energia geotermală este căldura generată în interiorul Pământului. (Geo înseamnă „pământ”, iar termal înseamnă” căldură ” în greacă.) Este o resursă regenerabilă care poate fi recoltată pentru uz uman.
aproximativ 2.900 de kilometri (1.800 mile) sub scoarța terestră, sau suprafața, este cea mai tare parte a planetei noastre: miezul. O mică parte din căldura miezului provine din frecarea și atracția gravitațională formată atunci când Pământul a fost creat acum mai bine de 4 miliarde de ani., Cu toate acestea, marea majoritate a căldurii Pământului este generată în mod constant de dezintegrarea izotopilor radioactivi, cum ar fi potasiu-40 și toriu-232.
izotopii sunt forme ale unui element care au un număr diferit de neutroni decât versiunile obișnuite ale atomului elementului.potasiul, de exemplu, are 20 de neutroni în nucleul său. Potasiul-40, cu toate acestea, are 21 de neutroni. Pe măsură ce potasiul-40 se descompune, nucleul său se schimbă, emițând cantități enorme de energie (radiații). Potasiul-40 se descompune cel mai adesea la izotopi de calciu (calciu-40) și argon (argon-40)., dezintegrarea radioactivă este un proces continuu în miez. Temperaturile se ridică la mai mult de 5.000° Celsius (aproximativ 9.000 ° Fahrenheit). Căldura din miez radiază constant spre exterior și încălzește roci, apă, gaz și alte materiale geologice.
temperatura Pământului crește cu adâncimea de la suprafață la miez. Această schimbare treptată a temperaturii este cunoscută sub numele de gradient geotermal. În cele mai multe părți ale lumii, gradientul geotermal este de aproximativ 25° C pe 1 kilometru de adâncime (1° F pe 77 de picioare de adâncime).,
dacă formațiunile de rocă subterane sunt încălzite la aproximativ 700-1300° c (1.300-2.400° F), ele pot deveni magmă. Magma este o rocă topită (parțial topită) pătrunsă de bule de gaz și gaz. Magma există în manta și crusta inferioară și, uneori, bule la suprafață ca lavă.Magma încălzește rocile din apropiere și acviferele subterane. Apa caldă poate fi eliberată prin gheizere, izvoare termale, orificii de abur, orificii hidrotermale subacvatice și vase de noroi. acestea sunt toate sursele de energie geotermală., Căldura lor poate fi captată și utilizată direct pentru căldură, sau aburul lor poate fi utilizat pentru a genera electricitate. Energia geotermală poate fi utilizată pentru încălzirea structurilor precum clădiri, parcări și trotuare.
cea mai mare parte a energiei geotermale a Pământului nu se produce sub formă de magmă, apă sau abur. Rămâne în manta, emanând spre exterior într-un ritm lent și colectând ca buzunare de căldură mare. Această căldură geotermală uscată poate fi accesată prin foraj și îmbunătățită cu apă injectată pentru a crea abur.
multe țări au dezvoltat metode de valorificare a energiei geotermale., Diferite tipuri de energie geotermală sunt disponibile în diferite părți ale lumii. În Islanda, sursele abundente de apă subterană caldă și ușor accesibilă fac posibil ca majoritatea oamenilor să se bazeze pe surse geotermale ca sursă de energie sigură, fiabilă și ieftină. Alte țări, cum ar fi SUA, trebuie să foreze pentru energia geotermală la costuri mai mari.
recoltarea energiei geotermale: încălzire și răcire
Energie geotermală la temperaturi scăzute
aproape oriunde în lume, căldura geotermală poate fi accesată și utilizată imediat ca sursă de căldură., Această energie termică se numește energie geotermală la temperaturi scăzute. Energia geotermală la temperatură scăzută este obținută din buzunare de căldură de aproximativ 150° C (302° F). Cele mai multe buzunare de energie geotermală la temperatură scăzută se găsesc la doar câțiva metri sub pământ.
energia geotermală la temperaturi scăzute poate fi utilizată pentru încălzirea serelor, caselor, pescuitului și proceselor industriale. Energia la temperaturi scăzute este cea mai eficientă atunci când este utilizată pentru încălzire, deși uneori poate fi utilizată pentru a genera energie electrică.
