Geotermia jako odnawialne źródło energii
„Geotermia jako odnawialne
ź
ródło energii”
Roman Schefke
Centrum Odnawialnych
Ź
ródeł Energii
Wydział Melioracji i In
Ŝ
ynierii
Ś
rodowiska
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu
C.O.Ź.E.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Energia geotermalna
to naturalna energia wn
ę
trza Ziemi zakumulowana w gruntach, skałach
i płynach wypełniaj
ą
cych pory i szczeliny skalne w skorupie
ziemskiej.
Ciepło wn
ę
trza Ziemi jest cz
ęś
ciowo ciepłem pierwotnym, które
powstało w czasie formowania si
ę
naszej planety, a cz
ęś
ciowo jest
ciepłem pochodz
ą
cym z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych.
Temperatura wewn
ą
trz Ziemi zmienia si
ę
wraz z gł
ę
boko
ś
ci
ą
i na
gł
ę
boko
ś
ci 100 km wynosi ok. 930 ºC, osi
ą
gaj
ą
c w j
ą
drze Ziemi ok.
6 000 ºC.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Zasoby energii geotermalnej dzielimy na:
geotermia hydrotermiczna
i
geotermia petrotermiczna.
Zasoby hydrotermiczne –
to woda, para lub mieszanina
parowo-wodna wyst
ę
puj
ą
ce w szczelinach skalnych,
Ŝ
yłach wodnych lub w warstwach wodono
ś
nych. Zasoby
te s
ą
wykorzystywane obecnie
Zasoby petrotermiczne –
to ciepło zmagazynowane w
warstwach skalnych i maj
ą
znaczenie perspektywiczne
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Z uwagi na sposób wykorzystania wyró
Ŝ
niamy:
Geotermi
ę
wysokiej entalpii (wysokotemperaturow
ą
) –
GWE
(umo
Ŝ
liwia bezpo
ś
rednie wykorzystanie ciepła ziemi,
którego no
ś
nikiem jest woda, para, gaz i ich mieszaniny
wypełniaj
ą
ca puste przestrzenie skalne)
Geotermi
ę
niskiej entalpii (niskotemperaturow
ą
) – GNE
(wykorzystanie ciepła ziemi wymaga zastosowania pomp
ciepła jako urz
ą
dze
ń
wspomagaj
ą
cych, ciepło o
ś
rodka
skalnego (gruntu), stanowi dla pompy ciepła tzw. „dolne
ź
ródło ciepła”)
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
GWE
Naturalne systemy geotermalne –
no
ś
nikiem ciepła
geotermalnego s
ą
zwykle wody zło
Ŝ
owe, które
przewa
Ŝ
nie jako solanki o ró
Ŝ
nym stopniu st
ęŜ
enia
wypełniaj
ą
pory i szczeliny skał.
Wody te s
ą
wydobywane a ciepło jest z nich odbierane,
schłodzona woda jest zwracana z powrotem do zło
Ŝ
a
Sztuczne systemy geotermalne -
s
ą
to instalacje gdzie
ciepło jest pobierane z suchych ale gor
ą
cych skał
poprzez wod
ę
, któr
ą
wtłacza si
ę
do niej otworami.
Suche gor
ą
ce skały musz
ą
by
ć
szczelinowate lub porowate
i powinny by
ć
przepuszczalne.
Gdy ich charakterystyka ta jest nieodpowiednia poprawia
si
ę
j
ą
przez ró
Ŝ
ne zabiegi (np. szczelinowanie, wybuchy)
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Wykorzystanie GWE:
-
do produkcji energii elektrycznej,
-
do ogrzewania,
-
w przemy
ś
le,
-
w ogrodnictwie,
-
w rolnictwie,
-
w hodowli ryb,
-
w balneologii
-
w rekreacji.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Instalacje wykorzystuj
ą
ce GWE w Polsce
Uzdrowiska wykorzystuj
ą
ce energi
ę
z ciepłych
ź
ródeł:
Cieplice, Duszniki Zdrój, L
ą
dek Zdrój, Ustro
ń
, Konstancin, Ciechocinek,
Iwonicz Zdrój.
