Geotermal energiya — bu Yer qobigʻidagi issiqlik energiyasi boʻlib, u sayyoraning yadrosidan va materiallarning radioaktiv parchalanishidan paydo boʻladi[1]. Yerning ichki qismidagi yuqori harorat va bosim baʼzi jinslarning erishiga va qattiq mantiyaning oʻzini plastik tutishiga olib keladi[2]. Bu mantiya qismlarining yuqoriga harakatlanishiga olib keladi, chunki u atrofdagi jinslardan yengilroqdir. Yadro-mantiya chegarasidagi harorat 4000 °C dan oshishi mumkin.
Issiq buloqlardan olingan suvdan foydalangan holda geotermal isitish, paleolit davridan beri choʻmilish va qadimgi Rim davridan beri kosmik isitish uchun ishlatilgan. Yaqinda geotermal energiya, geotermal energiyadan elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan atama ahamiyat kasb etdi. Hisob-kitoblarga koʻra, Yerning geotermal resurslari nazariy jihatdan insoniyatning energiya ehtiyojlarini qondirish uchun yetarli darajada emas, garchi hozirda juda kichik bir qismi, koʻpincha tektonik plitalar chegarasiga yaqin hududlarda foydalanilmoqda.
Hukumat tomonidan olib borilgan tadqiqot va sanoat tajribasi natijasida geotermal energiya ishlab chiqarish xarajatlari 1980-1990-yillarga nisbatan 25% ga kamaydi[3]. Soʻnggi texnologik yutuqlar xarajatlarni keskin kamaytirdi va shu tariqa yashashga yaroqli resurslarning assortimenti va hajmini kengaytirdi. 2021-yilda AQSh Energetika vazirligining hisob-kitoblariga koʻra, „bugun qurilgan“ elektr stansiyasidan olinadigan geotermal energiya taxminan 0,05 dollar/kVt/soat turadi[4].
2019-yilda butun dunyo boʻylab 13 900 megavatt (MVt) geotermal quvvat mavjud edi. 2010-yil holatiga koʻra markaziy isitish, kosmik isitish, kurortlar, sanoat jarayonlari, tuzni tozalash va qishloq xoʻjaligida qoʻllash uchun qoʻshimcha 28 gigavatt toʻgʻridan-toʻgʻri geotermal isitish quvvati oʻrnatildi.
Miloddan avvalgi III-asrda Qin sulolasida qurilgan issiq buloqdan suv keladigan eng qadimgi hovuz
Issiq buloqlar hech boʻlmaganda paleolit davridan beri choʻmilish uchun ishlatilgan[5]. Maʼlum boʻlgan eng qadimgi kurort — Huaqing Chi saroyi qurilgan joy hisoblanadi. Milodiy birinchi asrda rimliklar Aquae Sulis(hozirgi Van Somerset) ni zabt etishdi va u yerdagi issiq buloqlardan jamoat vannalari va polni isitish uchun foydalanishdi. Ushbu vannalar uchun kirish toʻlovlari, ehtimol, geotermal energiyadan birinchi tijorat maqsadlarida foydalanishni anglatadi. Fransiyaning Chaudes-Aigues shahridagi dunyodagi eng qadimgi geotermal markazlashtirilgan isitish tizimi XV-asrdan beri ishlaydi[6]. Birinchi sanoat ekspluatatsiyasi 1827-yilda Italiyaning Larderello shahrida vulqon loyidan borik kislotasini olish uchun geyser bugʻidan foydalanish bilan boshlangan.
Global geotermal elektr quvvati. Yuqori qizil chiziq oʻrnatilgan quvvat, pastki yashil chiziq ishlab chiqarish amalga oshiriladi.
