Intraducere … 5 [301638]

Cuprins

Intraducere …………………………………………………………………………………………… 5

Capitolul 1………………………………………………………………………………………………7

Energia geotermală. Generalități………………………………………………..7

Capitolul 2……………………………………………………………………………………………. 12

[anonimizat]…… 12

2.1 Potențialul geotermal al pământului…………………………………………………. 12

2.2 [anonimizat] ……………………………………… 13

2.3 Potențialul geotermal în România…………………………………………………….. 23

Capitolul 3…………………………………………………………………….. 30

Aplicații ale energiei geotermale……………………………………………… 30

3.1 Pompele de căldură subterane………………………………………………………….. 34

Capitolul 4 ……………………………………………………………………. 37

Centralele geotermale…………………………………………………………. 37

4.1 [anonimizat] a centralelor geotermale ……………………. 40

Concluzii……………………………………………………………………… 44

Bibliografie…………………………………………………………………… 45

Introducere

Una dintre cele mai mari provocări ale secolului 21 este producerea de energie suficientă pentru a alimenta atât țările dezvoltate cât și în curs de dezvoltare. [anonimizat], petrol, gaze naturale și vor continua să furnizeze cea mai mare cantitate de energie în cel puțin prima jumătate a secolului. [anonimizat], [anonimizat]. Tehnologii alternative care folosesc (energie solară și eoliană) avansează rapid și furnizează energie electrică la costuri care se apropie de cele tehnologiile convenționale. Căldură geotermală și apă au fost folosite de mii de ani. Romanii, [anonimizat]-o anumită formă de mii de ani. [anonimizat], furnizarea energiei termice sau o combinație a ambelor. [anonimizat] o implementare pe scară largă. [anonimizat] 0,2% din cererea de energie electrică a UE. Deși teoretic potențialul de producere de energie cu tehnologia SGP (Sistemul Geotermal Proiectat) [anonimizat]. În scopul de a [anonimizat]. Pentru o înțelegere de reușită pe termen lung de gestionare rezervorului EGS trebuie să fie crescute și mai ieftine și tehnologii de forare rentabile ar trebui să fie dezvoltate.

Tehnologia moderna a [anonimizat] 10.000 de megawați anual de energie geotermală. Încălzire geotermală și răcire a clădirilor comerciale și rezidențiale este deja larg răspândită în întreaga lume. Există un mare potențial de creștere a utilizării directe a căldurii Pământului, reducând astfel dependența de combustibilii fosili. Astăzi, Sistemele Geotermale Consolidate (SGC, de asemenea, cunoscut sub numele de Rocă Uscată Fierbinte), permite exploatarea căldurii Pământului pentru producerea energiei electrice, fără resurse de apă naturale. Potențialul energiei geotermale este nelimitat din punct de vedere uman și energia sa fiind comparabilă cu energia solară. Curată, regenerabilă, constantă și disponibilă la nivel mondial, energia geotermală este deja utilizat într-un număr mare de centrale termice si electrice.

Capitolul 1

Energia geotermală. Generalități.

Energia geotermala reprezintă o diversitate de clase particulare de energie termica ce sa găsesc în scoarța terestră. În principiu, energia geotermală poate fi utilizată mai eficient cu cât adâncimea scoarței terestre crește, datorită temperaturii din ce în ce mai ridicată.

În figura 1. este prezentată alcătuirea Pământului pe segmente :

Fig. 1.1 Principalele zone ale Pământului [1]

Scoarța 0 – 100 km;

Mantaua 100 – 3000 km;

Nucleul extern 3000 – 5000 km;

Nucleul intern 5000 – 6378 km

Temperatura Pământului crește dinspre suprafață spre centru ajungând până la o valoare de aproximativ 6000 ș C, dar aceasta nu e fost încă precis stabilită de oamenii de știință.

Fig. 1.2 Variația temperaturii la suprafața scoarței terestre [1]

Aceasta sursă de energie regenerabilă poate fi exploatată prin :

Izvoare termale, valorificate cu sonde de extracție sau injecție pentru apa caldă menajeră sau energie termică (utilizată la nivel industrial).

Căldura degajată de scoarța terestră, valorificată cu ajutorul pompelor de căldură și utilizată pentru obținerea agentului termic sau a apei calde menajere.

Izvoarele termale au fost folosite de oameni încă din cele mai vechi timpuri, ca apă furnizată pentru îmbăiere sau gătit. În ziua de astăzi izvoarele termale sunt captate și utilizate în stațiunile balneare.

În funcție de potențialul termic, energia geotermală se poate fi clasificata astfel:

Energie geotermală de potențial termic ridicat – caracterizată prin nivelul ridicat al temperaturilor fiind disponibilă, putând fi transformată direct în energie electrică sau termică.

Energie geotermală de potențial termic scăzut – caracterizată prin nivelul aproximativ scăzut al temperaturilor la care este disponibilă, putând fi utilizată numai pentru încălzire, fiind imposibilă conversia acesteia în energie electrică.

Pompele termice pot absorbi căldura din sol (de la diferite adâncimi), din :apa freatică, apele de suprafață (cu condiția ca apa sa nu înghețe), sau chiar din aer (doar în perioada când temperatura aerului să permită funcționarea pompelor de căldură cu eficientă înaltă).

Pompele termice geotermale se compun din:

unitatea de schimb de căldura cu solul

pompa termică propriu-zisa

sistemul de alimentare cu aer.

În figura 3 estre prezentat principiul de funcționare a unei pompe de căldură.

Fig. 1.3 Principiul de funcționare a unei pompe de căldură

În prezent se cunosc trei tipuri de centrale termice geotermale utilizate pentru transformarea puterii apei geotermale în electricitate:

Centralele uscate – ele utilizează abur (uscat sau umed) din izvorul geotermal (primele tipuri de centrale construite);

Fig. 1.4 Schema unei centrale electrice geotermale cu abur uscat

Fig. 1.5 Schema unei centrale electrice geotermale cu abur umed

Centralele flash – utilizează apa la temperaturi de 182°C, injectând-o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață (cele mai răspândite centrale din ziua de astăzi);

Centralele cu ciclu binar – diferă față de cele menționate anterior este faptul că apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina (apa folosită atinge temperaturi de aproape 200°C).

