L'energia geotermica è stata a lungo riconosciuta come fonte di energia stabile e a basso tenore di carbonio derivata dalla Terra’ il calore interno. Tuttavia, il pieno potenziale di questa risorsa si estende molto oltre la generazione di energia elettrica. Una parte significativa dell'energia estratta da serbatoi geotermici non è convertita in energia elettrica, ma viene invece rilasciata come calore di scarto, che utilizza spesso il sottoprodotto termico, sfiato o scaricato nell'ambiente, rappresenta una vasta risorsa termica non sfruttata per i costi operativi.

Cos'è il calore dei rifiuti geotermici?

Il calore dei rifiuti geotermici è l'energia termica che rimane dopo il processo di estrazione dell'energia primaria in un sistema geotermico. Nelle centrali geotermiche, l'acqua calda o il vapore dai serbatoi sotterranei viene utilizzato per guidare le turbine e generare energia elettrica. Anche nelle più efficienti centrali binarie o flash-steam, una porzione sostanziale del fluido & n. 8217; il calore non viene convertito in elettricità esce come calore caldo caldo caldo caldo caldo o moderatamente catturato.

La temperatura del calore dei rifiuti geotermici varia ampiamente a seconda del tipo di impianto e delle condizioni di serbatoio. Il calore a bassa temperatura varia tipicamente da 30°C a 90°C, mentre i flussi a media temperatura possono raggiungere 120°C o più alto. Anche all'estremità inferiore della gamma, questo calore è sufficiente per molti processi industriali e commerciali, soprattutto quando abbinati a pompe di calore o scambiatori chiave.

Fonti di calore dei rifiuti geotermici

  • condensatori e sistemi di raffreddamento dell'impianto di potenza[[] – In impianti di vapore a secco e flash, il vapore che esce dalla turbina viene condensato; il calore latente rilasciato può essere catturato per il riscaldamento distrettuale o per il preriscaldamento industriale.
  • Fluidi di lavoro per impianti domestici[[] – Dopo che il fluido lavorativo secondario è passato attraverso la turbina, trasporta ancora una notevole energia termica che può essere cascazzata per usi a bassa temperatura.
  • Geothermal brine reinjection streams[ – Spent brine iniettato nuovamente nel serbatoio spesso rimane a temperature superiori a 70°C, offrendo una fonte di calore stabile se intercettato prima della reiniezione.
  • Sistemi geotermici di uso diretto[[[]] – L'acqua utilizzata per il riscaldamento spaziale, l'acquacoltura o le operazioni a effetto serra può essere cscalata in loop secondari per l'estrazione di calore supplementare.

Applicazioni industriali del calore dei rifiuti geotermici

Il calore dei rifiuti geotermici può spostare la combustione dei combustibili fossili in molti di questi processi, riducendo sia i costi che le emissioni. Le sezioni seguenti esplorano i settori industriali chiave in cui questo calore di scarto può essere applicato efficacemente.

Preriscaldamento delle materie prime

Il consumo di energia elettrica è più basso, e il consumo di energia è necessario per il recupero di materiali grezzi, prima di entrare nella fase di reazione o di trattamento.

Processo di calore per reazioni chimiche

La produzione chimica si basa fortemente su vapore e acqua calda per reazioni, distillazione, essiccazione e pulizia. Il calore geotermico dei rifiuti a temperature comprese tra 80 e n. 176; C e 120& n. 176; C può essere utilizzato direttamente per molti di questi processi endotermici.

Generazione di vapore per turbine e macchinari

Anche se il calore geotermico dei rifiuti non può essere abbastanza caldo da generare vapore ad alta pressione direttamente per la generazione di energia, può essere utilizzato per preriscaldare acqua caldaia o per generare vapore a bassa pressione per unità meccaniche e turbine ausiliarie. In configurazioni combinate di calore e di potenza (CHP), un impianto geotermico può prima generare energia elettrica e poi fornire calore di scarico ad un generatore di vapore secondario che guida pompe, compressori o ventilatori.

Prodotti e Materiali di Asciugatura

L'essiccazione è una delle più resistenti operazioni di unità in settori come la lavorazione degli alimenti, il legno, la ceramica e i minerali. Il calore dei rifiuti geotermici è adatto per l'essiccazione delle applicazioni perché le temperature necessarie cadono spesso tra 40 e 1176; C e 100° C. Ad esempio, nella produzione di pastiglie di pesce, il calore geotermico può asciugare i solidi di pesce, eliminando la necessità di bruciatori di gas naturale.

Ulteriori usi industriali

  • L'evaporazione e la concentrazione[[] – Nella lavorazione dei latticini, il calore dei rifiuti geotermici può concentrare il siero o il latte prima dell'essiccazione dello spray.
  • Cleaning e sterilizzazione[[[] – Gli impianti alimentari e di bevande richiedono acqua calda per sistemi di pulizia-in-place (CIP), il calore geotermico dei rifiuti può fornire quest'acqua a 70°C–90°C.
  • Il riscaldamento a casa verde[[] – Il calore dei rifiuti geotermici delle centrali elettriche vicine può essere trasportato a serre per la produzione vegetale e fiore di tutto l'anno, come praticato ampiamente in Ungheria e in Islanda.
  • Acquacoltura[[]] – Il calore dei rifiuti può mantenere temperature ottimali per l'acqua per l'agricoltura di pesce e gamberetti, aumentando i tassi di crescita e riducendo la mortalità.

Applicazioni commerciali del calore dei rifiuti geotermici

Gli edifici commerciali e i distretti richiedono il riscaldamento, il raffreddamento, l'acqua calda e talvolta il calore di processo per cucine, lavanderie e piscine. Il calore dei rifiuti geotermici può soddisfare molte di queste esigenze, specialmente quando integrato nelle reti di energia distrettuale o sistemi di pompaggio a livello di costruzione.

Riscaldamento e raffreddamento del distretto

Un impianto geotermico o un impianto di uso diretto possono fornire acqua calda ad uno scambiatore di calore centrale, che alimenta una rete di tubi isolati che corre verso edifici vicini. Questa rete può fornire il riscaldamento spaziale, acqua calda domestica, e anche il raffreddamento ad assorbimento (utilizzando chillers guidato da calore piuttosto che elettricità).

Riscaldamento e acqua calda negli edifici commerciali

Per gli edifici commerciali individuali come alberghi, complessi per uffici e centri commerciali, il calore geotermico può essere consegnato tramite un loop secondario collegato ad una pompa di calore o scambiatore di calore diretto. Le pompe di calore possono aumentare la temperatura dei flussi di calore di rifiuti (ad esempio, da 30° C a 50°C) per soddisfare le esigenze di costruzione in modo efficiente.

Neve Meling e Prevenzione del Ghiaccio

Il calore dei rifiuti geotermici può essere diffuso attraverso tubi incorporati in marciapiedi, vialetti e parcheggi per evitare l'accumulo di neve e ghiaccio. Questa applicazione è particolarmente preziosa nei climi freddi dove la rimozione della neve è costosa e dirompente.

Piscine e Spa

Le piscine pubbliche, i centri acquatici e le terme sanitarie consumano grandi quantità di energia per il riscaldamento dell'acqua. Il calore dei rifiuti geotermici offre un'alternativa rinnovabile a basso costo. In molte località, l'acqua geotermica spesa dalle centrali elettriche o dai pozzi di uso diretto viene direttamente in scambiatori di calore della piscina. Questa applicazione è semplice, richiede attrezzature minime e offre un rapido rimborso. L'alimentazione termica coerente estende anche la stagione della piscina e migliora il comfort per gli utenti.

Tecnologie di attuazione

La cattura e la distribuzione di calore geotermico richiede una serie di tecnologie collaudate. I componenti più comuni includono scambiatori di calore, pompe di calore, tubazioni di riscaldamento distrettuale e sistemi di controllo. La scelta della tecnologia dipende dalla temperatura, dalla portata e dalla composizione chimica del flusso di calore dei rifiuti, così come la distanza dall'utente finale.

Scambiatori di calore

Gli scambiatori di calore trasferiscono l'energia termica dal fluido geotermico (spesso con condensato a raggi o vapore) ad un fluido di lavoro pulito senza mescolare i due. Gli scambiatori di calore e gli scambiatori di calore a base di guscio e tubo sono ampiamente utilizzati.

