Energija Zemlje ili geotermalna energija

Dvije su odvojene grane iskorištavanja energije Zemlje. Iskorištenjem geotermalne energije koristimo energiju vruće termalne vode, koja se nalazi na manjim dubinama ispod zemljine kore. Iskorištenjem ovoga vida energije ne mislimo se ozbiljnije baviti. Fokusirat ćemo se na iskorištavanje geotermalne energije, gdje koristimo toplotu zemlje za grijanje medija, te povećanjem temperature toga medija toplotnim pumpama na željenu temperaturu.

Karakteristike energije Zemlje

Manji dio toplotne energije koja neprekidno izlazi iz Zemlje potiče iz potencijalne i kinetičke energije materijala sabijenih pod uticajem gravitacije, nastalog prilikom stvaranja Zemlje prije oko 4,6 milijardi godina. A veći dio te toplotne energije nastaje raspadom radioaktivnih jedinjenja. Prosječna vrijednost toplotnog strujanja na površini zemlje iznosi 0,06-0,07 W/m2. Temperatura Zemljine kore kontinuirano raste prema Zemljinom središtu za prosječno 0,03 ºC/m. To je dvostruko više od prosjeka kontinenata jer je na našem području debljina zemljine kore upola manja od prosječne (15-25km).

Iz činjenice da temperatura Zemlje raste sa dubinom, zaključujemo da Zemlja sadrži ogromnu količinu energije. Iz termodinamike je poznato da kod nejednake raspodjele temperature dolazi do unutrašnjih strujanja. Ako kao najgrublji primjer uzmemo samo čvrstu koru Zemaljske kugle, intenzitet toplotnog strujanja, trebao bi biti približnio jednak. U praksi je slika sasvim drugačija, određene geografske strukture imaju potpuno različita toplotna strujanja.

Neposredna iskustva se drastično smanjuju što smo dalje od zemljine kore u dubinu. Najdublja aktivna bušotina nalazi se u Južnoj Africi sa svojih oko 4000 metara, dok su najdublje istraživačke bušotine u Oklahomi sa 9500 metara i poluostrvu Kola 12000 metara. Zadnja bušotina probila je granitno-bazaltni sloj na dubini od 9000 metara, a najveća temperatura od 180ºC izmjerana je na dubini od 10000 metara.

Toplotna pumpa niskotemperaturnu energiju, koja se kao takva ne može koristiti, pretvara u energiju više temperaturnog nivoa koja se već može iskorištavati, ulaganjem neke druge, najčešće, mehaničke energije. Toplotne pumpe iskorištavaju većinom obnovljive izvore energije. Princip rada toplotne pumpe je isti kao kod običnog frižidera. Razlika je samo u temperaturnim područjima termodinamičkog procesa i u obrnutom smjeru korištenja. Za sabijanje radnog medija postoje kompresorska i neka druga npr. adsorpcijska rješenja. U praksi je najrasprostranjenije rješenje kompresor pogonjenjen elektromotorom, a ponekad se za pogon kompresora koriste motori sa unutarnjim sagorijevanjem (npr. na plin).

Na svjetskom nivou u ukupnom iskorištenju energije zemlje, toplotne pumpe imaju udio oko 13%.