Energetyka geotermalna
Wśród odnawialnych z
ródeł energii, du\
e znacznie
mo\
e odegrać energia geotermiczna, która jest
zakumulowana w gruntach, skałach i płynach
Materiały pomocnicze do przedmiotu:
wypełniających szczeliny skalne. W przypadku gdy
nośnikiem tej energii są płyny zło\
owe (woda lub
Odnawialne z
ródła energii
para) wówczas ten rodzaj energii określamy
energią geotermalną. Energia geotermalna jest
Wykład 12
praktycznie niewyczerpalnym z
ródłem energii
poniewa\
jest stale uzupełniana poprzez strumień
Energia geotermalna,
gorącego ciepła przenoszonego z wnętrza Ziemi ku
zasoby i mo\
liwości wykorzystania
powierzchni, poprzez przewodzenie i konwekcję.
1 2
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Zasoby energii geotermalnej na Świecie, mo\
liwe
Energię geotermalną mo\
na wykorzystywać w
do u\
ytkowania, szacuje się na około 3�" PJ, co
�"109
�"
�"
sposób:
jest równowa\
ne ok. 100 tys.  krotnemu zu\
yciu
- pośredni do produkcji energii elektrycznej;
wszystkich nośników energii pierwotnej w ciągu
- bezpośredni do ogrzewania mieszkań i
roku. Większość zasobów energii geotermalnej
produkcji ciepłej wody u\
ytkowej.
znajduje się jednak na du\
ych głębokościach, co
Elektrownie geotermalne są rzadkością,
przy dzisiejszych cenach energii z innych z
ródeł,
poniewa\
temperatura wód geotermalnych lub
powoduje nieopłacalność wydobywania zasobów
pary przegrzanej powinna być wy\
sza od 130�
�C.
�
�
tej energii na powierzchnię Ziemi.
3 4
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Do bezpośredniego wykorzystania wód
Wody geotermalne o temperaturach wy\
szych od
geotermalnych do celów grzewczych najbardziej
130� spotykane są na obszarach młodej
�C
�
�
odpowiednią temperaturą jest 80� �C.
�90�
� �
� �
działalności wulkanicznej i występują raczej
Bezpośrednie wykorzystanie zasobów
rzadko (np. Grecja, Japonia, Nowa Zelandia,
geotermalnych jest niemo\
liwe poniewa\

Włochy). Natomiast z
ródła niskotemperaturowe
zawierają one zbyt wiele związków soli.
są spotykane w większości krajów świata, w tym
y
ródła geotermalne o ni\
szych temperaturach
mogą być wykorzystywane do ogrzewania przy tak\
e i w Polsce.
zastosowaniu dodatkowych urządzeń tzw. pomp
ciepła, dla których niskotemperaturowe wody
geotermalne stanowią dolne z
ródło ciepła.
5 6
1
Energetyka geotermalna  rys historyczny Energetyka geotermalna  rys historyczny
Początki wykorzystania energii geotermalnej Początki wykorzystania energii geotermalnej
Pierwsza próba wykorzystania ciepła geotermalnego do W roku 1944 we Włoszech moc instalacji geotermalnych
produkcji energii elektrycznej przeprowadzona została produkujących energię elektryczną wynosiła 127 MW.
we Włoszech w roku 1904 roku. W Laedarello
(Toscania) wydobywana spod ziemi para wodna
Ponowny wzrost zainteresowania energią geotermalną
uruchamiała turbiny, wytwarzając energię elektryczną.
przypada na lata pięćdziesiąte, w którym to okresie
odbudowano i częściowo zmodernizowano, zniszczoną
W USA po raz pierwszy wyprodukowano energię
w czasie II wojny światowej pierwszą na świecie
elektryczną za pomocą generatora o mocy 250 kW
napędzanego energią geotermalną w Geysers elektrownię geotermalną w Laedarello. W latach 1958 
(Kalifornia) w 1923. Dwa lata póz
niej w 1925,
1963 wdro\
ono instalację przemysłową o mocy 50 MW
Japończycy na wyspie Kiusiu skonstruowali generator
do eksploatacji energii geotermalnych w Nowej Zelandii.
geotermalny o mocy 1 MW.
