Geotermia

Wrocław 2010

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Energia geotermalna

jest to wewnętrzne ciepło

Ziemi nagromadzone w

skałach oraz wodach

wypełniających pory i

szczeliny skalne. Ogromna

ilość ciepła nagromadzona

jest w jądrze i w skorupie

ziemskiej. Temperatura ta

dochodzi do

4000-4500°C, a pod skorupą

do 1000°C. Ciepło to

przemieszcza się ku płytszym

warstwom planety, gdzie jest

skumulowane

w skalach lub zbiornikach

wodnych.

Rys.1 Budowa Ziemi.

Energia geotermalna

Energia geotermalna
-ogólna zasada pozyskiwania

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Zasoby wód geotermalnych w Polsce-

głębokość 3000 m

Zasoby energii geotermalnej w Polsce

• Energii zasobów odnawialnych - energii geotermalnej - posiadamy

nieprzebrane bogactwo. Wynoszą 625 tys. petadżuli (PJ) na rok.
Jeden petadżul jest odpowiednikiem energii zawartej w 23 tys. ton
ropy naftowej. To są zasoby odnawialne stałe i znajdują się na 80
proc. powierzchni Polski. Zapotrzebowanie Polski na energię wynosi
4 tys. PJ rocznie. Geotermalnej energii odnawialnej mamy 154 razy
więcej niż jej w chwili obecnej potrzebujemy."

Instalacje geotermalne w Polsce-2010 r.

Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje dziewięć geotermalnych

zakładów ciepłowniczych oraz kilka w budowie:

• Bańska Niżna
• Pyrzyce
• Stargard Szczeciński
• Mszczonów
• Uniejów
• Słomniki
• Lasek
• Klikuszowa
• Czarnków
• Toruń (w budowie)

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Ciepłownie geotermalne – stan obecny i planowany .

Pracujące ciepłownie geotermalne różnią się między sobą stosowanymi rozwiązaniami technicznymi.
Różnice te wynikają przede wszystkim
z odmiennych parametrów wód geotermalnych, wielkości pozyskiwanych mocy
cieplnych oraz wielkości i rodzaju odbiorców ciepła.

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Miasto Pyrzyce położone jest w

południowo-wschodniej części
województwa szczecińskiego, 46 km od
Szczecina i 30 km od Stargardu
Szczecińskiego.

• Miasto zajmuję powierzchnię 40 km², a

zamieszkuje je 14 tys. Mieszkańców.

Energia geotermalna w Pyrzycach

Zrealizowany w latach 1992-1997 system

ciepłowniczy obejmuje:

• ciepłownię geotermalno-gazową o mocy

szczytowej 48MW

• sieć cieplną z rur preizolowanych [15 km]
• sieć sterowniczo-sygnalizacyjna [28 km]
• 66 węzłów cieplnych [w pełni

zautomatyzowanych]

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Schemat geotermalnego systemu
ciepłowniczego w Pyrzycach.

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Ciepłownia geotermalna w Pyrzycach

Eksploatacja geotermalnego systemu ciepłowniczego w Pyrzycach trwa od
1997r.
Zadaniem ciepłowni geotermalnej i miejskiej sieci ciepłowniczej było
zastąpienie użytkowanych 68 lokalnych kotłowni węglowo-koksowych.

W Pyrzycach uzyskiwane w ciepłowni geotermalnej ciepło służy do
zaspakajania następujących potrzeb:



do ogrzewania budynków w wyznaczonej części miasta,



do przygotowania ciepłej wody użytkowej,



do pokrycia strat ciepła w sieci przesyłowej.

System ciepłowniczy Pyrzyc składa się z:



ciepłowni geotermalnej o mocy zainstalowanej 52,8 MW,



preizolowanej sieci cieplnej o łącznej długości 14,6 km,



65 wymiennikowych węzłów cieplnych.

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Tab.1 Podstawowe dane ciepłowni geotermalnych funkcjonujących w Polsce.

Rys.10 Ciepłownia w Uniejowie

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Obieg wody geotermalnej

Głównym elementem ciepłowni geotermalnej jest

instalacja obiegu wody geotermalnej składająca się z

dwóch otworów produkcyjnych (czerpalnych) GT1 i GT,

rurociągów przesyłowych, baterii filtrów wstępnych,

dwóch płytowych wymienników ciepła (woda

geotermalna-woda sieciowa), baterii filtrów końcowych

oraz dwóch otworów zatłaczających (chłonnych) GT2 i

GT4. Głębokość otworów geotermalnych wynosi około

1620 m. Średnia temperatura wody w złożu wynosi około

64˚C. Statyczny poziom zwierciadła wody w otworze

stabilizuje się na głębokości 34 m. poniżej poziomu

terenu. Z tego powodu woda geotermalna wydobywana

jest za pomocą wielostopniowych pomp głębinowych

zainstalowanych na głębokości 110 m.

