thumb|desno|300п|Geotermalna elektrana Larderelo (Italija). thumb|desno|300п|Cijevi geotermalne elektrane Larderelo, u Vražjoj dolini (). thumb|desno|300п|Geotermalna elektrana Vest ford flat je jedna od 22 geotermalne elektrane, koja je deo geotermalnih elektrana Gejzeri (Kalifornija). thumb|desno|300п|Geotermalna elektrana Helišejdi (Island). thumb|desno|300п|Geotermalna elektrana Malitbog (Filipini) je trenutno najveća samostalna geotermalna elektrana na svetu. thumb|desno|300п|Geotermalna elektrana Vairakej (Novi Zeland). thumb|desno|300п|Geotermalne elektrane s binarnim ciklusom 1:Rezervoar 2:Pumpe 3:Izmenjivač toplote 4:Zgrada s turbinama 5:Proizvodna bušotina 6:Utisna bušotina 7:Topla voda za centralno grejanje 8:Porozni sedimenti 9:Zgusnuti sedimenti 10:Kristalne stene.

Geotermalna elektrana je kao svaka druga elektrana, osim što se para ne proizvodi izgaranjem fosilnih ili drugih goriva, već se crpi iz zemlje. Daljnji je postupak sa parom isti kao kod konvencionalne elektrane: para se dovodi do parne turbine, koja pokreće rotor električnog generatora. Nakon turbine para odlazi u kondenzator, kondenzuje se, da bi se tako dobivena voda vratila nazad u geotermalni izvor. Reč geotermalna dolazi od grčkih reči -{geo}- (zemlja) i -{therme}- (toplota). Pod pojmom geotermalna energija smatra se ona energiju koja se može pridobiti iz Zemljine unutrašnjosti i koristiti u energetske ili neke druge svrhe.

Godine 2015, svetski kapacitet geotermalne snage je iznosio 12,8 gigavata (-{GW}-), od čega je 28% bilo instalirano u Sjedinjenim Državama. Međunarodno tržište je raslo sa prosečnom godišnjom stopom od 5 procenata tokom tri godine koje su prethodile 2015, i očekuje se da će globalni geotermalni kapacitet dosegnuti 14,5–17,6 -{GW}- do 2020. Na temelju postojećeg geološkog znanja i tehnologije koju je GEA objavila, Geotermalna energetska asocijacija (GEA) procenjuje da je samo 6,9 procenata ukupnog globalnog potencijala iskorišteno do sada. Prema podacima organizacije -{IPCC}-, koja deluje u okviru UN, potencijal geotermalne energije je u rasponu od 35 -{GW}- do 2 -{TW}-. Zemlje koje generišu više od 15 procenata njihove struje iz geotermalnih izvora su El Salvador, Kenija, Filipini, Island, Novi Zeland i Kostarika.

Geotermalna energija se smatra održivim, obnovljivim izvorom energije zato što je ekstrakcija toplote mala u poređenju sa toplotnim sadržajem Zemlje. Emisije stakleničkih gasova geotermalnih elektrana su u proseku 45 grama ugljen-dioksida po kilovat-satu struje, ili manje od 5% količine konvencionalnih elektrana u kojima se sagoreva ugalj.Moomaw, W., P. Burgherr, G. Heath, M. Lenzen, J. Nyboer, A. Verbruggen, 2011: Annex II: Methodology. In IPCC: Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (ref. page 10)

Istorija korištenja geotermalne energije

Istorija geotermalne energije seže u davnu prošlost, kada su još antički narodi geotermalne izvore koristili za kupanje i grejanje, te u medicinske svrhe. Iako se geotermalna energija na ovaj način koristila vekovima, prva upotreba geotermalne energije u industriji dogodila se u 18. veku, a prvi pokušaj proizvodnje električne energije iz geotermalne energije dogodio se tek u 20. veku. "Povijest korištenja geotermalne energije", www.obnovljivi.com, 2011.

Krajem 18. veka u Italiji (Piza) se na Larderelo polju pomoću pare iz geotermalnih izvora izdvajala borna kiselina. Godine 1904. princ Pjero Đinori Konti počeo je koristiti paru na Larderelu za pogon male turbine, te je time omogućio rad četiri električne sijalice, što je ujedno bila i prva upotreba geotermalne energije u proizvodnji električne energije. Nešto kasnije, 1911. započeta je gradnja prve geotermalne elektrane snage 250 -{kW}-, koja je proizvodila struju za rad italijanske željeznice. Do 1975. geotermalna elektrana Larderelo je imala ukupnu instaliranu snagu od 405 -{MW}-, a danas proizvodi 10% ukupne svetske proizvodnje iz geotermalne energije sa 4 800 -{GWh}- godišnje.

Nakon uspeha koji je postignut tih ranih godina u Italiji, nekoliko drugih zemalja započelo je s istraživanjima i korištenjem geotermalne energije. Godine 1919. u Japanu je izbušen prvi geotermalni izvor, a 1921. Džon D. Grant je sagradio prvu geotermalnu elektranu u Kaliforniji koja je omogućila osvetljavanje celog hotelskog kompleksa u tom području. Godine 1958. sagrađena je geotermalna elektrana na Novom Zelandu, 1959. u Meksiku, a u narednim godinama pridružile su se i mnoge druge zemlje.

Kada se govori o geotermalnoj energiji, važno je spomenuti i 1852. godinu, kada je Vilijam Tomson izumeo toplotnu pumpu, te 1912. kada je Hajnrih Zoli patentirao ideju korištenja toplotne pumpe za pridobivanje toplote iz tla. Godine 1946. Donald Kroker dizajnirao je i demonstrirao rad prve komercijalne geotermalne toplotne pumpe.

Godine 1967. godine u Sovjetskom Savezu je prvi put demonstrirana elektrana koja koristi binarni proces, što je omogućilo dobivanje energije iz izvora sa puno nižim temperaturama. 2006. Čena Hot Springs na Aljasci započeli su sa proizvodnjom električne energije iz geotermalnog izvora temperature samo 57 °C. Danas se najveći geotermalni sistem korišten za grejanje nalazi na Islandu i zadovoljava 89% potreba te zemlje za grejanjem domova. Najveća geotermalna elektrana na Islandu je geotermalna elektrana Helišeidi.

Geotermalne elektrane Gejzeri u Kaliforniji imaju 22 geotermalne elektrane ukupne snage 1517 -{MW}-, što čini najveću grupu geotermalnih elektrana u svetu. Geotermalna energija u toplicama se koristi već dugi niz godina. Geotermalna elektrana Malitbog je trenutno najveća samostalna geotermalna elektrana na svetu. Nalazi se na Filipinima, u provinciji Malitbog. Instalirana snaga te elektrane je 232,5 -{MW}-. Inače u okolini tog postrojenja ima još 8 geotermalnih elektrana, tako da su Filipini trenutno drugi u svetu po proizvodnji geotermalne energije. Najnovija istraživanja su pokazala da 27% električne energije na Filipinima potiče iz geotermalnih izvora.

Iskorištavanje geotermalne energije u energetici

Na samom početku nastanka Zemlje, sve kopnene mase su bile spojene u jedan gigantski kontinent nazvan Pangea, nakon čijeg je raspada Zemljina kora počela poprimati današnji oblik. Kontinenti su deo kore i u neprestanom su kretanju. Teorija tektonike ploča pretpostavlja da se Zemljina površina sastoji od nekoliko velikih krutih ploča (kontinentalne i okeanske), na čijim granicama dolazi do horizontalnog pomicanja. Procesi u Zemljinoj unutrašnjosti mogu pomicati ploče tako da između njih nastaju procepi, ili pomicati ploče jednu prema drugoj, skraćujući i/ili savijajući ih, kao i skliznuti jedna ispod druge prilikom njihovog kontakta. Navedena kretanja na mestima dodira imaju za posledicu česte potrese, ali istovremeno to su i mesta značajnijih geotermalnih resursa.

Sa tačke gledišta iskorištavanja geotermalne energije, najznačajnija geotermalna polja se očekuju duž rubova velike Pacifičke ploče, tzv. Pacifički vatreni prsten ili Tihookeanski vatreni pojas.

Temperatura Zemljine unutrašnjosti raste s dubinom. Na dubini od 80 do 100 km temperatura stena iznosi između 600 i 1 200 °C. Toplota neprestano struji od izvora u Zemljinoj unutrašnjosti prema površini. Temperatura Zemljine površine najviše zavisi o zračenju Sunca. Uticaj tog zračenja opaža se u gornjim delovima kore do dubine 30 metara. Na toj dubini temperatura je stalna. Porast temperature s dubinom Zemlje naziva se geotermalni gradijent.

Upravo je geotermalni gradijent jedan od prvih pokazatelja koji upućuje na potencijalno ležište. Karte geotermalnih gradijenata ukazuju na područja lokalnih anomalija. Srednja vrednost geotermalnog gradijenta na primer za Evropu iznosi 0,03°-{C/m}-.

Načini pretvaranja geotermalne energije u električnu energiju Od vrste geotermalnog ležišta zavisi izbor tehnologije za proizvodnju električne energije. Temperatura geotermalnog fluida osnovna je odrednica: "Korištenje geotermalne energije", www.eihp.hr, 2011.

Temperatura ležišta Fluid u ležištu Primena Tehnologija > 220 °C (visoko temperaturna ležišta) Voda ili para Proizvodnja električne energije Parna turbina (); Kombinovani ciklus (parna turbina i binarni proces); Direktno korištenje fluida; Izmenjivač toplote; Toplotna pumpa 100° – 220 °C (srednja temperaturna ležišta) Voda Proizvodnja električne energije; Direktno korištenje Binarni proces; Direktno korištenje fluida; Izmenjivač toplote; Toplotna pumpa 50° – 150 °C (niska temperaturna ležišta) Voda Direktno korištenje Direktno korištenje fluida; Izmenjivač toplote; Toplotna pumpa

Za pogon turbine geotermalna energija koristi paru. Para (vlažna ili suva) može biti dobijena direktno iz ležišta, a može se takođe veštački proizvoditi u vrućim suvim stenama, takozvanim naprednim geotermalnim sistemima.

U ležištima s nižim temperaturama fluida, para za pogon turbina dobija se posredno, zagrevanjem radnog fluida s vrelištem nižim od vrelišta vode. Razlikuje se Organski Rankinov ciklus (ORC), te tzv. Kalina proces. Razlika je u sastavu radnog fluida, ORC koristi organske sastojke tipa toluol, pentan, propan, te ostale ugljovodonike, dok se u Kalina ciklusu koristi mešavina amonijaka i vode. Kalina ciklus nije preferentan pristup upravo zbog korištenja amonijaka.

U svakom slučaju, geotermalne elektrane se mogu podeliti u tri osnovna tipa: postrojenja sa suvom parom, postrojenja sa isparavanjem (jednostrukim i dvostrukim), te binarna postrojenja.

Geotermalne elektrane sa suvom parom Postrojenja sa suvom parom su prvi tip geotermalnih elektrana koje su postigle komercijalni status. Upravo prvo postrojenje instalirano 1904. u mestu Larderelo u Toskani u Italiji bilo je takvo postrojenje. Koristi se suvozasićenu ili pregrejana paru sa pritiscima višim od atmosferskog pritiska, direktno iz ležišta bogatog parom.

Para se, dakle, može direktno iz proizvodne bušotine dovoditi u turbinu i nakon ekspanzije ispuštati u atmosferu. Generalno je generisana para pregrejana, te sadrži samo male količine drugih gasova, uglavnom -{CO}-2 i -{H2S}-. Ovakav direktni ciklus bez kondenzacije je najjednostavnija i najjeftinija opcija za proizvodnju električne energije iz geotermalne energije. Primenjuju se u slučajevima kada para sadrži velik udeo nekondenzirajućih gasova.

Kod postrojenja s kondenzacijom, para se kondenzuje na izlazu iz turbine i hladi u konvencionalnim rashladnim tornjevima. Nastali kondenzat može se koristiti u rashladnom sistemu elektrane i utiskivati nazad u ležište. Na taj način ležište se obnavlja, te se održava potreban pritisak. Geotermalna elektrana Larderelo u Italiji i geotermalne elektrane Gejzeri u Kaliforniji najveća su svetska ležišta sa suvom parom. Ukupno instalirana snaga postrojenja sa suvom parom u 2004. godini iznosila je 2 460 -{MW}- što predstavlja 28% ukupne svetske instalirane snage. Prosečna snaga postrojenja sa suvom parom je 39 -{MW}-.

Geotermalne elektrane s isparavanjem U vodom dominantnim ležištima primenjuje se tehnologija geotermalnih elektrana s isparavanjem. Energent je, u ovome slučaju, voda pod pritiskom. Budući da je pritisak u bušotini generalno niži od pritiska u ležištu, voda pod pritiskom u bušotini struji prema površini. Kao posledica pada pritiska, određeni deo tečnosti isparava i bušotina istovremeno daje toplu vodu i paru, s tim da je voda dominantna faza. Stoga se ta ležišta takođe nazivaju i ležišta s vlažnom parom.