Žemės šilumos užtektų bent milijardui metų [Mokslo populiarinimo konkursas]

Aštuonioliktasis mokslo populiarinimo konkurso darbas. Northeast Petroleum University of China po-doktorantė Ieva Kaminskaitė rašo apie geoterminę energiją.

***

Žemės šilumos užtektų bent milijardui metų patenkinti pasaulio energijos poreikius

Ieva Kaminskaitė

Kodėl Lietuvoje beveik nekalbame apie Vakarų Lietuvoje esančią geoterminę anomaliją, beveik neribotus geoterminius išteklius ir Lietuvos galimybę tapti nepriklausoma nuo energijos importo? Yra žinoma, kiek natūraliai atsirandančios šilumos yra Žemės gelmėse, o dabar didžioji jos dalis staiga yra pasiekiama šiuolaikinėmis gręžimo technologijomis. Manoma, kad Žemėje yra pakankamai šilumos žmonių energijos poreikiams tenkinti ateinančius maždaug milijardą metų arba kol Saulė taps supernova – priklauso nuo to, kas įvyks anksčiau. Pakalbėkime apie perspektyvas.

„Geotermija“ iš graikų kalbos išvertus reiškia „Žemės šiluma”, kuri, kaip manoma, Žemės šerdyje yra 4500-5500C – beveik tokia pat karšta kaip Saulės paviršius. Geoterminė energija yra švarus, atsinaujinantis šilumos šaltinis, kurį, naujų technologijų dėka, gali naudoti bene kiekviena pasaulio šalis. Geoterminė energija yra panaudojama iš požeminių rezervuarų, kuriuose yra karštos uolienos, prisotintos vandens ir/arba garų. Šią šiluminę energiją galima rasti nuo seklios žemės iki kelių kilometrų žemiau žemės paviršiaus ir dar toliau iki ypač karštos išlydytos uolienos, vadinamos magma. Šiluma iš Žemės gelmių į paviršių daugiausia perduodama laidumu, ir dėl šio laidaus šilumos srauto temperatūra pakyla didėjant plutos gyliui vidutiniškai po 25-30°C per kilometrą. Kai kuriose vietovėse šilumos srautai yra daug didesni dėl gilių magminių intruzijų ar aktyvių tektoninių veiksnių. Pavyzdžiui, tektoniškai aktyviose zonose, kur vyksta dažni žemės drebėjimai ar ugnikalnių išsiveržimai, galima pamatyti verdantį vandenį ir garus net žemės paviršiuje, kaip kad Islandijoje ar Jeloustono nacionaliniame parke JAV, kur matyti reguliariai išsiveržiantys geizeriai ir karštosios versmės. Tačiau ir stabiliose storose kontinentinėse tektoninėse plokštėse žemės pluta gali įšilti smarkiau dėl intruzijų, ką matome Vakarų Lietuvoje, kuri pasižymi geotermine anomalija (1 paveikslėlis). Čia anomalija susidariusi nuo granito intruzijų, kuriose yra daug elementų su šilumą gaminančiais radioaktyviaisiais izotopais (K, Th, U) (Šliaupa ir kt., 2008). Radioterminiai granitai generuoja šilumą radioaktyviai skaidant uraną ir torį. Vakarų Lietuvos geoterminės anomalijos dalyje geoterminis gradientas siekia per 35-40°C/km, o šilumos srauto intensyvumas – 100 mW/m2 (Šliaupa ir kt., 2010). Čia išsidėstę stambesni miestai, tokie kaip Klaipėda, Palanga, Kretinga, Plungė, Gargždai, Nida, Šilutė ir Šilalė – jie yra pagrindiniai potencialūs geoterminės energijos išteklių vartotojai Lietuvoje.

Anomalus Vakarų Lietuvos geoterminis laukas šiame regione leistų panaudoti 75-90°C temperatūros kambro vandeningų sluoksnių ir 100-145°C temperatūros kristalinio pamato, slūgsančio 2,5–>4,5 km gylyje, šilumą elektros energijos gamybai (Šliaupa ir kt., 2008; Šliaupa, 2009 – 2 paveikslėlis). Vien tik kambro sluoksnio geoterminės energijos ištekliai didesni kaip 5.1×109 GJ. Šliaupa ir kt. ( 2008) mano, kad viena pora gręžinių vidutiniškai gali duoti 5 MW galingumą ir tarnauti bent 10-20 metų.

1 paveikslėlis. Europos žemėlapis, rodantis temperatūrą 5 km gylyje (iš Hurtig ir kt., 1992). Atkreipkite dėmesį į geoterminę anomaliją Vakarų Lietuvoje bei Nowy Targ vietosės padėtį, kur bus gręžiamas 7 km geoterminis gręžinys – ten šilumos srautas panašus į esantį Vakarų Lietuvoje.
2 paveikslėlis. Lietuvos geologinis pjūvis vakarai-rytai. Mėlyna spalva parodyti pagrindiniai smėlingi vandeningi sluoksniai, kuriuos galima panaudoti geoterminėms stotims (Šliaupa, 2009).

Geoterminis vanduo gali būti naudojamas įvairioms tiesioginio šilumos naudojimo rūšims, pvz. patalpų šildymui, pasėlių ir medienos džiovinimui, maisto ruošimui, žuvų auginimui, pramoniniams procesams, baseinams ir SPA vonioms. Įrengiant vamzdžius po keliais ir šaligatviais, geoterminis karštas vanduo žiemą taip pat gali tirpdyti ir sniegą. Geoterminio šilumos siurblio sistema gali išnaudoti pastovią viršutinio 1-200 metrų žemės paviršiaus temperatūrą namų šildymui žiemą, tuo pačiu išgaunant šilumą iš pastato ir perduodant ją atgal į palyginti vėsesnę žemę vasarą taip vėsinant patalpas. Geoterminė energija taip pat gali teikti ir iškastinio kuro alternatyvą elektros energijos gamybai. Geoterminė energija buvo naudojama tiesioginiam šildymui nuo senų senovės – ankstyviausia gamykla, gaminanti elektrą iš geoterminės energijos, buvo instaliuota Lardarello mieste Italijoje, kur 250 kWe galios geoterminė jėgainė pradėjo ten veikti 1913-aisiais metais.

Yra trys geoterminių jėgainių tipai: sausų garų, blykstinės ir dvinarės. Sausas garas, seniausia geoterminė technologija, pašalina garą iš žemės plyšių ir porų ir juo tiesiogiai varo turbiną. Blykstinės jėgainės ištraukia gilų, aukšto slėgio karštą vandenį į vėsesnį, žemo slėgio vandenį. Šio proceso metu susidarę garai naudojami turbinai varyti. Dvinarėse jėgainėse pro karštą vandenį praleidžiamas antrinis skystis, kurio virimo temperatūra yra daug žemesnė nei vandens (3 paveikslėlis). Dėl to antrinis skystis virsta garais, kurie varo turbiną. Į rezervuarus paprastai gręžiami dviejų ar daugiau kilometrų gylio gręžiniai. Panaudotas ir atvėsęs vanduo vėliau įleidžiamas atgal į rezervuarą, taip palaikant pastovų slėgį.

3 paveikslėlis. Schema, iliustruojanti dvinarės geoterminės jėgainės komponentus. Versta iš Britanikos enciklopedijos, 2011.

Geoterminė anomalija Lietuvoje turi daug neištirtų žaliosios energijos galimybių. Čia veikė tik viena geoterminė jėgainė, bet net ir ši – dabar apleista. Klaipėdos geoterminė demonstracinė jėgainė „Geoterma“ buvo apskritai pirmoji geoterminio šildymo jėgainė Baltijos jūros regione. Jėgainė naudojo 38°C vandenį iš gręžinio, siekiančio Devono smiltainio vandeningąjį sluoksnį 1135 m gylyje (4 paveikslėlis). Jėgainės veiklos metu vamzdžiai bei smiltainio poros ir plyšiai užsikimšo gipso kristalais, nuo ko gerokai sumažėjo vandens gavybos rodikliai (3 paveikslėlis). „Geoterma“ patyrė finansinių sunkumų ir 2007 m. pasiekė bankrotą. LR Vyriausybėje buvo svarstomas klausimas dėl šios jėgainės, nemažai buvo diskutuota dėl galimybių ją palikti kaip mokslinę laboratoriją, tačiau šiai dienai “Geoterma” yra apleista. Valstybė yra paskelbusi konkursą ir „Geoterma“ yra parduodama (privatizuojama), todėl tolimesnės perspektyvos priklausys nuo privataus investuotojo tolimesnių vystymo planų. Nors “Geoterma” ir būtų puiki mokslinė laboratorija bei galima būtų atgaivinti jos tiekiamo šilto vandens panaudojimą, tačiau per 20 metų technologijos patobulėjo ir galima būtų jau gręžti daug gilesnius gręžinius bei pasiekti daug aukštesnės temperatūros telkinius – geologiškai palankiose vietovėse reikia atlikti tyrimus, kad būtų galima parengti petrogeoterminės energijos įsisavinimo šildymui ir kartu elektros gamybai projektus.

4 paveikslėlis. Dr. Ieva Kaminskaitė prie apleistos Klaipėdos demonstracinės geotermijos jėgainės “Geoterma”.
5 paveikslėlis. Gipso kristalai, susiformavę “Geotermos” vamzdžiuose (iš Vaitiekūnas, 2012).

Nors gilioji geotermija ir apleista, Lietuvoje yra nemažai mineralinio vandens SPA centrų, kuriuose naudojamas 10-15C geoterminis mineralinis vanduo. Pavyzdžiui, „Žybininkų“ SPA centre, įsteigtame 2015 m., vanduo išgaunamas iš seniau veikiančio naftos žvalgymo gręžinio. Jis naudoja 60 g/l druskingumo Žemutinio Devono mineralinį vandenį iš 1 km gylio (Šliaupa ir kt., 2008). 2018 m.

