energia geotermala bun

8/3/2019 Energia Geotermala Bun

1/32

1

1. INTRODUCERE

In sectorul energetic din majoritatea statelor europene s-au produs transformari majoredeterminate de necesitatea cresterii sigurantei in alimentarea cu energie a consumatorilor, iar incadrul acestei cerinte, sursele regenerabile de energie ofera o solutie viabila, inclusiv aceea de

protectie a mediului inconjurator.

Siguranta alimentarii cu energie a consumatorilor din statele membre ale Uniunii Europeneeste asigurata in mod obligatoriu prin luarea in considerare a importurilor, in conditiileliberalizarii pietei de energie si in conformitate cu nevoia stringenta de atenuare a impactuluiasupra mediului climatic planetar.

Necesitatea de asigurare a unei dezvoltari energetice durabile, concomitent cu realizarea uneiprotectii eficiente a mediului inconjurator a condus in ultimii 10 15 ani la intensificareapreocuparilor privind promovarea resurselor regenerabile de energie si a tehnologiilor industrialesuport. Politica UE in acest domeniu, exprimata prin Carta Alba si Directiva Europeana

2001/77/CE privind producerea de energie din surse regenerabile, prevede ca, pana in anul 2010,Uniunea Europeana largita va trebui sa isi asigure necesarul de energie in proportie de circa 12%

prin valorificarea surselor regenerabile. In acest context, in multe tari europene dezvoltate(Franta, Italia, Germania, Austria), posesoare de resurse geotermale similare cu cele aleRomaniei, preocuparile s-au concretizat prin valorificarea pe plan local / regional, princonceperea si realizarea unor tehnologii eficiente si durabile, care au condus la o exploatare

profitabila, atat in partea de exploatare a resurselor (tehnologii de foraj si de extractie din sondelegeotermale), cat si in instalatiile utilizatoare de la suprafata.

In functie de temperatura inregistrata la sursele hidrogeotermale (valorificate prin foraj si

extractie) din Romania, geotermia de joasa entalpie se inregistreaza la ape de adancime (cutemperaturi cuprinse intre 25oC si 60oC) si, respectiv, geotermia de temperatura medie (apemezotermale), cu temperatura de la 60oC pana la maximum 125oC.

Resursele geotermale de joasa entalpie se utilizeaza la incalzire si la prepararea apei caldepentru consum, in imobile rezidentiale (locuinte), anexe industriale, tertiare servicii (birouri,spatii de invatamant si educatie, spatii comerciale si sociale, spitale etc.) sau constructiiagrozootehnice (sere, solarii, ferme pentru cresterea animalelor s.a.).

Limita economica de foraj pentru ape geotermale nu depaseste, in general, 3.300 m si a fostatinsa numai in anumite zone (de exemplu, bazinul geotermal Bucuresti Nord sau perimetrele

Snagov Balotesti).In anul 1990, in Romania se aflau in exploatare curenta 64 de sonde, pentru utilizari locale

diverse, precum asigurarea incalzirii si apei calde la ansambluri de locuinte, cladiri cu destinatiepublica sau industriale, constructii agrozootehnice etc.

In prezent se afla in functiune aproximativ 75 de sonde de tip hidrogeotermal, in zone geograficediferite, iar potentialul energetic exploatabil in conditii economice depaseste 100 mii tep/an.


2/32

2

Energia echivalenta produsa si livrata utilizatorilor conectati la capul de exploatare alsondei depaseste 30 000 tep, cu un grad mediu de folosire anuala a potentialului maxim de peste20%.

In etapa actuala se afla in conservare sau rezerva unnumar relativ ridicat de sonde cupotential energetic atestat.

Materialele si echipamentele utilizate in situ au un grad ridicat de uzura fizica si morala(schimbatoare de caldura neperformante, nivelul avansat de coroziune, infundari, depuneri,conducte si vane din otel fara izolatie termica, fiabilitate redusa etc.).

Durata de exploatare a instalatiilor in functiune este mai mare de 20 ani, iar gestiuneaenergetica (sistemul de facturare a energiei livrate utilizate) se inregistreaza in regim pausal, cu

baza de calcul prin citire periodica a parametrilor la gura sondei, cu aparatura de tip industrial(lipsa de contoare de caldura si aparatura de precizie ridicata).


3/32

3

2. ENERGIA GEOTERMALA.TERMINOLOGIE

ENERGIA GEOTERMALA reprezinta caldura continuta in fluidele si rocile subterane.Este nepoluanta, regenerabila si poate fi folosita in scopuri diverse: incalzirea locuintelor,industrial sau pentru producerea de electricitate.

Utilizarea directa

Rezervoarele geotermale, care se gasesc la cativa kilometri in adancul scoartei terestre, pot fifolosite pentru incalzire directa, aplicatii ce poarta numele de utilizare directa a energieigeotermale. Oamenii au folosit izvoarele calde inca de acum cateva mii de ani, pentru furnizareaapei de imbaiere sau gatit. Astazi, apa izvoarelor este captata si utilizata in statiunile balneare.

In sistemele moderne, se construiesc fantani in rezervoarele geotermale si se obtine un fluxcontinuu de apa fierbinte. Apa este adusa la suprafata printr-un sistem mecanic, iar un altansamblu o reintroduce in put dupa racire, sau o evacueaza la suprafata.

Aplicatiile caldurii geotermale sunt foarte variate. Ele includ incalzirea locuintelor (individualsau chiar a unor intregi orase), cresterea plantelor in sere, uscarea recoltelor, incalzirea apei increscatorii de pesti, precum si in unele procese industriale, cum este pasteurizarea laptelui.

Pompe termice

Primii trei metri ai scoartei terestre au o temperatura constanta de 10-16C. Precum intr-o pestera, temperatura aceasta e putin mai ridicata decat a aerului din timpul iernii si mai scazutadecat a aerului vara. Pompele geotermale se folosesc de aceasta proprietate pentru a incalzi siraci cladirile.

Pompele termice geotermale sunt compuse din trei parti: unitatea de schimb de caldura cusolul, pompa termica propriu-zisa si sistemul de alimentare cu aer. Unitatea de schimb este unansamblu de tevi aranjate in spirala, ingropat in partea superioara a scoartei terestre in apropiereacladirilor. Un fluid de regula apa sau o solutie de apa si antigel circula prin tevi si absoarbesau cedeaza caldura solului.

Iarna, pompa transmite caldura acumulata de fluid in cadrul sistemului de alimentare cuaer. Vara, procesul este inversat, iar caldura eliminata din interiorul cladirii poate fi folosita laincalzirea apei, constituind o sursa gratuita de apa calda.

Asemenea utilaje folosesc mult mai putina energie comparativ cu sistemele clasice de

incalzire si sunt mult mai eficiente pentru racirea locuintelor. Pe langa faptul ca economisescenergie si bani, ele reduc poluarea.

Generarea de electricitate

Energia geotermala are un potential urias pentru producerea de electricitate. Aproape8000 MW sunt produsi de-a lungul mapamondului. Tenhologia de azi utilizeaza resurselehidrotermale, dar, in viitor, poate vom putea folosi caldura continuta in adancul scoartei terestrein roci uscate, sau chiar cea din magma.


4/32

4

In ziua de azi exista doua tipuri de uzine electrice geotermale: binare si pe baza de aburi.

