Lungul drum al energiei geotermale de la invenție la eficiență

Energia geotermală începe să arate ca o adevărată vedetă a tranziției la energia regenerabilă. Din Africa în SUA, proiectele se țin lanț, investițiile sunt mari și se anunță și mai însemnate, iar ambițiile sunt în conformitate cu estimări cât se poate de optimiste. Practic, statisticile arată că la nivel global, capacitatea de generare a energiei geotermale era de 15.854 MW la sfârșitul anului 2021. Și un detaliu relevant – ca și în cazul celorlalte tipuri de energie verde, și aceasta a avansat în timpul pandemiei, în ciuda crizei economice, a blocajelor, în general a obstacolelor majore care au stat în fața întregii economii mondiale timp de doi ani. În ciuda provocărilor, au fost adăugate noi capacități, în tot mai multe țări. Tehnologiei i-au trebuit 170 de ani să intre în prim-planul atenției societății…

„Marșul” proiectelor de miliarde de kWh – din SUA și Bolivia până în Turcia și Japonia

În 2019, 27 de țări au generat un total de aproximativ 88 de miliarde de kWh de energie electrică din energia geotermală. La aproape zece ani după ce un plan al fostului președinte Barack Obama dădea un impuls major – susținut de fonduri, firește – sectorului energiei geotermale, studiul GeoVision din 2019 privind aceasă industrie, realizat de Departamentul de Energie, arăta că între timp capitalul secase și atenția dispăruse. Abia în 2020 totul s-a „aliniat”: interes puternic al publicului și al investitorilor, cerere reală a pieței (mulțumită obiectivelor ambițioase de stat privind energia regenerabilă) și un val de noi tehnologii, unele împrumutate din industria petrolului și gazelor. Startup-urile se dezvoltă rapid și devin tot mai mari, companiile consacrate derulează astăzi proiecte profitabile. La sfârșitul anului 2021, SUA înregistrau 3.722 MW, cu 24,8 MW suplimentari adăugați chiar în acel an. De altfel, Statele Unite ale Americii sunt lider mondial în ceea ce privește generarea de energie electrică geotermală. În 2021, au existat centrale geotermale în șapte state, care au produs aproximativ 16 miliarde kWh. Indonezia a fost al doilea cel mai mare producător de energie electrică geotermală, cu aproape 14 miliarde kWh de energie electrică, ceea ce a fost egal cu aproximativ 5% din producția totală de energie electrică a țării. Kenya este un important producător de energie electrică geotermală, cu aproximativ 5 miliarde kWh, dar a avut cea mai mare cotă procentuală din producția totală anuală de energie electrică din energie geotermală, cu aproximativ 46%. De pildă, în Olkaria, la marginea Parcului Național Hell’s Gate, sunt cinci centrale electrice care produc aproximativ 800 MW de energie – suficient pentru a alimenta peste patru milioane de case pe an. Aici, energia verde provine din căldura și aburul subteran și este motivul pentru care Kenya deschide această cale în regiunea Africii de Est. Filipine, Turcia, Indonezia, Noua Zeelandă, Mexic, Italia, Islanda și Japonia completează podiumul marilor producători de energie geotermală. Cea mai mare creștere de departe a avut loc în Indonezia, care a înregistrat o capacitate suplimentară de 143 MW, cu două centrale noi, urmată de Chile (adăugare la Cerro Pabellon) și Turcia. Construcția continuă la proiectul pilot Laguna Colorada, din Bolivia, care va fi un alt mare plus în America de Sud în dreptul anului 2022. Mai departe, în ultima perioadă au intrat în arenă nou-venitele Columbia și Taiwan. În ansamblu, potrivit thinkgeoenergy.com , capacitatea totală instalată de generare a energiei geotermale la sfârșitul anului 2021 era de 15.854 MW, o creștere cu 246 MW față de 2020.

„Dacă am putea să exploatăm măcar a zecea parte…”

Sistemele de utilizare directă și de termoficare utilizează apă caldă din izvoare sau rezervoare situate în apropierea suprafeței pământului. Culturile antică romană, chineză și nativă americană au folosit prin tradiție izvoarele minerale fierbinți pentru scăldat, gătit și încălzire. Astăzi, multe izvoare termale sunt încă folosite pentru scăldat și mulți oameni cred că apele fierbinți, bogate în minerale, au beneficii pentru sănătate. Energia geotermală este, de asemenea, utilizată pentru a încălzi direct clădiri individuale și pentru a încălzi mai multe clădiri cu sisteme de termoficare. Un astfel de sistem de termoficare asigură căldură pentru majoritatea clădirilor din Reykjavik, Islanda.

