de energie uit de in de aardkorst opgehoopte >aardwarmte. Deze warmte vloeit voortdurend vanuit het binnenste van de aarde naar het oppervlak, een aanzienlijk deel ervan ontstaat waarschijnlijk bij de afbraak van in het binnenste van de aarde aanwezige radioactieve elementen.
De uit de diepte opstijgende warmtestroom varieert sterk met de locatie. Over de hoeveelheden energie die de mensheid uit aardwarmte en de zonneënergie ter beschikking zouden kunnen komen, zijn na ca.1970 enige schattingen gepubliceerd. Grootte van de warmtestroom.De warmtestroom, die uit de diepte van de aarde naar het oppervlak van de continenten vloeit, heeft op wereldschaal gezien een waarde van 63 mW/m2 ofwel 1,5 p,cal/(cm2-s). Onze stroming geschiedt dag en nacht en lijkt op het eerste gezicht een enorme hoeveelheid. Noguchi becijferde (1970), dat als deze gehele warmtestroom slechts met een nuttig effect van 10 % in elektriciteit kon worden omgezet, de opgewekte energie voldoende zou zijn, om ’swerelds vraag naar energie tot op het voor het jaar 2000 geschatte niveau te bevredigen. De zonneconstante, d.i. de energiestroom die uit de zon het aardoppervlak bereikt, bedraagt onder ideale omstandigheden 1353,5 W/m2 (0,03233 cal/(cm2-s)), een bedrag dat ca. 16000 maal groter is dan de geothermische energiestroom. Hoewel de daadwerkelijk invallende hoeveelheid zonneënergie geringer is en maar voor een deel effectief te benutten is, lijken toch in deze richting attractievere oplossingen te liggen dan met de geothermische warmte.
Eind 1975 bedroeg de geïnstalleerde wereldcapaciteit van de geothermische elektrische centrales 2000 MW, waarvan 390 MW in Italië (afb.1). De capaciteit van een thermische centrale van 1000 MW is voldoende om de (geïndustrialiseerde) agglomeratie Mannheim (324000 inwoners) van stroom te voorzien. Uitgaande van de grote warmtestroom van 8,37 p,J/(cm2-s) (2 p,cal/(cm2-s)), zou men een aardoppervlakte van 12000 km2 moeten aantappen. Daar van de primaire energie slechts een derde in elektriciteit wordt omgezet, zou het aan te tappen gebied echter 38000 km2 moeten bedragen, d.w.z. een gebied ruim zo groot als Nederland.
Indeling van de geothermisch exploiteerbare velden. In principe laten de velden zich in een aantal groepen indelen:
1. Velden die droge stoom leveren. De boringen leveren direct droge stoom, die aan de stoomturbines wordt toegevoerd resp. aan industriële verbruikers als proceswarmte ter beschikking wordt gesteld. Van deze droge-stoomvelden waren er in 1976 waarschijnlijk slechts drie in dienst, m.n. in Italië en in de VS. De indruk bestaat dat dit qua exploitatie voordelige type op aarde minder voorkomt dan de nog volgende.
Velden met een produktie van natte stoom. De mengsels van stoom en water ontstaan als uit de diepte onder druk opstijgend water van hoge temperatuur (130-350 °C) bij uitstroming zich gedeeltelijk ontspant. Het eerste natte-stoomveld dat in dienst kwam voor de opwekking van elektrische energie, is het Wairakeiveld in Nieuw-Zeeland; uitvloeitemperatuur van de stoom uit de boring: 270 °C, inlaattemperatuur in de turbines: 200 °C. Daarna volgden er in Japan, Ijsland (1969), Mexico en de USSR. De natte-stoomvelden veroorzaken grote bijkomstige technische problemen, b.v. de afscheiding van het water van de stoom. Tabel 3 geeft een opsomming van de geothermische centrales, die tot de groepen 1 en 2 behoren.
Velden die heet water leveren. De watertemperatuur kan uiteenlopen van warm (d.i. beneden 100 °C) tot heet (tot ca. 130 °C). Toepassing voor stadsverwarming zoals in South Oregon (VS), Reykjavik (Ijsland, waar op bescheiden schaal al in 1930 werd begonnen en in 1976 98 % van alle huizen aldus wordt verwarmd; afb.2), Toronto (Nieuw-Zeeland), in de Kaukasus, Hongarije, Roemenië en Frankrijk (Melun); verder in plantenkassen. De energie kan alleen op korte afstand (5-15 km) van de bron worden toegepast, daar anders tijdens het transport van het warmtemedium (water) door de buizen te grote verliezen optreden.
Velden met droog heet gesteente, dat wanneer er water door geleid wordt, dit tot 250-300 °C kan verhitten, waarna het bij terugkomst op het maaiveld voor allerlei doeleinden kan worden gebruikt.
Vestigingscriteria voor geothermische installaties.
De criteria (1977) voor het beoordelen van de mogelijkheid een geothermische installatie op te zetten, zijn allereerst de aanwezigheid van een adequate warmtebron, liefst van zo hoog mogelijke temperatuur, op een bereikbare (betaalbare) diepte (de boorkosten vormen de grootste uitgave bij het openen van een put: vóór de oliecrisis van 1973 waren boorkosten tot een diepte van 2-3 km aanvaardbaar). De hete lagen moeten bovendien voldoende permeabiliteit (poreusheid) vertonen, opdat in de natuur voorkomend grondwater erin kan doordringen en eruit onttrokken kan worden met een van economisch gezichtspunt uit aantrekkelijke snelheid. Bij vele van de locaties (regio’s) met grote geothermische temperatuurgradiënt zijn niet voldoende hete lagen die voldoende permeabiliteit bezitten.