Ciepłownie geotermalne:
-
Geotermia Podhala
ń
ska S.A. (aktualna moc 67,4 MW, moc cieplna
instalacji geotermalnej 38 MW) -
www.geotermia.pl
-
Geotermia Pyrzycka Sp. z o.o. (aktualna moc 54,8 MW, moc cieplna
instalacji geotermalnej 13,5 MW) –
www.inet.pl/geotermia
-
Geotermia Mazowiecka S.A. (aktualna moc 7,3 MW, moc cieplna
instalacji geotermalnej ok. 2 MW) –
www.geotermia.com.pl
-
Geotermia Uniejów Sp. z o.o. (aktualna moc 5,7 MW, moc cieplna
instalacji geotermalnej 2,4 MW) –
www.geotermia-uniejow.pl
oraz w Słomnikach i Stargardzie Szczeci
ń
skim
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
ZASOBY ENERGII GEOTERMALNEJ
w Województwie Wielkopolskim
Wg. oceny dokonanej przez zespół pod kierownictwem
prof. Sokołowskiego (2005r) prawie ka
Ŝ
da gmina,
znajduj
ą
ca si
ę
w obr
ę
bie woj. Wielkopolskiego
posiada dobre warunki do zagospodarowania
energii geotermalnej
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Wg. opracowania udost
ę
pnionego przez WBPP
obszar woj. przynale
Ŝ
ny do okr
ę
gu
szczeci
ń
sko-łódzkiego o powierzchni
17 420 km² posiada zasoby równe 731
640 mln. m³ wody, czyli 4 285 mln. tpu
obszar woj. przynale
Ŝ
ny do okr
ę
gu
przedsudecko-północno
ś
wi
ę
tokrzyskiego
o powierzchni 8 730 km² posiada zasoby
równe 34 920 mln. m³ wody, czyli 227
mln. tpu
obszar woj. przynale
Ŝ
ny do okr
ę
gu
pomorskiego o powierzchni 3 675 km²
posiada zasoby równe 5 880 mln. m³
wody, czyli 48 mln. tpu
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
obszary perspektywicznego
wykorzystania wód termalnych
woj. wielkopolskiego
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
§ 47, Ust. 4 Prawa geologicznego stanowi:
informacja geologiczna, do której prawa przysługuj
ą
Skarbowi Pa
ń
stwa, z wył
ą
czeniem próbek
geologicznych, podlega nieodpłatnemu wykorzystaniu
w celu:
-
wykonania zada
ń
własnych jednostek samorz
ą
du
terytorialnego,
Ust. 4a mówi:
- informacja geologiczna, o której mowa w ust. 4., jest
udost
ę
pniana zainteresowanym podmiotom na ich
wniosek zaakceptowany przez Skarb Pa
ń
stwa
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Geotermia niskiej entalpii (niskotemperaturowa) – GNE
W warunkach polskich, okre
ś
lonych przez Prawo geologiczne i
górnicze,
ź
ródłem ciepła geotermalnego niskiej entalpii s
ą
wierzchnie warstwy gruntu i znajduj
ą
ce si
ę
w nich wody gruntowe o
temperaturze do + 20 ºC, mierzonej przy wypływie z otworu
wiertniczego, ta temperatura została przyj
ę
ta jako granica pomi
ę
dzy
wodami termalnymi i niskotemperaturowymi.
W literaturze
ś
wiatowej i w praktyce innych krajów jako warto
ść
graniczn
ą
niskotemperaturowych
ź
ródeł geotermalnych przyjmuje
si
ę
powszechnie temperatur
ę
+ 30 ºC i t
ę
gał
ąź
energetyki okre
ś
la
si
ę
mianem
geotermii bardzo niskiej entalpii (GBNE).
