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Energia Geotérmica Calor Geotérmico A energia geotérmica é o calor acumulado debaixo da superfície terrestre: quanto maior a profundidade em direção ao centro do planeta, mais calor há. Para cada 100 metros de profundidade da superfície terrestre, a temperatura aumenta uma média de aproximadamente 3 °C. Hoje estima-se que no núcleo da Terra as temperaturas variem entre 5.000 °C e 6.000 °C. De acordo com os padrões humanos, o calor armazenado na Terra é ilimitado. A energia geotérmica disponível na crosta terrestre provém fundamentalmente da desintegração radioativa – o calor residual da época em que o nosso planeta se formou. Crosta (cerca de 30 km) Manto > 1.200 °C ~ 3 °C/100 m Núcleo ~ 5.000 °C Em países como Alemanha, Itália, Indonésia, México e os EUA, a utilização da energia geotérmica já é há vários anos parte integrante da estratégia energética. Além de utilizar de forma eficiente fontes disponíveis de temperaturas elevadas, a indústria geotérmica alemã centra-se também no desenvolvimento de tecnologias que podem funcionar com eficiência em temperaturas mais baixas, entre 120 e 200 °C. A energia geotérmica forma uma base sólida para uma geração de energia ambientalmente correta e economicamente rentável, particularmente em regiões com condições geologicamente favoráveis (por exemplo, regiões com atividade vulcânica e temperaturas superiores a 200 °C). Dependendo da profundidade de perfuração, existem duas possibilidades para produzir energia geotérmica: profunda e superficial. A energia geotérmica profunda pode ser utilizada tanto para gerar eletricidade nas centrais elétricas como para fornecer aquecimento em redes de maior dimensão, na produção industrial ou no aquecimento de edifícios. A energia geotérmica profunda divide-se ainda em energia hidrogeotérmica, sistemas HDR (Hot Dry Rock) e sondas geotérmicas profundas. Uma sonda geotérmica profunda é um sistema fechado destinado à geração de energia geotérmica que consiste em uma única perfuração a uma profundidade de mais de 400 metros. A energia obtida é utilizada diretamente na forma de calor, tornando possível a utilização do potencial máximo da energia térmica que vai desde altas temperaturas para a produção industrial e usos comerciais a baixas temperaturas para uso agrícola. Na energia hidrogeotérmica, a água quente brota diretamente de jazidas situadas debaixo da superfície da terra em grandes profundidades. Dependendo do fluxo de água termal, a energia hidrogeotérmica pode ser utilizada na produção de calor e eletricidade. Nas camadas aquíferas pode-se gerar eletricidade a partir de temperaturas próximas a 100 °C. Os sistemas HDR utilizam o calor das camadas profundas, onde existe muito pouco ou quase nenhum recurso aquífero. Utiliza-se como reserva as rochas cristalinas e rochas sedimentares numa profundidade de três a seis quilômetros e com temperaturas superiores a 150 °C. O acesso a estas reservas é garantido através de duas ou mais perfurações feitas nas rochas densas situadas a certa profundidade. Através de métodos de estimulação hidráulica e química (Enhanced Geothermal Systems, EGS), rupturas e fissuras são feitas cuidadosamente. Com uma perfuração por injeção, a agua é injetada na rocha a uma alta pressão, onde aquece e depois retorna à superfície através de um segundo poço. A água quente aquece por sua vez substâncias com ponto de ebulição baixo (Ciclo Kalina e Ciclo Orgânico Rankine), com a finalidade de gerar vapor para uma turbina. Através de um permutador de energia térmica, o calor pode ser integrado à rede de aquecimento urbano. O princípio da geotérmica com aplicação dos Ciclos Rankine com fluido orgânico (ORC) 10 1 –10 2 m Fonte: GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum ~ Gerador M Turbina Evaporador Condensador ca. 0.5–1 km Poço de Produção Poço de Injecção Estimulación hidráulica 3–5 km International Geothermal Association H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbH GFZ Potsdam GFZ Potsdam Stadtwerke Bad Urach/H. Tenzer www.renewables-made-in-germany.com www.geothermie.de www.frank-gmbh.de
Energia Geotérmica Energia Geotérmica Superficial Quando falamos de energia geotérmica superficial, nos referimos àquela obtida a partir da camada superior terrestre em profundidades de até 400 metros. Dado o fato de que a temperatura da atmosfera da Terra é mais uniforme que a da água, a energia geotérmica superficial é ideal tanto para o aquecimento como para a refrigeração de edifícios. Dependendo das condições geológicas, a uma profundidade de 15 m e a um máximo de 40 m, as temperaturas nas camadas superiores do solo estão sujeitas às variações das estações do ano e à influência dos raios solares. Nestas profundidades, as temperaturas estão um pouco acima da temperatura média anual da superfície terrestre. De acordo com o gradiente geotérmico, a partir de 40m a temperatura aumenta aproximadamente 3 ºC a cada 100m, podendo alcançar entre 20–25 ºC a uma profundidade de 400 m. Vários sistemas, como os coletores de calor geotérmico, as sondas de aquecimento geotérmicas, componentes de energia e outras unidades de cimento conectadas ao solo, são utilizados para armazenar a energia geotérmica encontrada na crosta terrestre. O calor do subsolo com pouca profundidade é aproveitado graças a bombas de calor, gerando aquecimento e água quente para prédios. No caso do aquecimento, as bombas de calor são utilizadas para aumentar o nível de temperatura presente no solo até a temperatura desejada extraindo-se o calor do solo através de um processo cíclico. As temperaturas constantes presentes debaixo do solo podem ser também utilizadas para esfriar diretamente os edifícios. Se o solo não for capaz de fornecer a refrigeração adequada, as bombas de calor podem ser operadas de forma inversa para fornecer a capacidade de refrigeração em falta. Uma bomba térmica perfeitamente configurada pode melhorar a climatização no interior dos edifícios. Os coletores de calor geotérmicos estão normalmente posicionados na horizontal em uma profundidade de 80 a 160 cm e expostos às condições meteorológicas existentes na superfície. Para absorver o calor armazenado no solo, um agente de transferência de calor flui através dos coletores. As sondas geotérmicas são o tipo de instalação mais utilizado na Europa Central e do Norte. Estas são instaladas a profundidades entre 50 e 160 metros para a utilização de energia geotérmica superficial, necessitam de pouco espaço e utilizam um nível constante de temperatura. As tubulações de plástico (PEAD ou HDPE) são integradas nos circuitos e ligadas ao sistema de refrigeração e aquecimento dos edifícios. Um agente de transferência de calor circulará depois pelas tubulações, absorvendo o calor do solo circundante e transferindo-o para as bombas de calor. Com esta tecnologia, pode-se abastecer com calor ou frio instalações de diversos tamanhos, desde pequenas casas até grandes conjuntos residenciais. No caso das colunas de energia, componentes profundos de cimento ou outras estruturas estáticas, são montadas estruturas subterrâneas com tubulações de plástico através das quais a água flui para absorver o calor geotérmico ou o frio da terra. A água fria existente nos componentes é aquecida através do calor geotérmico. Graças à sua interligação com uma bomba de calor, a água quente aquece o edifício. No verão, o sistema descrito acima pode ser utilizado para refrigerar ligeiramente o edifício. Bosch Thermotechnik GmbH O ar ambiente pode também ser uma fonte de energia para as bombas de calor, que se beneficiam da ampla disponibilidade do ar e de ser economicamente acessível. O chamado “arranque” da temperatura da bomba de calor para sondas terrestres pode manter-se relativamente constante durante todo o ano e o consumo de energia mantém-se baixo. A energia recolhida provém, em primeiro lugar, das áreas em volta, cuja temperatura média é determinada pela irradiação solar anual. Perspectivas Bosch Thermotechnik GmbH A energia geotérmica está se tornando um tema cada vez mais abordado em discussões políticas com relação ao futuro do suprimento de energia. Perante o aumento dos custos dos combustíveis fósseis, a energia geotérmica oferece disponibilidade segura e, em longo prazo, será capaz atender as necessidades básicas. Sua flexibilidade de aplicação, como no aquecimento, refrigeração e geração de eletricidade, contribui para a criação de cada vez mais centrais em todo o mundo. www.renewables-made-in-germany.com www.geothermie.de www.frank-gmbh.de
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