Energia geotermalna aspekty techniczno-technologiczne

Transkrypt

1 Konwent Burmistrzów i Wójtów Śląskiego Związku Gmin i Powiatów 14 czerwca Świerklaniec Energia geotermalna aspekty techniczno-technologiczne Wiesław Bujakowski buwi@min-pan.krakow.pl Wykorzystano materiały 2000 Geothermal Education Office tel. (12) zeo@min-pan.krakow.pl

2 2000 Geothermal Education Office

3 DEFINICJA - energia geotermalna jest to energia wnętrza ziemi skumulowana w skałach i wodach podziemnych Geothermal Education Office

4 Metody wykorzystania energii geotermalnej Metoda Bezpośrednia Metoda pośrednia 2000 Geothermal Education Office

5 Metody wykorzystania energii geotermalnej Pośrednie wykorzystanie energii geotermalnej Schemat zakładu geotermalnego wytwarzającego energię elektryczną 2000 Geothermal Education Office

9 Zakłady geotermalne wytwarzające energię elektryczną 2000 Geothermal Education Office

10 Kraj 1995 [MW] 2000 [MW] 2005 [MW] wzrost[mw] Wzrost % Australia stały Austria nowa instalacja Chiny stały Kostaryka % Salwador stały Etiopia stały Francja % Niemcy nowa instalacja Gwatemala stały Islandia % Indonezja % Włochy % Japonia stały Kenia % Meksyk % Nowa Zelandia stały Nikaragua % Papua Nowa Gwinea nowa instalacja Filipiny % Portugalia stały Rosja % Tajlandia stały Turcja stały USA % Ogółem % Światowy Kongres Geotermalny Materiały Konferencyjne 2005 Antalya, Turcja, kwiecień 2005 Produkcja elektryczności z geotermii na świecie Ruggero Bertani Enel Generation and Energy Management Division Geothermal Production Via A. Pisano 120, Pisa, Italy

15 Reykjawik z 1932 roku 2000 Geothermal Education Office

16 Reykjawik dziś około 95% budynków jest ogrzewanych energią geotermalną 2000 Geothermal Education Office

17 T g T [Q g ] Źródło górne Pompy ciepła [L] Energia napędowa T d Źródło dolne [Q d ] 2000 Geothermal Education Office

18 Materiały Konferencyjne Światowy Kongres Geotermalny 2005 Antalya, Turcja, kwiecień 2005 Bezpośrednie wykorzystanie energii geotermalnej na świecie 2005 John W. Lund 1, Derek H. Freeston 2, Tonya L. Boyd 1 1) Geo-Heat Center, Oregon Institute of Technology, Klamath Falls, Oregon 97601, USA 2) Geothermal Institute, University of Auckland, Auckland, New Zealand Moc [MW t ] Wykorzystanie [TJ/rok] Wskaźnik wykorzystania mocy Geotermalne pompy ciepła ,17 0,14 0,25 Ciepłownictwo ,40 0,42 0,47 Ogrzewanie szklarni ,46 0,45 0,46 Ogrzewanie basenów do ,56 0,61 0,39 hodowli ryb Suszenie do celów rolnych ,41 0,44 0,53 Wykorzystanie w przemyśle ,72 0,68 0,59 Baseny rekreacyjne ,49 0,64 0,46 Chłodzenie/instalacje do ,18 0,30 0,31 topnienia śniegu Inne ,39 0,70 0,30 Ogółem , , ,441 0,30 0,40 0,41

19 POLSKA - zasoby dyspozycyjne energii geotermalnej w: Głównych Zbiornikach Wód Podziemnych Polski Głównych Horyzontach Hydrogeotermalnych NiŜu Polski Niecce Podhalańskiej Wodach kopalnianych

