Geotermal enerji

Bagno Vignonidə isti yaz, İtaliya

 Geotermal enerji, Yerin dərinliyindən gələn istilik enerjisinin toplanması və həmin enerjidən yemək bişirməsi, hamam, yaşayış ərazilərinin qızdırması, elektrik enerjisinin istehsalı və s. məqsədlər üçün istifadə olunan enerjinin çevrilmiş formasıdır. Yerin dərinliklərindən gələn istilik lava axınları, qeyzerlər, fumarol (red. vulkanik dağların ətəyində yerləşən və qaynar qaz mənbəyi olan çat və ya dəlik), isti sular (bulaqlar) və palçıq vulkanları kimi səth hadisələri yaradır. İstilik əsasən, Yer kürəsinin qabığı və mantiyasındakı kalium, torium və uranın radioaktiv parçalanmasından və həm də qitə platformalarının kənarı boyunca yaranan sürtünmə ilə meydana gəlir. Daha sonra səthə çıxan illik aşağı dərəcəli istilik axını dünya çapında hər kvadratmetrə ortalama 50 ilə 70 milliwatt (mW) arasındadır. 

Buna qarşılıq dünyanın səthinə dəyib gələn günəş radiasiyası ildə kvadratmetrə 342 watt enerji yaradır. Geotermal istilik enerjisi  insan istifadəsi üçün geri qazanıla və istifadə oluna, Yer səthinin hər yerində tapıla bilər. Səthdə geri qazanıla bilən və istifadə oluna bilən enerji 4.5x106 heksacoul və ya təxminən, 1.4x106 terawatt/ildir ki, bu da kobud dillə desək, dünyadakı illik bütün enerji istehlakının üç qatına bərabərdir. Geotermal qaynaqlardakı istifadə oluna bilən enerji miqdarı dərinliyə və çıxarma metoduna görə dəyişir. Litosferin üst hissəsindən dərin qatlara endikcə tempratur hər 1 km dərinlikdə ortalama 20-30 C artır. Bu artma miqdarı Yerin bilinən geotermal ərazilərində daha yüksəkdir. Normalda istilik xammalının çıxarılması enerjini səthə gətirmək üçün maye (buxar) tələb edir. Geotermal qaynaqların tapılmağı və istismarı çətin ola bilər. Bu xüsusilə elektrik yaratmaq üçün lazım olan yüksək tempratur qaynaqları üçün keçərlidir. Bu növ qaynaqlar tipik olaraq son vulkanik aktivliyin və ya platforma kənarları boyunca və ya qabığn qaynar nöqtələri ilə xarakterizə olunan yerlərlə sərhədlənir. Dünya içində həmişə istilik qaynağı olmasına baxmayaraq, qızmış mayelərin və buxarın çıxarılma dərəcəsi doldurulma (reenjeksiya) dərəcəsini aşa bilər və bu səbəbə görə qaynağın istifadəsi davam etdiriləbiləcək formada idarə olunmalıdır. 

Geotermal enerji istifadəsinə görə 3 kateqoriyaya bölünə bilər: birbaşa istifadə tətbiqləri, geotermal istilik nasosları, elektrik enerjisi istehsalı.

