אנרגיה גאותרמית

תמונה של תחנת כוח גאותרמית בנבדה, ארצות הברית

אנרגיה גאותרמית היא אנרגיה תרמית שמקורה בכדור הארץ. ניתן להשתמש באנרגיה זו לייצור חשמל.

המושג גאותרמי מקורו במילים היווניות גא (γη) שפרושה ארץ, ותרמוס (θερμος) שפרושה חום. החום נובע מתוך פנים כדור הארץ, מתחת לקרום כדור הארץ. מקור אנרגיה זה נחשב למקור שאינו מתכלה. האזורים בעולם שבהם האנרגיה הגאותרמית זמינה הם האזורים הפעילים מבחינת פעילות טקטונית. החום עולה לפני השטח באזורים וולקניים עם הלבה הרותחת שמקורה במעמקים, או בצורת מים חמים, או קיטור מגייזרים.

היסטוריה

המקום הראשון שבו יוצר חשמל מקיטור גאותרמי, כלומר קיטור שמקורו מן האדמה, היה לרדרלו (Larderello) באיטליה. ההצלחה סימנה את הערך הכלכלי של השימוש בחום הגאותרמי בתעשייה. ייצור החשמל הגאותרמי במקום היה הצלחה כלכלית. ביפן נקדחה באר גאותרמית בשנת 1919 ובאזור הגייזרים אשר בקליפורניה שבארצות הברית ב-1921. בשנת 1958 החלה לפעול תחנת כוח גאותרמית קטנה בוואירקאי שבניו זילנד, ובמקסיקו ב-1959. ההספק הגאותרמי ממתקנים בעולם היה בשנת 1995 - 6,833 מגה-ואט וב-2000 - 7,974 מגה-ואט. השימוש באנרגיה גאותרמית שלא לצורך ייצור חשמל הסתכם בשנת 2001 בכ-20,000 מגה-ואט חום, לערך. לאנרגיה הגאותרמית תפקיד חשוב במאזן האנרגטי של מדינות מתפתחות כמו הפיליפינים, ניקרגואה, אל סלוודור, קוסטה ריקה, קניה, אינדונזיה ומקסיקו.

ייצור חשמל

השדה הגאותרמי הגדול בעולם נמצא באזור הגייזרים בקליפורניה, צפונית לסן פרנסיסקו. ייצור החשמל במקום, שהחל כבר בשנת 1960, הגיע ליותר מאלפיים מגה-ואט ב-2001. שדה גדול נוסף בארצות הברית נמצא באזור הסלטון סי. נוסף לארצות הברית מייצרים חשמל גאותרמי גם באיטליה, צרפת, ניו זילנד, מקסיקו, ניקרגואה, קוסטה ריקה, רוסיה, איסלנד, הפיליפינים, אינדונזיה, יפן, קניה, אתיופיה וגואטמלה. גם קנדה בוחנת אפשרות להפקת חשמל בעזרת מקור גאותרמי. ברוב המקומות מפיקים את החשמל על ידי שימוש בקיטור, במיעוטם ממים חמים. כך למשל באיסלנד, בנוסף לייצור חשמל, המים מחוממים עד לטמפרטורה של כ-82 מעלות צלזיוס ומוזרמים לצנרת של עיר הבירה רייקיאוויק, שם הם משמשים לרחצה, הסקה ואף להפשרת שלג וקרח מהמדרכות.

טכנולוגיות שונות

ישנם מקומות בהם הזרם הגאותרמי פורץ ישירות מהאדמה, למשל בגייזרים. בדרך כלל צריך לקדוח באר אל תוך המאגר התת-קרקעי. גם במקרה של קידוח באר ישנה אפשרות שהלחץ במאגר מספיק גבוה, והזרם הגאותרמי יפרוץ בעצמו מפתח הבאר. ישנה גם אפשרות להתקין משאבה לתוך הבאר ולשאוב את המים החמים מהמאגר אל ראש הבאר. מקור החום הגאותרמי, הזמין לשימוש, נובע בדרך כלל מתערובת של מים חמים וקיטור. רוב תחנות הכוח לייצור חשמל ממקורות גאותרמיים משתמשות בקיטור, ומחזירות את המים החמים ללא שימוש חזרה לאדמה.

