Zrównoważona na zawsze energia geotermiczna

Jest ono na tyle powolne, że skały na dnie otworu nie ochładzają się, co oznacza pozyskiwanie energii na poziomie odpowiadającym naturalnemu przepływowi ciepła z wnętrza Ziemi .

Jak już wspomniałem, energia geotermiczna pochodzi z dwóch źródeł (rozpadów radioaktywnych w skorupie ziemskiej oraz ciepła przenikającego przez płaszcz z jądra Ziemi). Na typowej płycie kontynentalnej ciepło docierające przez płaszcz wynosi około 0,01 W/m2. Przepływ ciepła na powierzchni wynosi 0,05 W/m2, gdzie dodatkowe 0,04 W/m2 pochodzi z rozpadu substancji radioaktywnych w skorupie ziemskiej .

Typowa lokalizacja dostarcza nam zatem maksymalną moc 0,05 W/m2, przy czym nie jest to energia wysokojakościowa – jest to ciepło, czyli energia niższej klasy. My chcemy jednak wytwarzać elektryczność, co wiąże się z odwiertami na duże, głębokości, gdzie temperatura jest odpowiednio wysoka. Ciepło może bowiem służyć do wytwarzania prądu tylko wtedy, gdy źródło ma wyższą temperaturę od naszego otoczenia. Temperatura rośnie wraz z głębokością (jak pokazuje to Rys. 16.4.) i na 40 km osiąga 500°C. Pomiędzy głębokością 0 km, gdzie przepływ energii jest największy, lecz temperatura skał zbyt niska, a głębokością 40 km, gdzie temperatura jest wysoka, lecz przepływ energii 5 razy mniejszy (bo tracimy całe ciepło wytwarzane przez pierwiastki promieniotwórcze w skorupie ziemskiej), znajduje się nasza optymalna głębokość, z której powinniśmy pobierać energię .

Dokładna optymalna głębokość zależy od konkretnego sposobu wykorzystania energii i urządzeń, które zamierzamy zastosować w naszej elektrowni .

Na razie oszacujmy możliwą do zrównoważonego pobierania moc maksymalną, dobierając głębokość przy założeniu, iż posiadamy idealną – pracującą z możliwie najwyższą termodynamicznie wydajnością – maszynę do zamiany ciepła w elektryczność oraz że możemy mieć za darmo odwiert na dowolną głębokość .

Wyliczyłem, że dla profilu temperatur pokazanego na Rys. 16.4. optymalna głębokość wynosi 15 km. W tych warunkach idealna instalacja wytworzy 17 mW/m2. Przy światowej gęstości zaludnienia na poziomie 43 osób na kilometr kwadratowy daje to 10 kWh na osobę dziennie, gdyby wykorzystać wszystkie tereny lądowe. W Wielkiej Brytanii, gdzie gęstość zaludnienia jest 5 razy wyższa, rozbudowa zrównoważonych siłowni geotermicznych na szeroką skalę pozwoliłaby pozyskać maksymalnie 2 kWh na osobę dziennie .

Jest to wartość pozwalająca na bezterminową zrównoważoną eksploatację ciepła z wnętrza Ziemi. Pamiętajmy, że wyliczenia ignorują gorące punkty, zakładają istnienie doskonałych instalacji, przyjmują wykorzystanie każdego metra kwadratowego terenu i prowadzonych za darmo odwiertów, a także, iż można wiercić dziury o głębokości 15 km.