1892-yilda Aydaxo shtatining Boise shahrida Amerikaning birinchi markaziy isitish tizimi toʻgʻridan-toʻgʻri geotermal energiya bilan taʼminlangan va 1900-yilda Oregon shtatining Klamath Falls shahriga koʻchirilgan. Dunyoda geotermal energiyadan asosiy issiqlik manbai sifatida foydalangan birinchi bino Hot Lake Hotel edi. Oregon shtatining Union okrugidagi mehmonxona, qurilishi 1907-yilda yakunlangan[7]. 1926-yilda Boisedagi issiqxonalarni isitish uchun chuqur geotermal quduq ishlatilgan, Islandiya va Toskanadagi issiqxonalarni isitish uchun esa geyzerlardan bir vaqtning oʻzida foydalanilgan[8]. Charli Lieb birinchi chuqurlikdagi issiqlik almashtirgichni ishlab chiqdi. 1930-yilda uyini isitish uchun. 1943-yildan boshlab geyzerlardan bug 'va issiq suv, Islandiyadagi uylarni isitishni boshladi.
XX-asrda elektr energiyasiga boʻlgan talab geotermal energiyani ishlab chiqaruvchi manba sifatida koʻrib chiqishga olib keldi. Shahzoda Piero Ginori Konti 1904-yil 4-iyulda geotermal kislota qazib olish boshlangan oʻsha Larderello quruq bugʻ konida birinchi geotermal elektr generatorini sinovdan oʻtkazdi. U toʻrtta lampochkani muvaffaqiyatli yoqdi. Keyinchalik, 1911-yilda u yerda dunyodagi birinchi tijorat geotermal elektr stansiyasi qurilgan. 1958-yilda Yangi Zelandiya zavod qurgunga qadar u dunyodagi yagona geotermal elektr energiyasi ishlab chiqaruvchisi edi. 2012-yilda u taxminan 594 megavatt ishlab chiqardi.
1960-yilda Pacific Gas and Electric kompaniyasi Kaliforniyadagi Geyzerlarda Qoʻshma Shtatlardagi birinchi muvaffaqiyatli geotermal elektr stansiyasini ishga tushirdi[9]. Turbina 30 yildan ortiq xizmat qildi va 11 MVt quvvat ishlab chiqardi[10].
Ikkilik sikl elektr stansiyasi birinchi marta 1967-yilda SSSRda namoyish etilgan va keyinroq 1981-yilda AQShga taqdim etilgan. Bu texnologiya avvalgiga qaraganda ancha past haroratli resurslardan elektr energiyasini ishlab chiqarish imkonini beradi. 2006-yilda Alyaskaning Chena Hot Springs shahridagi ikkilik siklli zavod ishga tushdi va suyuqlikning rekord darajada past harorati 57 °C dan elektr energiyasi ishlab chiqardi.
Kengaytirilgan geotermal tizim 1: Rezervuar 2: Nasos qurilmasi 3: Issiqlik almashtirgich 4: Turbinali zal 5: Ishlab chiqarish qudugʻi 6: Inyeksiya qudugʻi 7: Issiq suv markazlashtirilgan isitish uchun 8: Gözenekli choʻkindi jinslar 9: Kuzatish qudugʻi 10: Kristalli asosiy jinslar
Yerning ichki issiqlik energiyasi 44,2 teravatt (TVt) tezlikda oʻtkazuvchanlik orqali yer yuzasiga oqadi va 30 TVt tezlikda minerallarning radioaktiv parchalanishi bilan toʻldiriladi[11]. Bu quvvat insoniyatning barcha asosiy manbalardan hozirgi energiya isteʼmolidan ikki baravar koʻpdir, lekin bu energiya oqimining katta qismini qayta tiklab boʻlmaydi. Ichki issiqlik oqimlariga qoʻshimcha ravishda, 10 m chuqurlikdagi sirtning yuqori qatlami yozda quyosh energiyasi bilan isitiladi va bu energiyani chiqaradi va qishda soviydi.
Elektr energiyasini ishlab chiqarishning issiqlik samaradorligi va rentabelligi haroratga ayniqsa sezgir. Eng talabchan ilovalar yuqori tabiiy issiqlik oqimidan, ideal holda issiq buloqdan foydalanishdan katta foyda oladi. Keyingi eng yaxshi variant — quduqni issiq suvli qatlamga burgʻulash. Agar yetarli darajada suv qatlami mavjud boʻlmasa, togʻ jinslarini gidravlik yoʻl bilan sindirish uchun suv quyish orqali sunʼiy qatlam qurish mumkin. Ushbu oxirgi yondashuv Yevropada issiq quruq tosh geotermal energiya yoki Shimoliy Amerikada kengaytirilgan geotermal tizimlar deb ataladi. Ushbu yondashuv tabiiy suv qatlamlarini anʼanaviy suv bilan taʼminlashdan koʻra koʻproq imkoniyatlarga ega boʻlishi mumkin[12].
Geotermal energiyadan elektr energiyasini ishlab chiqarish potentsialini baholash investitsiyalar koʻlamiga qarab, 0,035 dan 2 TVt gacha oʻzgarib turadi[13]. Geotermal resurslarning yuqori baholariga koʻra, chuqurligi 10 kilometrgacha kengaytirilgan geotermal quduqlar mavjud, mavjud geotermal quduqlar esa kamdan-kam hollarda 3 kilometrdan chuqurroqdir[14]. Bunday chuqurlikdagi quduqlar hozirda neft sanoatida keng tarqalgan[15]. Dunyodagi eng chuqur tadqiqot qudugʻi, Kola superchuqur qudugʻi 12 kilometr chuqurlikda[16].
Geotermal energiya yonilgʻini talab qilmaydi (nasoslardan tashqari) va shuning uchun yoqilgʻi narxining oʻzgarishi u ishlab chiqargan elektr energiyasiga taʼsir qilmaydi. Biroq, kapital xarajatlar sezilarli darajada. Burgʻilash xarajatlarning yarmidan koʻpini tashkil qiladi va chuqur resurslarni qidirish katta xavflarni keltirib chiqaradi. AQSHning Nevada shtatidagi odatiy quduq dubleti (qazib olish va quyish quduqlari) 4,5 megavatt (MVt) quvvatga ega boʻlishi mumkin va burgʻulash uchun taxminan 10 million dollar kerak boʻladi. Ishlamay qolish darajasi 20% ni tashkil qiladi[17].
Yuqorida taʼkidlanganidek, burgʻulash xarajatlari geotermal elektr stansiyasi byudjetining asosiy tarkibiy qismi boʻlib, geotermal resurslarni yanada kengroq rivojlantirish yoʻlidagi asosiy toʻsiqlardan biri hisoblanadi. Elektr stantsiyasida issiq suyuqlikni (bug 'yoki issiq suv) yuzaga chiqarish uchun ishlab chiqarish quduqlari boʻlishi kerak, shuningdek, suyuqlikni elektr stantsiyasidan oʻtgandan keyin rezervuarga qaytarish uchun quyish quduqlari boʻlishi kerak. Geotermal quduqlarni burgʻilash bir necha sabablarga koʻra taqqoslanadigan chuqurlikdagi neft va gaz quduqlarini burgʻilashdan qimmatroq:
Geotermal suv omborlari odatda magmatik yoki metamorfik jinslarda boʻlib, ular uglevodorodli rezervuarlarning choʻkindi jinsiga qaraganda qattiqroqdir.
Togʻ jinsi tez-tez yorilib ketadi, bu esa bitlarga va boshqa burgʻulash asboblariga zarar yetkazadigan tebranishlarni keltirib chiqaradi.
Togʻ jinsi koʻpincha abraziv boʻlib, tarkibida kvarts koʻp, baʼzan esa oʻta korroziv suyuqliklar mavjud.
Geotermal quduqlardagi korpuslar harorat oʻzgarishi bilan kengayish va qisqarish tendentsiyasiga qarshi turish uchun yuqoridan pastgacha sementlangan boʻlishi kerak. Neft va gaz quduqlari odatda faqat pastki qismida sementlanadi.
Hellisheidi geotermal elektr stansiyasiGeotermal quduq past qiymatli suyuqlik (bug 'yoki issiq suv) hosil qilganligi sababli uning diametri odatdagi neft va gaz quduqlaridan sezilarli darajada kattaroqdir.