Pompe di calore

Le pompe di calore ad alta temperatura sono troppo basse per l'uso diretto (ad esempio, sotto i 40°C), le pompe di calore possono aggiornarla a una temperatura utile. Le pompe di calore geotermiche (GHP) accoppiate ai flussi di calore di scarto raggiungono un'efficienza più elevata di quelle che utilizzano la temperatura ambiente o quella dell'aria.

Reti di riscaldamento distrettuale

I sistemi di riscaldamento distrettuale sono costituiti da una fonte di calore centrale, una rete di distribuzione di tubi preisolati e sottostazioni ad ogni edificio collegato. Per il calore dei rifiuti geotermici, la rete opera tipicamente con temperature di approvvigionamento di 70° C–90° C e temperature di ritorno di 30° C–45°C.

Sfide e soluzioni emergenti

Nonostante i benefici chiari, l'adozione diffusa di un'utilizzazione del calore geotermica nei rifiuti affronta diversi ostacoli, affrontando sfide che si stanno affrontando attraverso l'innovazione tecnologica, il sostegno politico e la collaborazione industriale.

Costi e infrastrutture

Per le strutture industriali, il periodo di rimborso può essere di tre o sette anni, che può essere una barriera nelle industrie a capitale limitato. Tuttavia, gli incentivi finanziari come crediti fiscali, sovvenzioni e prezzi al carbonio migliorare l'economia. Inoltre, i progetti di sistema modulari e scalabili riducono i costi iniziali consentendo l'implementazione graduale.

Condizioni di Site-Specific

Non tutti i siti geotermici producono calore di scarto a temperature o portate adatte alla cattura economica. La distanza tra la sorgente di calore e l'utente finale influisce anche sulla fattibilità. Tuttavia, gli avanzamenti nella perforazione direzionale e negli scambiatori di calore a foro hanno permesso di accedere a risorse più profonde e più calde.

Corrosione e Scala

I fluidi geotermici contengono spesso minerali e gas disciolti che possono causare scaling (ad esempio, silice, carbonato di calcio) e corrosione delle apparecchiature. Ciò richiede un'attenta selezione dei materiali, trattamento chimico, o caratteristiche di progettazione come la cristallizzazione flash per rimuovere i composti di scaling prima che il fluido entri in algoritmi di calore.

Barriera di regolazione e di autorizzazione

In molte giurisdizioni, il quadro normativo per l'utilizzo del calore dei rifiuti geotermici è sottosviluppato. I permessi possono essere richiesti per l'estrazione dei fluidi, la reiniezione e la distribuzione del calore, e la classificazione del calore come risorsa piuttosto che uno spreco può essere ambiguo.

Prospettive future

Secondo l'Agenzia Internazionale per l'Energia Rinnovabile (IRENA), la potenza geotermica installata supera i 15 GW a livello globale, con un ulteriore 20 GW di capacità di utilizzo diretto. Anche se solo una frazione del calore di scarto associato viene catturato, potrebbe spostare milioni di tonnellate di CO2]] ogni anno.

In primo luogo, il costo di caduta delle pompe di calore e dei componenti di riscaldamento distrettuale rende i progetti più economici. In secondo luogo, gli impegni di sostenibilità aziendale e gli obiettivi di net-zero del governo stanno creando la domanda di calore a basso tenore di carbonio. In terzo luogo, i sistemi ibridi che combinano calore geotermico con termici solari, biomasse o stoccaggio di calore stanno emergendo come soluzioni flessibili che possono fornire calore su richiesta.

Le innovazioni come i cicli di fondo del ciclo di Rankine organico (ORC), che possono generare elettricità supplementare dal calore di rifiuti a media temperatura, stanno anche estendendo la busta economica. Come la tecnologia di perforazione migliora e EGS diventa commerciale, la fornitura di calore geotermico si svilupperà, aprendo nuove opportunità per gli utenti industriali e commerciali.

Il calore dei rifiuti geotermici non è un sottoprodotto marginale; è una risorsa strategica che può trasformare l'economia energetica delle industrie e delle comunità.