Editorii noștri vor examina ceea ce ați trimis și vor stabili dacă să revizuiți articolul.

Energie geotermală, formă de conversie a energiei în care energia termică din interiorul Pământului este capturată și valorificată pentru gătit, scăldat, încălzirea spațiului, generarea de energie electrică și alte utilizări.

geotermală

Căldura din interiorul Pământului generează fenomene de suprafață, cum ar fi fluxuri de lavă, gheizere, fumarole, izvoare termale și vase de noroi. Căldura este produsă în principal prin decăderea radioactivă a potasiului, toriu și uraniu în scoarța și mantaua Pământului și, de asemenea, prin frecare generată de-a lungul marginilor plăcilor continentale. Fluxul anual de căldură de calitate inferioară anual către suprafață este în medie între 50 și 70 de miliwați (mW) pe metru pătrat în întreaga lume. În schimb, radiația solară care intră pe suprafața Pământului asigură anual 342 de wați pe metru pătrat (vezi energia solară). Energia termică geotermală poate fi recuperată și exploatată pentru uz uman și este disponibilă oriunde pe suprafața Pământului. Energia estimată care poate fi recuperată și utilizată la suprafață este de 4,5 × 106 exajoule, sau aproximativ 1,4 × 106 terawați-ani, ceea ce echivalează cu aproximativ de trei ori consumul anual mondial al tuturor tipurilor de energie.

Cantitatea de energie utilizabilă din surse geotermale variază în funcție de adâncime și de metoda de extracție. Creșterea temperaturii rocilor și a altor materiale subterane are o medie de 20-30 ° C (36-54 ° F) pe kilometru (0,6 mile) adâncime la nivel mondial în partea superioară a litosferei, iar această rată de creștere este mult mai mare în majoritatea Zonele geotermale cunoscute ale Pământului. În mod normal, extracția de căldură necesită un fluid (sau abur) pentru a aduce energia la suprafață. Localizarea și dezvoltarea resurselor geotermale poate fi o provocare. Acest lucru este valabil mai ales pentru resursele de temperatură înaltă necesare pentru a genera electricitate. Astfel de resurse sunt de obicei limitate la părți ale lumii caracterizate de activitate vulcanică recentă sau situate de-a lungul limitelor plăcilor sau în punctele fierbinți crustale. Chiar dacă există o sursă continuă de căldură în Pământ, rata de extracție a fluidelor încălzite și a aburului poate depăși rata de reaprovizionare și, astfel, utilizarea resursei trebuie gestionată în mod durabil.

Utilizarea energiei geotermale poate fi împărțită în trei categorii: aplicații cu utilizare directă, pompe de căldură geotermale (GHP) și generarea de energie electrică.

Utilizări directe

Probabil cel mai utilizat set de aplicații implică utilizarea directă a apei încălzite de la sol, fără a fi nevoie de echipamente specializate. Toate aplicațiile cu utilizare directă utilizează resurse geotermale la temperatură scăzută, care variază între aproximativ 50 și 150 ° C (122 și 302 ° F). Astfel de apă și abur geotermal la temperatură scăzută au fost folosite pentru încălzirea clădirilor individuale, precum și a unor cartiere întregi unde numeroase clădiri sunt încălzite dintr-o sursă centrală de alimentare. În plus, multe piscine, facilități balneologice (terapeutice) la spa-uri, sere și iazuri de acvacultură din întreaga lume au fost încălzite cu resurse geotermale. Alte utilizări directe ale energiei geotermale includ gătitul, aplicațiile industriale (cum ar fi uscarea fructelor, legumelor și lemnului), pasteurizarea laptelui și topirea pe scară largă a zăpezii. Pentru multe dintre aceste activități, apa fierbinte este adesea utilizată direct în sistemul de încălzire sau poate fi utilizată împreună cu un schimbător de căldură, care transferă căldura atunci când există minerale și gaze problematice, cum ar fi sulfura de hidrogen amestecată cu fluidul.

