Niekonwencjonalne źródła energii

Transkrypt

1 Niekonwencjonalne źródła energii

2 ENERGIA GEOTERMALNA

3 Energia geotermalna- jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Ogromna ilość ciepła nagromadzona jest w jądrze i w skorupie ziemskiej. Temperatura dochodzi tam do C, a pod skorupą ziemską do 1000 C.

4

5 Rysunek "Budowa Ziemi" pokazuje, że już 100 km pod powierzchnią Ziemi temperatura osiąga ok C. Wody geotermalne występują na głębokości od kilku do kilkunastu kilometrów pod powierzchnią, jednak ich wydobycie jest ograniczone. Dotychczas najgłębszy otwór sięga ok. 8 km wgłęb Ziemi, a wydobycie wód jest ekonomicznie opłacalne do 3 km wgłąb Ziemi - tu temperatury osiągają nawet do 200 stopni Celsjusza, gdzie woda występuje pod postacią gorącej pary.

6 Najlepsze warunki powstawania systemów geotermalnych Strefy ryftowe Strefy subdukcji

7 Strefy ryftowe stanowią miejsca, do których dopływa gorąca materia z głębi płaszcza ziemi. W strefach subdukcji działają intensywne procesy tektoniczne i rozwija się wulkanizm. O istnieniu wewnętrznego ciepła Ziemi świadczą liczne wulkany, energia magmy i lawy.

8 Rodzaje energii geotermalnej Energia magmy Energia geociśnień Energia gorących suchych skał Energia nagromadzona w wodach podziemnych

9 Wulkan jest zewnętrznym objawem procesów geologicznych zachodzących w skorupie ziemskiej. W tej skorupie magma nie zawsze ulega wydobyciu na powierzchnię Ziemi. Bardzo często krzepnie tuż pod powierzchnią ziemi lub na głębokości kilkuset metrów tworząc głębinowe skały wulkaniczne. Temperatura tych skał jest bardzo wysoka i osiąga wartości kilkuset C. Procesowi temu towarzyszą zjawiska w postaci gorących źródeł i gejzerów. Dla ich istnienia potrzebne są nie tylko gorące skały magmowe, blisko pod powierzchnią, ale i wody z opadów zasilające skały wodonośne, którym to skały magmowe oddają swoje ciepło.

10 Eksploatacja ciepła z gorących suchych skał Układ pozyskiwania ciepła zawartego w skorupie ziemskiej z gorących suchych skał HDR (HDR ang. hot dry rock) pozwala na wykorzystanie ciepła zawartego w nieprzepuszczalnych suchych skałach głębinowych, wulkanicznych i metamorficznych. Koncepcja eksploatacji takiego systemu polega na wymuszonym i zamkniętym obiegu wody w naturalnym i przepuszczalnym zbiorniku geologicznym lub w zbiorniku, w którym cyrkulacja wody wytworzona jest w sposób sztuczny.

11 Eksploatacja ciepła z gorących suchych skał

12 Drugim ze sposobów eksploatacji energii zawartej w skorupie ziemskiej jest zastosowanie otworowego wymiennika ciepła. Składa się on z obudowy odwiertu, kolumny rur wewnętrznych oraz zagłowiczenia. Utworzony w ten sposób układ cyrkulacyjny składa się z przestrzeni pierścieniowej, którą nośnik ciepła porusza się w dół oraz z wnętrza zapuszczonych rur izolowanych cieplnie, którym powraca na powierzchnię. Cyrkulująca ciecz podczas przemieszczania się w dół ogrzewa się od górotworu. Odebrane ciepło transportowane jest na powierzchnię wewnętrzną kolumną rur. Otrzymane z odwiertu ciepło jest ciepłem niskotemperaturowym w związku z czym (celem jego odebrania z czynnika) konieczne jest zastosowanie pompy ciepła.

13 OTWOROWY WYMIENNIK CIEPŁA

14 Wody goetermalne uważane są powszechnie za odnawialne źródło energii. Jednak aby można było użyć takiego sformułowania musza być spełnione odpowiednie warunki użytkowania wód, tzn. woda po oddaniu ciepła musi być zatłaczana z powrotem, a tempo wydobycia i obniżania temperatury zbiornika nie powinno przekraczać szybkości ponownego ogrzania się wody we wnętrzu ziemi. Taki warunek spełniony jest wyłącznie w przypadku wód o bardzo wysokiej temperaturze i odpowiednich zasobach pary.

15

16 W takich właśnie strefach złoża o odpowiednich zasobach pary wykorzystywane są w różnych krajach do produkcji energii o mocy do 170 MW w elektrowniach geotermalnych. Najbardziej spektakularnym przykładem jest Islandia, gdzie energia geotermalna zaspakaja 86% potrzeb kraju.

17 Elektrownia geotermalna

18 Zasada działania ania typowej ciepłowni geotermalnej wykorzystującej niskotemperaturowe wody geotermalne. 1. sprężarka 2. skraplacz 3. parownik 4. zawór rozprężny 5. dolne źródło ciepła 6. górne źródło ciepła

19 Zasada działania ania typowej ciepłowni geotermalnej wykorzystującej niskotemperaturowe wody geotermalne. Pompa ciepła wykorzystuje dolne źródło ciepła(w tym przypadku grunt lub wodę) do wygenerowania energii cieplnej w górnym źródle ciepła. Płyn przepływając przez parownik (3) pobiera ciepło z gruntu lub wody (są to tzw. Dolne źródło ciepła(5) i paruje zamieniając się w gaz. Ogrzany gaz spręża znacznie podnosząc tym samym jego temperaturę sprężarka pompy (1) napędzana silnikiem elektrycznym. Przegrzana para ochładza się, a następnie skrapla w skraplaczu (2). Właśnie wtedy następuje oddanie ciepła wodzie, która wypełnia grzejniki nazywane górnym źródłem ciepła (6). Następnie ochłodzony płyn przepływając przez zawór rozprężny (4), gdzie następuje redukcja wysokiego ciśnienia, wraca do parownika i cały proces rozpoczyna się ponownie.

20 Zasada działania ania typowej ciepłowni geotermalnej wykorzystującej niskotemperaturowe wody geotermalne. Zastosowanie pomp ciepła umożliwia wykorzystanie w celach grzewczych wód geotermalnych nawet o temperaturach 20 o C, bądź też odzyskanie dodatkowych ilości ciepła zawartego w wodach o wyższych temperaturach. Przykładowo: ciepłownia oparta na pracy jednego otworu produkcyjnego i jednego chłonnego może ogrzać kilkunastotysięczne miasto, kilka hektarów szklarni oraz kompleks sanatoryjno-rekreacyjny dla kilkuset osób. Niskotemperaturowe ciepło może także zostać wykorzystane do hodowli ryb w wodzie o podwyższonej temperaturze.

21 * W 2000 roku energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej wykorzystano w 23 krajach. Zainstalowana moc w elektrowniach geotermalnych osiągnęła wartość około 8000 MW, przy rocznym zużyciu energii blisko GWh. * Ogólna moc instalacji geotermalnych w 58 krajach świata wykorzystujących bezpośrednio energię gorących wód osiąga wielkość ponad MW.

22 Struktura wykorzystania energii geotermalnej na świecie

23 Zużycie energii geotermalnej na świecie zarówno dla produkcji energii elektrycznej, jak i dla celów ciepłowniczych i innych zastosowań jest w dalszym ciągu marginalne. Całkowity potencjał geotermalny Ziemi jest ogromny i wynosi około 8X10 12 EJ, a jeden EJ to równowartość 27,3 mld m 3 gazu. Zasoby energii cieplnej pochodzenia geotermalnego teoretycznie możliwe do wykorzystania do celów ciepłowniczych są szacowane na około 3X10 6 EJ, co przekracza ponad 9000 razy wielkość rocznej konsumpcji energii na świecie.

24

25 Z zasobów energii odnawialnej w Polsce, jedną z pierwszoplanowych ról w lokalnym i regionalnym bilansie nośników energii, może odegrać w najbliższej przyszłości energia pozyskiwana z wód geotermalnych. Wykorzystanie czystych ekologicznie zasobów energii geotermalnej jest realne i ekonomicznie uzasadnione dla wielu obszarów na Niżu Polskim, w Karpatach i w Sudetach.

26 Występowanie wód geotermalnych w Polsce W naszym kraju występują naturalne baseny, wypełnione gorącymi wodami podziemnymi o zróżnicowanych temperaturach. Wynoszą one od kilkudziesięciu do ponad 90 C, a w skrajnych przypadkach osiągają sto kilkadziesiąt stopni.

27 Występowanie wód geotermalnych w Polsce Wypełniają piaszczyste i węglanowe zbiorniki skalne na Niżu Polskim i w Karpatach W Sudetach naturalne źródła ciepłych wód skupiają się w dolinach śródgórskich

28 Podział zasobów wód geotermalnych Ze względu na temperaturę a) nadające się do produkcji energii elektrycznej (powyżej 150 C) b) zasoby wykorzystywane bezpośrednio (dla temperatur niższych od 150 C) W polskich warunkach występowania energii geotermalnej, związanej z wodami o temperaturach nie przekraczających zwykle 90 C przyjęto następujący podział zasobów wód i energii geotermalnej: DOSTĘPNE ZASOBY ENERGII GEOTERMALNEJ ZASOBY STATYCZNE WÓD I ENERGII GEOTERMALNEJ ZASOBY STATYCZNE WYDOBYWALNE WÓD I ENERGII GEOTERMALNEJ ZASOBY DYSPOZYCYJNE WÓD I ENERGII GEOTERMALNEJ ZASOBY EKSPLOATACYJNE WÓD I ENERGII GEOTERMALNEJ

29 Dostępne zasoby geotermalne -to ilość energii cieplnej zmagazynowanej w skorupie ziemskiej do głębokości 3km, odniesiona do średniej temperatury rocznej na powierzchni terenu, wyrażona w dżulach. Zasoby statyczne wód i energii geotermalnej -to ilość wolnej (grawitacyjnej) wody geotermalnej, występującej w porach, szczelinach lub kawernach w skałach danego poziomu hydrogeotermalnego, wyrażana w metrach sześciennych lub kilometrach sześciennych, po przeliczeniu w jednostkach energii cieplnej, dżulach. Statystyczne zasoby geotermalne obliczane są, gdy na badanym obszarze możliwe jest wyodrębnienie ciągłych poziomów lub warstw wodonośnych.

30 Zasoby statyczne wydobywalne wód i energii geotermalnej stanowią tylko część zasobów statycznych wód i energii geotermalnej pomniejszonych o współczynnik wydobycia - ρ. Wyrażane są w takich jednostkach jak zasoby statyczne. Zasoby dyspozycyjne wód i energii geotermalnej - to ilość wolnej (grawitacyjnej) wody geotermalnej poziomu hydrogeotermalnego lub innej jednostki bilansowej możliwa do zagospodarowania w danych warunkach środowiskowych, ale bez wskazania szczegółowej lokalizacji i warunków technicznoekonomicznych ujęcia wody. Zasoby dyspozycyjne wyrażane są w metrach sześciennych na dobę lub w metrach sześciennych na rok, po przeliczeniu w dżulach na rok.

31 Zasoby eksploatacyjne wód i energii geotermalnej - to ilość wolnej (grawitacyjnej) wody geotermalnej możliwa do uzyskania w danych warunkach geologicznych i środowiskowych, za pomocą ujęć o optymalnych parametrach technicznoekonomicznych. Zasoby eksploatacyjne wyrażane są w metrach sześciennych na godzinę lub w metrach sześciennych na dobę, przy odpowiedniej depresji, po przeliczeniu w dżulach na rok.

32 Zasoby energii geotrmalnej w Polsce Całkowita wielkość dostępnych zasobów energii geotermalnej zawartej w formacjach skalnych do głębokości 3000 m na Niżu Polskim wynosi 7,753x10 22 J Wartość strumienia cieplnego wynosi średnio od mw/m 2 w Polsce północnowschodniej do mw/m 2 w Polsce centralnej i zachodniej.

