй като в много близко бъдеще количеството традиционни горива (петрол, природен газ, въглища) значително ще намалее, а това сащо ще доведе и до оскъпяването им. Освен това тези изтичници на енергия изключително много замърсяват околната среда, докато геотермалнатаенергия е чиста и постоянна.
Решаването на този проблем изисква да насочим внимание кам енергетиката и екологията. Енергетиката е дял от промишлеността, който обхваща както създаването и пренасянето на електроенергия, така и техниката на високите напрежения. Електрическата енергия в повечето случаи е създадена от механична енергия с помощта на генератори. За съжаление производството на електроенергия в ТЕЦ и АЕЦ замърсява водите, атмосферния въздух и почвите, тъй като се отделят много отпадъци (СО2, производствен прах, отпадни производствени води и др.), а и ресурсите са на изчерпване. Затова в последните години се налага да обарнем внимание към алтернативните и неизчерпаеми източници на енергия.
Геотермалната енергия е именно такав източник на енергия. Тя е топлината, идваща от Земята. Ресурсите на геотермална енергия се простират от плиткото до горещите води и горещите скали, намиращи се на няколко мили под земната повърхност и даже още по-дълбоко, до изключително високите температури на разтопените скали. Геотермалната енергия е топлинната енергия в разтопената магма в ядрото на земята. Топлината достига до повърхността нa земята чрез топлинната проводимост и чрез навлизането на магмата в земната кора. Когато магмата достигне повърхността, тя се превръща в лава, в повечето случаи обаче остава под земната кора, като нагрява скалите и водата, които се намират в близост Известно количество от тази нагрята вода минава през пукнатини и достига повърхността на земята под формата на горещи извори и гейзери. По-голямата част остава под земята на различна дълбочина и може да се използва като се прокопаят кладенци със сонди, а след това в много от случаите се изпомпва с помпи. Почти навсякъде плиткият подпочвен слой или горните 10 фута ( около 3 м) от Земната повърхност поддържат постоянна температура между 10° и 16°С. Геотермалните топлинни помпи могат да стигнат до този ресурс за отопляване и охлаждане на сгради. Една система с геотермална топлинна помпа се състои от топлинна помпа, въздухопровод и топлообменна система - система от тръби, заровени в плиткия почвен слой близо до сградата. През зимата топлинната помпа отнема топлина от топлообменната система и я впомпва във входа на въздухопровода. През лятото процесът е обратен и топлинната помпа придвижва топлина от входа на въздухопровода в топлообменната система. През лятото отнеманата от входа на въздухопровода топлина може да се използва и като безплатно средство за топла вода.
Геотермалните отоплителни системи доставят топлина като изпомпват с помпи геотермална вода от кладенци, сондирани в геотермален водоизточник. Оттам геотермалната вода преминава през топлинен преобразувател, който извлича топлината от нея и с тази топлина се загрява друга вода, която по тръби отива за отопление на сгради. След като премине през топлинния преобразувател, геотермалната вода се инжектира обратно във водоизточника, където се отново се затопля се използва повторно. Горещата вода близо до земната повърхност може да бъде използвана директно за отопление. Преките приложения включват отопляване на сгради, отгледжане на растения в оранжерии, сушене на култури, затопляне на вода в рибарници и някои промишлени процеси като пастьоризирането на мляко.
Енергията, която се съдържа в естествената гореща вода се нарича хидротермална енергия. Там където има само горещи сухи скали, е възможно да се инжектира вода, след което горещата вода или парата могат да бъдат използвани за производство на хидротермална енергия. Ресурсите от горещи сухи скали се срещат на 3 до 5 мили (4 до 6 км) навсякъде под земната повърхност, а на някои места и на по-малки дълбочини. Достъпът до тези ресурси включва инжектирането на студена вода в кладенец, циркулирането u през горещите чупливи скали и изкарването на горещата вода от друг кладенец. Засега няма комерсиални приложения на тази технология.
Съществуващата технология също така все още не позволява получаване на топлина директно от магма, която е най-дълбокият и най-мощният ресурс на геотермална енергия. За щастие обаче вече съществуват геотермални електроцентрали. Геотермалните водоизточници могат да бъдат достигнати със сонди в най – различна дълбочина. Когато горещата вода извира естествено (или се изпомпва) в най – широк температурен обхват, тя може да служи за производство на енергия в такива централи. В общи линии принципът им на действие е следният:
Горещата вода и пара от земята преминава през турбини, захранват генератор и произвежда електричество. Съществуват различни видове геотермални електроцентрали, но повечето са парни. При тях горещата вода от производствените сондажи преминава през един или два разделителя, където освободена от налягането на дълбокия резервоар, част от нея се преобразува в пара. Силата на парата се използва за задвижване на турбината. За да се запази водата и да се поддържа налягането в резервоара, геотермалната вода и кондензираната пара се инжектират в периферията на резервоара, така той се затопля отново. Някои електроцентрали произвеждат главно пара и съвсем малко вода. При този тип, наречен суха парна електроцентрала, парата отива директно в турбината.