Geotermal enerji ilə evlərin və mənzillərin qızdırılması

Birbaşa istifadə

 Yəqin ki, ən çox tətbiq olunan istifadə, yerdən qızdırılan suyun heç bir xüsusi avadanlıq tələb etmədən birbaşa istifadəsini əhatə edir. Bütün birbaşa istifadə tətbiqləri təxminən 50 ilə 150° C arasında dəyişən aşağı temperaturlu geotermal qaynaqlardan istifadə edir. (122 və 302° F).  Belə aşağı temperaturlu geotermal su və buxar, təkcə tikililərin istiləndirilməsində deyil, eləcə də çox sayda binanın mərkəzi təchizat mənbəyindən qızdırıldığı bütün ərazilərdə istifadə edilmişdir.  Bundan əlavə, bir çox hovuzlar, spa, istixanalar və akvakultura gölməçələrində balneoloji (müalicəvi) qurğuları geotermal ehtiyatlarla qızdırılıb.  Geotermal enerjinin digər birbaşa istifadəsinə bişirmə, sənaye tətbiqetmələri (məsələn, meyvə, tərəvəz və taxta qurutma), süd pastorizasiyası və geniş miqyaslı qar əriməsi daxildir.  Bu fəaliyyətlərdən bir çoxu üçün isti su çox vaxt birbaşa istilik sistemində istifadə olunur və ya maye ilə qarışan hidrogen sulfid kimi problemli minerallar və qazlar olduqda istiliyi ötürən bir istilik dəyişdiricisi ilə birlikdə istifadə edilə bilər.

  Geotermal istilik nasosları

   Geotermal istilik nasosları (GİN) qışda binaları qızdırmaq və yayda sərinlətmək üçün səthin ilk 300 metr (1000 fut) içərisində meydana gələn nisbətən sabit mülayim temperatur şəraitindən faydalanır.  Litosferin həmin hissəsində süxurlar və qrunt suları 5 ilə 30° C arasında dəyişir (41 və 86° F).  Yer səthindən 6 metr (təxminən 20 fut) məsafədə olduğu kimi GİN-lərin çox olduğu dayaz dərinliklərdə yerin temperaturu 10 ilə 16° C arasında (50 ilə 60° F) sabit temperaturda olur. Nəticə etibarı ilə havanın istiliyinin yerin altından aşağı düşdüyü ilin soyuq aylarında binaları qızdırmağa kömək etmək üçün həmin istilik istifadə edilə bilər. Eynilə, ilin isti aylarında isti hava hansısa bir binadan yeraltı dövrəyə ötürülə bilər. Bir GİN sistemi bir istilik dəyişdiricisindən (yerə basdırılmış borular) və bir nasosdan ibarətdir. İstilik dəyişdiricisi boru kəmərləri ilə dolaşan bir maye vasitəsilə yer və hava arasındakı istilik enerjisini ötürür;  istifadə olunan maye tez-tez su və ya su və antifrizin qatışığıdır. İsti aylarda isti havadan gələn hərarət istilik dəyişdiricisinə və maye içərisinə verilir. Borularla hərəkət etdikcə istilik qayalara, torpaq və yeraltı sulara yayılır. Soyuq aylarda nasos geri çevrilir. Nisbətən isti yerdə saxlanan istilik enerjisi mayenin temperaturunu artırır. Bundan sonra maye bu enerjini binanın içərisindəki havanı qızdıran istilik nasosuna ötürür.

Nesjavellir Geotermal stansiyası, İslandiya

 GİN-lər adi istilik və kondisioner sistemlərindən bir sıra üstünlüklərə malikdir.  Müqayisə etsək adi istilik və soyutma sistemlərinə nisbətən 25-50 faiz az elektrik enerjisindən istifadə edərək çox səmərəlidirlər və daha az çirklənmə əldə edirlər. GİN ilə əlaqəli enerji istifadəsinin azalması hava mənbəli istilik nasoslarına (qapalı və açıq hava arasında istilik ötürən) nisbətən istixana qazı tullantılarının atıqlarının 44 faiz azalmasına çevrilə bilər. Bundan əlavə, standart kondisioner sistemləri ilə birləşdirilmiş elektrik müqavimətli istilik sistemləri (elektrik enerjisini istiliyə çevirən) ilə müqayisə edildikdə, GİN-lər istixana emisiyasından 72 faiz az qaz istehsal edə bilər.