33 Zasoby statyczne Zasoby statyczne energii geotermalnej dla zbiorników na Niżu Polskim wynoszą 5,9x10 21 J. Rozkład zasobów statycznych obejmuje wszystkie klasy temperaturowe wód geotermalnych z wartością 3,7x10 21 J dla klasy do 60 C; 1,3x10 21 J dla wód o temperaturach w przedziale C i 0,9x10 21 J dla wód o temperaturze powyżej 80 C.

34 W basenach polskich Karpat około 100 km 3 wód geotermalnych zawierające zasoby energii równoważne 1,9x10 19 J. Występują tutaj wody geotermalne o temperaturach od 35 do 120 C o niskiej mineralizacji. Zasoby statyczne wydobywalne energii geotermalnej na Niżu Polskim wynoszą 10,2x10 20 J. Rozkład zasobów statycznych wydobywalnych w poszczególnych przedziałach temperaturowych: do 60 C - 47,9x10 19 J; C - 29,8x10 19 J i powyżej 80 C - 24,9x10 19 J.

35 Zasoby dyspozycyjne Całkowita wielkość zasobów dyspozycyjnych energii geotermalnej w zbiornikach na Niżu Polskim wynosi 66,8x10 17 J/rok, co jest równowartością około 152x10 6 TOE/rok. Szacuje się wielkość eksploatacyjnych zasobów energii geotermalnej (geothermal reserves) na około 6x10 19 J/rok (co odpowiada wartości 1430x10 6 TOE/rok)

36 Pierwszy zakład geotermalny w kraju wybudował IGSMiE PAN, w roku 1993, na Podhalu. Jako ujęcie eksploatacyjne wykorzystano otwór Bańska IG-1, o głębokości 5261 m, wykonany w Białym Dunajcu przez Oddział Karpacki Państwowego Instytutu Geologicznego. Obecnie, wodę o temperaturze ok. 86 o C, eksploatuje się dwoma otworami produkcyjnymi,

37 Cechy wód świadczące o atrakcyjności ich wykorzystania praktyczna odnawialność możliwość użytkowania bez powodowania zagrożeńśrodowiska naturalnego powszechność występowania oraz możliwość pozyskiwania w pobliżu użytkownika niezależność od zmiennych warunków klimatycznych i pogodowych możliwość budowy na ich bazie instalacji osiągających znaczne moce cieplne ekonomiczną zasadność ich pozyskiwania

38 Rozpatrując wody geotermalne jako kopalinę, którą chcemy wykorzystać jako źródło energii do celów utylitarnych, podstawowym zadaniem jest ocena zasobów eksploatacyjnych wybranej warstwy wodonośnej. Wielkość zasobów eksploatacyjnych wód geotermalnych sprowadza się do udokumentowania realnej i racjonalnej możliwości eksploatacji wód z określoną wydajnością w ustalonym lub nieograniczonym przedziale czasowym z oceną ilości zasobów odzyskanej energii

39 Przy ocenie wielkości zasobów w eksploatacyjnych i możliwo liwości budowy instalacji geotermalnych należy wziąć pod uwagę następuj pujące uwarunkowania: - Energia uzyskana z wód geotermalnych może być wykorzystywana w miejscach wydobywania wód. Zasoby eksploatacyjne będą więc ograniczone do rejonów miast i miejscowości, rejonów przemysłowych, rolniczych i rekreacyjnowypoczynkowych. - Ze względu na znaczną kapitałochłonność inwestycji geotermalnych, lokalny rynek ciepłowniczy powinien być bardzo atrakcyjny, zdolny do przyciągnięcia inwestorów. - Budowa instalacji geotermalnych w naturalny sposób ograniczona jest do obszarów, gdzie występują wody geotermalne o optymalnych własnościach

40 Przy założeniu, że wykorzystane zostanie od 1,5 do 2,5% zasobów dyspozycyjnych z geotermalnych, to wielkość zasobów eksploatacyjnych wyniosłaby 2,3-3,8 mln TOE/rok. Stanowi to równowartość zasobów energii dla instalacji geotermalnych, z których każda produkuje rocznie 500 TJ ciepła. Obszary perspektywiczne do poszukiwań i eksploatacji wyznaczone są zasięgami występowania zasobów dyspozycyjnych wód i energii geotermalnej. Najlepsze złoża wód geotermalnych w Polsce znajdują się na Podbeskidziu, a szczególnie w okolicach Suchej Beskidzkiej i Makowa Podhalańskiego. Na głębokości 2 km woda osiąga tam temperaturę 80 st. C.