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Wydobyta woda geotermalna o temp. 61˚C po przejściu

przez filtry kierowana jest na wymiennik I-go stopnia,

gdzie oddaje ciepło powracającej z miasta wodzie

sieciowej. W wymienniku woda sieciowa podgrzewa się w

zależności od warunków od 40˚C do 60˚C. Całkowita moc

cieplna wymiennika przy przepływie obliczeniowym

wynosi 7,2 MW. W celu lepszego wykorzystania energii

cieplnej wody geotermalnej kierowana jest ona do

wymiennika II-go stopnia, gdzie schładza się do temp.

około 26˚C. Schłodzenie to jest możliwe dzięki

wcześniejszemu schłodzeniu części powrotnej wody

sieciowej w parowniku absorpcyjnej pompy cieplnej do

25˚C.

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Po wyjściu z drugiego wymiennika woda

geotermalna przechodzi przez drugą
baterię filtrów i zatłaczana jest z
powrotem do tej samej warstwy
geologicznej z której została wydobyta z
tym, że otwory zatłaczające znajdują się
w odległości około 1,5 km od otworów
produkcyjnych.

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Obieg wody sieciowej

Drugim ważnym obiegiem jest obieg wody sieciowej.

Powrotna woda sieciowa (wracająca z miasta) rozdziela

się na kilka równoległych strumieni. Jeden płynie do

wymiennika I-go stopnia, drugi do parownika pompy

absorpcyjnej połączonej z wymiennikiem II-go stopnia, a

następnie płyną do ekonomizerów gazowych kotłów

wysoko i nisko temperaturowych (aby tam odebrać ciepło

pochodzące ze spalin wydobywających się z kotłów po

spaleniu gazu – w ten sposób przez komin wydobywają

się tylko schłodzone spaliny).Część strumienia wody

sieciowej o temp. 40˚C kierowana jest do absorbera i

skraplacza pomp cieplnych gdzie podgrzewa się do temp.

78˚C.

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Woda wychodząca z pompy cieplnej miesza się z wodą

sieciową podgrzaną w wymienniku geotermalnym I-go

stopnia. W wyniku zmieszania kilku strumieni (z pompy

cieplnej, z wymiennika I-go stopnia i ekonomizerów)

otrzymujemy wodę o temp. ok. 75˚C. W zależności od

panującej temp. zewnętrznej możemy ją skierować do

miasta lub dalej podgrzewać do temp. 95˚C w

wysokotemperaturowym wymienniku płaszczowo-

rurowym i do temp 100˚C w szczytowych kotłach

niskotemperaturowych. Są to przepływowe kotły gazowe

wyposażone w ekonomizery (chłodnice spalin). Dzięki

temu sprawność ich w stosunku do dolnej wartości

opałowej waha się w granicy 100%.

Energia geotermalna w Pyrzycach

Obieg wody wysokotemperaturowej.

• Do tego obiegu zaliczamy przepływowe

wysokotemperaturowe kotły gazowe, pompy cieplne i

wymiennik płaszczowo-rurowy.

•

Podstawowym zadaniem obiegu jest wyprodukowanie

wody o temp. 160˚C stanowiącej energię napędową do

procesu desorpcji w pompach cieplnych. Wodę taką

uzyskujemy z gazowych kotłów wysokotemperaturowych.

• Absorpcyjna pompa cieplna składa się z czterech

podstawowych naczyń (absorbera, desorbera, skraplacza

i parownika). Bromek litu (LiBr) stanowi sorbent,

natomiast woda – czynnik roboczy. Pompa cieplna

charakteryzuje się wysokim współczynnikiem

efektywności w przeliczeniu na ilość zużytego paliwa

pierwotnego.

Energia geotermalna w Pyrzycach

Koszt inwestycji zamknął się kwotą 60, 6 mln zł
Procentowy udział poszczególnych elementów zadania przedstawia się następująco:
A. ciepłownia geotermalno-gazowa

60%

W tym:
- system geotermalny

- 28%

- urządzenia

- 50%

- budynki, budowle, instalacje technologiczne

- 22%

•

B. Sieć przesyłowa

40%

W tym:

- sieć cieplna

- 61%

- sieć sterowniczo-sygnalizacyjna

- 26%

- węzły cieplne

- 13%

Razem

- 100%

•

Źródła finansowania (udział procentowy)
- środki własne (udziały, pożyczki)

- 77%

- dotacje

- 23%

•

Razem

- 100%

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Woda geotermalna w ujęciu jest silnie zmineralizowania (121g/dm3), stąd
wszystkie urządzenia stykające się bezpośrednio z nią, są specjalnej konstrukcji,
a wymienniki ciepła pokryte warstwą zabezpieczającą tytanu i palladu. Woda
wypełniająca rurociągi ciepłownicze oraz obiegu wysokotemperaturowego jest
uzdatniana przy wykorzystaniu wymienników jonitowych oraz instalacji do
odwróconej osmozy.

Filtry wody geotermalnej.

