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Energia Geotérmica

Energia geotérmica para gerar eletricidade

Energia geotérmica para gerar eletricidade

Uma das aplicações da energia geotérmica é a geração de eletricidade. Uma usina de energia geotérmica é como qualquer outra usina de energia, exceto que o vapor não é produzido pela queima de combustíveis fósseis ou outros combustíveis, mas é bombeado do solo. O tratamento adicional de vapor é o mesmo de uma usina convencional: o vapor é alimentado por uma turbina a vapor, que aciona o rotor de um gerador elétrico. Depois que a turbina a vapor entra no condensador, ela se condensa para retornar a água assim obtida à fonte geotérmica. O termo energia geotérmica é a energia que pode ser recuperada do interior da Terra e usada para energia ou outros fins.

A energia geotérmica é considerada uma fonte de energia renovável e sustentável, assim como a energia solar ou eólica, porque a extração de calor é baixa em comparação com o conteúdo de calor da Terra. As emissões de gases de efeito estufa provenientes de usinas geotérmicas são em média de 45 gramas de dióxido de carbono por quilowatt / hora de eletricidade, ou menos de 5% da quantidade de usinas a carvão convencionais.

Conversão de energia geotérmica em eletricidade

Uma das aplicações mais utilizadas da energia geotérmica é a geração de eletricidade. A escolha da tecnologia para a produção de eletricidade depende do tipo de depósito geotérmico.

A energia geotérmica usa vapor para acionar a turbina a vapor. O vapor (úmido ou seco) pode ser obtido diretamente do reservatório e também pode ser produzido artificialmente em rochas quentes e secas, os chamados sistemas geotérmicos avançados.

Em leitos com temperaturas de fluido mais baixas, o vapor para acionar as turbinas é obtido indiretamente aquecendo o fluido de trabalho com um ponto de ebulição menor que o ponto de ebulição da água. O ciclo orgânico de Rankin é diferente e é chamado de Processo Kalina. A diferença está na composição do fluido de trabalho, o ciclo orgânico de Rankin usa ingredientes orgânicos como tolueno, pentano, propano e outros hidrocarbonetos, enquanto uma mistura de amônia e água é usada no ciclo de Kalina. O ciclo Kalina não é uma abordagem preferida precisamente para o uso de amônia.

Em qualquer caso, as usinas de energia geotérmica podem ser divididas em três tipos básicos: usinas de vapor seco, usinas de evaporação (simples e dupla) e usinas binárias.

Centrais geotérmicas a vapor a seco

As usinas de vapor seco são o primeiro tipo de usinas geotérmicas que atingem status comercial.

O vapor pode ser alimentado diretamente à turbina a partir do poço de produção e descarregado na atmosfera após a expansão. Geralmente, o vapor reaquecido é gerado e contém apenas pequenas quantidades de outros gases. Um ciclo de condensação tão direto é a opção mais simples e barata para produzir eletricidade a partir dessa fonte de energia renovável. Eles são usados ​​nos casos em que o vapor contém uma grande proporção de gases sem condensação.

Em plantas de condensação, o vapor condensa na saída da turbina e esfria nas torres de resfriamento convencionais. O condensado resultante pode ser usado no sistema de resfriamento da usina e pressionado de volta na bandeja. Desta forma, o rolamento é restaurado e a pressão necessária é mantida.

Usinas geotérmicas evaporativas

Em leitos de água dominante, a tecnologia de usinas geotérmicas evaporativas é aplicada. A energia neste caso é a água pressurizada. Como a pressão no poço é geralmente menor que a pressão no poço, a água sob pressão no poço flui para a superfície. Como resultado da queda de pressão, uma certa porção do líquido evapora e o poço produz água quente e vapor ao mesmo tempo, sendo a água a fase dominante.

A planta de dupla evaporação é uma melhoria em relação à planta de evaporação única, uma vez que fornece 15-25% a mais de produção, para as mesmas condições de fluido geotérmico. A usina é mais complexa, mais cara e mais exigente em termos de manutenção, mas a maior potência de saída geralmente justifica a instalação de tais usinas.

Estações geotérmicas de ciclo binário

As usinas geotérmicas de ciclo binário, do ponto de vista da termodinâmica, são aquelas mais próximas das usinas térmicas que usam combustíveis fósseis ou usinas nucleares, nas quais o fluido de trabalho está tomando um ciclo fechado real. O fluido de trabalho, selecionado por suas propriedades termodinâmicas favoráveis, recebe calor do fluido geotérmico. Graças às leis da termodinâmica, este fluido evapora, expande-se na turbina, condensa-se e retorna ao evaporador através de uma bomba de alimentação.

Plantas binárias permitem a conversão do calor geotérmico em eletricidade a partir de tanques de água quente a baixas temperaturas (os chamados tanques de água dominantes) com temperaturas acima de 85 ° C. Além disso, esta tecnologia é adequada para a exploração de fontes de energia renováveis. temperatura média com vapor úmido com alta relação água / vapor a temperaturas muito baixas para a aplicação prática do sistema de evaporação. Plantas binárias convertem calor de fontes de temperatura média em eletricidade de forma mais eficiente do que outras tecnologias.

O uso de plantas binárias foi melhorado com a introdução da tecnologia Kalina. Uma mistura de água e amônia evapora dentro de uma faixa de temperatura finita, produzindo vapor de dois componentes (por exemplo, 70% de amônia e 30% de água), ao contrário do ciclo orgânico de Rankin baseado em fluidos puros que evapora a uma determinada temperatura de evaporação.

Comparação de usinas geotérmicas com usinas convencionais

Quer a energia geotérmica seja usada para gerar eletricidade ou diretamente, as características dos depósitos geotérmicos determinam a tecnologia a ser explorada. O fluido geotérmico freqüentemente contém grandes quantidades de gases, como sulfeto de hidrogênio e várias soluções químicas que podem ser muito tóxicas. Portanto, problemas de corrosão, erosão e deposição de compostos químicos podem ocorrer, resultando na falha de tubulações e turbinas, e até mesmo uma diminuição na eficiência da planta. Esses problemas são evitados por uma combinação do uso de materiais resistentes à corrosão, controle da temperatura do fluido, purificação do vapor e uso de agentes anticorrosivos.

Especificidade das plantas geotérmicas:

  • Nas usinas geotérmicas não há combustão de combustíveis fósseis, o que reduz os custos, mas também minimiza a poluição ambiental;
  • A baixa temperatura e a pressão de vapor resultam em uma baixa eficiência termodinâmica da planta (tipicamente ~ 15%) em comparação com usinas de combustível fóssil (35-38%);
  • Um processo de comissionamento longo e complexo torna as usinas geotérmicas mais adequadas para cobrir a carga básica do que para cobrir a carga máxima;
  • as usinas geotérmicas devem estar localizadas o mais próximo possível da produção para evitar perdas de transporte;
  • Uma usina de energia geotérmica de 100 MW consome cerca de 80 toneladas / hora de vapor. Este fluxo é geralmente alcançado por múltiplos poços de produção que bombeiam o mesmo mancal;
  • O vapor tem uma boa quantidade de minerais, que causam erosão e corrosão dos elementos da turbina. Isso requer manutenção contínua e significativa;
  • O custo inicial de uma usina de energia geotérmica é maior, pois, além da usina, é necessário construir um poço, que na verdade é o custo mais alto. No entanto, com o tempo, os custos diminuem, pois a disponibilidade de recursos é estável e previsível. Além disso, uma usina de energia geotérmica não depende dos movimentos do mercado nos preços da energia.
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Última revisão: 26 de agosto de 2019