Energia Geotermala

Energia geotermala - reprezinta caldura continuta in fluidele si rocile subterane. Este nepoluanta, regenerabila si poate fi folosita in scopuri diverse: incalzirea locuintelor, industrial sau pentru producerea de electricitate.

 

Utilizarea directa

 

Rezervoarele geotermale, care se gasesc la cațiva kilometri in adancul scoarței terestre, pot fi folosite pentru incalzire directa, aplicații ce poarta numele de utilizare directa a energiei geotermale. Oamenii au folosit izvoarele calde inca de acum cateva mii de ani, pentru furnizarea apei de imbaiere sau gatit. Astazi, apa izvoarelor este captata și utilizata in stațiunile balneare.

 

In sistemele moderne, se construiesc fantani in rezervoarele geotermale și se obține un flux continuu de apa fierbinte. Apa este adusa la suprafața printr-un sistem mecanic, iar un alt ansamblu o reintroduce in puț dupa racire, sau o evacueaza la suprafața.

 

Aplicațiile caldurii geotermale sunt foarte variate. Ele includ incalzirea locuințelor (individual sau chiar a unor intregi orașe), creșterea plantelor in sere, uscarea recoltelor, incalzirea apei in crescatorii de pești, precum și in unele procese industriale, cum este pasteurizarea laptelui.

 

Energia geotermala de potential termic scazut

 

Acest tip de energie geotermala este caracterizata prin nivelul relativ scazut al temperaturilor la care este disponibila si poate fi utilizata numai pentru incalzire, fiind imposibila conversia acesteia in energie electrica.

 

Energia geotermala de acest tip, este disponibila chiar la suprafata scoartei terestre, fiind mult mai usor de exploatat decat energia geotermala de potential termic ridicat, ceea ce reprezinta un avantaj. Incepand de la adancimi foarte reduse, temperatura solului poate fi considerata relativ constanta pe durata intregului an:

 

- La 1m temperatura solului variaza intre 5…15°C;

 

- La 1,5…3m temperatura solului variaza intre 7…13°C;

 

- La 4,5m temperatura solului variaza intre 8…12°C;

 

- La 6…10m temperatura solului variaza intre 9…11°C;

 

- La 18m temperatura solului variaza cu mai putin de 1°C in jurul valorii de 10°C;

 

- La peste 18m temperatura solului este constanta, avand valoarea de 10°C.

 

Exploatarea energiei geotermale de potential termic scazut necesita echipamente special concepute pentru ridicarea temperaturii pana la un nivel care sa permita incalzirea si/sau prepararea apei calde, ceea ce reprezinta un dezavantaj fata de energia geotermala de potential termic ridicat. Echipamentele mentionate, poarta denumirea de pompe de caldura si au acelasi principiu de functionare ca al masinilor frigorifice, functionand cu energie electrica.

 

Parametrul de performanta al acestor echipamente este eficienta pompei de caldura, εpc definita prin raportul dintre fluxul termic furnizat Q si puterea electrica absorbita P :

 

 

 

 

 

 

Pompele de caldura

 

Principii de baza ale pompele de caldura

 

Pompa de caldura geotermala este o tehnologie de energie regenerabila foarte eficienta, care este folosita atat pentru cladiri de locuit cat si pentru cele comerciale. Pompele de caldura geotermale sunt folosite pentru incalzirea sau racirea spatiului, precum si pentru incalzirea apei. Sistemul contine trei componente principale:

 

· Sistemul de conectare de suprafata;

 

· Sistemul de pompare de caldura geotermal;

 

· Sistemul de distributie a caldurii.

 

Pompele de caldura geotermale se pot folosi in zone fara ape freatice sau cu aparitii intamplatoare si neglijabile ale acestora. Adancimile de sonda tipice sunt cuprinse intre 100 si 200 m. Cand este necesara o capacitate termica mare, forarea se realizeaza inclinat, pentru a obtine un volum mai mare de roca exploatata.

 

Acest tip de pompa de caldura este de obicei conectat prin intermediul unor conducte de plastic, care extrag caldura din roca. Unele sisteme destinate cladirilor comerciale utilizeaza roca pentru acumularea caldurii si frigului. Datorita costului relativ ridicat al forarii, aceasta solutie este rareori atractiva din punct de vedere economic pentru uz casnic.

 

O pompa de caldura functioneaza ca un racitor, unde fluidul de lucru este vehiculat intr-un circuit inchis. Fluidul de lucru preia caldura din interiorul racitorului si o elimina in mediul inconjurator. In pompa fluidul de lucru extrage caldura de la sursa prin evaporare si o cedeaza ulterior prin condensare. Functionarea pompei implica o sursa de energie externa, un compresor antrenat de un motor electric, dar se pot folosi si alte metode precum absorbtia chimica, compresia gazului etc.

 

Raportul intre energia furnizata si cea consumata pentru functionare, este o masura de baza a eficientei pompei de caldura, care este un parametru foarte important in economicitatea pompei. Acest raport este cunoscut drept „coeficient de performanta” COP. Acest indicator este foarte atractiv pentru surse de caldura cu temperaturi intre 20 si 40 °C. Spre exemplu daca resursa geotermala are 30 °C si este racita la 20 °C, iar apa pentru incalzirea spatiului are 55 °C, atunci COP poate fi in jur de 4.

 

Aceasta inseamna ca energia obtinuta pentru incalzirea spatiului este de 4 ori mai mare ca cea consumata pentru antrenarea compresorului. Limitarile tipice de performanta ale pompelor de caldura geotermale sunt:

 

· temperatura sursei geotermale in gama 18 °C – 65 °C;

 

· debitul de apa geotermala intre 50 si 300 m3/h;

 

· temperatura apei de incalzire de la 50 °C la 90 °C;

 

· capacitatea de incalzire de la 0.5 la 30 MW.

 

Teoria termodinamica de baza a ciclurilor pompelor de caldura

 

Caldura livrata de o pompa de caldura este suma dintre caldura extrasa de la sursa de caldura care este furnizata in sistem si energia necesara conducerii sistemului. Ecuatia bilantului energetic a pompei de caldura este:

 

QS + W = QH

 

Unde :

 

- QS este caldura extrasa de la sursa exterioara

 

- W este energia motrice necesara procesului

 

- QH este caldura utilizabila din sistem

 

 

Marimea suprafeței necesare de sol depinde foarte mult de proprietațile termofizice ale solului și de energia radianta, adica de condițiile climatice. Capacitatea de acumulare și conductivitatea termica sunt cu atat mai mari cu cat solul este umectat suficient cu apa, cu cat cantitatea de componente minerale este mai ridicata și cu cat cantitatea de pori este mai redusa.

 

Suprafața necesara de sol se determina in funcțiae de puterea de racire (Qo) a pompei de caldura.

 

Puterea de racire a pompei de caldura se calculeaza ca diferența intre puterea termica (Qc) a pompei de caldura și puterea electrica absorbita (Pt) :

 

 

 

 

La o putere specifica de extracție (qE), rezulta suprafața necesara de sol data de relația:

 

 

 

 

 

 

Datorita suprafeței mari necesare pentru montarea serpentinei este dificila realizarea chiar și in cazul cladirilor noi, din motive de spațiu. In special in salile aglomerate, cu suprafețe foarte mici, spațiul este limitat. Din acest motiv se monteaza sonde verticale pentru sol, care se pot introduce la adancimi de 50…150 m. Sondele sunt fabricate de obicei din tuburi de polietilena.

 

De regula se monteaza patru tuburi paralele (sonda cu tub dublu cu profil U). Apa sarata curge in jos din distribuitor in doua tuburi și este recirculata in sus prin celelalte doua tuburi spre colector.

 

Distanța dintre doua sonde pentru sol trebuie sa fie de 5…6 m. Sondele pentru sol se monteaza, in funcție de model, cu utilaje de foraj sau cu utilaje de infingere prin batere.

 

Volumul nominal (Vn) al vasului de expansiune cu membrana, in litri, pentru circuitul de apa sarata este data de relația:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

unde:

 

 

 

 

in care:

 

-VA este volumul total al instalației (schimbator de caldura, conducta de alimentare, pompa de caldura), in litri;

 

-V - coeficient de siguranța (minimum 3 l), in litri;

 

-beta- coeficient de dilatare (pentru Tyfocor B = 0,005);

 

-pe - suprapresiunea finala admisa, in bar;

 

-psi - presiunea de purjare a supapei de siguranța, egala cu 3 bar;

 

-pst - presiunea preliminara a azotului (0,5 bar).

 

Concluzii privind energia geotermala folosita cu ajutorul pompelor termice

 

Consider ca energia geotermala este o sursa de energie regenerabila a Pamantului, ecologica, iar cu ajutorul pompelor de caldura se valorifica in folosul omului. Costurile de intreținere pentru acest sistem sunt reduse fața de sistemele de incalzire tradiționale.