Energia geotermalna w Pyrzycach

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Sieć cieplna

Sieć cieplna o długości ok. 15,0 km jest w
całości ułożona z rur preizolowanych z
wewnętrznym systemem detekcji
przecieków. Sieć cieplna jest siecią
niskotemperaturową. Temperatura wody
zasilającej waha się od 60˚C latem do
95˚C zimą. Zakładana temp. wody
powrotnej to 45˚C latem i 40˚C zimą.

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Udział ciepła geotermalnego wynosi w naszym przypadku około 60%

całkowitej produkcji (40% energii cieplnej wytwarzane jest z gazu).

Udział procentowy składników energii wytworzonej w latach 1999 ÷ 2001

29,99

32,17

24,47

31,19

24,84

32,96

38,82

42,99

42,56

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1999 r.

2000 r.

2001 r.

Wymiennik geotermalny I°

Wymiennik geotermalny II°

Kotły gazowe

Energia geotermalna w Pyrzycach

• Wiele nieporozumień narosło wokół ceny

ciepła. To prawda, ze nie jest ona
najniższa, ale wynika to z kilku przyczyn.

• Aby zobrazować problem cenowy, w

poniższej tabelce pokazane są
najważniejsze pozycje kosztowe
osiągnięte w 2001 r. przez Geotermię
Pyrzyce i porównane z kosztami
poniesionymi przez PEC Poznań.

Energia geotermalna w Pyrzycach-
porównanie kosztów

Rodzaj kosztów Geotermia

PEC Poznań

Amortyzacja

45,8 %

11,2 %

Paliwa i energia

29,5 %

70,1 %

Wynagrodzenia

10,0 %

9,6 %

Energia geotermalna w Pyrzycach

Zależność mocy wyjściowej ciepłowni od temperatury zewnętrznej w 2001 r.

0

2

4

6

8

10

12

14

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Temperatura zewnętrzna [°C]

M

o

c

w

y

jś

c

io

w

a

[

M

W

]

Wymiennik geotermalny I°

Wymiennik geotermalny II°

Kotły gazowe

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Ciepłownia geotermalna na Podhalu

Budowę pierwszego w Polsce, Doświadczalnego Zakładu Geotermalnego
„Bańska-Baiły Dunajec” ukończono w 1992r.

System geotermalny oparty o zbadane wcześniej
parametry wód geotermalnych z otworu Bańska został
zaprojektowany jako zamknięty. Składa się z trzech
obiegów:

1.obieg wody geotermalnej,
2.obieg wody ciepłowniczej,
3.obieg wody w instalacji centralnego ogrzewania u

odbiorcy

Woda geotermalna ma temperaturę rzędu 80-100 °C na wypływie z
odwiertu oraz niską mineralizację rzędu 0,5-3,0 g/dm3, natomiast
wydajność jednego otworu eksploatacyjnego wynosi 260m

3

/h.

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Ciepłownia geotermalna w Mszczonowie

Zakład geotermalny w Mszczonowie jest najnowszym zakładem położonym w obrębie
Grudziądzko-Warszawskim, a więc najbogatszym w wody geotermalne. Zakład eksploatuje odwiert
Mszczonów IG-1, zrekonstruowany w 1997r. Poziom wodonośny znajduje się głębokości 1602,5-
1714m ppt. Temperatura wody geotermalnej wynosi 45

°C przy mineralizacji 1g/dm3.

Charakterystyczne jest to, że wody mają skład chemiczny umożliwiający ich wykorzystanie (po
schłodzeniu) jako wód pitnych. Dzięki temu zakład pracuje w układzie jednootworowym bez
zatłaczania wód. Moc całkowita wynosi ok. 7.4 MW, z czego ok. 2.7 MW uzyskuje się z
absorpcyjnej pompy ciepła wykorzystującej geotermalne wody złożowe.

Rys.6 Otwór geotermalny.

Rys.7 Absorpcyjna pompa ciepła.

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Ciepłownia geotermalna w Stargardzie Szczecińskim

Instalacja geotermalna w Stargardzie Szczecińskim została uruchomiona w 2005r. Otwór wydobywczy
osiągnął głębokość 2672 m i dostarcza wodę o temperaturze 86,9°C oraz mineralizacji zbliżonej do
mineralizacji wody w Pyrzycach.

Rys.8 Uproszczony schemat systemu ciepłowniczego w Stargardzie Szczecińskim.

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Ciepłownie geotermalne w Polsce

Czynniki decydujące o opłacalności ciepłowni geotermalnych

1. Czynniki zależne od warunków hydrogeotermalnych na danym obszarze:



Wydajność eksploatacyjna wód podziemnych;



Temperatura wód geotermalnych;



Głębokość występowania warstwy wodonośnej;

2. Czynniki zależne od sposobu zagospodarowania ciepła geotermalnego:



Stopień wykorzystania pełnej mocy cieplnej ujęcia;



Stopień schłodzenia wody geotermalnej;



Koncentracja zapotrzebowania na ciepła na obszarze jego odbioru;



Odległość otworów wiertniczych od odbiorcy ciepła;