             Elektrik enerjisi istehsalı

  Temperaturdan və maye (buxar) axmasından asılı olaraq elektrik enerjisi istehsal etmək üçün geotermal enerji istifadə edilə bilər. Geotermal elektrik stansiyaları elektrik enerjisini üç yolla istehsal edə bilər.  Dizayndakı fərqlərə baxmayaraq, hər üçü buxarın hərəkətini idarə edir və elektrik generatorlarını idarə etmək üçün istifadə edir. Hər bir prosesin sonunda həddindən artıq su buxarının kondensasiya olunduğunu və sonradan istifadə üçün qızdırıldığı yerə geri qaytarıldığını nəzərə alsaq, geotermal güc bərpa olunan enerjinin bir forması hesab olunur.

    Bəzi geotermal elektrik stansiyaları sadəcə yerdən yüksələn buxarı toplayır. Belə "quru buxar" əməliyyatlarında qızdırılan su buxarı birbaşa elektrik generatorunu idarə edən bir turbinə yönəlmiş olur. İşlənmiş buxar və ikili dövrə dizaynları ətrafında qurulan digər elektrik stansiyaları elektrik çıxarma prosesini başlatmaq üçün yerdən alınan buxar və qızdırılan su ("yaş buxar") qarışığından istifadə edirlər. İşlənən buxar elektrik stansiyalarında təzyiqli yüksək temperaturlu su, səthin altından səthdəki konteynerlərə çəkilir, təzyiqin ani azalması maye suyun buxarlanmasına səbəb olur.  Bundan sonra buxar turbin generatorunu gücləndirmək üçün istifadə olunur. Bundan fərqli olaraq, ikili dövrəli elektrik stansiyaları turbin-generator dəstini gücləndirmək üçün boruların qapalı bir döngəsi içərisindəki ikincil işləyən mayenin (məsələn, ammonyak və karbohidrogenlər) istifadəsini təmin edir.  Bu müddətdə, geotermik qızdırılan su fərqli bir boru kəməri ilə çəkilir və qızdırılan suda saxlanan enerjinin çox hissəsi istilik çeviricisi vasitəsi ilə işçi maye ilə ötürülür. Sonra işləyən maye buxarlanır. İşçi mayenin buxarı turbindən keçdikdən sonra yenidən düzəldilib yenidən istilik dəyişdiricisinə ötürülür. 

ABŞ-ın geotermal enerji potensialı xəritəsi 

  Elektrik enerjisi ümumiyyətlə, 175° C (347° F) -dən yuxarı suyun qənaətli istifadəsini tələb edir.  Üzvi Rankine Dövrəsi (ÜRD) istifadə edən geotermal bitkilərdən, aşağı temperaturlu istilik mənbələrindən (biokütlənin yanması və sənaye tullantı istiliyi kimi), temperaturu 85-90° C-dən aşağı olan su işlədən xüsusi ikili dövrə texnologiyasından (185-194° F) istifadə edilə bilər.

Tarixi

Təbii hovuzlardan və isti bulaqlardan gələn geotermal enerji qədim dövrlərdən bişirmək, çimmək və istiləndirmə üçün istifadə edilmişdir. Yerli amerikalıların geotermal enerjini bişirmək üçün 10,000 il əvvəl işlətdiyinə dair sübutlar var. Qədim dövrlərdə isti bulaqlar ilə qızdırılan hamamlardan yunanlar və romalılar istifadə edirdilər və geotermal məkan qızdırma nümunələri eramızın I əsrində Roma Pompeyindən günümüzə gəlmişdir.Geotermal enerjinin bu cür istifadəsi əvvəlcə isti su və buxarın əldə olunduğu yerlərlə məhdudlaşırdı.

