Ulaz za korisnike

Geotermija

Geotermija
 
Geotermija
Geotermija je energija pohranjena u obliku topline, koja se nalazi ispod površine čvrste zemlje.

Taj izraz se u svakodnevnom govoru upotrebljava također i za “iskorištavanje topline zemlje”. U suprotnosti sa gotovo svim drugim regenerativnim energijama

Specifična sposobnost oduzimanja, izvlačenja topline zemlje, pomoću horizontalnih kolektora položenih neposredno iznad površine, nalazi se u bliskoj vezi sa odgovarajućom kakvoćom i svojstvima tla. Putem ciljanog uvođenja kišnice i na taj način postignutog povećanja koncentracije vlage, sposobnost oduzimanja može se znatno povisiti s obzirom na u normalnom slučaju prisutne odnose unutar tla, te se zbog toga minimalizira površina kolektora.

Usprkos drastičnim povećanjima cijena energije, toplina zemlje, kao jedan od besplatnih i za okoliš prhvatiljivih izvora energije, do sada se u Njemačkoj koristila samo u manjoj mjeri i bez ikakvog utjecaja na statistike o korištenju energije. Suprotno tome na Islandu, toplina zemlje se intenzivno upotrebljava u svrhu centralnog grijanja u stambenim zgradama, kao i kod uzgoja biljaka u plastenicima. U današnje vrijeme 90% svih stambenih zgrada na otoku zagrijava se toplinom zemlje. U vrijeme Rimskog carstva, toplina zemlje je upotrebljavana za zagrijavanje termalnih toplica i kupališta.

Geotermija je prema VDI 4640, energija pohranjena u obliku topline, koja se nalazi ispod površine čvrste zemlje. Izraz geotermija se u svakodnevnom govoru upotrebljava također i za “iskorištavanje topline zemlje”. U suprotnosti sa gotovo svim drugim regenerativnim energijama, toplina zemlje, isključujući vrlo tanak sloj blizak površini, se ne svodi na sunčevu energiju zračenja, već na oslobođenu energiju, koja nastaje raspadanjem radioaktivnih izotopa u unutrašnjosti zemlje. Za energetsko iskorištavanje svakako su vrlo interesantna oba energetska izvora.

Bez obzira na ogromne potencijale, koje nam zemljina kora nudi do dubine od 7000 m, obzirom na struju i toplinu, prisutni su po prilici u 660-strukoj količini iznad stvarnih potreba – iskorištavanje (duboke) geotermije u skorijoj budućnosti će zbog ekonomskih razloga, moći samo malim dijelom potisnuti konvencionalne nositelje energije.

Iako samo 1 % potencijala otpada na hidrotermalna događanja, aktualni se projekti koncentriraju na njihovo izvlačenje, dovođenje iz spremnika tople i vruće vode, koji se nalaze u dubini zemljinog carstva, a u svrhu iskorištavanja kod centralnog grijanja ili kao pogonske energije za proizvodnju struje. Ovi spremnici u Njemačkoj leže duboko ispod zemljine površine. U siječnju započeto bušenje će primjerice, imati krajnju dubinu od 3400m, kako bi se dobila termalna voda temperature od 100 do 120 stupnjeva i upotrijebila u geotermalnoj centrali.

Iskorištavanje geotermije

Geotermija blizu površine zemlje može se suprotno tome, iskorištavati uz pomoć horizontalnih kolektorskih sistema ili vertikalnih zemaljskih sondi, jednostavno i u malim decentnim jedinicama. Površinski slojevi koji sudjeluju u izvlačenju topline bombardirani su sunčevim zračenjem i pri tome se termički napajaju, te na taj način djeluju kao sezonski spremnici. Geotermija bliska površini zemlje sastoji se od 98% sunčeve energije i samo 2 % od energije koja se penje prema gore, iz dubljih slojeva zemlje.

Horizontalni kolektorski sistemi su sastavljeni od površinski ravno postavljenih cijevnih sistema, sa presjekom od 25 do 32 mm. U pravilu se, s obzirom na potrebnu sposobnost izvlačenja topline, za to uvodi više krugova paralelno, na odvajajući, razvodni odnosno sakupljajući sistem. Dubina polaganja bi trebala iznositi minimalno 1,20 m, no ne bi smjela prekoračivati dubinu od 1,50 m. Sa sve većom dubinom temperatura doduše raste; no količina topline, koja dolazi sa površine zemlje putem sunčevog zračenja, a time i sposobnost regeneracije, se pak snažno smanjuje.

