ELEKTROWNIE I ELEKTROCIEPŁOWNIE GEOTRMALNE Z WYKORZYSTANIEM OBIEGÓW ORC

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ELEKTROWNIE I ELEKTROCIEPŁOWNIE GEOTRMALNE Z WYKORZYSTANIEM OBIEGÓW ORC"

Iwona Wysocka
8 lat temu
Przeglądów:

1 Prof. dr hab. Władysław Kryłłowicz Instytut Maszyn Przepływowych Politechnika Łódzka ELEKTROWNIE I ELEKTROCIEPŁOWNIE GEOTRMALNE Z WYKORZYSTANIEM OBIEGÓW ORC

2 Wyjaśnienie: ORC Organic Rankine Cycle Organiczny obieg Rankina Nazwa polska: Obieg z czynnikiem niskowrzącym

3 T K, o C T g Sprawność obiegu Carnota η c = 1 - T d / T g Ilość energii doprowadzonej do obiegu ze źródła górnego T d Ilość energii odprowadzonej z obiegu do źródła dolnego 273, 0 Ilość energii do wykorzystania 0, -273 Uniejów 2006 s

d Ilość energii odprowadzonej z obiegu do źródła dolnego

4 T K, o C 687, 450 A Sprawności obiegu Carnota dla róŝnych typów siłowni cieplnych B 1473,1200 C 833, 560 A) η C = 0.79 siłownia kombinowana, gazowoparowa, B) η C = 0.51 siłownia gazowa, C) η C = siłownia parowa, D) η C = siłownia geotermalna, E) η C = siłownia maretermiczna 300, , 0 303, 30 D 383, 110 E 301, , 4 0, -273 Uniejów 2006 s

51 siłownia gazowa, C) η C = 0.628 siłownia parowa, D) η C = 0.

5 CELOWOŚĆ ROZWOJU ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII OZE W WYNIKU STAŁEGO WZROSTU PRODUKCJI ENERGII ZE ŹRÓDEŁ NIEODNAWIALNYCH I EMISJI GAZÓW CIEPLARNIANYCH MA MIEJSCE STAŁE OCIEPLANIE SIĘ KLIMATU W ZWIĄZKU Z TYM WYSTĘPUJE : ABSOLUTNA KONIECZNOŚĆ ZMNIEJSZENIA SZKODLIWEJ EMISJI CO 2 BĘDACEJ WYNIKIEM SPALANIA PALIW WĘGLOWODOROWYCH - NA DRODZE : ❿ Poprawienia sprawności procesów konwersji energii, ❿ Oszczędności energii, ❿ Proekologicznego pozyskiwania energii odnawialne źródła energii - OZE

ZMNIEJSZENIA SZKODLIWEJ EMISJI CO 2 BĘDACEJ WYNIKIEM SPALANIA PALIW WĘGLOWODOROWYCH - NA DRODZE : ❿ Poprawienia

6 ENERGIA GEOTERMICZNA TEMPERATURA JĄDRA ZIEMI PONIśEJ GŁĘBOKOŚCI 5100 KM WYNOSI OKOŁO 6200 C - WYNIK ISTNIENIA ENERGII Z OKRESU TWORZENIA SIĘ ZIEMI ORAZ NATURALNYCH PROCESÓW ROZPADU PIERWIASTKÓW PROMIENIOTWÓRCZYCH. SUMA TYCH ENERGII TO ENERGIA GEOTERMICZNA. ENERGIA GEOTERMICZNA JEST WYPROMIENIOWANA Z POWIERZCHNI ZIEMI. ENERGIA GEOTERMALNA ZAWARTA W WODZIE WYPEŁNIAJĄCEJ PORY I SZCZELINY SKALNE I OD NICH SIĘ NAGRZEWAJĄCA. DO 10 KM GŁĘBOKOŚCI TEMPERATURA WODY ROŚNIE ŚREDNIO 30 C NA 1 KM GŁĘBOKOŚCI. ISTNIEJĄCE ANOMALIE GEOTERMICZNE UPRZYWILEWUJĄ JEDNE REGIONY WOBEC DRUGICH, NP. REGIONY WULKANICZNE I REGIONY USPOKOJONE W POLSCE NAJBARDZIEJ UPORZYWILEJOWANE SĄ OKRĘGI : GRUDZIĄDZKO-WARSZAWSKI, SZCZECIŃSKO-ŁÓDZKI I PODHALAŃSKI

ENERGIA GEOTERMALNA ZAWARTA W WODZIE WYPEŁNIAJĄCEJ PORY I SZCZELINY SKALNE I OD NICH SIĘ NAGRZEWAJĄCA. DO 10 KM GŁĘBOKOŚCI TEMPERATURA WODY ROŚNIE ŚREDNIO 30 C NA 1 KM GŁĘBOKOŚCI.

