Energia słoneczna i cieplna biosfery Energia geotermalna

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Energia słoneczna i cieplna biosfery Energia geotermalna"

Krystyna Szczepaniak
7 lat temu
Przeglądów:

1 Dr inż. Mariusz Szewczyk Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki Rzeszów, ul. W. Pola 2 Energia słoneczna i cieplna biosfery Energia geotermalna mechanizm generacji natura źródeł geotermalnych wykorzystanie energii geotermalnej polskie zasoby geotermalne instalacje geotermalne w Polsce organizacja odbioru ciepła charakterystyka nośnika ciepła elektrownie i ciepłownie geotermalne

2 Mechanizm generacji Temperatura jądra wewnętrznego Ziemi jest szacowana na 5400 ± 500 C ( C). Pierwotna energia termiczna zgromadzona przez kulę ziemską w trakcie jej tworzenia (energia kolapsu grawitacyjnego i energia wydzielona w trakcie pierwotnego bombardowania) została już rozproszona. Strumień geotermalny (odpływ ciepła w kierunku powierzchni Ziemi) jest wywoływany przez energię rozpadu promieniotwórczego 238 U, 235 U, 232 Th, 40 K. Stężenie pierwiastków radioaktywnych w wnętrzu Ziemi systematycznie spada zmniejsza się temperatura wnętrza Ziemi i strumień geotermalny. Istnieje hipoteza o na tyle dużym rozdzieleniu grawitacyjnym w epoce tworzenia się Ziemi że w jądrze Ziemi stężenie uranu jest wystarczające do podtrzymania reakcji rozszczepienia.

3 Gradient geotermalny Średni gradient geotermalny gradient temperatury wywołujący strumień geotermalny - wynosi około 25 K/km. Lokalna wartość gradientu może się wahać od kilku do ponad 200 K/km: gradient normalny < 40 K/km, gradient semitermiczny K/km, gradient hipertermiczny > 80 K/km. Średni strumień geotermalny wynosi 0,063 W/m 2 ( razy mniej niż strumień EPS) wykorzystanie tej energii jest możliwe tylko w w szczególnie korzystnych miejscach. Sumarycznie przez powierzchnię Ziemi przechodzi kj/a (20 x więcej niż produkcja energii elektrycznej). Zasoby energii cieplnej pochodzenia geotermalnego teoretycznie możliwe do wykorzystania do celów ciepłowniczych są ogromne i szacowane na około 3x10 6 EJ, co przekracza ponad 9000 razy wielkość rocznej konsumpcji energii na świecie.

4 Natura źródeł geotermalnych Rejony hipertermiczne zapewniające najlepsze warunki do pozyskiwania energii geotermalnej to przede wszystkim: rejony aktywne geologicznie rejony subdukcji, ryftów kontynentalnych i oceanicznych, młodych gór fałdowych, płytkich intruzji magmowych, rejony radiogeniczne obszary występowania skał o wysokiej zawartości pierwiastków promieniotwórczych w skorupie Ziemi, rejony o małej grubości skorupy ziemskiej, wysady solne. Zasoby (złoża) geotermalne występują w dwóch formach: zasobów petrotermicznych (petrogeotermalnych) energia termiczna czerpana jest z suchych gorących skał lub wsadów solnych, zasobów hydrotermicznych (hydrogeotermalnych, hydrotermalnych) - energia termiczna czerpana jest z basenów geotermalnych w postaci: - wód niskotemperaturowych C, - wód średniotemperaturowych C, - wód wysokotemperaturowych C, - wód przegrzanych >100 C, - mieszaniny pary wodnej i wody, rzadziej czystej pary C.

