Energia geotèrmica

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Planta d'energia geotèrmica

L'energia geotèrmica és una energia renovable obtinguda de la calor emmagatzemada a l'interior de la Terra.[1] És una energia inesgotable basada en l'energia enmagatzemada a l'interior de la Terra i que no requereix la combustió de cap material, evitant emissions de diòxid de carboni a l'atmosfera.[2]

Habitualment es basa simplement en aprofitar que al subsòl la temperatura és més calenta que a la superfície, en hivern, i en canvi més fresca, a l'estiu. Això és conseqüència de que les capes superficials de la Terra s'escalfen i refreden amb molta més facilitat que l'interior, que es manté a temperatura constant al llarg de les estacions.[2]

Aquesta energia pot anar lligada, tot i que no necesàriament, a fenòmens geològics com ara volcans, guèisers que expulsen aigua calenta i aigües termals. Per exemple, una altra manera d'obtenir energia pot ser mitjançant jaciments d'aigua calenta prop d'aquestes zones. Es perfora el sòl i s'extrau el líquid, el qual sortirà en forma de vapor si la seva temperatura és suficientment alta i es podrà aprofitar per accionar una turbina que amb la seva rotació mou un generador que produeix energia elèctrica.

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

  • Aire condicionat a l'estiu
  • Calefacció a l'hivern, aplicable a habitacles per a persones, hivernacles, granges d'animals, etc.
  • Producció d'aigua calenta sanitària
  • Producció d'electricitat
  • Producció de calor, aplicable entre d'altres a processos industrials com ara els de calefacció, d'assecat, d'evaporació, de destil·lació, d'esterilització, de desglaç, de rentat i d'extracció de sals

Avantatges[modifica | modifica el codi]

  • És l'energia més eficient de totes les energies renovables.[1]
  • Es manté estable al llarg de les diferents estacions de l'any.[2]
  • És una font que es troba a qualsevol indret de la Terra, al contrari de les que depenen de jaciments.
  • És independent de les variacions meteorològiques com ara les pluges, i per tant el cabal del riu, o el vent.
  • Es pot utilitzar de manera particular, per exemple a vivendes aïllades on no arriba l'electricitat.
  • No requereix combustió de cap material (urani, petroli, etc), per tant no s'esgota amb les reserves d'aquest.
  • Els residus que produeix són mínims i provoquen menor impacte ambiental que els originats per energies de combustió, nuclear o d'hidrocarburs. Una vivenda unifamiliar típica deixa d'emetre dues tones anuals de diòxid de carboni si usa energia geotèrmica.
  • És econòmic i fàcil de mantenir.
  • Té un alt rendiment i un baix consum.[2]
  • Estalvi econòmic. Per exemple, a una vivenda d'uns 150 a 180 metres quadrats, l'estalvi econòmic que suposa és del 70%.
  • El temps de retorn és molt baix. Una instal·lació d'energia geotèrmica s'amortitza entre quatre i sis anys, això vol dir que en aquest temps, tots els diners estalviats en energia són iguals al preu que ha calgut instal·lar la tecnologia.
  • L'impacte visual és mínim, pel fet de ser una instal·lació sotaterrada. En el cas de climatització se sol fer amb terra radiant. No calen ventiladors ni aparells interiors a les habitacions ni exteriors, només una bomba.

Inconvenients[modifica | modifica el codi]

És una nova tecnologia i menys coneguda que les altres fonts d'energia. A més és difícil calcular quants projectes hi ha. Catalunya és capdevantera a Europa de grans projectes d'energia geotèrmica, un dels quals, per exemple, n'és el projecte geotèrmic de l'Hospital de Sant Pau, que amb 307 pous té les instal·lacions geotèrmiques majors de la Unió Europea.[1]

És més difícil d'instal·lar de manera particular a grans ciutats, on el subsòl pertany a l'ajuntament i està ocupat per altres serveis.

Producció d'energia geotèrmica[modifica | modifica el codi]

El sistema es basa en la diferència de temperatures entre el subsòl i la superfície. L'energia es bescanvia en forma de calor a través de dos circuits tancats d'aigua que els connecten. Per a obtenir calor a l'hivern, l'aigua dins el circuit captador geotèrmic, que és un circuit de plàstic disposat en perforacions verticals que arriben a entre 80 i 200 metres de profunditat, recorre, impulsada per una bomba, el subsòl fins a escalfar-se, escalfa l'aigua al circuit emissor radiant, un circuit tancat que cedeix la calor a l'edifici. A l'estiu el funcionament és anàleg, però la calor es desplaça en sentit contrari. L'eficiència és major com més profund estigui el circuit del subsòl, ja que la diferència de temperatures és major.

Per a obtenir aigua calenta, el circuit captador escalfa aigua calenta d'un circuit obert, que ve de la xarxa d'aigua i es pot emmagatzemar a un dipòsit. L'aigua calenta es pot utilitzar també per a moure una turbina, transformant així l'energia tèrmica (geotèrmica, tèrmica provinent del subsòl) en energia mecànica. L'energia mecànica es pot fer servir tal qual, per a moure màquines, o potser al seu torn transformada en energia elèctrica: electricitat.

Per a potències petites d'energia (producció de fins a 30 kW) i usos particulars és possible disposar els tubs d'aigua captadors de calor horitzontalment i a poca profunditat, és a dir a entre un i cinc metres, usualment entre un i mig i dos, per exemple sota un jardí. La bomba té el tamany d'una nevera però és molt silenciosa, i es pot ubicar al garatge, per exemple.

Aquestes instal·lacions solen realitzar-se amb materials polimèrics (plàstic), habitualment polietilè reticulat (PEX-a).

Conversió d'energia geotèrmica a electricitat[modifica | modifica el codi]

La conversió d'energia geotèrmica en electricitat consisteix en la utilització del vapor, que passa a través d'una turbina que està connectada a un generador, produint així electricitat.

Generació d'electricitat[modifica | modifica el codi]

La generació d'electricitat a partir d'energia geotèrmica és un bon complement per a les plantes hidroelèctriques que, a més, te l'avantatge que és constant al llarg de l'any. Es poden distingir tres tipus de plantes de generació d'electricitat depenent de la temperatura, la profunditat i la qualitat de l'aigua i del vapor extrets.

  • Plantes de vapor sec: Aquestes plantes aprofiten directament el vapor que surt de les fractures del sòl i per moure una turbina que genera electricitat.
  • Plantes de vapor flash: Aquestes plantes utilitzen aigua de les profunditats de la terra, que és escalfada pel magma fins a uns 200 °C. Com que al centre de la terra es troba a alta pressió, aquesta es manté en estat líquid, però quan és bombejada cap a l'exterior, on la pressió és atmosfèrica, es converteix en vapor. Aquest vapor és aprofitat per moure la turbina que genera l'electricitat. La resta d'aigua que no ha vaporitzat es retorna a la reserva.
  • Cicle binari: Aquest tipus de plantes utilitzen aigua entre 170 i 182 °C, la qual passa a través d'un bescanviador de calor amb l'objectiu de vaporitzar fluids de temperatura d'ebullició inferior (com l'isobutà o l'isopentà). El vapor generat s'utilitza per moure la turbina. L'avantatge d'aquest tipus de plantes és el baix cost i l'alta eficiència que assoleixen.
  • Energia a partir de les roques seques i calentes: Aquest sistema consisteix a bombar aigua a través de les roques calentes del centre de la terra, en comptes d'aprofitar l'aigua calenta de l'interior de la terra, per vaporitzar-la i fer moure una turbina. L'avantatge d'aquest tipus d'aprofitament d'energia és que pot ser utilitzar a qualsevol lloc, no només a zones tectòniques actives.

En tots els casos, el vapor condensat i les restes de fluid geotèrmic són retornades al jaciment.

Tipus de plantes elèctriques[modifica | modifica el codi]

Aquesta font d'energia es pot usar tant per subministrar calor com per generar electricitat. Normalment aquestes tecnologies disponibles es poden dividir en tres categories: les centrals geotèrmiques, les aplicacions d'ús directe i les bombes de calor geotèrmiques. Les centrals geotèrmiques generen electricitat a partir de la perforació de pous, d'un kilòmetre o més de profunditat, per explotar dipòsits subterranis geotèrmics, de vapor d'aigua i aigua molt calenta. En l'actualitat, funcionen tres tipus de centrals de generació elèctrica:

  • Centrals de vapor: utilitzen el vapor geotèrmic directament per fer girar les turbines que produiran l'energia al generador.
  • Centrals de transmissió de vapor: aprofiten la calor generada en les reserves geotèrmiques mitjançant un fluid que transmetrà el vapor i la calor.
  • Centrals de cicle binari: utilitzen l'aigua subterrània per transferir la calor a un segon líquid que té una temperatura d'evaporació més baixa. Quan aquest líquid s'evapora mou les turbines. Posteriorment aquest vapor es condensa i es reutilitza el líquid de nou.

Aquest últim sistema, en comparació amb els altres, és el que té més perspectives de futur. No emet cap tipus de gas donat que és un cicle tancat, i funciona a temperatures interiors de 110 a 160 °C.

Tipus de fonts geotèrmiques[modifica | modifica el codi]

L'energia geotèrmica s'obté a través de l'extracció de la calor interna de la Terra. Es troben diverses zones amb aigües termals, aquestes poden ser les que s'utilitzen en balnearis o d'altres centres, aquestes aigües estan escalfades per la temperatura de l'interior de la Terra, en les zones on les aigües termals són molt calentes a poc profunditat es fan perforacions, a través de fractures naturals. L'aigua calenta i/o el vapor poden fluir de manera natural, pels impulsos dels fluxos d'aigua i vapor, però també per bombament. Cal seleccionar el mètode a utilitzar en funció del mètode que sigui més rendible econòmicament. No hi ha un sol mètode a l'hora d'aprofitar aquest tipus d'energia, ja que hi ha hagut projectes que en alguns països s'han hagut de desestimar per la seva inviabilitat econòmica, com és el cas del "Hot Dry Rocks HDR" a Anglaterra, en canvi en països com França, Austràlia, Alemanya o Suïssa estan tirant endavant.

El magma (roques foses) és una gran font d'energia, ja que les roques sols es troben en estat líquid a temperatures extremadament altes, però amb la tecnologia que hi ha disponible en aquests moments no és possible aprofitar aquest tipus de font, és econòmicament inviable.

Les explotacions per extreure aigua calenta, se'n pot veure una a la figura 5 acostumen a disposar d'un nombre parell de pous, ja que per un s'extreu l'aigua calenta i per l'altre es torna a injectar aigua a l'aqüífer, quan ja està refredada. Aquest sistema té diversos avantatges:

  • Poques probabilitats d'esgotar l'aigua del jaciment, ja que com que contínuament s'injecta l'aigua, el volum es manté costant.
  • No hi ha emissions de gasos dissolts, ja que el circuit d'aigua és tancat, aquest fet evita possibles contaminacions a l'exterior.
  1. Perforació d'extracció de vapor
  2. Injecció d'aigua freda fins a la roca calenta
  1. Perforació d'extracció de vapor
  2. Bescanviador de calor
  3. Edifici de la turbina
  4. Refredament
  5. Dipòsit de calor subterrània, per l'excés de temperatura
  6. Mesura de la perforació
  7. Connexió a la xarxa elèctrica

Tipus de jaciments segons la temperatura de l'aigua[modifica | modifica el codi]

Energia geotèrmica d'alta temperatura

Es troba en zones on la capa de l'escorça encara és activa i la temperatura oscil·la entre els 150 °C i els 400 °C. En aquests casos el vapor surt a la superfície mitjançant una turbina que genera electricitat al ser moguda per la força del vapor. Per a trobar una zona d'on extreure aigua calenta, una zona geotèrmica, cal trobar una capa superior composta de:

  • Cobertura de roques impermeables, que permeten la filtració d'aigua.
  • Aqüífer o dipòsit de permeabilitat elevada, entre 300m i 2 km de profunditat.
  • Sòl fracturat, permet la circulació de fluids per convecció, així la transferència de calor arriba fins a la superfície.
  • Font de calor magmàtica, a una profunditat entre 3 km i 15 km i a una temperatura entre 500 °C i 600 °C.

Les perforacions que cal fer per tal d'extreure l'aigua calenta són gairebé iguals a les que es fan per a extreure petroli dels pous.

Energia geotèrmica de mitja temperatura

La temperatura dels fluids dels aqüífers està a temperatures força menys elevades, a temperatures que oscil·len entre els 70 °C i els 150 °C, per a això el rendiment de conversió vapor-electricitat és força menor, en aquest cas cal afegir un component volàtil. Aquest tipus d'energia geotèrmica es pot transformar en centrals elèctriques petites, però és en la distribució a través de la xarxa urbana on l'aprofitament és màxim, s'utilitza per a calefacció i refrigeració, amb màquines d'absorció. Aquesta s'utilitza per a la producció d'electricitat, és necessari que el fluid estigui entre 120 °C i 180 °C.

Energia geotèrmica de baixa temperatura

S'aprofita en àmplies zones, en zones més àmplies que la que treballa a temperatures altes o mitges. Es pot trobar a les conques sedimentàries, el fluid d'aquestes conques es troba a una temperatura entre 50 °C i 70 °C.

Energia geotèrmica de molt baixa temperatura

S'utilitza per a donar servei a les necessitats domèstiques, urbanes i agrícoles. Els fluids que es poden trobar estan a unes temperatures entre 20 °C i 50 °C.

Tant l'energia geotèrmica a baixa temperatura com l'energia geotèrmica a molt baixa temperatura són molt útils per als sistemes de calefacció urbans, a través de circuits tancats.

Centrals geotèrmiques de producció d'energia[modifica | modifica el codi]

La principal planta geotèrmica es troba en la Toscana, a prop de la ciutat de Pisa i és anomenada Central Geotèrmica de Larderello.[3][4] Una imatge de la central en la part central d'una vall i la visió de quilòmetres de canonades d'un metre de diàmetre que van cap a la central tèrmica mostren l'impacte paisatgístic que genera.

Història[modifica | modifica el codi]

El districte geotèrmic més antic del món és a Chaudes-Aigues (França). Opera des del segle XIV. L'explotació industrial va començar el 1827 amb l'ús del vapor del guèisers per extreure àcid bòric del volcà de fang a Larderello (Itàlia). Al segle XX, per la demanda d'electricitat es va considerar fer servir energia geotermal com a font d'energia. El príncep Piero Ginori Conti va provar el primer generador geotermal al 4 de juliol de 1904, al mateix volcà de Larderello on l'extracció d'àcid geotermal va començar. Va encendre amb èxit quatre bombetes. Després, el 1911, es va fer per primer cop una planta d'energia geotèrmica. Va ser l'únic productor d'electricitat geotèrmica fins que Nova Zelanda va construir una planta el 1958.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. 1,0 1,1 1,2 L'energia que mou Catalunya, de Josep M. Berengueras, publicat a Theknos, número 185, de juliol-agost de 2014, pàgines 23 a 27. (català)
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Energia geotèrmica, publicat a Theknos, número 183, al maig de 2014, pàgina 39. (català)
  3. Geotèrmia a toscana
  4. «www.geotermia.it».

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Energia geotèrmica