IMPACTUL ASUPRA MEDIULUI A SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE – ENERGIA GEOTERMALA

Studenti:

Manta Roxana

Otat Olimpia

Master: Surse regenerabile de energie

An: I

2016

Cuprins

1. Introducere2. Generalitati3. Avantajele utilizarii energiei geotermale4. Impactul asupra mediului 5. Concluzii6. Bibliografie

1. Introducere

Cuvantul “energie” are la baza cuvintele de origine latina “energia” si de origine greaca “enerhia”, care aveau sensul de “activitate”. In termini fizici, inseamna abilitatea unui sistem sau obiect de a functiona.[1]

Termenul geotermal provine din combinarea cuvintelor de origine greaca: „geo” (pamant) si „thermos” (cald) [2].

Folosita inca din paleolitic sub forma izvoarelor termale pentru imbaiere, cea mai cunoscuta utilizare la ora actuala a energiei geotermale este pentru 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 sa extinda utilizarea acestei resurse si in alte zone functionale, cum ar fi incalzirea locuintelor, deschizand noi oportunitati pentru o exploatare mai larga.

Structura geotermala a pamantului arata diferenta de temperatura intre nucleul planetei si suprafata sa si transmiterea energiei termice sub forma de caldura de la nucleu la suprafata (fig.1).

Fig. 1. Variatia temperaturii in interiorul Pamantului

Este interesant de remarcat ca 99% din interiorul Pamantului se gaseste la o temperatura de peste 1000℃, iar 99% din restul de 1% se gaseste la o temperatura de peste 100℃. Aceste elemente sugereaza ca interiorul Pamantului reprezinta o sursa regenerabila de energie care merita toata atentia si care trebuie exploata intr-o masura cat mai mare [3].

2. Generalitati

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.

Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite la această dată pe glob pentru transformarea puterii apei geotermale în electricitate [4]:

- centralele uscate - au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizează abur din izvorul geotermal.

- centralele flash - sunt cele mai răspândite centrale de azi. Ele folosesc apa la temperaturi de 182 °C (364 °F) , injectând-o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață.

- centralele cu ciclu binar - diferă față de primele două, prin faptul că apa sau aburul din izvorul geotermal nu vine în contact cu turbina, respectiv generatorul electric. Apa folosită atinge temperaturi de până la 200 °C (400 °F).

Din punct de vedere al potentialul termic, energia geotermala poate fi clasificata in doua categorii [4]:

- energie geotermala de potential termic ridicat, care este caracterizata prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibila si poate fi transformata direct in energie electrica sau termica;

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

Pentru valorificarea energiei geotermale, se intalnesc urmatorele optiuni de extractie a acesteia[5]:

Prima varianta este si cea mai simpla si consta in exploatarea izvoarelor fierbinti de suprafata. Energia geotermala sub forma de vapori poate oferi temperaturi cuprinse intre 240 si 300°C, producand aburi supraincalziti care pot fi utilizati in mod direct pentru a produce energie electrica.

O alta optiune este de a fora un put de extractie intr-un acvifer termal (fig.2). Apa din aceste zone poate ajunge la temperaturi mai mari de 200°C. Instalatiile de supraincalzire sunt cea mai uzuala metoda de generare a energiei electrice. Pomparea este ocazionala, iar apa, care ajunge la suprafata la presiune ridicata, se transforma in aburi care sunt separati de aceasta prin separatoare ciclonice si utilizati pentru punerea in miscare a turbinelor. Apa care ramane sub forma lichida este pompata inapoi in acvifer.

Fig. 2. Schema de extractie a apei geotermale cu temperaturi mai mari de 200°C

In cazul in care nu exista nici un acvifer disponibil in zona se poate confectiona unul artifical, injectand apa pentru a fractura hidraulic stratul de piatra la fel ca in cazul fracturarii hidraulice pentru obtinerea de gaze sau hidrocarburi, de data aceasta fara a afecta cu substante toxice mediul inconjurator (fig.3).

Fig. 3. Schema de extractie a apei geotermale cu acvifer artificial

3. Avantajele utilizarii energiei geotermale

Prin utilizarea energiei geotermale, comunitatea poate beneficia de urmatoarele avantaje [3][6][7][8]:

- Este vazuta ca fiind o forma viabila de energie deoarece este curata si regenerabila, reaprovizionarea rezervoarele geotermale facandu-se pe cale naturala;

- Spre deosebire de energia solara si cea eoliana, energia geotermala este disponibila in mod constant, nefiind dependenta de conditiile meteorologice;

- Energia geotermala poate fi extrasa fara a arde combustibili solizi precum carbunele, gazul sau petrolul. Inca din Antichitate, oamenii foloseau aceasta sursa de energie pentru a face baie, a incalzi locuintele, a prepara mancare si este utilizata si in zilele noastre pentru incalzirea locuintelor si birourilor;

- In comparatie cu celelalte surse de energie regenerabile, precum cea solara sau eoliana, care sunt folosite in zona de varf a curbei de sarcina, energia geotermala este excelenta pentru zona de baza a curbei de sarcina;

- Energia geotermala implica in general costuri mici de utilizare si mentenanta, acestea fiind cu pana la 80% mai reduse decat in cazul generarii de energie pe baza de combustibili fosili si non-fosili;

- Nu necesita suprafete mari, putand fi construite partial subteran;- Dezvoltarea tehnologica recenta a facut ca energia geotermala sa fie mai usor de

exploatat;- Chiar si micile gospodarii pot beneficia de incalzire pe baza de energie geotermala;- Reduce increderea in utilizarea combustibililor fosili cu marirea procentului de utilizare a

energiei geotermale;- Creste numarul de locuri de munca si apar beneficii economice.

4. Impactul asupra mediului

4.1. Calitatea si utilizarea apei

Apa geotermala este un lichid fierbinte, deseori sarat, bogat in substante minerale, in rezervoarele subterane. Aburul apei firbinti este folosit pentru a porni turbinele si a genera energie electrica. Apa ramasa, impreuna cu aburul condensat, este reinjectat in rezervoarele geotermale pentru a fi reincalzit. In sistemele de racire a apei, mai bine de 50% din lichid se pierde in atmosfera sub forma de abur, iar cea ce ramane este reinjectat in sistem. In centralele electrice binare nu se consuma apa. Intr-o amenzare geotermala, apa geotermala este izolata in timpul procesului de productiei, de injectare a apei in rezervorul subteran si separata de apa subterana prin conducte groase, eliminand pericolul poluarii apei [9].

Fluidele geotermale contin cantitati mari de arsenic, mercur, litiu si bor din cauza contactului din subteran dintre fluidele fierbinti si roci. Cantitatea de creste semnificativ cu temperatura. Daca deseurile sunt eliberate in rauri sau lacuri, in loc sa fie injectate suprafetele geotermale, acesti poluanti pot dauna atat vietii acvatice cat si apei potabile sau folosita pentru irigatii [10][11].

4.2. Emisii gazoase

Fluidele geotermale contin gaze dizolvate care sunt eliberate in atmosfera. Ceea ce se vede ca este evacuat prin cosurile unor centrale geotermale este in realitate abur (emisii de vapori), nu este fum.

Cele mai toxice gaze sunt dioxidul de carbon (CO2) si hidroxidul de sulf (H2S). Ambele sunt mai dense decat aerul si pot fi colectate in gropi, depresiuni si locuri inchise [7]. Emisiile gazoase rezulta din descarcarea gazelor necondensabile care sunt transportate in sursa de abur a centralei. Aburul rezultat poate fi tratat chimic si/sau epurat pentu a elimina hidroxidul de sulf, sau poate fi recomprimat si injectat inapoi in subteran. Sistemele binare evita aceasta problema pentru ca acestea recupereaza caldura de la fluidul geotermal printr-un agent termic secundar. Fluidul geotermal este reinjectat fara eliberarea gazelor necondensabile [10].

Conform Agentiei pentru Protectia Mediului (EPA), rata medie de emisii de dioxid de carbon a centralelor pe baza de carbune sau gaz natural este semnificativ mai mare decat in cazul centralelor geotermale (fig. 3.) [12].

Hidroxidul de sulf este in momentul actual epurat in centralele geotermale, rezultand din conversia acestuia aproximativ 99.9% sulf elementar. Din 1976, emisiile de H2S au scazut de la 862 kg/h la 91 kg/h, desi productia centralelor geotermale a crescut de la 500 MW la peste 2000 MW [9].

Fig. 3. Comparatie intre emisiile de CO2

4.3. Emisii solide

Nu sunt sanse de contanimare cu emisii solide a suprafetelor amenajarilor sau ariei inconjuratoare.

4.4. Poluare sonora

Zgomotul rezultat in timpul operatiilor geotermale este tipic multor activitati industriale. Cel mai inalt nivel de de zgomot este produs de obicei in timpul forarii, stimularii si fazelor de testare, cand nivelul sonor cuprins intre 80-115 decibeli poate atinge gradul de delimitare. In timpul operatiilor normale a centralelor geotermale, nivelul de zgomot este de 71-83 decibeli pe o distanta de 900 m. Nivelul sonor scade rapid cu distanta de la sursa, deci daca centrala este situata intr-o arie mare a rezervorului geotermal, limita sonora nu poate fi obiectata [10].

4.5. Utilizarea terenului

De obicei, centralele sunt construite pe sau in apropierea rezervorului geotermal deoarece transportul pe distante mari duc la pierderea de presiune si temperatura a fluidului. Tabelul 1 contine o comparatie a utilizarii terenurilor in cazul diferitelor centrale [10].

