Ce este energia geotermală, sistemele de aer condiționat și viitorul

Cu siguranță știți ce este energia geotermală în termeni generali, dar Știți toate elementele de bază despre această energie?

Într-un mod foarte general spunem că energia geotermală este energie termică din interiorul Pământului.

Cu alte cuvinte, energia geotermală este singura resursă de energie regenerabilă care nu derivă din Soare.

În plus, putem spune că această energie nu este o energie regenerabilă ca atare, deoarece reînnoirea sa nu este infinită, In orice caz este inepuizabil la scară umană, deci este considerat regenerabil în scopuri practice.

Originea căldurii în interiorul Pământului

Principala cauză a căldurii în interiorul Pământului este descompunerea continuă a unor elemente radioactive precum uraniul 238, toriu 232 și potasiu 40.

Un altul originile energiei geotermale sunt coliziuni ale plăcilor tectonice.

Cu toate acestea, în anumite regiuni, căldura geotermală este mai concentrată, așa cum se întâmplă în vecinătatea vulcani, curenți de magmă, gheizere și izvoare termale.

Utilizarea energiei geotermale

Această energie este utilizată de cel puțin 2.000 de ani.

Romanii foloseau izvoarele termale pentru toalete și, mai recent, această energie a fost utilizată pentru încălzirea clădirilor și a serelor și pentru generarea de energie electrică.

În prezent există 3 tipuri de depozite din care putem obține energie geotermală:

• Rezervoare cu temperatură ridicată
• Rezervoare cu temperatură scăzută
• Rezervoare de roci fierbinți uscate

Rezervoare cu temperatură ridicată

Spunem că există un depozit de temperatura ridicata când ajunge apa rezervorului temperaturi peste 100ºC datorită prezenței unei surse active de căldură.

Pentru ca căldura geotermală să creeze energie geotermală utilizabilă, condițiile geologice trebuie să permită formarea unei rezervor geotermal, similare cu cele conținute în petrol sau gaze naturale, constând dintr-un rocă permeabilă, gresii sau calcar de exemplu, acoperit de o strat impermeabil, ca lutul.

Apa subterană încălzită de pietre trece în direcția ascendentă la rezervor, unde rămân prinși sub stratul impermeabil.

Când sunt fisuri în stratul impermeabil menționat, este posibilă evacuarea aburului sau a apei la suprafață, apărând sub formă de izvoare termale sau gheizere.

Aceste izvoare termale au fost utilizate din cele mai vechi timpuri și pot fi ușor utilizate pentru încălzire și procese industriale.

Rezervoare cu temperatură scăzută

Rezervoarele cu temperatură joasă sunt cele în care temperatura apei, pe care urmează să îl folosim, se află între 60 și 100ºC.

În aceste depozite, valoarea fluxului de căldură este normală a scoarței terestre, deci nu este necesară existența a 2 dintre condițiile anterioare: existența unei surse active de căldură și izolarea depozitului de lichid.

Doar prezența unui depozit la adâncimea corespunzătoare, astfel încât, cu gradientul geotermic existent în zona menționată, să existe temperaturi care fac exploatarea sa economică.

Rezervoare de roci fierbinți uscate

Potentialul a energiei geotermale es mucho mai mare dacă se extrage căldură din rocile fierbinți uscate, care nu conțin apă în mod natural.

Sunt la un temperatura intre 250 si 300ºC deja unul adâncime între 2.000 și 3.000 de metri.

Pentru exploatarea sa este necesar să spargem roci fierbinți uscate, la fă-le poroase.

apoi se introduce apă rece de la suprafață printr-o țeavă, lăsând-o să treacă prin roca fierbinte fracturată, astfel încât să se încălzească și apoi, se extrage vapori de apă printr-o altă conductă pentru a-și folosi presiunea pentru a conduce o turbină și generează energie electrică.

Problema cu acest tip de exploatare o reprezintă tehnicile de fracturare a rocilor la o astfel de adâncime și forare.

Deși s-au făcut multe progrese în aceste domenii folosind tehnici de forare a petrolului.

Energie geotermală cu temperatură foarte scăzută

Putem lua în considerare subsol la adâncimi mici ca a sursă de căldură la 15ºC, total regenerabil și inepuizabil.

Prin intermediul unui sistem de captare adecvat și a unei pompe de căldură, căldura poate fi transferată din această sursă la 15 ° C într-un sistem care atinge 50 ° C, acesta din urmă fiind utilizat pentru încălzirea și obținerea apei calde sanitare pentru utilizare în casă.

În plus, aceeași pompă de căldură poate absorbi căldura din mediu la 40 ° C și o poate livra în subsol cu ​​același sistem de captarePrin urmare, sistemul care poate rezolva încălzirea casnică poate rezolva și răcirea, adică casa are o singură instalație pentru aerul condiționat integral.

Principalul dezavantaj al acestui tip de energie este au nevoie de o suprafață de înmormântare foarte mare a circuitului exteriorCu toate acestea, principalul său avantaj este pPosibilitatea utilizării acestuia ca sistem de încălzire și răcire la un cost foarte mic.

În următoarea diagramă puteți vedea diferite moduri de captare sau transfer a căldurii pe podea pentru o utilizare ulterioară la încălzire, răcire și obținerea ACM (apă caldă sanitară). Voi explica procedura de mai jos.

Aer conditionat a unei case, a unui bloc, a unui spital etc. poate fi contactat individual, deoarece nu necesită investiții mari pentru sistem, spre deosebire de instalațiile geotermale cu temperatură înaltă și medie.

Acest sistem de valorificare a energiei solare absorbite de suprafața Pământului se bazează pe 3 elemente principale:

1. Pompa de caldura
2. Schimbă circuitul cu Pământul
   1. Schimb de căldură cu apele de suprafață
   2. Schimb cu solul
3. Schimb de circuit cu casa

Pompa de caldura

Pompa de căldură este o mașină termodinamică care se bazează pe Ciclul Carnot efectuat de un gaz.

Această mașină absoarbe căldura dintr-o sursă pentru ao livra la alta care este la o temperatură mai ridicată.

Cel mai tipic exemplu este frigidereleAcestea au o mașină care extrage căldura din interior și o expulzează către exterior, care se află la o temperatură mai ridicată.

Alte exemple de pompe de căldură sunt aparatele de aer condiționat și aparatele de aer condiționat pentru case și automobile.

În această schemă, puteți vedea că Becul rece absoarbe căldura de la sol într-un schimb, iar lichidul care circulă prin circuitul becului rece absoarbe căldura până la evaporare.

Circuitul care transportă apa cu căldură de la sol se răcește și se întoarce la sol, recuperarea temperaturii solului este foarte rapidă.

Pe de altă parte, becul fierbinte, din interiorul casei, încălzește aerul dându-i căldură.

Pompa de căldură „pompează” căldura de la becul rece la becul cald.

performanță (energie furnizată / energie absorbită) depinde de temperatura sursei care furnizează căldura evaporată.

Sisteme de climatizare convenționale absoarbe căldura din atmosferă, care în timpul iernii poate ajunge temperaturămai jos -2 ° C.

La aceste temperaturi, evaporatorul nu poate captura practic nici o căldură și performanța pompei este foarte scăzută.

Vara, când este mai cald, pompa trebuie să renunțe la căldura din atmosfera în care ar putea fi 40 °C, cu ceea ce performanța nu este la fel de bună pe cât te-ai putea aștepta.

Sin embargo, sistemul de captare geotermală, având o sursă pentru temperatura constantă, performanța este întotdeauna optimă indiferent de condițiile de temperatură atmosferică. Deci, acest sistem este mult mai eficient decât o pompă de căldură convențională.

Schimbă circuite cu Pământul

Schimb de căldură cu apele de suprafață

Acest sistem se bazează pe pune apa in contact termic provenind dintr-o sursă de suprafață cu evaporatorul / condensatorul, în funcție de necesități, pentru absorbția sau transferul căldurii în apele menționate.

Avantaj: prezintă este că are un cost scăzut

Dezavantaj:  nu există întotdeauna o sursă de apă disponibilă.

Schimb cu solul

acest poate fi direct când schimbul între sol și evaporatorul / condensatorul pompei de căldură se realizează prin intermediul unei conducte de cupru îngropate.

Pentru o locuință, pot fi necesare între 100 și 150 de metri de țeavă.

• Avantaj: cost redus, simplitate și performanță bună.
• dezavantaje: posibilitatea scurgerilor de gaz și înghețarea suprafețelor terenului.

