Wykorzystanie energii geotermalnej w projekcie Świętokrzyski Park OZE

Wykorzystanie energii geotermalnej w projekcie Świętokrzyski Park OZE

Klasyfikacje i metodyka oceny zasobow energii geotermalnej Zasoby geotermalne jest to całkowita ilość energii (ciepła) nagromadzonej w skorupie ziemskiej, do danej głębokości, w odniesieniu do określonego obszaru bilansowego (obliczeniowego) oraz średniej rocznej temperatury na powierzchni ziemi (Muffler, Cataldi, 1978). Energia zakumulowana w skorupie ziemskiej moŝe przybierać roŝne formy. Z tego względu moŝemy wyróŝnić: a) energię hydrogeotermalną - w której nośnikiem energii jest ciepła woda podziemna, eksploatowana otworami wiertniczymi; b) energię petrogeotermalną (zasoby ciepła skał) - w której nośnikiem energii (ciepła) są media (zwykle woda) wprowadzane otworami wiertniczymi do nagrzanych formacji skalnych tzw. suche gorące skały (HDR - Hot Dry Rocks) lub wysady solne; c) energię geociśnień - energia hydrauliczna zakumulowana w skorupie ziemskiej, w płynach występujących pod ciśnieniem litostatycznym (ciśnienie nadkładu skał) przekraczającym normalne ciśnienie hydrostatyczne; d) energię magmy - gdzie źródłem anomalii cieplnych są ciała magmowe oraz intruzje gorącej magmy penetrujące uskoki tektoniczne, podgrzewające otaczające skały oraz infiltrujące w głąb skał wody opadowe.

Cykl Kaliny

Uniejów

Uniejów

Uniejów

Słomniki

X 3

Wody termalne jako kopalina Zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów (Rozporządzenie RM, 2006) do wód termalnych zaliczamy te wody, które na wypływie z ujęcia posiadają temperaturę co najmniej 20 o C. Jest to umowna, przyjęta w Polsce, granica pomiędzy wodami termalnymi i niskotemperaturowymi, która wynika z relacji do temperatury ciała ludzkiego i moŝliwości wykorzystania wód do celów balneologicznych (Dowgiałło, Karski, Potocki, 1969). Prawo geologiczne i górnicze mówi, Ŝe wody termalne stanowią kopalinę podstawową, na wydobycie której niezbędne jest uzyskanie koncesji, której udziela Minister Środowiska. Z uwagi na niski próg temperatury przyjęty w definicji wód termalnych (20 o C) praktycznie kaŝda inwestycja związana z udostępnieniem geotermalnego źródła ciepła wymaga zastosowania podobnych procedur prawnych dla uzyskania niezbędnych koncesji.

Tab.1. Podział wód leczniczych na podstawie zawartości składników swoistych (na podst. Rozporządzeń: Dz.U.06.32.220, Dz.U.06.80.565). Woda zawiera w 1 dm 3 co najmniej: Nazwa wody od 1000 mg rozpuszczonych składników stałych mineralna 10 mg jonu Ŝelazawego Ŝelazista 2 mg jonu fluorkowego fluorkowa 1 mg jonu jodkowego jodkowa 1 mg H 2 S (siarki dwuwartościowej) siarczkowa 70 mg kwasu metakrzemowego krzemowa 250 mg CO 2 niezwiązanego kwasowęglowa (250-999 mg CO 2 ) szczawa (od 1000 mg CO 2 ) 74 Bq radonu radonowa temperatura od 20 C termalna

Rozmieszczenie uzdrowisk statutowych na terenie Polski.

Temperatury eksploatowanych wód termalnych w uzdrowiskach polskich. Uzdrowisko Temperatura wód [ C] Ciechocinek 27 Konstancin 30 Cieplice 20-86,7 Lądek 20-45 Ustroń 28 Rabka 28 Iwonicz 20

Wymagania stawiane wodom do kąpieli. Rodzaj kąpieli Temperatura wody [ C] Mineralizacja wody [g/dm 3 ] rekreacyjne 24 30 do 35 rekreacyjno-leczniczy 28-32 do 40 lecznicze 28-40 do 60

Do najczęściej stosowanych zabiegów balneoterapeutycznych, które wykorzystują wody mineralne naleŝą: kąpiele lecznicze; kuracja pitna (krenoterapia); inhalacje; irygacje, płukania.