Uzinele pe baza de aburi folosesc apa la temperaturi foarte mari mai mult de 182 C.Aburul e obtinut dintr-o sursa directa sau prin depresurizarea si vaporizarea apei fierbinti.Vaporii pun in functiune turbinele si genereaza electricitate. Nu exista emisii toxicesemnificative, iar urmele de dioxid de carbon, dioxid de azot si sulf care apar sunt de 50 de orimai mici decat in uzinele ce utilizeaza combustibili fosili. Energia produsa astfel costa

aproximativ 4-6 centi/KWh.

Uzinele binare utilizeaza apa la temperaturi mai mici, intre 107 si 182 C. Apa fierbinteisi cedeaza energia termica unui fluid secundar, cu punct de fierbere scazut cel mai adesea seutilizeaza hidrocarburi inferioare precum izobutanul sau izopentanul -, cu ajutorul unui sistem deschimb al caldurii. Fluidul secundar se evapora si pune in miscare turbinele, iar apoi e condensatsi readus intr-un rezervor. Deoarece uzinele binare se bazeaza pe un ciclu intern, nu exista nici

un fel de emisii. Electricitatea produsa astfel costa de la 5 pana la 8 centi per KWh. Ele sunt maides intalnite decat cele pe baza de aburi.

Desi uzinele geotermale se aseamana destul de mult cu uzinele traditionale, ele prezinta sidificultati speciale: gaze si minerale necondensabile in fluidul utilizat, utilizarea de hidrocarburi,absenta apei de racire utilizata in condensare.

Ce putem face in Europa

Se poate estima ca pana in anul 2030-2050, noile tehnologii din domeniul energieigeotermale vor permite o productie semnificativa de electricitate in multe tari care nu suntconsiderate azi ca avand resurse geotermale importante.

Europa, per total, va putea produce pana la 10-20% din cererea energetica astfel, cifracomparabila cu capacitatea centralelornucleare existente. Un studiu facut de Shellsugereaza caexploatarea celor mai mari resurse geotermale de pe continent poate echivala programul nuclearactual (40-80 GW).


5/32

5

3. PREZENTARE PROBLEMA.STUDIU DE LITERATURA

Aspecte generale privind energia geotermal

Necesitatea asiguraii unei dezvoltari energetice durabile, concomitent cu protejarea mediului

inconjurator a condus, in ultimii 10 15 ani, la intensificarea preocuparilor privind promovarearesurselor regenerabile de energie si a tehnologiilor industriale suport. Politica UE in acestdomeniu, exprimata prin Carta Alba si Directiva Europeana 2001/77/CE privind producerea deenergie din surse regenerabile, prevede ca, pana in anul 2010, Uniunea Europeana largita sa isiasigure necesarul de energie in proportie de circa 12 % prin valorificarea surselor regenerabile.

In acest context, in multe tari europene dezvoltate (Franta, Italia, Germania, Austria),posesoare de resurse geotermale similare cu cele ale Romaniei, preocuparile s-au concretizat prinvalorificarea pe plan local/regional, prin conceperea si realizarea unor tehnologii eficiente sidurabile, care au condus la o exploatare profitabila, atat in partea de exploatare a resurselor(tehnologii de foraj si de extractie din sondele geotermale), cat si in instalatiile energetice de

suprafata.

Potentialul energetic geotermal

Fluxul termic:

Fluxul termic mediu de cldur dinspre interiorul Pmntului: 58 MW/km2.

Fluxul termic mediu de cldur pentru Europa: 62 MW/km2

Cantitatea de cldura coninut n interiorul

Pmntului este estimat la 126 x 1030

Joule.

Acest lucru echivaleaz cu

3.5 x 1025

kWh = 3.5 x 1022

MWh.

Dac toat cldura ar fi degajat pe durata unui

singur an ar rezulta o putere echivalent de 4 x 1017

MW.

Source: 2000 Geothermal Education Office

Fig. 1 Potenialul energiei geotermale.

Energia geotermala reprezint cldura acumulat n roci i n fluidele ce umplu porii acestora.Energia geotermala este energia termica continuta de materia anorganica din interiorulPamantului sub forma de caldura sensibila si produsa in cea mai mare parte din descompunerea


6/32

6

lenta a substantelor radioactive naturale existente in toate tipurile de roca. Cldura provine dinenergia care se propag radial de la centru ctre exteriorul Pmntului i este furnizat continuu.

Temperatura nalt de la centrul Pmntului se explic prin originea Pmntului, prinexistena izotopilor radioactivi de uraniu (U238, U235), thorium (Th232) i potasiu (K40) nPmnt. Procesul de propagare se desfoar n permanen i se poate spune c energiageotermal este o surs de energie inepuizabil. Energia geotermal este una din alternativele

care pot satisface nevoia omului pentru energie, minimiznd impactul asupra mediului.

In zona in care, din cauza temperaturii ridicate, rocile se gasesc in stare topita (demagma), caldura se transmite in cea mai mare parte prin convectie datorita miscarii masei topitesi prin conductie in proportie mai redusa. In zonele cu temperaturi mai scazute, caracterizate prinfaptul ca materia se gaseste in stare solida, caldura se transmite numai prin conductie.

Gradientul geotermal exprim creterea temperaturii cu adncimea, valoarea medie fiindde 2,5-3C/100 m, ceea ce corespunde unei temperaturi de 100 C la 3000 m adncime. Existnumeroase zone unde valoarea gradientului geotermal difer considerabil fa de valoarea medie.Spre exemplu n zonele unde platoul de roc a suferit prbuiri rapide i bazinul este umplut cu

sedimente foarte tinere din punct de vedere geologic, gradientul geotermal poate fi mai mic de1C/100 m. Pe de alt parte n alte zone geotermale gradientul depete de cteva ori media.

In general, valoarea acestui gradient este de 25 0C/km, insa exista numeroase zone incare gradientul termic din apropierea scoartei este mult mai mare. Aceste zone sunt adevaraterezervoare termale subterane, de energie geotermica de potential ridicat, care, in anumite conditiifavorabile, pot fi exploatate pentru a deservi instalatiile de incalzire si instalatiile de preparare aapei calde menajere.

Sistemele geotermale pot fi gsite n zone cu un gradient geotermal normal sau aproapenormal i n regiuni joase, unde gradientul geotermal poate fi semnificativ mai ridicat dect

media. n primul caz sistemele vor fi caracterizate de temperaturi sczute, de obicei ajungndu-sepn la 100C pentru adncimi optime din punct de vedere economic. n al doilea caztemperaturile se pot situa ntr-o plaj larg, de la foarte sczute pn la foarte nalte, atingnd400C.

Un sistem geotermal poate fi descris ca un sistem n care apa este folosit ca agent detransport, prin intermediul cruia cldura este preluat de la sursa din subsol i transmis lasuprafaa ctre un consumator.

Un sistem geotermal este compus din 3 elemente principale: o surs de cldur, unrezervor i un fluid. Sursa poate fi o intruziune de roc magmatic de temperatur foarte nalt (>

600C), situat la adncimi relativ mici (5-10 km). Rezervorul este un volum de roci fierbini,permeabile, de la care fluidele transportoare extrag cldura. Rezervorul este de obicei acoperit deun strat de roci impermeabile i conectat cu o zon de ncrcare de suprafa, prin care apa din

precipitaii poate nlocui total sau parial fluidele ce se pierd din rezervor prin izvoare sau suntextrase prin sonde. Fluidul geotermal este apa, n majoritatea cazurilor din precipitaii, n starelichid sau vapori, funcie de temperatur i presiune. Aceast ap transport de asemeneaelemente chimice i gaze precum CO2, H2S etc.


7/32

7

Sistemele geotermice se clasifica in functie de temperatura si presiunea sistemului si demodul in care energia termica este transferata spre sol. Se identifica urmatoarele tipuri de sistemegeotermice:

Tipuri de surse geotermale (Sisteme geotermale)

Se disting patru categorii de surse geotermale:

A) Surse hidrotermale

Aceste surse se bazeaz pe circulaia apelor meteorice (de suprafa) care se infiltreaz nscoara Pmntului pn la adncimi cuprinse n intervalul 100 m 4,5 km (vezi Figura 2).Circulaia este asigurat n mod natural pe baza diferenei dintre densitatea apei reci, respectiv aapei fierbini sau a vaporilor de ap.

Fig. 2 Seciune simplificat printr-o surs hidrotermal

(Surs : Boyle, 1998).

O surs hidrotermal necesit trei elemente principale:

y surs de cldur ;y un rezervor de ap alimentat cu apa de suprafa ;y un strat de roci impermeabile care s susin rezervorul de ap.

n mod uzual o surs hidrotermal este exploatat prin executarea unor foraje pn la rezervorulde ap i extragerea apei fierbini sau a vaporilor de ap. Apa din rezervor poate ajunge lasuprafa i prin mijloace naturale cum ar fi izvoarele calde (fumarolele si gheizerele).


8/32

8

Din punct de vedere al nivelului termic se disting :

y Surse hidrotermale de nalt temperatur (temperaturi cuprinse n intervalul 180 350rC): nclzirea apei se datoreaz contactului cu roci fierbini.

y Surse hidrotermale de joas temperatur (< 180 rC): nclzirea apei se realizeaz princontactul cu roci fierbini, dar i datorit altor cauze cum ar fi fisiunea unor substaneradioactive.

n funcie de starea de agregare a apei din rezervorul hidrotermal se ntlnesc urmtoarelesituaii:

y Rezervoare n care apa se gsete predominant sub form lichid;y Rezervoare n care apa se gsete predominant sub form de vapori.

Sursele hidrotermale sunt cvasi-regenerabile. O exploatare neraional a acestora poate conducela diminuarea potenialului rezervoarelor subterane de ap.

B) Surse sub presiune

Apa continuta in aceste rezervoare are salinitate scazuta si n compozitia sa se gsete metandizolvat. Apa i metanul sunt inute captive de straturi de roci impermeabile n rezervoareexistente la mari adncimi (3 6 km) caracterizate prin valori deosebit de ridicate ale presiunii.

Temperatura apei se situeaz n general n intervalul 90 200 rC.

Surs geotermal sub presiune se caracterizeaz prin trei forme de energie :

y Cldur ;y Energie chimic datorat gazului metan dizolvat n ap ;y Energie hidraulic (ntr-o mai mic msur) datorat presiunii existente n rezervor.Sistemele geopresurizate pot fi exploatate atat termic, cat si hidraulic. Cele mai

importante surse geotermale sub presiune au fost descoperite n partea nordic a Golfului Mexic.

C) Roci fierbini

Acest tip de surs const din straturi de roci fierbini existente n scoara terestr. Spredeosebire de sursele hidotermale n acest caz nu exist rezervoare subterane de ap sau

posibiliti de infiltrare a apelor de suprafa.

Exploatarea se realizeaz prin forare. In zona rocilor fierbini, se pompeaza apa rece nscopul constiturii unui rezervor. Apa preia cldura de la roci i este adus ulterior la suprafa

printr-un put de extractie.

Tinand cont de aceste aspecte, aceasta resursa este practic nelimitat i este maiaccesibil dect resursele hidrotermale. Pn n prezent se menioneaz preocupri n acest sensin Marea Britanie i in Statele Unite.


9/32

9

D) Magma

Magma reprezint cea mai mare resurs geotermal, fiind format din roci topite situatela adncimi mai mari de 3 10 km. Temperatura magmei se situez n general n intervalul 700 1200 rC. Nu au fost realizate cercetari privind utilizarea acestei resurse, n principal i datorit

accesului anevoios la adncimile la care se gsete magma.

Explorarea zacamintelor de resurse geotermale

Pentru a determina parametrii de exploatare ai resurselor geotermale, este necesar s sefac cercetri. Cercetrile sunt de natur hidro-geologic, geofizic i geochimic. Studiilegeologice si hidro-geologice au un rol important n toate fazele cercetrii geotermale, pn laamplasarea obiectivului i crearea sondelor. Deasemenea, ofer informaiile suport pentruinterpretarea datelor obinute de la alte metode de explorare i, n final, pentru construcia unuimodel realist al sistemului geotermal i stabilirea potenialului resurselor.

Datele de explorare care sunt utilizate n faza de producie furnizeaz informaii

valoroase despre rezervor i tehnologia de producere. Cercetrile geochimice (inclusiv chimiaizotopilor) sunt metode utile pentru a stabili dac sistemul geotermal este preponderent formatdin ap sau vapori, pentru a stabili care este temperatura minim, precum i omogenitatea apeifurnizate. Cercetrile geofizice au drept scop obinerea indirect de informaii, de la suprafasau de la anumite adncimi stabilite, privind parametrii fizici ai formaiunilor geologice alesubsolului.

Activitatea seismic, gravitaia i magnetismul pot oferi informaii preioase despreforma, mrimea, adncimea i alte caracteristici importante ale structurilor geologice alesubsolului. Informaii despre existena fuidelor geotermale n structurile geologice se pot obine

pe cale electric sau electromagnetic. Toate tehnicile geofizice sunt costisitoare, dar pot fiutilizate n majoritatea condiiilor sau situaiilor, oferind rezultate excelente n ceea ce privete

structura geologic.

Obiectivele explorrii geotermale sunt:

y Identificarea fenomenelor geotermale ;y Asigurarea c exist o zon de producere geotermal util ;y Estimarea mrimii resursei ;y Determinarea cmpului geotermal ;y Localizarea zonelor productive ;y Determinarea coninutului de cldur al fluidelor descrcate de izvoare n cmpurile

geotermale ;

y Stabilirea unor date de baz prin care s se poat realiza ulterior monitorizarea ;y Determinarea valorilor de pre-exploatare ale unor parametri sensibili ;y Colectarea de cunotine despre orice aspect care poate crea probleme n timpul

dexploatrii resursei.

Forarea

Dup diverse activiti de cercetare a zonei, urmtorul pas n dezvoltarea proiectuluigeotermal l reprezint forarea. Puurile geotermale, indiferent dac sunt de explorare sau


10/32

10

producie, sunt realizate utiliznd tehnologii de forare rotativ, adoptate masiv din industriapetrolier. Acestea au fost modificate pentru a lucra la temperaturi nalte i n formaiuni de rocspecifice. Adncimea puurilor geotermale n cmpurile actuale de producie este ntre 500 i 5000 m, cu o medie a adncimii de 1 500 m.Costurile specifice de forare (/m) cresc cu adncimea. Costurile specifice pentru acces,amplasarea puurilor i echipamentul folosit sunt constante, deci se poate face o evaluaregeneral a costului puului. Costurile sunt n general anticipate pentru fiecare proiect i chiar

dac variaz cu 30 50 %, media este de 0,9 -1,1 milioane pentru realizarea unui pu.Calculele pentru costul energiei produse in cont de un pre de 1,1 1,3 milioane , incluzndpreul forrii i al explorrii. Aceste costuri includ i cheltuieli cu pregtirea terenului deamplasare a puului i cu crearea de drumuri de acces.

Utilizarea resurselor geotermale

Utilizarea energiei geotermale depinde de parametrii termici ai resursei. Spre exemplu resurselecu fluide geotermale ce depesc 150C pot fi utilizate la producerea de energie electric, fiind

pe deplin justificate tehnic i economic (pragul minim actual pentru producerea de energieelectric este de 97C). Sub aceast temperatur, energia geotermal este utilizat n tehnologiide prelucrare direct, majoritatea construite ca sisteme n cascad (vezi figura 3).

Fig.3:Sistem cascad ce utilizeaz energia geotermal(Sursa: Geo-Heat Centre, Klamath Falls, USA).

Cu toate c energia geotermal este prezent pe toat suprafaa scoarei terestre, utilizareaei este posibil doar n anumite condiii:

y Din considerente economice, sursa geotermal trebuie s fie accesibil prin foraje laadncimi care s nu depeasc n general 3 km. Doar n condiii favorabile aceastadncime poate crete pn la 6 7 km ;

y Sursa geotermal trebuie s aib un potenial suficient de ridicat (att cantitativ ct icalitativ) pentru a rezulta o exploatare a acesteia n condiii economice avantajoase.


11/32

11

y Distana pn la care poate fi transportat cldura prin intermediul unui agent termic(ex. apa) este limitat la valori de ordinul kilometrilor. n consecin, consumatoriisunt captivi, ei trebuind s fie amplasai n apropierea sursei geotermale.

n Tabelul 1 sunt prezentate posibilitile de utilizare ale surselor geotermale, n funciede potenialul lor termic.

Tabelul 1 Posibiliti de utilizare a surselor geotermale

Tip surs

Tipul de fluid

aferent sursei

geotermale

Domeniu de

utilizareTehnologie

De nalt temperatur

( > 220 rC)

Ap sau abur

Producere energie

electric

y Ciclu cu abury Ciclu binar

Utilizare directy Utilizare direct a agentului termicy Schimbtoare de cldury Pompe de cldur

De medie temperatur

( 100 - 220 rC)

Ap

Producere energie

electric

y Ciclu cu abury Ciclu binar

Utilizare directy Utilizare direct a agentului termicy Schimbtoare de cldury Pompe de cldur

De joas temperatur

( 50 - 100 rC)

Ap Utilizare direct

y Utilizare direct a agentului termicy Schimbtoare de cldury Pompe de cldur

Pe ansamblu, energia geotermal prezint o serie de avantaje certe :

y Este o surs local de energie primar care poate reduce importul unor combustibilifosili scumpi (gaz natural, petrol) ;

y Are un impact pozitiv asupra mediului nconjurtor prin nlocuirea unor combustibilifosili puternic poluani (crbunele) ;

y Spre deosebire de alte forme de energie regenerabil (solar, eolian) poate fiexploatat n mod continuu, indiferent de condiiile atmosferice ;

y Reprezint o surs de energie primar sigur care nu necesit instalaii de stocare.

Centrale electrice geotermale

Producerea energiei electrice avnd la baz energia geotermal reprezint o opiunedeosebit de interesant pentru rile care posed un potenial important din aceast resurs deenergie primar. Se menioneaz n acest sens urmtoarele avantaje :

y Scade consumul de combustibili fosili necesar acoperirii cererii de energie electric ;y Scade impactul produs asupra mediului prin arderea combustibililor fosili.


12/32

12

Dup cum s-a precizat mai sus, principalul dezavantaj const din faptul c o centralelectric de acest tip trebuie amplasat n imediata vecintate a sursei geotermale.n general, tehnologiile de producere a energiei electrice sunt:

y Centrale geotermale pe baz de abur uscat: Folosesc abur la temperatur ridicat(>235 oC) i doar o mic cantitate de ap din rezervorul geotermal. Aburul este adus de larezervor printr-o conduct direct n turbin, pentru a antrena un generator ce produce

energie electric.

y Centrale geotermale cu abur saturat umed: este varianta uzual pentru centrale de 5MW pn la 100 MW capacitate instalat. Aceste centrale folosesc ap fierbinte(>182 oC) din rezervorul geotermal. Apa este pompat n expandor la presiunea furnizatde rezervorul subteran. Aici are loc o scdere brusc de presiune, ceea ce determin ca o

parte din ap s vaporizeze, aburul format antrennd turbina.

y Centrale cu ciclu binar: n sistemele binare, fluidele geotermale fierbini sunt vehiculateprintr-una din prile unui schimbtor de cldur, pentru a nclzi un fluid de lucru.Fluidul de lucru, cu un punct de fierbere sczut, vaporizeaz i strbate o turbin pentru agenera energie electric. Un exemplu este ciclul Kalina n care ca agent de lucru este

folosit o soluie apoas pe baz de amoniac. Autorii acestuia susin c ciclul mreteeficiena unei centrale geotermale cu 20 40 % i reduce costurile de construcie alecentralei cu 20 30 %, n plus scznd costul generrii puterii geotermale. Capacitateainstalat uzual la aceast categorie este n gama 500 kWe - 10 MWe.

y Ciclul combinat (ciclu cu abur i ciclu binar): Acesta const dintr-o combinaie ntre celedou precizate mai sus, care permite atingerea unei eficiene ridicate a centralei.

1.Central electric geotermal cu abur uscat

Reprezint cea mai veche variant de central electric geotermal. Soluia poate fi utilizatn condiiile existenei unei surse geotermale care produce abur uscat sau cu un coninut redus deumiditate.

n figura 4 este prezentat schema pentru acest tip de central. Aburul care alimenteazturbina provine direct din sursa geotermal. Dup cum s-a precizat mai sus, aburul nu trebuie sconin umiditate deoarece schema nu prevede instalaii de separare a picturilor de ap. Dupdestinderea n turbin, aburul condenseaz, iar condensul este reinjectat n rezervorul geotermal.


13/32

13

Fig. 4 Schema unei centrale electrice geotermale cu abur uscat.

Prima central de acest tip a fost pus n funciune la Larderello, nItalia, n anul 1904.

Totui, sursele geotermale care s ofere direct abur uscat sunt foarte rare. n prezent, cea maimare central existent se gsete la Geysers (SUA), avnd o putere de aproximativ 1130 MW icuprinznd grupuri cu puteri unitare de 55 i 110 MW.

2.Central electric geotermal utilizand apa fierbinte

Centrala electric geotermal cu abur umed reprezint soluia cea mai des ntlnit (veziFigura 5).

Fig. 5 Schema unei centrale electrice geotermale cu abur umed.


14/32

14

Principiul const din prelevarea de ap fierbinte sub presiune dintr-o surs hidrotermal iintroducerea acesteia ntr-un expandor. Aburul format se destinde ntr-o turbin producnd lucrumecanic i apoi condensnd. Condensul astfel format se amestec cu faza lichid rezultat de laexpandor i este reinjectat n rezervorul geotermal sau este trimis ctre un consummator termic.Puterea unitar pentru o astfel de unitate energetic se situeaz n intervalul 5 100 MW.

n funcie de nivelul termic al sursei hidrotermale este posibil realizarea unei scheme cu

dou nivele de presiune, n care producia de abur se realizeaz n dou expandoare nseriate.Apa evacuat din expandorul de nalt presiune este introdus n expandorul de joas presiune,

producnd o cantitate de abur ce este injectat n turbin.

Un alt exemplu, prezentat in figura 6, este constituit de prima centrala geotermalaconstruita in Germania la Neustadt care produce energie electrica utilizand o resursa geotermalacu cel mai redus nivel termic (98 0C).

Fig. 6 Schema centralei electrice geotermale de la Neustadt (Germania).Spre deosebire de schema anterioara, in cazul centralei de la Neustadt condensatul

rezultat in condensator este preincalzit inainte de a intra in expandor. In felul acesta, apa fierbinteextrasa din rezervorul geotermal este trecuta prin doua schimbatoare de caldura, unul de amestecsi unul de suprafata, inainte de a fi reinjectata in rezervor.

3.Central electric geotermal cu ciclu binar

O mare parte a rezervoarelor geotermale se caracterizeaz prin temperaturi relative

coborate, sub nivelul de 180 rC. n acest caz pentru conversia energiei geotermale n energieelectric soluia optim este utilizarea ciclurilor binare (vezi Figura 7).

Apa provenit din sursa geotermal cedeaz cldura (prin intermediul unui schimbtor decldur) ctre un alt fluid (ex. pentan, butan) care evolueaz n ciclul motor al centralei. Acest


15/32

15

fluid se caracterizeaz printr-o temperatur de fierbere sensibil mai cobort dect cea a apei. nacest mod poate fi utilizat un potenial termic geotermal relativ sczut.

Fig. 7 Central electric geotermal cu ciclu binar.

Dezvoltarea centralelor electrice geotermale

Dup cum s-a precizat mai sus, centralele electrice geotermale trebuiesc amplasate nimediata apropiere a surselor de cldur. Va rezulta o rspndire neuniform a acestei categoriide central electric, n funcie de potenialul geotermal al fiecrei regiuni geografice. n Tabelul2 sunt prezentate principalele ri productoare de energie electric pe baz de energiegeotermal.

Prima central geotermal din lume a fost pus n funciune n 1904 la Lardarello, Italia,

avnd la baz un ciclu cu abur uscat. A doua central a intrat n exploatare n anii 50 laWaikarei (Noua Zeeland), fiind urmat n anii 60 de Geysers (SUA).

Centralele electrice geotermale cu abur uscat reprezint filiera cea mai rspndit la oraactual. Totui, se remarc i o preocupare nspre dezvoltarea unor uniti de mic putere bazate

pe cicluri binare.Centralele electrice geotermale reprezint una din soluiile cele mai avantajoasepentru alimentarea unor consumatori izolai. Se elimin astfel necesitatea unor linii lungi detransport a energiei electrice care genereaz costuri investiionale i de mentenan importante.Tehnologiile utilizate nu sunt sofisticate, bazndu-se pe echipamente mature din punct de vederecomercial, iar sursa de energie geotermal este practic inepuizabil. Rezult o disponibilitate detimp deosebit de ridicat n raport cu alte categorii de centrale electrice. Centralele electrice

geotermale sunt utilizate cu precdere pentru acoperirea bazei curbei de sarcin a unui sistemelectroenergetic.


16/32

16

Tabelul 2 Capaciti instalate n centralele electrice geotermale

(Surs: International Geothermal Association)

ar Putere instalat (MWe)

China 29.17

Costa Rica 142.5

El Salvador 161

Islanda 170

Indonezia 589.5

Italia 785

Japonia 546.9

Mexic 755

Noua Zealand 437

Filipine 1909

Statele Unite ale Americii 2228

Utilizarea direct a energiei geotermalen afara produciei de energie electric, energia geotermal are o gam larg de utilizare

direct :

y Balneologiey Agricultur : sere, nclzire terenuri de cultury Industrie : nclzire i uscare produsey Acoperirea cererii de cldur a consumatorilor rezidenialiSe menioneaz c n peste 35 de ri exist o capacitate instalat de utilizare direct a

energiei geotermale de peste 12 000 MWt.Utilizarea energiei geotermale presupune o serie de investiii relativ ridicate, ndeosebi n

ceea ce privesc operaiunile de foraj. O utilizare eficient a energiei geotermale este cea ncascad:

y Termoficare la o temperatur de 90 - 60 C;y Alimentare sere sau procese industriale la o temperatur de aproximativ 60 C;y Preparare ap cald menajer pentru temperature sub 60 C.


17/32

17

Principii de baza ale pompele de cldur

Pompa de cldur geotermal este o tehnologie de energie regenerabil foarte eficient,care este folosit att pentru cldiri de locuit ct i pentru cele comerciale. Pompele de cldur

geotermale sunt folosite pentru nclzirea sau rcirea spaiului, precum i pentru nclzireaapei. Sistemul conine trei componente principale:

y Sistemul de conectare de suprafa;y Sistemul de pompare de cldur geotermal;y Sistemul de distribuie a cldurii.Pompele de cldur geotermale se pot folosi n zone fr ape freatice sau cu apariii

ntmpltoare i neglijabile ale acestora. Adncimile de sond tipice sunt cuprinse ntre 100 i200 m. Cnd este necesar o capacitate termic mare, forarea se realizeaz nclinat, pentru aobine un volum mai mare de roc exploatat. Acest tip de pomp de cldur este de obiceiconectat prin intermediul unor conducte de plastic, care extrag cldura din roc. Unele sistemedestinate cldirilor comerciale utilizeaz roc pentru acumularea cldurii i frigului. Datoritcostului relativ ridicat al forrii, aceast soluie este rareori atractiv din punct de vedereeconomic pentru uz casnic.

O pomp de cldur funcioneaz ca un rcitor, unde fluidul de lucru este vehiculat ntr-uncircuit nchis. Fluidul de lucru preia cldura din interiorul rcitorului i o elimin n mediulnconjurtor. n pomp fluidul de lucru extrage cldura de la surs prin evaporare i o cedeazulterior prin condensare. Funcionarea pompei implic o surs de energie extern, uncompresor antrenat de un motor electric, dar se pot folosi i alte metode precum absorbiachimic, compresia gazului etc.

Raportul ntre energia furnizat i cea consumat pentru funcionare, este o msur debaz a eficienei pompei de cldur, care este un parametru foarte important n economicitateapompei. Acest raport este cunoscut drept coeficient de performan COP. Acest indicatoreste foarte atractiv pentru surse de cldur cu temperaturi ntre 20 i 40 C. Spre exempludac resursa geotermal are 30 C i este rcit la 20 C, iar apa pentru nclzirea spaiului are55 C, atunci COP poate fi n jur de 4.

Aceasta nseamn c energia obinut pentru nclzirea spaiului este de 4 ori mai mare cacea consumat pentru antrenarea compresorului. Limitrile tipice de performan ale

pompelor de cldur geotermale sunt:

y temperatura sursei geotermale n gama 18 C 65 C;y debitul de ap geotermal ntre 50 i 300 m3/h;y temperatura apei de nclzire de la 50 C la 90 C;y capacitatea de nclzire de la 0.5 la 30 MW.


