Energia geotermalna

Slajd 1

Tytuł

Slajd 2

Geoenergia stanowi ten zasób energii pierwotnej, który pochodzi z okresu formowania się naszej planety, przy czym następnie został wzbogacony energią pochodzącą z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych - uranu, toru i potasu [a ściślej ich izotopów: potasu (⁴⁰K), uranu (²³⁸U) i toru (²³²Th)], który zachodzi w płaszczu Ziemi. Ten rodzaj energii jest w zasadzie niewyczerpalny, ponieważ uzupełnia go stale strumień ciepła przenoszonego z gorącego wnętrza Ziemi (o temperaturze ok. 5400°C).

Rys. Przekrój Ziemi z zaznaczonymi powłokami.

Energia geotermiczna Ziemi jest to zatem energia zakumulowana w magmie, skałach oraz płynach (woda, para wodna, ropa naftowa, gaz ziemny itp.) wypełniających pory i szczeliny skalne. Z kolei energia geotermalna stanowi część energii geotermicznej zawartej w wodach, parze wodnej oraz otaczających skałach. W szczególności w warunkach geologicznych Polski jest ona zakumulowana głównie w podziemnych zbiornikach geotermalnych. Zbiorniki geotermalne stanowią zatem zespoły skał porowatych i przepuszczalnych wypełnione wodami (lub parą wodną), zamknięte od dołu i z boków skałami nieprzepuszczalnymi i uszczelniającymi, przyjmujące różny kształt geometryczny.

Ciepło geotermalne przepływa na zewnątrz planety nieprzerwanym strumieniem. Ciepło przekazywane jest do warstwy skał, zwanej płaszczem.

Slajd 3

Kiedy temperatura oraz ciśnienie jest odpowiednio wysokie niektóre skały płaszcza topią się, przekształcając się w magmę.

Rys.1 Magma jako źródło ciepła.

Magma jest lżejsza od otaczającej ją skały, przez co przedostaje się na zewnątrz skorupy ziemskiej, niosąc ciepło z wnętrza. Magma pokonująca całą drogę do powierzchni ziemi staje się lawą. Kiedy jednak magma pozostaje pod skorupą ziemską, podgrzewa otaczające ją skały oraz wodę, nawet do 371 stopni Celsjusza. Część podgrzanej wody przedostaje się przez pęknięcia oraz szczeliny na zewnątrz, tworząc gorące źródła (hot springs) i gejzery.

Może się jednak przytrafić, że gorąca woda jest zatrzymywana i więziona w pęknięciach oraz porowatych skałach, takie naturalne nagromadzenia gorącej wody nazywane są geotermalnymi rezerwuarami (geothermal reservoir).

Możemy używać gorącą wodę oraz podgrzaną parę wodną wydostającą się z wnętrza ziemi w celu wytworzenia z nich użytecznej energii, zwanej energią geotermalną.

Slajd 4

Rys.2 Powstawanie różnych typów energii geotermalnej z wody

Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna(Rys.2).

Wody geotermalne zawierają rozpuszczone substancje mineralne, których skład i ilość zależą między innymi od głębokości zalegania i temperatury oraz warunków geologiczno-strukturalnych zbiornika. Warunki te mają wpływ na mieszanie się wód podziemnych o różnym pochodzeniu. Od stopnia mineralizacji zależy też sposób zagospodarowania wód geotermalnych.

Slajd 5

Starożytni rzymianie używali gorących źródeł, po to aby podgrzewać swoje domy oraz łaźnie. Taka "magiczna woda" została również użyta w celach medycznych oraz do gotowania. W 1864 roku hotel w stanie Oregon w USA, podgrzewał pokoje przy użyciu geotermalnej energii z podziemnych gorących źródeł.

Slajd 6

Zasoby energii geotermalnej

Są 4 rodzaje zasobów energii geotermalnej:

• Zasoby hydrotermalne

• Zasoby geopresyjne (geopresured)

• Gorąca sucha skała (Hot dry rock - HDR)

• Magma

Do tej pory pozyskiwanie energii z zasobów hydrotermalnych jest najbardziej ekonomiczne.

Slajd 7

Zasoby hydrotermalne

Powstają w szczelinach oraz porach skalnych z gorącej wody i lub pary. Skały te znajdują się na głębokości od 100 metrów do 4,5 kilometra pod powierzchnią ziemi. Zasoby geotermalne są w postaci gorącej pary lub gorącej wody, w zależności od oddziałującej na nie temperatury oraz ciśnienia. Niektóre z zasobów są podgrzewane przez stopione gorące skały do temperatury od 180 stopni do 350 stopni Celsjusza.