Temperatury wód stosowanych w hydroterapii (Ponikowska, Ferson, 2009). Typ zabiegu Temperatura wody [ C] chłodny 22-27 letni 28-33 ciepły 34-37 gorący 38-42

Energetyczny aspekt wykorzystania wód termalnych z rejonu NiŜu Polskiego ZaleŜność temperatur i strumieni mieszających się wód moŝna zobrazować w poniŝszym wzorem: Gdzie: strumień masy wody dostarczonej po wymieszaniu; strumień masy wody słodkiej; strumień masy wody geotermalnej na wylocie z otworu; c v ciepło właściwe mieszaniny; c v1 ciepło właściwe wody słodkiej; c v2 ciepło właściwe wody geotermalnej na wylocie z otworu; T temperatura wody dostarczonej do odbiornika; T 1 temperatura wody słodkiej; T 2 temperatura wody geotermalnej na wylocie z otworu; Przy czym ciepło właściwe mieszaniny c v jest równe: Daje to w ostateczności temperaturę wody rozcieńczonej T wynoszącą:

Stopień rozcieńczenia wody jest czynnikiem determinującym jej mineralizację w basenie oraz temperaturę, poniŝszy wzór przedstawia zaleŝność stopnia rozcieńczenia od: zadanego, w zaleŝności od potrzeb, stęŝenia procentowego solanki w basenie S b ; mineralizacji wody złoŝowej S 2.

Wzór ogólny na moŝliwą do uzyskania temperaturę wody na wejściu do basenu przedstawia się następująco: gdzie: - ciepło właściwe wody termalnej na głowicy otworu wiertniczego eksploatacyjnego Ryc.9.; - temperatura wody termalnej na głowicy otworu wiertniczego eksploatacyjnego.

dalej gdzie: - długość otworu wiertniczego eksploatacyjnego; - temperatura wody termalnej w złoŝu; - gęstość wody termalnej.

Tab. 13. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h) i róŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla prędkości wiatru 1;2;4 m/s. Czas trwania sezonu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h) temp wody o C nasłonecznienie 25 28 30 32 35 38 40 588 588 588 588 588 588 588 v=1 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 142 188 219 250 296 342 373 180 234 271 307 361 416 452 1235 1637 1905 2173 2575 2977 3245 971 1641 2088 2534 3204 3874 4321 1687280 3475044 4666886 5858729 7646492 9434256 10626098 970 1472 1807 2142 2645 3147 3482 v=2 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 243 318 368 419 494 569 620 180 234 271 307 361 416 452 1612 2345 2833 3322 4054 4787 5275 1449 2311 2886 3461 4324 5186 5761 3412242 6008058 7738602 9469146 12064962 14660778 16391322 1447 2310 2885 3459 4322 5185 5759 v=4 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 448 586 678 770 909 1047 1139 180 234 271 307 361 416 452 2805 3747 4375 5003 5945 6887 7515 2847 3982 4738 5494 6629 7764 8520 6991956 11095020 13830396 16565772 20668836 24771900 27507276 2846 3980 4737 5493 6628 7762 8518

Tab. 14. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 15 kwietnia - 15 października (4300h) i róŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla prędkości wiatru 1;2;4 m/s. Czas trwania sezonu 15 kwietnia - 15 października (4300h) temp wody o C nasłonecznienie 25 28 30 32 35 38 40 399 399 399 399 399 399 399 v=1 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 218 255 281 306 343 381 406 272 327 363 399 454 508 544 1424 1842 2121 2400 2819 3238 3517 1516 2018 2353 2688 3190 3693 4028 2658618 4898556 6391848 7885140 10125078 12365016 13858308 1515 2025 2366 2706 3217 3728 4069 v=2 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 360 444 500 555 639 723 779 272 327 363 399 454 508 544 1696 2638 3266 3894 4836 5778 6406 2119 3010 3605 4199 5091 5983 6577 4856688 8080524 10229748 12378972 15602808 18826644 20975868 1929 3009 3729 4449 5530 6610 7330 v=4 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 678 800 881 962 1083 1204 1285 272 327 363 399 454 508 544 3266 4187 4801 5415 6336 7257 7871 3818 4915 5647 6378 7475 8572 9303 9838980 14528196 17654340 20780484 25469700 30158916 33285060 3817 4914 5646 6377 7474 8571 9302