Съществуват и така наречените бинарни електроцентрали. Резервоар с температура от 120° С до 180° С не е достатъчно горещ, за да образува достатъчно пара, но въпреки това може да се използва за производство на електричество в бинарна електроцентрала (двойна). В бинарната система геотермалната вода преминава през топлинен преобразувател, където топлината й затопля втора (бинарна) течност като изопентан, който завира при по-ниска температура от водата. При нагряване втората течност се трансформира в пара, която задвижва турбината и задвижвайки я се охлажда, втечнява се а след това наново се загрява. Така се използва многократно. В този затворен цикъл няма вредни емисии във въздуха!!!
Въпреки, че производството на геотермална енергия не е така разпространено, нейното използване започва още от древността. Доказано е, че жителите на древния италиански град Помпей, който се е намирал в подножието на Везувий, са се възползвали от топлите извори, за да отопляват сградите си. Според исторически сведения геотермални води от плитките кладенци в Париж, Франция, се използвали още преди шест века.
Тъй като отоплението на райони чрез геотермални води е чист и икономичен метод, той става все по-популярен на различни места по света и в днешни дни. Освен във Франция, този метод намира приложение в Исландия, Турция, Полша и Унгария. Най-голямата геотермална система за отопление на райони е в Рейкявик, Исландия, където почти всички сгради са с геотермално отопление. Преди време въздухът в Рейкявик и околностите бил страшно замърсен от отровни газове. От тогава там започнали да използват геотермалната енергия и сега Рейкявик е един от най-чистите градове в света. Най-важните геотермални източници в Европа се намират в Италия, Русия, Гърция и Испания. Първата геотермална електроцентрала е била суха парна електроцентрала, построена в Лардело - Тоскана, Италия, през 1904 година. Електроцентралите в Лардело са били разрушени по време на Втората световна война, но след това са построени отново и разширени. В Калифорния, САЩ, също има суха парна електроцентрала, която произвежда електричество от 1960. Тя е най-голямата суха парна електроцентрала в света и след 40 години експлоатация, все още произвежда електричество достатъчно, за да обслужи град с големината на Сан Франциско.
Потенциалът за използването на енергия от възобновяеми енергийни източници в България се проучва още от началото на 1930 г. В средата на седемдесетте години на миналия век бе създаден Институт за възобновяеми енергийни източници с цел установяване и използване на съществуващия потенциал, но едва през последното десетилетие проучвателните работи по тези източници станаха държавен приоритет.
България е богата на геотермални ресурси. У нас има над 840 проучени находища с температура до 103°C в около 140 обекта.
Геотермалните енергийни ресурси в България са публична държавна или общинска собственост.
Приблизителният теоретичен потенциал за системи за директно ползване на геотермална енергия за проучените източници е около 4 000 GWh/годишно, а техническият потенциал е не по-малко от 3 000 GWh/годишно.
Понастоящем в България инсталираната мощност на системите за директно използване на енергия от геотермални източници възлиза на 94.5 MWt, а годишното енергопотребление - на 380 GWh/годишно.
По-голямата част от геотермалната енергия се ползва за плувни басейни, бани и балнеология. Други по-малки мощности се използват за изграждане на отоплителни системи, включително термопомпи, а част от източниците се ползват за директно отопление на оранжериите с много нисък фактор на товара.
Съществува проект "Устойчиво използване на геотермалните ресурси в България" финансиран от Японската инициатива за изменение на климата - Японски доверителен фонд, за изпълнение на задълбочени изследвания във връзка с използването на геотермалните ресурси в България. Този проект се изпълнява на два етапа:
Етап I - Идентифициране на основните пречки пред използването на геотермалните ресурси в България и проучвания на практиката
Етап ІІ - Работно проектиране, спецификация за изграждане и експлоатация, включващи икономически и финансов анализ, за геотермални отоплителни системи във Велинград, Сапарева баня , Павел баня, Баня, община Карлово, Златоград, Сандански, Кюстендил и Момин проход.
Предвижда се в тези градове да се изградят геотермални отоплителни централи и местни системи за централно отопление на битиови сгради, рехабилитационни центрове, санаториуми, болници и поликлиники.
Общия топлинен товар, който ще поемат тези централи ще е 11 599 квт.
Проблемите за осъществяване на този проект са много: правни, институционални, регулативни, технически, икономически, финансови, екологични и социални. Най-съществен от които е финансовия, тъй като за проучването на геотермалния ресурс, сондирането на кладенци и инсталирането на централа са необходими много парични средства. Също така има и известни технически проблеми, поради факта, че извличането на топлина директно от магма все още не е възможно, а има потенциала да предостави огромно количество енергия.
От изложеното до тук можем да направим следните изводи.
За разлика от традиционните начини за производство на енергия, където се отделят отровни вещества, геотермалните електроцентрали отделят само водна пара.
В геотермалните електроцентрали парата, топлината или горещата вода от водоизточниците е силата, която задвижва турбините, които произвеждат електричество. Използваната геотермална вода се връща в резервоара, за да се нагрее отново, за да се запази налягането и нивото на водата в резервоара. Икономични са. Ето защо страни като Италия, Португалия и Франция се стремят да увеличат капацитета на вече инсталираните геотермални системи за производство на енергия.
При геотермалните централи не е нужно да се внася гориво и по този начин се пестят пари. Разбира се, за използването на геотермалната енергия при производството на електричество е необходимо да се инвестират средства, за да се направят необходимите проучвания, да се сондират кладенци и да се инсталира централата. По-евтино е да се построи една от познатите ни видове електроцентрали отколкото геотермална електроцентрала, но за сметка на това цените на традиционните горива са много по-скъпи, така че в бъдеще геотермалната електроцентрала ще се окаже значително по-икономична. За съжаление един средностатистически българин не може да си позволи да направи тези проучвания. Разчита се преди всичко на държавни проекти, но и те се бавят прекалено много, а и не са особено мащабни предвид огромния потенциял за производство на геотермална енергия, който има България.
При използването на геотермални електроцентрали замърсяването на въздуха е минимално, а това днес е от първостепенно значение за оцеляването на нашата планета, на хората, животните, растенията. Сега съществуващите геотермални обекти в цял свят произвеждат една шеста от въглеродния диоксид, който една електрическа централа, която се захранва от природен газ, произвежда. Освен това при тяхното действие изобщо не се отделят така вредните и замърсяващи атмосферата емисии като азотен оксид и серни газове. Геотермалните извори, наред със слънцето, биомасата, вятърът, водата, са едни от възобновяемите енергийни източници, а това означава, че те няма опасност да свършат, както това предстои да се случи с петрола и природния газ в недалечно бъдеще. Само изграждането на проекта за "Устойчиво използване на геотермалните ресурси в България" емисиите от СО2 в атмосферата ще намалеят с приблизително 4 хил. тона годишно.
За в бъдеще мисля, че трябва да се увеличат държавните проекти за изграждане на геотермални елекртоцентрали. Добре ще е централното топлозахранване в градовете, вместо от ТЕЦ да се захранва от геотермални централи. Това значително ще подобри условията на живот в тези градове. Тази практика вече се прилага в много европейски градове ( в Рейкявик например)
Би било добре сащо да се отпускат повече кредити за изграждане на геотермални системи и в отделните домакинства. За сега се отпускат кредити “Енергийна ефективност” в които присъства като енергоспестяваща мярка само закупуването на термопомпени агрегати без да се отпускат средства за проучвания и сондаж. Тези кредити се отпускат само от шест банки ( Българска пощенска банка, ДСК, Булбанк, ОББ, ПроКредит банк и Райфайзен банк) и размера на кредита за отделно домакинство е от 2000 до 9500 лв. , сума крайно недостатъчна за изграждането на такава система.
Геотермална енергия е топлинна енергия, идваща от Земята. Тя е екологично чиста и постоянна. Ресурсите на геотермална енергия се простират от плиткото до горещите води и горещите скали, намиращи се на няколко километра под земната повърхност и даже още по-дълбоко, до изключително високите температури на разтопените скали, наричани магма /астеносфера/.
Почти навсякъде плиткият подпочвен слой или горните 3 м от земната повърхност поддържат постоянна температура между 10° и 16°С. Геотермалните топлинни помпи могат да стигнат до този ресурс за отопляване и охлаждане на сгради. Една система с геотермална топлинна помпа се състои от топлинна помпа, въздухопровод и топлообменна система - система от тръби, заровени в плиткия почвен слой близо до сградата.
През зимата топлинната помпа отнема топлина от топлообменната система и я впомпва във входа на въздухопровода. През лятото процесът е обратен и топлинната помпа придвижва топлина от входа на въздухопровода в топлообменната система. През лятото отнеманата от входа на въздухопровода топлина може да се използва и като безплатно средство за топла вода.