5 Złoża hydrotermalne Złoża hydrotermalne rozmieszczone są w głębi Ziemi w postaci basenów i subbasenów (zbiorników) wchodzących w skład okręgów i prowincji geotermalnych. Zbiorniki geotermalne stanowią pokłady skał porowatych takich jak piaskowce, wapienie zamknięte pomiędzy warstwami skał nieprzepuszczalnych lub uszczelniających takich jak: iłowce, margle, sole, anhydryty, skały magmowe. Woda w zbiornikach geotermalnych jest przeważnie mieszaniną wód różnego pochodzenia: magmowe uwolnione w wyniku metamorfizmu termicznego minerałów uwodnionych, chomogeniczne powstałe w wyniku reakcji chemicznych, sydymentacyjne morskie i kontynentalne nasączające osady w trakcie sydymentacji, infiltracyjne dawne i współczesne przesączające się z powierzchni do zbiornika. Baseny geotermalne mogą być połączone z powierzchnia Ziemi i uzupełniane przez wody gruntowe lub mogą być całkowicie odseparowane od powierzchni i innych pokładów skał porowatych warstwami nieprzepuszczalnymi.

6 Możliwe zastosowania energii geotermalnej Sposób wykorzystania ciepła geotermalnego w zależności od jego temperatury według diagramu Lindal'a przedstawia się następująco: 20 C - hodowla ryb; 30 C - wylęgarnie i hodowla ryb, odladzanie, ogrzewanie gleby; 40 C - baseny kąpielowe, ogrzewanie podłogowe, suszenie gleby; 50 C - balneologia, hydroterapia, uprawa grzybów, rozkład biomasy; 60 C - hodowla zwierząt, ogrzewanie szklarni, suszenie płodów rolnych; 70 C - przygotowanie c.w.u., przemysł mięsny i spożywczy; 80 C - ogrzewanie mieszkań; 90 C - suszenie ryb, intensywne rozmrażanie; 100 C - suszenie jarzyn, dehydracja materiałów ogrodniczych; 110 C - suszenie lekkich struktur betonowych; 120 C - produkcja wody pitnej przez destylację; 130 C - rafinacja cukru, konserwacja pożywienia; 140 C - suszenie produktów rolnych, produkcja rolna i przemysłowa; 150 C - produkcja aluminium w procesie Bayer'a; 160 C - suszenie drewna budowlanego, suszenie mączki rybnej; 170 C - suszenie wodorostów, produkcja ciężkiej wody; 180 C - odparowanie wysokoskoncentrowanych roztworów; 190 C - procesy przy produkcji papieru; 200 C - konwencjonalna produkcja energii elektrycznej.

7 Wykorzystanie energii geotermalnej Źródła o temperaturze C znajdują zastosowanie w produkcji ciepła użytkowego, natomiast ze źródeł o temperaturze 120 C i wyższej, możliwa staje się produkcja energii elektrycznej. Zdecydowana większość zasobów wód geotermalnych posiada temperatury nieprzekraczające 100 C. Ogólna moc instalacji geotermalnych w 58 krajach świata wykorzystujących energię geotermalną osiąga wielkość ponad 11 GWe i ponad 28 GWt. Największy udział w produkcji energii geotermalnej posiadają USA, Filipiny, Indonezja, Meksyk, Włochy, Islandia, Japonia, Nowa Zelandia. Największym udziałem energii geotermalnej w bilansie energii pierwotnej sięgającym 30 % charakteryzują się Islandia, Filipiny i Salwador.

8 Światowe zasoby geotermalne

9 Polskie zasoby geotermalne mapa strumienia geotermalnego

10 Polskie zasoby geotermalne mapa okręgów geotermalnych Szkic tektoniczny Europy Centralnej przedstawiający główne elementy tektoniczne tej części Europy, tworzone przez trzy megajednostki: platformę wschodnioeuropejską, platformę Centralnej i Zachodniej Europy oraz Karpaty - trzy główne systemy tektoniczne kontynentu europejskiego stykają się na obszarze południowo-wschodniej Polski; przykład modelu struktury skorupy ziemskiej dla profilu refrakcyjnego CEL05 - objaśnienia: czarne trójkąty na poziomej osi modelu oznaczają punkty generowania fal sejsmicznych; ciągłe linie oznaczają granice sejsmiczne w skorupie ziemskiej; 6.30, 7.00, 8.20 i in. oznaczają prędkości fal sejsmicznych w km/s dla wyznaczonych granic i pięter skorupy ziemskiej.(źródło: IGF PAN).