20 Zbiorniki Wód Podziemnych Polski (na podstawie A. Kleczkowskiego 1990) Podział zbiorników wód podziemnych Nazwa zbiornika (poziomu) wód podziemnych Miejscowy zbiornik UŜytkowy poziom Lokalny zbiornik Główny zbiornik Wydajność studni [m 3 /h] Wydajność ujęcia [tys. m 3 /dobę] Liczba mieszkańców, którą moŝna zaopatrzyć [tys.] poniŝej 5-10 poniŝej 0,3 poniŝej 2,0 powyŝej ,3-1,0 2,0-6, ,6-66 powyŝej 70 powyŝej 10 powyŝej 66 Zasięgi Głównych Zbiorników Wód Podziemnych

21 Zasoby dyspozycyjne energii Głównych Zbiorników Wód Podziemnych Polski (na podstawie A. Kleczkowskiego 1990) Nazwa Zbiornika GZWP Q /117 zbiorników/ GZWP Tr /14 zbiorników/ GZWP Tr - K /1 zbiornik/ GZWP Tr J /1 zbiornik/ GZWP Tr T /1 zbiornik/ GZWP Flisz karpacki Tr, Tr K, K /1 zbiornik/ GZWP K /13 zbiorników/ GZWP J /11 zbiorników/ GZWP T /9 zbiorników/ GZWP D i starsze /6 zbiorników/ GZWP RAZEM /180 zbiorników/ Powierzchnia Zbiornika Udział w Temperatura Zasoby Dyspozycyjne pow. złoŝowa Energii Kraju [km 2 ] [%] [ o C ] [ TJ/ rok ] Główne Zbiorniki Wód Podziemnych , , , , , , , , , ,2 % TJ/rok

22 Zasoby energii w głównych horyzontach hydrogeo-termalnych NiŜu Polski

23 Zasoby dyspozycyjne energii w głównych horyzontach hydrogeotermalnych NiŜu Polski i Niecki Podhalańskiej Zbiornik Powierzchnia całkowita Zbiornika Udział w pow. Kraju [km 2 ] [%] Temperatura złoŝowa (od do) [ o C ] Zasoby dyspozycyjne energii [ TJ/ rok ] NiŜ Polski Dolnej Kredy K , o C Górnej Jury J , o C Środkowej Jury J , o C Dolnej Jury J , o C Górnego Triasu T , o C Dolnego Triasu T , o C RAZEM Niecka Podhalańska Trias i Trzeciorzęd 475 0, o C 1 490

24 Zasoby dyspozycyjne energii w wodach dopływających do kopalń węgla kamiennego w GZW Dopływy wód do około 60 kopalń węgla kamiennego w GZW w m 3 /godz. (na podstawie M. RogoŜ, E.Posyłek 2000) 1935 r r r r r Sumaryczne zasoby statyczne ciepła energii geotermalnej wód kopalnianych przy schłodzeniu do 5 o C w roku 1998 oceniono na ok. 500 MW t W 2002 roku potencjalne (statyczne) zasoby cieplne w 15 kopalniach oceniono na ok. 83 MW t (Wg E.Sonik-Heliasz, Z.Małolepszy 2002r.)

25 Zasoby dyspozycyjne energii w wodach dopływających do kopalń węgla kamiennego w GZW c.d. Zasoby energii oszacowane dla odbiorcy c.o. i c.w.u., pozyskiwane z 15 kopalń moŝna ocenić na poziomie : Zasoby statyczne wydobywalne ok. 864 TJ/rok Zasoby dyspozycyjne ok. 86 TJ/rok

26 Sumaryczne Zasoby dyspozycyjne energii w głównych horyzontach hydrogeotermalnych Zbiornik Główne Zbiorniki Wód Podziemnych /180 zbiorników/ NiŜ Polski /K1, J3, J2, J1, T3, T1 Niecka Podhalańska /T2 i Tr/ Powierzchnia całkowita Zbiornika (od do) [km 2 ] Udział w pow. Kraju (od do) [%] Temperatura złoŝowa (od do) [ o C ] Zasoby dyspozycyjne energii [ TJ/ rok ] , ,9-73, , Wody dopływające do 15 kopalń GZW RAZEM ZASOBY DYSPOZYCYJNE:

27 Funkcjonujące Zakłady Geotermalne (z wyłączeniem instalacji pomp ciepła) i ośrodki belneologiczne na tle jednostek geotermalnych (wg. Ney, Sokołowski 1987, Kępińska 2005)

