Geotermisk energi – hvad er det? Definition, anvendelser og teknologi

Lær hvad geotermisk energi er — definition, teknologier og praktiske anvendelser fra fjernvarme til elproduktion. Bæredygtig, konstant og effektiv energi.

Geotermisk energi (fra de græske rødder geo, der betyder jord, og thermos, der betyder varme) er energi, der skabes af varme i jordskorpen.

Selv om solen opvarmer jordens overflade, skyldes varmen indefra jorden ikke solen. Den geotermiske energi i jordskorpen stammer for 20 % vedkommende fra planetens oprindelige dannelse og for 80 % vedkommende fra mineralers radioaktive henfald. Jorden er varmest i sin kerne, og fra kernen til overfladen bliver temperaturen gradvist koldere.

Geotermiske energikilder spænder fra den lavvandede jord til varmt vand og varm sten, der findes et par kilometer under jordens overflade, og endnu dybere ned til de ekstremt høje temperaturer i smeltet sten kaldet magma. Det har været brugt til badning siden palæolitisk tid, men er nu mere kendt til fremstilling af elektricitet.

Over hele verden blev geotermisk energi brugt til at producere ca. 10 gigawatt elektricitet i 2007, hvilket svarer til ca. 0,3 % af den elektricitet, der bruges i verden. Når geotermiske kraftværker anvendes til at producere elektricitet, har de typisk en konstant produktion.

Geotermisk energi anvendes også direkte til fjernvarme eller til andre opvarmnings- og køleanvendelser. Bygninger i Island opvarmes på denne måde fra landets mange geotermiske anlæg.

Kraftværker og termiske anvendelser af geotermisk energi er modne teknologier, mens projekter med forbedrede geotermiske systemer (EGS) er en ny type anvendelse.

Næsten overalt har jorden 3 meter under jordoverfladen en næsten konstant temperatur på mellem 10 og 16 °C (50 og 60 °F). Geotermiske varmepumper kan udnytte denne ressource til at opvarme og køle bygninger. Et geotermisk varmepumpesystem består af en varmepumpe, et lufttilførselssystem (kanaler) og en varmeveksler - et system af rør, der er nedgravet i den lave jordbund nær bygningen. Om vinteren bruger varmepumpen strøm til at fjerne varmen fra varmeveksleren og pumper den ind i det indendørs lufttilførselssystem. Om sommeren er processen omvendt, og varmepumpen bruger igen strøm til at flytte varme fra indeluften ind i varmeveksleren. Den varme, der fjernes fra indeluften om sommeren, kan også bruges til at levere en gratis kilde til varmt vand. Strømmen til at drive varmepumpen kommer fra en anden kilde.

Den geotermiske energi udledes som varmt vand i mange varme kilder eller som damp i gejsere.

I USA findes de fleste geotermiske reservoirer med varmt vand i de vestlige stater, Alaska og Hawaii. Der kan bores brønde i underjordiske reservoirer med henblik på elproduktion. Nogle geotermiske kraftværker bruger dampen fra et reservoir til at drive en turbine/generator, mens andre bruger det varme vand til at koge en arbejdsvæske, der fordamper og derefter drejer en turbine. Varmt vand nær jordens overflade kan bruges direkte til varme. Anvendelser til direkte brug omfatter opvarmning af bygninger, dyrkning af planter i drivhuse, tørring af afgrøder, opvarmning af vand på fiskeopdræt og flere industrielle processer som f.eks. pasteurisering af mælk.

Varme tørre bjergarter findes i en dybde på 5-8 km overalt under jordens overflade og i mindre dybder i visse områder. For at få adgang til disse ressourcer skal man injicere koldt vand ned i en brønd, lade det cirkulere gennem varme brudte bjergarter og trække det opvarmede vand ud fra en anden brønd. På nuværende tidspunkt er der ingen, der anvender denne metode kommercielt. Den eksisterende teknologi gør det heller ikke muligt at indvinde varme direkte fra magma, som er den meget dybe og mest kraftfulde geotermiske energikilde, endnu.

Hvordan den geotermiske varme opstår

Den indre varme i jorden kommer fra flere kilder: rester af varme fra planetens dannelse, langsomt frigivet varme fra radioaktivt henfald i jordens materiale, og i visse områder fra magma, der ligger tættere på overfladen. Temperaturstigningen med dybden kaldes geotermisk gradient; den gennemsnitlige gradient er omkring 25–30 °C pr. kilometer, men i geologisk aktive områder kan gradienten være meget højere.

Typer af geotermiske kraftværker og teknologier

Der findes tre hovedtyper af kommercielle geotermiske kraftværker:

• Tør damp-værker: Bruger direkte damp fra undergrunden til at drive en turbine. Kræver meget høje temperaturer og direkte dampkilder.
• Flash-steam-værker: Højt temperatur varmt vand fra reservoirer afbødes til lavere tryk i en "flash"-tank, hvor en del af vandet omgående fordamper og driver en turbine.
• Binære kredsløb: Bruges til lavere temperaturer (typisk 100–180 °C). Geotermisk væske opvarmer en sekundær arbejdsvæske med lavt kogepunkt i en varmeveksler; den fordampede arbejdsvæske driver turbinen. Denne teknologi øger udnyttelsesmulighederne for moderate ressourcer og minimerer emissioner.

