As centrais geotérmicas são as centrais encarregadas de converter a energia geotérmica em eletricidade. Uma usina geotérmica é uma instalação onde a eletricidade é gerada pelo calor da Terra.
A energia geotérmica é a energia térmica contida na Terra. Essas instalações realizam uma troca termodinâmica em uma certa profundidade das camadas da Terra para aquecer um fluido e gerar eletricidade.
A temperatura dentro da Terra aumenta aproximadamente entre 25 e 30 graus Celsius por quilômetro de profundidade. Essa variação de temperatura é chamada de gradiente geotérmico.
Como a energia térmica no interior da Terra é inesgotável, pode-se dizer que essa forma de geração de eletricidade é uma fonte de energia renovável. Além disso, é uma energia limpa que não favorece o aquecimento global.
Como funciona uma usina geotérmica?
As usinas geotérmicas são semelhantes a outras usinas de turbinas a vapor.
Em todas as usinas termelétricas, o calor é gerado de uma forma ou de outra para aquecer um fluido e gerar vapor. Com o vapor gerado, uma turbina a vapor conectada a um gerador elétrico é acionada. Desta forma, a eletricidade é gerada. Posteriormente, o fluido é resfriado e retornado à fonte de calor.
A diferença entre as diferentes usinas termelétricas está baseada na forma como o calor inicial é obtido. Em usinas termelétricas convencionais, o calor é obtido pela queima de combustíveis fósseis, geralmente carvão ou gás natural. Em usinas nucleares, o calor é obtido por meio de reações de fissão nuclear de átomos.
No caso das usinas geotérmicas, o calor é obtido de reservatórios geotérmicos nas camadas internas da Terra.
Tipos de usinas geotérmicas
Três tipos de usinas de geração de energia geotérmica podem ser distinguidos dependendo da temperatura, profundidade e qualidade da água extraída e do vapor.
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Usinas geotérmicas de ciclo binário
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Plantas geotérmicas de vapor seco.
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Usinas de vapor flash geotérmico ou usinas de vapor flash.
Plantas geotérmicas de ciclo binário
Esse tipo de termelétrica pode operar com temperaturas não muito altas, de apenas 57 graus Celsius.
A principal característica deste tipo de central é que a água moderadamente quente passa junto com outro fluido com ponto de ebulição muito inferior ao da água. Como o fluido secundário tem um ponto de ebulição tão baixo, ele vaporiza rapidamente e pode ser usado para alimentar turbinas a vapor.
As usinas geotérmicas de ciclo binário são as mais recentemente desenvolvidas.
Este é o tipo mais comum de usina geotérmica em projetos atualmente em construção. Tanto o ciclo Rankine quanto o ciclo Kalina são usados.
A eficiência térmica das usinas geotérmicas de ciclo binário é de cerca de 10-13%.
Usinas geotérmicas a vapor seco
As usinas geotérmicas a vapor seco são as usinas geotérmicas mais simples e mais antigas. Eles usam diretamente o vapor geotérmico a 150 graus Celsius ou mais para acionar turbinas a vapor.
As usinas geotérmicas a vapor seco aproveitam diretamente o vapor que sai de fraturas no solo e para acionar uma turbina que gera eletricidade.
Centrais de energia geotérmica instantânea ou instantânea a vapor
Plantas geotérmicas flash ou flash vapor usam água das profundezas da Terra. Essa água está a uma temperatura em torno de 200 graus Celsius ou 473 graus Kelvin devido à energia térmica transmitida pelo magma.
As usinas de vapor instantâneo elevam a água quente de alta pressão através de poços e em reservatórios de baixa pressão. Devido a essa mudança de pressão, ocorre o processo termodinâmico pelo qual a água líquida se transforma em vapor.
Como o centro da Terra está sob alta pressão, a água nessa temperatura é mantida em estado líquido graças à pressão e às leis da termodinâmica. No momento em que a água líquida é bombeada para fora, onde a pressão é a pressão atmosférica, ela se transforma em vapor.
O vapor gerado na saída é utilizado para acionar a turbina a vapor conectada a um gerador elétrico. Dessa forma, a energia elétrica é gerada.
O resto da água que não vaporizou é devolvida à reserva. O excesso de água líquida e vapor condensado podem ser injetados nos reservatórios geotérmicos novamente. Essa ação contribui para tornar o processo mais sustentável.
Qual é a eficiência energética das usinas geotérmicas?
A eficiência energética das usinas geotérmicas é baixa, cerca de 10 a 23%, porque os fluidos geotérmicos estão em baixas temperaturas em comparação com as caldeiras a vapor. Pelas leis da termodinâmica, essa baixa temperatura limita a eficiência dos motores térmicos.
Na extração de energia útil durante a produção de eletricidade, o calor residual é perdido, a menos que possa ser usado direta e localmente, por exemplo, em estufas, serrarias ou no aquecimento urbano.
A baixa eficiência energética do sistema não afeta os custos operacionais tanto quanto para uma usina a carvão ou outro combustível fóssil, mas pesa na viabilidade da usina.
Para produzir mais energia do que as bombas de calor consomem, a geração de eletricidade requer campos geotérmicos de alta temperatura e ciclos térmicos especializados.
Como a energia geotérmica não depende de fontes de energia intermitentes, como outras fontes de energia renováveis, como a energia eólica ou solar, seu fator de carga pode ser muito alto.