Klaipėdoje taip pat krevetėms auginti buvo sukurta ir recirkuliuojanti jūrų akvakultūros sistema. Aštuonių rezervuarų 40 m3 sistema yra skirta užauginti iki 400 kg baltųjų kojų krevečių.

Lyginant su kitais atsinaujinančiais šaltiniais, tokiais kaip vėjo energija, biokuras, geoterminė energija išsiskiria stabilumu, patikimumu ir dideliais ištekliais, kurių yra Vakarų Lietuvoje. Šių išteklių gavybai reikalingas labai mažas žemės plotas, nelyginant pvz. su saulės jėgainėmis, kurioms reikalingi milžiniški plotai. Šios energijos rūšies gavybai nesvarbios klimatinės sąlygos – šilumos ir energijos gavyba gali vykti nenutrūkstamai visą parą.

Geoterminė energija gali sėkmingai konkuruoti su įprastais energijos šaltiniais. Pavyzdžiui, Geotermia Podhalańska patenkina 40% šilumos poreikio Zakopanėje, kaimyninėje Lenkijoje. Bendrovė aptarnauja 900 namų Podhalėje. Šiuo metu Geotermia Podhalańska turi didelius plėtros planus Nowy Targ, kuriame bus gręžiamas giliausias geoterminis gręžinys Lenkijoje, kurio gylis Szaflary sieks 7000 m (Biznes interia; 1 paveikslėlis, – atkreipkite dėmesį, kad Podhalėje geoterminis gradientas panašus į Vakarų Lietuvoje esančios anomalijos šilumos srautą). Ekspertai tikisi, kad vandens temperatūra kolektoriuje šulinio dugne viršys 120C. Naujo gręžinio šiluma skirta ne tik šildyti namus, bet ir gaminti elektrą, kad būtų patenkinti šio geoterminio centro poreikiai. Valstybė gręžinį finansuoja 100%, nes tai taip pat padės nustatyti šalies geologinę struktūrą ir tolesnius tyrimus šia kryptimi.

Geoterminio tinklo plėtros dėka, Zakopanėje pastaraisiais metais taip pat labai sumažėjo išmetamų teršalų kiekis ir gerokai pagerėjo oro kokybė. „Zakopanė, kuri 2016 m. vis dar buvo 50 labiausiai užteršto oro Europoje sąraše, nebebuvo įtraukta į sąrašą, kurį paskelbė Pasaulio sveikatos organizacija 2018 m.“, – sakė Piotras Wozny, Nacionalinio fondo Aplinkos apsaugai ir vandentvarkai prezidentas (Biznes interia).

Šiai dienai Lietuvoje didžiausias dėmėsys yra skiriamas vėjo jėgainėms, biokurui ir sekliajai geotermijai, tačiau giliosios geotermijos perspektyvos kol kas nėra aiškios. Vystyti giliosios geotermijos projektus reikalingi investuotojai, kurie būtų suinteresuoti vystyti šią atsinaujinančių išteklių rūšį. Lieka tikėtis, kad nauji Klaipėdos geoterminės jėgainės savininkai bus suinteresuoti vykdyti tolimesnę mokslinę ir praktinę vystymo eigą bei atsiras naujų projektų, vystančių giliosios geotermijos potencialo tyrimus ir gavybą.

Pagaliau galime pakeisti nusistovėjusį stereotipą, esą Lietuva turi ribotus vietinius energijos išteklius, yra priklausoma nuo jų importo. Turime apsčiai perspektyvų, ir, svarbiausia, šios – nebepasibaigtų, kaip nafta ar anglis.

Šaltiniai:

  • Hurtig, E., Cermak, V., Haenel, R. and Zui, V., 1992. Geothermal atlas of Europe.
  • Šliaupa, S., 2009. Lietuvos hidrogeoterminiai ištekliai. Geologijos akiračiai. ISSN 1392-0006. Nr. 3-4, 11-19 p.
  • Šliaupa, S., Motuza, G., Korabliova, L., Ciuraite, K. and Puronas, V., 2010. Geothermal potential of hot granites of Lithuania. In Proceedings World Geothermal Congress, Bali, Indonesia.
  • Šliaupa, S., Zuzevičius, A., Rastenienė, V., Baliukevičius, A., Zinevičius, F., Grudzinskas, J. and Buinevičius, K., 2008. Vakarų Lietuvos regione esančių geoterminės energijos resursų potencialo išaiškinimas ir pagrindimas, bei galimybės jų panaudojimui energijos gamybai. Geologijos ir geografijos institutas, pp.4-74.
  • Vaitiekūnas, R., 2012. Prezentacija apie Klaipėdos demonstracinę jėgainę „Geoterma“ (https://docplayer.lt/156684670-2012-m-kovo-23-d-uab-geoterma.html). Kovo 23, 2012.
  • https://biznes.interia.pl/nieruchomosci/news-geotermia-na-podhalu-wlacza-drugi-bieg,nId,4211308

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *