valorificarea energetica a resurselor geotermale

8/10/2019 Valorificarea Energetica a Resurselor Geotermale

1/15

Valorificarea energetica a resurselor geotermale

Continutul cursului:

1. Aspecte generale privind energia geotermal. Tipuri de surse geotermale. Explorareazacamintelor de resurse geotermale. Utilizarea resurselor geotermale ;

2. Centrale electrice geotermale. rincipii de !aza ale pompelor de caldura. "nstala#iigeotermale cu pompe de cldur. "mpactul asupra mediului incon$urator a utilizariiresurselor geotermale. %urse geotermale in &omania.

Aplicatii :

1. 'ilantul energetic al unei instalatii de pompa de caldura cu a!sor!tie.

Aspecte generale privind energia geotermal

(ecesitatea asiguraii unei dezvoltari energetice dura!ile) concomitent cu prote$area mediuluiincon$urator a condus) in ultimii 1* + 1, ani) la intensificarea preocuparilor privind promovarea

resurselor regenera!ile de energie si a te-nologiilor industriale suport. olitica UE in acestdomeniu) exprimata prin Carta Al!a si irectiva Europeana 2**1/00/CE privind producerea deenergie din surse regenera!ile) prevede ca) pana in anul 2*1*) Uniunea Europeana largita sa isiasigure necesarul de energie in proportie de circa 12 prin valorificarea surselor regenera!ile."n acest context) in multe tari europene dezvoltate 3ranta) "talia) 4ermania) Austria5) posesoarede resurse geotermale similare cu cele ale &omaniei) preocuparile s6au concretizat prinvalorificarea pe plan local/regional) prin conceperea si realizarea unor te-nologii eficiente sidura!ile) care au condus la o exploatare profita!ila) atat in partea de exploatare a resurselorte-nologii de fora$ si de extractie din sondele geotermale5) cat si in instalatiile energetice desuprafata.

Potentialul energetic geotermal

3luxul termic73luxul termic mediu de cldur dinspre interiorul m8ntului7 ,9 :/n fluidele ce umplu porii acestora.Energia geotermala este energia termica continuta de materia anorganica din interiorulamantului su! forma de caldura sensi!ila si produsa in cea mai mare parte din descompunerea

lenta a su!stantelor radioactive naturale existente in toate tipurile de roca. Cldura provine dinenergia care se propag radial de la centru ctre exteriorul m8ntului i este furnizat continuu.Temperatura >nalt de la centrul m8ntului se explic prin originea m8ntului) prin existen#a

1


2/15

izotopilor radioactivi de uraniu U2?9) U2?,5) t-orium T-2?25 i potasiu FB*5 >n m8nt. rocesulde propagare se desfoar >n permanen# i se poate spune c energia geotermal este o surs deenergie inepuiza!il. Energia geotermal este una din alternativele care pot satisface nevoiaomului pentru energie) minimiz8nd impactul asupra mediului."n zona in care) din cauza temperaturii ridicate) rocile se gasesc in stare topita de magma5)caldura se transmite in cea mai mare parte prin convectie datorita miscarii masei topite si prin

conductie in proportie mai redusa. "n zonele cu temperaturi mai scazute) caracterizate prin faptulca materia se gaseste in stare solida) caldura se transmite numai prin conductie.Gradientul geotermalexprim creterea temperaturii cu ad8ncimea) valoarea medie fiind de2),6?GC/1** m) ceea ce corespunde unei temperaturi de 1** GC la ?*** m ad8ncime. Existnumeroase zone unde valoarea gradientului geotermal difer considera!il fa# de valoarea medie.%pre exemplu >n zonele unde platoul de roc a suferit pr!uiri rapide i !azinul este umplut cusedimente Hfoarte tinereI din punct de vedere geologic) gradientul geotermal poate fi mai mic de1GC/1** m. e de alt parte >n alte zone geotermale gradientul depete de c8teva ori media."n general) valoarea acestui gradient este de 2, *C/n zone cu un gradient geotermal normal sau aproape normali >n regiuni $oase) unde gradientul geotermal poate fi semnificativ mai ridicat dec8t media. Jn

primul caz sistemele vor fi caracterizate de temperaturi sczute) de o!icei a$ung8ndu6se p8n la1**GC pentru ad8ncimi optime din punct de vedere economic. Jn al doilea caz temperaturile se

pot situa >ntr6o pla$ larg) de la foarte sczute p8n la foarte >nalte) ating8nd B**GC.Un sistem geotermal poate fi descris ca un sistem >n care apa este folosit ca agent de transport)

prin intermediul cruia cldura este preluat de la sursa din su!sol i transmis la suprafa#a ctreun consumator.