Tabelul 1. Comparatie a terenului folosit de diferitele centrale

Tehnologie Teren utilizatm2/MW

Teren utilizatm2/GWh

Centrala geotermala flash (excluzand puturile) de 110 MW

1260 160

Centrala geotermala binara (excluzand puturile)

1415 170

Centrala geotermala flash (incluzand puturile, conductele, etc) de 110 MW

7460 900

Centrala pe carbune (incluzand benzile de minerit) de 2258 MW

40000 5700

Centrala nucleara (doar terenul ocupat de centrala) 670 MW

10000 1200

Centrala termica solara 47 MW 28000 3200Centrala cu panouri solare 10 MW 66000 7500

Aceste date incorporeaza realistic factorul de capacitate pentru fiecare tehnologie. O centrala termica solara necesita o arie de aproape 20 de ori mai mare decat o centrala geotermala flash sau binara, iar o centrala fotovoltaica necesita o suprafata de 50 de ori mai mare pe MW decat o centrala geotermala binara. Raportarea este similara in cazul MWh.

Centrala pe baza de carbune necesita o suprafata mai mare de aproximativ 30-35 de ori mai mare decat in cazul celei geotermale, iar pentru centrala nucleara se foloseste un teren de peste sapte ori mai mare decat in cazul centralei geotermale.

4.6. Surparea terenurilor

Extractia fluidelor geotermale poate reduce presiunea din rezervoarele subterane si poate cauza afundarea terenului. Cea mai mare surpare a terenului este inregistrata in Wairākei, New Zealand, unde centrul terenului utilizat pentru centrala geotermala se scufunda cu o rata de aproximativ jumtate de metru in fiecare an. In anul 2005 terenul era cu 14 metri mai jos decat inainte de a se construi centrala [11].

4.7. Inducerea seismelor

Inducerea seismelor in amenajarile geotermale nu este o problema deoarece injectia fluidelor nu necesita o presiune foarte ridicata. Este prudent, totusi, sa se echipeze locul cu instrumente necesare in cazul unor evenimente seismice naturale sau cauzate [9].

4.8. Perturbarea habitatelor naturale

Problemele legate de distrugerea habitatelor sau perturbarea florei si faunei sunt minore sau neexistente, tinand seama de suprafata mica a mediului folosita in operatiunile geotermale.

Dezvoltarea unei centrale geotermale poate implica taierea de copaci, insa dupa ce se termina construirea centrale, zona poate fi reimpadurita [9].

4.9. Poluarea termica

Desi pentru poluarea termala nu exista o cantitate specifica reglementata, acesta reprezinta un factor important a impactului centralelor asupra mediului. Caldura evacuata de centrala geotermala este mai mare pe unitatea de energie electrica produsa decat in cazul centralei pe baza de carbune sau cea nucleara, deoarece temperatura aburului geotermal la intrarea in centrala este mult mai mica pentru acest tip de centrale. O centrala geotermala este de 2-3 mai mai poluanta termic decat o centrala nucleara, iar pierderea intr-un sitem de evacuare a caldurii pentru 100 MW a unei centrale geotermale este aproape aceeasi ca a unui ciclu combinat cu turbine cu gaze de 500MW. Mai mult, turnurile de racire sunt mai mari decat cele din centralele conventionale pentru obtinerea aceleasi cantitatati de energie electrica [9].

5. Concluzii

Resursele geotermale pot oferi o sursa de energie ecologica. Desi obtinerea de energie electrica din surse geotermale are, cu siguranta, impact asupra mediului, aceasta este in general mai blanda cu mediul inconjurator decat celelalte tehnologii de generare de electricitate, mai ales cea nucleara sau pe baza de combustibili fosili.

In plus, energia geotermala ramane un prieten al mediului la fel de bun ca alte surse de energie regenerabile. Aceasta ofera in acelasi timp fiabilitate si posibilitatea de utilizare pentru acoperirea golului din curba de sarcina, ceea ce nu se intampla in cazul celorlalte surse de energie regenerabile.

Odata cu dezvoltarea tehnologica, efectele energie geotermale asupra mediului pot fi reduse la aproape de tot.

Energia geotermala poate furniza energie regenerabila curata, sigura si din abundenta pentru toata lumea.

6. Bibliografie

[1] S. Caisin, A. Svet, N. Halam, Surse de energie regenerabila, Editura Bons Offices, 2014, Chisinau

[2] http://www.spatiulconstruit.ro/articol/energia-geotermala-ca-sursa-de-energie-regenerabila-object_id=18699

[3] http://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/3_1.pdf

[4] https://ro.wikipedia.org/wiki/Energie_geotermic%C4%83

[5] http://www.spatiulconstruit.ro/articol/modalitatile-de-extractie-a-energiei-geotermale-object_id=18726

[6] http://www.ianswer4u.com/2012/02/geothermal-energy-advantages-and.html#axzz46RyKkMV1

[7] http://energyinformative.org/geothermal-energy-pros-and-cons/

[8] http://www.conserve-energy-future.com/Advantages_GeothermalEnergy.php

[9] http://www.geo-energy.org/pdf/reports/AGuidetoGeothermalEnergyandtheEnvironment10.6.10.pdf

[10] https://www1.eere.energy.gov/geothermal/pdfs/egs_chapter_8.pdf[11] http://www.teara.govt.nz/en/geothermal-energy/page-5 [12] A. Holm, D. Jannejohn, L. Blodgett, Geothermal Energy and Greenhouse Gas

Emision, Noiembrie 2012