Hammasi boʻlib, elektr stansiyasini qurish va quduqni burgʻulash har bir MVt elektr quvvati uchun taxminan 2-5 million yevroga tushadi, zararsizlanish narxi esa 1 kVt / soat uchun 0,04-0,10 yevro ni tashkil qiladi. Kengaytirilgan geotermal tizimlar odatda bu diapazonlarning yuqori tomonida boʻladi, kapital xarajatlar MVt uchun 4 million dollardan va 2007-yilda 1 kVt/soat uchun 0,054 dollardan oshadi. Bunday markaziy isitish tizimining kapital qiymati Bavariyada MVt uchun 1 million yevrodan koʻproq baholangan. Har qanday oʻlchamdagi toʻgʻridan-toʻgʻri tizimlar elektr generatorlariga qaraganda ancha sodda va har bir kVt · soat uchun kamroq texnik xarajatlarga ega, ammo ular nasoslar va kompressorlarni ishlatish uchun elektr energiyasini isteʼmol qilishlari kerak. Baʼzi hukumatlar geotermal loyihalarni subsidiyalaydi.
Qoʻshma Shtatlardagi eng rivojlangan geotermal maydon Shimoliy Kaliforniyadagi Geyzerlardir[18].
Geotermal loyihalar bir necha rivojlanish bosqichlariga ega. Har bir bosqichda tegishli xavf mavjud. Razvedka va geofizik tadqiqotlarning dastlabki bosqichlarida koʻplab loyihalar bekor qilinadi, bu esa bu bosqichni anʼanaviy kreditlash uchun yaroqsiz holga keltiradi. Aniqlash, qidiruv va razvedka burgʻulashdan oldinga siljayotgan loyihalar koʻpincha moliyalashtirish uchun oʻz kapitalini sotadi.
Yer chuqurligidan olingan suyuqliklar gazlar aralashmasini, xususan, karbonat angidridni (), vodorod sulfidi (), metan () va ammiak () kabi gazlarni chiqishiga sabab boʻladi. Ushbu ifloslantiruvchi moddalar global isish, kislotali yomgʻir va zararli hidlar paydo boʻlishiga hissa qoʻshadi. Mavjud geotermal elektr stantsiyalari oʻrtacha 122 kilogramm karbonat angidrid () chiqaradi.
Turkiyadagi baʼzi geotermal energiya stansiyalari dastlabki bir necha yil ichida gaz bilan ishlaydigan quvvatdan koʻproq energiya chiqardi. Kislotalar va uchuvchi kimyoviy moddalarning yuqori miqdorini kamaytirish uchun emissiyani nazorat qilish tizimlari bilan jihozlangan.
Geotermal manbalardan olingan issiq suv tarkibida simob, mishyak, bor va surma kabi zaharli elementlarni saqlashi mumkin. Bu kimyoviy moddalar suv sovishi bilan choʻkadi va agar chiqsa atrof-muhitga zarar yetkazishi mumkin[19]. Ishlab chiqarishni ragʻbatlantirish uchun sovutilgan geotermal suyuqliklarni Yerga qaytarishning zamonaviy amaliyoti ushbu ekologik xavfni kamaytirishning bir qancha osonlashtiradi.
Zavodning qurilishi yerning barqarorligiga salbiy taʼsir koʻrsatishi mumkin. Yangi Zelandiyadagi Vayrakey konida choʻkish sodir boʻlgan[20]. Germaniyaning Staufen im Breysgau shahri oʻrnida tektonik koʻtarilish sodir boʻldi, buning oʻrniga avval izolyatsiya qilingan angidrit qatlami suv bilan aloqa qilib, gipsga aylanib, uning hajmini ikki barobarga oshirdi[21][22][23]. Kengaytirilgan geotermal tizimlar gidravlik sinishning bir qismi sifatida zilzilalarni keltirib chiqarishi mumkin. Shveytsariyaning Bazel shahridagi loyiha 3,4 ballgacha boʻlgan 10 000 dan ortiq seysmik hodisalar tufayli toʻxtatildi. Rixter shkalasi suv quyishning dastlabki 6 kunida sodir boʻldi.