28 L ok alizacja in stalacji Główne parametry energetyczne instalacji geotermalnych, balneologicznych i pomp ciepła w Polsce W yd ajn ość T em p eratu ra o C M oc zain stalow an a całk ow ita /z geoterm ii M W t P rod u k cja en ergii T J/rok m 3 /god z G rupa I - Instalacje geoterm alne w ykorz ystujące w od y term alne (o tem p. >25 o C ) P odhale / P yrzyce / M szczonów / U niejów / S targard S zczeciński / R azem / G rupa II - Instalacje geoterm alne funkcjonujące w zakładach balneolo giczn ych C ieplice / Ląd ek / D uszniki / C iechocinek / K onstancin / U stroń / Iw onicz / R azem 3.36 / G rupa III - P om p y ciepła w ykorzystujące ciepło w ód gruntow ych i gruntu (o tem p. <25 o C ) S łom niki / P om p y ciepła (kilkaset) 7-25 >80 / >53 >500 R azem >81.8 / > > S U M A W S Z Y S T K IC H IN S T A L A C JI > / > >

29 Podhalański system geotermalny

30 Zakład Geotermalny na Podhalu Główna Wymiennikownia Base load plant Ciepła Bańska - Biały Dunajec Elevation 671 m.a.s.l. wys.671 m n.pm. Silniki Gazowe Gas engines 1,5 MWe 2,1 MWt, Stacja Pumping pompowa station POZAWODZIE Pozawodzie Wys. 703 m n.p.m. Elevation 703 m.a.s.l. Strefa2 Zone 2 Zone 3 Pumping and pressure Stacja pompowa i redukcji reduction ciśnienia station PORONIN Poronin Wys. Elevation 732 m 732 n.p.m. m.a.s.l. Strefa2 Zone 2 Stacja Pumping pompowa station USTUP Strefa3 Ustup Elevation Wys. 762 m.a.s.l. m n.p.m. Zone 3 GAS-OIL Kocioł Gazowo- BOILER Olejowy 15 MW GAS Kocioł BOILER Gazowy 10 MW GAS Kocioł BOILER Gazowy 10 MW Strefa3 T =81 C s Szczytowe źródło ciepła Peak load plant ZAKOPANE Zakopane Elevation 825 m 825 n.p.m. m.a.s.l. Zone 3 Zone 4 Stacja pompowa i Pumping redukcji and ciśnienia pressure reduction ZAKOPANE station Wys. Zakopane 732 m n.p.m. Zone 3 Zone 4 ODBIORCY Elevation 931 energii 931 m.a.s.l. m n.p.m. T =85 C s T r=55 C przykład wykorzystania wód średniotemperaturowych o temp. ok. 90 o C w zintegrowaniu z kotłami gazowymi i olejowymi oraz z agregatami kogeneracyjnymi gazowymi [2/3] PGP m /h T s=86 C IG m /h T s=84 C PGP - 2 PAN - 1 Schemat systemu grzewczego na Podhalu Podhale geothermal heating system diagram

31 Kaskadowy system zagospodarowania energii geotermalnej w Laboratorium Geotermalnym PAN na Podhalu

32 Budynek Laboratorium Geotermalnego PAN i jego Kotłownia

33 Suszarnia i szklarnia - Laboratorium Geotermalne PAN Suszarnia drewna Szklarnia parapetowa

34 Hodowla ryb ciepłolubnych w Laboratorium Geotermalnym PAN Sum afrykański

35 Doświadczalna uprawa roślin w podgrzewanej glebie Laboratorium Geotermalne PAN (I.2005)

36 Zakład Geotermalny w Uniejowie Charakterystyka ujęcia wód geotermalnych o temperaturze ok. 70 o C [1/2] UNIEJÓW Odwierty: Uniejów PIG/AGH-2 (eksploatacyjny), Uniejów PIG/AGH-1 (iniekcyjny) Odległość między odwiertami około 1100 m Głębokość strop/spąg ok / 2040 Ciśnienie statyczne na głowicy ok Mpa Temperatura na głowicy 70 o C Wydajność/depresja 90/25 m 3 /h/m Mineralizacja całkowita 6,4 7,8 g/dm 3

