Cosa hè l'energia geotermica, i sistemi di climatizazione è u futuru

Energia geotermica

Sicuramente sapete chì energia geotermica hè in termini generali, ma Cunniscite tutti i basi nantu à sta energia?

In un modu assai generale dicemu chì l'energia geotermica hè energia termica da l'internu di a Terra.

In altre parolle, l'energia geotermica hè l'unica risorsa di energia rinnovabile chì ùn deriva micca da u Sole.

In più, pudemu dì chì sta energia ùn hè micca una energia rinnovabile cum'è tale, dapoi u so rinnovu ùn hè micca infinitu, Tuttavia hè inesauribile à scala umana, dunque hè cunsideratu rinnovabile per scopi pratichi.

Origine di u calore in a Terra

A causa principale di calore in a Terra hè u decadenza cuntinua di certi elementi radioattivi cume l'Uraniu 238, u Toriu 232 è u Potassiu 40.

Altru di a urigine di l'energia geotermica sò i collisioni di placche tettoniche.

In certe regioni, tuttavia, u calore geotermicu hè più cuncintratu, cum'è accade in vicinanza di vulcani, currenti di magma, geysers è sorgenti termali.

Utilizazione di energia geotermica

Questa energia hè stata aduprata da un minimu di 2.000 anni.

I Rumani adupravanu e surgenti termali per bagni è, più recentemente, sta energia hè stata aduprata per u riscaldamentu di edifici è serre è per a generazione di elettricità.

Attualmente ci sò 3 tippi di depositi da i quali pudemu ottene energia geotermica:

  • Serbatoi ad alta temperatura
  • Serbatoi à bassa temperatura
  • Riservatori di roccia calda secca

Serbatoi ad alta temperatura

Dicemu chì ci hè un depositu di temperatura alta quandu l'acqua di u reservoir ghjunghje temperatura sopra à 100ºC per via di a presenza di una fonte di calore attiva.

Per chì u calore geotermicu crei energia geotermica aduprabile, e cundizioni geologiche devenu permette di furmà una reservoir geotermicu, simili à quelli cuntenuti in l'oliu o in u gasu naturale, cumpostu da a roccia permeabile, arenarie o calcariu per esempiu, sopra à a stratu impermeable, cum'è l'argilla.

schema à alta temperatura

L'acqua sotterranea riscaldata da e rocce passa in direzzione ascendente à u reservoir, induve restanu intrappulati sottu u stratu impermeabile.

Quandu ci sò e crepe in questu stratu impermeabile, a fuga di vapore o acqua à a superficie hè pussibile, apparsu in forma di surgenti termali o geysers.

Queste sorgenti termali sò state aduprate dapoi i tempi antichi è ponu esse facilmente aduprate per i processi di riscaldamentu è industriali.

bagni termali

Bagni Rumani di Bath

Serbatoi à bassa temperatura

I serbatoi à bassa temperatura sò quelli in i quali a temperatura di l'acqua, chì avemu da aduprà, si trova trà 60 è 100ºC.

In questi depositi, u valore di u flussu di calore hè u normale di a crosta terrestre, dunque l'esistenza di 2 di e cundizioni precedenti ùn hè micca necessaria: esistenza di una fonte di calore attiva è isolamentu di u magazinu di fluidi.

Schema à bassa temperatura

Solu u prisenza di un magazinu à a prufundità apprupriata per chì, cù u gradiente geotermicu esistente in detta zona, ci sianu temperature chì rendenu u so sfruttamentu ecunomicu.

Riservatori di roccia calda secca

U putenziale di l'energia geotermica es assai più grande sì u calore hè strattu da e rocce calde secche, chì ùn cuntenenu micca acqua naturale.

Sò in a temperatura trà 250 è 300ºC dighjà unu prufundità trà 2.000 è 3.000 metri.

Per u so sfruttamentu hè necessariu rompe rocce calde secche, à fà li porosi.

Allora, acqua fredda hè intrudutta da a superficia attraversu una pipa, lascialu passà per a roccia frattura calda, in modo chì si scalda è poi, u vapore d'acqua hè estrattu attraversu un altru pipa per aduprà a so pressione per guidà una turbina è generà energia elettrica.

contornu di roccia calda

U prublema cù stu tipu di sfruttamentu sò e tecniche per fratturà e rocce à tale prufundità è foratura.

Ancu se assai progressi sò stati fatti in queste zone aduprendu tecniche di perforazione petrolifera.

Energia geotermica à bassa temperatura

Pudemu cunsiderà u sottosuolu à piccule prufundità cum'è a surghjente di calore à 15 ° C, tutalmente rinnuvabile è inesauribile.