Są 3 podstawowe składniki zasobu hydrotermalnego - źródło ciepła (takie jak gorąca stopiona skała), warstwa wodonośna zawierająca wodę i nad nią nieprzepuszczalna skała uszczelniająca warstwę wodonośną. Energię możemy pozyskać przez wwiercenie się do warstwy wodonośnej i pobranie z niej podgrzanej wody lub pary wodnej.

Energię pobiera się przez wykonywanie 2 odwiertów. Jednego w celu wydobycia wód ogrzanych (otwór czerpalny) i drugiego, znajdującego się w pewnej odległości od otworu czerpalnego, przez który wtłaczana jest woda, od której odebrano ciepło (np. przez zakład ciepłowniczy) z powrotem do złoża.
Wysokotemperaturowe źródła są używane do wytwarzania energii elektrycznej, natomiast źródła niskotemperaturowe używane są do wytwarzania bezpośredniego ciepłej wody.

Slajd 8

ZASADA DZIAŁANIA CIEPŁOWNI GEOTERMALNEJ WYKORZYSTUJĄCEJ NISKOTEMPERATUROWE WODY GEOTERMALNE.

(Krótko omówić)

Slajd 9

Zasoby geopresyjne

Składają się z gorącej solanki nasyconej metanem znajdującej się we wnętrzu ziemi. Znajdują się one w dużych i głęboko położonych warstwach wodonośnych gdzie ciśnienie jest ogromne. Metan oraz woda jest uwięziona w warstwie osadów na głębokości od 4 km do 6 km. Temperatura wody jest w przedziale od 90 do 200 stopni Celsjusza. Głównym miejscem występowania zasobów geopresyjnych jest Zatoka Meksykańska.

Slajd 10

Gorąca sucha skała(HDR)

Jest to podgrzewana formacja geologiczna nie zawierająca w ogóle wody. Zasób ten jest praktycznie nieograniczony i jest najbardziej dostępny. Potencjał do pozyskiwania energii z tego rodzaju źródła jest bardzo duży.

W jaki sposób pobierana jest energia gorących suchych skał można zobaczyć na rysunku.

Rys. Energia geotermalna z gorących suchych skał(HDR)

Energię tę można pozyskiwać przez wtłaczanie, w naturalne lub sztucznie wytworzone szczeliny skalne, pod dużym ciśnieniem wody, która przejmuje ciepło gorących skał, po czym jest wypompowywana na powierzchnię Ziemi i wykorzystywana.

Slajd 11

Magma

Magma lub stopione skały są największym z geotermalnych źródeł. Jednakże dostęp do niego jest ograniczony z powodu dużych głębokości znajdowania się tego zasobu - 3 km do 10 km i głębiej. Temperatura wynosi od 700 do 1200 stopni Celsjusza. Złoże to nie zostało do tej pory odpowiednio zbadane pod względem możliwości pobierania z niego ciepła.

Slajd 12

Zalety energii geotermalnej:

• Energia geotermalna jest zasobnym źródłem energii.

• Geotermalne technologie maja mały wpływ na środowisko naturalne. Nie emitują do środowiska NO_X (tlenków azotu), wprowadzają mało tlenków siarki, i emitują 1000‑2000 razy mniej CO₂ (dwutlenku węgla), niż elektrownie konwencjonalne.

• Elektrownie geotermalne są wysoce niezawodne oraz zaprojektowane są w taki sposób, aby pracowały przez 24 h/dobę.

• Zmniejsza użycie konwencjonalnych paliw.

• Elektrownie takie wymagają mniejszego nakładu finansowego na infrastrukturę, wyposażenie oraz obsługę niż elektrownie konwencjonalne

• Elektrownie zajmują mało miejsca.

Slajd 13

Wady energii geotermalnej:

• Podczas eksploatacji elektrowni wytwarzane są zanieczyszczenia takie jak, dwutlenek węgla, tlenki siarki, siarkowodór oraz metan. Jednakże nowoczesne technologie ograniczają emisje tych zanieczyszczeń do minimum.