Fig. 1.6 Centrala electrica geotermala cu ciclu binar.

Apa geotermală reprezintă o soluție chimică complexă, în care sunt dizolvate o serie de substanțe chimice inclusiv gaze (în special bioxid de carbon, metan). Gradul de mineralizare este cuprins între 0,5 – 10 g/l. Aceasta are un nivel ridicat de coroziune sau depunere care este determinat de conținutul și forma în care se prezintă dioxidul de carbon în apa geotermală.

Capitolul 2

Potențialul geotermal al pământului. Potențial geotermal al României

2.1 Potențialul geotermal al pământului

Energia geotermală poate fi o sursă de energie regenerabilă majoră pentru un număr mare de țări (cel puțin 58 de țări: 39 pot fi alimentate 100% din energie geotermală, 4 cu mai mult de 50%, 5 cu mai mult de 20% și 8 cu mai mult de 10 %).

În urma studiului MIT din 2006 are iese ca potențialul geotermal total al Pământului este de aproximativ 13 000 ZJ/an, dintre care aproximativ 2000 de ZJ cu posibilitatea de utilizare pentru producerea energiei electrice cu ajutorul centralelor geotermale. Necesarul energetic al întregului glob pe parcursul unui an nu depășește 0.5 ZJ. Astfel, dacă am putea sa utilizăm doar 0.25% din acest potențial, nu ar mai fi necesar deloc utilizarea cărbunelui, petrolului sau gazului pentru producerea energiei electrice.

Se estimează că până în anul 2030 – 2050, noile tehnologii folosite în domeniu energiei geotermale vor permite o producție semnificativă de electricitate în multe țări care nu sunt considerate astăzi cu potențial geotermal important. Europa va putea produce până la

10 – 20% din cererea energetică, cifra comparabilă cu capacitatea de producere a centralelor nucleare existente.

Un studiu făcut de Shell arată că exploatarea celor mai mare resurse geotermale de pe continent ar putea echivala programul nuclear din prezent, având 40 – 80 GW.

Atunci când agentul termic este aburul, aceasta poate fi valorificat direct în instalații electroenergetice. Aici putem menționa zona câmpurilor de gheizere din California, Loradello din Italia și Matsukawa din Japonia. Atunci când agentul termic este apa, prin convecție este transferată spre un al doilea rezervor, de dimensiuni diferite, care sunt situate la adâncimi mici pentru a putea fi exploatat prin forare.

În figura următoare este prezentata harta potențialului geotermal al Europei:

Fig. 2.1 Potențialul geotermal al Europei

2.2 Potențialul geotermal din sud-estul Europei

În parte de sud-estul Europei se găsesc următoarele țări: Grecia, Bulgaria, Macedonia, Albania, Serbia și Montenegro, Bosnia-Herțegovina, Croația și România. În continuare se va prezenta potențialul geotermal al: Greciei, Bulgariei, Macedoniei, Albaniei și Serbiei. În următoarea imagine este reprezentată harta Europei de sud-est:

Fig. 2.2 Europa de sud-est

Grecia

Câmpuri geotermale cu entalpie medie și joasa sunt în mare parte asociate cu grabene (compartiment al scoarței terestre scufundat, mărginit de falii) și bazine sedimentare post-organice

Kimolos, Polyegos, Lesvos, Chios și Samothrace insule cu potențial ridicat

Exista peste 750 de izvoare termale și peste 50 de spa-uri în funcțiune

Potențialul geotermal a resurselor geotermale de joasă entalpie peste 1000 MWt

Circulația apei la mare adâncime de-a lungul faliilor deschise în grabene de-a lungul țării a creat un număr mare de suprafețe de joasă entalpie ( T ≤ 90ș)

Fig. 2.3 Zone geotermale în Grecia

În tabelul următor sunt prezentate aplicații geotermale în Grecia:

* Piscicultură și cultivarea spirulinei

Bulgaria

Aproximativ 160 de domenii hidrotermale sunt situate pe întreaga suprafață a țării (102 dintre ele sunt deținute de stat).

Trei unități hidrotermale majore: placa Moesia , Sredna (inclusiv Balkan) și masivul Rila-Rhodope

Trei tipuri de rezervoare se găsesc în Bulgaria: stratificat, fracturat și mixt (apă de la rezervorul fracturat este a doua oară colectat într-un rezervor sedimentar mai tânăr)

Temperatura apei a rezervoarelor descoperite ajunge de la 25șC la 100șC

Curgerea dinamică totală: până la 4.600 de l/s. Aproximativ 43% din debitul total de curgere a apei are temperatura între 40-60ș

58% din rezervoarele deținute de Bulgaria au o temperatură între 25-50șC și 10% temperatura între 76-100șC

Aproximativ 70% din apa termală este mineralizată (< 1 g/l) cu Fluor: 0.1-25 mg/l și majoritatea cu alcalinitate scăzută

Fig. 2.4 Harta depozitelor hidrotermale ale Bulgariei

Fig. 2.5 Tipuri de aplicații a apei geotermale

Legendă :

Încălzirea clădirilor

Băi publice minerale

Piscine

Îmbuteliere

Tratament și reabilitare

Seră

Derivați chimici

Acvacultură

Macedonia

Există 18 câmpuri geotermale cunoscute în Macedonia cu peste 50 izvoare termice, foraje și puțuri forate la adâncimi 40-2,100 m producând apa caldă.

Acestea evacuează aproximativ 1.000 l /s apă cu temperaturi de 20-79oC. Cea mai mare temperatură (79oC) a fost măsurată în zona geotermală Kocani.

Apa caldă sunt în mare parte de tip hidrocarbonat (HCO3-) conform anionului dominant și amestecat cu procentaj egal de Na +, Ca2+ și Mg2+. Mineralele dizolvate variază de la 0.5 pentru a 3.7 g / l.

Toate apele termale sunt de origine meteorică.

În figura următoare este prezentată harta Macedoniei:

Fig. 2.6 Principalele zone geotermale

Albania

În Albania sunt multe izvoare termale și multe puțuri de joasă entalpie cu temperatură de până la 65.5șC

Izvoarele termale sunt în principal in apropiere de zone de fracturi tectonice regionale. În general, apa circula prin roci carbonatice ale structurilor și la câțiva kilometri de adâncime. Apa acestor izvoare conține sare, gaze absorbite și materie organică.

În multe sonde de petrol și gaze de adâncime există apă termală de ieșire T=32 – 65.5șC

Temperatura este de 105.8șC la adâncimi de 6 000 m în partea centrală a Depresiunii Peri-Adriatice

În figura următoare este prezentată harta Albaniei reprezentând puțuri geotermale și izvoare termale:

Fig. 2.7 Zonele geotermale ale Albaniei

Serbia

Pe teritoriul Serbiei, cu excepția Bazinul Panonic, există 159 de izvoare termale naturale cu temperaturi T> 15oC. Cele mai calde izvoare (96oC) sunt situate în Vranjska Banja. Debitul total al tuturor izvoare naturale este de aproximativ 4000 l/s.

Capacitatea de căldură totală de curgere a tuturor sondelor forate în Serbia este de aproximativ 156 MWt (calculat pentru dT = T-25°C). Capacitatea termică totală a tuturor izvoare naturale și puțuri este de aproximativ 320 MWt (calculat pentru dT = T-12oC). Rezervele de energie estimate de resurse geotermale sunt aproximativ 800 MWt.

Mai mult de 80 sisteme geotermale de joasă entalpie sunt prezente în Serbia. Cele mai importante sunt situate la marginea de sud a Bazinului Panonic.

Având în vedere stadiul actual al cunoștințelor cu privire la componența geologic și proprietățile geotermale a rocilor la o adâncime de 3000 m, există 60 sisteme geotermale de convecție în Serbia.

Sisteme geotermale conductoare sunt dezvoltate în bazine umplute cu roci paleogene și neogene sedimentare. Majoritatea dintre acestea sunt situate în Bazinul Panonic în Voivodina, nordul Serbiei. Celelalte 14 sisteme sunt mai puțin interconectate și mai puțin importante.

● balneologie

○ balneologie

încălzire spațiu, agricultură

Fig.2.8 Reprezentarea celor mai importante izvoare geotermale și puțuri

2.3 Potențialul geotermal în România

Echipamentele de folosință a energiei geotermale utilizează energia termică durabilă a Pământului. Ca resurse geotermale pot fi folosite căldura reținută în sol la mică adâncime, apa caldă găsită la câțiva kilometri de suprafața Pământului și temperatura extrem de ridicată a magmei topite care se găsește la mare adâncime în Pământ.

Apa caldă care se găsește la suprafața Pământului poate fi utilizată pentru o multitudine de utilizări comerciale, industriale, pentru căldură.

Principiul de utilizare a energiei geotermale este prezentat în figură :

Fig. 2.9 Principiul de utilizare a energiei geotermale

Datorită faptului că energia geotermală provine din adâncul Pământului rezultă emisii minime de poluare. Prin cercetare și dezvoltare, energia geotermală este din ce în ce mai competitivă și eficientă din punct de vedere al costului în comparație cu combustibilii fosili.

În România, gradul de valorificare a potențialul geotermal este relativ redus datorită lipsei unui suport financiar corespunzător. Utilizarea apei geotermale reprezintă o opțiune convenabilă atunci când aceasta asigură o alimentare cu un debit constant. Pe suprafața României în urma a peste 200 de foraje pentru hidrocarburi au descoperit că la adâncimi situate între 800 și 3500 m, resurse geotermale de medie și joasă entalpie, având o temperatură cuprinsă între 40 și 120ș C.

În următorul tabel este prezentat potențialul energetic geotermal:

Tabel 2.1 Potențialul energetic al României

Harta potențialului geotermal al României este prezentat în figura următoare:

Fig. 2.10 Potențialul geotermal al României

Fig. 2.11 Harta reprezentativă a zonelor geotermale

Fig. 2.12 Harta fluxului de căldură a României

În urmă exploatării experimentale a circa 100 de foraje, în ultimi 25 de ani s-au putut realiza evaluări a potențialului energetic al acestui tip de sursă regenerabilă de energie. Folosirea energiei geotermice extrase este folosită după cum reiese din tabel :

Tabel 2.2 Folosirea energiei geotermice

În intervalul 1995 – 2000 au fost săpate 14 sonde geotermale săpate la adâncimi de 1500 – 3000 m, dintre care doar 2 neproductive, înregistrându-se o un procent ridicat de 86% randament .

În tabelul următor este prezentat un rezumat a principalilor parametri din perimetrele geotermale importante din România, inclusiv a potențialului energetic teoretic:

Tabelul 2.3 principali parametri din perimetrele geotermale importante din România

În împrejurimile municipiului Oradea s-au efectuat foraje și au fost exploatate în scopuri terapeutice apele geotermale de peste 100 de ani. În ultimi ani s-au organizat acțiuni de prospectare și evaluare a zăcămintelor geotermale din această parte a țării. În urma acestor verificări s-a constatat ca în Câmpia de Vest, se găsesc în toate formațiunile geologice straturi acvifere cu capacități și proprietăți termofizice extrem de variate. Debitele termice de la suprafață au valori de 85 MW/m2 , mai mari decât în alte zone. În Oradea și în județul Bihor se furnizează apă caldă menajeră pentru 800 de apartamente, sere legumicole, ștranduri, piscine, hoteluri. În județul Timiș, apa geotermală se utilizează pentru topitorii de in, în scopuri terapeutice, pentru încălzire, pentru prepararea apei calde menajere.

În imaginea următoare este prezentată harta sectorului geotermal de încălzire a orașului Oradea:

Fig. 2.13 Harta zonelor geotermale ale orașului Oradea

Sistemul de geotermale din Beiuș are ca descriere:

2 puțuri forate și închiriate de TRANSGEX;

Injecții bine forate în prezent;

Temperaturile la gura sondei de 84°C;

Debit maxim 90 l /s (pompe de arbori instalat în linie);

Rata anuală debit mediu produs: aproximativ 16 l / s;

Energia totală geotermală livrate: aproximativ 110 TJ / an;

3 instalații termice încălzite cu combustibil lichid ușor convertit la substații;

Prețul de vânzare al căldurii aproximativ 15 €/Gcal (în comparație cu aproximativ 75 €/Gcal pentru combustibil lichid ușor);

Sistem extins cu module de micro-stație pentru grupurile de consumatori de dimensiuni mai mici;

Zonificarea locațiilor în aplicațiile geotermale are în vedere împărțirea rezervelor de ape geotermale în funcție de temperaturile maxime de emergență de 120ș C, respectiv 140ș C. În cele doua cazuri menționate aplicațiile sunt cele termice.

Suprafețele de interes pentru aplicațiile termice, în special cu pompe de căldură geotermice, sunt:

Baia Sprie – Cavnic

Toplița

Felix ( 1 Mai) Oradea

Miercurea Ciuc – Jigodin

Geoagiu

Căciulata – Olănești

Mangalia

Herculane

Fig. 2.13 Locația principalelor rezervoare din Romania

Teoretic, România se află pe locul 3 cu cel mai ridicat potențial ridicat geotermal din Europa (după Grecia și Italia). În Tușnad – Bai a fost identificată sursa geotermală cu cea mai ridicată entalpie. Cele cinci izvoare descoperite au temperaturi de peste 100ș C. În urma unor evaluări amănunțite a zonelor cu potențial geotermal, potențialul tehnic total a fost estimat la 5.290 TJ/an.

România este bogată în resurse geotermale dovedit de până la 120°C temperatură, definite de 250 de sonde de producție.
Informații fiabile cu privire la resursele și expertiza tehnică rezonabilă sunt disponibile la nivel local în România. Cadrul juridic actual oferă stimulente pentru investiții pentru utilizarea energiei geotermale, dar este destul de complicat.

O destul de mică parte din potențialul geotermal al România este folosită, în principal pentru termoficare, încălzire de seră și spa-uri.

Capitolul 3

Aplicații ale energiei geotermale

Utilizarea directă este cea mai veche forma de exploatare a energiei geotermale de omenire. Diferite categorii de utilizare directă există, de exemplu: spațiu și termoficare, de sere, încălzire iaz acvacultura, uscare agricolă, utilizări industriale, răcire, topire zăpezi, băi și înot. Am compara de asemenea date din 1995 și 2014 prezentate la Congresul Geotermal Mondial din Italia și Japonia. Principalele aplicații din întreaga lume sunt băile geotermale și spații /termoficare. De obicei, utilizarea directă funcționează cu temperaturi sub 150°C. Avantajele utilizării directe sunt o resursă pe scară largă disponibilă la adâncimi de foraj economice și utilizarea puțurilor forajate convenționale, echipamente de încălzire și de răcire.

Un sistem de bază cu utilizarea directă de multe ori este aplicat în rezervoare cu permeabilitate scăzută este prezentat în figura 3.1. De obicei, schimbătoare de căldura sunt utilizate pentru a avea un fluid secundar curat care circulă prin partea de utilizare a sistemului, cum fluidul geotermal este de obicei nepotrivit pentru utilizare directă din cauza compoziției chimice a fluidelor. Principalele componente ale unui sistem de utilizare directe sunt down hole și pompele de circulație, conducte, extracția de căldură și piese de schimb.

Fig. 3.1 Diagramă schematică a fluxului pentru un sistem de utilizare directă cu schimbător de căldură adaptate

Pompele de foraj utilizate în aplicații directe sunt pompe submersibile sau pompele cu arbore linie. Pompele cu arbore linie sunt mai puțin costisitoare și au fost folosite cu succes de mult timp. Cu toate acestea, pentru adâncimi mai mari de aproximativ 250-350 m, este nevoie de pompe submersibile.

Conducte pentru transportul și distribuția sunt de obicei realizate din oțel carbon, în special atunci când temperaturi de peste 100°C sunt implicate. De asemenea, plastic armat cu fibre și policlorură de vinil pot fi folosite. Conductele pre-izolate sunt comune în zilele noastre
. Conducte poate fi instalat deasupra solului sau în subteran. Instalarea deasupra solului permite o întreținere ușoara, cu toate acestea, pot fi provocate daune în urma accidentelor sau vandalismului. În plus, mai multe aspecte ar putea preveni instalarea conductelor de suprafață, inclusiv dificultăți cu punctele de trecere rutiere, acte de expansiune și protecția izolației. În cazul în care conductele sunt instalate subteran, este nevoie de o protecție prin acoperiri sau ambalare. În unele sisteme de termoficare, tuneluri din beton au fost utilizate, care sunt o opțiune costisitoare, dar permite întreținere mai ușoară, o viitoare extindere, și, de asemenea, posibilitatea de utilizare cu alți utilizatori, cum ar fi apa menajera, electricitate, telecomunicații. O soluție mai ieftină este subteran pentru a îngropa direct conductele.

Trei tipuri diferite de schimbătoare de căldură sunt adecvate pentru utilizare directă a energiei geotermale: tip placă, coajă și tub, și schimbătoare de căldură tip foraj. Schimbătoare de căldură cu plăci sunt foarte frecvente în aplicații geotermale datorită dimensiunilor mici și mai puține costuri în comparație cu alte tipuri de schimbătoare de căldură. În plus, schimbătoare de căldură tip plăci pot fi majorate sau reduse în dimensiuni cu ușurință dacă este necesar, prin adăugarea sau eliminarea plăci din stivă. În aplicații speciale, sunt folosite schimbătoare de căldură tip foraj.

Multe sisteme geotermale de utilizare directă sunt echipate cu un sistem de vârf ,cu un plan de rezervă pentru sarcină maximă. Adesea, este mai economic să se adapteze sistemul geotermal la sarcina de bază și vârfurilor de cerere cu un cazan convențional sau alte surse.

În ceea ce privește dezvoltarea tehnologiei, deja în 1984, Gudmundsson a declarat "tehnologia de aplicații directe este disponibilă și nu ar trebui să fie o barieră în calea dezvoltări viitoare". Echipamentul standard este folosit pentru proiecte de utilizare directă. Recent, s-a constatat că nu sunt multe brevete noi în acest domeniu de utilizare directe în afară de unele evoluții în domeniul integrării utilizarea energiei geotermale în clădiri. În cele ce urmează ne vom concentra pe recentele progrese în cel mai important domeniu de utilizare directe, și anume utilizarea spațiului și de termoficare.

Cele mai frecvente sisteme de bază de utilizare directe, de exemplu, în Islanda, sunt compuse din pompe de foraj și de circulație, conducte de transmitere și de distribuție, planuri de vârf sau de rezervă și diverse forme de echipamente pentru extracția căldurii. Fluid este de multe ori eliminat la suprafață. Sisteme de dublet, cu o singură generare și o sondă de injecție au fost inițial dezvoltat în anii 1960 și a devenit comune în anii 1980. Distanța între puțuri este situat într-un mod, astfel încât extracția de resurse pentru cel puțin 20 de ani este garantată înainte sondele de producție începe să se răcească. Puțurile poate ajunge la adâncimi de aproximativ 2000 la 3500 m. Pentru a evita coroziunea carcasei de oțel, sonde de producție din fibră de sticlă căptușite, introduse în anii 1990 sunt adesea folosite.

În momentul de față, sisteme de termoficare este sectorul geotermal cu cea mai dinamica de dezvoltare. Cele mai noi dezvoltări includ concepte pentru a extinde durata de viață de proiecte de design dublet de foraj prin forarea a trei puțuri de producție și de conversie fostele două puțuri în sonde de injecție (sistem triplet). Acest concept, aplicat în principal în Franța, permite pentru 30 de ani utilizare resurselor geotermale. În ceea ce privește sistemele de termoficare noi, sunt instalate mai multe sisteme triplet. De asemenea, sisteme mai mici sunt din ce în ce mai frecvente, cu resurse mai mici, uneori, utilizate în combinație cu sistemele mari de pompe de căldură. Recent, resurse geotermale de la joasă până la temperatură medie sunt acum folosite pentru producția combinată de căldură și energie cu o centrală electrică cu ciclu binar prima dată și utilizarea directă ulterioară, care îmbunătățește, de asemenea, economia proiectelor geotermale.

Utilizarea directă a resurselor geotermale reprezintă extracția termică directă pentru încălzire și răcire. Utilizări posibile directe sunt: ​​utilizări diverse a spațiului și termoficare, încălzirea băi publice și piscine, încălzirea serelor, procese industriale și uscare agricole.

Informații privind capacitatea instalată pentru utilizare directă sunt greu de găsit și de multe ori, datele statistice lipsesc. Capacitate instalată la nivel mondial de utilizare directe este estimată între 19 și 26 GWth. Țările cu cea mai mare utilizarea directă includ : China (aproximativ 3,7 GWth), Turcia (aproximativ 2,7 GWth), Islanda (aproximativ 2,2 GWth), și Japonia cu aproximativ 2,1 GWth de capacitatea instalată. În 2014, capacitatea instalată pentru utilizarea directă a energiei geotermale a crescut. Potrivit unor studii recente capacitatea a crescut în Europa (Ungaria, Italia, Germania).

Fig. 3.2 Situația internațională a energiei geotermale

Sisteme geotermale fabricate (SGF) furnizează energie geotermală prin străpungerea în resurse geotermale adânci ale Pământului, care nu sunt altfel exploatat din cauza lipsei de apă și a fracturilor, locație sau tipului de rocă. Tehnologiile SGF au potențialul de cost-eficient producând cantități mari de energie electrică aproape oriunde în lume. În momentul de față, mai multe proiecte pilot se desfășoară în Australia, Europa, Japonia și SUA. Conceptul de bază este de a forja două sonde într-o rocă uscată fierbinte cu permeabilitate limitată și conținut fluid la o adâncime de 5-10 km. Rezervoarele cu temperaturi ridicate (200°C) s-au găsit, deși la fel de la adâncimi de 3 km, în care gradient de temperatură este ridicată (60-65°C/km).

Tehnologia SGF creează permeabilitate în stâncă prin hidro-fracturarea rezervorului cu apă rece pompată în prima sondă la presiune ridicată. Cea de a doua sondă (sonda de producție) intersectează sistemul fractură stimulat și returnează apa fierbinte la suprafață iar energia electrică poate fi generată. Sonde de producție suplimentare pot fi forate pentru a satisface cererea de generare a energie electrice.

Adoptarea tehnologiilor tip flash sau binare pot fi utilizate cu SGF în funcție de temperatura geotermală a fluidul extras din rezervorul artificial creat de stimulare hidraulic.

Practicile actuale pentru sistemele de conversie geotermale arată că eficiența energetică a crescut de la 25-50%. Viitorul practici inginerești ar dori să crească această eficiență până la 60% sau mai mult, care necesită investiții suplimentare în cercetare, dezvoltare și demonstrare pentru a îmbunătăți transferul de căldură, precum și îmbunătățirea eficienței mecanice de convertoare, cum ar fi turbinele, extersoare turbo și pompe.

Există o nevoie puternică pentru ca demonstrațiile SGF să fie extinsă. Cu sonde de extindere de până la 5 km în multe cazuri, forarea reprezintă o provocare semnificativă pentru dezvoltarea SGF. Reducerea costurilor de injecție și de producție de sonde este următoarea problema tehnologică mare cu care se confruntă comercializarea tehnologiei SGF. Un obstacol semnificativ tehnologic este de a controla aceste fracturi profunde (de peste 5 km), în scopul de a crea o zonă de mare pentru transfer de căldură și pentru a asigura fluxul de masă suficientă între sonde. Înainte de a ajunge comercializarea pe scară largă, încă nevoie de semnificativ îmbunătățiri pentru a reduce costurile.

3.1 Pompele de căldură subterane

Pompe de căldură subterane (PDS) utilizează energia geotermală de mică adâncime, care este disponibil aproape peste tot. Ei transformă energia geotermală cu temperatura scăzută în energie termală la o temperatură mai mare care poate fi folosit pentru spațiu sau încălzirea apei. De obicei, un refrigerent este utilizat ca fluid de lucru într-un ciclu închis. O soluție antigel este circulat în interiorul unei bobine închisă și schimburile de căldură cu sursa de căldură se scufundă prin schimbătorul de căldură din sol (Figura 3.3). În timp ce în Europa, sistemele apă-apă sunt comune, în principal, sisteme apă-aer sunt folosite în SUA.

Energia electrică este utilizată pentru acționarea compresorului și eficiența performanței unei pompe de căldură este măsurată prin calcularea raportului dintre energia termică livrată folosită ca energie ,care este coeficientul de performanță (CDP):

ε = CDF = (3.1)

Fig. 3.3 Diagramă schematică a procesului tehnologic pentru un sistem subteran de pompe de căldură

CDP depinde de diferența de temperatură dintre sursă de căldură și radiator. Cu cât diferența de temperatură este mai mică, cu atât mai eficient pompa de căldură va fi. PDCS (pompe de căldura subterane) au de obicei un CDP în intervalul de 3-4, dar poate ajunge chiar până la 6, atunci când e bine conceput.

Colectorul subteran al PDCS este în principal sub formă de bucle orizontale sau verticale din tuburi de polietilenă sau polipropilenă. Buclele orizontale sunt cel mai frecvent tip de sistem, deoarece au cele mai mici costuri. Ele oferă o mare flexibilitate în ceea ce privește opțiunile de instalare, dar au nevoie de suprafețe mari. În schimb, sistemele bucla verticale pot fi folosite atunci când accesul la terenuri este restricționat. Datorită costurilor ridicate de foraj, sisteme în buclă verticale sunt mai scumpe decât bucle orizontale.

Un alt sistem folosește bucle de schimb direct (de multe ori numite bucle simple). Acestea permit transferul de căldură dintre sol și agentul frigorific ca bucle ( de cupru) închise ce sunt îngropate direct în pământ. Sistemele de schimb directe au eficiență termică mai mare și poate avea dimensiuni mai mici. Cu toate acestea, ele sunt sensibile la deteriorarea pe tubulatura și există riscul de scurgere a agentului frigorific pe suprafața solului.

Mai multe inovații recente includ utilizarea subteranului pentru stocare energiei termice (USPSET). Cu USPSET, căldura este stocată în timpul perioadei de vară și folosită iarna. Energie termică pot fi stocate în acvifere sau în puțuri distanțate. De asemenea colectoare solare termice pot fi adăugate la sistemele PDCS. Ele pot fi adăugate direct PDCS bucle subterane și să crească eficiența sistemului reducând în același timp cererea de suprafața a terenului.

Capacitatea instalată a PDCS a cunoscut o creștere dramatică, cu rate anuale de creștere de 10% din 1994, cu un accent în principal pe Europa și Statele Unite ale Americii. Consumul energia geotermale superficială este mult mai mare decât energia geotermală directă utilizarea producției de energie electrică, atât în ​​ceea ce privește capacitatea instalată, și producția de energie. În ciuda succeselor în trecut și continua creștere, CD&D (cercetare, dezvoltare și demonstrație) în PDCS se concentrează pe creșterea în continuare a eficienței sistemelor PDCS și reducerea costurilor. Principalele domenii de dezvoltare includ ușurință de întreținere și reparații, sisteme de control îmbunătățite, fluide de lucru mai eficiente și a crescut eficiență de auxiliarelor, cum ar fi pompe și ventilatoare. Colectori subterani ar trebui să fie îmbunătățiți prin optimizarea materialului de proiectare și consolidare. Pe termen lung, obiectivul este de a dezvolta materiale mai bune pentru colector subteran. În prezent, în principal, tuburi din plastic sunt utilizate care oferă costuri reduse și rezistența la coroziune, dar prezintă conductivitate termică scăzută.

Harta Rutieră a Energie Geotermală a Platformei Tehnologice Europene privind Încălzirea Regenerabilă și Răcire recomandă dezvoltarea de noi lichide antigel, care sunt inofensive pentru mediu, și oferă caracteristici mai bune decât actualele lichide.

Capitolul 4

Centralele geotermale

Energia geotermală de înaltă entalpie este utilizată cel mai des în producerea energiei electrice. Producerea electricității în cantități mari, necesită producerea unor volume mari de fluid. Un aspect al sistemelor geotermale este acela că trebuie să conțină cantități de fluid de mari temperaturi.

Centrale electrice geotermale folosesc abur din rezervoare de fluide calde găsite aproape de suprafața Pământului sau adânc îngropate în crusta pentru a produce electricitate. În general, sub pământ sisteme de producție a fluidului sunt derivate din industria de petrol și gaze, și la suprafața solului sisteme de conversie se bazează pe tehnologia tradițională de generare a energiei electrice cu abur. Factor de capacitate anual al unei centrale geotermale este, în general, mai mare de 90%. Chiar și valori mai ridicate de până la 97-98%, ar putea fi realizat, dar cu creșterea costurilor de întreținere; care ar putea fi compensată de prețuri mai mari de energie electrică.

Eficiența a unei centrale geotermale joacă un rol important atunci când se estimează factori economici în condiții dificile și termenii de referință ar trebui să fie stabilite când colectarea și compararea datelor de la diferiți autori. Performanța unei centrale geotermale pote fi măsurată cu a doua lege a termodinamicii ca bază pentru evaluarea utilizării eficienței. Din moment ce centralele geotermale nu operează într-un ciclu, ci ca o serie de procese, eficiența ciclului termal pentru instalațiile convenționale nu se aplică (cu excepția ciclului închis de lucru secundar într-o instalație binară). Utilizarea eficienței, de asemenea numită și eficiență energetică, măsoară cât de bine o instalație transformă energia (de lucru) ale resursei în putere utilă. Pentru o centrală geotermală, se calculează astfel:

unde :

Ẇ – puterea electrică netă

ṁ – masa totală de fluid geotermal

e – energia specifică a fluidului geotermal.

Tipul și temperatura unei resurse geotermale determină proiectarea centralei și eficiența este strict dependentă de sursa de sursa de temperatură.

Există trei tipuri principale (de bază) de instalații de generare a energiei electrice și anume:

centrale cu ciclu binar

centrale uscate

centrale flash

Centrala geotermală cu ciclu binar – apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina. Apa folosită poate atinge temperaturi de până la 200șC.

Centrala geotermală uscată – primul tip de centrală construită și utilizează aburul provenit din izvorul geotermal.

Centrala geotermală „flash” – cea mai răspândită centrală de azi, folosește apa la temperaturi de 182ș injectând-o la presiuni înalte în instalațiile de la suprafață.

Fig. 4.1 Diagrama centralei „flash”

Fig. 4.2 Diagrama centralei uscată

Fig. 4.3 Diagrama termică cu ciclu binar

Centralele geotermale prezintă anumite avantaje dar ți dezavantaje. Ca avantajele putem menționa:

principalul avantaj este energia curată pentru mediul înconjurător și este regenerabilă (emite cantități mici de CO2 și sulfuri)

nu sunt afectate de condițiile meteorologice

energia rezultată este mai ieftină decât cea rezultată din combustibili fosili.

Dezavantaje:

mărirea instabilității solului, putând cauza și cutremure de intensitate redusă

zonele cu activitate geotermale se răcesc după câteva decenii de utilizare

reprezintă o sursă de energie epuizabilă

4.1 Evaluarea tehnico-economică a centralelor geotermale

Costul de construcție și operare a unei centrale geotermale variază foarte mult și depinde de factori cum ar fi:

Tipul de resurse (aburi sau apă caldă) și adâncimea;

Temperatura resursei;

Productivitatea rezervorului;

Dimensiunea centralei;

Tipul centralei;

Reglementările de mediu;

Costul de capital;

Costul forței de muncă.

Primii trei factori influențează numărul de puțuri care trebuie forate și în plus sunt legate de dimensiunea centralei dorite. Tipul de resurse influențează în principal tipul de centrală. Resursele uscate sunt potrivite pentru centralele cu abur uscat și sunt cel mai simplu tip de centrală electrică geotermale. Resurselor de apă caldă pot fi potrivite fie pentru centralele tip flash sau centrale electrice binare. Centralele electrice flash în mod obișnuit extrag din resurse cu temperaturi peste 180°C și pe parcurs ce temperaturile depășesc faza de 240°C de doua ori (sau chiar de trei ori) centralele electrice flash devin fezabile economic.

Centralele electrice ORC sunt de obicei construite când temperaturile din resurse sunt sub 180°C. Centralele termice și electrice combinate sunt construite doar din resurse de apă caldă. Adâncimea resursei influențează direct costul forajului. Adâncimea influențează de asemenea complexitatea gestiunii rezervorului, cum ar fi întreținerea permeabilității. În cele din urmă, costurile activităților de monitorizare în producerea și injectarea sondelor depinde de adâncimea resursei. Dimensiunea centralei este dependentă în întregime de mărimea resursei și nu poate fi adesea decis până nu au fost executate anumite exploatări și testarea rezervorului.

Reglementările de mediu variază între regiuni, dar de multe ori limitează certificate de emisii pentru centralele electrice. Pentru centrala geotermală, emisiile de interes sunt H2S și mercur. Compozițiile chimice ale fluidelor geotermale sunt foarte variabile și depind de temperatura resursei și de furnizarea de componentelor mobile, în primul rând clorura, CO2 și H2S toate care tind să crească în apropierea zonelor cu vulcanismul activ. Datorită naturii corozive a H2S, tratamentul acesteia poate constitui un procent ridicat al costurilor de construcție în cazul în care reglementările stricte de mediu sunt în vigoare.

Variabilitatea ridicată a acestor factori face o estimare a costurilor de dezvoltare a unei centrale geotermale și construcția mai degrabă complexă datorită factorilor specifici zonei legați de resursă ce poate avea efect negativ asupra costurilor.

Costul și caracteristicile de performanță ale instalațiilor geotermale

Caracteristicile de performanță ale centralelor electrice pentru perioada de timp 2010-2050 au fost evaluate pe baza metodologiei și este aceeași ca aplicație într-un raport JRC care analizează metoda de evaluare în detaliu. Un software recent publicat a fost folosit pentru a calcula CAPEX a unei centrale electrice binare cu și fără EGS pentru o comparație cu altă lucrare de referință. În centralele geotermale electrice, forajul și ingineria rezervorului de multe ori constituie mai mult de 50% din CAPEX în centralele hidrotermale convenționale și chiar mai mare în EGS care se bazează pe căldură din surse chiar mai adânci decât hidrotermale. Acest cost specific este foarte dependent de geologia și adâncimea rezervorului. În sisteme hidrotermale convenționale, fluidele sunt frecvent extrase din 2-2.5 km adâncime. Sistemele geotermale proiectate pot extrage căldura din adânci ca 5.5 km și se presupune 10 km puțuri în viitor.

Din punct de vedere istoric, energia geotermală a fost în principal valorificata unde permeabilitatea rocii de bază și gradienți de căldură sunt ridicați. Recent, a creșterea eforturilor a fost pus în conceptul de EGS în care căldura este extras din rezervoare adânci care ar putea avea nevoie de stimulare cauza permeabilitate redusă. Prin urmare, atunci când abordează CAPEX construcția centralei geotermale, este logic să se separe costul utilajului pe suprafață pe de o parte și de stimulare forajului și rezervorului pe de alta. Categoriile de cheltuieli au fost clasificate în conformitate cu tabelul 4.1. Acest raport prezintă caracteristici de performanță ale tehnologiilor de producere de energie geotermală selectată pentru perioada 2010 până la 2050. Datele pentru fiecare tehnologie se referă la dimensiuni și configurații care sunt tipice mediei locațiilor geografice din cadrul Uniunii Europene. Tipurile cele mai relevante ale fiecărei tehnologii au fost selectate pentru prezentare în acest raport. CAPEX este raportat ca cheltuieli de capital peste noapte, ceea ce înseamnă costul de livrare a unei centrale ca și în cazul în care nu ar fi existat nici interes în timpul de construcție de exemplu, ca și în cazul în care proiectul a fost finalizat și livrat "peste noapte".

Tabel 4.1 Categorii de cheltuieli

Trei tipuri de centrale de referință sunt prevăzute în acest raport:

• O centrală electrică tip Flash extrăgând lichid dintr-un sistem hidrotermal la 2.5 km adâncime;

• O centrală ORC extrăgând lichid dintr-un sistem hidrotermal la 2.5 km adâncime;

• O centrală ORC extrăgând la 165°C lichid la 100 kg s-1 de la EGS la 5.5 km adâncime. Valorile CAPEX sunt de asemenea prevăzute pentru 150° C și 180°C fluide la 50-150 de kg s-1 și la 3 și 4 km adâncimi.

CAPEX acestor centrale poate fi apoi ajustat în funcție de adâncimea de principalele zone de alimentare ale sondele de producție și re-injectare și în cazul EGS pompa de circulație a lichidul. Marjele reduse/ridicate depind de costuri cu stimularea EGS (4-8 milioane EURO pentru fiecare sistem) și costul de foraj se presupune să fluctueze +/- 10%.

Tabelul 4.2 prezintă componentele de cost incluzând estimările CAPEX.

Tabelul 4.2 Componente de cost incluse în estimările CAPEX pentru centrale electrice geotermale

În tabelul 4.3 Prezintă pe scurt indicatorii economici pentru centrala flash. Intervalul superior CAPEX presupune că sondele de producție și de injectare sunt la 3,5 km adâncime în loc de 2,5 km.

Tabelul 4.3 Indicatorii pentru o centrală electrică Flash extrăgând lichidul din sistemul hidrotermal la adâncime de 2.5 km

Concluzii

Cererea pe piață a profilului geotermal-electric pare să fi accelerat comparativ cu anii precedenți, așa cum este indicat de creșterea capacității puteri instalate și planificate. Introducerea treptată a unor noi îmbunătățiri tehnologice, inclusiv SGP, este de așteptat pentru a stimula dezvoltarea, care ar putea ajunge de la 140 la 160 de GWe în 2050, dacă sunt îndeplinite anumite condiții. Unele tehnologii noi intră în faza de demonstrație pentru a evalua viabilitatea comercială (de exemplu, SGP), sau un stadiul de investigare timpuriu pentru a testa practicalitatea (de exemplu, utilizarea de temperaturi superficiale și guri de aerisire hidrotermale submarine). Generarea de energie electrică cu centrale binare permite posibilitatea de producere a energiei electrice în țările care nu au resurse de înaltă temperatură, deși costurile totale sunt mai mari decât pentru resursele de înaltă temperatură.

Utilizarea directă a energiei geotermale pentru încălzire și răcire este competitivă în anumite zone, folosind resurse accesibile, hidrotermale. O creștere moderată poate fi de așteptat în dezvoltarea viitoare a acestor resurse pentru utilizarea directă, dar o creștere anuală combinată susținută este de așteptat cu dezvoltarea pompelor de căldură geotermale. Utilizarea directă în regiunile de grad inferior pentru încălzire și/sau răcire în cele mai multe părți ale lumii ar putea ajunge la 800 GWth până în 2050. Cogenerare (producerea simultană de electricitate și căldură) și hibridizare cu alte surse termice pot oferi oportunități suplimentare.

Dovezile sugerează că alimentarea geotermală ar putea satisface gama superioară de proiecții derivate dintr-o analiză a aproximativ 120 de scenarii de energie. Cu o capacitate de stocare naturală termică, sursele geotermale sunt adecvat în special pentru alimentarea cu energie de joasă putere. Având în vedere tehnic potențial tehnic și posibilitățile de implementare, energie geotermală ar putea furniza aproximativ 3% din cererea mondială de energie electrică până în 2050 și are, de asemenea, potențialul de a oferi aproximativ 5% din cererea globală de încălzire și răcire până în 2050.

Bibliografie

Badea A., Horia N. Surse regenerabile de energie, Editura A.G.I.R, București, 2013

http://documents.tips/documents/surse-regenerabile.html

Drăgan V., Burchiu V. Energiile regenerabile și utilizarea acestora, Editura Ceres, București, 2012

Victor Emil Lucian Resurse regenerabile și conversia lor, Editura Universitara, București, 2011

http://www.anpm.ro/anpm_resources/migrated_content/uploads/90967_SC%20TERMICA%20SA%20SUCEAVA%20CET%20pe%20huila.docx

Mărgărit C. Energia regenerabila între complementaritate și alternativă ,Editura Cetatea de Scaun, Târgoviște, 2006

http://documents.tips/documents/surse-regenerabile.html

Albu M. Energia geotermica , Editura Tehnica, București, 1987

http://documents.tips/documents/surse-regenerabile.html

Crăciun C. Utilizarea durabilă a resurselor regenerabile de energie. Energia geotermala , Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2010

Dobrescu E. Energiile Regenerabile-eficiență economică ,sociala și ecologică , Editura Sigma, București, 2009

Brown, D.W., Duchane, D.V., Heiken, G., Hriscu, V.Th. Mining the Earth's Heat: Hot Dry Rock Geothermal , Editura Springer, 2012

William E. Glassley Geothermal Energy: Renewable Energy and the Environment , Editura CRC PRESS Taylor&Francis Group, 2010

William E. Glassley Geothermal Energy: Renewable Energy and the Environment, Second Edition , Editura CRC PRESS Taylor&Francis Group, 2015

Huenges E. ,Ledru P. Geothermal Energy Systems: Exploration, Development, and Utilization, , Editura Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2010

Basel I. Ismail Advances in Geothermal Energy , Editura Intech , Croația, 2016