2011-06-17
1
ENERGIA GEOTERMALNA
- wybrane zagadnienia
WYDZIAŁ ENERGETYKI I PALIW AGH
Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego
Autor:
Tomasz MIROWSKI
Wykład dla III roku – ENERGIA ODNAWIALNA
Wstęp (1)
Rewolucja przemysłowa i agrarna przyniosły
nowoczesną cywilizację przemysłową i
narastające problemy z ochroną środowiska
naturalnego.
Rozwój hutnictwa spowodował powstanie
górnictwa węglowego. Wynalezieniu silnika
spalinowego towarzyszył rozwój górnictwa nafty i
gazu.
2011-06-17
2
Zaczyna się wiek energii.
W tym szerokim spektrum
różnych form energii
człowiek wykorzystywał
energię geotermalną na
długo przed paliwami
kopalnymi.
O gorących źródłach mówią
legendy, przekazy i
mitologie różnych plemion
i narodów.
Odkrycia archeologiczne potwierdzają, że od tysięcy lat znane było
wykorzystywanie gorących źródeł wody na powierzchni Ziemi
w różnych częściach świata.
Wstęp (2)
Energia geotermiczna
Energia geotermiczna jest energią wnętrza Ziemi, która
zgromadzona jest w skałach i wodach podziemnych. Ciepło we
wnętrzu Ziemi jest ciepłem pierwotnym, związanym z formowaniem
się planety. Dodatkowymi źródłami ciepła są procesy naturalnego
rozpadu takich pierwiastków promieniotwórczych jak: uran, tor
i potas, jak również promieniowanie słoneczne.
2011-06-17
3
Energia geotermiczna
Rozróżnia się dwa rodzaje zasobów energii geotermicznej:
– hydrotermiczne; odnoszą się do wysokotemperaturowych warstw
ogrzanej dwuskładnikowej mieszaniny wody i pary wodnej o
temperaturze od 200 do 300
C lub gorącej wody o temperaturze
50 – 70
C,
– petrotermiczne; odnoszą się do energii cieplnej zgromadzonej
w suchych i porowatych masywach skalnych.
Na obecnym etapie techniki, podstawowym sposobem pozyskiwania
energii geotermicznej jest odbiór ciepła z wód getormalnych lub ze
skał za pośrednictwem krążącego medium (wody).
Klasyfikacja wód geotermalnych
Wyróżnia się cztery klasy wód geotermalnych (Rowley J.C. 1982; Kapuściński J.
i inni 1997):
• klasa I, temperatura wody < 100
C,
• klasa II, temperatura wody 100 – 150
C,
• klasa III, temperatura wody 150 – 250
C,
• klasa IV, temperatura wody > 250
C,
Wody charakteryzujące się niską entalpią można podzielić na następujące grupy
( Sokołowski J. 1996):
• zimne do 20
C,
• ciepłe od 20
C do 35
C,
• gorące od 35
C do 80
C,
• bardzo gorące od 80
C do 100
C,
• przegrzane od 100
C do 130
C.
2011-06-17
4
Światowe zasoby
~ 35 TW
h
Zasoby w Polsce
2011-06-17
5
Zasoby w Polsce
Rodzaj energii
Wartość
[PJ]
Wodna (małe elektrownie wodne)
3,2 – 4,0
Wiatrowa
25,2 – 36,0
Słoneczna
45,0 – 65,0
Geotermalna
3 013,2 – 5 022,0
Paliwa organiczne, w tym:
187,0 – 228,0
Drewno
120,0 – 140,0
Biogaz
15,0 – 20,0
Pozostałe
52,0 – 68,0
Razem zasoby
3 460,6 – 5 583,0
Źródło: Ney R. 1999
Potencjalne zasoby energii geotermalnej w Polsce w zasobach energii odnawialnej, PJ
Wykorzystanie
Produkcja energii elektrycznej – 7974 MWe
USA – 2228 MWe
Filipiny – 1909 MWe
Włochy – 785 MWe
Polska – produkcja energii cieplnej
Podhale – docelowo 90 MWt
(125 MWt)
Pyrzyce – 21MWt
Mszczonów – 1.75 MWt (7 MWt)
Uniejów, Słomniki, Sucha Beskidzka
Oprócz zakładów zaopatrujących
ludność w ciepło, istnieją również
uzdrowiska wykorzystujące energię z
ciepłych źródeł:
•Cieplice,
•Duszniki Zdrój,
•Lądek Zdrój,
•Ustroń,
•Konstancie,
•Ciechocinek .
2011-06-17
6
Wykorzystanie
Country
1990 MWe
1995 MWe
2000 MWe
2005 MWe
Argentina
0.67
0.67
0
0
Australia
0
0.17
0.17
0.2
Austria
0
0
0
1
China
19.2
28.78
29.17
28
Costa Rica
0
55
142.5
163
El Salvador
95
105
161
151
Ethiopia
0
0
8.52
7
France (Guadeloupe)
4.2
4.2
4.2
15
Germany
0
0
0
0.2
Guatemala
0
33.4
33.4
33
Iceland
44.6
50
170
322
Indonesia
144.75
309.75
589.5
797
Italy
545
631.7
785
790
Japan
214.6
413.71
546.9
535
Kenya
45
45
45
127
Mexico
700
753
755
953
New Zealand
283.2
286
437
435
Nicaragua
35
70
70
77
Papua New Guinea
0
0
0
39
Wykorzystanie (2)
Country
1990 MWe 1995 MWe
2000 MWe
2005 MWe
Philippines
891
1227
1909
1931
Portugal (The Azores)
3
5
16
16
Russia (Kamchatka)
11
11
23
79
Thailand
0.3
0.3
0.3
0.3
Turkey
20.6
20.4
20.4
20.4
USA
2774.6
2816.7
2228
2544
Total
5831.72
6833.38
7974.06
9064.
2011-06-17
7
Wykorzystanie
Rok
Moc zainstalow.
[MW
e
]
Energia
[GW·h/a]
kraje
Producenci
1940
130
1
Włochy
1950
293
1
Włochy
1960
386
~ 2 600
4
+N. Zelandia, Meksyk i USA
1970
678
~~5 000
6
+Japonia i ZSSR
1975
1 310
8
+Islandia i Salwador
1980
2 110
14
+Chiny, Indonezja, Kenia, Turcja, Filipiny
i Portugalia
1985
4 764
17
+Grecja, Francja i Nikaragua
1990
5 832
19
+Tajlandia, Argentyna i Australia
1995
6 797
20
+Kostaryka
2000
7 974
49 261
21
+ Gwatemala i Etiopia – Argentyna
Światowy rozwój produkcji geotermalnej energii elektrycznej
2011-06-17
8
Światowy rozwój produkcji geotermalnej energii elektrycznej
Ochrona środowiska
Wody geotermalne zawierają różne ilości gazów: azot, ditlenek
węgla, niewielkie ilości siarkowodoru, amoniaku, rtęci, radonu i
boru.
Większość składników chemicznych koncentruje się w wodach
zrzutowych, zatłaczanych zazwyczaj do złoża.
Koncentracje gazów są nieszkodliwe, a usuwanie np. siarkowodoru
następuje przez wypuszczenie do atmosfery (jest to powszechnie
stosowany proceder)
2011-06-17
9
emisje
Zakres emisji CO
2
ze złóż par geotermalnych wykorzystywanych do
produkcji EE w świecie:
13-380 g/kWh,
gdy w elektrociepłowniach gazowych 453 g/kWh,
na olej opałowy 906 g/kWh,
na węgiel 1042 g/kWh.
2011-06-17
10
KOSZTY ELEKTROWNI GEOTERMALNYCH
2011-06-17
11
Wnioski
Energia geotermalna może stanowić źródło energii do celów:
-
ogrzewania, przygotowania ciepłej wody użytkowej, technologicznych
i leczniczych.
Stosowanie kaskadowego odbioru ciepła zwiększa efektywność całego
systemu ciepłowniczego.
Wykorzystanie energii geotermalnej wymaga każdorazowo dogłębnej analizy
techniczno-
ekonomicznej uwzględniającej lokalne uwarunkowania oraz
aktualne i przyszłe zapotrzebowaniena energię cieplną.
Warunki geologiczne Polski umożliwiają wykorzystanie na szeroką skalę energii
geotermalnej o niskiej entalpii wspomaganej pompami ciepła.
Na obszarach występowania zbiorników geotermalnych o dobrych parametrach
termicznych możliwym jest wykorzystanie bezpośrednie wód geotermalnych