41 Obliczone zasoby stanowią rezultat wzajemnych relacji najistotniejszych parametrów decydujących o atrakcyjności danego zbiornika geotermalnego Parametry decydujące ce o atrakcyjności ci danego zbiornika geotermalnego: Parametry termiczne, Hydrogeologiczne, Eksploatacyjne, Wskaźniki ekonomiczne

42

43 Podstawowe znaczenie, o dużych perspektywach rozwoju w kraju,ma wykorzystanie wód geotermalnych do celów grzewczych, w szczególności w sektorze komunalno-bytowym, obejmującym m.in. budownictwo mieszkaniowe. Sektor ten pochłania 40 % krajowego zużycia energii pierwotnej. Ciepłownie geotermalne mogą ogrzewać małe miasta lub duże osiedla mieszkaniowe. Mogą służyć do ogrzewania szklarni i basenów kąpielowych. Obok ciepła wód podziemnych można także wykorzystywać ich szerokie właściwości lecznicze w sanatoriach i uzdrowiskach - ten kierunek zagospodarowania w dobie licznych zagrożeń cywilizacyjnych nabiera szczególnego znaczenia.

44

45 Czynniki decydujące ce o opłacalno acalności ci ciepłowni geotermalnych. I. Czynniki zależne od warunków hydrogeotermalnych na danym obszarze (wpływają na skalę możliwej produkcji ciepła oraz na wysokość nakładów inwestycyjnych) : wydajność eksploatacyjna wód podziemnych (moc cieplna instalacji), temperatura wód geotermalnych (moc cieplna instalacji), głębokość występowania warstwy wodonośnej (koszt wykonania otworów).

46 II. Czynniki decydujące ce o opłacalno acalności ci ciepłowni geotermalnych. Czynniki zależne od sposobu zagospodarowania ciepła geotermalnego: (wpływają na skalę sprzedaży ciepła odbiorcom oraz wysokość nakładów inwestycyjnych) stopień wykorzystania pełnej mocy cieplnej ujęcia (roczna wielkość sprzedaży ciepła), stopień schłodzenia wody geotermalnej (moc cieplna instalacji), koncentracja zapotrzebowania na ciepło na obszarze jego odbioru (nakłady na sieć dystrybucji ciepła), odległość otworów wiertniczych od odbiorcy ciepła (nakłady na rurociąg przesyłowy wody geotermalnej).

47 Czynniki decydujące ce o opłacalno acalności ci ciepłowni geotermalnych. III. Czynniki zależne od makrootoczenia: (wpływają na dostępność i koszty kapitału na inwestycje oraz na pozycję konkurencyjną geotermii) koszty produkcji ciepła metodami tradycyjnymi/ceny paliw (konkurencyjność), poziom stóp procentowych kredytów inwestycyjnych (koszty obsługi zaciągniętych zobowiązań finansowych na realizację inwestycji), proekologiczna polityka państwa (dostępność środków finansowych na zasadach preferencyjnych), finansowanie badań naukowych i promocji geotermii (propagowanie rzetelnej wiedzy i know-how - realizacja opłacalnych projektów).

48 Literatura i źródła "Atlas zasobów energii geotermalnej na Niżu Polskim" (red. W.Górecki, 1995). Technika Poszukiwań Geologicznych Geosynoptyka i Geotermia nr 4/1998 Kropla - magazyn ekologiczny nr 1/2003 Górecki W., - red., 1990 Atlas wód geotermalnych Niżu Polskiego. Kraków.

49 Literatura i źródła pl.wikipedia.org/wiki/energia_geoterma lna step/wstep.html