Geotermia
Wrocław 2010
Ciepłownie geotermalne w Polsce
Energia geotermalna
Energia geotermalna
jest to wewnętrzne ciepło
Ziemi nagromadzone w
skałach oraz wodach
wypełniających pory i
szczeliny skalne. Ogromna
ilość ciepła nagromadzona
jest w jÄ…drze i w skorupie
ziemskiej. Temperatura ta
dochodzi do
4000-4500°C, a pod skorupÄ…
do 1000°C. CiepÅ‚o to
przemieszcza się ku płytszym
warstwom planety, gdzie jest
Rys.1 Budowa Ziemi.
skumulowane
w skalach lub zbiornikach
wodnych.
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 energiÄ™ 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
" SÅ‚omniki
" 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 zajmujÄ™ powierzchniÄ™ 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:
żð do ogrzewania budynków w wyznaczonej części miasta,
żð do przygotowania ciepÅ‚ej wody użytkowej,
żð do pokrycia strat ciepÅ‚a w sieci przesyÅ‚owej.
System ciepłowniczy Pyrzyc składa się z:
żð ciepÅ‚owni geotermalnej o mocy zainstalowanej 52,8 MW,
żð preizolowanej sieci cieplnej o Å‚Ä…cznej dÅ‚ugoÅ›ci 14,6 km,
żð 65 wymiennikowych wÄ™złów 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
64ÚC. Statyczny poziom zwierciadÅ‚a 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. 61ÚC po przejÅ›ciu
przez filtry kierowana jest na wymiennik I-go stopnia,
gdzie oddaje ciepło powracającej z miasta wodzie
sieciowej. W wymienniku woda sieciowa podgrzewa siÄ™ w
zależnoÅ›ci od warunków od 40ÚC do 60ÚC. CaÅ‚kowita 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.
okoÅ‚o 26ÚC. SchÅ‚odzenie to jest możliwe dziÄ™ki
wcześniejszemu schłodzeniu części powrotnej wody
sieciowej w parowniku absorpcyjnej pompy cieplnej do
25ÚC.
Energia geotermalna w Pyrzycach
" Po wyjściu z drugiego wymiennika woda
geotermalna przechodzi przez drugÄ…
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 (wracajÄ…ca 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. 40ÚC kierowana jest do absorbera i
skraplacza pomp cieplnych gdzie podgrzewa siÄ™ do temp.
78ÚC.
Energia geotermalna w Pyrzycach
" Woda wychodzÄ…ca z pompy cieplnej miesza siÄ™ z wodÄ…
sieciowÄ… podgrzanÄ… w wymienniku geotermalnym I-go
stopnia. W wyniku zmieszania kilku strumieni (z pompy
cieplnej, z wymiennika I-go stopnia i ekonomizerów)
otrzymujemy wodÄ™ o temp. ok. 75ÚC. W zależnoÅ›ci od
panującej temp. zewnętrznej możemy ją skierować do
miasta lub dalej podgrzewać do temp. 95ÚC w
wysokotemperaturowym wymienniku płaszczowo-
rurowym i do temp 100ÚC w szczytowych kotÅ‚ach
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. 160ÚC stanowiÄ…cej energiÄ™ napÄ™dowÄ… do
procesu desorpcji w pompach cieplnych. WodÄ™ takÄ…
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%
- urzÄ…dzenia - 50%
- budynki, budowle, instalacje technologiczne - 22%
" B. Sieć przesyłowa 40%
W tym:
- sieć cieplna - 61%
- sieć sterowniczo-sygnalizacyjna - 26%
- węzły cieplne - 13%
Razem - 100%
" y
ródła finansowania (udział procentowy)
- środki własne (udziały, pożyczki) - 77%
- dotacje - 23%
" Razem - 100%
Ciepłownie geotermalne w Polsce
Energia geotermalna w Pyrzycach
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
" 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
niskotemperaturowÄ…. Temperatura wody
zasilajÄ…cej waha siÄ™ od 60ÚC latem do
95ÚC zimÄ…. ZakÅ‚adana temp. wody
powrotnej to 45ÚC latem i 40ÚC zimÄ….
Energia geotermalna w Pyrzycach
" Udział ciepła geotermalnego wynosi w naszym przypadku około 60%
całkowitej produkcji (40% energii cieplnej wytwarzane jest z gazu).
UdziaÅ‚ procentowy skÅ‚adników energii wytworzonej w latach 1999 ÷ 2001
100%
38,82
80%
42,99 42,56
60%
31,19
24,84
32,96
40%
20%
32,17
29,99
24,47
0%
1999 r. 2000 r. 2001 r.
Wymiennik geotermalny I° Wymiennik geotermalny II° KotÅ‚y 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.
14
12
10
8
6
4
2
0
-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 zewnÄ™trzna [°C]
Wymiennik geotermalny I° Wymiennik geotermalny II° KotÅ‚y gazowe
Moc wyjściowa [MW]
Ciepłownie geotermalne w Polsce
Ciepłownia geotermalna na Podhalu
Budowę pierwszego w Polsce, Doświadczalnego Zakładu Geotermalnego
 Bańska-Baiły Dunajec ukończono w 1992r.
Woda geotermalna ma temperaturÄ™ rzÄ™du 80-100 °C na wypÅ‚ywie z
odwiertu oraz niską mineralizację rzędu 0,5-3,0 g/dm3, natomiast
wydajność jednego otworu eksploatacyjnego wynosi 260m3/h.
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
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.7 Absorpcyjna pompa ciepła.
Rys.6 Otwór geotermalny.
Ciepłownie geotermalne w Polsce
Ciepłownia geotermalna w Stargardzie Szczecińskim
Instalacja geotermalna w Stargardzie Szczecińskim została uruchomiona w 2005r. Otwór wydobywczy
osiÄ…gnÄ…Å‚ gÅ‚Ä™bokość 2672 m i dostarcza wodÄ™ 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:
żð Wydajność eksploatacyjna wód podziemnych;
żð Temperatura wód geotermalnych;
żð GÅ‚Ä™bokość wystÄ™powania warstwy wodonoÅ›nej;
2. Czynniki zależne od sposobu zagospodarowania ciepła geotermalnego:
żð StopieÅ„ wykorzystania peÅ‚nej mocy cieplnej ujÄ™cia;
żð StopieÅ„ schÅ‚odzenia wody geotermalnej;
żð Koncentracja zapotrzebowania na ciepÅ‚a na obszarze jego odbioru;
żð OdlegÅ‚ość otworów wiertniczych od odbiorcy ciepÅ‚a;