7 8
Energetyka geotermalna - definicje Energetyka geotermalna - definicje
Definicje związane z energią wnętrza Ziemi
Subbasen geotermalny  część basenu geotermalnego
tworzącego odrębny zespół obni\
eń strukturalnych ograniczonych
od pozostałych subbasenów ciągami struktur antyklinarnych lub
Energia geotermiczna  energia Ziemi zgromadzona w magmie,
innych podniesień strukturalnych, utrudniających przepływ wód
skałach, płynach (woda, para wodna, ropa naftowa, gaz ziemny
pomiędzy poszczególnymi subbasenami.
itp.) wypełniających pory i szczeliny skalne.
Energia geotermalna  część energii geotermicznej zawartej w
Ujęcie geotermalne  zespół urządzeń technicznych do
wodach, parach wodnych oraz otaczających skałach.
eksploatacji wód podziemnych i odbioru z nich energii na sposób
ciepła.
Basen geotermalny  zespół zbiorników geotermalnych typu
warstwowego, przewa\
nie uło\
onych jeden na drugim, o kształtach
Geoenergetyka  dział energetyki cieplnej obejmujący
zbli\
onych do niecek i związanych z określonym elementem
pozyskiwanie i przetwarzanie energii geotermicznej wnętrza Ziemi.
geostrukturalnym platformy kontynentalnej.
9 10
Energetyka geotermalna - definicje Energetyka geotermalna - definicje
Zło\
a wód geotermalnych w zale\
ności od ciśnienia,
Zło\
e energii geotermalnej  naturalne nagromadzenie energii
kształtu zbiornika i morfologii powierzchni terenu
w wodach, parach wodnych i skałach porowatych (otoczonych
dzieli się na:
skałami nieprzepuszczalnymi), usytuowanych na głębokościach
- zło\
a artezyjskie, z których woda przez otwór
umo\
liwiających opłacalną ekonomicznie eksploatację tej energii.
wiertniczy mo\
e wypływać samoczynnie na
powierzchnię.
Zło\
a geotermalne ze względu na charakter nośnika energii
- zło\
a subartezyjskie, z których woda przez otwór
dzieli się na:
wiertniczy podnosi się na du\
e wysokości, ale nie
- zło\
a wód geotermalnych,
osiąga powierzchni terenu,
- zło\
a przegrzanej pary wodnej,
- zło\
a grawitacyjne, z których wodę mo\
na
- zło\
a gorących suchych skał.
pompować z głębokości zbli\
onych do głębokości
występowania zło\
a.
11 12
2
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Charakterystyka energii geotermalnej Charakterystyka energii geotermalnej
Energia geotermalna jest to energia wnętrza Ziemi  Przeciętnie przyjmuje się, \
e gradient temperatury
naturalne ciepło wnętrza planety zgromadzone w skałach oraz w
skorupy ziemskiej wynosi 25 K/km.
wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Przyjmuje się,
Z punktu widzenia mo\
liwości praktycznego
\
e średnia temperatura powierzchni Ziemi wynosi 15�C.
wykorzystania tego gradientu rozró\
nia się
Rzeczywiste wartości zmieniają się w zale\
ności od
szerokości geograficznej, pory roku i dnia, i są wynikiem
następujące rejony geotermalne:
ustalenia się równowagi cieplnej między najwa\
niejszymi
- hipertermiczny z gradientem temperatury
trzema strumieniami ciepła:
większym ni\
80 K/km,
- doprowadzonego przez promieniowanie ze Słońca,
- doprowadzonego przez przewodzenie lub konwekcję z
- semitermiczny od 40 do 80 K/km,
jądra Ziemi,
- normalny z gradientem do 40 K/km.
- wypromieniowanego do przestrzeni kosmicznej.
13 14
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Charakterystyka energii geotermalnej
Rodzaje energii geotermalnej
1) Zasoby hydrotermiczne
2) Zasoby petrotermiczne
Rys.1. Przekrój geologiczny Ziemi
15 16
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Rodzaje energii geotermalnej
Rodzaje energii geotermalnej
Zasoby petrotermiczne są magazynowane w suchych,
Zasoby hydrotermiczne odnoszą się do ogrzanych, porowatych skałach i mają znaczenie
perspektywiczne.
wysokotemperaturowych warstw ogrzanej
Sposób wykorzystania zasobów geotermalnych zale\
y od
mieszaniny dwuskładnikowej wody, pary lub
temperatury czynnika grzejnego. Przyjęto, \
e przy temperaturze
mieszaniny parowo  wodnej o temperaturze
powy\
ej 120�C�150�C opłaca si ę go wykorzystać do produkcji
200�C�300�C lub pokładów gorącej wody o
energii elektrycznej. Przy ni\
szych temperaturach czynnika
temperaturze 50�C�70�C , które występują w grzejnego wchodzi w rachubę wykorzystanie do celów
ciepłowniczych, klimatyzacyjnych, wytwarzania ciepłej wody
szczelinach skalnych, \
yłach wodnych lub w
u\
ytkowej w systemach miejskich i przemysłowych, do ogrzewania
warstwach wodonośnych, są one wykorzystywane
szklarni, hodowli ryb, do celów balneologicznych i rekreacyjnych.
obecnie.
17 18
3
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Na świecie wykorzystuje się ró\
ne z
ródła energii
Przeprowadzone obliczenia, uwzględniające
geotermalnej. które mo\
na podzielić ze
głębokość i średnią temperaturę powierzchni
względu na stan skupienia nośnika ciepła, a
Ziemi, pozwoliły oszacować zasoby energii na
tak\
e wysokość temperatury na grupy:
poziomie 1,4�"
�"1014 TJ. Praktycznie opłacalne jest
�"
�"
dokonywanie odwiertów jedynie do głębokości
1) grunty i skały do głębokości 2500 m, z których
2 km, ale nie w ka\
dym rejonie do tej
ciepło dla celów grzejnych z wykorzystaniem
głębokości zalegają zło\
a geotermalne o
pomp ciepła pobierane jest przy pomocy
od-powiednio wysokiej temperaturze.
specjalnych sond, zwanych sondami ciepła,
19 20
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Na świecie wykorzystuje się ró\
ne z
ródła energii Na świecie wykorzystuje się ró\
ne z
ródła energii
geotermalnej. które mo\
na podzielić ze geotermalnej. które mo\
na podzielić ze
względu na stan skupienia nośnika ciepła, a względu na stan skupienia nośnika ciepła, a
tak\
e wysokość temperatury na grupy: tak\
e wysokość temperatury na grupy:
2) wody gruntowe jako dolne z
ródło ciepła dla 3) wody gorące i ciepłe, wydobywane przy pomocy
pomp grzejnych w zastosowaniu do celów wywierconych otworów eksploatacyjnych (w
grzejnych, przypadku mineralizacji wody, wtłaczane są z
powrotem do zło\
a po ich wykorzystaniu
energetycznym),
21 22
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Na świecie wykorzystuje się ró\
ne z
ródła energii Na świecie wykorzystuje się ró\
ne z
ródła energii
geotermalnej. które mo\
na podzielić ze geotermalnej. które mo\
na podzielić ze
względu na stan skupienia nośnika ciepła, a względu na stan skupienia nośnika ciepła, a
tak\
e wysokość temperatury na grupy: tak\
e wysokość temperatury na grupy:
4) para wodna, wydobywana przy pomocy 5) wysady solne, z których energia
otworów wiertniczych (eksploatacyjnych) odprowadzana jest przy pomocy solanki lub
znajdująca zastosowanie w elektrowniach przy pomocy cieczy obojętnych wobec soli,
geotermalnych do wytwarzania energii głównie węglowodorów, np. izobutanu,
elektrycznej,
23 24
4
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Na świecie wykorzystuje się ró\
ne z
ródła energii
Podział wód geotermlnych:
geotermalnej. które mo\
na podzielić ze względu
na stan skupienia nośnika ciepła, a tak\
e
wysokość temperatury na grupy:
6) gorące skały, z których energia odbierana jest przez
wodę cyrkulującą pod wysokim ciśnieniem przez
system szczelin naturalnych lub wytworzonych
sztucznie w kompleksach skalnych, na du\
ych
głębokościach. Energia ta wykorzystywana jest w
elektrowniach goetermalnych do wytwarzania
energii elektrycznej oraz do celów grzejnych.
25 26
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
System jednootworowy znajduje
Podstawowe systemy
zastosowanie w przypadku wód
wykorzystani energii
geotermalnych niezmineralizowanych oraz
geotermalnej słabo zmineralizowanych. System taki
przedstawiony na rys.1a, składa się z
- Jednootworowe jednego otworu eksploatacyjnego, którym
woda geotermalna jest wydobywana na
- Dwuotworowe
powierzchnię, a następnie jest kierowana
DO MY
SZKLA RNIA MIESZKA LNE
do odbiornika ciepła (np. pompy ciepła).
PO MPA
C IEPŁA
27 28
O TWÓ R
WYDOBYWCZY
WA RSTWA WO DO NOR

NA
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Dwuotworowe systemy eksploatacyjne
znajdują zastosowanie w przypadku du\
ego
DOMY zmineralizowania wód geotermalnych.
SZKLARNIA MIESZKALNE
System składa się z dwóch odwiertów
POMPA
CIEPŁA
(rys.1b): odwiertu eksploatacyjnego, którym
woda geotermalna pobierana jest ze zło\
a
podziemnego oraz z odwiertu
zatłaczającego, którym woda geotermalna,
OTWÓR
WYDOBYWCZY
WARSTWA WODONOR

NA
po obni\
eniu jej temperatury, jest ponownie
DO M Y
MIESZKA LNE SZKLA RNIA
wtłaczana do zło\
a geotermalnego.
PO M PA
C IEPŁA WYM IENNIK
C IEPŁA
29 30
O TWÓ R
WYDO BYWC ZY
O TWÓ R
ZATŁA C ZA JĄ C Y
5
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Sposoby wykorzystania energii
geotermalnej
DOMY
MIESZKALNE SZKLARNIA
POMPA Wyró\
nia się cztery podstawowe sposoby
WYMIENNIK
CIEPŁA
CIEPŁA
wykorzystani energii geotermalnej:
1) do bezpośredniego ogrzewania,
2) do ogrzewania pośredniego,
3) jako dolne z
ródło pompy ciepła,
4) do produkcji energii elektrycznej.
OTWÓR
WYDOBYWCZY
OTWÓR
ZATŁACZAJĄ CY
31 32
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Rys.3. Wykorzystanie energii geotermalnej do ogrzewania pośredniego
Rys.2. Wykorzystanie energii geotermalnej do bezpośredniego ogrzewania
33 34
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Rys.5. Wykorzystanie energii geotermalnej do produkcji energii elektrycznej
Rys.4. Wykorzystanie energii geotermalnej jako dolne z
ródło pompy ciepła
35 36
6
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
37 38
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna  temperatury zasobów geotermalnych na głębokości 3000 m
39 40
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Rys.6. Rozmieszczenie ciepłowni geotermalnych
41 42
7
Energetyka geotermalna Energetyka geotermalna
Rys.7. Uproszczony schemat ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach
Rys.8. Schemat technologiczny układu geotermalnego w Mszczonowie
43 44
Energetyka geotermalna  literatura z
ródłowa
Literatura przykładowa:
1. http://www.pga.org.pl/geotermia-zasoby-
polskie.html - Polska Geotermalna Asocjacja
2. Praca zbiorowa: Odnawialne i
Dziękuję
niekonwencjonalne z
ródła energii. Wydawnictwo
TarBonus 2009.
za uwagę
3. Sobański R., Kabat W., Nowak W.: Jak
pozyskać ciepło z Ziemi. Centralny Ośrodek
Informacji Budownictwa, Warszawa.
4. Lewandowski W.: Proekologiczne z
ródła energii.
Warszawa 2008
45 46
8