37 Zakład Geotermalny w Uniejowie przykład wykorzystania wód geotermalnych o temp. ok. 70 o C w zintegrowaniu z kotłami olejowymi [2/2] Łączna moc ciepłowni wynosi 5,6 MW z czego 3,2 MW to moc uzyskiwana z kotłów olejowych pełniących funkcje źródła szczytowego. System zastępuje 10 kotłowni lokalnych opalanych węglem oraz 160 kotłowni znajdujących się w domach jednorodzinnych Instalacja kotłowni jest dwuczęściowa. 1. blok geotermalny, na który składają się odwierty produkcyjny i reiniekcyjny oraz wymienniki ciepła, filtry i system zatłaczania wód. 2. blok olejowy, który składa się z dwóch kotłów niskotemperaturowych, opalanych lekkim olejem opałowym.

38 POLSKA AKADEMIA NAUK Zakład geotermalny w Uniejowie

39 Obieg wód termalnych w Zakładzie Geotermalnym w Uniejowie Zestaw pomp zatłaczających Układ filtracyjny Otw. Uniejów PIG/AGH 2 (eksploatacyjny) Otw. Uniejów PIG/AGH 1 (iniekcyjny)

40 Zakład Geotermalny w Pyrzycach przykład wykorzystania wód o temperaturze ok. 60 o C w absorpcyjnej pompie ciepła i w zintegrowaniu z kotłami gazowymi [1/2] Źródło:

41 Zakład Geotermalny w Pyrzycach Charakterystyka ujęcia wód o temperaturze ok. 60 o C oraz parametry ciepłowni i sieci [2/2] Skrótowa charakterystyka ujęcia wody geotermalnej złoŝe geotermalne - lias głębokość złoŝa stropu m miąŝszość złoŝa m temperatura w złoŝu C mineralizacja wody złoŝowej g/dm 3 ilość otworów wydobywczych - 2 szt. ilość otworów zatłaczających - 2 szt. strumień wody geotermalnej m 3 /h moc cieplna z wody złoŝowej - 14,8 MW odległość między otworami - 1,5 km. Podstawowe parametry ciepłowni i sieci 2 kotły gazowe niskotemperaturowe - 20,0 MW 2 chłodnice spalin ze skraplaniem pary - 2,2 MW 2 kotły gazowe (ok C) - 16,0 MW 2 chłodnice spalin ze skraplaniem pary - 1,8 MW wymiennik c. bezpośredni - I st. - 7,2 MW wymiennik c. pracujący z APG- II st. - 7,6 MW czynnik ogrzewczy: woda - 95/40 0 C strumień masy wody ogrzewczej t/h długość sieci ciepłowniczej - 15 km max średnice rurociągów magistrali mm

42 Ciepłownia w Pyrzycach - kotły gazowe i pompy absorpcyjne

43 20 Zakład Geotermalny w Mszczonowie rekonstrukcja zlikwidowanego odwiertu I 49,0 m II 13 3/8 Zarurowanie: ,0 13 3/ ,0 9 5/ ,0 Perforacja (Σ93,5 m): 1602,5 1645,5 1663,5 1714,0 Korki: I 0-39 m. cementowy II 59,6 60,3 m. metalowy III 1508,0-1517,0 m. cementowy IV 1520,0 1612,0m. cementowy V 1793,0- cementowy III IV V 9 5/8 508,0 m 1602,5 m 1645,5 m 1663,5m 1714,0 m 1793,0 m Parametry złoŝa po rekonstrukcji ZłoŜe - dolna kreda (piaskowce) Głęb. stropu/spągu /1714 m. MiąŜszość m Temperatura C Wydajność - 60 m 3 /h Mineralizacja g/l (woda słodka)

44 Zakład Geotermalny w Mszczonowie przykład wykorzystania wód o temperaturze ok. 40 o C w APC w zintegrowaniu z kotłami gazowymi oraz jako wód pitnych Źródło:P. Kubski 2001-Zakład Geotermalny w Mszczonowie.COW Nr1.