18/32

18

Teoria termodinamic de baz a ciclurilor pompelor de cldur

Cldura livrat de o pomp de cldur este suma dintre cldura extras de la sursa decldur care este furnizat n sistem i energia necesar conducerii sistemului. Ecuaia

bilanului energetic a pompei de cldur este:

QS+ W= QH

unde QS este cldura extras de la sursa exterioar, W este energia motrice necesarprocesului, i QHeste cldura utilizabil din sistem. Majoritatea pompelor de cldur aflate nprezent n funciune se bazeaz fie pe o compresie de vapori (de ex. energia motrice W esteenergia mecanic necesar antrenrii compesorului), sau pe un ciclu de absorbie (energiamotrice Weste energia termic necesar procesului de fierbere a soluiei bogate).

Aceste dou cicluri de exploatare sunt discutate n urmtoarele seciuni. Teoretic,procesul ce caracterizeaz funcionarea unei pompe de cldur poate fi realizat prin diversecicluri i procese termodinamice, inclusiv ciclurile Stirling i Vuilleumier, cicluri cu o singurfaz (ex. cu aer, CO2 sau gaze nobile), sisteme cu ejecie a aburului, sisteme hibride (mai alescele ce combin compresia vaporilor i ciclurile de absorbie), procese electromagnetice i

acustice. Unele dintre acestea au ptruns pe pia i au atins maturitatea tehnic, putnddeveni semnificative ca aplicaii practice viitoare.

Pompe de cldur cu compresie mecanic de vapori

Marea majoritate a pompelor de cldur funcioneaz pe principiul ciclului Carnot decompresie a vaporilor. Componentele principale ale unui asemenea sistem sunt: compresor,ventilul de laminare (vana de expansiune) i dou schimbtoare de cldur vaporizator icondensator. Componentele sunt conectate ntre ele i formeaz un circuit nchis, dup cumeste ilustrat n figura 8. Un lichid volatil, fluidul de lucru sau agentul frigorific circul princele patru componente.

Fig. 8 Ciclu nchis, pomp de cldur cu compresie mecanic de vapori i motor electric .

n vaporizator, temperatura fluidului de lucru lichid este pstrat la o valoare mai micdect temperatura sursei de cldur, determinnd transferul cldurii de la surs ctre lichid, iarfluidul de lucru se evapor. Vaporii produi n vaporizator sunt comprimai n compresor, lanivele de presiune i temperatur mai ridicate. Vaporii supranclzii intr apoi ncondensator, unde condenseaz i degaj cldura util. n final, fluidul de lucru de presiune


19/32

19

nalt se destinde n ventilul de laminare pn la presiunea i temperatura vaporizatorului.Fluidul de lucru este readus astfel la stadiul iniial i se reia ciclul de la nivelulvaporizatorului.

Compresorul este antrenat de un motor electric sau, uneori de un motor cu ardere intern.Astfel putem ntlni urmtoarele situaii:

y un motor electric antreneaz compresorul (vezi figura 8) cu pierderi foarte sczute deenergie. Eficiena energetic general a pompei de cldur depinde puternic deeficiena cu care este produs energia electric i de randamantul mecanic alcompresorului;

y compresorul este antrenat de un motor diesel sau cu gaz (vezi figura 9), clduraconinut n apa de rcire i gazele evacuate fiind utilizat suplimentar pentrucondensator.

Fig. 9 Ciclu nchis, pomp de cldur cu compresia aburului i motor diesel sau cu gaz.

Pompe de cldur cu absorbie

Pompele de cldur cu absorbie consum de aceast dat energie termic din exterior, procesul de compresie mecanic a vaporilor fiind nlocuit de un proces de absorbie, iarfluidul de lucru este de aceast dat un amestec binar. Pompele de cldur cu absorbie pentrucondiionarea spaiului sunt de obicei alimentate cu gaz, n timp ce instalaiile industriale sunt

puse n funciune de abur de nalt presiune sau cldur rezidual. Sistemele de absorbiefolosesc capacitatea lichidelor sau srurilor de a absorbi vaporii din fluidul de lucru (agentulfrigorific). Cele mai utilizate amestecuri binare pentru sistemele de absorbie sunt:

y ap (fluid de lucru) i bromur de litiu (absorbant) (vezi figura 10);y amoniac (fluid de lucru) i ap (absorbant).n sistemele cu absorbie, compresia lichidului de lucru este realizat pe cale termic ntr-

un circuit separat, alctuit din absorbitor, o pomp ce asigur circulaia soluiei, un generatorde vapori i un ventil de laminare (Figura 10).Agentul de lucru, apa, este pulverizata in vaporizator peste fascicolul de tevi prin care circulaapa fierbinte provenita de la sursa geotermala. Datorita vidului inaintat, 10-15 mm Hg, din


20/32

20

corpul vaporizatorului, agentul de lucru se vaporizeaza preluand caldura de la resursageotermala. Vaporii produsi sunt absorbiti, in absorbitor, de solutia Br-Li care se dilueaza. Inurma acestui proces, caldura de absorbtie este preluata de catre agentul secundar care se

preincalzeste in prima treapta. Solutia diluata este trimisa de catre o pompa imersata, insistemul fierbator, unde se concentreaza prin fierbere cu ajutorul caldurii preluate de la aburulde joasa presiune (1,5 2 bar). Vaporii de apa produsi sunt trimisi la condensator, unde

cedeaza caldura latenta de condensare agentului secundar, care se incalzeste in treapta a II-apana la temperatura necesara consumatorului de caldura. Solutia de Br-Li concentrata estereadusa in absorbitor prin cadere libera, reluandu-se procesul de absorbtie.

Agentul de lucru condensat este trimis la randul sau spre vaporizator prinintermediulunui ventil de laminare care ii reduce presiunea pana la nivelul din vaporizator.

Fig.10Schema termica de principiu a pompei de cldur cu absorbie.

Impactul asupra mediului

Energia geotermal reprezint o surs sigur i curat de energie.

Emisii gazoase: se constat o emisie de CO2 i H2S, dar n cantitti mult mai mici dect celentlnite n cazul centralelor electrice pe combustibili fosili (aprox. 5 %).

Fierbator

Solutie Br-Li

AburCondensator

Apa

Absorbitor Vaporizator

Dc

Apa

Dc

Schimbator

de caldura

Dr

tr,e

tr,i

VL

Solutie Br-Li


21/32

21

Emisii lichide: n apele geotermale pot fi dizolvate o serie de substane (sruri,arsenic, mercur) care dac ar putea cauza poluarea mediului nconjurtor. Aceast problemeste eliminat n momentul n care apa este reinjectat n rezervorul geothermal.

Surse geotermale in Romania

Depresiunea Panonica ce cuprinde zona de vest a tarii noastre, incluzand Banatul sivestul Muntilor Apuseni si teritoriul Ungariei si al fostei Iugoslavii este o zona bogata inzacaminte geotermale.

In jurul municipiului Oradea s-au facut foraje si s-au exploatat in scopuri terapeuticeapele geotermale de peste 100 de ani. In ultimul sfert de veac s-au initiat actiuni sistematicede prospectare si evaluare atat a zacamintelor geotermale, cat si a zacamintelor dehidrocarburi din aceasta parte a tarii. Prin acestea s-a constatat ca in Campia de Vest, in toateformatiunile geologice se gasesc straturi acvifere cu capacitati si proprietati termofizice foarte

variate.Fluxurile termice la suprafata au valori de ordinul a 85 MW/m2, mai mari decat aceleadin alte zone. Cel mai important sistem acvifer termal al Depresiunii Panonice il constituiesistemul din baza panonianului superior, evidentiat prin sondaje. Apele din acest sistem semanifesta in general eruptiv, datorita continutului ridicat de gaze dizolvate.

Nivelul termic al apelor geotermale din zona de vest a tarii este redus: 30 90 0C. Dinaceasta cauza, acestea pot fi utilizate in special in scopuri terapeutice, prepararea apei caldemenajere etc.

In municipiul Oradea si in judetul Bihor se furnizeaza apa calda menajera pentru 800

de apartamente, se incalzesc 12 apartamente, bai, sere legumicole, stranduri, piscine, hoteluri.In judetul Timis, apa geotermala este utilizata pentru topitorii de in, pentru incalzire, pentruscopuri terapeutice, pentru prepararea apei calde menajere.

Exploatarea surselor geotermale din tara cu scopul producerii energiei electrice esteimposibila, intrucat un generator geotermal presupune o presiune initiala foarte mare sitemperaturi ale fluidului de lucru de peste 150 0C.


22/32

22

Tratarea apelor geotermale

Apele geotermale nu pot fi valorificate din punct de vedere termic in starea in care suntextrase din adancimi din urmatoarele cauze:

y gazele care insotesc jetul de lichid produc zone de strangulare (obturare) in tevile dinschimbatorul de caldura, cu efecte defavorabile asupra procesului de transfer termic;y presiunea apei din sonda genereaza solicitari mecanice mari, cu efecte defavorabile

asupra dimensiunilor si costului suprafetelor de transfer termic.Pentru a se inlatura aceste neajunsuri, apele geotermale se supun unui proces de tratare,

prin care se realizeaza separarea gazelor si eventual valorificarea lor si reducerea capacitatiide formare a crustelor de sare. In majoritatea tarilor, apele geotermale se exploateaza inregiuni vulcanice sau cu fenomene seismice si din aceasta cauza sunt bogate in H2S si SO2.Pentru eliminarea acestora, se folosesc schimbatoare de ioni, instalatii de distilare, procedeede tratare cu var soda etc.

Apele geotermale din tara noastra sunt ape geotermale cantonate in straturi sedimentare,caracterizate prin presiuni mici si incalziri modeste. Ele contin in principal biocarbonati,sulfati, cloruri, hidrocarburi in stare libera si dizolvata. Pentru apele din straturile sedimentarese folosesc urmatoarele procedee de tratare:

y modificarea indicelui pH pentru a se obtine ape neutre (prin adaugare de HCl);y introducerea de substante inhibitoare pentru a reduce depunerile (polifosfat de sodiu);y tratarea cu ultrasunete;y tratarea cu flux magnetic.In cazul trecerii apei printr-un flux magnetic (700 1000 A/m), se constata modificarea

sistemului de cristalizare, impiedicandu-se formarea crustelor de piatra.

Efectul magnetizarii se mentine timp de 34 ore si din aceasta cauza este necesaradimensionarea retelelor termice astfel incat apa vehiculata sa reintalneasca dispozitivul demagnetizare dupa acest interval. In prezent, in Romania s-au produs dispozitive demagnetizare a apei cu magneti permanenti.


23/32

23

ABURUL IN INDUSTRIA ALIMENTARA


24/32

24

Aburul este incolor, dar devine vizibil datorit picturilor de ap aprute n urmacondensrii n aer. Apa supranclzit a gheizerului Old FaithfuldinParcul NaionalYellowstone se vaporizeaz parial la ieirea n atmosfer.

ntehnic, prinabur se nelege ap n stare de vapori.

n exprimarea curent, expresiile aburi vapori de ap se folosesc alternativ.

Se spune abur:

y n cazul obinerii printr-un proces de fierbere,y n cazul vaporizrii unei pri din apa supranclzit (gheizere, scpri prin

neetaneiti),

y la plural, n cazul condensrii, fiind vizibili (se vd aburi ridicndu-se deasupramlatinii).

Se spune vapori de ap:

y n cazul obinerii printr-un proces de evaporare, ei nefiind vizibili,y la vaporii de ap dinatmosfer aflai n stare gazoas,y n fizic, chimie (tabele cu proprieti fizice ale vaporilor de ap).Aburul este unagent termic larg utilizat n tehnic la producerea lucrului mecanic (ex. n

turbine cu aburi nmotoarele cu abur), n scopuri tehnologice (ex. nindustriachimic,

alimentar etc.), pentru nclzit etc., fiind uor de produs i putnd acumula cantiti mari decldur.[1] Spre deosebire de vaporii de ap din atmosfer, care sunt amestecai cu aer, aburultehnic nu este amestecat cu alte substane, eventualele urme de sruri sau ulei fiindconsiderate impuriti.

Clasificare

Aburul se clasific n funcie de diferite criterii:

Dup tip

La opresiune dat, aburul poate fi:

y abur saturat umed, cnd mai conine lichid;y abur saturat uscat, cnd nu mai conine umiditate, dar o ct de mic cedare de cldur

l aduce n stare de abur saturat umed;

y abur supranclzit, cnd temperatura lui e superioar celei de saturaie la presiunearespectiv.


25/32

25

Dup presiune

Dup valoarea presiunii, se deosebete:

y abur pentru termoficare, cu presiunea de 1,2 - 2,0bar;y

abur de presiune joas (pn la 15 bar), utilizat n scopuri tehnologice i uneori ninstalaii de nclzire;

y abur de presiune medie (15 - 80 bar), folosit n turbine de parametri medii;y abur de presiune nalt (80 - 221 bar), folosit n turbine de putere mare;y abur de presiune supracritic (peste 221 bar), folosit n turbine de foarte mare putere.Dup provenien

Dup provenien, aburul poate fi:

y abur proaspt (sau viu), abur adus direct de la generatorla utilizator, fr s fi fostutilizat n alt agregat i fr s fi suferit vreo reducere de presiune i temperatur;

y abur derivat (sau prelevat), abur care a fost utilizat parial ntr-o main i apoi derivatpentru alte scopuri;

y abur uzat, abur evacuat din turbin dup utilizarea total;y abur laminat, abur cruia i s-a redus presiunea fr producere de lucru mecanic.Aburul derivat i cel uzat mai este utilizat n scopuri tehnologice sau pentru termoficare.

Dac se pune problema ca o turbin s alimenteze cu abur un proces tehnologic sautermoficarea, aburul este prelevat (la turbinele cu condensaie) respectiv evacuat (la turbinelecu contrapresiune) la parametrii necesari procesului, respectiv termoficrii.


26/32

26

Proprieti fizice

Diagram T-s pentru vapori de ap

Diagram i-s pentru vapori de ap


27/32

27

nenergetic, proprietile fizice care prezint intres sunt:

y masa molar, de care este legat volumul masic, care este unparametru termodinamic;y Capacitatea termic masic, de care sunt legate valorile entalpiei i entropiei, care

definesc starea energetic;

y Conductivitatea termic i viscozitate dinamic, de care depind fenomenele de transfertermic.

