Energia Geotérmica – O Que é, Benefícios e Como Funciona

Energia geotérmica – Se você é um entusiasta da energia renovável, deve ter tropeçado com empresas criando consciência sobre os sistemas de aquecimento e resfriamento geotérmico e se perguntou o que é energia geotérmica e por que você deve gastar algum tempo sabendo mais sobre ela.

Bem, hoje vamos poupar a você o incômodo de ter que vasculhar a internet para aprender o que é a energia geotérmica e seus grandes benefícios.

O termo geotérmico origina-se das palavras gregas; Geo, que significa terra e térmica, que significa calor. Essa derivação aponta rapidamente para a definição de energia geotérmica, que é o calor que emana de debaixo da superfície da terra.

A energia dentro da terra foi formada pela decomposição de minerais e florestas há vários anos. Tradicionalmente, era usado para fins de banho e aquecimento, mas hoje também é usado para gerar eletricidade.

É uma fonte de energia renovável, o que significa que é inesgotável para os humanos. É também uma fonte de energia verde, o que significa que não emite gases de efeito estufa que são perigosos para a saúde humana e ambiental.

Fontes de calor da energia geotérmica

Os cientistas estão constantemente se afastando da verdadeira fonte de calor para a geração de energia geotérmica. Mas sucessivas pesquisas rigorosas convergiram para essa explicação.

Aproximadamente 4000 milhas abaixo da superfície da Terra, este fenômeno chamado energia geotérmica é produzido nas profundezas do núcleo da Terra.

O núcleo da Terra é composto de três camadas; o silicato externo e a crosta sólida, um manto altamente viscoso e um núcleo externo líquido.

O núcleo externo consiste em magma extremamente quente ou rocha derretida envolvendo um centro de ferro sólido conhecido como núcleo interno.

A lenta decadência do material radioativo gera continuamente temperaturas extremamente altas no interior da Terra.

Este é um processo natural em todas as rochas. Envolvendo o núcleo externo está uma camada chamada manto. O manto tem aproximadamente 1.800 milhas de espessura e é composto principalmente de magma e rocha.

A crosta é a camada mais externa do núcleo da Terra. A crosta forma a maior parte dos continentes e leitos oceânicos que se estendem por aproximadamente três a cinco milhas de espessura abaixo dos oceanos e de 15 a 35 milhas de espessura nos continentes.

A crosta terrestre é dividida em várias partes conhecidas como placas. É nas bordas dessas placas que o magma encontra o caminho próximo à superfície da terra. É nessas áreas que os vulcões são predominantes.

Quando ocorre um vulcão, a lava entra em erupção por baixo. Esta lava é parcialmente magma. Abaixo da superfície da terra, a água e as rochas absorvem o calor do magma.

À medida que a profundidade aumenta, também aumentam as temperaturas da água subterrânea e das rochas. Indivíduos em todo o mundo aproveitam a energia subterrânea para aquecer suas casas e gerar eletricidade cavando poços profundos e, posteriormente, bombeando água quente subterrânea ou vapor para a superfície da Terra.

A energia geotérmica remonta aos tempos antigos, onde era utilizada para aquecimento e banho. Hoje, as fontes termais em todo o mundo ainda são utilizadas para banho.

Como a energia geotérmica é convertida em eletricidade?

Utilizar energia geotérmica para gerar eletricidade é uma indústria consideravelmente nova, que se manifestou em 1904 na Itália.

Os italianos primeiro acionaram um gerador de turbina usando vapor natural que jorrava de baixo da terra.

O ano de 1960 marcou a primeira operação bem sucedida da usina de geração de eletricidade geotérmica em grande escala em Geysers, no norte da Califórnia.

Muitas usinas geotérmicas americanas estão espalhadas pela Califórnia, enquanto as demais estão localizadas no Havaí, Nevada, Utah, Idaho e Montana.

A conversão de energia geotérmica em eletricidade ocorre por meio de uma usina geotérmica. A usina de energia aproveita o vapor da água quente abaixo da superfície da terra para girar as turbinas, que mais tarde ativa um gerador para produzir eletricidade.

Algumas usinas geotérmicas utilizam vapor para girar diretamente a turbina. Outros utilizam o vapor para aquecer um líquido que é usado para girar a turbina.

Principais tipos de usinas geotérmicas

As usinas geotérmicas vêm em 3 tipos principais:

  • Centrais elétricas de ciclo binário
  • Usinas de energia a vapor seco
  • Usinas a vapor instantâneo

Esses três tipos de usinas geotérmicas têm uma coisa em comum; elas utilizam turbinas a vapor para produzir eletricidade. Este conceito é bastante comparável a outras usinas termelétricas que usam fontes alternativas de energia além da geotérmica.

Usinas de energia a vapor seco

Como o nome sugere, essas usinas geotérmicas utilizam “vapor seco” para gerar eletricidade. O vapor seco é, essencialmente, vapor de água ou água em estado gasoso.

As empresas de usinas geotérmicas perfuram dois poços separados até o reservatório de água extremamente quente sob a superfície da terra; o poço de produção e o poço de injeção.

O poço de produção extrai vapor com temperatura de pelo menos 150 ° C do reservatório de água quente abaixo e o direciona para a turbina.

O vapor gira a turbina, que gira um eixo conectado a um gerador. Com o giro, o gerador converte a energia em eletricidade, que passa por linhas de transmissão a uma rede elétrica e, eventualmente, é fornecida a residências, instituições e indústrias.

O vapor utilizado chega ao condensador, onde é convertido em água e enviado de volta ao reservatório de água quente através do poço de injeção e o ciclo continua.

A usina a vapor seco é o tipo antigo de usina geotérmica. A primeira usina de vapor seco foi instalada em 1904 em Larderello, Itália.

Nos Estados Unidos, esse tipo de geração de energia geotérmica é utilizado apenas em áreas de altas montanhas vulcânicas na Califórnia.

Usinas a vapor instantâneo

Este tipo de usina geotérmica utiliza água a temperaturas de pelo menos 182 ° C. Como o nome sugere, ela usa vapor instantâneo para gerar eletricidade.

A vaporização instantânea é o processo pelo qual água quente de pressão extremamente alta é evaporada ou vaporizada em vapor em um tanque instantâneo, reduzindo a pressão.

O vapor é então direcionado para girar turbinas, que acionam um eixo conectado a um gerador que leva à produção de eletricidade.

As usinas a vapor flash são os tipos mais comuns de usinas geotérmicas no mundo moderno. A Wairakei Power Station, construída em 1958 na Nova Zelândia, foi a primeira usina geotérmica que utilizou vapor flash.

Centrais elétricas de ciclo binário

Esta usina de energia geotérmica é vantajosa em comparação com as usinas de vapor flash e vapor seco porque requer água um pouco mais fria (tão baixa quanto 57 ° C para aquecer um fluido separado (fluido binário) que tem um ponto de ebulição mais baixo.

A usina de energia permite que reservatórios geotérmicos mais frios sejam utilizados do que o necessário para as usinas de vapor flash e vapor seco.

Aprendemos que o vapor instantâneo e o vapor seco usam água a temperaturas superiores a 182 ° C, que é bombeada sob pressão extremamente alta para a planta de geração de eletricidade na superfície.

No entanto, com usinas de energia de ciclo binário, as empresas usam bombas para bombear água quente do reservatório de água quente abaixo através do poço de produção, e a água um pouco mais fria pode retornar ao reservatório abaixo.

Um fluido separado com um ponto de ebulição inferior conhecido como fluido binário, normalmente um hidrocarboneto pentano ou butano, é bombeado a uma pressão consideravelmente alta por meio do trocador de calor.

No trocador de calor, o fluido binário é vaporizado e direcionado para girar uma turbina, que gira um eixo conectado a um gerador e a eletricidade é gerada.