45 Głowica odwiertu Mszczonów IG-1

46 Absorpcyjna pompa ciepła w ciepłowni geotermalnej w Mszczonowie

47 POLSKA AKADEMIA NAUK Zakład ciepłowniczy w Słomnikach ujęcie wód zimnych o temperaturze 17oC WOJ. ŚLĄSKIE Miechów (300 m) WOJ. ŚWIĘTOKRZYSKIE 50 Dąbrowa Tarnowska ( m) Proszowice KRAKÓW Uście Solne Drwinia ( m) Niepołomice ( m) Brzesko (1700 m) Bochnia ( m) 5 10 Myślenice Iwkowa (2900 m) - zasięg poziomu wodonośnego (cenoman) NE-granica woj. małopolskiego - granica nasunięcia Karpat Tarnów WOJ. PODKARPACKIE SŁOMNIKI ( m) (1700 m) - miąŝszości poziomu wodonośnego - średnia głębokość zalegania poziomu wodonośnego

48 Zakład ciepłowniczy w Słomnikach przykład wykorzystania wód zimnych o temperaturze 17 o C do ogrzewania oraz jako wód pitnych 0 ok. 18 C Odbiorca indywidualny I stopień schłodzenia 0 ok. 18 C System pośrednich wymienników ciepła 0 ok. 17 C Odbiorca indywidualny II stopień schłodzenia 0 ok. 16 C Pompy ciepła małej mocy indywidualnych odbiorców rozproszonych ODBIORCA GRUPOWY (osiedle) Stopień I-szy schładzania Stopień II-gi schładzania Sieć wodociągowa Stopień III-ci schładzania System pomp ciepła duŝej mocy odbiorcy grupowego współpracuje z ciepłownią gazową Odbiorca indywidualny III stopień schłodzenia 0 ok. 9 C 0 ok. 15 C 0 ok. 20 C obieg geotemalny

49 Zakład ciepłowniczy w Słomnikach przykład wykorzystania wód zimnych o temperaturze 17 o C w pompach ciepła w zintegrowaniu z kotłami gazowymi i olejowymi oraz jako wód pitnych

50 Przykłady funkcjonujących kąpielisk wykorzystujących energię geotermalną 1/2 Liptowski Jan Słowacja - Kompleks całorocznych basenów odkrytych (fot. S. Graczyk) Liptowski Jan Słowacja - Kryta pływalnia (fot. S. Graczyk)

51 Przykłady funkcjonujących kąpielisk wykorzystujących energię geotermalną Orawice - Słowacja Jednobasenowe kąpielisko całoroczne wraz ze skromną infrastrukturą (fot. S. Graczyk) Bad Blumau - Austria Widok ogólny Parku Wodnego stosującego wody geotermalne (fot. B. Kępińska)

52 Przykłady funkcjonujących kąpielisk wykorzystujących energię geotermalną Słowacja Besenowa 2003 r.

53 Energia wód kopalnianych Powietrze kopalniane przetłaczane na powierzchnię, w trakcie prowadzenia procesów technologicznych związanych z eksploatacją kopalin, jest nośnikiem energii geotermicznej. Wody kopalniane pochodzą z odwadniania wyrobisk i chodników górniczych cechuje podwyŝszona temperatura (przekraczająca zazwyczaj 20 C). Zazwyczaj zanieczyszczone.

54 Energia powietrza i wód kopalnianych metodyka szacowania zasobów Zasoby energii wód i powietrza kopalnianego oszacowano jako: Zasoby teoretyczne określono przy załoŝeniu 100% wykorzystania strumienia nośników energii i ich schłodzeniu do 0 C; Zasoby technicznie moŝliwe do wykorzystania określono przy załoŝeniu wykorzystania głównych (pod względem wielkości) strumieni nośników energii. ZałoŜono wykorzystanie technologii pomp ciepła schładzających substancje źródła do temp. +5 C (temp. ta umoŝliwia cenową i ekologiczną konkurencyjność względem paliw konwencjonalnych).

