U poglavlju Iskori�tavanje geotermalne energije u energetici bilo je ve? rije?i o vrstama geotermalnih le�i�ta. Upravo o vrsti le�i�ta ovisi izbor tehnologije za proizvodnju elektri?ne energije. Temperatura geotermalnog fluida osnovna je odrednica. U tablici su prikazane osnovne tehnologije, ovisno o temperaturi le�i�ta:

�

�

Za pogon turbine geotermalna energija koristi paru. Para (vla�na ili suha) mo�e biti dobivena direktno iz le�i�ta, a mo�e se tako?er umjetno proizvoditi u vru?im suhim stijenama, takozvanim naprednim geotermalnim sustavima (vi�e u poglavlju Iskori�tavanje geotermalne energije u energetici).

U le�i�tima s ni�im temperaturama fluida, para za pogon turbina dobiva se posredno, zagrijavanjem radnog fluida s vreli�tem ni�im od vreli�ta vode. Razlikujemo Organski Rankineov ciklus (ORC) te tzv. Kalina proces. Razlika je u sastavu radnog fluida, ORC koristi organske sastojke tipa toluol, pentan, propan te ostale ugljikovodike, dok se u Kalina ciklusu koristi mje�avina amonijaka i vode. Kalina ciklus nailazi na odbojnost upravo zbog kori�tenja amonijaka.

U svakom slu?aju, geotermalne elektrane se mogu podijeliti u tri osnovna tipa: postrojenja sa suhom parom, postrojenja s isparavanjem (jednostrukim i dvostrukim) te binarna postrojenja. U nastavku slijedi detaljnije o pojedinoj tehnologiji.

Istra�no polje u Nevadi, SAD, izvor: geothermal.marin.org

�

• GEOTERMALNE ELEKTRANE SA SUHOM PAROM

Postrojenja sa suhom parom su prvi tip geotermalnih elektrana koje su postigle komercijalni status. Upravo prvo postrojenje instalirano 1904. u mjestu Larderello u Toskani u Italiji bilo je takvo postrojenje. Koriste suhozasi?enu ili pregrijanu paru s tlakovima vi�im od atmosferskog tlaka, direktno iz le�i�ta bogatog parom.

Para se, dakle, mo�e direktno iz proizvodne bu�otine dovoditi u turbinu i nakon ekspanzije ispu�tati u atmosferu. Op?enito je generirana para pregrijana, te sadr�i samo male koli?ine drugih plinova, uglavnom CO₂ i H₂S. Ovakav direktni ciklus bez kondenzacije je najjednostavnija i najjeftinija opcija za proizvodnju elektri?ne energije iz geotermalne energije. Primjenjuju se u slu?ajevima kada para sadr�i velik udio nekondenziraju?ih plinova.

Kod postrojenja s kondenzacijom para se kondenzira na izlazu iz turbine i hladi u konvencionalnim rashladnim tornjevima. Nastali kondenzat mo�e se koristiti u rashladnom sustavu elektrane i utiskivati nazad u le�i�te. Na taj na?in le�i�te se obnavlja te se odr�ava potreban tlak.

Tipi?ne jedini?ne snage turbina su izme?u 20 i 120 MW.

Le�i�te Larderello u Italiji i The Geysers u Kaliforniji najve?a su svjetska le�i�ta sa suhom parom. Ukupno instalirana snaga postrojenja sa suhom parom u 2004. godini iznosila je 2.460 MW �to predstavlja 28% ukupne svjetske instalirane snage. Prosje?na snaga postrojenja sa suhom parom je 39 MW.

The Geysers � jo� uvijek najve?e geotermalno polje u svijetu, izvor: geothermal.marin.org

�

• GEOTERMALNE ELEKTRANE S ISPARAVANJEM

U vodom dominantnim le�i�tima primjenjuje se tehnologija geotermalnih elektrana s isparavanjem. Energent je, u ovome slu?aju, voda pod tlakom.

Budu?i da je tlak u bu�otini op?enito ni�i od tlaka u le�i�tu, voda pod tlakom u bu�otini struji prema povr�ini. Kao posljedica pada tlaka, odre?eni dio kapljevine isparava i bu�otina istovremeno daje toplu vodu i paru, s tim da je voda dominantna faza. Stoga se ta le�i�ta tako?er nazivaju i le�i�ta s vla�nom parom.

Geotermalna voda ?esto sadr�i veliku koli?inu otopljenih minerala, uglavnom klorida, bikarbonata, sulfata, borata, fluorida i silicija. To mo�e prouzro?iti zasoljenje cjevovoda i postrojenja. Ovakva eksploatacijska polja proizvode veliku koli?inu otpadne vode te je upravo zbog velike koli?ine otopljenih minerala geotermalni fluid potrebno vratiti natrag u le�i�te, putem utisne bu�otine.

Vla�na para se ne mo�e koristiti kod standardnih turbina bez rizika o�te?enja turbinskih lopatica. Stoga se, kod svih instalacija koje koriste le�i�ta vla�ne pare koriste separatori za odvajanje pare od vode. Proizvodnja elektri?ne energije iz ovih polja se ostvaruje pomo?u isparavanja kapljevitog geotermalnog fluida u jednom ili nekoliko ispariva?a na povr�ini.

Od 2004. godine je 135 postrojenja toga tipa u radu u 18 zemalja diljem Svijeta. Postrojenja s jednostrukim isparavanjem ?ine 29% od svih geotermalnih postrojenja i pribli�no 40% od ukupno instalirane snage geotermalnih elektrana u Svijetu. Jedini?ne snage se kre?u od 3 do 90 MW, dok je prosje?na snaga 28,1 MW po jedinici.

Postrojenje s dvostrukim isparavanjem predstavlja pobolj�anje s obzirom na postrojenje s jednostrukim isparavanjem u tom smislu da daje 15 � 25% vi�e izlazne snage za iste uvjete geotermalnog fluida. Postrojenje je slo�enije, skuplje i zahtjevnije po pitanju odr�avanja, ali vi�e dobivene izlazne snage naj?e�?e opravdava instaliranje takvih postrojenja. Postrojenja s dvostrukim isparavanjem su prili?no brojna i nalaze se u radu u 9 zemalja. Sredinom 2004. godine u radu je bilo 70 takvih jedinica, 15% od ukupnog broja geotermalnih elektrana. Jedini?ne snage se kre?u u podru?ju 4,7 do 110 MW, dok je prosje?na jedini?na snaga oko 30 MW.

Geotermalna elektrana s dvostrukim isparavanjem

�

• GEOTERMALNE ELEKTRANE S BINARNIM CIKLUSOM

Geotermalne elektrane s binarnim ciklusom su, po termodinami?kom principu, najbli�e termoelektranama na fosilna goriva ili nuklearnim elektranama kod kojih radni fluid izvodi stvarni zatvoreni ciklus. Radni fluid, odabran prema povoljnim termodinami?kim svojstvima, prima toplinu od geotermalnog fluida, isparava, ekspandira u turbini, kondenzira, te se vra?a u ispariva? pomo?u napojne pumpe.

Prva binarna geotermalna elektrana stavljena je u pogon nedaleko mjesta Petropavlovsk na ruskom otoku Kamchatka 1967. godine. Imala je snagu 670 kW, te je opslu�ivala malo selo i nekoliko farmi kako s elektri?nom energijom tako i toplinom za potrebe staklenika.

Danas su binarna postrojenja naj?e�?e kori�teni tip geotermalnih elektrana s ukupnom instaliranom snagom 274 MW. ?ine 33% od svih geotermalnih elektrana u radu, ali proizvode samo 3% od ukupne snage.

O?igledno, prosje?na snaga po jedinici je mala, samo 1,8 MW, mada dolaze u eksploataciju i jedinice sa snagama 7 - 10 MW s tzv. naprednim ciklusom. Tako?er je nekoliko postrojenja s binarnim ciklusom pridodano postoje?im postrojenjima s isparavanjem kako bi se �to vi�e iskoristilo topline iz geotermalnog fluida.

Binarna postrojenja omogu?avaju pretvorbu geotermalne topline u elektri?nu energiju iz nisko temperaturnih le�i�ta tople vode (tzv. vodom dominantnih le�i�ta) s temperaturom preko 85 �C. Tako?er, ta je tehnologija pogodna i za eksploataciju srednje temperaturnih izvora s vla�nom parom s visokim omjerom voda/para kod temperatura koje su preniske za prakti?nu primjenu sustava s isparavanjem. Binarna postrojenja pretvaraju toplinu srednje temperaturnih izvora u elektri?nu energiju efikasnije nego ostale tehnologije.

Kod binarnih postrojenja izmjenjiva? topline prenosi toplinu s geotermalnog fluida dobavljenog iz proizvodne bu�otine u primarni krug na lako hlapljivi radni fluid u sekundarnom krugu, kao �to su halogeni ugljikovodici (npr. Freon, Frigen), propan, izobutan, pentan, amonijak. Taj je termodinami?ki ciklus poznat kao Organski Rankineov Ciklus (ORC). Radni fluid u sekundarnom krugu isparava u ispariva?u pomo?u geotermalne topline iz primarnog kruga. Para ekspandira prolaskom kroz turbinu (u ovom se slu?aju ?esto naziva �organska turbina�), koja je spojena s elektri?nim generatorom. Ispu�na para se kondenzira u vodom ili zrakom hla?enom kondenzatoru, a kondenzat se napojnom pumpom vra?a u ispariva?. Ohla?ena geotermalna voda mo�e se ispustiti u okoli� ili vratiti natrag u le�i�te bez isparavanja, �to minimalizira problem talo�enja otopljenih minerala.

Tipi?ne jedini?ne snage su 1 � 3 MW. Tehnologija binarnih postrojenja se pojavljuje kao najisplativiji, najefikasniji i najpouzdaniji na?in za pretvorbu velikog broja nisko temperaturnih izvora u elektri?nu energiju, kojih je relativno dosta po svijetu.

Iskoristivost binarnih postrojenja pobolj�ana je uvo?enjem Kalina tehnologije. Mje�avina vode i amonijaka isparava unutar kona?nog temperaturnog podru?ja, proizvode?i dvokomponentnu paru (npr. 70% amonijak i 30% voda) za razliku od ORC koji se temelji na ?istim fluidima koji isparavaju kod odre?ene temperature isparavanja. No danas postoji tek jedna geotermalna elektrana koja koristi Kalina ciklus, Husavik na Islandu i koja je raspolo�iva za usporedbe; nekoliko ih je u fazi izgradnje. Nasuprot tome, ORC je ovladana tehnologija sa stotinama MW instaliranih razli?itih postrojenja diljem Svijeta.

Geotermalna elektrana s binarnim ciklusom

�

• USPOREDBA GEOTERMALNIH ELEKTRANA S KONVENCIONALNIM ELEKTRANAMA

Bez obzira na to koristi li se geotermalna energija za proizvodnju elektri?ne energije ili izravno, karakteristike geotermalnih le�i�ta odre?uju tehnologiju za iskori�tavanje. Geotermalni fluid ?esto sadr�i velike koli?ine plinova kao �to je vodikov sulfid i razne kemijske otopine koje mogu biti i vrlo otrovne. Zbog toga se mogu pojaviti problemi korozije, erozije i talo�enja kemijskih spojeva �to dovodi do propadanja cjevovoda i turbina pa ?ak i smanjenja u?inkovitosti postrojenja. Ti problemi se izbjegavaju kombinacijom upotrebe materijala otpornih na koroziju, kontrolom temperature fluida, pro?i�?avanjem pare i uporabom sredstava za sprje?avanje korozije.

�

Specifi?nosti geotermalnih elektrana:

• nema izgaranja goriva, �to smanjuje tro�kove, ali tako?er minimalizira i zaga?enje okoli�a
• niska temperatura i tlak pare ima za posljedicu nisku termodinami?ku iskoristivost postrojenja (tipi?no ~15%) u usporedbi s termoelektranama na fosilna goriva (35-38%)
• dugotrajni i slo�eni postupak pu�tanja u pogon svrstava geotermalne elektrane pogodnijima za pokrivanje baznog optere?enja nego za pokrivanje vr�nog optere?enja
• geotermalne elektrane trebaju biti smje�tene �to bli�e proizvodnoj bu�otini kako bi se izbjegli transportni gubici
• geotermalna elektrana snage 100 MW tro�i oko 80 t/h pare. Taj se protok obi?no posti�e s vi�e proizvodnih bu�otina koje crpe isto le�i�te
• para ima poprili?nu koli?inu minerala, koji uvjetuju eroziju i koroziju elemenata turbine. To zahtijeva kontinuirano i zna?ajno odr�avanje
• po?etni tro�kovi geotermalne elektrane su vi�i budu?i da je osim elektrane potrebno izgraditi i bu�otinu, �to predstavlja zapravo najve?i tro�ak. Me?utim, s vremenom se tro�kovi smanjuju budu?i da je raspolo�ivost resursa stabilna i predvidiva. Tako?er, geotermalna elektrana nije ovisna o tr�i�nim kretanjima cijena energenata