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Inne dolne
ź
ródła ciepła:
-
powietrze
-
ciepło odpadowe
(powstaj
ą
ce w wielu
technologicznych procesach produkcyjnych)
O wi
ę
kszej atrakcyjno
ś
ci gruntu i wód
podziemnych przes
ą
dza ich stabilno
ść
temperaturowa i zwi
ą
zana z tym wy
Ŝ
sza
efektywno
ść
energetyczna
.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Pompa ciepła (PC)
– jest urz
ą
dzeniem, które czerpie rozproszon
ą
energi
ę
ciepln
ą
z
otoczenia i za pomoc
ą
energii „nap
ę
dowej” dostarczanej ze
spr
ęŜ
arki podnosi j
ą
na wy
Ŝ
szy poziom termodynamiczny.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Schemat działania pompy ciepła
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Obieg termodynamiczny pomp ciepła odbywa si
ę
w odwrotnym cyklu
Carnota
Współczynnik efektywno
ś
ci - COP:
COP = T / T - Tu = T /
∆
T
T - temperatura górnego
ź
ródła ciepła, K,
Tu - temperatura dolnego
ź
ródła ciepła, K,
T = 50 ºC = 323 K
Tu = 4 ºC = 277 K
COP = 323 / 323 – 277 = 7,02
Tu = 10 ºC = 283 K
COP = 323 / 323 – 283 = 8,08
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Współczynnik
efektywno
ś
ci (COP)
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Dolne
ź
ródła ciepła
Grunt – kolektory gruntowe
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Dolne
ź
ródła ciepła
Grunt – kolektory gruntowe
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Budynek Techniczno-Gospodarczy
Wydziału Melioracji i In
Ŝ
ynierii
Ś
rodowiska UP w Poznaniu
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Pompa ciepła solanka/woda – kolektor gruntowy sondy pionowe
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Kolektor gruntowy poziomy - płaski
Rodzaj gruntu Moc z kolektora [kW/mb]
Minimalny odst
ę
p rur
Suchy, niespójny, piaszczysty 0.010 do 0,012
1,0 m
Wilgotny, piaszczysty
0.012 do 0,015
1,0 m
Gliniasty suchy
0.015 do 0,020
0,8 m
Gliniasty mokry
0.020 do 0,025
0,6 m
Przewodz
ą
cy wod
ę
gruntow
ą
0.025 do 0,035
0,5 m
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Kolektor gruntowy poziomy – spiralny
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Wody powierzchniowe – staw
Staw lub jezioro mog
Staw lub jezioro mog
ą
ą
by
by
ć
ć
doskona
doskona
ł
ł
ym
ym
ź
ź
r
r
ó
ó
d
d
ł
ł
em ciep
em ciep
ł
ł
a. To
a. To
rozwi
rozwi
ą
ą
zanie jest najta
zanie jest najta
ń
ń
sze od strony inwestycji i
sze od strony inwestycji i
jednocze
jednocze
ś
ś
nie bardzo wydajne.
nie bardzo wydajne.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Przebieg zmian temperatur w gruncie w ci
ą
gu roku
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Woda gruntowa
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Pompa ciepła woda/woda –budynek biurowy PRBiM
„HYDROWAT” w Rzgowie
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Przykład pompy ciepła woda/woda
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Ź
ródło ciepła – powietrze
(ustawienie zewn
ę
trzne pompy ciepła)
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Ź
ródło ciepła – powietrze
(ustawienie wewn
ę
trzne pompy ciepła)
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Budynek mieszkalny 300 m², moc grzewcza 18 kW,
instalacja wewn
ę
trzna ogrzewanie podłogowe + basen
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Ciepło odpadowe – Kanał Elektrowni KONIN
Przetwórnia ryb „Jesiotr” Sp. z o.o.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Pompa ciepła solanka/woda – budynek przetwórni ryb –
„JESIOTR” Sp. z o.o. Konin-Gosławice
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Kanał Elektrowni Konin odprowadza wody z obiegu chłodz
ą
cego
elektrowni do Kanału Warta-Gopło
Kanał prowadzi od 20 – 45 m³/s wody
o temperaturze od +12 do +35 ºC
Zało
Ŝ
enia:
domek jednorodzinny o pow. 100 m²
o zapotrzebowaniu mocy ca. 7 kW
Dobrano pomp
ę
ciepła WPF 7 o mocy grzewczej ok. 7 kW
potrzebuje 1,4 m³/h wody geuntowej
51 428 domków
205 714 mieszka
ń
ców
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Gromadzenie ciepła w gruncie – schemat instalacji otwartej
a) Ogrzewanie w okresie zimowym b) chłodzenie w okresie
letnim
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Mo
Ŝ
liwo
ś
ci zastosowania pomp ciepła w Wielkopolsce
Kanał Elektrowni Konin odprowadza wody z obiegu chłodz
ą
cego elektrowni
do Kanału Warta-Gopło
Kanał prowadzi od 20 – 45 m³/s wody o temperaturze od +12 do +35 ºC
Zało
Ŝ
enia:
domek jednorodzinny o
pow. 100 m²
o zapotrzebowaniu mocy
ca. 7 kW
Dobrana pompa to WPF 7 o mocy grzewczej
ok. 7 kW
potrzebuje
1,4 m³/h
51 428 domków
205 714 mieszka
ń
ców
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Geotermia jako odnawialne źródło energii
Dzi
ę
kuj
ę
za uwag
ę
coze@up.poznan.pl
lub
rschefke@up.poznan.pl
tel. 0-61 846 65 53
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego