Energia Geo -termala [632071]

1
UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI
FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICA

Energia Geo -termala
Surse de Energie

Negoita Adrian
Anul II

Grupa 121 A

2
Cuprins

1. Introducere………………………………………………………………………………………….pag. 1
2. Energia geotermala de potential termic ridicat…………………………………….pag. 7
3. Energia geotermla de potential termic scazut………………………………………pag. 8
➢ Pompa de caldura…………………………………………………………………….pag. 10

4. Avantaje si dezavantaje ale energiei geotermale…………………………………pag. 15
5. Bibliografie…………………………………………………………………………………………pag. 16

3

Energia Geo -termala

Energia geotermica este o foma de energie regenerabila obtinuta prin caldura aflata in
interiorul Pamantului. Apa fierbinte si aburii, capatati in zonele cu activitate vulcanica si
tectonia, sunt utilizati pentru incalzirea locuintelor si pentru producerea electricitatii.
Temperatura ridicata de la granita miezului exterior(lichid), cu mantaua, poate ajunge la
peste 40000C si datorita presiunii ridicate provoaca topirea rocilor dar si incalzirea lor pana la
nivelul scoartei terestre, unde apa continuta in aceasta poate ajunge si la temperature mai mari
de 3500C.
In consecinta se poate spune ca energia geotermala este energie termica gen erata si
stocata in pamant. Termenul geotermal provine din combinarea cuvintelor de origine greaca:
GEO(pamant) si THERMOS(cald).
Folosita inca din paleolitic sub forma izvoarelor termale pentru imbaiere, cea mai
cunoscuta utilizare la ora actuala este pe ntru productia de energie electrica.
Energia geotermala este considerata a fi rentabila, fiabila, durabila si ecologica, insa limitata ca
utilizare numai pentru zonele de imbinare intre placile tectonice. Progresele tehnologice ale
ultimilor ani au putut s a extinda utilizarea acestei resurse si in alte zone functionale, cum ar fi
incalzirea locuintelor, deschizand noi oportunitati pentru o exploatare mai larga.
Resursele geotermale ale planetei sunt teoretic mai mult decat suficiente pentru a
satisface nev oile de energie ale omenirii, considerand ca energia termica interna a Pamantului
ajunge la suprafata, prin conductie, la o rata de aproximativ 40 de terawati(TW) si este
completata de descompunerea radioactive a mineralelor la o rata de 30 TW, mai mult de cat
dublul nevoilor umanitatii. Din nefericire insa, numai o parte foarte mica poate fi exploatata in
mod profitabil.

Exista trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite la aceasta data pe glob pentru
transformarea puterii apei geotermale in ele ctricitate: uscat, flash si binar , depinzand dupa
starea fluidului: vapori sau lichid, sau dupa temperatura acestuia.
• Centralele uscate au fost primele tipuri de centrale construite,ele utilizeaza abur
din izvorul geotermal;

4
• Centralele flash sunt cele mai raspandite centrale de azi. Ele folosesc apa la
temeraturi de 1820C (3640F), injecatand -o la presiuni inalte in echipamentul de la
suprafata;
• Centralele cu ciclu binar difera fata de primele doua, prin faptul ca apa sau
aburul din izvorul geotermal nu vine in contact cu turbina, respectiv generatorul
electric.Apa folosita atinge temperaturi de pana la 2000C(4000F) .

Centrala geotermala – structura

Aceste surse de caldura foarte apropiate de suprafata apar in zone vulcanice(Yellowstone), in
zone rift(Islanda), de subductie(Chile) sau in lungul unor falii(Campia de Vest). Caldura
inseamna apa in stare de vapori. Vaporii captati pe coloane actioneaza asupra turbinelor,
rotorul aces tora fiind conectat la generatoare.

5
Romania este a treia tara din Europa cu potential geotermic.
Beiusul este singurul oras din Romania care functioneaza in prezent cu ajutorul energiei
geotermice pentru incalzirea locuintelor. Foraje realizate in 199 5-1996 au relevat existenta unui
zacamant bogat de apa geotermala la peste 2.500 de metri adancime.

Harta geotermala a Romaniei

In momentul de fata sunt instalati 137 MWt prin forari din 61 de zone cu resurse
geotermale. Puterea instalata este utilizata doar pentru aplicatii termice. Exista tendinta pentru
utilizarea suplimentara a potentialul ui geotermic, in special pentru aplicatii termice, cum ar fi
incalzirea spatiilor si productia apei calde.

6
Energia geotermala reprezinta diverse categorii particulare de energie termica, pe care
le contine scoarta terestra. Cu cat se coboara mai ad anc in interiorul scoartei terestre,
temperatura creste si teoretic energia geotermala poate sa fie utilizata tot mai efficient, singura
problema fiind reprezentata de adancimea la care este disponibila aceasta energie.
Temperatura Pamantului creste dinspr e suprafata spre centru, unde atinge o valoare de
aproximativ 60000C.

Variatia temperaturii dinspre scoarta spre centrul Pamantului

Energia geotermala este utilizata la scara comerciala , incepand din jurul anilor 1920,
cand a inceput sa fie utilizata in special caldura apelor geotermale, sau cea provenita din
gheizere, pentru incalzirea locuintelor, sau a unor spatii comerciale. Din punct de vedere al
potentialului termic, energia geoter mala poate fi clasificata in doua categorii:

• Energie geotermala de potential termic ridicat;
• Energie geotermala de potential termic scazut.

7
Energie geotermala de potential termic ridicat

Acest tip de energie geotermala este caracterizata prin nivelul ridicat al temperaturilor
la care este disponibila si poate fi transformata direct in energie electrica sau termica.
Mai jos este reprezentata o schema de principiu a unei centrale electrice g eotermale:

Partile componente ale unei centrale electrice geotermale :
1- foraj pentru injectia apei si pompe de injectie;
2- zona de jonctiune intre foraje;
3- foraj de productie;
4- schimbator de caldura;
5- turbinele si generatoarele electrice;
6- sistem de racier;
7- stocare energie de potential termic ridicat in sol;
8- sistem de monitorizare seismica;
9- consumatori electrici.

8
Energia electrica se obtine in prezent din energie ge otermala, in centrale avand
puteri electrice de 20…50 MW, care sunt instalate in tari ca: Filipine, Costa Rica, Islanda,
Rusia, SUA, etc. Din categoria surselor de energie geotermale de potential termic ridicat
, fac parte si gheizerele cu apa fierbinte sa u abur.

Energia geotermala de potential termic scazut

Acest tip de energie geotermala este caracterizata prin nivelul relativ scazut al
temperaturii l a 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 e nergia geotermala de
potential termic ridicat, ceea ce reprezinta un avantaj.
In figura de mai jos se observa ca incepand de la adancimi foarte reduse, temperatura
solului poate fi considerata relativ constanta pe durata intregului an:
➢ La 1m temperatura solului variaza intre 5…150C;
➢ La 1,5…3m temperatura solului variaza intre 7…130C;
➢ La 4,5m temperatura solului variaza intre 8…120C;
➢ La 6…10m temperatura solului variaza intre 9…110C;
➢ La 10…18m temperatura solului variaza cu mai putin de 10C in jur ul valorii de
100C;
➢ La peste 18m temperatura solului este constanta, avand valoarea de 100C.

9

Variatia temperaturii in sol, in zona de la suprafata scoartei terestre

Exploa tarea 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 primcipiu de functionare ca al masinilor frigorifice, functionand cu energie electrica.
Parametrul de performanta al acestor echipamente este eficient a pompei de caldura ,
Ꜫpc definita prin raportul dintre fluxul termic furnizat Q si puterea electrica absorbita P:

10
Sistemul de incalzire geotermala este compus din pompa termica si un circuit format din
tevi(colectori) ce capteaza energia, montate sub pamant(pe orizontal sau vertical) sau la fundul
bazinelor de apa.
Pompa aflata in locuinta , extrage energia pamantului si o transforma in caldura. Acest
lucru este posibil datorita faptului ca freonul, circuland prin conducte colecteaza energia
pamantului (apei), dupa care intra in vaporizatorul radiatorului si cedeaza caldura, care se
foloseste la prepararea agentului te rmic din calorifere.In momentul cedarii caldurii agentul
frigorific se raceste din nou, iar pentru ca acest ciclu sa se repete, freonul trebuie incalzit pana
la 5-70C. In ajutor vine caldura termica a Pamantului. Chiar si in iernile cele mai cumplite,
temp erature sub pamant nu coboara mai jos de +40C, iar la adancimea de 30 m aceasta variaza
intre 8 -100C. Vara procesul este invers: excesul de caldura din locuinta este extras de catre
pompa si dispersat in pamant.

Pompele de caldura, pot sa absoarba caldura din sol, de la diferite adancimi, din apa
freatica , sau chiar din aer.

Din sol, caldura poate fi preluata cu ajutorul unor circuite intermediare care absorb
caldura si o transmit vaporizatorului pompei de cald ura.

Circuitele intermediare de preluare a caldurii din sol , sunt compuse din schimbatoare
de caldura, denumite colectori , pompe de circulare a agentului intermediar din aceste circuite,
vas de expansiune, sisteme de distributie a agentului interm ediar in colectori, dispositive de
aerisire, etc.
Agentul intermediar din circuitele intermediare este reprezentat de solutii de tip
antigel.

In circuitele intermediare de preluare a caldurii din sol se utilizeaza doua tipuri de
colectori:
• Colectori o rizontali;
• Colectori verticali.

11
Colectori orizontali , care se monteaza la adancimi de aproximativ 1,2…1,5m.

Colectori verticali , denumiti si sonde, se monteaza in orificii practicate prin forare, la
adincimi de pana la aproximativ 100m.

Atat colectorii orizontali, cat si cei verticali, sunt realizati din tuburi de polietilena, care
asigura o durata foarte lunga de exploatare.

12
Amplasarea direct in sol a vaporizatorului pompei de caldura este posibila in constructii
de tipul:

Avantajul amplasarii direct in sol a vaporizatorului pompei de caldura este reprezentat
de eliminarea circuitului de agent intermediar, ceea ce permite reducerea diferentei dintre
temperature de vaporizare si temperature solului, avand ca efect imbunatatirea eficientei
pompei de caldura. In plus, este economisita energia necesara circulatiei agentului intermediar.

Pentru dimensionarea colectorilor orizontali, la calculul suprafetei necesare pen tru
amplasarea colectorilor, trebuie sa se tina seama de tipul solului si de cantitatea de apa din sol.

13
Aceste valori sunt considerate pentru amplasarea colectorilor la distante medii d e
0,5…0,7m.
Astfel, considerand ca sarcina termica specifica asigurata de sol, are o valoare
medie
,pentru o sarcina termica extrasa din sol Q0=1Kw , rezulta o suprafata necesara
pentru a mplasarea colectorilor:
=
m2

Pentru dimensionarea colectorilor verticali, la calculul adancimii necesare pentru foraj,
respectiv a lungimii sondelor, trebuie sa se tina seama de tipul solului si de cantitatea de apa
din sol.

Astfel, considerand ca sarcina termica liniara specifica asigurata de sol, are o valoare
medie
, pentru o sarcina termica extrasa din sol Q 0=1 kW, rezulta o suprafata
necesara pentru amplasarea colectorilor:
=

Pentru dimesionarea vaporizatoarelor amplasate in sol, pentru amplasarea colectorilor
la o distanta medie de 0,5…0,7m se poate considera o sarcina termica specifica liniara,
raportata la lungimea tevii vaporizatorului, de aproximativ 35…40 W/m.

14
Apa fr eatica reprezinta o sursa de caldura si mai eficienta decat solul, deoarece
temperature acesteia este relativ constanta in tot timpul anului, avand valori de 7…120C, deci
mai ridicate decat solul. In plus, apa freatica poate fi circulata direct prin vaporizatorul
pompelor de caldura, ceea ce elimina necesitatea unui circuit intermediar.

Adancimea de la care este preluata apa freatica, in cazul locuintelor familiale, este de
aproximativ 15m. Distanta dintre cele doua puturi trebuie sa fie minim 5m, iar amplasarea
astfel incat sensul de curgere a apei sa fie dinspre putul prin care este absorbita apa , spre cel in
care este evacuata apa.
Dezavantajele utilizarii apei freatice ca sursa de caldura, sunt reprezentate de faptul ca
este necesar sa existe un debit sufficient de mare al apei freatice, iar compozitia chimica
trebuie sa se incadreze intre limi te bine precizate din punctul de vedere al unor componenti
cum sunt: carbonati acizi, sulfati, cloruri, sulfit de sodiu, bioxid de carbon liber, nitrati, etc.

15
Avantaje si dezavantaje ale energiei geotermale

Printre principalele avantaje ale energ iei geotermale care o fac competitive cu energia din orice
alta sursa, se _umara:
• Utilizeaza o resursa locala, ceea ce reduce semnificativ cererea de energie
produsa din combustibili fosili;
• Nu are impact negativ asupra mediului inconjurator, deoarece nu produce
poluanti;
• Este eficienta si se obtine la preturi competitive cu orice alta sursa de energie;
• Sistemele geotermale pot opera continuu, fara constrangeri dedicate de starea
atmosferei sau de politicile locale, asa cum se intampla in cazul alto r resurse
regenerabile;
• Sistemele de incalzire geotermale minimizeaza cheltuielile de transport al
energiei termice, ele realizandu -se la locul in care se afla consumatorul;
• Este o sursa sigura si nepericuloasa de energie deoarece nu necesita transport si
stocare de combustibili.

In cazul centralelor geotermale sunt prezente dezavantaje precum:
• Cresterea instabilitatii solului din zona, putand fi cauzate chiar si cutremure de
intensitate redusa;
• Zonele cu acti vitate geotermala se racesc dupa cateva decenii de utilizare, deci
nu se poate vorbi de o sursa infinita de energie, dar cu siguranta avem de aface
cu o sursa regenerabila.

16
Bibliografie :

• https://labo -energetic.eu/ro/a_telecharger/Copac/egeotermala.html
• https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_geotermic%C4%83
• https://agrobiznes.md/incalzirea -geotermala -cum -functioneaza -avantaje -si-
dezavantaje -pentru -moldova.html
• http://www.spatiulconstruit.ro/articol/energia -geotermala -ca-sursa -de-energie –
regenerabila -object_id=18699
• http://add -energy.ro/tehnologii -de-obtinere -a-energiei -din-surse -geotermale/
• http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/3_1.pdf

17