7 PROWINCJE I OKRĘGI GEOTERMALNE POLSKI Wg. W. Nowaka Stan i perspektywy wykorzystania niektórych odnawialnych źródeł energii

8 EKSPLOATOWANE W POLSCE CIEPŁOWNIE GEOTERMALNE Wg. W. Nowaka Stan i perspektywy wykorzystania niektórych odnawialnych źródeł energii

9 SYSTEM EKSPLOATACYJNY WÓD GEOTERMALNYCH GWC geotermalny wymiennik ciepła OC odbiornik ciepła PG pompa głębinowa P pompa WW warstwa wodonośna Jednootworowy otwarty system wydobywania wód geotermalnych ZR zbiornik retencyjny Dwuotworowy zamknięty system wydobywania wód geotermalnych Wg. W. Nowaka Stan i perspektywy wykorzystania niektórych odnawialnych źródeł energii

wydobywania wód geotermalnych ZR zbiornik retencyjny Dwuotworowy zamknięty system

10 GŁÓWNE PARAMETRY ŹRÓDŁA GEOTERMALNEGO 1. Ciśnienie na wypływie samowypływ lub pompa głębinowa, 2. Wydajność wody w m 3 /godz w okręgu łódzkim moŝna spodziewać się 200 m 3 /godz (do potwierdzenia), 3. Mineralizacja w g/litr od prawie 0 do g/l problemy eksploatacyjne (korozja i zamulanie otworu zatłaczającego), 4. Temperatura w Polsce od 50 do 120 C (do potwierdzenia w Łodzi).

11 WNIOSKI Z EKSPLOATACJI CIEPŁOWNI GEOTERMALNEJ W POLSCE 1. Temperatura wody geotermalnej waha się od 40 C (Mszczonów) do 86 C (Bańska Biały Dunajec), najczęściej ok. 65 C. Głębokość otworów od 1600 do 3000 m. Nie ma w kraju głębokiego otworu geotermalnego ponad 4000 m dającego wodę o temperaturze ok. 120 C. 2. Eksploatowane ciepłownie wymagają wsparcia pompami ciepła lub kotłami szczytowymi. 3. Inwestycje budowy ciepłowni geotermalnych wymagały budowy sieci ciepłowniczych. 4. Moc cieplna nie jest często w pełni wykorzystywana ze względu na: zbyt małą liczbę odbiorców, najczęściej rozproszonych, małe zapotrzebowanie ciepła latem oraz na niewykorzystywanie ciepła dla celów rekreacyjnych i produkcyjnych. 5. Z wyjątkiem Uniejowa, nie ma w Polsce ciepłowni wykorzystującej biomasę lub biogaz do uzupełniania produkcji ciepła geotermalnego. 6. Nie ma w Polsce elektrociepłowni geotermalnej, pozwalającej zamieniać ciepło w energię elektryczną, szczególnie latem. 7. Najbardziej celowa jest budowa ciepłowni lub elektrociepłowni geotermalnej w obszarze, gdzie juŝ istnieje sieć ciepłownicza oraz skupieni na tym terenie odbiorcy (zmniejszenie produkcji ciepła przez siłownie węglowe i obniŝenie emisji CO2 i NOx).

Eksploatowane ciepłownie wymagają wsparcia pompami ciepła lub kotłami szczytowymi. 3. Inwestycje budowy ciepłowni geotermalnych wymagały budowy sieci ciepłowniczych. 4.

12 Dlaczego elektrociepłownia geotermalna? Znaczne róŝnice w zapotrzebowaniu na energię cieplną latem i zimą to w przypadku budowy jedynie ciepłowni oznacza niewykorzystanie dostępnych zasobów energii geotermalnej, Brak poboru wody geotermalnej latem grozi zablokowaniem przepływu przykład Altheim.

