ENergie Geotermala PTUE

7/30/2019 ENergie Geotermala PTUE

http://slidepdf.com/reader/full/energie-geotermala-ptue 1/16

Facultatea de Antreprenoriat Ingineria si Managementul Afacerilor

ENERGIAGEOTERMALA

PROIECT REALIZAT DE:

-Spataru Simina-Radu Teodora

1



Cuvântul geotermala vine din greacă cuvintele geo (pământ) şi term (energie termică) .Deci ea face parte din categoria Energiei Regenerabile, este caldură din interiorul pamântului. Ne putem folosi de abur şi apa caldă produsă în interiorul pământului. Estenepoluantă, regenerabilă şi poate fi folosită în scopuri diverse: încălzirea locuinţelor ,industrial şi pentru producerea de electricitate în care necesită investiţii pentru a construi

o centrală geotermală care ar pune punct dependenţei o 100% de resurse energetice .

Energia geotermală are un potenţial mare pentru producerea de electricitate. Aproape8000 MW sunt produşi de-a lungul lumii. Tenhologia de azi utilizeaza resurselehidrotermale, dar, in viitor, poate vom putea folosi caldura continuta in adancul scoarteiterestre in roci uscate, sau chiar cea din magma.

ASPECTE TEORETICE

Generalitati

Criza energetica mondiala a determinat cautarea unor noi surse de energie. In acest

context, energia geotermala constituie un potential energetic a carui valoare este, in prezent, in atentia cercetatorilor din domeniu.Prin utilizarea directa se intelege utilizarea energiei termice a fluidului geotermal prin

transfer de caldura direct unui utilizator sau prin intermediul altui fluid.Domeniile de utilizare directa sunt:

-incalzirea incaperilor si prepararea apei calde menajere; -utilizari industriale (sere, acvacultura, piscicultura); -balneologie; -utilizari industriale (uscarea cherestelei, a inului, pasteurizarea laptelui etc.

Competitivitatea energiei geotermale creste pe masura ce resursele clasice se epuizeazasi pretul petrolului se mareste. Aceasta cu atat mai mult cu cat in afara investitiei, care areo pondere importanta, cheltuielile de intretinere si de exploatare a resurselor geotermalesunt relativ reduse.

Un exemplu elocvent de tara in care energia geotermala este larg raspandita esteIslanda: din cauza lipsei carbunelui, a gazelor si a petrolului, aproximativ 30% dinnecesitatile energetice sunt acoperite de surse geotermale. Mai mult, in Islanda energiageotermala este folosita pentru culturile de sere, pentru cresterea algelor si a pestilor, precum si pentru spalatul lanii, uscatul fanului etc.

Rezervele geotermale exploatabile din SUA pot acoperi necesitatile energetice actuale pe o perioada de 150 ani. In SUA se urmareste valorificarea globala a sursei si in acest

sens pompa termica constituie o solutie complementara cu ajutorul careia se extindeconsiderabil domeniul de utilizare, intrucat devin utilizabile in incalzire forajelegeotermale mai putin adanci, deci mai ieftine.

2



Consideraţii privind energia geotermală

Energia geotermală reprezintă diverse categorii particulare de energie termică, pe care leconţine scoarţa terestră. Cu cât se coboară mai adânc în interiorul scoarţei terestre,temperatura creşte şi teoretic energia geotermală poate să fie utilizată tot mai eficient,

singura problemă fiind reprezentată de adâncimea la care este disponibilă această energie.În imaginea din figura 3.1 sunt prezentate principalele zone din care este alcătuitinteriorulPământului.

Fig 3.1

Toate zonele prezentate, sunt divizate la rândul lor în mai multe subzone. Cele patru zone principale sunt în ordine, dinspre suprafaţa Pământului spre centrul acestuia, cudimensiunileaproximative:- Scoarţa 0… 100 km;- Mantaua 100… 3000 km;- Nucleul extern 3000… 5000 km;

Evident, temperatura Pământului creşte dinspre suprafaţă spre centru, unde atinge ovaloare decca. 6000°C, care însă nu a fost încă precis determinată de oamenii de ştiinţă. In figura3.2 prezintă o imagine sugestivă a temperaturii principalelor zone din interiorului

Pământului.

3



Fig 3.2

Energia geotermală este utilizată la scară comercială, începând din jurul anilor 1920, când

aînceput să fie utilizată în special căldura apelor geotermale, sau cea provenită dingheizere, pentruîncălzirea locuinţelor, sau a unor spaţii comerciale.

Producerea energiei electrice avand la baza energia geotermala reprezinta o optiunedeosebit de interesanta pentru tarile care poseda un potential important din aceastaresursa de energie primara. Se mentioneaza in acest sens urmatoarele avantaje :

• Scade consumul de combustibili fosili necesar acoperirii cererii de energieelectrica ;

• Scade impactul produs asupra mediului prin arderea combustibililor fosili.

Dupa cum s-a precizat mai sus, principalul dezavantaj consta din faptul ca o centralaelectrica de acest tip trebuie amplasata in imediata vecinatate a sursei geotermale.

4



Fig. 3.4. Părţile componente ale unei centrale electrice geotermale1 – foraj pt. injecţia apei şi pompe de injecţie; 2 – zona de joncţiune între foraje;3 – foraje de producţie; 4 – schimbător de căldură;5 – turbinele şi generatoarele electrice; 6 – sistem de răcire;7 – stocare energie de potenţial termic ridicat în sol; 8 – sistem de monitorizare seismică;9 –

consumatori electrici

www.renewables-made-in-germany.com

In general, tehnologiile de producere a energiei electrice sunt:

• Centrale geotermale pe baza de „abur uscat”: Folosesc abur la temperaturaridicata (>235 oC) si doar o mica cantitate de apa din rezervorul geotermal.Aburul este adus de la rezervor printr-o conducta direct in turbina, pentru aantrena un generator ce produce energie electrica.

• Centrale geotermale cu “abur saturat umed”: este varianta uzuala pentrucentrale de 5 MW pana la 100 MW capacitate instalata. Aceste centrale folosescapa fierbinte (>182 oC) din rezervorul geotermal. Apa este pompata inexpandor la presiunea furnizata de rezervorul subteran. Aici are loc o scadere brusca de presiune, ceea ce determina ca o parte din apa sa vaporizeze, aburulformat antrenand turbina.

5

http://www.renewables-made-in-germany.com/




• Centrale cu ciclu binar: In sistemele binare, fluidele geotermale fierbinti suntvehiculate printr-una din partile unui schimbator de caldura, pentru a incalzi unfluid de lucru. Fluidul de lucru, cu un punct de fierbere scazut, vaporizeaza sistrabate o turbina pentru a genera energie electrica. Un exemplu este ciclul Kalinain care ca agent de lucru este folosita o solutie apoasa pe baza de amoniac. Autorii

acestuia sustin ca ciclul mareste eficienta unei centrale geotermale cu 20 – 40 % sireduce costurile de constructie ale centralei cu 20 – 30 %, in plus scazand costulgenerarii puterii geotermale. Capacitatea instalata uzuala la aceasta categorie estein gama 500 kWe - 10 MWe.

• Ciclul combinat (ciclu cu abur si ciclu binar): Acesta consta dintr-o combinatieintre cele doua precizate mai sus, care permite atingerea unei eficiente ridicate acentralei.

1. Centrala electrica geotermala cu abur uscat

Reprezinta cea mai veche varianta de centrala electrica geotermala. Solutia poate fiutilizata in conditiile existentei unei surse geotermale care produce abur uscat sau cu uncontinut redus de umiditate.

In figura 4 este prezentata schema pentru acest tip de centrala. Aburul care alimenteazaturbina provine direct din sursa geotermala. Dupa cum s-a precizat mai sus, aburul nutrebuie sa contina umiditate deoarece schema nu prevede instalatii de separare a picaturilor de apa. Dupa destinderea in turbina, aburul condenseaza, iar condensul estereinjectat in rezervorul geotermal.

6



2. Centrala electrica geotermala utilizand apa fierbinte

Centrala electrica geotermala cu abur umed reprezinta solutia cea mai des intalnita (veziFigura 5).

Fig 5

Principiul consta din prelevarea de apa fierbinte sub presiune dintr-o sursa hidrotermala siintroducerea acesteia intr-un expandor. Aburul format se destinde intr-o turbina producand lucru mecanic si apoi condensand. Condensul astfel format se amesteca cufaza lichida rezultata de la expandor si este reinjectat in rezervorul geotermal sau estetrimis catre un consummator termic. Puterea unitara pentru o astfel de unitate energeticase situeaza in intervalul 5 – 100 MW.

In functie de nivelul termic al sursei hidrotermale este posibila realizarea unei scheme cudoua nivele de presiune, in care productia de abur se realizeaza in doua expandoareinseriate. Apa evacuata din expandorul de inalta presiune este introdusa in expandorul de joasa presiune, producand o cantitate de abur ce este injectata in turbina.

Un alt exemplu, prezentat in figura 6, este constituit de prima centrala geotermalaconstruita in Germania la Neustadt care produce energie electrica utilizand o resursageotermala cu cel mai redus nivel termic (98 0C).

7



Fig. 6 Schema centralei electrice geotermale de la Neustadt (Germania).

Spre deosebire de schema anterioara, in cazul centralei de la Neustadt condensatulrezultat in condensator este preincalzit inainte de a intra in expandor. In felul acesta, apafierbinte extrasa din rezervorul geotermal este trecuta prin doua schimbatoare de caldura,unul de amestec si unul de suprafata, inainte de a fi reinjectata in rezervor.

3. Centrala electrica geotermala cu ciclu binar

O mare parte a rezervoarelor geotermale se caracterizeaza prin temperaturi relativecoborate, sub nivelul de 180 °C. In acest caz pentru conversia energiei geotermale inenergie electrica solutia optima este utilizarea ciclurilor binare (vezi Figura 7).

Apa provenita din sursa geotermala cedeaza caldura (prin intermediul unui schimbator decaldura) catre un alt fluid (ex. pentan, butan) care evolueaza in ciclul motor al centralei.Acest fluid se caracterizeaza printr-o temperatura de fierbere sensibil mai coborata decatcea a apei. In acest mod poate fi utilizat un potential termic geotermal relativ scazut.

Fig. 7 Centrala electrica geotermala cu ciclu binar.

8



Dezvoltarea centralelor electrice geotermale

Dupa cum s-a precizat mai sus, centralele electrice geotermale trebuiesc amplasate inimediata apropiere a surselor de caldura. Va rezulta o raspandire neuniforma a acesteicategorii de centrala electrica, in functie de potentialul geotermal al fiecarei regiuni

geografice.

Prima centrala geotermala din lume a fost pusa in functiune in 1904 la Lardarello, Italia,avand la baza un ciclu cu abur uscat. A doua centrala a intrat in exploatare in anii ’50 laWaikarei (Noua Zeelanda), fiind urmata in anii ’60 de Geysers (SUA).

Centralele electrice geotermale cu abur uscat reprezinta filiera cea mai raspandita la oraactuala. Totusi, se remarca si o preocupare inspre dezvoltarea unor unitati de mica putere bazate pe cicluri binare.

Centralele electrice geotermale reprezinta una din solutiile cele mai avantajoase pentru

alimentarea unor consumatori izolati. Se elimina astfel necesitatea unor linii lungi detransport a energiei electrice care genereaza costuri investitionale si de mentenantaimportante. Tehnologiile utilizate nu sunt sofisticate, bazandu-se pe echipamente maturedin punct de vedere comercial, iar sursa de energie geotermala este practic inepuizabila.Rezulta o disponibilitate de timp deosebit de ridicata in raport cu alte categorii de centraleelectrice. Centralele electrice geotermale sunt utilizate cu precadere pentru acoperirea bazei curbei de sarcina a unui sistem electroenergetic.

Utilizarea directa a energiei geotermale

In afara productiei de energie electrica, energia geotermala are o gama larga de

utilizare directa :

• Balneologie

• Agricultura : sere, incalzire terenuri de cultura

• Industrie : incalzire si uscare produse

• Acoperirea cererii de caldura a consumatorilor rezidentiali

Se mentioneaza ca in peste 35 de tari exista o capacitate instalata de utilizare directa aenergiei geotermale de peste 12 000 MWt.Utilizarea energiei geotermale presupune o serie de investitii relativ ridicate, indeosebi

ceea ce privesc operatiunile de foraj. O utilizare eficienta a energiei geotermale este cea

in cascada:

9



• Termoficare la o temperatura de 90 - 60 °C;

• Alimentare sere sau procese industriale la o temperatura de aproximativ 60°C;

• Preparare apa calda menajera pentru temperature sub 60 °C.

Fig. 3.5. Centrală electrică geotermală din Kamchatka, Rusia

www.renewables-made-in-germany.com

SITUATIA IN ROMANIA

In Romania, gradul de valorificare a surselor de energie de origine geotermala esteredus, cauza principala fiind determinata de lipsa unui suport financiar corespunzator,care nu favorizeaza dezvoltarea acestui sector energetic cu efecte economico-financiaresuperioare.

10





Utilizarea apei geotermale constituie o optiune viabila atunci cand agentul extras lasuprafata asigura o alimentare a sistemului la debit constant, iar variatia necesarului deenergie la consumator in diferite perioade ale anului nu este mare. Sistemul recomandateste cel cu mai multe puturi active, dintre care unele sa fie de repompare.

Avantajele acestui sistem, pe langa energia asigurata, sunt conservarea rezervei de apa

si conservarea presiunii stratului de apa. In SUA, din energiile obtinute din surseregenerabile, 5% proveneau din sursa geotermala si 1% din sursa solara.Exploatarea apei geotermale trebuie sa se realizeze prin utilizarea pompelor

submersibile. La alegerea pompei corespunzatoare se au in vedere: inaltimea de pompare,temperatura maxima a apei, debitul de apa si puterea motorului electric.

TIPURI DE SISTEME GEOTERMICE

Sistemele geotermice se clasifica in functie de temperatura si presiunea sistemului si demodul in care energia termica este transferata spre sol. Se identifica urmatoarele tipuri desisteme geotermice:

. Sisteme cu convectie hidrotermicaAcestea se caracterizeaza prin faptul ca in scoarta terestra exista canale radiale prin care

un agent termic (abur sau lichid) circula si transfera energia termica de la o sursa eruptiva profunda (magma) spre exterior. Aceste sisteme sunt deosebit de avantajoase, deoarece potentialele la care se obtine energia termica sunt ridicate, putandu-se asocia producerii

de energie electrica. In aceste cazuri, agentul termic obtinut are un continut redus de gaze(CO2 + H2S), ceea ce simplifica valorificarea caldurii. Temperaturile obtinute ating 240oC.

Apa geotermala are un continut pronuntat de saruri, variabil in limite largi. In cazulfolosirii apei industriale in instalatiile energetice, din cauza pericolului depunerilor, inmajoritatea cazurilor se insereaza schimbatoare de caldura de suprafata. Desi acesteadegradeaza nivelul exergetic al sursei, utilizarea lor este necesara pentru a evita

11



depunerea sarurilor in instalatii cu efect de deteriorare a coeficientului de transfer termicsi de obturare a sectiunii libere de trecere a apei prin conducte

Sisteme cu zacaminte geopresurizateAcestea constau in rezervoare de apa acoperite cu o izolatie impermeabila, fiind supuse

la presiuni ridicate. Apa continuta in aceste rezervoare are salinitate scazuta si estesaturata cu gaze naturale recuperabile. Aceste sisteme au raspandire in intreaga lume. Sistemele geopresurizate pot fi exploatate atat termic, cat si hidraulic. Energiamecanica obtinuta prin utilizarea energiei hidraulice poate fi folosita pentru antrenarea instalatiilor mecanice complementare din constructii, cu efect favorabil asuprarandamentului global al sistemului.

Sisteme cu magmaRoca topita, vulcanica, constituie o sursa termica de mari dimensiuni, care ar putea fi

utilizata in obtinerea de energie termica si mecanica.Ponderea sistemelor geotermice exploatate in SUA este:

• sisteme cu convectie hidrotermica 10,5%• sisteme cu transfer conductiv 8,3%• sisteme cu zacaminte geopresurizate 81,2%Zacamintele geotermice din zona de vest a tarii noastre sunt de tipul cu convectiehidrotermica.

SURSE GEOTERMALE IN ROMANIA Depresiunea Panonica ce cuprinde zona de vest a tarii noastre, incluzand Banatul sivestul Muntilor Apuseni si teritoriul Ungariei si al fostei Iugoslavii este o zona bogata inzacaminte geotermale.

In jurul municipiului Oradea s-au facut foraje si s-au exploatat in scopuri terapeutice

apele geotermale de peste 100 de ani. In ultimul sfert de veac s-au initiat actiunisistematice de prospectare si evaluare atat a zacamintelor geotermale, cat si azacamintelor de hidrocarburi din aceasta parte a tarii. Prin acestea s-a constatat ca inCampia de Vest, in toate formatiunile geologice se gasesc straturi acvifere cu capacitati si proprietati termofizice foarte variate.

Fluxurile termice la suprafata au valori de ordinul a 85 MW/m2, mai mari decat aceleadin alte zone.Cel mai important sistem acvifer termal al Depresiunii Panonice il constituie sistemul din baza panonianului superior, evidentiat prin sondaje. Apele din acest sistem se manifestain general eruptiv, datorita continutului ridicat de gaze dizolvate.

Nivelul termic al apelor geotermale din zona de vest a tarii este redus: C. Din aceasta

cauza, acestea pot fi utilizate in special in°30 – 90 scopuri terapeutice, prepararea apeicalde menajere etc.

In municipiul Oradea si in judetul Bihor se furnizeaza apa calda menajera pentru 800 deapartamente, se incalzesc 12 apartamente, bai, sere legumicole, stranduri, piscine,hoteluri.

In judetul Timis, apa geotermala este utilizata pentru topitorii de in, pentru incalzire, pentru scopuri terapeutice, pentru prepararea apei calde menajere.Exploatarea surselor geotermale din tara cu scopul producerii energiei electrice este

12



imposibila, intrucat un generator geotermal presupune o presiune initiala foarte mare sitemperaturi ale fluidului de lucru de peste 150 grade Celsius.

. METODE DE COLECTARE A ENERGIEI GEOTERMALE

Exista multe metode pentru a colecta energia naturala si gratuita a Pamantului. Celemai comune metode sunt bucla inchisa si bucla deschisa. Cu oricare dintre ele, numai ofractiune din energie vine din electricitate, majoritatea energiei vine chiar din pamant.

In concluzie, pretul utilizarii este mai mic decat al oricarei alte alternative pentruconfort. Economia de energie plateste in final investitia.

Bucla inchisa este o metoda de transfer al caldurii pe doua cai. O teava mica esteingropata sub linia de inghet a pamantului. O pompa de mica putere circula o solutie deapa prin tevi si prin TETCO. TETCO incalzeste sau raceste pur si simplu prin schimbareatemperaturii solutiei de apa .

Utilizarea directa

Rezervoarele geotermale, care se gasesc la cativa kilometri in adancul scoartei terestre, pot fi folosite pentru incalzire directa, aplicatii ce poarta numele de utilizare directa aenergiei geotermale. Oamenii au folosit izvoarele calde inca de acum cateva mii de ani, pentru furnizarea apei de imbaiere sau gatit. Astazi, apa izvoarelor este captata si utilizatain statiunile balneare.

13



In sistemele moderne, se construiesc fantani in rezervoarele geotermale si se obtine unflux continuu de apa fierbinte. Apa este adusa la suprafata printr-un sistem mecanic, iar un alt ansamblu o reintroduce in put dupa racire, sau o evacueaza la suprafata.

Aplicatiile caldurii geotermale sunt foarte variate. Ele includ incalzirea locuintelor

(individual sau chiar a unor intregi orase), cresterea plantelor in sere, uscarea recoltelor,incalzirea apei in crescatorii de pesti, precum si in unele procese industriale, cum este pasteurizarea laptelui.

Ce putem face in Europa

Se poate estima ca pana in anul 2030-2050, noile tehnologii din domeniul energieigeotermale vor permite o productie semnificativa de electricitate in multe tari care nusunt considerate azi ca avand resurse geotermale importante.

Printre dezavantajele centralelor geotermale se numara cresterea instabilitatii solului dinzona, putand fi cauzate chiar si cutremure de intensitate redusa. In plus, zonele cu activitate geotermala se racesc dupa cateva decenii de utilizare, deci nu se poate vorbi deo sursa infinita de energie, dar cu siguranta avem de-a face cu surse regenerabile. Oexplicatie pentru racirea zonelor cu activitate geotermala ar fi si faptul ca centralageotermala instalata este prea mare pentru capacitatea de incalzire a zonei respective.

14



Printre avantajele centralelor geotermale se numara faptul ca energia rezultata este curata pentru mediul inconjurator si regenerabila. In plus centralele geotermale nu sunt afectarede conditiile meteorologice si ciclul noapte/zi. Energia geotermala este si mai ieftina deobicei decat cea rezultata din combustibilii fosili.

Ca scurt istoric, energia geotermala si izvoarele cu apa calda au fost folosite insecolele trecute pentru spalat si incalzit locuinte, in 1904 fiind inregistrata prima utilizarein vederea producerii electricitatii (un generator care alimenta 4 becuri). Din 1911 pana in1958 a existat o singura centrale geotermala, moment in care Noua Zeelanda s-a alaturat producatorilor de electricitate din energie geotermala.

Un studiu al MIT din 2006 ne spune ca potentialul geotermal total al Pamantului estede aproximativ 13.000 ZJ pe an, din care aproxmativ 2000 de ZJ ar putea fi utilizati pentru producerea energiei electrice cu ajutorul centralelor geotermale, in momentul defata. Aceasta in conditiile in care necesarul energetic al intregului glob pe parcursul unuian nu depaseste 0.5 ZJ. Asadar, daca am ajunge sa utilizam doar 0.25% din acest

potential, nu ar mai fi deloc nevoie de carbune, plutoniu, petrol si gaz pentru producereaenergiei electrice. Insa in prezent (2007), doar aproximativ 1% din necesarul energetic alglobului era acoperit de surse geotermale. Asadar, utilizam 0.0025% din potential.

BIBLIOGRAFIE

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

http://www.centi.ro/info/bioenergy2011/Aurel%20Setel_Utilizarea%20apelor %20geotermale%20in%20Regiunea%20NV.pdf

http://www.energeia.ro/energie-geotermala/centrale-geotermale/

http://www.scrigroup.com/casa-masina/instalatii/Centrale-electrice-geotermale-94292.php

• W. Cunningham si B. Saigo, Environmental Science, McGraw-Hill, Boston, 1999• L. Brown, C. Flavin, H. French (editors), State of the World – 200, The World WatchInstitute, W. W. Norton & Comp., New-York, 2000• P. Steadman, Energy, Environment and Building, Cambridge University Press,Cambridge, 1975• Christopher Flavin, Nicholas Lensen, Powering the Future: Blueprint for a SustainableElectricity Industry, World Watch paper 119, Washington, June 1994• W. C. Reynolds, Energy: from Nature to Man, Mc-Graw Hill, New-York, 1974

15

http://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_power



http://www.centi.ro/info/bioenergy2011/Aurel%20Setel_Utilizarea%20apelor%20geotermale%20in%20Regiunea%20NV.pdf










• J. W. Tidwell and A. D. Weir, Renewable Energy Resources, E & F N Spon, London,1986• Readings from American Scientific: Energy for Planet Earth, 1991• I. Coste, Omul, biosfera si resursele naturale, Ed. Facla, Timisoara, 1982• M. Ilina; C. Brandabur; N. Dancea, Energii neconventionale utilizate in instalatiile din

constructii, Ed. Tehnica, 1987, Bucuresti• C. Bendea; M. Barbuta; G. Bendea, Modelarea variantelor de utilizare in cascada aenergiei geotermale intr-o comunitate rurala, Energetica, nr. 2/2005

16

ENergie Geotermala PTUE

Documents

Transcript of ENergie Geotermala PTUE