Un sistem geotermal este compus din ? elemente principale7 o surs de cldur) un rezervor i unfluid. %ursa poate fi o intruziune de roc magmatic de temperatur foarte >nalt K =**GC5)situat la ad8ncimi relativ mici ,61* ncrcare de suprafa#) prin care apa din

precipita#ii poate >nlocui total sau par#ial fluidele ce se pierd din rezervor prin izvoare sau suntextrase prin sonde. 3luidul geotermal este apa) >n ma$oritatea cazurilor din precipita#ii) >n starelic-id sau vapori) func#ie de temperatur i presiune. Aceast ap transport de asemeneaelemente c-imice i gaze precum CD2) L2% etc.%istemele geotermice se clasifica in functie de temperatura si presiunea sistemului si de modul incare energia termica este transferata spre sol. %e identifica urmatoarele tipuri de sisteme

geotermice7

Tipuri de surse geotermale (Sisteme geotermale)

%e disting patru categorii de surse geotermale7

A) Surse hidrotermaleAceste surse se !azeaz pe circula#ia apelor meteorice de suprafa#5 care se infiltreaz >n scoar#am8ntului p8n la ad8ncimi cuprinse >n intervalul 1** m + B), n mod natural pe !aza diferen#ei dintre densitatea apei reci) respectiv a apeifier!in#i sau a vaporilor de ap.

2


3/15

Fig. 2 Seciune simpliicat printr!o surs "idrotermal

(Surs # $o%le& 1'').

D surs -idrotermal necesit trei elemente principale7 surs de cldur ; un rezervor de ap alimentat cu apa de suprafa# ; un strat de roci impermea!ile care s sus#in rezervorul de ap.

Jn mod uzual o surs -idrotermal este exploatat prin executarea unor fora$e p8n la rezervorulde ap i extragerea apei fier!in#i sau a vaporilor de ap. Apa din rezervor poate a$unge lasuprafa# i prin mi$loace naturale cum ar fi izvoarele calde fumarolele si g-eizerele5.in punct de vedere al nivelului termic se disting 7

%urse -idrotermale de >nalt temperatur temperaturi cuprinse >n intervalul 19* + ?,*C57 >nclzirea apei se datoreaz contactului cu roci fier!in#i.

%urse -idrotermale de $oas temperatur M 19* C57 >nclzirea apei se realizeaz princontactul cu roci fier!in#i) dar i datorit altor cauze cum ar fi fisiunea unor su!stan#eradioactive.

Jn func#ie de starea de agregare a apei din rezervorul -idrotermal se >nt8lnesc urmtoarelesitua#ii7

&ezervoare >n care apa se gsete predominant su! form lic-id; &ezervoare >n care apa se gsete predominant su! form de vapori.

%ursele -idrotermale sunt cvasi6regenera!ile. D exploatare nera#ional a acestora poate conducela diminuarea poten#ialului rezervoarelor su!terane de ap.

B) Surse sub presiune

Apa continuta in aceste rezervoare are salinitate scazuta si >n compozitia sa se gsete metandizolvat. Apa i metanul sunt #inute captive de straturi de roci impermea!ile >n rezervoareexistente la mari ad8ncimi ? + = n general >n intervalul N* + 2** C.%urs geotermal su! presiune se caracterizeaz prin trei forme de energie 7

Cldur ; Energie c-imic datorat gazului metan dizolvat >n ap ;

Energie -idraulic >ntr6o mai mic msur5 datorat presiunii existente >n rezervor.

?


4/15

%istemele geopresurizate pot fi exploatate atat termic) cat si -idraulic. Cele mai importante sursegeotermale su! presiune au fost descoperite >n partea nordic a 4olfului :exic.

C) Roci fierbini

Acest tip de surs const din straturi de roci fier!in#i existente >n scoar#a terestr. %pre deose!ire

de sursele -idotermale >n acest caz nu exist rezervoare su!terane de ap sau posi!ilit#i deinfiltrare a apelor de suprafa#.Exploatarea se realizeaz prin forare. "n zona rocilor fier!in#i) se pompeaza apa rece >n scopulconstiturii unui rezervor. Apa preia cldura de la roci i este adus ulterior la suprafa# printr6un

put de extractie.Tinand cont de aceste aspecte) aceasta resursa este practic nelimitat i este mai accesi!il dec8tresursele -idrotermale. n8 >n prezent se men#ioneaz preocupri >n acest sens in :area'ritanie i in %tatele Unite.