Sau, de asemenea poate fi un circuit auxiliar când are un set de țevi îngropate, prin care circulă apa, care la rândul său schimbă căldura cu evaporatorul / condensatorul.

Pentru o locuință, pot fi necesare între 100 și 200 de metri de țeavă.

• Avantaj: presiune scăzută în circuit, evitând astfel diferențe mari de temperatură
• dezavantaje: cost ridicat.

Schimbă circuite cu casa

Aceste circuite poate fi cu un schimb direct sau cu o distribuție de apă caldă și rece.

Schimb direct Se bazează pe circulația unui curent de aer pe suprafața evaporatorului / condensatorului pe partea laterală a casei pentru schimbul de căldură și distribuirea acestui aer cald / rece în toată casa, prin conducte izolate termic.

Cu un singur sistem de distribuție, distribuția frigului și a căldurii în casă este rezolvată.

• Avantaj: au de obicei un cost redus și multă simplitate.
• dezavantaje: performanță scăzută, confort moderat și se aplică numai caselor nou construite sau cu sistem de încălzire prin convecție de aer.

Sistemul de distribuție a apei calde și reci Se bazează pe circulația unui flux de apă pe suprafața evaporatorului / condensatorului pe partea laterală a casei pentru schimbul de căldură.

Apa este de obicei răcită la 10 ° C vara și încălzită la 45 ° C iarna pentru a fi utilizată ca mijloc de aer condiționat.

Încălzirea prin pardoseală este cea mai performantă și cea mai confortabilă metodă pentru a rezolva încălzirea, însă, nu poate fi folosit pentru răcire, deci dacă se folosește această metodă sau cea a radiatoarelor de apă caldă, va trebui instalat un alt sistem pentru a putea utiliza răcirea.

• Avantaj: confort și performanță foarte ridicate.
• dezavantaje: cost ridicat.

Performanța sistemelor de aer condiționat

Eficienta energetica a unui sistem de aer condiționat folosind ca sursă de căldură subsolul la 15ºC este cel puțin de 400% la încălzire și 500% la răcire.

Când se încălzește există doar o contribuție a energiei electrice de 25% din energia totală necesară. Iar atunci când este folosit pentru răcire, performanța este mai mult decât dublă față de o pompă de căldură care schimbă cu aerul la 40 de grade, deci în acest caz există și o economii de energie de peste 50% comparativ cu un aparat de aer condiționat convențional.

Aceasta înseamnă că pentru a pompa de la polul rece la polul fierbinte 4 unități de energie (de exemplu 4 calorii), este necesară doar 1 unitate de energie.

La refrigerare, pentru fiecare 5 unități pompate, este necesară o unitate pentru a le pompa.

Acest lucru este posibil de atunci nu generează toată călduradar cea mai mare parte este transferată doar de la o sursă la alta.

Unitățile de energie pe care le furnizăm pompei de căldură sunt sub formă de energie electrică, deci practic producem CO2 în instalația de producere a energiei electrice, deși în cantități mult mai mici.

Cu toate acestea, am putea folosi pompe de căldură neelectrice, dar că sursa lor de energie a fost solara termică, dar sunt încă în faza experimentală.

Si comparăm acest sistem cu un sistem de încălzire cu captare a energiei solare prin panouri putem vedea asta prezintă un mare avantajCa nu necesită acumulatori mari pentru a compensa orele de lipsă a radiației solare.

Marele acumulator este masa proprie a Pământului care ne face să avem o sursă de energie la temperatură constantă, care în sfera acestei aplicații se comportă ca infinită.

Cu toate acestea, cel care o face Cea mai bună opțiune pentru utilizarea acestei surse de energie este combinarea acesteia cu energia solară termică., nu pentru a muta pompa de căldură așa cum am menționat mai sus (care, de asemenea), dar pentru a adăuga căldură sistemului, având în vedere că în aplicațiile de încălzire și de producere a apei calde menajere, apa poate fi adusă la 15 ° C folosind energie geotermală pentru mai târziu, crește temperatura apei cu energie solară.

În acest caz eficiența pompei de căldură crește exponențial.

Distribuția energiei geotermale

Energia geotermală este răspândită pe toată planeta, mai ales sub formă de roci fierbinți uscate, dar există zone în care se extinde probabil peste 10% din suprafața planetei și au condiții speciale pentru a dezvolta acest tip de energie.

