Bezpieczeństwo energetyczne regionu potrzeby, wyzwania, problemy Czy ogrzeje nas ciepło z ziemi? dr inż. Michał POMORSKI Wrocław, dn. 18.02.2013 r.
Plan wystąpienia 1. Wprowadzenie 2. Geotermia głęboka potencjał i możliwości techniczne stan obecny bariery rozwoju 3. Geotermia płytka możliwości techniczne stan obecny warunki opłacalności bariery rozwoju 4. Podsumowanie i wnioski
Wprowadzenie Podział geotermii: 1. Geotermia głęboka energia pochodzenia geotermicznego zawarta w: gorących skałach, pokładach solnych, parze wodnej, gorącej wodzie 2. Geotermia płytka energia pochodzenia geotermicznego oraz solarnego zakumulowana w: wodzie gruntowej, gruntach i skałach. Atrakcyjność źródeł geotermalnych: dostępność w każdym miejscu, brak wahań związanych z warunkami meteorologicznymi, nie ulegają wyczerpaniu, brak lub niska emisja szkodliwych substancji do atmosfery.
Geotermia głęboka Możliwości wykorzystania geotermii głębokiej: Hydrogeotermia: występowanie gorących płynów lub pary występowanie przepuszczalnych i porowatych skał wysoka wydajność źródła HDR (hot dry rock): występowanie gorących skał możliwości techniczne (np. szczelinowanie) Typy systemów geotermicznych [2]
Geotermia głęboka 1. Wytwarzanie prądu elektrycznego: wody termalne o temperaturze powyżej 100 o C, stosowanie układów konwersji energii z czynnikiem niskowrzącym ORC, 2. Ciepłownictwo: konieczność lokalizacji odwiertów w pobliżu sieci ciepłowniczej (aby wyeliminować koszt budowy sieci), zapewnienie całorocznego zapotrzebowania na ciepło, budowa instalacji geotermalnej na stałe całoroczne zapotrzebowanie, czyli letnią dolinę kiedy tylko ciepło jest potrzebne do podgrzewania wody użytkowej, 3. Rekreacja, 4. Balneologia, 5. Rolnictwo.
Geotermia głęboka Źródła ciepła w geotermii głębokiej: 1. Ciepło przenoszone z głębi Ziemi: Kondukcja (przewodzenie ciepła przez skały), Konwekcja (unoszenie przez wody podziemne), 2. Ciepło wydzielające się z rozpadu naturalnych izotopów promieniotwórczych znajdujących się w skałach.
Geotermia głęboka Czynnikiem decydującym o występowaniu wód termalnych jest strumień ciepła przenoszony z głębi Ziemi. średnia dla Ziemi 63 mw/m 2 Europa - 55-65 mw/m 2, Polska - 21-91 mw/m 2, Dolny Śląsk - 50-60 mw/m 2. Strumień ciepła powoduje postawanie gradientu temperatury: średnia dla Ziemi 25 K/km Mapa strumienia ciepła dla obszaru Polski [2]
Geotermia głęboka Mapa zasobów geotermalnych Polski na głębokości 3000 m [2]
Geotermia głęboka - zasoby Teoretyczny potencjał geotermii: 32-110 mld tpu Zasoby wydobywalne: 1-7 mld tpu Zasoby energii geotermalnej w Polsce [5] Z badań prof. J. Sokołowskiego można wywnioskować, że na Dolnym Śląsku nie ma zasobów energii geotermalnej jako źródła ciepłej wody pochodzącej z warstw skał porowatych. Monolityczna struktura warstw teoretycznie wyklucza taką możliwość. Występujące nielicznie pęknięcia i uskoki umożliwiają jednak pozyskiwanie wód geotermalnych.
Geotermia głęboka stan obecny Mapa istniejących i planowanych zakładów geotermalnych w Polsce [6]
Geotermia głęboka stan obecny Występowanie wód termalnych na Dolnym Śląsku Lokalizacja Głębokość Temperatura Wydajność m o C m 3 /h Kopalnia Turów 25-26 54 Cieplice Śląskie-Zdrój (odwiert C1) 661 41 1,1 Cieplice Śląskie-Zdrój (odwiert C1) 2002,5 86,7 45 Cieplice Śląskie-Zdrój (odwiert C2) 750 63,3 27 Jeleniów 133 20,2 7,5 Duszniki-Zdrój 1695 34,7 30 Krosnowice 525 22 3,6 Lądek-Zdrój 0-700 20,3 (źródła)-44 (odwiert) 39,6 Opracowanie własne na podstawie [3]
Geotermia głęboka przyszłość Koncesje Ministra Środowiska na poszukiwanie, rozpoznawanie i wydobywanie wód termalnych [8]
Geotermia głęboka - bariery słabe rozpoznanie zasobów wód termalnych badania bardzo kosztowne, stosunkowo niska temperatura wód zazwyczaj 30-60 o C (nie przekracza 100 o C) przeciętnie na głębokościach 1,5-3,5 km stosunkowo niska wydajność pojedynczych ujęć do kilkudziesięciu m 3 /h wysokie koszty inwestycyjne, głównie wynikające z wierceń koszt jednego odwiertu na głębokość ok. 1,5 km wynosi ok. 10 mln. zł.
