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O que é energia geotermica

O que é energia geotermica

Energia geotérmica é uma forma de conversão de energia na qual a energia térmica da Terra é capturada e aproveitada para cozinhar, tomar banho, aquecer o espaço, gerar energia elétrica e outros usos.

Calor do interior da Terra gera fenômenos de superfície, como fluxos de lava , gêiseres , fumarolas , fontes termais e vasos de lama. O calor é produzido principalmente pelo decaimento radioativo de potássio , tório e urânio na crosta e manto da Terra e também por fricção gerada ao longo das margens das placas continentais. O fluxo de calor de baixo grau anual subsequente para as médias de superfície entre 50 e 70 miliwatts (mW) por metro quadrado em todo o mundo. Em contraste, a radiação solar que chega à superfície da Terra fornece 342 watts por metro quadrado anualmente ( ver energia solar ). A energia térmica geotérmica pode ser recuperada e explorada para uso humano, e está disponível em qualquer lugar na superfície da Terra. A energia estimada que pode ser recuperada e utilizada na superfície é de 4,5 × 10 6 exajoules, ou cerca de 1,4 × 106 terawatts-anos, o que equivale a cerca de três vezes o consumo anual mundial de todos os tipos de energia.

A quantidade de energia utilizável de fontes geotérmicas varia com a profundidade e pelo método de extração. O aumento na temperatura de rochas e outros materiais na média subterrânea de 20-30 ° C (36 a 54 ° F) por quilômetro (0,6 milha) de profundidade em todo o mundo na parte superior da litosfera , e essa taxa de aumento é muito maior na maior parte Áreas geotérmicas conhecidas da Terra. Normalmente, a extração de calor requer um fluido (ou vapor ) para trazer a energia para a superfície. Localizar e desenvolver recursos geotérmicos pode ser um desafio. Isto é especialmente verdadeiro para os recursos de alta temperatura necessários para gerar eletricidade. Tais recursos são tipicamente limitados a partes do mundo caracterizadas por atividade vulcânica recente ou localizado ao longo dos limites da placa ou dentro dos pontos quentes da crosta . Embora exista uma fonte contínua de calor na Terra, a taxa de extração dos fluidos e vapor aquecidos pode exceder a taxa de reabastecimento e, assim, o uso do recurso deve ser gerenciado de forma sustentável.

 

Usos

O uso de energia geotérmica pode ser dividido em três categorias: aplicações de uso direto, bombas de calor geotérmicas (GHPs) e geração de energia elétrica.

Usos diretos

Provavelmente, o conjunto de aplicações mais amplamente utilizado envolve o uso direto da água aquecida do solo, sem a necessidade de qualquer equipamento especializado. Todas as aplicações de uso direto fazem uso de recursos geotérmicos de baixa temperatura, que variam entre cerca de 50 e 150 ° C (122 e 302 ° F). Essa água geotérmica a baixa temperatura e vapor foram utilizados para aquecer edifícios únicos, bem como distritos inteiros, onde numerosos edifícios são aquecidos a partir de uma fonte central de abastecimento. Além disso, muitas piscinas, instalações balneológicas (terapêuticas) em spas , estufas e lagos ao redor do mundo foram aquecidos com recursos geotérmicos. Outros usos diretos da energia geotérmica incluem cozimento, aplicações industriais (como a secagem de frutas , verduras e madeira), pasteurização de leite e derretimento de neve em larga escala . Para muitas dessas atividades, a água quente é frequentemente usada diretamente no sistema de aquecimento, ou pode ser usada em conjunto com um trocador de calor , que transfere calor quando há minerais e gases problemáticos, como o sulfeto de hidrogênio misturado ao fluido.

 

Bombas de calor geotérmicas

As bombas geotérmicas de calor (GHPs) aproveitam as condições de temperatura moderada relativamente estáveis ​​que ocorrem nos primeiros 300 metros (1.000 pés) da superfície para aquecer edifícios no inverno e resfriá-los no verão. Naquela parte da litosfera, rochas e lençol freático ocorrem a temperaturas entre 5 e 30 ° C (41 e 86 ° F). Em profundidades mais rasas, onde a maioria das GHPs é encontrada, como a 6 metros (cerca de 20 pés) da superfície da Terra, a temperatura do solo mantém uma temperatura quase constante de 10 a 16 ° C (50 a 60 ° F). Consequentemente, esse calor pode ser usado para ajudar a aquecer os edifícios durante os meses mais frios do ano, quando o ara temperatura cai abaixo do solo. Da mesma forma, durante os meses mais quentes do ano, o ar quente pode ser retirado de um prédio e circulado no subsolo, onde ele perde muito do seu calor e é devolvido.

Um sistema de GHP é composto de um trocador de calor (um loop de tubos enterrados no solo) e uma bomba. O trocador de calor transfere energia térmica entre o solo e o ar na superfície por meio de um fluido que circula pelos canos; o fluido usado é geralmente água ou uma combinação de água e anticongelante . Durante os meses mais quentes, o calor do ar quente é transferido para o permutador de calor e para o fluido. Conforme se move pelos canos, o calor é dispersado nas rochas, no solo e no lençol freático. A bomba é invertida durante os meses mais frios. A energia térmica armazenada no solo relativamente quente aumenta a temperatura do fluido. O fluido então transfere essa energia para a bomba de calor , que aquece o ar dentro do prédio.

Os GHPs têm várias vantagens em relação aos sistemas mais convencionais de aquecimento e ar condicionado. Eles são muito eficientes, usando 25 a 50% menos eletricidade do que os sistemas convencionais de aquecimento e resfriamento, e produzem menos poluição . A redução no uso de energia associada às GHPs pode se traduzir em uma redução de até 44% nas emissões de gases de efeito estufa em comparação com as bombas de calor de fonte de ar (que transferem calor entre o ar interno e o externo). Além disso, quando comparados com os sistemas de aquecimento por resistência elétrica (que convertem eletricidade ao calor) acoplados a sistemas de ar condicionado padrão , as GHPs podem produzir até 72% menos emissões de gases de efeito estufa.

 

Geração de energia elétrica

Dependendo da temperatura e do fluxo de fluido (vapor), a energia geotérmica pode ser usada para gerar eletricidade . Usinas geotérmicas podem produzir eletricidade de três maneiras. Apesar de suas diferenças no design, todos os três controlam o comportamento do vapor e o utilizam para acionar geradores elétricos . Dado que o excesso de vapor de água no final de cada processo é condensado e devolvido ao solo, onde é reaquecido para uso posterior, a energia geotérmica é considerada uma forma de energia renovável .

Algumas usinas de energia geotérmica simplesmente coletam o vapor ascendente do solo. Em tal “operações de vapor seco ”, o vapor de água aquecida é canalizado diretamente para uma turbina que aciona um gerador elétrico. Outras usinas, construídas em torno do vapor de vapor e projetos de ciclo binário , use uma mistura de vapor e água aquecida (“vapor úmido”) extraído do solo para iniciar o processo de geração elétrica.

Em usinas a vapor a vapor, a água pressurizada a alta temperatura é retirada da superfície para recipientes na superfície, chamados tanques de flash , onde a diminuição repentina da pressão faz com que a água líquida “pisque”, ou vaporize, no vapor. O vapor é então usado para alimentar o grupo turbina-gerador. Em contraste, usinas de energia de ciclo binário usam vapor acionado por um fluido de trabalho secundário (como amônia e hidrocarbonetos ) contido dentro de um circuito fechado de tubos para alimentar o conjunto turbina-gerador. Neste processo, a água aquecida geotermicamente é retirada através de um conjunto diferente de tubos, e grande parte da energia armazenada na água aquecida é transferida para o fluido de trabalho através de um permutador de calor. O fluido de trabalho então vaporiza. Depois que o vapor do fluido de trabalho passa pela turbina, ele é recondicionado e retornado ao trocador de calor.

A energia elétrica geralmente requer água aquecida acima de 175 ° C (347 ° F) para ser econômica. Em usinas geotérmicas usando o Ciclo de Rankine Orgânico (ORC), um tipo especial de tecnologia de ciclo binário que utiliza fontes de calor de baixa temperatura (como combustão de biomassa e calor residual industrial), temperaturas da água tão baixas quanto 85–90 ° C –194 ° F) pode ser usado.

 

Extração

A energia geotérmica é melhor encontrada em áreas com altos gradientes térmicos. Esses gradientes ocorrem em regiões afetadas por vulcanismo recente, em áreas localizadas ao longo dos limites das placas (como ao longo do Anel de Fogo do Pacífico ), ou em áreas marcadas por crosta fina (pontos quentes) como o Parque Nacional de Yellowstone e as ilhas havaianas . Os reservatórios geotérmicos associados a essas regiões devem ter uma fonte de calor, recarga de água adequada, um reservatório com permeabilidade adequada ou falhas que permitam que os fluidos subam próximo à superfície e um capricho impermeável para impedir o escape do calor. Além disso, tais reservatórios devem ser economicamente acessíveis.

O fluido aquecido de um recurso geotérmico é aproveitado pela perfuração de poços, às vezes com 9.100 metros de profundidade, e é extraído por bombeamento ou por fluxo artesiano natural (onde o peso da água o força para a superfície). A água e o vapor são então canalizados para a usina de energia para gerar eletricidade ou através de dutos isolados – que podem ser enterrados ou colocados na superfície – para uso em aplicações de aquecimento e resfriamento. Em geral, os oleodutos das usinas elétricas são limitados a aproximadamente 1,6 km (1 milha) de comprimento para minimizar a perda de calor no vapor. No entanto, pipelines de uso direto abrangendo várias dezenas de quilômetros foram instalados com uma perda de temperatura de menos de 2 a 5 ° C dependendo da taxa de fluxo. As instalações economicamente mais eficientes estão localizadas próximas ao recurso geotérmico para minimizar a despesa de construção de dutos longos. No caso da geração de energia elétrica, os custos podem ser mantidos fixando a instalação perto de linhas de transmissão elétrica para transmitir a eletricidade ao mercado.

 

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