Oamenii au folosit mult timp acest tip de energie geotermală pentru inginerie, confort, vindecare și gătit., Dovezile arheologice arată că în urmă cu 10.000 de ani, grupuri de americani nativi s-au adunat în jurul izvoarelor termale naturale pentru a se recupera sau a se refugia de conflict. În secolul al III-lea î.hr., savanții și liderii s-au încălzit într-un izvor fierbinte alimentat de o piscină de piatră lângă Lishan, un munte din centrul Chinei. Una dintre cele mai renumite spa-uri de primăvară fierbinte se află în orașul Bath, Anglia. Începând construcția în jurul anului 60 CE, cuceritorii romani au construit un sistem elaborat de camere de aburi și piscine folosind căldură din buzunarele superficiale ale regiunii de energie geotermală la temperatură scăzută.,izvoarele termale din Chaudes Aigues, Franța, au oferit o sursă de venit și energie pentru oraș încă din anii 1300. turiștii se adună în oraș pentru spa-urile sale de elită. Energia geotermală la temperaturi scăzute furnizează, de asemenea, căldură locuințelor și întreprinderilor.
Statele Unite au deschis primul sistem geotermal de încălzire urbană în 1892 în Boise, Idaho. Acest sistem oferă încă căldură la aproximativ 450 de case. energia geotermală Co-produsă tehnologia energiei geotermale Co-produsă se bazează pe alte surse de energie., Această formă de energie geotermală folosește apa care a fost încălzită ca produs secundar în puțurile de petrol și gaze.
în Statele Unite, aproximativ 25 de miliarde de barili de apă caldă sunt produse în fiecare an ca produs secundar. În trecut, această apă caldă a fost pur și simplu aruncată. Recent, a fost recunoscută ca o sursă potențială de energie și mai mare: aburul său poate fi utilizat pentru a genera energie electrică pentru a fi utilizat imediat sau vândut în rețea.
unul dintre primele proiecte de energie geotermală co-produs a fost inițiat la Rocky Mountain Oilfield Testing Center din statul american Wyoming., tehnologia mai nouă a permis ca instalațiile de energie geotermală co-produse să fie portabile. Deși încă în stadii experimentale, centralele electrice mobile dețin un potențial extraordinar pentru comunitățile izolate sau sărace.
pompe de căldură geotermale
pompe de căldură geotermale (GHPs) să profite de căldura pământului, și poate fi folosit aproape oriunde în lume. GHP-urile sunt forate la aproximativ 3 până la 90 de metri (10 până la 300 de picioare) adâncime, mult mai puțin adâncă decât majoritatea puțurilor de petrol și gaze naturale. GHPs nu necesită fracturare roca de bază pentru a ajunge la sursa lor de energie.,o conductă conectată la un GHP este aranjată într—o buclă continuă—numită „buclă slinky” – care circulă subteran și deasupra solului, de obicei în întreaga clădire. Bucla poate fi, de asemenea, conținută în întregime subteran, pentru a încălzi o parcare sau o zonă amenajată.
în acest sistem, apa sau alte lichide (cum ar fi glicerolul, similar cu antigelul unei mașini) se deplasează prin conductă. În timpul sezonului rece, lichidul absoarbe căldura geotermală subterană. Acesta transportă căldura în sus prin clădire și emite căldură printr-un sistem de conducte., Aceste conducte încălzite pot rula, de asemenea, prin rezervoare de apă caldă și compensează costurile de încălzire a apei.
în timpul verii, sistemul GHP funcționează invers: lichidul din conducte este încălzit de căldura din clădire sau parcare și transportă căldura care trebuie răcită subteran.
Agenția pentru Protecția Mediului din SUA a numit încălzirea geotermală sistemul de încălzire și răcire cel mai eficient din punct de vedere energetic și mai sigur din punct de vedere ecologic. Cel mai mare sistem GHP a fost finalizat în 2012 la Ball State University din Indiana., Sistemul a înlocuit un sistem de cazane pe cărbune, iar experții estimează că universitatea va economisi aproximativ 2 milioane de dolari pe an în costurile de încălzire.
recoltarea energiei geotermale: electricitate
pentru a obține suficientă energie pentru a genera energie electrică, centralele geotermale se bazează pe căldură care există la câțiva kilometri sub suprafața Pământului. În unele zone, căldura poate exista în mod natural în subteran ca buzunare abur sau apă caldă. Cu toate acestea, majoritatea zonelor trebuie „îmbunătățite” cu apă injectată pentru a crea abur.,centralele electrice cu abur uscat centralele electrice cu abur uscat profită de sursele subterane naturale de abur. Aburul este conectat direct la o centrală electrică, unde este utilizat pentru a alimenta turbinele și a genera energie electrică.
aburul uscat este cel mai vechi tip de centrală electrică care generează energie electrică folosind energie geotermală. Prima centrală electrică cu abur uscat a fost construită în Larderello, Italia, în 1911. Astăzi, centralele electrice cu abur uscat de la Larderello continuă să furnizeze energie electrică mai mult de un milion de locuitori din zonă.,
există doar două surse cunoscute de abur subteran în Statele Unite: Parcul Național Yellowstone din Wyoming și gheizerele din California. Deoarece Yellowstone este o zonă protejată, gheizerele sunt singurul loc în care se utilizează o centrală electrică cu abur uscat. Este unul dintre cele mai mari complexe de energie geotermală din lume și oferă aproximativ o cincime din toată energia regenerabilă din California. centralele electrice cu abur Flash folosesc surse naturale de apă caldă subterană și abur., Apa care este mai fierbinte decât 182° c (360° F) este pompată într-o zonă de joasă presiune. O parte din apă „clipește” sau se evaporă rapid în abur și este canalizată pentru a alimenta o turbină și a genera electricitate. Orice apă rămasă poate fi fulgeră într-un rezervor separat pentru a extrage mai multă energie. centralele electrice cu abur Flash sunt cel mai frecvent tip de centrale geotermale. Națiunea insulară activă vulcanic din Islanda furnizează aproape toate nevoile sale electrice printr-o serie de centrale geotermale cu abur., Aburul și excesul de apă caldă produse de procesul flash-steam încălzesc trotuarele înghețate și parcările în frigida iarnă arctică.
Insulele Filipine stau, de asemenea, pe o zonă activă tectonic, „inelul de foc” care înconjoară Oceanul Pacific. Guvernul și industria din Filipine au investit în centrale electrice cu abur, iar astăzi națiunea este a doua doar în Statele Unite în utilizarea energiei geotermale. De fapt, cea mai mare centrală geotermală unică este o instalație cu aburi flash din Malitbog, Filipine., centralele electrice cu ciclu binar centralele electrice cu ciclu binar utilizează un proces unic pentru conservarea apei și generarea căldurii. Apa este încălzită subteran la aproximativ 107°-182° C (225°-360° F). Apa caldă este conținută într-o conductă, care cicluri deasupra solului. Apa caldă încălzește un compus organic lichid care are un punct de fierbere mai mic decât apa. Lichidul organic creează abur, care curge printr-o turbină și alimentează un generator pentru a crea electricitate. Singura emisie în acest proces este aburul., Apa din conductă este reciclată înapoi la sol, pentru a fi reîncălzită de pământ și pentru a furniza din nou căldură pentru compusul organic.