Pompele de căldură geotermale

Pompele de căldură geotermale (GHP) profită de condițiile relativ stabile de temperatură moderată care apar în primii 300 de metri (1.000 de picioare) de suprafață pentru a încălzi clădirile în timpul iernii și a le răcori vara. În acea parte a litosferei, rocile și apele subterane apar la temperaturi cuprinse între 5 și 30 ° C (41 și 86 ° F). La adâncimi mai puțin adânci, unde se găsesc majoritatea GHP-urilor, cum ar fi la 6 metri (aproximativ 20 de picioare) de suprafața Pământului, temperatura solului menține o temperatură aproape constantă de 10 până la 16 ° C (50 până la 60 ° F). În consecință, căldura respectivă poate fi utilizată pentru a ajuta la încălzirea clădirilor în lunile mai reci ale anului, când temperatura aerului scade sub cea a solului. În mod similar, în lunile mai calde ale anului, aerul cald poate fi extras dintr-o clădire și circulat în subteran, unde își pierde o mare parte din căldură și este returnat.

Un sistem GHP este alcătuit dintr-un schimbător de căldură (o buclă de țevi îngropate în pământ) și o pompă. Schimbătorul de căldură transferă energia termică între sol și aer la suprafață prin intermediul unui fluid care circulă prin conducte; fluidul folosit este adesea apă sau o combinație de apă și antigel. În lunile mai calde, căldura din aerul cald este transferată la schimbătorul de căldură și în fluid. Pe măsură ce se deplasează prin conducte, căldura este dispersată pe roci, sol și apă freatică. Pompa este inversată în lunile mai reci. Energia termică stocată în solul relativ cald ridică temperatura fluidului. Fluidul transferă apoi această energie către pompa de căldură, care încălzește aerul din interiorul clădirii.

GHP-urile au mai multe avantaje față de sistemele de încălzire și aer condiționat mai convenționale. Acestea sunt foarte eficiente, folosind cu 25-50 la sută mai puțină electricitate decât sistemele convenționale de încălzire și răcire convenționale și produc mai puțină poluare. Reducerea consumului de energie asociată cu GHP-urile se poate traduce prin scăderea cu 44% a emisiilor de gaze cu efect de seră în comparație cu pompele de căldură sursă de aer (care transferă căldura între aerul interior și exterior). În plus, în comparație cu sistemele de încălzire cu rezistență electrică (care transformă electricitatea în căldură) împreună cu sistemele standard de aer condiționat, GHP-urile pot produce cu până la 72% mai puține emisii de gaze cu efect de seră.

Generarea de energie electrică

În funcție de temperatură și de debitul de fluid (abur), energia geotermală poate fi utilizată pentru a genera electricitate. Centralele geotermale pot produce electricitate în trei moduri. În ciuda diferențelor lor de proiectare, toți trei controlează comportamentul aburului și îl utilizează pentru a acționa generatoare electrice. Având în vedere că excesul de vapori de apă la sfârșitul fiecărui proces este condensat și returnat la sol, unde este reîncălzit pentru utilizare ulterioară, energia geotermală este considerată o formă de energie regenerabilă.

Unele centrale geotermale colectează pur și simplu aburul din pământ. În astfel de operațiuni cu „abur uscat”, vaporii de apă încălziți sunt direcționați direct într-o turbină care acționează un generator electric. Alte centrale electrice, construite în jurul modelelor de abur și cicluri binare, utilizează un amestec de abur și apă încălzită („abur umed”) extras din sol pentru a începe procesul de generare electrică.

În centralele electrice cu abur rapid, apa presurizată la temperatură ridicată este extrasă de sub suprafață în recipiente la suprafață, numite rezervoare de bliț, unde scăderea bruscă a presiunii face ca apa lichidă să „fulgere” sau să se vaporizeze în abur. Aburul este apoi utilizat pentru a alimenta setul de turbine-generator. În schimb, centralele electrice cu ciclu binar folosesc aburul condus de un fluid secundar de lucru (cum ar fi amoniacul și hidrocarburile) conținut într-o buclă închisă de țevi pentru a alimenta setul de turbine-generator. În acest proces, apa încălzită geotermal este extrasă printr-un set diferit de țevi, iar o mare parte din energia stocată în apa încălzită este transferată la fluidul de lucru printr-un schimbător de căldură. Fluidul de lucru se vaporizează apoi. După ce vaporii din fluidul de lucru trece prin turbină, acesta este recondensat și conductat înapoi la schimbătorul de căldură.

Puterea electrică necesită, de obicei, apă încălzită la peste 175 ° C (347 ° F) pentru a fi economică. În instalațiile geotermale care utilizează ciclul organic Rankine (ORC), un tip special de tehnologie a ciclului binar care utilizează surse de căldură la temperaturi mai scăzute (cum ar fi arderea biomasei și căldura industrială reziduală), temperaturile apei de până la 85-90 ° C –194 ° F) poate fi utilizat.