D) Magma

:agma reprezint cea mai mare resurs geotermal) fiind format din roci topite situate laad8ncimi mai mari de ? + 1* n general >n intervalul 0** +12** C. (u au fost realizate cercetari privind utilizarea acestei resurse) >n principal i datoritaccesului anevoios la ad8ncimile la care se gsete magma.

Eplorarea *acamintelor de resurse geotermale

entru a determina parametrii de exploatare ai resurselor geotermale) este necesar s se faccercetri. Cercetrile sunt de natur -idro6geologic) geofizic i geoc-imic. %tudiile geologicesi -idro6geologice au un rol important >n toate fazele cercetrii geotermale) p8n la amplasareao!iectivului i crearea sondelor. easemenea) ofer informa#iile suport pentru interpretareadatelor o!#inute de la alte metode de explorare i) >n final) pentru construc#ia unui model realistal sistemului geotermal i sta!ilirea poten#ialului resurselor.atele de explorare care sunt utilizate >n faza de produc#ie furnizeaz informa#ii valoroase desprerezervor i te-nologia de producere. Cercetrile geoc-imice inclusiv c-imia izotopilor5 suntmetode utile pentru a sta!ili dac sistemul geotermal este preponderent format din ap sauvapori) pentru a sta!ili care este temperatura minim) precum i omogenitatea apei furnizate.Cercetrile geofizice au drept scop o!#inerea indirect de informa#ii) de la suprafa# sau de laanumite adncimi sta!ilite) privind parametrii fizici ai forma#iunilor geologice ale su!solului.Activitatea seismic) gravita#ia i magnetismul pot oferi informa#ii pre#ioase despre forma)mrimea) ad8ncimea i alte caracteristici importante ale structurilor geologice ale su!solului."nforma#ii despre existen#a fuidelor geotermale >n structurile geologice se pot o!#ine pe caleelectric sau electromagnetic. Toate te-nicile geofizice sunt costisitoare) dar pot fi utilizate >nma$oritatea condi#iilor sau situa#iilor) oferind rezultate excelente >n ceea ce privete structurageologic.D!iectivele explorrii geotermale sunt7

"dentificarea fenomenelor geotermale ; Asigurarea c exist o zon de producere geotermal util ; Estimarea mrimii resursei ; eterminarea c8mpului geotermal ; Oocalizarea zonelor productive ; eterminarea con#inutului de cldur al fluidelor descrcate de izvoare >n c8mpurile

geotermale ;

B


5/15

%ta!ilirea unor date de !az prin care s se poat realiza ulterior monitorizarea ; eterminarea valorilor de pre6exploatare ale unor parametri sensi!ili ; Colectarea de cunotin#e despre orice aspect care poate crea pro!leme >n timpul

dexploatrii resursei.

Forarea

up diverse activit#i de cercetare a zonei) urmtorul pas >n dezvoltarea proiectului geotermal >lreprezint forarea. u#urile geotermale) indiferent dac sunt de explorare sau produc#ie) suntrealizate utiliz8nd te-nologii de forare rotativ) adoptate masiv din industria petrolier. Acesteaau fost modificate pentru a lucra la temperaturi >nalte i >n forma#iuni de roc specifice.Ad8ncimea pu#urilor geotermale >n c8mpurile actuale de produc#ie este >ntre ,** i , *** m) cu omedie a ad8ncimii de 1 ,** m.Costurile specifice de forare P/m5 cresc cu ad8ncimea. Costurile specifice pentru acces)amplasarea pu#urilor i ec-ipamentul folosit sunt constante) deci se poate face o evaluaregeneral a costului pu#ului. Costurile sunt >n general anticipate pentru fiecare proiect i c-iardac variaz cu ?* + ,* ) media este de *)N 61)1 milioane P pentru realizarea unui pu#.Calculele pentru costul energiei produse #in cont de un pre# de 1)1 + 1)? milioane P) incluz8nd

pre#ul forrii i al explorrii. Aceste costuri includ i c-eltuieli cu pregtirea terenului deamplasare a pu#ului i cu crearea de drumuri de acces.

+tili*area resurselor geotermale

Utilizarea energiei geotermale depinde de parametrii termici ai resursei. %pre exemplu resurselecu fluide geotermale ce depesc 1,*GC pot fi utilizate la producerea de energie electric) fiind

pe deplin $ustificate te-nic i economic pragul minim actual pentru producerea de energieelectric este de N0GC5. %u! aceast temperatur) energia geotermal este utilizat >n te-nologiide prelucrare direct) ma$oritatea construite ca sisteme >n cascad vezi figura ?5.

Fig. ,# Sistem cascad ce utili*ea* energia geotermal(Sursa# Geo-eat Centre! "lamath Falls! #SA)$

Cu toate c energia geotermal este prezent pe toat suprafa#a scoar#ei terestre) utilizarea ei esteposi!il doar >n anumite condi#ii7

,


6/15

in considerente economice) sursa geotermal tre!uie s fie accesi!il prin fora$e laad8ncimi care s nu depeasc >n general ? n condi#ii favora!ile aceastad8ncime poate crete p8n la = + 0 n condi#ii economice avanta$oase.

istan#a p8n la care poate fi transportat cldura prin intermediul unui agent termic

ex. apa5 este limitat la valori de ordinul n apropierea sursei geotermale.

Jn Ta!elul 1 sunt prezentate posi!ilit#ile de utilizare ale surselor geotermale) >n func#ie depoten#ialul lor termic.

Ta-elul 1 Posi-iliti de utili*are a surselor geotermale

Tip sursTipul de luidaerent sursei

geotermale

omeniu deutili*are

Te"nologie

e >nalt temperatur

K 22* C5 Ap sau a!ur

roducere energieelectric

Ciclu cu a!ur Ciclu !inar

Utilizare direct

Utilizare direct a agentuluitermic %c-im!toare de cldur ompe de cldur

e medie temperatur

1** 6 22* C5 Ap

roducere energieelectric

Ciclu cu a!ur Ciclu !inar

Utilizare direct

Utilizare direct a agentuluitermic

%c-im!toare de cldur ompe de cldur

e $oas temperatur

,* 6 1** C5Ap Utilizare direct

Utilizare direct a agentuluitermic

%c-im!toare de cldur ompe de cldur

e ansam!lu) energia geotermal prezint o serie de avanta$e certe 7 Este o surs local de energie primar care poate reduce importul unor com!usti!ili

fosili scumpi gaz natural) petrol5 ; Are un impact pozitiv asupra mediului >ncon$urtor prin >nlocuirea unor com!usti!ili

fosili puternic poluan#i cr!unele5 ; %pre deose!ire de alte forme de energie regenera!il solar) eolian5 poate fi

exploatat >n mod continuu) indiferent de condi#iile atmosferice ;

&eprezint o surs de energie primar sigur care nu necesit instala#ii de stocare.

/entrale electrice geotermale

roducerea energiei electrice av8nd la !az energia geotermal reprezint o op#iune deose!it deinteresant pentru #rile care posed un poten#ial important din aceast resurs de energie

primar. %e men#ioneaz >n acest sens urmtoarele avanta$e 7 %cade consumul de com!usti!ili fosili necesar acoperirii cererii de energie electric ; %cade impactul produs asupra mediului prin arderea com!usti!ililor fosili.

up cum s6a precizat mai sus) principalul dezavanta$ const din faptul c o central electric deacest tip tre!uie amplasat >n imediata vecintate a sursei geotermale.Jn general) te-nologiile de producere a energiei electrice sunt7

=


7/15

Centrale geotermale pe !az de Ha!ur uscatI7 3olosesc a!ur la temperatur ridicatK2?, oC5 i doar o mic cantitate de ap din rezervorul geotermal. A!urul este adus de larezervor printr6o conduct direct >n tur!in) pentru a antrena un generator ce produceenergie electric.

Centrale geotermale cu Qa!ur saturat umedI7 este varianta uzual pentru centrale de ,: p8n la 1** : capacitate instalat. Aceste centrale folosesc ap fier!inte

K192 oC5 din rezervorul geotermal. Apa este pompat >n expandor la presiunea furnizatde rezervorul su!teran. Aici are loc o scdere !rusc de presiune) ceea ce determin ca oparte din ap s vaporizeze) a!urul format antren8nd tur!ina.

Centrale cu ciclu !inar7 Jn sistemele !inare) fluidele geotermale fier!in#i sunt ve-iculateprintr6una din pr#ile unui sc-im!tor de cldur) pentru a >nclzi un fluid de lucru.3luidul de lucru) cu un punct de fier!ere sczut) vaporizeaz i str!ate o tur!in pentru agenera energie electric. Un exemplu este ciclul Falina >n care ca agent de lucru estefolosit o solu#ie apoas pe !az de amoniac. Autorii acestuia sus#in c ciclul mreteeficien#a unei centrale geotermale cu 2* + B* i reduce costurile de construc#ie alecentralei cu 2* + ?* ) >n plus scz8nd costul generrii puterii geotermale. Capacitateainstalat uzual la aceast categorie este >n gama ,** ntre celedou precizate mai sus) care permite atingerea unei eficien#e ridicate a centralei.

%$ Central& electric& geotermal& cu abur uscat

&eprezint cea mai vec-e variant de central electric geotermal. %olu#ia poate fi utilizat >ncondi#iile existen#ei unei surse geotermale care produce a!ur uscat sau cu un con#inut redus deumiditate.Jn figura B este prezentat sc-ema pentru acest tip de central. A!urul care alimenteaz tur!ina

provine direct din sursa geotermal. up cum s6a precizat mai sus) a!urul nu tre!uie s con#in

umiditate deoarece sc-ema nu prevede instala#ii de separare a picturilor de ap. updestinderea >n tur!in) a!urul condenseaz) iar condensul este rein$ectat >n rezervorul geotermal.

Fig. 0 Sc"ema unei centrale electrice geotermale cu a-ur uscat.

rima central de acest tip a fost pus >n func#iune la Oarderello) >n "talia) >n anul 1N*B.Totui) sursele geotermale care s ofere direct a!ur uscat sunt foarte rare. Jn prezent) cea maimare central existent se gsete la 4eRsers %UA5) av8nd o putere de aproximativ 11?* : icuprinz8nd grupuri cu puteri unitare de ,, i 11* :.

'$ Central& electric& geotermal& utili(and apa fierbinte

0


8/15

Centrala electric geotermal cu a!ur umed reprezint solu#ia cea mai des >nt8lnit vezi 3igura,5.

Fig. Sc"ema unei centrale electrice geotermale cu a-ur umed.

rincipiul const din prelevarea de ap fier!inte su! presiune dintr6o surs -idrotermal iintroducerea acesteia >ntr6un expandor. A!urul format se destinde >ntr6o tur!in produc8nd lucrumecanic i apoi condens8nd. Condensul astfel format se amestec cu faza lic-id rezultat de laexpandor i este rein$ectat >n rezervorul geotermal sau este trimis ctre un consummator termic.uterea unitar pentru o astfel de unitate energetic se situeaz >n intervalul , + 1** :.Jn func#ie de nivelul termic al sursei -idrotermale este posi!il realizarea unei sc-eme cu dounivele de presiune) >n care produc#ia de a!ur se realizeaz >n dou expandoare >nseriate. Apaevacuat din expandorul de >nalt presiune este introdus >n expandorul de $oas presiune)

produc8nd o cantitate de a!ur ce este in$ectat >n tur!in.Un alt exemplu) prezentat in figura =) este constituit de prima centrala geotermala construita in4ermania la (eustadt care produce energie electrica utilizand o resursa geotermala cu cel mairedus nivel termic N9 *C5.

Fig. Sc"ema centralei electrice geotermale de la 3eustadt (Germania).

%pre deose!ire de sc-ema anterioara) in cazul centralei de la (eustadt condensatul rezultat incondensator este preincalzit inainte de a intra in expandor. "n felul acesta) apa fier!inte extrasadin rezervorul geotermal este trecuta prin doua sc-im!atoare de caldura) unul de amestec si unulde suprafata) inainte de a fi rein$ectata in rezervor.

9


9/15

$ Central& electric& geotermal& cu ciclu binar

D mare parte a rezervoarelor geotermale se caracterizeaz prin temperaturi relative co!orate) su!

nivelul de 19*C. Jn acest caz pentru conversia energiei geotermale >n energie electric solu#iaoptim este utilizarea ciclurilor !inare vezi 3igura 05.

Apa provenit din sursa geotermal cedeaz cldura prin intermediul unui sc-im!tor decldur5 ctre un alt fluid ex. pentan) !utan5 care evolueaz >n ciclul motor al centralei. Acestfluid se caracterizeaz printr6o temperatur de fier!ere sensi!il mai co!or8t dec8t cea a apei. Jnacest mod poate fi utilizat un poten#ial termic geotermal relativ sczut.

Fig. 4 /entral electric geotermal cu ciclu -inar.

e*voltarea centralelor electrice geotermale

up cum s6a precizat mai sus) centralele electrice geotermale tre!uiesc amplasate >n imediataapropiere a surselor de cldur. Va rezulta o rsp8ndire neuniform a acestei categorii de centralelectric) >n func#ie de poten#ialul geotermal al fiecrei regiuni geografice. Jn Ta!elul 2 sunt

prezentate principalele #ri productoare de energie electric pe !az de energie geotermal.rima central geotermal din lume a fost pus >n func#iune >n 1N*B la Oardarello) "talia) av8nd la

!az un ciclu cu a!ur uscat. A doua central a intrat >n exploatare >n anii S,* la ain anii S=* de 4eRsers %UA5.Centralele electrice geotermale cu a!ur uscat reprezint filiera cea mai rsp8ndit la ora actual.Totui) se remarc i o preocupare >nspre dezvoltarea unor unit#i de mic putere !azate pe

cicluri !inare.Centralele electrice geotermale reprezint una din solu#iile cele mai avanta$oase pentrualimentarea unor consumatori izola#i. %e elimin astfel necesitatea unor linii lungi de transport aenergiei electrice care genereaz costuri investi#ionale i de mentenan# importante. Te-nologiileutilizate nu sunt sofisticate) !az8ndu6se pe ec-ipamente mature din punct de vedere comercial)iar sursa de energie geotermal este practic inepuiza!il. &ezult o disponi!ilitate de timpdeose!it de ridicat >n raport cu alte categorii de centrale electrice. Centralele electricegeotermale sunt utilizate cu precdere pentru acoperirea !azei cur!ei de sarcin a unui sistemelectroenergetic.

Ta-elul 2 /apaciti instalate 5n centralele electrice geotermale

(Surs: International Geothermal Association)6ar Putere instalat (78e)

N


10/15

C-ina 2N.10Costa &ica 1B2.,El %alvador 1=1

"slanda 10*"ndonezia ,9N.,

"talia 09,@aponia ,B=.N

:exic 0,,(oua ealand B?03ilipine 1N*N

%tatele Unite ale Americii 2229

+tili*area direct a energiei geotermale

Jn afara produc#iei de energie electric) energia geotermal are o gam larg de utilizaredirect 7

'alneologie Agricultur 7 sere) >nclzire terenuri de cultur

"ndustrie 7 >nclzire i uscare produse Acoperirea cererii de cldur a consumatorilor reziden#iali

%e men#ioneaz c >n peste ?, de #ri exist o capacitate instalat de utilizare direct a energieigeotermale de peste 12 *** :t.Utilizarea energiei geotermale presupune o serie de investi#ii relativ ridicate) >ndeose!i >n ceea ce

privesc opera#iunile de fora$. D utilizare eficient a energiei geotermale este cea >n cascad7 Termoficare la o temperatur de N* 6 =* GC; Alimentare sere sau procese industriale la o temperatur de aproximativ =* GC; reparare ap cald mena$er pentru temperature su! =* GC.

Principii de -a*a ale p ompele de cldur

ompa de cldur geotermal este o te-nologie de energie regenera!il foarte eficient) care estefolosit at8t pentru cldiri de locuit c8t i pentru cele comerciale. ompele de cldur geotermalesunt folosite pentru >nclzirea sau rcirea spa#iului) precum i pentru >nclzirea apei. %istemulcon#ine trei componente principale7

%istemul de conectare de suprafa#;

%istemul de pompare de cldur geotermal;

%istemul de distri!u#ie a cldurii.ompele de cldur geotermale se pot folosi >n zone fr ape freatice sau cu apari#ii

>nt8mpltoare i negli$a!ile ale acestora. Ad8ncimile de sond tipice sunt cuprinse >ntre 1** i2** m. C8nd este necesar o capacitate termic mare) forarea se realizeaz >nclinat) pentru ao!#ine un volum mai mare de roc exploatat. Acest tip de pomp de cldur este de o!iceiconectat prin intermediul unor conducte de plastic) care extrag cldura din roc. Unele sistemedestinate cldirilor comerciale utilizeaz roc pentru acumularea cldurii i frigului. atoritcostului relativ ridicat al forrii) aceast solu#ie este rareori atractiv din punct de vedereeconomic pentru uz casnic.D pomp de cldur func#ioneaz ca un rcitor) unde fluidul de lucru este ve-iculat >ntr6uncircuit >nc-is. 3luidul de lucru preia cldura din interiorul rcitorului i o elimin >n mediul>ncon$urtor. Jn pomp fluidul de lucru extrage cldura de la surs prin evaporare i o cedeazulterior prin condensare. 3unc#ionarea pompei implic o surs de energie extern) un compresor

antrenat de un motor electric) dar se pot folosi i alte metode precum a!sor!#ia c-imic)compresia gazului etc.

