Геотермальная энергия возникает в результате естественного радиоактивного распада элементов при чрезвычайно высоких давлениях, которые находятся глубоко в недрах Земли. В результате этого процесса тепло внутреннего ядра Земли поднимается к поверхности Земли через трещины. Геотермальная энергия достаточно мощна, чтобы растопить подземные породы в магму и заставить лаву вытекать из вулканов. Это также создает горячую воду, которая распыляется из гейзера или гидротермальных вентилей.
Подземное геотермальное тепло может быть доступно, если источник тепла находится достаточно близко к поверхности. Одним из конкретных способов доступа к геотермальной энергии является использование «геотермальных тепловых насосов», также известных как наземные тепловые насосы (GSHP). В этих системах трубы заполнены водяным контуром между глубоким подземным источником тепла и надземным резервуаром для использования в отоплении зданий и домов. Районы с более холодным климатом, такие как Исландия, отапливают большинство своих домов с помощью систем GSHP. В некоторых местах вода закачивается под землю через петли труб, расположенные рядом с геотермальными источниками тепла. В этом случае вода в трубах превращается в пар, который затем может быть преобразован в электрическую энергию с помощью тепловых двигателей.
Есть много преимуществ для геотермального отопления. По сравнению с обычными электрическими нагревательными элементами GSHP могут снизить выбросы углерода до 70%. Однако одним из недостатков геотермального отопления является то, что в мире есть только несколько мест, где мы можем получить доступ к активным участкам для производства геотермального тепла, и эти участки могут со временем меняться.
В умеренных зонах мира, где существует четыре разных сезона в году, а лето достаточно жаркое, чтобы требовать охлаждения зданий, а зимы, требующие потепления, простые геотермальные системы с замкнутым контуром могут обеспечивать как охлаждение, так и нагревание от земли. В отличие от систем GSHP, эти простые геотермальные системы не используют тепло от радиоактивного распада элементов. Вместо этого они используют постоянную температуру земли в диапазоне 4,5-10 ° C (40-50 ° F) круглый год на сравнительно небольшой глубине 15-150 м (50-500 футов) ниже поверхности. Петли труб расположены под землей вертикально или горизонтально, а вода, смешанная с антифризом, прокачивается через систему замкнутых трубопроводов, чтобы либо обогревать здание зимой, либо терять тепло из здания летом. Это механизм с низкими затратами энергии для обеспечения всего или почти всего отопления и охлаждения, необходимых для зданий в этих климатических условиях.