Adică zone in care manifestă mai mult efectele cutremurelor și vulcanilor și care, în general, coincid cu defecte tectonice importantă.

Printre ele se numără:

• Coasta Pacificului de pe continentul american, din Alaska până în Chile.
• Pacificul de vest, din Noua Zeelandă, prin Filipine și Indonezia, până în sudul Chinei și Japonia.
• Valea dislocării din Kenya, Uganda, Zair și Etiopia.
• Imprejurimile Mediteranei.

Avantajele și dezavantajele energiei geotermale

Această energie, ca tot ceea ce există, are părțile sale bune, precum și părțile sale rele.

Como avantaj putem spune că:

• S-a găsit distribuite pe toată planeta.
• Cele mai ieftine surse geotermale se găsesc în zone vulcanice situate mai ales în țările în curs de dezvoltare, ceea ce poate fi foarte util pentru a vă îmbunătăți situația.
• Este o sursa inepuizabilă de energie la scară umană.
• Este energia mai ieftin asta se știe.

lor dezavantaje dimpotrivă sunt:

• Utilizarea energiei geotermale prezintă unele probleme de mediu, în special, eliberarea de gaze sulfuroase în atmosferă, împreună cu deversări de apă caldă în râuri, care conțin adesea un nivel ridicat de solide.

Deși, în general, apele uzate pot fi reinjectate în teren, după ce au extras, în unele cazuri, săruri de potasiu utilizabile comercial.

• În general, transmiterea căldurii geotermale pe distanțe mari nu este fezabilă. Apa fierbinte sau aburul trebuie utilizat în apropierea sursei sale, înainte de a se răci.
• Majoritatea apelor geotermale se găsesc temperaturi sub 150ºC deci, în general, nu este suficient de cald pentru generarea de electricitate.

Aceste ape pot fi utilizate numai pentru scăldat, încălzirea clădirilor și a serelor și a culturilor în aer liber sau ca apă preîncălzită pentru cazane.

• L rezervoarele uscate de roci fierbinți sunt de scurtă duratăPe măsură ce suprafețele crăpate se răcesc rapid, eficiența lor energetică scade rapid.
• L costurile de instalare sunt foarte mari.

Viitorul energiei geotermale

Până acum, doar foraj și extrageți căldura la adâncimi de aproximativ 3 km, deși se așteaptă să poată atinge adâncimi mai mari, cu care energia geotermală ar putea fi utilizată mai mult.

Energia totală disponibilăîn calea apei calde, a aburului sau a rocilor fierbinți, până la o adâncime de 10 km, abordări 3.10¹⁷ Transatlantice. De 30 de milioane de ori consumul actual de energie la nivel mondial. Ceea ce indică asta energia geotermală poate fi o alternativă interesantă pe termen scurt.

Tehnicile perfecționate pentru dezvoltarea resurselor geotermale sunt foarte asemănătoare cu cele utilizate în sectorul petrolier. Cu toate acestea, din moment ce conținutul de energie al apei la 300 ° C este de o mie de ori mai mic decât cel al petrolului, capitalul poate fi investit economic în explorare, iar forajul este mult mai mic.

Cu toate acestea, lipsa de petrol poate alimenta utilizarea tot mai mare a energiei geotermale.

Pe de altă parte, a fost întotdeauna posibil utilizarea surselor geotermale pentru generarea de electricitate la turbo-generatoare de dimensiuni medii (10-100MW) situate în apropierea siturilor puțului, dar temperatura geotermală minimă utilizabilă pentru generarea de electricitate a fost de 150 ° C.

În ultima vreme Turbinele fără lame au fost dezvoltate pentru apă geotermală și abur până la 100ºC numai, ceea ce permite extinderea câmpului de utilizare a acestei energii.

În plus, poate fi folosit în procese industriale precum producția de metale, încălzirea proceselor industriale de tot felul, încălzirea serelor etc.

Dar probabil cel mai mare viitor al energiei geotermale constă în utilizarea energiei geotermale la temperaturi foarte scăzute, datorită versatilității, simplității sale, costurilor economice și de mediu reduse și posibilității de folosiți-l ca sistem de încălzire și răcire.