Valget af teknologi afhænger af temperatur, tryk, kemisk sammensætning af reservoirvæsken og økonomiske forhold.

Direkte anvendelser

Ud over elektricitet bruges geotermisk energi direkte i mange sammenhænge:

• Fjernvarme og opvarmning af boliger og erhverv (eksempelvis i Island).
• Opvarmning af drivhuse og forlængelse af vækstsæsoner.
• Akvakultur (opvarmning af fisketanke), industriel tørring og procesvarme (f.eks. pasteurisering).
• Balneologi og termiske bade (badning).

Geotermiske varmepumper

Geotermiske varmepumper (jordvarmepumper) udnytter den stabile temperatur få meter under jordoverfladen til at opvarme og køle bygninger. Systemerne kan være:

• Horisontale slanger nedlagt i relativt lav dybde (kræver plads).
• Vertikale boringer med lukkede sløjfer (bruges hvor pladsen er begrænset).

Geotermiske varmepumper er meget energieffektive og har ofte en høj COP (Coefficient of Performance), hvilket betyder, at de leverer flere enheder varme pr. enhed elektrisk energi sammenlignet med traditionelle elvarmere.

Forbedrede geotermiske systemer (EGS)

Forbedrede geotermiske systemer (EGS) forsøger at udnytte varme i tørre, varme bjergarter, som ikke naturligt er gennemvædet af vand. Metoden omfatter hydraulisk stimulation (opretning af permeable sprækker) og injektion af vand for at skabe eller forbedre væskecirkulation. EGS kan teoretisk åbne op for store varmeressourcer overalt, men tekniske og økonomiske udfordringer samt risiko for inducerede jordskælv er stadig barrierer for kommerciel storskalaudbredelse.

Fordele og udfordringer

Fordele:

• Stabil, baseload-kraft (konstant produktion).
• Lavere drivhusgasudledning pr. produceret kWh end fossile brændsler.
• Direkte anvendelser kan være meget effektive og økonomiske (fx fjernvarme).

Udfordringer:

• Høje initiale omkostninger til boring og udforskning — geologisk risiko før visse fund.
• Begrænset adgang til højt temperaturreservoirer tæt på overfladen i mange regioner.
• Miljømæssige bekymringer: lokal vandforurening, udsivning af mineralsalte, lugtgener (svovlstoffer) og i nogle tilfælde jordsubsidence eller induceret seismisk aktivitet, især ved EGS.

Miljøpåvirkning og sikkerhed

Geotermiske anlæg udleder generelt betydeligt færre CO2 og luftforurenende stoffer end kul- eller gasværker. Vand fra reservoirer kan indeholde opløste salte og mineraler, som skal håndteres korrekt for at undgå forurening. Afkøling og geninjektion af brugt geotermisk væske er standardpraksis for at mindske miljøpåvirkninger og sikre anvendeligheden af ressourcen over tid.

Udbredelse og eksempler

Geotermisk energi udnyttes i mange lande. Island er et fremtrædende eksempel på udbredt brug af geotermisk varme til både elproduktion og omfattende fjernvarme. Andre lande med betydelig geotermisk produktion omfatter USA, Filippinerne, Indonesien, New Zealand og Italien. I USA ligger de fleste produktive varmevandreservoirer i de vestlige stater, Alaska og Hawaii, hvilket også er nævnt tidligere.

Fremtidsperspektiver

Geotermisk energi har potentiale til at spille en større rolle i et lavemissions energisystem, især kombineret med udvikling af EGS, forbedret boringsteknologi, bedre reservoirmodellering og integration med andre energisystemer (fx brug af geotermisk varme til industrielle processer eller som backup til vedvarende energikilder). Øget forskning og investering kan reducere omkostninger og tekniske risici og gøre geotermiske løsninger mere tilgængelige i flere regioner.

Samlet set er geotermisk energi en robust, ofte lokal og relativt miljøvenlig energikilde med både modne teknologier (kraftværker og varmepumper) og lovende, men endnu delvist uprøvede teknologier (EGS) forud for bredere kommerciel udbredelse.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er geotermisk energi?

Spørgsmål: Hvor stor en del af verdens elektricitet blev produceret ved hjælp af geotermisk energi i 2007?

Spørgsmål: Hvilken temperatur opretholder jorden i en dybde på 3 meter under jordens overflade?

Spørgsmål: Hvordan kan geotermiske varmepumper bruges til opvarmning af bygninger?

Spørgsmål: Er projekter med forbedrede geotermiske systemer modne teknologier?

Søg efter bogstav