55 Energia wód kopalnianych lubliniecki kłobucki myszkowski częstochowski ,0 1,2 gliwicki tarnogórski 4, ,7 2 5 będziński zawierciański raciborski 0 0 rybnicki wodzisławski ,5 13,5 rybnicki mikołowski ,6 pszczyński 9,2 5, bieruńskolędziński Potencjał teoretyczny - M ak symalna m oc [MW ] - Energia cieplna [TJ/rok] Potencjał techniczny 0 0 bielski M aksy malna moc [MW] - Energia cie plna [TJ/rok] cieszyński 2,2 68,8 1,3 11,8

56 Energia wód kopalnianych B C B A A A B B C C A B B A A A A Potencjał techniczny [GJ/rok] A > 50 (moc > 5 MW) C B B (moc 1-5 MW) C < 10 (moc <1 MW) B

57 Energia geotermalna Obszar województwa obejmuje 5 regionalnych jednostek geologicznych: zapadlisko przedkarpackie, którego północną granicę wyznacza zasięg morskich osadów miocenu; zapadlisko górnośląskie na obszarze występowania podtrzeciorzędowych wychodni karbonu; monoklina śląsko-krakowska w północnej i środkowej części województwa jako przedłuŝenie monokliny przedsudeckiej południowej. Jej zasięg wyznacza obszar występowania utworów jury i triasu; niecka miechowska, w NE części województwa w strefie występowania utworów kredy; Karpaty fliszowe.

58 Energia geotermalna S Zbiornik mioceński Zbiornik karboński NE Zbiornik kredowy Zbiornik jurajski Z biornik triasowy Utwor y Zbiornik dewoński nieperspektywiczne Schematyczny przekrój przez zbiorniki wód podziemnych woj. śląskiego Energia geotermalna lubliniecki kłobucki Zbiornik jurajs ki 1,5 47,3 1,0 9,5 Zbiornik k redowy 1,0 0,6 Zbiornik trias owy 1,0 0,8 myszkowski 32,0 6,0 Zbiornik częstochowski jura jsk i 4,0 3,0 31,5 7,6 134,0 30,0 Zbiornik triasowy 0,13 0,1 134,0 0,95 Zbiornik triasowy 1,7 1,2 53,6 11,4 tarnogórski zawierciański będziński gliwicki raciborski 0,09 rybnicki 0,0 8 wodzisławski Zbiornik trias owy 2,8 0,76 rybnicki Zbiornik dewońsk i 0,07 0,07 2,2 0,7 Zbiornik ka rbońs ki 0,4 0,3 mikołowski Zbiornik cieszyński dewońskokarboński 0,6 2,2 0,5 0,7 13,0 2,9 Zbiornik mioceński 0,5 16,0 0,4pszczyński 3,8 bielski Zbiornik ka rbońs ki 0,4 bieruńsko- 2 13,0 0,3lędziński,9 Zbiornik mioc eńs ki 0,5 15,7 0,4 5 4,3 Ŝywiecki Potencjał teoretyczny (zasoby dyspozycyjne) - Maksymalna moc [MW] - Energia cieplna [TJ/rok] Potencjał techniczny (zasoby eksploatacyjne) - Maksymalna moc [MW] - Energia cieplna [TJ/rok] Obszary występowania zbiorników - kredowego, jurajskiego i triasowego - jurajskiego i triasowego - triasowego - karbońskiego i dewońskiego - mioceńskiego, karbońskiego i dewońskiego - mioceńskiego i dewońskiego Skala 1 : km

59 Energia geotermalna Klasyfikacja obszarów, ze względu na potencjał techniczny energii geotermalnej Energia geotermalna lubliniecki kłobucki częstochowski myszkowski tarnogórski zawierciański będziński gliwicki Potencjał techniczny energii geotermalnej raciborski rybnicki rybnicki mikołowski bieruńskolędziński A - powyŝej 2 MW B MW wodzisławski pszczyński C - 0,4-1 MW bielski - granice udokumentowane cieszyński - granice prognostyczne Ŝywiecki Skala 1 : km

60 ul. Wybickiego 7, Kraków 65 skr. poczt. 49 tel. (12)