La production d’énergie géothermique fonctionne en extrayant l’énergie de la chaleur au plus profond de la Terre. Dans certains endroits, comme les îles d’Islande, des Philippines et du Japon, les sources chaudes géothermiques sont courantes, ce qui rend l’énergie facilement accessible. Dans d’autres endroits, une chaleur suffisante ne se trouve qu’à plus d’un mile (1.6 km) sous la surface, ce qui rend l’extraction d’énergie géothermique impraticable. Les trous creusés à ce niveau n’importe où peuvent généralement être utilisés pour produire de l’énergie géothermique.
La première station de production d’énergie géothermique a été construite le 4 juillet 1904 sur le champ de vapeur sèche de Larderello en Italie et testée par le prince Piero Ginori Conti, utilisant la production d’énergie géothermique vieille d’un peu plus d’un siècle. Pourtant, la production d’énergie géothermique n’est pas une source d’énergie majeure dans le monde, ne représentant qu’environ 0.1% de la puissance mondiale, soit une capacité d’environ 100 gigawatts. L’énergie géothermique n’est largement utilisée que par les pays des Philippines et de l’Islande, où elle représente 15 à 20 % de la production d’électricité.
La méthode de fonctionnement la plus courante d’une centrale géothermique est le cycle binaire, dans lequel de l’eau modérément chaude provenant de sources de chaleur géothermiques peu profondes est passée sur des tuyaux, appelés échangeurs de chaleur, contenant un fluide secondaire – généralement du butane ou du pentane hydrocarbure – avec un point d’ébullition beaucoup plus inférieur à l’eau. La chaleur fait que le fluide secondaire se transforme en vapeur, ce qui entraîne des turbines qui produisent de l’électricité. Le fluide est ensuite recondensé et utilisé pour plusieurs cycles. La pression du fluide secondaire est généralement assez élevée, environ 500 PSI.
L’énergie géothermique de roche sèche chaude est un autre type de production d’énergie géothermique; cette méthode pompe l’eau profondément dans la Terre, la mettant en contact avec la roche chaude et sèche qui donne son nom à la méthode. La roche chauffe l’eau, qui est ensuite pompée et utilisée soit directement avec des turbines à vapeur, soit pompée à travers un système à cycle binaire. Également connues sous le nom de systèmes géothermiques améliorés, ces centrales ont une durée de vie utile d’environ 20 à 30 ans avant que la roche ne refroidisse trop pour que la centrale soit économique. La chaleur totale se récupère en 50-100 ans.
Un autre type de production d’énergie géothermique sont les centrales à vapeur flash. Ces usines tirent de l’eau chaude à haute pression des profondeurs de la Terre dans des réservoirs, où la chute de pression fait éclater l’eau en vapeur, qui est ensuite utilisée pour faire tourner les turbines. L’un des types les plus anciens est la chaleur directe, qui tire de l’eau chaude près de la surface de la Terre dans des tuyaux pour chauffer les bâtiments, chauffer l’eau pour la pisciculture, faire pousser des plantes dans des serres, pasteuriser le lait, etc. Cela ne fonctionne que dans les zones où suffisamment de chaleur l’eau est disponible près de la surface.