Centralele geotermale sunt în general construite acolo unde sunt amplasate rezervoarele. Potrivit documentului Geothermal, elaborat de Energy Information Administration, din SUA, pompele de căldură geotermale utilizează temperaturile constante din apropierea suprafeței pământului pentru a încălzi și răci clădirile. Demn de menționat este faptul că această energie poate face față mai bine efectelor schimbărilor climatice, notează Euronews. În Etiopia, o centrală geotermală din regiunea Aluto Langano este în construcție. Principala sursă de energie a acestui stat african, hidroelectrică, a devenit instabilă din cauza impactului schimbărilor climatice. Dar țara are un potențial geotermal abundent – aproximativ 10.000 MW de energie electrică. În Djibouti, producția de energie geotermală este abia la început. Dar explorarea necesită bani în avans – o fântână costă aproximativ 500 milioane de dolari. Masuda Kanako, consilier pentru formularea proiectelor din Djibouti, punctează că potențialul este numai aici de 1.000 MW: „Dacă am putea să exploatăm măcar a zecea parte, impactul asupra mixului energetic al țării ar fi enorm”.

Satisface 80–90% din cererea anuală de încălzire sau răcire

Principalul avantaj al utilizării energiei geotermale pentru proiecte de utilizare directă în intervalul de temperatură joasă până la medie este că astfel de resurse sunt mai răspândite și există în cel puțin 80 de țări la adâncimi economice de foraj. În plus, nu există pierderi de eficiență a conversiei, iar proiectele pot utiliza foraj convențional pentru puțuri de apă și echipamente de încălzire și răcire disponibile (permițând temperatura și chimia fluidului). Proiectele pot fi la scară mică, cum ar fi o casă individuală, o seră sau un iaz de acvacultură, dar pot fi și o operațiune comercială la scară largă, cum ar fi încălzirea/răcirea centralizată sau uscarea alimentelor și a lemnului. Este adesea necesară izolarea fluidului geotermal de partea utilizatorului, pentru a preveni coroziunea și detartrarea.  Pe de altă parte, dioxidul de carbon, care apare adesea în apa geotermală, poate fi extras și utilizat pentru băuturi carbogazoase sau pentru sere. Raportul Geothermal, publicat de World Energy Council, arată că echipamentele tipice pentru un sistem cu utilizare directă includ pompe de circulație, schimbătoare de căldură, linii de transport și distribuție (conducte izolate), echipamente de extracție a căldurii, vârfuri sau instalații de rezervă (de obicei, pe combustibili fosili), pentru a reduce numărul de sonde geotermale necesare, și sisteme de eliminare a fluidelor (puțuri de injecție). Energia geotermală poate satisface de obicei 80–90% din cererea anuală de încălzire sau răcire, dar poate fi dimensionată doar pentru 50% din sarcina de vârf.

Pompele de căldură terestre (GHP) utilizează temperatura relativ constantă a pământului pentru a furniza încălzire, răcire și apă caldă menajeră pentru case, școli, clădiri guvernamentale și comerciale. Este necesară o cantitate mică de energie electrică pentru a porni un compresor, energia rezultată fiind de patru ori mai mare decât această intrare.

Ca și în cazul motorului electric, tehnologia nu este nouă: Lord Kelvin a dezvoltat conceptul în 1852, acesta a fost apoi modificat ca GHP de Robert Webber, în Indianapolis, în 1945. GHP-urile au câștigat recunoaștere comercială în anii 1960 și 1970. Europa a început să folosească această tehnologie în jurul anului 1970 și acum este populară în SUA, Canada, Germania, Suedia, Elveția, Franța și alte țări din vestul Europei. GHP-urile vin în două configurații de bază: cuplate la sol (buclă închisă), care sunt instalate orizontal sau vertical, și sisteme de apă subterană (buclă deschisă), care sunt instalate în puțuri și lacuri.

Principalul avantaj al sistemelor de încălzire geotermală și de generare a energiei este că acestea sunt disponibile 24 de ore pe zi, 365 de zile pe an și sunt oprite doar pentru întreținere. Sistemele de generare a energiei electrice au, de obicei, factori de capacitate de 95% (funcționează la capacitate aproape maximă pe tot parcursul anului), în timp ce sistemele cu utilizare directă au un factor de capacitate de aproximativ 25 până la 30%, deoarece încălzirea nu este necesară pe tot parcursul anului. Sistemele cu pompe de căldură au capacități de funcționare de aproximativ 10–20% în modul de încălzire și se dublează dacă este inclus și modul de răcire. În sectorul de utilizare directă a energiei geotermale, pompele de căldură geotermale au aplicații la nivel mondial, deoarece temperatura superficială a solului este în interval oriunde în lume.

Adâncimea de foraj, cantitatea și calitatea fluidului și temperatura resursei determină viabilitatea economică a proiectului. Mai recent, utilizarea centralelor combinate de căldură și energie a făcut ca resursele de temperatură scăzută și forajul adânc să fie mai economice.

Imagine de Simon de la Pixabay