przypadku budowy jedynie ciepłowni oznacza niewykorzystanie dostępnych

13 Elektrociepłownie w Austrii Jak to robią inni? Czynnikiem roboczym, pobierającym ciepło z wody geotermalnej, jest organiczne medium niskowrzące (temperatura wrzenia 30 C) nie zawierające chloru. Dane techniczne siłowni są następujące: Altheim: temperatura wlotu wody geotermalnej: 106 C temperatura wylotu wody geotermalnej: 70 C strumień masy wody geotermalnej: 294 m 3 /h moc cieplna: kw moc elektryczna netto: 900 kw Bad Blumau: temperatura wlotu wody geotermalnej: 106 C temperatura wylotu wody geotermalnej: 70 C strumień masy wody geotermalnej: 72.6 m 3 /h moc cieplna: 3060 kw moc elektryczna netto: 250 kw

Dane techniczne siłowni są następujące: Altheim: temperatura wlotu wody geotermalnej: 106 C temperatura wylotu wody geotermalnej: 70 C strumień masy wody

14 Siłownia 250 kw w Neustad Glewe-Niemcy

15 Uniejów teraźniejszość i przyszłość Pierwsza i jak na razie jedyna w Polsce ciepłownia wykorzystują ca wyłącznie odnawialne źródła energii pierwotnej: ciepło wód geotermalnych i biomasę w postaci zrębków drewnianych. Zawansowana budowa obiektów rekreacyjnobalneologicznych opartych na wodach termalnych, Trwają prace projektowe w celu budowy pierwszej w Polsce hybrydowej elektrociepłowni pracującej na energii z biomasy i wód geotermalnych.

16 Realizacje i zamiary w regionie łódzkim - Uniejów

17 140 Temperatura wody grzewczej [ o C] Temperatura wody zasilającej Temperatura wody powrotnej Temperatura otoczenia [ o C] ZaleŜność parametrów wody grzewczej od temperatury otoczenia

0-30 -20-10 0 10 20 30 40 Temperatura otoczenia [ o C]

18 Temperatura [ o C] Woda zasilajaca Woda powrotna Temperatura otoczenia temp. wody triasu temp. wody jury dolnej temp. wody jury górnej Czas [godz.] Uporządkowany roczny wykres zmienności temperatury otoczenia oraz parametrów wody grzewczej w instalacji c.o. na zasilaniu i spływie

wody jury górnej 0-20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-40 Czas [godz.

19 Uproszczony schemat hybrydowego obiegu ORC Podgrzewacz geo., kocioł Podgrzewacz powietrza

20 Koncepcja siłowni hybrydowej P =12 bar, t = 320 o C Powietrze Nowy kocioł na biomasę Biopaliwo: Słoma 0.5t/h ST G 70 o C HF UHE 50 o C 65 o C 55 o C 35 o C LF 50 o C 50 o C GWHE kocioł na biomasę 110 o C Co 45 o C CT inj pro

21 Koszt wiercenia otworów średnie koszty wierceń dla geotermii Koszt wierceń w mln $ (na rok 2004) średnie koszty wierceń dla ropy i gazu km Dla instalacji geotermalnej niezbędne jest wykonanie najczęściej dwóch lub trzech otworów Źródło: U.S.Department of Energy

22 Schemat połączeń maszyn i urządzeń elektrociepłowni geotermalnej PŁ z turbiną dwupręŝną na parę wodną. Przewidywane parametry źródła: 110 C i 200 m 3 /godz. M 3 TPN. m NP. m WP Pel=869,75kW G 2a EC. Q EC. Q u. Q CBK Kaskada odbioru ciepła geotermalnego: - elektrownia EC - ogrzewanie budynków Q u - ogrzewanie basenów krytych Q BK. Q SK M 6a 7 O 33 C. Q CBO - ogrzewanie basenów otwartych Q BO M Pch=17.13 kw SK 4 M P1=0.91 kw 5 P2=9.47 kw OZ OW Źródło: prace własne IMP PŁ

23 Widok stoiska doświadczalnego w Katedrze Techniki Cieplnej

24 Podsumowanie 1. Wyniki eksploatacji ciepłowni geotermalnych w Polsce wykazują, Ŝe dopiero zastosowanie układu stopniowego prąd+ciepło+wody termalne pozwala na osiągnięcie zadowalającego efektu ekonomicznego. 2. Płytkie otwory geotermalne wymagają dodatkowego źródła ciepła (np. biomasa), aby zapewnić wymagane dla produkcji energii elektrycznej temperatury czynnika. 3. U naszych sąsiadów (Niemcy, Austria) trwają intensywne prace nad rozwojem elektrociepłowni geotermalnych.

Podobne dokumenty

Czym w ogóle jest energia geotermalna?

Energia geotermalna Czym w ogóle jest energia geotermalna? Ogólnie jest to energia zakumulowana w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. Energia ta biorąc pod uwagę okres istnienia