instalația geotermală Beowawe din statul Nevada folosește ciclul binar pentru a genera electricitate. Compusul organic utilizat în instalație este un agent frigorific industrial (tetrafluoretan, un gaz cu efect de seră). Acest agent frigorific are un punct de fierbere mult mai mic decât apa, ceea ce înseamnă că este transformat în gaz la temperaturi scăzute. Gazul alimentează turbinele, care sunt conectate la generatoare electrice.,
sisteme geotermale îmbunătățite
Pământul are cantități practic nelimitate de energie și căldură sub suprafața sa. Cu toate acestea, nu este posibil să-l utilizați ca energie decât dacă zonele subterane sunt „hidrotermale.”Aceasta înseamnă că zonele subterane nu sunt doar fierbinți, ci conțin și lichide și sunt permeabile. Multe zone nu au toate cele trei componente. Un sistem geotermal îmbunătățit (EGS) utilizează forajul, fracturarea și injecția pentru a asigura fluidul și permeabilitatea în zonele care au rocă subterană caldă, dar uscată.,
pentru a dezvolta un EGS, un „puț de injecție” este forat vertical în pământ. În funcție de tipul de rocă, acest lucru poate fi la fel de superficial ca 1 kilometru (0.6 mile) la fel de adânc ca 4.5 kilometri (2.8 mile). Apa rece de înaltă presiune este injectată în spațiul forat, ceea ce forțează roca să creeze noi fracturi, să extindă fracturile existente sau să se dizolve. Acest lucru creează un rezervor de lichid subteran. apa este pompată prin puțul de injecție și absoarbe căldura rocilor în timp ce curge prin rezervor., Această apă caldă, numită saramură, este apoi adusă înapoi la suprafața pământului printr-un „puț de producție.”Saramura încălzită este conținută într-o țeavă. Încălzește un fluid secundar care are un punct de fierbere scăzut, care se evaporă la abur și alimentează o turbină. Saramura se răcește, și cicluri înapoi în jos prin injectare bine pentru a absorbi caldura subteran din nou. Nu există emisii gazoase în afară de vaporii de apă din lichidul evaporat.
pomparea apei în pământ pentru EGSs poate provoca activitate seismică sau cutremure mici., În Basel, Elveția, procesul de injectare a provocat sute de cutremure mici care au crescut la o activitate seismică mai semnificativă chiar și după ce injecția de apă a fost oprită. Acest lucru a dus la anularea proiectului geotermal în 2009.energia geotermală și mediul energia geotermală este o resursă regenerabilă. Pământul emite căldură de aproximativ 4, 5 miliarde de ani și va continua să emită căldură timp de miliarde de ani în viitor, din cauza degradării radioactive în miezul Pământului.,
cu toate acestea, majoritatea puțurilor care extrag căldura se vor răci în cele din urmă, mai ales dacă căldura este extrasă mai repede decât i se dă timp pentru a se reface. Larderello, Italia, site-ul din lume primul uzinei electrice alimentate cu energie geotermală, a văzut abur sub presiune scădea cu mai mult de 25% din anii 1950.
Re-injectarea de apă poate ajuta, uneori, o răcire geotermală site-ul dura mai mult. Cu toate acestea, acest proces poate provoca „micro-cutremure.,”Deși cele mai multe dintre acestea sunt prea mici pentru a fi simțite de către oameni sau de a înregistra pe o scară de mărime, uneori sol pot cutremur la mai mult nivelul de pericol și cauza proiect geotermal să se închidă, așa cum a făcut în Basel, Elveția.sistemele geotermale nu necesită cantități enorme de apă dulce. În sistemele binare, apa este utilizată numai ca agent de încălzire și nu este expusă sau evaporată. Poate fi reciclat, utilizat în alte scopuri sau eliberat în atmosferă ca abur netoxic., Cu toate acestea, dacă lichidul geotermal nu este conținut și reciclat într-o țeavă, acesta poate absorbi substanțe nocive precum arsenic, bor și fluor. Aceste substanțe toxice pot fi transportate la suprafață și eliberate atunci când apa se evaporă. În plus, dacă fluidul se scurge în alte sisteme subterane de apă, acesta poate contamina surse curate de apă potabilă și habitate acvatice.

avantaje
există multe avantaje în utilizarea energiei geotermale, fie direct, fie indirect:

  • energia geotermală este regenerabilă; nu este un combustibil fosil care va fi folosit în cele din urmă., Pământul radiază continuu căldură din miezul său și va continua să facă acest lucru timp de miliarde de ani.
  • o formă de energie geotermală poate fi accesată și recoltată oriunde în lume.
  • utilizarea energiei geotermale este relativ curată. Majoritatea sistemelor emit doar vapori de apă, deși unele emit cantități foarte mici de dioxid de sulf, oxizi de azot și particule.
  • centralele geotermale pot dura zeci de ani și, eventual, secole. Dacă un rezervor este gestionat corespunzător, cantitatea de energie extrasă poate fi echilibrată cu rata de reînnoire a căldurii rocii.,
  • spre deosebire de alte surse regenerabile de energie, sistemele geotermale sunt „baseload.”Aceasta înseamnă că pot lucra vara sau iarna și nu depind de factori în schimbare, cum ar fi prezența vântului sau a soarelui. Centralele geotermale produc energie electrică sau căldură 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână.
  • spațiul necesar pentru a construi o instalație geotermală este mult mai compact decât alte centrale electrice., Pentru a produce un GWh (un gigawatt oră, sau un milion de kilowați de energie pentru o oră, o cantitate enormă de energie), o instalație geotermală utilizează echivalentul a aproximativ 1,046 kilometri pătrați (404 mile pătrate) de teren. Pentru a produce aceeași GWh, energie eoliană necesită 3,458 kilometri pătrați (1335 de kilometri pătrați), un solare fotovoltaice centrul necesită 8,384 kilometri pătrați (3,237 km pătrați), și plante de cărbune utiliza despre 9,433 kilometri pătrați (3,642 mile pătrate).
  • sistemele de Energie geotermală sunt adaptabile la multe condiții diferite.,ele pot fi folosite pentru a încălzi, răci sau alimenta case individuale, districte întregi sau procese industriale.

    dezavantaje
    recoltarea energiei geotermale prezintă încă multe provocări:

    • procesul de injectare a fluxurilor de apă de înaltă presiune în pământ poate duce la o activitate seismică minoră sau la cutremure mici.
    • plantele Geotermale au fost legate de surpare sau de scufundarea lentă a Pământului. Acest lucru se întâmplă pe măsură ce fracturile subterane se prăbușesc asupra lor. Acest lucru poate duce la deteriorarea conductelor, a drumurilor, a clădirilor și a sistemelor naturale de drenaj.,
    • plantele geotermale pot elibera cantități mici de gaze cu efect de seră, cum ar fi hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon.
    • apa care curge prin rezervoarele subterane poate ridica urme de elemente toxice, cum ar fi arsenic, mercur și seleniu. Aceste substanțe nocive pot fi scurse în surse de apă dacă sistemul geotermal nu este izolat corespunzător. deși procesul nu necesită aproape nici un combustibil pentru a rula, costul inițial de instalare a tehnologiei geotermale este scump., Este posibil ca țările în curs de dezvoltare să nu dispună de infrastructura sofisticată sau de costurile de pornire pentru a investi într-o centrală geotermală. Mai multe facilități din Filipine, de exemplu, au fost posibile prin investiții din industria americană și agențiile guvernamentale. Astăzi, plantele sunt deținute și operate de Filipine.energia geotermală și oamenii energia geotermală există în diferite forme pe tot pământul (prin orificii de abur, lavă, gheizere sau pur și simplu căldură uscată) și există diferite posibilități de extragere și utilizare a acestei călduri.,
      în Noua Zeelandă, gheizerele naturale și orificiile de aerisire încălzesc piscine, case, sere și ferme de creveți. Neozeelandezii folosesc, de asemenea, căldură geotermală uscată pentru a usca lemnul și materia primă.
      alte țări, cum ar fi Islanda, au profitat de resursele de rocă topită și magmă din activitatea vulcanică pentru a furniza căldură pentru case și clădiri. În Islanda, aproape 90% din populația țării utilizează resurse geotermale de încălzire. Islanda se bazează, de asemenea, pe gheizerele sale naturale pentru a topi zăpada, pescuitul cald și serele de căldură.,
      Statele Unite generează cea mai mare cantitate de energie geotermală din orice altă țară. În fiecare an, SUA generează cel puțin 15 miliarde de kilowați-oră, sau echivalentul arderii a aproximativ 25 de milioane de barili de petrol. Tehnologiile geotermale industriale au fost concentrate in vestul SUA In 2012, Nevada a avut 59 de proiecte geotermale fie operationale, fie in dezvoltare, urmate de California cu 31 de proiecte, si Oregon cu 16 proiecte.,
      costul tehnologiei energiei geotermale a scăzut în ultimul deceniu și devine din ce în ce mai posibil din punct de vedere economic pentru persoane fizice și companii.