Zielony Telefon Alarmowy OZE.

Transkrypt

1 Zielony Telefon Alarmowy OZE Energia Geotermalna : Projekt dofinansowany ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej

2 Energia geotermalna Źródłem energii geotermalnej jest gorące wnętrze kuli ziemskiej. Ciepło z wnętrza ziemi wydobywa się ku górze za pomocą magmy, ale częściej, jako ogrzana przez magmę woda w postaci gorących źródeł i gejzerów. O energii geotermalnej mówi się przede wszystkim, gdy nośnikiemtej energii jest woda i para wodna.energia ta biorąc pod uwagę okres istnienia cywilizacji ludzkiej, jest praktycznie niewyczerpalna w wyniku jej przenoszenia z wnętrza Ziemi przez przewodzenie i konwekcję. 2

3 Gradient temperatury we wnętrzu Ziemi Przyjmuje się, że średni gradient temperatury skorupy ziemskiej wynosi 25 K/km. Oznacza to, że z każdym kilometrem w głąb skorupy ziemi temperatura rośnie średnio o 25 o C. 3

4 Energia geotermalna rodzaje zasobów Hydrotermiczny związany z wykorzystaniem gorącej wody geotermalnej o temperaturze o C lub pary geotermalnej o temperaturze o C, Petrotermiczny związany z wykorzystaniem energii termicznej zgromadzonej w gorących, suchych skałach Pod względem technicznym możliwe jest dokonanie odwiertów do głębokości 5km, ale opłacalne ekonomicznie są odwierty do 2km. Występują też takie rejony, gdzie nie ma potrzeby dokonywania odwiertów, gdyż gorąca woda wypływa samoczynnie na powierzchnię w postaci gejzerów lub gorących źródeł. Są to zazwyczaj rejony związane z aktywnością sejsmiczną i wulkaniczną. 4

5 Energia geotermalna miejsca występowania 5

6 Złoże geotermalne 6

7 Złoże geotermalne 7

8 Mapa strumienia cieplnego dla obszaru Polski Największe perspektywy dla pozyskiwania energii geotermalnej, to obszary zaznaczone kolorem czerwonym. Jednak najlepsze możliwości rozwoju energetyki geotermalnej występują przy jednoczesnej obecności formacji wodonośnych (dobrych warunków hydrogeologicznych) Praktyka wskazuje, że ten drugi warunek ma wwiększości przypadków bardziej istotne znaczenie. Źródło 8

9 Ośrodki geotermalne na terenie Polski Obecnie na terenie Polski funkcjonuje dziewięć geotermalnych zakładów ciepłowniczych, w których temperatura wody waha się średnio od 30 o C do 130 o C. 9

10 Ekonomika energetyki geotermalnej Ekonomika energetyki geotermalnej zależy od wielu czynników, polskie negatywne doświadczenia w tej materii pokazują, że odpowiednie planowanie jest kluczem do sukcesu, a nawet małe błędy w założeniach owocują brakiem rentowności przedsięwzięcia. W szczególności należy zwrócić uwagę na: Możliwość wykorzystania istniejących odwiertów np. naftowych, gdyż koszty nowych wierceń są bardzo wysokie i mogą stanowić ponad 1/3 kosztów całej inwestycji Odpowiednia lokalizacja ciepłowni geotermalnej z uwagi, że koszty przesyłu energii cieplnej rosną wykładniczo wraz ze wzrostem odległości od odbiorców, Prawidłowe oszacowanie zapotrzebowania na moc, przewymiarowanie grozi dużym wzrostem kosztów jednostkowych produkcji energii cieplnej, Poprawną analizę temperatury wody geotermalnej w stosunku do temperatury pracy instalacji ciepłowniczej. Konieczność dogrzewa wody podnosi znacznie koszy inwestycji, Uzyskanie odpowiedniej wydajności wody, która powinna zawierać się w przedziale m 3 /h. 10

11 Zastosowanie wody geotermalnej w zależności od temperatury 11

12 Polskie zasoby energii geotermalnej TWh Zasoby energii geotermalnej w Polsce potencjał teoretyczny potencjał techniczny potencjał ekonomiczny polskie zapotrzebowanie na energię geotermia ,6 12

13 Sposoby wykorzystania zasobów geotermalnych OGRZEWANIE BEZPOŚREDNIE OGRZEWANIE POŚREDNIE 13

14 Sposoby wykorzystania zasobów geotermalnych cd. POMPA CIEPŁA DOLNE ŹRÓDŁO PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ 14

15 Zalety i wady energii geotermalnej Zalety źródła energii geotermalnej nie podlegają wahaniom warunków pogodowych i klimatycznych, są to źródła nie ulegające wyczerpaniu, urządzenia techniki geotermalnej nie zajmują wiele miejsca i nie wpływają prawie wcale na wygląd krajobrazu, instalacje oparte o wykorzystanie energii geotermalnej odznaczają się stosunkowo niskimi kosztami eksploatacyjnymi. Wady wysokie koszty budowy instalacji, duże nakłady inwestycyjne, istnieje ryzyko przemieszczenia się złóż geotermalnych, które na całe dziesięciolecia mogą uciec z miejsca eksploatacji. efektem ubocznym korzystania z energii geotermalnej jest niebezpieczeństwo zanieczyszczenia atmosfery, a także wód powierzchniowych i głębinowych przez szkodliwe gazy i minerały. 15

16 Pompy ciepła Pompa ciepłato urządzenie, które wbrew naturalnemu obiegowi energii przenosi ciepło ze źródła o temperaturze niższej do źródła o temperaturze wyższej. Proces ten przebiega dzięki dostarczeniu z zewnątrz pracy do napędu sprężarki (w pompach ciepła sprężarkowych) lub dostarczenia ciepła(w pompach absorpcyjnych). Podział pomp ciepła można dokonywać na różne sposoby: - względem zastosowania, - wydajności cieplnej, -rodzaju dolnego i górnego źródła ciepła (powietrze-woda, powietrze-powietrze, woda-woda, woda-powietrze, grunt-powietrze i grunt-woda). Możliwy jest również podział na: - wykorzystujące odnawialne źródła ciepła: powietrze, woda, grunt - wykorzystujące jako źródło ciepła ciepło odpadowe Efektywność pierwszych pomp ciepła wynosiła ok. 2 ("200%"), zaś teraz wzrosła ona do 5,6 ("560%") dla różnicy temperatur dolne źródło = 10 C i górne= 35 C. 16

17 Zasada działania pompy ciepła 1 zawór rozprężny 2 sprężarka 3 parownik 4 skraplacz 5 odbiór ciepła z gruntu, powietrza lub wody 6 przekazywanie ciepła do budynku 17

18 Efektywność pomp ciepła Miarą efektywności pompy ciepła jest współczynnik wydajności cieplnej COP(coefficientof performance), który określa ile jednostek energii cieplnej zostanie uzyskane lub usunięte z jednej jednostki energii włożonej do napędu pompy. Dla ogrzewania Dla chłodzenia Im wyższy współczynnik COP tym wyższa efektywność pompy i niższe koszty ogrzewania/chłodzenia. Współczynnik COP maleje, gdy różnica temperatur między dolnym a górnym źródłem rośnie. Współczynnik COP jest największy, gdy różnica temperatur między dolnym a górnym źródłem jest możliwie najmniejsza. Współczynnik COP nie jest tożsamy ze sprawnością pompy! 18

19 Podział pomp ciepła ze względu na dolne i górne źródło ciepła Typ pompy Powietrze - powietrze Opis Dolnym źródłem jest powietrze atmosferyczne na zewnątrz budynku a górnym powietrze wewnątrz budynku. Do tego typu pomp ciepła należy np. klimatyzacja z funkcją grzania. Średni COP 1,5-4 Powietrze -woda Dolnym źródłem jest powietrze atmosferyczne na zewnątrz budynku a górnym woda w systemie centralnego ogrzewania. 1,8-3,5 Solanka -woda Woda -woda Dolnym źródłem jest grunt wokół budynku a górnym woda w systemie centralnego ogrzewania. Dolnym źródłem są wody gruntowe a górnym woda w systemie centralnego ogrzewania. 2,5-4 3,5-5 19

20 Dolne źródła ciepła Kolektory poziome pozyskują energię cieplną z płytkich warstw gruntu (1,5-3m) charakteryzują się zmienną temperaturą dolnego źródła w ciągu roku jednak cena ich wykonania jest niższa niż sond pionowych. 20

21 Dolne źródła ciepła Sondy pionowe -pozyskują energię cieplną z głębokich (kilkadziesiąt metrów) warstw ziemi gwarantują stabilną temperaturę dolnego źródła charakteryzują się jednak wysoką ceną wykonania. 21

22 Dolne źródła ciepła Studnie-pozyskują energię cieplną z wody gruntowej. Jeżeli w obrębie budynku znajdują się cieki wodne lub płytkie wody gruntowe stanowią one bardzo wydajne dolne źródło ciepła charakteryzujące się stabilną temperaturą i stosunkowo niskimi kosztami wykonania.

23 Dolne źródła ciepła Czerpnia powietrza pozyskuje energię cieplną z otaczającego powietrza charakteryzuje się bardzo dużą zmiennością temperatury dolnego źródła oraz bardzo niskimi kosztami wykonania. 23

24 Zastosowanie pomp ciepła w budynkach mieszkalnych Pompy ciepła najszersze zastosowanie znalazły jako urządzenia grzewcze lub klimatyzacyjne domów jednorodzinnych i małych pomieszczeń. Z reguły pracują w układzie rewersyjnym (w sezonie grzewczym jako pompa ciepła, zaś latem w cyklu odwrotnym pełniąc rolę klimatyzatorów). Posiadają wydajność cieplną od kilku do kilkunastu kilowatów. Na ogół są to urządzenia sprężarkowe, dla których dolnym źródłem ciepła jest powietrze atmosferyczne lub grunt. Jako źródło ogrzewania preferowane jest ogrzewanie niskotemperaturowe powietrzne lub wodne (podłogowe, ścienne). Dotychczasowe doświadczenia pokazują, że ogrzewanie pojedynczych budynków jest mniej wydajne niż stosowanie skojarzonych systemów grzewczych dla większej liczby odbiorców (budynki wielorodzinne, osiedla domków jednorodzinnych). Na przykład: pompa ciepła powietrze-powietrze jest w stanie zaspokoić rocznie wymagania odbiorcy na ciepłą wodę użytkową i ciepło do ogrzewania pomieszczeń: - 50% domki jednorodzinne wolnostojące, % zespół budynków jednorodzinnych, % budynki wielorodzinne. 24

25 Przemysłowe zastosowanie pomp ciepła Pompy ciepła o wydajności cieplnej do około 100 kw, z dodatkowym ogrzewaniem energią elektryczną lub gazem, używane są do klimatyzacji całorocznej lub ogrzewania pomieszczeń typu: biura, restauracje, magazyny, a także do podgrzewania wody w basenach kąpielowych. Dolnym źródłem ciepła w tych urządzeniach jest powietrze lub woda. Pompy ciepła o wydajności od kilkudziesięciu kilowatów do kilku megawatów stosuje się do klimatyzacji biurowców, domów towarowych, a także w instalacjach chłodniczo grzewczych mleczarni, zakładów mięsnych, browarów, oraz jako urządzenia wykorzystujące ciepło odpadowe w pralniach, suszarniach, hotelach i różnych procesach technologicznych. Innym zastosowaniem pomp ciepła jest użycie ich w procesach odparowania roztworów, zagęszczania soków, mleka, farmaceutyków. Moce tych instalacji dochodzą do wielu megawatów. Stosuje się także pompy ciepła w układzie kaskadowym, gdzie czynnik chłodzący skraplacz stanowi dolne źródło ciepła dla parownika innej pompy ciepła. Dzięki temu, jest możliwe wykorzystanie źródeł ciepła o stosunkowo niskich temperaturach. 25

26 Pompy ciepła Przykład W przypadku ogrzewania pompą ciepła Posiadając pompę ciepła o średniorocznym współczynniku COP 4 możliwe jest pozyskanie 4 kwhenergii cieplnej z 1 kwh energii elektrycznej. W skład tych 4 kwh energii cieplnej 1 kwhpochodzi z energii elektrycznej a 3 kwhz dolnego źródła np. gruntu. W przypadku chłodzenia pompą ciepła Posiadając pompę ciepła (klimatyzator) o średniorocznym współczynniku COP 2 oznacza to że z 1 kwhenergii elektrycznej usunięte zostaną 2 kwhenergii cieplnej. Ogrzewanie pompą ciepła jest bardziej wydajne niż chłodzenie. Przy tym samym zużyciu energii COP dla ogrzewania jest wyższe niż dla chłodzenia. 26