Per mezu di un sistema di raccolta adattu è di una pompa di calore, u calore pò esse trasferitu da sta fonte à 15 ° C in un sistema chì righjunghji i 50 ° C, è questu pò esse adupratu per riscaldà è uttene acqua calda sanitaria da aduprà in casa.

Inoltre, a stessa pompa di calore pò assorbe u calore di l'ambiente à 40 ° C è trasmette lu in u sottosuolu cù u listessu sistema di catturaDunque, u sistema chì pò risolve u riscaldamentu domesticu pò ancu risolve u raffreddamentu, vale à dì, a casa hà una sola installazione per u so climatizazione integrale.

U principale svantaghju di stu tipu d'energia hè u bisognu di una superficia di sepultura assai grande di u circuitu esternoTuttavia, u so vantaghju principale hè u pPossibilità di aduprà cum'è sistema di riscaldamentu è di raffreddamentu à un costu assai bassu.

In u schema seguente pudete vede diverse manere di catturà o trasferisce u calore à u pavimentu per un usu dopu in riscaldamentu, raffreddamentu è ottenimentu di ACS (acqua calda sanitaria). Vi spiegheraghju a procedura quì sottu.

Schema di sistema HVAC

Aria condizionata d'una casa, un bloccu, un ospedale, ecc. si pò ghjunghje individualmente, postu chì ùn richiede micca grandi investimenti per u sistema, à u cuntrariu di e strutture geotermiche à alta è media temperatura.

Stu sistema per sfruttà l'energia solare assorbita da a superficia di a Terra si basa nantu à 3 elementi principali:

  1. Pompa di calore
  2. Circuitu di scambiu cù a Terra
    1. Scambiu di calore cù acque superficiali
    2. Scambià cù a terra
  3. Circuitu di scambiu cù a casa

Pompa di calore

A pompa di calore hè una macchina termodinamica chì si basa nantu à u Ciclu Carnot realizatu da un gasu.

Sta macchina assorbe u calore da una fonte per trasmettelu à un'altra chì hè à una temperatura più alta.

L'esempiu più tipicu sò i frigoriferiQueste anu una macchina chì estrae u calore da l'internu è l'espelle à l'esternu, chì hè à una temperatura più alta.

Altri esempi di pompe di calore sò i condizionatori d'aria è i condizionatori d'aria per case è automobili.

In questu schema, pudete vede chì u U bulbu fretu assorbe u calore da a terra in un scambiu è u liquidu chì circuleghja per u circuitu di u bulbu fretu assorbe u calore finu à l'evaporazione.

schema di pompa di calore

U circuitu chì porta l'acqua cù u calore da a terra si raffredda è torna in terra, a recuperazione di a temperatura di u terrenu hè assai rapida.

D’altronde, u bulbu caldu, dentru a casa, scalda l’aria denduli calore.

A pompa di calore "pompa" u calore da u bulbu fretu à u bulbu caldu.

Rendimentu (energia furnita / energia assorbita) dipende da a temperatura di a fonte chì furnisce u calore evaporatu.

Sistemi di climatizazione convenziunali assorbe u calore di l'atmosfera, chì in l'invernu pò ghjunghje temperaturas sottu -2 ° C

A queste temperature l'evaporatore ùn pò catturà praticamente micca calore è u a prestazione di a pompa hè assai bassa.

D'istate quandu hè più caldu, a pompa deve rinuncià à u calore di l'atmosfera chì pò esse 40 ° C, cù ciò chì u u spettaculu ùn hè micca bonu cum'è si pò aspettà.

Tuttavia, u sistema di catturamentu geotermicu, Avendu una surghjente à temperatura constante, e prestazioni sò sempre ottimali priscinniri di e cundizioni di a temperatura atmosferica. Cusì stu sistema hè assai più efficiente ch'è una pompa di calore cunvinziunale.

Scambià i circuiti cù a Terra

Scambiu di calore cù acque superficiali

Stu sistema hè basatu annantu à mette l'acqua in cuntattu termale venendu da una fonte superficiale cù l'evaporatore / condensatore, secondu e necessità, per l'assorbimentu o u trasferimentu di calore in dite acque.

Vantaghju: i rigali hè chì hà un low cost

inconveniente:  ùn ci hè micca sempre una fonte d'acqua disponibile.

Scambià cù a terra

Cet pò esse direttu quandu u scambiu trà a terra è l'evaporatore / condensatore di a pompa di calore hè effettuatu per mezu di una pipa di rame intarrata.

Per una casa, pò esse necessariu trà 100 è 150 metri di pipa.

  • Avvanzi: low cost, simplicità è bona prestazione.
  • Svantaggi: pussibilità di perdite di gas è di cunghjelà e zone di u terrenu.

O ancu pò esse un circuitu ausiliariu quandu hà un inseme di tubi intarrati, attraversu chì l'acqua hè circulata, chì a so volta scambia calore cù l'evaporatore / condensatore.

Per una casa, pò esse necessariu trà 100 è 200 metri di pipa.

  • Avvanzi: bassa pressione in u circuitu evitendu cusì grande sferenze di temperatura
  • Svantaggi: costu altu.

Scambià i circuiti cù a casa

Questi circuiti pò esse cù un scambiu direttu o cù una distribuzione d'acqua calda è fredda.

Scambiu direttu Hè basatu annantu à a circolazione di un flussu d'aria nantu à a superficie di l'evaporatore / condensatore da u latu di a casa per u scambiu di calore è a distribuzione di questu aria calda / fredda in tutta a casa, per mezu di tubi insulati termicamente.

Cù un sistema di distribuzione unicu, a distribuzione di u caldu è u fretu in a casa hè risolta.

  • Avvanzi: anu generalmente un costu pocu è assai simplicità.
  • Svantaggi: poca prestazione, cunfortu moderatu è hè applicabile solu à case chì sò di nova custruzzione o chì anu un sistema di riscaldamentu à cunvezione d'aria.

U sistema di distribuzione di acqua calda è fredda Hè basatu annantu à a circulazione di un flussu d'acqua nantu à a superficia di l'evaporatore / condensatore à u latu di a casa per u scambiu di calore.

L'acqua hè generalmente raffreddata finu à 10 ° C in estate è riscaldata à 45 ° C in invernu per esse aduprata cum'è mezu di climatizazione.

U riscaldamentu in u pavimentu hè u metudu u più performante è u più comodu per risolve u riscaldamentu, tuttavia, ùn pò micca esse adupratu per u raffreddamentu, allora sì questu metudu o quellu di radiatori d'acqua calda hè adupratu, un altru sistema duverà esse installatu per pudè aduprà u raffreddamentu.

  • Avvanzi: assai altu cunfortu è prestazione.
  • Svantaggi: costu altu.

Prestazione di i sistemi di climatizazione

Efficienza energetica di un sistema di climatizazione aduprendu cum'è fonte di calore u sottosuolu à 15 ° C hè almenu di 400% in riscaldamentu è 500% in raffreddamentu.

Quandu si riscalda ci hè solu un cuntributu di energia elettrica di u 25% di l'energia tutale necessaria. È quandu hè adupratu per rinfriscà a prestazione hè più di u doppiu di quella di una pompa di calore chì si scambia cù l'aria à 40 gradi, allora in questu casu ci hè ancu un risparmiu energeticu di più di 50% paragunatu à un climatizatore cunvinziunale.

Ciò significa chì per pompà da u polu freddu à u polu caldu 4 unità di energia (per esempiu 4 calorie), hè necessaria solu 1 unità di energia.

In refrigerazione, per ogni unità 5 pompata, 1 unità hè necessaria per pompalli.

Questu hè pussibile dapoi ùn genera micca tuttu u calore, ma a maiò parte hè trasferitu solu da una fonte à l'altru.

L'unità di energia chì furnemu à a pompa di calore sò in forma di energia elettrica, cusì in fondu producemu CO2 in a pianta chì produce energia elettrica, ancu se in quantità assai più chjuche.

Tuttavia, pudemu aduprà pompe di calore non elettriche, ma chì a so fonte d'energia era solare termale ma sò sempre in fase sperimentale.

Si paragunemu stu sistema cù un sistema di riscaldamentu à cattura d'energia solare attraversu pannelli pudemu vede chì presenta un grande vantaghju, datu ùn hà micca bisognu di grandi accumulatori per cumpensà l'ore di mancanza di radiazione solare.

U grande accumulatore hè a massa propria di a Terra chì ci face avè una fonte d'energia à temperatura constante, chì in u scopu di sta applicazione si comporta cum'è infinitu.

Rendimentu

Tuttavia, quellu chì face A megliu opzione per aduprà sta fonte d'energia hè di cunghjuntalla cù energia solare termica., micca per move a pompa di calore cum'è menzionatu sopra (chì dinò) ma per aghjunghje calore à u sistema, datu chì in applicazioni di riscaldamentu è di produzione di acqua calda sanitaria, l'acqua pò esse purtata à 15 ° C aduprendu energia geotermica per più tardi, alzà a temperatura di l'acqua cù l'energia solare.

In stu casu l'efficienza di a pompa di calore aumenta in modu esponenziale.

Distribuzione di l'energia geotermica

L'energia geotermica hè diffusa in tuttu u pianeta, in particulare in forma di rocce calde secche, ma ci sò e zone induve si stende forse più di u 10% di a superficia di u pianeta è anu cundizioni speciali per sviluppà stu tipu d'energia.

Vogliu dì u zoni in quale manifestanu più l'effetti di i terramoti è di i vulcani è chì, in generale, coincide cù difetti tettonichi importante

carta di l'energia geotermica

À mezu à elli sò:

  • A costa di u Pacificu di u cuntinente americanu, da l'Alaska à u Cile.
  • U Pacificu uccidentale, da a Nova Zelanda, attraversu e Filippine è l'Indonesia, finu à u sudu di a Cina è u Giappone.
  • A valle di dislocazione di u Kenya, Uganda, Zaire è Etiopia.
  • I circondi di u Mediterraniu.

Avvanzi è svantaghji di l'energia geotermica

St'energia, cum'è tuttu ciò chì esiste, hà e so parte bone è e so parte cattivi.

Como vantaghji pudemu dì chì:

  • Hè truvatu distribuitu in tuttu u pianeta.
  • E fonti geotermiche più economiche sò in u zoni vulcanichi situatu per a maiò parte in i paesi in via di sviluppu, chì pò esse assai utile per migliurà a vostra situazione.
  • Hè una fonte inesauribile di energia à scala umana.
  • Hè l'energia ecunòmicu hè cunnisciutu.

Vostru disadvanessamenti à u cuntrariu sò:

  • L'usu di l'energia geotermica ne presenta alcuni prublemi ambientali, in particulare, u liberazione di gasi zulfosi in l'atmosfera, cù l'acqua calda si scarica in i fiumi, chì cuntenenu spessu un altu livellu di solidi.

Ancu se in generale, l'acqua di scarico pò esse riinjectata in terra, dopu avè estrattu, in certi casi, sali di potassiu aduprabili in u cummerciu.

  • In generale, a trasmissione di u calore geotermicu à lunghe distanze ùn hè micca fattibile. L'acqua calda o u vapore devenu esse aduprati in vicinanza di a so surghjente, prima di rinfrescassi.
  • A maiò parte di l'acqui geotermali si trovanu tampiraturi sottu à 150ºC dunque in generale, ùn hè micca abbastanza caldu per a generazione di elettricità.

Sti acque ponu esse aduprate solu per bagnassi, scaldà l'edifizii è serre è colture à l'aria aperta, o cum'è acqua precalentata per e caldaie.

  • l i serbatoi di roccia calda secca sò di breve durataQuandu e superfici crepate si raffreddanu rapidamente, a so efficienza energetica cala rapidamente.
  • l i costi di stallazione sò assai alti.

U futuru di l'energia geotermica

Finu avà, solu perforazioni è estrae u calore à prufundità di circa 3 km, benchè si prevede di pudè ghjunghje à prufundità più grande, cù quale l'energia geotermica puderia esse aduprata più largamente.

L'energia tutale dispunibilein u modu di acqua calda, vapore o scogli caldi, finu à una prufundità di 10 km, avvicinamenti 3.1017 punta. 30 milioni di volte u cunsumu energeticu mundiale attuale. Chì indica chì l'energia geotermica pò esse un'alternativa interessante à cortu andà.

E tecniche perfezionate per u sviluppu di e risorse geotermiche sò assai simili à quelle aduprate in u settore oliu. Tuttavia, dapoi u cuntenutu energeticu di l'acqua à 300 ° C hè mille volte inferiore à quellu di l'oliu, u capitale pò esse investitu economicamente in esplorazione è a perforazione hè assai menu.

Tuttavia, a mancanza di petroliu pò alimentà l'usu crescente di energia geotermica.

Prucessu industriale

D'altra parte, hè sempre statu pussibule usu di fonti geotermiche per a generazione di elettricità in turbo-generatori di medie dimensioni (10-100MW) situatu vicinu à i siti di u pozzu, ma a temperatura geotermica minima aduprabile per a generazione di elettricità era di 150ºC.

Ultimamente e turbine senza pale sò state sviluppate per l'acqua geotermica è vapore finu à 100ºC solu, chì permette di allargà u campu d'usu di sta energia.

Inoltre, pò esse adupratu in prucessi industriali cume u trasfurmazione di i metalli, u riscaldamentu di i prucessi industriali di tutti i generi, u riscaldamentu di e serre, ecc.

Ma prubabilmente u futuru maiò di l'energia geotermica si trova in l'usu di l'energia geotermica à bassa temperatura, per via di a so versatilità, simplicità, bassu costu ecunomicu è ambientale è a pussibilità di aduprà cum'è sistema di riscaldamentu è di raffreddamentu.


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