Tab. 15. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 15 października - 15 kwietnia (4300h) i róŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla prędkości wiatru 1;2;4 m/s. Czas trwania sezonu 15 października - 15 kwietnia (4300h) temp wody o C nasłonecznienie 25 28 30 32 35 38 40 0 0 0 0 0 0 0 v=1 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 557 603 634 664 710 756 787 699 754 790 826 881 935 971 1851 2261 2534 2808 3218 3629 3902 3128 3617 3944 4271 4760 5250 5577 8834148 11011284 12462708 13914132 16091268 18268404 19719828 3107 3617 3958 4298 4809 5320 5661 v=2 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 946 1026 1079 1132 1211 1291 1344 699 754 790 826 881 935 971 2638 3224 3615 4005 4592 5178 5568 4283 5045 5553 6061 6823 7585 8093 12686004 15742368 17779944 19817520 22873884 25930248 27967824 4283 5003 5483 5963 6684 7404 7884 v=4 m/s Qk Qr Qp Qc Q kj/(m 2 *sezon) Qcc 1738 2106 2352 2597 2966 3334 3580 699 754 790 826 881 935 971 4312 5150 5708 6266 7104 7941 8499 6749 8009 8849 9690 10950 12210 13050 20096640 25120800 28470240 31819680 36843840 41868000 45217440 6749 8009 8849 9690 10950 12210 13050

Tab. 16. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h) i róŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla basenu zadaszonego. Czas trwania sezonu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h) temp wody C 25 28 30 32 35 38 40 nasłonecznienie kj/(m2 *h) 588 588 588 588 588 588 588 v=0 m/s Qc Q kj/(m 2 *sezon) 285 373 431 490 578 666 724 753624 1067634 1276974 1486314 1800324 2114334 2323674 Tab. 17. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 15 kwietnia - 15 października (4300h) i róŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla basenu zadaszonego. Czas trwania sezonu 15 kwietnia - 15 października (4300h) 25 28 30 32 35 38 40 temp wody C nasłonecznienie 399 399 399 399 399 399 399 v=0 m/s Qc Q kj/(m 2 *sezon) 410 490 543 596 675 755 808 879228 1151370 1332798 1514226 1786368 2058510 2239938 Tab. 18. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 15 października - 15 kwietnia (4300h) i róŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla basenu zadaszonego. Czas trwania sezonu 15 października - 15 kwietnia (4300h) temp wody C 25 28 30 32 35 38 40 nasłonecznienie kj/(m2 *h) 0 0 0 0 0 0 0 v=0 m/s Qc Q kj/(m 2 *sezon) 1118 1202 1257 1313 1397 1481 1537 2009664 2302740 2498124 2693508 2986584 3279660 3475044

Dla basenów krytych określenie zapotrzebowania na energie cieplną wymaga określenia następujących parametrów: temperatura wody w basenie - 28 42 o C temperatura powietrza w hali basenowej - 28 30 o C wilgotność powietrza - max 70% ilość powietrza zewnętrznego - wentylacja - 10 m 3 /h m 2 zapotrzebowanie świeŝej wody w basenie - 50 kg/ m 2 d powierzchnia szatni - 0,5 m 2 /m 2 powierzchnia hallu wejściowego - 0,1 m 2 /m 2 powierzchnia innych pomieszczeń - 0,1 m 2 /m 2 ilość natrysków - 0,08 szt./m 2 ilość dni pracy w roku - ok. 330 ilość godzin pracy na dobę - ok. 14 h Straty ciepła na odparowanie wody z basenu dla załoŝonej średniej wilgotności 60% wynoszą ok. 250 kj/ h m 2. Stratę ciepła na ogrzewanie oblicza się w oparciu o Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 17 marca 2009 r. w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz części audytu remontowego, wzorów kart audytów, a takŝe algorytmu oceny opłacalności przedsięwzięcia termomodernizacyjnego (Dz.U.09.43.346).

Bilans ciepła krytego basenu przedstawia się następująco: gdzie: całkowite zapotrzebowanie na ciepło; - straty ciepła przez parowanie; wydatek cieplny na ogrzewanie; straty ciepła poprzez wentylację pomieszczeń; zyski lub straty (w zaleŝności od temperatury wody) ciepła od ludzi w basenie; wydatek energetyczny na wymianę wody lub świeŝą wodę geotermalną; wydatek cieplny na natryski; straty ciepła poprzez ściany basenu; straty ciepła poprzez konwekcję.

Ryc.13. Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię cieplną dla basenów zabudowanych (Recknagel i in., 1994).

Dziękuję za uwagę