1*


11/15

&aportul >ntre energia furnizat i cea consumat pentru func#ionare) este o msur de !az aeficien#ei pompei de cldur) care este un parametru foarte important >n economicitatea pompei.Acest raport este cunoscut drept Hcoeficient de performan#I CD. Acest indicator este foarteatractiv pentru surse de cldur cu temperaturi >ntre 2* i B* GC. %pre exemplu dac resursageotermal are ?* GC i este rcit la 2* GC) iar apa pentru >nclzirea spa#iului are ,, GC) atunciCD poate fi >n $ur de B.

Aceasta >nseamn c energia o!#inut pentru >nclzirea spa#iului este de B ori mai mare ca ceaconsumat pentru antrenarea compresorului. Oimitrile tipice de performan# ale pompelor decldur geotermale sunt7

temperatura sursei geotermale >n gama 19 GC + =, GC;

de!itul de ap geotermal >ntre ,* i ?** m?/-;

temperatura apei de >nclzire de la ,* GC la N* GC;

capacitatea de >nclzire de la *., la ?* :.

Teoria termodinamic de -a* a ciclurilor pompelor de cldur

Cldura livrat de o pomp de cldur este suma dintre cldura extras de la sursa de cldurcare este furnizat >n sistem i energia necesar conducerii sistemului. Ecua#ia !ilan#uluienergetic a pompei de cldur este7

QS W QHunde QSeste cldura extras de la sursa exterioar) Weste energia motrice necesar procesului) iQH este cldura utiliza!il din sistem. :a$oritatea pompelor de cldur aflate >n prezent >nfunc#iune se !azeaz fie pe o compresie de vapori de ex. energia motrice W este energiamecanic necesar antrenrii compesorului5) sau pe un ciclu de a!sor!#ie energia motrice Westeenergia termic necesar procesului de fier!ere a solu#iei !ogate5.Aceste dou cicluri de exploatare sunt discutate >n urmtoarele sec#iuni. Teoretic) procesul ce

caracterizeaz func#ionarea unei pompe de cldur poate fi realizat prin diverse cicluri i procesetermodinamice) inclusiv ciclurile %tirling i Vuilleumier) cicluri cu o singur faz ex. cu aer)CD2 sau gaze no!ile5) sisteme cu e$ec#ie a a!urului) sisteme -i!ride mai ales cele ce com!incompresia vaporilor i ciclurile de a!sor!#ie5) procese electromagnetice i acustice. Unele dintreacestea au ptruns pe pia# i au atins maturitatea te-nic) put8nd deveni semnificative caaplica#ii practice viitoare.

*ompe de c&ldur& cu compresie mecanic& de +apori

:area ma$oritate a pompelor de cldur func#ioneaz pe principiul ciclului Carnot de compresiea vaporilor. Componentele principale ale unui asemenea sistem sunt7 compresor) ventilul de

laminare vana de expansiune5 i dou sc-im!toare de cldur + vaporizator i condensator.Componentele sunt conectate >ntre ele i formeaz un circuit >nc-is) dup cum este ilustrat >nfigura 9. Un lic-id volatil) fluidul de lucru sau agentul frigorific circul prin cele patrucomponente.

11


12/15

Fig. /iclu 5nc"is& pomp de cldur cu compresie mecanic de vapori 9i motor electric.

Jn vaporizator) temperatura fluidului de lucru lic-id este pstrat la o valoare mai mic dec8t

temperatura sursei de cldur) determin8nd transferul cldurii de la surs ctre lic-id) iar fluidulde lucru se evapor. Vaporii produi >n vaporizator sunt comprima#i >n compresor) la nivele depresiune i temperatur mai ridicate. Vaporii supra>nclzi#i intr apoi >n condensator) undecondenseaz i dega$ cldura util. Jn final) fluidul de lucru de presiune >nalt se destinde >nventilul de laminare p8n la presiunea i temperatura vaporizatorului. 3luidul de lucru estereadus astfel la stadiul ini#ial i se reia ciclul de la nivelul vaporizatorului.Compresorul este antrenat de un motor electric sau) uneori de un motor cu ardere intern. Astfel

putem >nt8lni urmtoarele situa#ii7 un motor electric antreneaz compresorul vezi figura 95 cu pierderi foarte sczute de

energie. Eficien#a energetic general a pompei de cldur depinde puternic de eficien#acu care este produs energia electric i de randamantul mecanic al compresorului;

compresorul este antrenat de un motor diesel sau cu gaz vezi figura N5) cldura con#inut>n apa de rcire i gazele evacuate fiind utilizat suplimentar pentru condensator.

Fig. ' /iclu 5nc"is& pomp de cldur cu compresia a-urului 9i motor diesel sau cu ga*.

12


13/15

*ompe de c&ldur& cu absorbie

ompele de cldur cu a!sor!#ie consum de aceast dat energie termic din exterior) procesulde compresie mecanic a vaporilor fiind >nlocuit de un proces de a!sor!#ie) iar fluidul de lucrueste de aceast dat un amestec !inar. ompele de cldur cu a!sor!#ie pentru condi#ionareaspa#iului sunt de o!icei alimentate cu gaz) >n timp ce instala#iile industriale sunt puse >n func#iune

de a!ur de >nalt presiune sau cldur rezidual. %istemele de a!sor!#ie folosesc capacitatealic-idelor sau srurilor de a a!sor!i vaporii din fluidul de lucru agentul frigorific5. Cele maiutilizate amestecuri !inare pentru sistemele de a!sor!#ie sunt7

ap fluid de lucru5 i !romur de litiu a!sor!ant5 vezi figura 1*5; amoniac fluid de lucru5 i ap a!sor!ant5.

Jn sistemele cu a!sor!#ie) compresia lic-idului de lucru este realizat pe cale termic >ntr6uncircuit separat) alctuit din a!sor!itor) o pomp ce asigur circula#ia solu#iei) un generator devapori i un ventil de laminare 3igura 1*5.Agentul de lucru) apa) este pulverizata in vaporizator peste fascicolul de tevi prin care circula apafier!inte provenita de la sursa geotermala. atorita vidului inaintat) 1*61, mm Lg) din corpulvaporizatorului) agentul de lucru se vaporizeaza preluand caldura de la resursa geotermala.

Vaporii produsi sunt a!sor!iti) in a!sor!itor) de solutia 'r6Oi care se dilueaza. "n urma acestuiproces) caldura de a!sor!tie este preluata de catre agentul secundar care se preincalzeste in primatreapta. %olutia diluata este trimisa de catre o pompa imersata) in sistemul fier!ator) unde seconcentreaza prin fier!ere cu a$utorul caldurii preluate de la a!urul de $oasa presiune 1), + 2

!ar5. Vaporii de apa produsi sunt trimisi la condensator) unde cedeaza caldura latenta decondensare agentului secundar) care se incalzeste in treapta a ""6a pana la temperatura necesaraconsumatorului de caldura. %olutia de 'r6Oi concentrata este readusa in a!sor!itor prin cadereli!era) reluandu6se procesul de a!sor!tie.Agentul de lucru condensat este trimis la randul sau spre vaporizator prin intermediulunui ventilde laminare care ii reduce presiunea pana la nivelul din vaporizator.

Fig. 1: Sc"ema termica de principiu a pompei de cldur cu a-sor-ie.

1?

3ier!ator

%olutie 'r6Oi

A!ur1), + 2 !ar

Condensator

Apa

A!sor!itor Vaporizator

c

tc)e

Apa

c

tc)i

%c-im!ator

de caldura

r

tr)e

tr)i

VO

%olutie 'r6Oi


14/15

;mpactul asupra mediului

Energia geotermal reprezint o surs sigur i curat de energie.Emisii ga*oase7 se constat o emisie de CD2 i L2%) dar >n cantitti mult mai mici dec8t cele>nt8lnite >n cazul centralelor electrice pe com!usti!ili fosili aprox. , 5.Emisii lic"ide7 Jn apele geotermale pot fi dizolvate o serie de su!stan#e sruri) arsenic) mercur5

care dac ar putea cauza poluarea mediului >ncon$urtor. Aceast pro!lem este eliminat >nmomentul >n care apa este rein$ectat >n rezervorul geot-ermal.

Surse geotermale in


15/15

modificarea indicelui pL pentru a seo!tine ape neutre prin adaugare de LCl5; introducerea de su!stantein-i!itoare pentru a reduce depunerile polifosfat de sodiu5; tratarea cuultrasunete; tratarea cu flux magnetic.

"n cazul trecerii apei printr6un flux magnetic 0** + 1*** A/m5) se constata modificareasistemului de cristalizare) impiedicandu6se formarea crustelor de piatra.

Efectul magnetizarii se mentine timp de ?+B ore si din aceasta cauza este necesara dimensionarearetelelor termice astfel incat apa ve-iculata sa reintalneasca dispozitivul de magnetizare dupaacest interval. "n prezent) in &omania s6au produs dispozitive de magnetizare a apei cu magneti

permanenti.

1,

valorificarea energetica a resurselor geotermale

Documents