• Może powodować osuwanie się ziemi

• Produkcja energii geotermalnej jest powiązana ze wzrostem aktywności sejsmicznej na danym terenie, jednakże jest to temat dyskusyjny, gdyż elektrownie są usytuowane na terenach gdzie jest możliwe trzęsienie ziemi.

• Budowa elektrowni zwiększa hałas na danym terenie jednakże podczas samej eksploatacji hałas jest minimalny

Dzieki geotermii można produkować bezpośrednio energię elektryczną lub używać jej do celów grzewczych

Slajd 14

Hydrotermalne zasoby nisko- oraz średniotemperaturowe (20-120^OC) są używane do bezpośredniego zastosowania w postaci dostarczania ciepła w sektorach mieszkalnych, handlowych oraz przemysłowych. Do zakresu zastosowania zalicza się: ogrzewanie powierzchni, ogrzewanie wody, ogrzewanie szklarni, ogrzewanie akwariowe, dehydratacja jedzenia, wykorzystanie ciepła w pralniach oraz w zakładach tekstylnych. Takie zastosowania są powszechne w Islandii, USA, Japoni, Francji oraz w wielu innych krajach. Większość domów na Islandii jest ogrzewane za pomocą geotermalnej sieci centralnego ogrzewania.

Slajd 15

Bezpośrednie systemy ogrzewania geotermalnego zazwyczaj składają się z urządzenia produkcyjnego (tj. studnia), które wydobywa ciepłą wodę na powierzchnię, systemu mechanicznego (tj. rury, pompy, system kontroli oraz wymiennik ciepła), który przenosi energię cieplną tam gdzie jest ona potrzebna, oraz z systemu powrotnego (tj. studnia iniekcyjna, zbiornik zapasowy), który przyjmuje schłodzony płyn. Wymienniki ciepła są wymagane z uwagi na zasolenie oraz zawartość części stałych w płynie geotermalnym.

Slajd 16

Pompy ciepła są często stosowane w dostarczaniu energii cieplnej. Geotermalne pompy ciepła są urządzeniami działającymi w taki sam sposób jak lodówka, jednak mogą przenosić ciepło w oba kierunki. Dlatego urzadzenie to może korzystać z relatywnie stałej temperatury wnętrza ziemi zarówno przy ogrzewaniu jak i chłodzeniu. W lato ciepło jest pobierane z domu i wpuszczane do ziemi. W zimę natomiast ciepło jest zabierane z ziemi i transportowane do wnętrza budynku. Takie systemy sa używane często w Szwajcarii oraz krajach skandynawskich. Używanie geotermalnych pomp ciepła umożliwiazastosowanie geotermalnych zasobów już o temperaturze 20 stopni ciepła. Takie zastosowanie pomp ciepła w połączeniu z energią geotermalną przynosi kożyści ze względu na korzyści energetyczne oraz konsumpcję energii w domach oraz budynkach handlowych.

Slajd 17

Produkcja energii elektrycznej

Wysokotemperaturowe geotermalne zasoby mogą być używane do produkowania z nich energii elektrycznej.

Energię elektryczną w elektrowniach uzyskuje się przez doprowadzenie gorącej wody pod wysokim ciśnieniem z odwiertów do generatorów, gdzie rozszerza się zmieniając w parę, która napędza turbiny. Technologia produkcji energii opiera się na tzw. „ zamkniętej pętli ”. Para wodna po przejściu przez turbiny zamieniana jest z powrotem w ciecz, która znowu paruje przy kontakcie z gorącymi rurami doprowadzającymi wodę, zamykając obieg. Dzięki temu podczas produkcji energii nic nie jest emitowane do atmosfery. Pierwsze próby uzyskania energii elektrycznej ze źródeł geotermalnych odbyły się w 1904 roku we Włoszech. Pierwsza geotermalna elektrownia otworzona została w 1921 roku w Kalifornii. W wielu miejscach na świecie geotermalna elektryczność jest konkurencyjna w stosunku do elektryczności uzyskiwanej z konwencjonalnych źródeł. Aktualnie największy udział geotermalnej energii mają USA, Filipiny, Indonezja, Meksyk, Włochy, Nowa Zelandia.