במקרים בהם טמפרטורת הזרם הגאותרמי אינה גבוהה דיה, כמות המים בתערובת גבוהה והקיטור דל מכדי לשמש להפקת חשמל יעילה, או אף איננו קיים לעיתים (למשל, כאשר משתמשים במשאבה). במקרים אלה ניתן להשתמש בטכנולוגיה בינארית: המים שחוממו על ידי הזרם הגאותרמי מחממים, בעזרת מחליפי חום, גז הרותח בטמפרטורה שנמוכה מנקודת הרתיחה של המים - כגון בוטאן או פנטאן. גז זה מתפשט בטורבינה וגורם לסיבוב של הגנרטור ולייצור חשמל. יחידה בינארית כזו יכולה לשמש גם לניצול אנרגיית החום של הקיטור, על ידי שימוש במחליף חום בצד הקיטור.

פרק זה טעון עדכון. אנא תרמו להמכלול ועזרו לעדכן אותו.

דרך אחרת לייצור חשמל גאותרמי, שפותחה במעבדה הלאומית לוס אלמוס בארצות הברית, ונבחנת בשנים האחרונות, בין היתר, בעמק הריין בצרפת, היא שיטה הקרויה EGS; השיטה ישימה במקומות בהם מצוי מקור חום יחסית קרוב לפני הקרקע (בסביבות 5 קילומטר) ללא מים. מקום כזה מוגדר כסלעים יבשים (dry rocks) וניצולו דורש תהליך מורכב של החדרת מים שיחוממו, ושאיבתם, או הוצאת התערובת של מים חמים וקיטור - לשימוש בתחנת הכוח הגאותרמית. בבאר כזו מבצעים מספר קידוחים עמוקים לעומק שבו נמצאים הסלעים, ומזרימים בצינור אחד מים ובצינור האחר (או אחרים) עולים אדי המים החמים אל פני השטח ומניעים טורבינת חשמל.

על פי אומדנים שנעשו, כ-60% מפני כדור הארץ מתאימים לשימוש בשיטה זו, ולכן מומחים בתחום של האנרגיה הגאותרמית מאמינים כי שיטה זו תוכל להוות תחליף נפוץ לשימוש בדלקי מאובנים, לאחר שהמדענים והמהנדסים יתגברו על הקשיים הטכניים וההנדסיים שכרוכים בכך. מחקר ב-MIT העריך את הפוטנציאל האנרגטי של יישום טכנולוגיה זו בארצות הברית לבדה בכ-100 ג'יגה-ואט. ב-2008 הכריזה חברת אורמת הישראלית על תחילת ניסוי בטכנולוגיה זו, בשיתוף משרד האנרגיה האמריקאי, באתר תחנת הכוח דזרט פיק^[1].

הזרקה

בשנים האחרונות, עם גידול המודעות לאיכות הסביבה, מרבים להחזיר לקרקע את המים החמים ואת הקונדנסט שהתעבה מן הקיטור במהלך תהליך ייצור החשמל. החדרת המים חזרה לקרקע נעשית בדרך כלל בלחץ, תוך שימוש בבארות הזרקה מיוחדות. המיקום והעומק של בארות ההחדרה נבחרים בקפדנות כדי לא לקרר ולא להשפיע לרעה על המאגר הגאותרמי שבו משתמשים להפקת החשמל. התופעה של קירור המאגר וירידת הלחץ של בארות ההפקה הן תופעות ידועות הדורשות קידוחים חדשים, או טיפול חוזר בבארות קיימים, לאורך חיי תחנת הכוח הגאותרמית.