In de olie-industrie is het openbreken, het zgn. fractureren, van onvoldoend permeabele lagen bestaande uit sedimentatiegesteenten een bekende techniek. In New Mexico (VS) worden proeven genomen dit fractureren op granietachtige, dat wil zeggen niet-sedimentatiegesteenten, toe te passen.
Ligging van de velden. De winningsplaatsen van geothermische energie, die opgespoord en in produktie zijn gebracht, bevinden zich aan de randen van platen: grote stukken continentale en oceanische aardkorst, d.i. daar waar materiaal van die aardkorst óf gevormd óf vernietigd wordt (afb.3). Deze randen behoren tot de tektonisch actieve gebieden die gemeenlijk gekarakteriseerd worden door recent vulcanisme, dan wel gebieden met een lokaal sterk beperkt maar met een hoog warmtetransport.
Verder komen er mini-aardbevingen in voor. Stoomvelden zijn behalve in de gebieden die de oceanen omzomen, ook gevonden in de Afrikaanse inzinkingsvallei reikend van Kenia tot Ethiopië, terwijl de collisiezone met oost—west-tendentie gebieden als de Azoren, Italië, de Balkan, het Middenoosten en Indonesië omvat. Verder exploreert India reeds in de Himalaja en exploiteert Ijsland bronnen op de Middenatlantische rug. Uit de interpretatie van die verschijnselen is het inzicht gegroeid, dat naar geothermische systemen juist in zulke zones moet worden gezocht. Er bestaat in dit verband behoefte aan snelwerkende, relatief weinig kostbare, transportabele, onderzoekingsapparatuur met voldoende waarnemingsdiepte om geothermische reservoirs te identificeren, die immers bij de huidige aangetapte reservoirs op een diepte van 1500-2000 m worden aangetroffen en betrekkelijk laag van temperatuur kunnen zijn (150 °C), maar waarvan aan het aardoppervlak geen indicaties van aanwezigheid te vinden zijn.
Ligging van andere velden. Het overgrote deel van de landmassa’s is (tamelijk) vergelegen van de seismische zones, waar zich de hoogwaardige geothermische bronnen bevinden. De mate van het warmtetransport door de korst heen neemt af naarmate men zich verwijdert van de plaatgrenzen en bereikt voor grote gebieden een weinig variërende middelwaarde. Het wereldgemiddelde ligt bij 60 mW/m2 (1,5 p.cal/(cm2-s)). geothermische energie. Tabel 1. De grootte van de warmtestroom gebied warmtestroom mW/m2 ^cal/(cm2-s)
precambrische schilden 38,5 0,92 paleozoïsche orogenen 51,5 1,23 mezozoïsch-tertiaire 80,4 1,92 orogenen tertiaire (niet-actieve) 90,4 2,16 vuikaangebieden geothermische energie. Tabel 2. Voorbeelden van niet-elektrische toepassingen land aard van de toepassing verbruik thermische energie Frankrijk districtverwarming MW
4
Hongarije districtverwarming Ijsland en landbouw drogen van kiezelgoer 3 plantenkasverwar ming 16 districtverwarming 340 Nieuw-Zeeland papierfabriek 125 USSR districtverwarming 115 VS districtverwarming 15 Verder dient men de vaste, vloeibare en gasvormige bijmengsels te beheersen die met de stoom of hete vloeistoffen meekomen (zwavel, boorzuur, zouten, ammoniak, zwavelwaterstof, aardgas). Tenslotte is ook de invloed op het milieu, nl. de grondverzakking als gevolg van een langdurige en voortdurende wateronttrekking, niet voldoende bekend. [dr.ir.A.W.J.Mayer] LITT. H.C.H.Armstead (red.), Geothermal energy (in: Review of research and development, 1973); T.Leardini, Geothermal power (in: Phil. Transactions Royal Society London, vol. A 276, 1974); E. R.Berman, Geothermal energy (1975); J.D.Garnish, Geothermal energy as an alternative source (in: Energy Policy, 1976).
De op geringere temperatuur producerende bronnen, worden voornamelijk voor verwarming (tabel 2) gebruikt. Daarbij gaat het om kleine installaties, hetgeen veelal ook gezegd kan worden van de capaciteit van de individuele eenheden die vóór elektriciteitsopwekking dienen. De voorgestelde uitbreidingen in diverse landen geschieden overigens met kleine stappen na voorafgaand diep onderzoek van het terrein en bij reeds bestaande installaties wordt nauwkeurig de invloed van een nieuwe installatie op de oudere, reeds bestaande, nagegaan.
Conclusies, vooruitzichten. Van een voldoende kennis van het wereldpotentieel aan geothermische energie is men nog ver af. De totale geïnstalleerde capaciteit bij de bronnen, die voor opwekking van elektrische energie in aanmerking komt, bedraagt volgens schattingen (1975) 2000 MW. Bijdragen van de geothermische energiewinning tot de energiebehoeften van industriële landen vallen zeer laag uit. Schattingen en prognoses hebben alleen zin voor lokaal sterk begrensde gebieden. Daarvan zijn er echter op aarde veel aanwezig. Veelal zijn ze in ontwikkelingslanden gelegen.
Een ontwikkeling aldaar, vooral als zo’n land over weinig fossiele brandstoffen beschikt, kan van grote betekenis ervoor worden (Caribisch Gebied, Kenia, Filippijnen). Voor de economische beoordeling van een projekt is kennis van het volgende nodig: 1. op welke diepte ligt het voorkomen; 2. tot welk type behoort het voorkomen (de bron); 3. welke levensduur valt er van te verwachten. Voor de verschillende in aanmerking en in ontwikkeling komende typen is ook van belang te weten in hoeverre ze het milieu belasten.