   Dünyanın ilk rayon istilik sistemi 14-cü əsrdə Fransanın “Chaudes-Aigues”-də quraşdırılsa da, 19-cu əsrin sonlarına qədər digər şəhərlər, eləcə də sənaye, geotermal ehtiyatların iqtisadi potensialını reallaşdırmağa başladı. Geotermal istilik 1892-ci ildə ABŞ-dakı ilk iqamətgahlara, Aydaho əyalətinin Boise bölgəsindəki Warm Springs prospektinə çatdırıldı və şəhərin əksəriyyəti 1970-ci ilə qədər geotermal istidən istifadə etdi. Ən böyük və məşhur geotermal rayon istilik sistemi İslandiyanın Reykjavik şəhərindədir. Şəhərin 99 faizi 1930-cu illərdən başlayaraq binaları qızdırmaq üçün geotermal su istifadə edir. Erkən sənayedə birbaşa istifadəsi tətbiqetmələrinə 19-cu əsrin əvvəllərində, Larderello, İtaliyada geotermal mayelərdən borat birləşmələrinin çıxarılması daxil edilmişdir.

Budapeştdə spa, Macarıstan

 İlk geotermal elektrik enerjisi istehsalı da Larderello'da 1904-cü ildə bir eksperimental stansiyanın inkişafı ilə baş verdi. Bu texnologiyanın ilk kommersiya istifadəsi 1913-cü ildə 250 kilovat (kVt) istehsal edən bir zavodun inşası ilə başladı. Geotermal elektrik stansiyaları 1958-ci ildən başlayaraq Yeni Zelandiyada və 1960-cı ildə Kaliforniyanın şimalındakı Geysers-də istifadəyə verilmişdir. İtalyan və Amerika zavodları quru buxar qurğuları idi, burada aşağı keçiricilik anbarları yalnız buxar istehsal edirdi. Ancaq Yeni Zelandiyada yüksək temperaturlu və yüksək təzyiqli su təbii olaraq 80 faiz maksimum qızdırılan su və 20 faiz buxardan ibarət bir qarışıq olaraq meydana gəlir. Yerdən birbaşa gələn buxar dərhal enerji istehsalında istifadə olunur. Elektrik stansiyasına borularla göndərilir. Bunun əksinə yerdən çox qızdırılan su qarışıqdan ayrılır və buxarda yanır.  Hal-hazırda geotermal bitkilərin əksəriyyəti bu "nəm buxar" tiplidir.

   2015-ci ilə qədər 80-dən çox ölkə birbaşa və ya GİN ilə birlikdə geotermal enerjidən istifadə edir. Lider ölkələr Çin, Türkiyə, İslandiya, Yaponiya, Macarıstan və ABŞ-dır.  2015-ci ildə dünya üzrə birbaşa istifadə üçün quraşdırılmış ümumi gücü illik istifadə faktoru - stansiyanın istehsal etdiyi illik enerjini (meqavat-gücündə) istehsal edərək ildə 163.273 gigavatt/saat (ildə 587.786 teracoul) istifadə edərək 73.290 meqavat istilik (MVt) təşkil etmişdir.

 21-ci əsrin əvvəllərində 24 ölkədə elektrik enerjisi istehsal etmək üçün geotermal enerji istifadə edildi. Liderlər ABŞ, Filippin, İndoneziya, Meksika, Yeni Zelandiya və İtaliyadır. 2016-cı ildə dünyada elektrik enerjisi istehsalının ümumi gücü 13,400 MVt-a yaxınlaşaraq 71 faiz istifadə faktoru üçün ildə 75 min gigavatt/saat istehsal edir (hər il 6,220 tam işləmə saatına bərabərdir). Bir çox geotermal sahələrdə 95 faiz ətrafında istifadə faktorları mövcuddur (hər il 8,322 tam işləmə saatına bərabərdir), bərpa olunan enerjinin istənilən forması üçün ən yüksək olanıdır. Elektrik stansiyasından çıxan maye "tullantı", rezervuara göndərilməzdən əvvəl əsasən, ikili dövrəli qurğuların alt dövrü kimi daha aşağı temperatur tətbiqləri üçün istifadə olunur. Belə kaskadlı istifadələrə ABŞ, İslandiya və Almaniyada rast gəlmək olar.