Geotermija blizu površine zemlje može se suprotno tome, iskorištavati uz pomoć horizontalnih kolektorskih sistema ili vertikalnih zemaljskih sondi, jednostavno i u malim decentnim jedinicama

Snaga izvlačenja

Kao što je to već ranije spomenuto, radi se o sunčanoj energiji, koja se oduzima tlu, jer je toplinska energija, koja se penje iz dubljih slojeva zemlje zanemarivo mala. Iz toga proizlazi da su za posupak izmjene topline mjerodavni toplinska vodljivost, kao i toplinski kapacitet. Pojednostavljeno vrijedi, da su spremnička svojstva i toplinska vodljivost time veći, što je tlo jače obogaćeno vodom i što je veći udio mineralnih sastojaka, poput kvarca ili glinenca, te što je manji udio zrakom ispunjenih pora.

Tabela 1 objašnjava povećavanje moguće sposobnosti izvlačenja kod povišenog udjela vlage okolnog zemljišta. Pošto se vodom natopljena tla, kod planiranih objekata sa geotermičkim kolektorima, mogu zateći samo u iznimnim slučajevima, kod uobičajenih površinskih kolektora u pravilu se mora polaziti od srednje snage upijanja, koja iznosi od 15 do 20 W/m2. Na temelju velike potrebe za prostorom, koja proizlazi iz toga, do sada su se površinski kolektori mogli ugrađivati na samo dovoljno velikim parcelama.

probni uređaj

Kod probnih uređaja toplinskih pumpi, koncipirane su četiri različite upijajuće površine. Pomoću njih se na kraju probnog perioda treba omogućiti usporedivost pojedinačnih polja, jednog sa drugim. Ovako izgleda organizacija pojedinačnog test-polja:

Polje 1

Asfaltom zapečaćena gornja površina, bez dodatnog dovođenja kišnice, sa zemljišnom niveletom, bez prodiranja.

Polje 2

Asfaltom zapečaćena gornja površina, sa dovođenjem kišnice, sa zemljišnom niveletom i kontroliranim prodiranjima.

Polje 3

Nezapečaćena gornja površina, sa dovođenjem kišnice, sa zemljišnom niveletom i kontroliranim prodiranjima.

Polje 4

Nezapečaćena gornja površina bez dovođenja kišnice, bez zemljišne nivelete, bez prodiranja.

Izabrane varijante polja dozvoljavaju detaljno ispitivanje i procjenu svih relevantnih utjecaja, vezano za sposobnost izvlačenja topline, kao što je količina vlage, trajanje regeneracije, kapilaritet ili toplinska vodljivost. S obzirom na ovu međuovisnost, isto se tako eksperimentiralo sa različitim sastavima tla, pošto i ono neposredno utječe na sposobnost za rad kolektorskog sistema.

Akva-geo kolektor

Kako se znanje o utjecaju sastava tla ne bi ograničilo samo na dimenzionirajuću osnovicu, već kako bi se na ove mehanizme ciljano utjecalo i iskoristilo, razvijen je inovativni kolektorski sistem.

Osnovna misao vodilja razvoja je povezivanje odvođenja kišnice, sa učinkovitim iskorištavanjem površinski bliže geotermije. Kišnica, koja se odvodi sa krovova i dvorišnih površina treba se upotrijebiti, kako bi se sposobnost izvlačenja, upijanja topline u kolektorskom polju, značajno povećala. Nastavak je stoga, ciljano ovlaživanje i zadržavanje vlažnosti čak i tijekom perioda godine, koji su siromašni padalinama.

U idealnom slučaju, kišnica treba djelovati tako da se “blatna kupka” koja se nalazi uokolo kolektora neprekidno regenerira, te da aktivnim kapilarnim djelovanjem ovlažuje tlo, između zemljinog kolektora i površine zemlje. Vlažnošću tla poboljšava se toplinska vodljivost i sposobnost pohranjivanja topline, čime isto tako dolazi do brže regeneracije. Zbog toga se osnovna izvedba akva-geo kolektora sastoji od vodonepropusne kadice, nivelete, koja tvori donji završetak kolektorskog sistema. Opskrba kišnicom osigurana je ciljanim raspoređivanjem specijalnih upijajućih blokova u kolektorskom polju.

Upijajući blokovi su od vlaženja zemlje zaštićeni geo tekstilom koji ne trune i garantiraju ravnomjerno udaranje, dovođenje kišnice u kolektorsko polje. Ograničenom visinom zemljane nivelete od 20 cm, voda koja se preljeva preko ruba nivelete se može upiti s vanjske strane. Unutar kišnicom natopljene podne nivelete protječu kolektorske cijevi za izvlačenje topline (slika 2). Dozirano prodiranje unutar nivelete pospješuje naknadno dotjecanje i izmjenu, odnosno miješanje sa kišnicom, koja se već nalazi u niveleti. Prije samog akva-geo kolektora priključeno je filtersko okno, koje spriječava ulazak lišća, nanesene prašine i drugih onečišćivača u sistem.

Osnovna misao vodilja razvoja jest povezivanje odvođenja kišnice, s učinkovitim iskorištavanjem površinski bliže geotermije. Kišnica, koja se odvodi s krovova i dvorišnih površina treba se upotrijebiti, kako bi se sposobnost izvlačenja, upijanja topline u kolektorskom polju značajno povećala

Pokusni uređaj

Na temelju ranije opisanih predpostavki došlo je već u razvojnoj fazi do gradnje u Njemačkoj potpuno jedinstvenog pokusnog postrojenja. Osnovica za ovaj veliki pokus su na različite načine izgrađene površine za izvlačenje, uz čiju se pomoć javljaju objektivne mogućnosti usporedbe različitih sposobnosti za rad. Uspoređivale su se primjerice pokusne površine sa i bez ciljanog dovođenja vode, kao i zapečaćene i nezapečaćene površine. Na ova pokusna polja su priključene identične solarne i vodene toplinske pumpe, sa toplinskom snagom od 5,8 kW.

U svrhu simulacije centralnog grijanja unutar stambene zgrade, pokusna su polja, ovisno o mjesecu u godini, izložena različitim vremenima opterećenja. Tako se za vrijeme ljetnih mjeseci simuliralo dvosatno trajanje pogona za pripremu tople vode, dok su u zimskim mjesecima svi probni uređaji bili u dvanaestosatnom pogonu, kako bi se dobila topla voda i zagrijala zgrada. Svim uređajima je naknadno priključen jedan odvojeni potrošač, čija se navedena energija zagrijavanja upotrebljava za proizvodnu halu.

Mjerni podaci, kao što su protočna temperatura i temperatura povratnog toka izvora topline, obzirom na grijanje protočna i temperatura povratnog toka, vanjska temperatura i temperatura u tlu, neprekidno se očitavaju i preko daljinskog prijenosa podataka se provode dalje na numeričko izračunavanje. Odmah nakon procjene i numeričkog izračunavanja prvih nizova podataka, mogle su se utvrditi jasne prednosti u korist pokusnih polja sa aqua-geo tehnologijom, vezano za eksploataciju snage i regeneraciju.

Pomoću zasićenja kišnicom i potvrđivanjem snage kroz sveobuhvatne pokuse, može se vezano za VDI 4640, navesti specifična toplinska snaga od 40 W/m2 kolektorske površine. Ostvariva visoka specifična toplinska snaga za praksu znači znatno manje kolektorske površine, obzirom na do sada poznate horizontalne kolektore. Nadalje je pomoću aqua geo kolektora također moguća instalacija ispod zapečaćenih površina bez izazivanja šteta, pošto se dovođenje kišnice izvodi pod zemljom, korištenjem upijajućih blokova. Moguće je također zamisliti i istovremeno korištenje ugrađenih ovakvih blokova kao upijajućih uređaja. To se ipak mora provjeriti u pojedinačnom slučaju, što ovisi o broju ugrađenih blokova, a u međuovisnosti je sa sposobnošću upijanja prisutnog zemljišnog materijala, te isto tako ovisi i o veličini priključene površine.

Čak i u usporedbi s vertikalnom zagrijavajućom sondom, pokazuju se, zbog nižih cijena kao i zbog jednostavne ugradnje za koju nije potrebna nikakva dozvola, prednosti u korist aqua-geo kolektora. Tako kroz novi sistem, po prvi puta na rasplaganju stoji površinski ravni kolektorski sistem, koji je kroz svoju visoku specifičnu snagu izvlačenja i malene dimenzije, interesantan i za nevelike zemljišne čestice.

Pogled na “aqua geotermiju” Aqua-geo kolektori se u današnje vrijeme nude u četiri građevna paketa, kao kompletni sistemi na području jedno i dvoobiteljskih kuća. Ovdje se po prvi puta uz pomoć kišnice proizvodi toplina, odnosno iskorištavanje topline kolektora se značajno povećava. Daljnji sinergijski učinak predstavlja istovremeno korištenje kolektorskog sistema kao upijajućeg uređaja, čime se kompenziraju troškovi i mogu se svesti na minimum.

Aqua-geotermija predstavlja za budućnost vrlo značajno razvojno područje. Nove mogućnosti razvoja nudi daljnje optimiranje i još preciznije podešavanje pojedinačnih komponenata, kao i iskorištavanje drugih sinergetskih učinaka, putem uskog povezivanja sistema korištenja kišnice, tehnike upijanja i toplinske tehnike. Ali isto tako, novi odnosno prošireni koncepti, dopuštaju očekivanja za u budućnosti daljnje povećavanje učinkovitosti, odnosno minimiranje kolektorske površine i širu primjenu ravnih kolektorskih sistema.

Na temelju proširenih sistemskih granica, usporedba cijena s konkurentnim sistemima nije izravno moguća. U usporedbi sa sondama zemljine topline, postoji značajna prednost investicijskih troškova u korist akva geo kolektora

Usporedba troškova

Na temelju proširenih sistemskih granica, usporedba cijena sa konkurentnim sistemima nije direktno moguća. U usporedbi sa sondama zemljine topline, postoji značajna prednost investicijskih troškova u korist akva geo kolektora. Uobičajeni ravni kolektori su na prvi pogled povoljniji s obzirom na nabavu, no zahtijevaju kod iste snage izvlačenja, ovisno o međusobnim odnosima na licu mjesta, dva do četiri puta veću površinu. Troškovi za iskop zemlje, postavljanje cijevi i ponovno zatrpavanje zemljom značajno su viši.

Kod detaljnijeg načina promatranja, gotovo da je nemoguće provesti usporedbu troškova. Pošto je kod ELWA-sistema uređaj za procjeđivanje praktički integriran, napadana kišnica može se odvoditi sa vlastitog zemljišta. Na taj način mogu, ovisno o komunalnoj regulaciji pristojba kod podijeljene naknade za otpadne vode, troškovi za odvođenje kišice za uračunate (zapečaćene) površine biti iz godine u godinu vraćeni. Naknade za oborinske vode u Njemačkoj iznose između 0,39 i 1,54 eura po kvadratnom metru.

Što je geotermalna energija

Riječ geotermalno ima porijeklo u dvjema grčkim riječima geo (zemlja) i therme (toplina) i znači toplina zemlje, pa se prema tome toplinska energija Zemlje naziva još i geotermalna energija. Toplina u unutrašnjosti Zemlje rezultat je formiranja planeta iz prašine i plinova prije više od četiri milijarde godina, a radioaktivno raspadanje elemenata u stijenama kontinuirano regenerira tu toplinu, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi izvor energije. Osnovni medij koji prenosi toplinu iz unutrašnjosti na površinu je voda ili para, a ta komponenta obnavlja se tako da se voda od kiša probija duboko po raspuklinama i tamo se onda zagrijava i cirkulira natrag prema površini, gdje se pojavljuje u obliku gejzira i vrućih izvora.

Potencijali geotermalne energije

Potencijal geotermalne energije je ogroman, ima je 50000 puta više od sve energije koja se može dobiti iz nafte i plina širom svijeta. Geotermalni resursi nalaze se u širokom spektru dubina, od plitkih površinskih do više kilometara dubokih rezervoara vruće vode i pare koja se može dovesti na površinu i iskoristiti. U prirodi se geotermalna energija najčešće pojavljuje u formi vulkana, izvora vruće vode i gejzira. U nekim zemljama se geotermalna energija koristi već tisućljećima u obliku toplica odnosno rekreacijsko-ljekovitog kupanja. No razvoj znanosti nije se ograničio samo na područje ljekovitog iskorištavanja geotermalne energije već je iskorištavanje geotermalne energije usmjerio i prema procesu dobivanja električne energije te grijanju kućanstava i industrijskih postrojenja. Grijanje zgrada i iskorištavanje geotermalne energije u procesu dobivanja struje, glavni su ali ne i jedini načini iskorištavanja te energije

Island najveći iskorištavač.

Najveći geotermalni sistem koji služi za grijanje nalazi se na Islandu, odnosno u njegovom glavnom gradu Reykjaviku u kojem gotovo sve zgrade koriste geotermalnu energiju, te se čak 89% islandskih kućanstava grije na taj način. Iako je Island uvjerljivo najveći iskorištavač geotermalne energije po glavi stanovništva sa spomenutih 89% svih islandskih kućanstava koja se griju na taj način, nije usamljen na području iskorištavanja geotermalne energije. Geotermalna energija se uvelike iskorištava i u područjima Novog Zelanda, Japana, Italije, Filipina te i nekih dijelova SAD-a kao što je San Bernardino u Kaliforniji te u glavnom gradu Idaho-a Boise-u.

Izvor: www.masmedia.hr

Materijali