O vapor usado para girar a turbina é então convertido em água por radiadores de ar frio e pode voltar para o reservatório abaixo através do poço de injeção.

Em suma, as usinas de energia de ciclo binário permitem que os indivíduos colham energia geotérmica de reservatórios de água quente que emitem vapor, e as usinas de vapor seco não permitiriam.

No entanto, as usinas de energia de ciclo binário têm uma taxa de eficiência de apenas 10-13%. A Rússia é credenciada com a criação de um projeto de energia de ciclo binário bem sucedido em 1967.

A produção de eletricidade geotérmica suporta o impacto das baixas taxas de eficiência térmica. No entanto, a água quente, o calor de exaustão e os subprodutos têm vários usos.

O transporte de eletricidade geotérmica é a questão que permanece na mente da maioria das pessoas.

O modo de transporte de eletricidade geotérmica tem muito em comum com outras fontes de energia, como solar e eólica. A tensão é normalmente aumentada para reduzir as perdas e a energia transportada para a rede elétrica.

O transporte de energia por longas distâncias requer um sistema de tubulação altamente isolado, o que adiciona custos iniciais à geração geral de eletricidade geotérmica.

Principais países produtores de energia geotérmica

Com uma capacidade instalada de 3.639 MW em 2018, os EUA são os maiores produtores de energia geotérmica em todo o mundo , produzindo 16,7 bilhões de quilowatts-hora (kWh) de energia geotérmica ao longo do ano.

O país abriga o maior complexo geotérmico do mundo, conhecido como Geysers, que compreende 22 usinas geotérmicas em sua base na Califórnia.

A instalação fornece energia para os condados de Sonoma, Lake, Mendocino, Marin e Napa, extraindo energia a vapor geotérmico de 350 poços.

Indonésia

A Indonésia registrou uma capacidade geotérmica de 1.948 MW em 2018, tornando-se o segundo maior produtor mundial da fonte de energia.

Analistas estimam que a Indonésia ultrapassará os EUA em termos de capacidade geotérmica até 2027 .

O país atualmente abriga quatro dos dez maiores projetos de energia geotérmica do mundo, incluindo as duas maiores usinas por capacidade ativa.

A instalação de Gunung Salak, colocada em operação em 1994, tem a maior capacidade ativa do mundo com 375 MW, enquanto o projeto Sarulla 1, lançado em 2017, segue de perto com uma produção de 330 MW.

Filipinas

A capacidade de energia geotérmica do país do sudeste asiático era de cerca de 1.868 MW em 2018, ocupando o terceiro lugar na lista de países líderes em capacidades geotérmicas.

As Filipinas abrigam grandes usinas geotérmicas que incluem o Complexo Geotérmico Makban e o Complexo Geotérmico de Tiwi, com capacidades de 458 MW e 289 MW, respectivamente.

Também conhecido como Usinas Makiling-Banahaw, o Complexo Geotérmico Makban está localizado nos municípios de Bay e Calauan na província de Laguna e Santo Tomas, na província de Batangas.

É propriedade da AP Renewables, uma subsidiária integral da Aboitiz Power, e cobre uma área de 700 hectares.

Turquia

Com uma capacidade instalada de 1.347 MW em 2018, a Turquia atualmente ocupa o quarto lugar na lista dos principais países produtores de energia geotérmica.

A usina geotérmica de Kızıldere está entre as maiores usinas geotérmicas do país, com uma capacidade instalada de 95 MW.

A fábrica está localizada na vila de Kızıldere no distrito de Sarayköy, na província de Denizli, sudoeste da Turquia.

A usina geotérmica Efeler em Aydin está atualmente passando por uma expansão significativa, planejada para fornecer uma capacidade de 260 MW.

Nova Zelândia

Em 2018, a capacidade geotérmica da Nova Zelândia era de 1.005 MW – tornando-se o último país a ostentar atualmente uma capacidade instalada acima de um gigawatt.

A eletricidade gerada por energia geotérmica no país é responsável por cerca de 13% do fornecimento total, de acordo com a NZ Geothermal Association – uma contribuição significativa para a capacidade total de geração de energia do país.

Os campos geotérmicos de alta temperatura do país estão presentes principalmente em torno da Zona Vulcânica de Taupo.

As principais usinas geotérmicas do país incluem a Usina Elétrica Wairakei, a Estação Elétrica Te Mihi, a Estação Elétrica Nga Awa Purua e a Estação Elétrica Mokai.

México

A nação sul-americana tinha uma capacidade de energia geotérmica de 951 MW no final de 2018 – impulsionada em grande parte pelo complexo da Central Geotérmica de Cerro Prieto, que tem uma capacidade de aproximadamente 820 MW.

A instalação pertence e é operada pela Comisión Federal de Electricidad (CFE) e está localizada em Baja California.

O complexo possui cinco unidades individuais, a primeira das quais foi comissionada em 1973.

Itália

A Itália tinha uma capacidade de energia geotérmica de 944 MW em 2018, com o Complexo Geotérmico Larderello, que consiste em 34 usinas, um dos mais extensos complexos geotérmicos do mundo.

O local está localizado na Toscana, região central da Itália, e possui reservatórios de até 4.000 metros de profundidade.

O Complexo Geotérmico Larderello fornece uma fonte renovável de eletricidade para quase dois milhões de famílias no país, bem como 8.700 clientes residenciais e comerciais.

Islândia

A capacidade geotérmica total do país foi registrada em 755MW em 2018, com altos níveis de atividade vulcânica na região tornando-a particularmente adequada para a fonte de energia.

A usina Hellisheidi, que está localizada no Monte Hengill, aproximadamente 20 quilômetros a leste da capital Reykjavik, é uma importante instalação geotérmica do país.

Com cerca de 13.000 metros quadrados, a usina tem uma capacidade de produção de cerca de 303 MW de energia elétrica e 400 MW de energia térmica, com a eletricidade gerada entregue principalmente a refinarias de alumínio próximas.

Energia geotérmica no Brasil e América Latina

Na América Latina e no Caribe, Argentina, Chile, Costa Rica, El Salvador, Guatemala, México e Nicarágua têm potencial para geração de energia geotérmica.

Curiosamente, a produção nos dois primeiros países é baixa ou inexistente (embora os investimentos tenham começado no Chile na década de 1960), enquanto o México possui quatro campos ativos.

O Brasil possui poucos estudos sobre a exploração de energia geotérmica para geração de energia elétrica.

Uma campanha de exploração e um programa de perfuração de teste inicial de três a cinco poços geotérmicos custam de $ 20 a $ 30 milhões.

Esta é uma quantia modesta em comparação com o custo de desenvolvimento de um projeto geotérmico; no entanto, é difícil captar esses recursos devido aos riscos inerentes a essas operações.

Apenas localizar e verificar a disponibilidade de recursos energéticos pode levar de dois a três anos. Em seguida, são necessários mais três a cinco anos para realizar perfurações adicionais para garantir o fornecimento de vapor e para construir a usina.

O futuro da energia geotérmica

O futuro da energia geotérmica depende de três fatores: sua demanda, oferta e sua competitividade entre outros recursos renováveis ​​em termos de custo, disponibilidade, confiabilidade etc.

A demanda por energia geotérmica vai aumentar com o crescimento da população e extinção de outras fontes não renováveis. Além disso, hoje o governo também apóia os recursos que são mais limpos e não prejudicam o meio ambiente.

O fornecimento de energia geotérmica é limitado e confinado apenas a certas áreas. Todo o recurso de energia geotérmica é bastante maior do que o de carvão, petróleo e gás.

A energia geotérmica pode ser amplamente disponibilizada se os métodos e tecnologias usados ​​para extraí-la forem aprimorados. A energia geotérmica ainda não foi totalmente explorada.

Vários quilômetros abaixo da superfície da terra está uma rocha quente e seca sendo aquecida pelo magma derretido diretamente abaixo dela.

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