İstilik enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi

 Geotermal enerji yüksək istilik dərəcələri olan bölgələrdə ən yüksək temperaturlu tapılır. Bu dərəcələr, son vulkanizmdən təsirlənən bölgələrdə, platforma sərhədləri boyunca yerləşən ərazilərdə (məsələn, Sakit okean qurşağı boyunca) və ya Yellowstone Milli Parkı və Havay adaları kimi nazik qabığın (isti nöqtələrin) qeyd olunduğu yerlərdə meydana gəlir.  Həmin bölgələrlə əlaqəli geotermal su anbarlarında istilik mənbəyi, adekvat su doldurulması, mayenin səthə yaxın qalxmasına imkan verən çatışmazlığı olan bir su anbarı və istilik itkisinin qarşısını almaq üçün keçilməz bir “çənə” olmalıdır.  Bundan əlavə, bu cür su anbarları iqtisadi cəhətdən əlçatan olmalıdır (yəni qazma işləri çərçivəsində).

İslandiyada yerləşən Yer kürəsinin daxili hissəsində yaranan istilikdən elektrik enerjisi istehsal edən geotermal elektrik stansiyası.

 Geotermal qaynaqdan qızdırılan maye, bəzən 9,100 metr (təxminən 30.000 fut) dərinlikdə olan qazma quyuları vasitəsilə vurulur və nasosla və ya təbii artezian axını ilə alınır (suyun ağırlığı onu səthə gətirir). Su və buxar elektrik enerjisi istehsal etmək üçün ya da torpağa basdırıla bilən izolyasiya edilmiş boru kəmərləri vasitəsilə isitmə və soyutma üçün istifadə olunur. Ümumiyyətlə, elektrik stansiyasının boru kəmərləri buxarda istilik itkisini minimuma endirmək üçün təxminən 1,6 km (1 mil) uzunluğu ilə məhdudlaşır. Bununla birlikdə, bir neçə on kilometr məsafəni əhatə edən birbaşa istifadə boru kəmərləri axın sürətindən asılı olaraq 2-5 ° C (3.6-9° F) qədər istilik itkisi ilə quraşdırılmışdır. İqtisadi cəhətdən ən səmərəli obyektlər uzun boru kəmərlərinin çəkilməsi xərclərini minimuma endirmək üçün geotermal mənbəyə yaxın yerdə olurlar. Elektrik enerjisi istehsal edilərsə, elektrik enerjisini bazara ötürmək üçün qurğunu elektrik ötürücü xətlərinin yaxınlığında tapmaqla xərcləri azaltmaq olar.

Tükənmə

   İstiliyin emalı sürəti təbii istiləşmə sürətini aşarsa, geotermal ehtiyatlar tükənə bilər. Normalda geotermal ehtiyatlardan 20-30 il istifadə edilə bilər; Bununla yanaşı enerji çıxışı zamanla azala bilər və davamlı istehsal üçün sərfəli deyil. Digər tərəfdən, geotermal elektrik enerjisi 1900-cü illərin əvvəllərindən başlayaraq Larderello geotermal yatağından və 1960-cı ildən Geysersdə daim istehsal olunur. Hər iki sahədə azalma olsa da, bu problem qismən yeni quyular qazılmaqla və su təchizatını doldurma yolu ilə aradan qaldırıldı. Geysers-də elektrik enerjisi 1800 MVt-dan təqribən 1000 MVt-a qədər azaldı, ancaq sahəni bir operatorun altına qoymaq və anbarı doldurmaq üçün çirkab suyu çatdıran boru kəmərləri çəkməklə təxminən 200 MVt güc geri qaytarıldı. Reykyavik rayon istilik sistemi kimi layihələr 1930-cu illərdən bəri, çıxışı az dəyişikliyə uğramış, Oregon Texnologiya İnstitutu geotermal istilik sistemi 1950-ci illərdən bəri istehsalında dəyişiklik edilmədən fəaliyyət göstərir. Beləliklə, düzgün idarəetmə ilə geotermal ehtiyatlar uzun illər davamlı ola bilər və istifadəsi müəyyən müddətə dayandırıldığı təqdirdə bərpa edilə bilər.

     Ətraf mühitə təsirlər və iqtisadi xərclər

   Geotermal inkişafın və elektrik enerjisinin istehsalının ətraf mühitə təsiri kəşfiyyat və bitki tikintisi, səs-küy və mənzərənin çirklənməsi, su və qazların axıdılması, pis qoxuların çıxarılması və torpaq tökülməsi ilə əlaqəli torpaq istifadəsindəki dəyişiklikləri əhatə edir. Lakin bu təsirlərin əksəriyyəti mövcud texnologiya ilə yüngülləşdirilə bilər ki, geotermaldan istifadə ətraf mühitə minimal təsir göstərsin. Məsələn, Oreqon ştatındakı Klamath Falls, yaşayış yerlərinin istiləşməsi üçün təxminən 600 geotermal quyu var. Şəhər ayrıca bir rayon istilik sisteminə və şəhərin mərkəzində qar əriməsi sisteminə sərmayə qoydu və yerli müəssisələri istiliklə təmin etdi. Bundan əlavə, şəhərdə geotermal enerji təchizatı və çatdırılmaq üçün istifadə olunan sistemlərin heç biri görünmür.

   Geotermal enerjidən istifadə

    Bundan əlavə, GİN-lər ətraf mühitə çox minimal təsir göstərir, çünki səthdən 100 metr (təxminən 330 fut) məsafədə dayaz geotermal ehtiyatlardan istifadə edirlər. GİN yeraltı suların və ya qayaların və torpaqdakı süxurların yalnız kiçik bir temperatur dəyişikliyinə səbəb olur.  Qapalı dövrə sistemlərində şaquli çuxurların ətrafındakı torpaq istiliyi bir qədər artır və ya azalır;  istiliyin dəyişməsi istiqaməti, sistemin istiləşmə (soyuq bölgələrdə olardı) və ya soyutma (isti bölgələrdə belə olardı) üstünlük təşkil etməsi ilə tənzimlənir. Balanslı istilik və soyutma yükləri ilə yerdəki temperatur sabit qalacaq. Eyni şəkildə, yeraltı su və ya göl sularından istifadə edən açıq döngə sistemləri, xüsusilə yüksək yeraltı su axını ilə xarakterizə olunan bölgələrdə istiliyə çox az təsir edir. 

İslandiyadaqkı geotermal enerji stansiyası

  Geotermal enerjinin digər bərpa olunan enerji mənbələri ilə faydalarını müqayisə etsək, geotermal enerjinin əsas üstünlüyü ondan ibarətdir ki, onun bazis yükü gündə 24 saat, həftədə 7 gün mövcuddur, halbuki günəş və külək vaxtın yalnız üçdə birində bunu verir. Bundan əlavə, geotermal enerjinin qiyməti bir kilovat/saatda 5 ilə 10 sent arasında dəyişir ki, bu da kömür kimi digər enerji mənbələri ilə rəqabət edə bilər. Geotermal enerjinin inkişafındakı əsas çatışmazlıq, obyektlərin və infrastrukturun inşasına qoyulan ilkin investisiya dəyəri və ehtiyatların sübut olunma riskinin yüksək olmasıdır. (Aşağı keçiricilik süxurlarında geotermal ehtiyatlara tez-tez rast gəlinir və kəşfiyyat işləri tez-tez "quru" dəliklər qazır, yəni iqtisadi cəhətdən istismar olunmayacaq dərəcədə az miqdarda buxar istehsal edən deşiklər.) Lakin, resurs sübut edildikdən sonra illik xərc yanacağın (yəni isti suyun və buxarın) qiyməti azdır və qiymət artmamağa meyllidir.

             John W. Lund

Tərcümə edən: Amin Məmmədzadə

Mənbə:  britannica.com