11 Polskie zasoby geotermalne mapa okręgów geotermalnych

12 Polskie zasoby geotermalne Lp. Nazwa okręgu Obszar Objętość wód geotermalnych Zasoby energii cieplnej [tys. km 2 ] [km 3 ] [mln m 3 /km 2 ] [mln tpu] [tys. tpu /km 2 ] 1. grudziącko-warszawski , szczecińsko-łódzki , przedsudeckopółnocnoświętokrzyski , przybałtycki , lubelski , pomorski , podlaski , przedkarpacki , karpacki , Razem: Średnia temperatura wód geotermalnych w wymienionych dziewięciu okręgach waha się od 45 C w okręgu grudziądzko-warszawskim, do 76 C w okręgu szczecińsko-łódzkim. Wody te zawierają jednak dużą ilość związków soli, dlatego też nie mogą być kierowane bezpośrednio do instalacji wewnętrznych.

13 Polskie zasoby geotermalne na tle Europy Środkowej

14 BMi L w Zasoby geotermalne Rzeszowa

15 Instalacje geotermalne w Polsce - mapa

16 Instalacje geotermalne w Polsce - opis Budową ciepłowni gotermalnych zainteresowane są m.in. Inowrocław, Cieplice Zdrój, Lądek Zdrój, Konstancin, Ustroń, Iwonicz, Duszniki, Żyrardów, Skierniewice, Koło, Czarnków, Poddębice, Ślesin, Szczecin, Chociwel, Nowogard, Wągrowiec, Kraków, Myślenice czy Sucha Beskidzka.

17 Organizacja odbioru ciepła System pozyskiwania energii geotermalnej jest w pewnym zakresie powiązany z technologią wykorzystania energii. Systemy pozyskiwania płynu geotermalnego oraz odbioru ciepła: otwarte tylko otwór eksploatacyjny; zamknięte: - jednootworowe jednorurowe i dwururowe otwór eksploatacyjny wykorzystywany jest również jako zatłaczający (chłonny) zatłaczanie odbywa się do spągowych warstw poziomu wodonośnego z którego odbywa się eksploatacja lub do innego poziomu wodonośnego (wyższego) z tego samego zbiornika hydrotermalnego, - dwuotworowe (dubletowe) pobór i zatłaczanie zazwyczaj do tego samego poziomu wodonośnego a odległość pomiędzy otworami wynosząca od 700 do 1500 m pozwala na lat eksploatacji bez pogarszania właściwości termicznych.

18 Charakterystyka nośnika ciepła Większość basenów hydrotermalnych zawiera rozpuszczone związki mineralne ciecze i gazy w ilości od 1 do kilkuset g/dm 3. Substancje rozpuszczone to przede wszystkim: sól NaCl, weglany, krzemiany, aminiak NH 3, siarkowodór H 2 S, metan CH 4, azot N 2, tlen O 2, radon Rn. Składniki te czynią nośnik agresywnym zarówno w stosunku do urządzeń technologicznych jak i środowiska. Niektóre z tych składników solanki np. kwas borny, metan po oddzieleniu można wykorzystywać gospodarczo.

19 Technologie geotermalne Technologie wytwarzania energii cieplnej. Technologie wytwarzania energii elektrycznej: układy jednobiegowe wodne, układy jednobiegowe na czynnikach niskowrzących, układy dwuobiegowe.

20 Ciepłownie geotermalne schematy technologiczne

21 Pole temperatur w rejonach aktywnych geologicznie (Islandia)

22 Elektrownie geotermalne schematy technologiczne

23 Elektrownie geotermalne - widok

24 Bibliografia Wykorzystanie energii geotermalnej, prof. dr hab. inż. Janusz Piechocki Ciepłownie geotermalne w Polsce stan obecny i planowany, prof. dr hab. inż. Władysław Nowak, dr inż. Aleksander Stachel

Podobne dokumenty

Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Dr inż. Mariusz Szewczyk Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki 35-959 Rzeszów, ul. W. Pola 2 Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe