पृथ्वी की आंतरिक गर्मी स्वाभाविक रूप से संवहन द्वारा सतह की ओर प्रवाहित होती है, जिसकी दर 44.2 टेरावाट (TW) है और यह 30 TW की दर से खनिजों के रेडियोधर्मी क्षय द्वारा भरती है। ऊर्जा की ये दरें मानवता की सभी प्राथमिक स्रोतों से वर्तमान ऊर्जा खपत से दुगुनी से अधिक है, लेकिन इसका ज्यादातर वसूने योग्य नहीं है। पृथ्वी के गहरे भीतर उत्पन्न ताप के अलावा, भूमि का ऊपरी दस मीटर गर्मियों के दौरान सौर ऊर्जा (गर्म होता है) जमा करता है और उस ऊर्जा (ठंडा होता है) को सर्दियों के दौरान छोड़ता है।

मौसमी बदलावों के नीचे, भू-पर्पटी के माध्यम से तापमान की भू-तापीय प्रवणता 25-30 डिग्री सेल्सियस प्रति किलोमीटर (km) गहरा होता है। संवहनीय ताप प्रवाह औसत लगभग 0.1 MW/km है। ये मूल्य टेक्टोनिक प्लेट सीमाओं पर काफी उच्च हैं जहां परत पतली है। इन्हें बाद में तरल परिसंचरण द्वारा बढ़ाया जा सकता है, या तो लावा नलिकाओं, गर्म सोतों, जलतापीय परिसंचरण या इन सब के संयोजन के माध्यम से. 

एक भू-तापीय ताप पंप, घरेलू ताप प्रदान करने के लिए दुनिया में कहीं से भी उथली ज़मीन से पर्याप्त ताप निकाल सकता है, लेकिन औद्योगिक अनुप्रयोगों को गहरे संसाधनों के उच्च तापमान की जरूरत होती है। बिजली उत्पादन की तापीय दक्षता और लाभ, विशेष रूप से तापमान के प्रति संवेदनशील है। ज्यादा मांग वाले अनुप्रयोग को उच्च प्राकृतिक ताप प्रवाह से बड़ा लाभ प्राप्त होता है, आदर्श रूप में गर्म सोते के उपयोग से. अगर गर्म पानी का कोई झरना उपलब्ध नहीं है, तो सबसे अच्छा अगला विकल्प है एक गर्म जलवाही स्तर में एक कूआं खोदना. अगर कोई पर्याप्त जलवाही स्तर उपलब्ध नहीं है, तो एक कृत्रिम स्तर को हाइड्रोलिक तरीके से विखंडन द्वारा पानी डाल कर ऐसा किया जा सकता है। यह आखिरी दृष्टिकोण यूरोप में हॉट ड्राई रॉक भू-तापीय ऊर्जा कहलाता है या उत्तरी अमेरिका में उन्नत भू-तापीय प्रणाली. प्राकृतिक जलवाही स्तर के परंपरागत दोहन की तुलना में इस दृष्टिकोण से काफी क्षमता उपलब्ध हो सकती है।

भू-तापीय ऊर्जा से बिजली उत्पादन की संभावना अनुमानित रूप से 35 से 2000 GW के बीच है जो निवेश पर आधारित है। भू-तापीय संसाधनों का ऊपरी अनुमान तक गहरे कुओं के रूप में है, जबकि मौजूदा भू-तापीय कुएं शायद ही से अधिक गहरे हैं। इस गहराई में ड्रिलिंग करना अब पेट्रोलियम उद्योग में संभव है, हालांकि यह एक महंगी प्रक्रिया है। दुनिया में सबसे गहरा कुआं, कोला सुपरडीप बोरहोल गहरा है। इस रिकॉर्ड का हाल ही में वाणिज्यिक कुओं द्वारा अनुकरण किया गया, जैसे छायवो फ़ील्ड, सखालीन में एक्सॉन का Z-12 कुआं.

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