Energía geotérmica

Energía geotérmica , forma de conversión de energía en el cual calor la energía del interior de la Tierra se captura y aprovecha para cocinar, bañarse, calentar espacios, generar energía eléctrica y otros usos.

Planta de energía geotérmica de Nesjavellir

Planta de energía geotérmica de Nesjavellir La planta de energía geotérmica de Nesjavellir, Islandia. Gretar Ívarsson



logo del dia de la tierra Británica exploraLa lista de tareas pendientes de la Tierra La acción humana ha desencadenado una vasta cascada de problemas ambientales que ahora amenazan la capacidad continua de prosperar de los sistemas naturales y humanos. Resolver los problemas ambientales críticos del calentamiento global, la escasez de agua, la contaminación y la pérdida de biodiversidad son quizás los mayores desafíos del siglo XXI. ¿Nos levantaremos para encontrarnos con ellos?

El calor del interior de la Tierra genera fenómenos superficiales como flujos de lava, géiseres, fumarolas, aguas termales y ollas de barro. El calor es producido principalmente por desintegración radioactiva de potasio , torio y uranio en la corteza y el manto de la Tierra y también por la fricción generada a lo largo de los márgenes de las placas continentales. El subsecuente bajo grado anual flujo de calor a la superficie promedios entre 50 y 70 milivatios (mW) por metro cuadrado en todo el mundo. Por el contrario, la radiación solar entrante que golpea la superficie de la Tierra proporciona 342 vatios por metro cuadrado al año ( ver energía solar ). La energía térmica geotérmica se puede recuperar y explotar para uso humano, y está disponible en cualquier lugar de la superficie de la Tierra. La energía estimada que se puede recuperar y utilizar en la superficie es de 4.5 × 106exajulios, o alrededor de 1,4 × 106teravatios-año, lo que equivale aproximadamente a tres veces la cantidad anual mundial consumo de todo tipo de energía.



La cantidad de energía utilizable de fuentes geotérmicas varía con la profundidad y el método de extracción. El aumento en temperatura de rocas y otros materiales subterráneos promedios de 20 a 30 ° C (36 a 54 ° F) por kilómetro (0,6 millas) de profundidad en todo el mundo en la parte superior de la litosfera, y esta tasa de aumento es mucho mayor en la mayoría de las áreas geotérmicas conocidas de la Tierra . Normalmente, la extracción de calor requiere líquido (o vapor ) para llevar la energía a la superficie. Localizar y desarrollar recursos geotérmicos puede ser un desafío. Esto es especialmente cierto para los recursos de alta temperatura necesarios para generar electricidad. Dichos recursos suelen estar limitados a partes del mundo caracterizadas por actividad volcánica reciente o ubicadas a lo largo de límites de las placas o dentro de los puntos calientes de la corteza. A pesar de que existe una fuente continua de calor dentro de la Tierra, la tasa de extracción de los fluidos calientes y el vapor puede exceder la tasa de reabastecimiento y, por lo tanto, el uso del recurso debe gestionarse de manera sostenible.

Usos

El uso de energía geotérmica se puede dividir en tres categorías: aplicaciones de uso directo, bombas de calor geotérmicas (BPH) y generación de energía eléctrica.



Usos directos

Probablemente el conjunto de aplicaciones más utilizado implica el uso directo de calentadores agua desde el suelo sin la necesidad de ningún equipo especializado. Todas las aplicaciones de uso directo utilizan recursos geotérmicos de baja temperatura, que oscilan entre 50 y 150 ° C (122 y 302 ° F). Este agua y vapor geotérmicos de baja temperatura se han utilizado para calentar edificios individuales, así como distritos enteros donde numerosos edificios se calientan desde una fuente de suministro central. Además, muchas piscinas, instalaciones balneológicas (terapéuticas) en spas, invernaderos y estanques de acuicultura en todo el mundo se han calentado con recursos geotérmicos. Otros usos directos de la energía geotérmica incluyen la cocina, las aplicaciones industriales (como el secado de frutas, verduras y madera), la pasteurización de la leche y el derretimiento de la nieve a gran escala. Para muchas de esas actividades, el agua caliente a menudo se usa directamente en el sistema de calefacción, o se puede usar junto con un intercambiador de calor, que transfiere calor cuando hay minerales y gases problemáticos como el sulfuro de hidrógeno mezclado con el fluido.

Bagno Vignoni: aguas termales

Bagno Vignoni: aguas termales Aguas termales en Bagno Vignoni, Italia. Uroš Medved / Shutterstock.com

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Bombas de calor geotermales

Las bombas de calor geotérmicas (BPH) aprovechan las condiciones de temperatura moderada relativamente estables que ocurren dentro de los primeros 300 metros (1,000 pies) de la superficie para calentar los edificios en el invierno y enfriarlos en el verano. En esa parte de la litosfera, las rocas y el agua subterránea se encuentran a temperaturas entre 5 y 30 ° C (41 y 86 ° F). A menores profundidades, donde se encuentran la mayoría de las BPH, como dentro de los 6 metros (aproximadamente 20 pies) de la superficie de la Tierra, la temperatura del suelo mantiene una temperatura casi constante de 10 a 16 ° C (50 a 60 ° F). En consecuencia, ese calor se puede utilizar para ayudar a calentar los edificios durante los meses más fríos del año, cuando la temperatura del aire desciende por debajo de la del suelo. Del mismo modo, durante los meses más cálidos del año, el aire caliente se puede extraer de un edificio y hacer circular bajo tierra, donde pierde gran parte de su calor y se devuelve.



bomba de calor residencial

bomba de calor residencial Funcionamiento de la bomba de calor residencial para refrigeración en verano y calefacción en invierno. Encyclopædia Britannica, Inc.

Un sistema GHP se compone de un intercambiador de calor (un bucle de tuberías enterradas en el suelo) y una bomba. El intercambiador de calor transfiere energía térmica entre el suelo y el aire en la superficie por medio de un fluido que circula por las tuberías; el líquido utilizado suele ser agua o una combinación de agua y anticongelante. Durante los meses más cálidos, el calor del aire caliente se transfiere al intercambiador de calor y al fluido. A medida que se mueve a través de las tuberías, el calor se dispersa hacia las rocas, tierra y aguas subterráneas. La bomba se invierte durante los meses más fríos. La energía térmica almacenada en el suelo relativamente cálido eleva la temperatura del fluido. Luego, el fluido transfiere esta energía a la bomba de calor, que calienta el aire dentro del edificio.

Las BPH tienen varias ventajas sobre los sistemas de calefacción y aire acondicionado más convencionales. Son muy eficientes, utilizan entre un 25% y un 50% menos de electricidad que los sistemas convencionales de calefacción y refrigeración comparables, y producen menos contaminación. La reducción en el uso de energía asociada con las BPH puede traducirse en una disminución de hasta un 44 por ciento en las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con las bombas de calor de fuente de aire (que transfieren calor entre el aire interior y exterior). Además, en comparación con los sistemas de calefacción por resistencia eléctrica (que convierten la electricidad en calor) junto con aire acondicionado sistemas, las BPH pueden producir hasta un 72 por ciento menos de emisiones de gases de efecto invernadero.



Generación de energía eléctrica

Dependiendo de la temperatura y el flujo de fluido (vapor), la energía geotérmica se puede utilizar para generar electricidad. Las plantas de energía geotérmica pueden producir electricidad de tres formas. A pesar de sus diferencias de diseño, los tres controlan el comportamiento del vapor y lo utilizan para conducir. generadores electricos . Dado que el exceso de vapor de agua al final de cada proceso se condensa y devuelve al suelo, donde se recalienta para su uso posterior, la energía geotérmica se considera una forma de energía renovable.

Algunas plantas de energía geotérmica simplemente recogen el vapor del suelo. En tales operaciones de vapor seco, el vapor de agua calentado se canaliza directamente a una turbina que impulsa un generador eléctrico. Otras plantas de energía, construidas alrededor de los diseños de vapor flash y ciclo binario, utilizan una mezcla de vapor y agua caliente (vapor húmedo) extraída del suelo para iniciar el proceso de generación eléctrica.



generación de energía geotérmica de vapor seco

generación de energía geotérmica de vapor seco Generación de energía geotérmica de vapor seco. Encyclopædia Britannica, Inc.

En las plantas de energía de vapor flash, el agua presurizada a alta temperatura se extrae desde debajo de la superficie hacia recipientes en la superficie, llamados tanques flash, donde la disminución repentina de la presión hace que el agua líquida se evapore o se vaporice en vapor. Luego, el vapor se utiliza para alimentar el grupo generador de turbina. En contraste, las plantas de energía de ciclo binario utilizan vapor impulsado por un fluido de trabajo secundario (como amoníaco e hidrocarburos) contenido dentro de un circuito cerrado de tuberías para alimentar el grupo generador de turbina. En este proceso, el agua calentada geotérmicamente se extrae a través de un conjunto diferente de tuberías y gran parte de la energía almacenada en el agua calentada se transfiere al fluido de trabajo a través de un intercambiador de calor. Luego, el fluido de trabajo se vaporiza. Una vez que el vapor del fluido de trabajo pasa a través de la turbina, se vuelve a condensar y se envía de vuelta al intercambiador de calor.



generación de energía geotérmica de vapor flash

generación de energía geotérmica de vapor flash Generación de energía geotérmica de vapor flash. Encyclopædia Britannica, Inc.

generación de energía geotérmica de ciclo binario

generación de energía geotérmica de ciclo binario Generación de energía geotérmica de ciclo binario. Encyclopædia Britannica, Inc.



La energía eléctrica generalmente requiere agua calentada a más de 175 ° C (347 ° F) para ser económica. En plantas geotérmicas que utilizan el ciclo de Rankine orgánico (ORC), un tipo especial de tecnología de ciclo binario que utiliza fuentes de calor de temperatura más baja (como biomasa combustión y calor residual industrial), se pueden usar temperaturas del agua tan bajas como 85–90 ° C (185–194 ° F).