Slajd 18 i 19 FOTO

Slajd 20

Energia geotermalna staje się również coraz bardziej popularna w Polsce, zwłaszcza w Zakopanem i na Podhalu. Ogrzewanie energią geotermalną jest tam już o 40 proc. tańsze niż ogrzewanie gazem i 90 proc. zakopiańskich hoteli oraz około 250 tys. tamtejszych prywatnych gospodarstw domowych korzysta obecnie z tego rodzaju energii. Dzięki temu w Zakopanem nastąpiła znaczna redukcja emisji dwutlenku węgla. Z kolei przykładem nowopowstających inwestycji jest Toruń, gdzie udokumentowano zasoby wód termalnych o temperaturze przekraczającej 60 ^OC i dużej wydajności.

Slajd 21

Zasoby geotermiczne w Polsce

Polska posiada stosunkowo duże zasoby energii geotermalnej, możliwe do wykorzystania dla celów grzewczych. Jednak z powodu wysokich kosztów odwiertów, najbardziej korzystne wydaje się wykorzystanie wód geotermalnych w obrębie niecki podhalańskiej, a także okręgu grudziądzko-warszawskiego oraz szczecińskiego.

Jak dotąd na terenie Polski funkcjonuje osiem geotermalnych zakładów ciepłowniczych. W fazie realizacji jest projekt geotermalny w Toruniu i Czarnkowie (Rys.):

Rys. Rozmieszczenie geotermalnych zakładów ciepłowniczych w Polsce.

• Bańska Niżna (4,5 MJ/s, docelowo 70 MJ/s),

• Pyrzyce (15 MJ/s, docelowo 50 MJ/s),

• Stargard Szczeciński (14 MJ/s, nieczynna)

• Mszczonów (7,3 MJ/s),

• Uniejów (2,6 MJ/s),

• Słomniki (1 MJ/s),

• Lasek (2,6 MJ/s),

• Klikuszowa (1 MJ/h),

• Toruń - w budowie.

• Czarnków - w budowie

Slajd 22

Prawodawstwo

Prawo Unii Europejskiej.

Dwie wydane dotąd przez Unię Europejską dyrektywy: nr 2002/91/WE z dnia 16.12.2002 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków i nr 2004/8/WR z 11.02.2004 r. w sprawie promowania kogeneracji, stanowią punkt wyjścia do tworzenia krajowych programów wykorzystania odnawialnych źródeł energii i własnych regulacji prawnych ułatwiających osiągnięcie zakładanych celów.

Stan prawny w Polsce. Z uwagi na bardzo różne rozwiązania techniczne stosowane dla pozyskiwania energii cieplnej zgromadzonej w skałach i wodach podziemnych, budowa i eksploatacja systemów może podlegać różnym przepisom. W Polsce, podobnie jak w innych krajach, do regulacji tej problematyki potencjalnie mogą mieć zastosowanie przepisy zawarte w następujących ustawach (wraz z towarzyszącymi im rozporządzeniami wykonawczymi):

• Prawo geologiczne i górnicze Ustawa z dnia 4 lutego 1994 r. - Prawo (PGiG) geologiczne i górnicze (tekst jednolity - Dz.U. Nr 228, poz.1947 z 2005 r.),

• Prawo wodne (PW) Ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. - Prawo wodne (Dz. U. Nr 115, poz. 1229 z późn. zm),

• Prawo ochrony środowiska Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. - Prawo (POS) ochrony środowiska (Dz. U. Nr 62, poz.627 z późn. zm.),

• Prawo budowlane (PB) Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. - Prawo budowlane (Dz. U. 1994 nr 89 poz. 414 z późn. zm.),

• Ustawa o planowaniu i Ustawa z dnia 27 marca 2003 r. zagospodarowaniu o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym (PZP) (Dz. U. Nr 80, poz. 717 z późn. zm.)

Geotermia jest zakładem górniczym i działa na podstawie koncesji geologicznej.

Bibliografia:

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Energia_geotermalna

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Energia_geotermalna_na_Islandii

• http://www.greenstream.info.pl/repozytorium/geotermia-i-pompy-ciepla/zasoby-energii-geotermalnej.html

• http://www.pga.org.pl/geotermia-perspektywy.html

• http://www.mos.gov.pl/kategoria/3183_geotermia_w_polsce/

• http://www.solis.pl/index.php/oferta/stan_prawny_geotermii_niskotemperaturowej

• http://www.polgeol.com.pl/

• http://www.globe-energy.pl/geotermia/389-geotermalne-perspektywy-dla-miast-p%C3%B3%C5%82nocno-zachodniej-polski.html

• http://www.pga.org.pl/prawo-prawo-polskie.html