Capacitatea termic masic (implicit entalpia i entropia), conductivitatea termic iviscozitatea dinamic depind de presiune i temperatur, dup legi neliniare. Actual aceste

proprieti fac obiectul activitiiAsociaiei Internaionale pentru Proprietile Apei iAburului (The International Associationfor the Properties ofWater andSteam - IAPWS),care organizeaz conferine anuale pentru urmrirea progreselor privind aceste proprieti isub egida creia se redacteaz formalizri internaionale. Formulele sunt complexe, pentrucalculul valorilor fiind necesar un calculator electronic programabil.

n decursul timpului:

y n anul 1904 Richard Mollier a trast primele diagrame avnd entalpia pe una din axe,bazate pe ecuaia de stare a lui Koch:

y n anii '50 Mihail Vukalovici a propus[4] o ecuaie de stare cu coaficieni viriali, pebaza crora s-au calculat valori ale proprietilor aburului utilizate pe plan mondial ndeceniile 5 i 6 a secolului al XX-lea.

y Ernst Schmidt a propus succesiv mai multe ecuaii de stare empirice, ultima fiindacceptat la Conferina IAPWS din 1966 (IAPWS-66) i care a fost valabil pn n1968, cnd IAPWS-68 a adoptat prima formalizare modern.

Actual se folosesc formalizrile:

y IAPWS-95 pentru aplicaii tiinifice (program simplu, foarte precis, dar cu vitezmic), formalizare bazat pepotenialul termodinamic Helmholz. Valorile calculatsunt verificate pn la 1000 C i 10000 bar i se consider c pot fi extrapolate pnla 5000 C i 100000 bar.

y IAPWS-IF97 pentru aplicaii industriale (program cu vitez mare, dar mai puinprecis), bazat pe relaii empirice. Valorile calculat sunt bune pn la 800 C i1000 bar.

Valorile se gsesc gata calculate n tabele, ns n practic este mult mai intuitiv folosireaunor diagrame termodinamice. Se folosesc diagrama T-s i diagrama i-s (Mollier), care sunt


28/32

28

larg folosite n aprecierea randamentului termic al ciclului Clausius-Rankine i arandamentului intern al turbinelor cu abur.

Abur umed

La o anumit presiune (ps), apa fierbe la temperatura de saturaie (ts). Temperatura de

saturaie a apei n funcie de presiune se poate calcula cu aproximaie cu relaia:

( C)

n tehnic se consider c procesul de fierbere la presiune constant decurge astfel:absorbind cldur, apa se nclzete pn la temperatura de saturaie fr s degajeze vapori(aproximaie suficient de exact pentru nevoile practicii), obinndu-se ap la saturaie.Absorbind cldur n continuare, apa de transform treptat n abur, fr ca temperatura sa svarieze. n momentul n care toat apa s-a vaporizat, ea s-a transformat nabur saturat(uscat). Introducnd cldur n continuare, temperatura aburului crete, el devenind abur

supranclzit.

Domeniul aburului umed.

n perioada trecerii de la ap la saturaie la abur saturat, amestecul de abur saturat iap la saturaie se numete abur (saturat) umed. Proporia de abur saturat n amestec este titlulaburului:


29/32

29

unde mapa este masa apei la saturaie, iarmabureste masa aburului saturat.

Titlul aburului ia valori ntre 0 (ap la saturaie) i 1 (abur saturat). Pentru diferitepresiuni, n diagrama T-s (v. fig. alturat) starea de ap la saturaie este pe curba de x = 0, iarstarea de abur supranclzit este pe curba de x = 1. La presiunea normal (de 101325 Pa =1,013 bar) cldura latent de vaporizare (cldura necesar fierberii) este de 2257 kJ/kg. La

presiuni mai mari, aceast cldur scade, curbele x = 0 i x = 1 se apropie i se ntlnesc lapresiunea critic de 221,2 bar npunctul critic, a crui temperatur este de 374 C. Pesteaceast presiune, este domeniul supracritic, n care vaporizarea apei se face fr otransformare de faz vizibil, prin umflare continu.

Domeniul din diagrama T-s de sub curbele x = 0 i x = 1 este domeniul aburului umed.

Abur supranclzit

Este folosit n special n termoenergetic, unde parametrii aburului viu sunt urmrtorii:

Parametrii aburului pentru scopuri energetice

Simbol A B C D E F

Presiune (bar) 35 63 90 130 165 180

Temperatur C 435 510 535 535 / 565 535 / 565 535 / 565

Nu se mai folosete. Pentru cicluri cu resupranclzire intermediar.

Utilizri

n tehnic:

Aburul industrial este produs n generatoare de abur i este folosit:

y ca agent de lucru n turbine cu abur i motoare cu abur(locomotive cu abur) - deremarcat c marile termocentrale pot avea producii de abur de mii de tone pe or;

y ca agent termic la extracia ieiului i la rafinarea lui, precum i n reaciile de cracarepentru obinereabenzinei;

y ca agent termic nindustria uoar, la fierberi n industria alimentar, vopsitorie iclctorie n industria textil, la curbarea i uscarea lemnului n industria mobilei;

y la desalinizarea apei de mare;y ca materie prim la producerea gazului de ap;y ca agent termic la nclzirea cu abur, respectiv n termoficare;


30/32

30

y ca fluid de antrenare nejectoarele de abur;y ca materie prim pentru obinerea apei distilate;y ca agent de lucru la obinerea vidului prin condensare ncondensatoare;

n medicin:

y la aparate de sterilizat;y la inhalaii.

Pentru uz casnic:

y la prepararea alimentelor;y la clcat cu fierul de clcat cu aburi;y la curarea cu aburi;y nsaune.


31/32

31

Cuprins

1.INTRODUCERE2.ENERGIA GEOTERMALA

TERMINOLOGIE

3.PREZENTARE PROBLEMASTUDIU DE LITERATURA .SCHEME

4.ABURUL IN INDUSTRIA ALIMENTARA5.CUPRINS6.BIBLIOGRAFIE


32/32

Bibliografie

1. Academia Republicii Populare Romne, Dicionar Enciclopedic Romn, EdituraPolitic, Bucureti, 1962-1964

2. Rdule, R. i colab. Lexiconul Tehnic Romn, Editura Tehnic, Bucureti, 1957-1966.3. Mollier, R. Neue Diagramme zur Technischen Wrmelehre, Springer Verlag, Berlin,

1904

4. Vukalovici, M. P. Tabli termodinamiceskih svoistv vodu i vodianogo para, EdMoskva, Leningrad, 1963

5.

Schmidt, E. Technische Termodynamik, Springer Verlag, Berlin, 19756. Properties ofWater andSteam in SI-Units. Thermodynamische Eigenschaften von

Wasser undWasserdampf, 0 - 800 C, 0 - 1000 bar, Springer Verlag, Berlin, 1981.ISBN 3-540-09601-9, ISBN 0-387-09601-9

7. Mollierh,s-DiagramforWater andSteam, Springer Verlag, Berlin 1998. ISBN 3-540-64375-3

8. Theil, H. Termotehnic i maini termice, Litografia Institulului Politehnic Timioara,1972.

9. Vldea, I. Tratat de termodinamic tehnic i transmiterea cldurii, Editura Didactici Pedagogic, Bucureti, 197410.Crea, G.Turbine cu abur i cu gaze, Editura Tehnic, 1996, ISBN 973-31-0965-7

energia geotermala bun

Documents