Geotermia płytka Schemat instalacji GPC i najpopularniejszych rozwiązań dolnych źródeł ciepła [4]
Geotermia płytka w Europie Liczba instalacji z wykorzystaniem gruntowych pomp ciepła i ich moc w krajach UE [7]
Liczba instalacji Geotermia płytka w Europie 20000 18000 16000 14000 12000 Liczba instalacji Moc zainstalowana, MWt 300 250 200 10000 8000 6000 4000 2000 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 150 100 50 0 Liczba instalacji z wykorzystaniem gruntowych pomp ciepła i ich moc [7]
Moc zainstalowana, kw Geotermia płytka na Dolnym Śląsku Moc zainstalowanych gruntowych pomp ciepła na Dolnym Śląsku (jednostkowa moc powyżej 20 kw) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Geotermia płytka na Dolnym Śląsku Struktura dolnych źródeł ciepła 29% 7% 5% grunt - inne grunt - wymiennik poziomy grunt - wymiennik pionowy 59% woda gruntowa
Geotermia płytka - opłacalność Warunki opłacalności instalacji GPC: Efektywność energetyczna COP rośnie wraz ze zmniejszaniem różnicy temperatury pomiędzy źródłem ciepła dolnym i górnym PER współczynnik zużycia energii pierwotnej wyznaczany jako iloczyn COP i sprawności wytworzenia i przesyłu prądu elektrycznego Nakłady inwestycyjne zależne od typu instalacji i jej mocy Koszty eksploatacyjne koszty zakupu energii napędowej oraz utrzymania instalacji (serwis, naprawy)
Geotermia płytka - opłacalność Jednostkowe koszty inwestycyjne 1700-7800 zł/kw Budynki edukacyjne 2500-3600 zł/kw Budynki zamieszkania zbiorowego 1700-2500 zł/kw Budynek jednorodzinny: System otwarty dwuotworowy 4000-5400 zł/kw System zamknięty z sondami pionowymi 5700-7800 zł/kw System zamknięty z wymiennikiem poziomym 5000-5600 zł/kw
Geotermia płytka - opłacalność Skumulowane koszty ogrzewania budynku jednorodzinnego dla różnych systemów grzewczych [4]
Geotermia płytka - bariery Bariery utrudniające rozwój geotermii niskotemperaturowej: psychologiczne - brak wiedzy na temat instalacji GPC oraz pewności niezawodnego ich działania, niekompetentni sprzedawcy urządzeń i usług instalacyjnych w wyniku burzliwego rozwoju branży, informacyjne brak informacji na temat zasady działania i typów pomp ciepła, efektów grzewczych i finansowych możliwych do uzyskania, wymogów formalnych związanych z realizacją inwestycji, finansowania inwestycji, ekonomiczne - wysokie koszty inwestycyjne GPC, niskie ceny paliw konwencjonalnych (głównie węgla), słaba ochrona cieplna budynków, brak zachęt finansowych.
Podsumowanie Czynniki, które mogą pomóc w rozwoju geotermii w Polsce: utworzenie funduszu ryzyka geologicznego, wprowadzenie systemu wsparcia dla produkcji ciepła z geotermii (dopłaty, certyfikaty, itp.), finansowe wsparcie dla wybranych (najlepszych) projektów inwestycyjnych, utrzymanie zwolnienia z opłat za eksploatację wód termalnych, uproszczenie procedur administracyjnych (zarówno dla geotermii głębokiej jak i płytkiej), wprowadzenie zachęt materialnych dla gospodarstw domowych użytkujących ciepło z GPC (np. ulgi podatkowe), dofinansowania do budowy budynków z wykorzystaniem OZE (m.in. pompami ciepła), kształtowanie świadomości społecznej do bycia ekologicznym,
Literatura [1] Choo Yong Fern, Energy output calculation of closed loop geothermal system at high temperature formation, Master Thesis, Wrocław 2013 [2] Sobótka K., Odnawialne źródła energii możliwe do wykorzystania w lokalnej gospodarce energią, Mazowiecka Agencja Energetyczna [3] Ciężkowski W., Michniewicz M., Przylibski T.A., Wody termalne na Dolnym Śląsku [4] Kapuściński J., Rodzoch A., Geotermia niskotemperaturowa w Polsce i na Świecie. Stan aktualny i perspektywy rozwoju. Uwarunkowania techniczne, środowiskowe i ekonomiczne, Warszawa 2010 [5] Zaprzelski Z., Ocena zasobów energii geotermalnej i możliwości jej wykorzystania w województwie Warmińsko-Mazurskim, Olsztyn 2006 [6] Nowak W., Stachel A.A., Ciepłownie geotermalne w Polsce stan obecny i planowany, Czysta energia, lipiec/sierpień 2004 [7] Geothermal energy barometer, http://www.eurobserv-er.org/ [8] Geotermia w Polsce działania Ministerstwa Środowiska w celu promowania geotermii, Ministerstwo Środowiska, Departament Geologii i Koncesji Geologicznych
Bezpieczeństwo energetyczne regionu potrzeby, wyzwania, problemy Czy ogrzeje nas ciepło z ziemi? dr inż. Michał POMORSKI Wrocław, dn. 18.02.2013 r.