MAXIMUM ENERGY OUTPUT OF GEOPRESSURED GEOTHERMAL RESERVOIRS

IN CROATIA

(ENERGETSKI MAKSIMUM GEOTLAČNO GEOTERMALNIHLEŽIŠTA HRVATSKE)

Prof.dr.sc. Miroslav Golub

Tomislav Kurevija dipl.ing.

Rudarsko-Geološko-Naftni fakultet

Zavod za naftno inženjerstvo

Katedra za geotermalnu energiju, termodinamiku i strojarstvo

Mr.sc. Zdravko Pravica

INA SD Naftaplin

POSTOJEĆA GEOTERMALNA LEŽIŠTA REPUBLIKE HRVATSKE

Dosadašnji otkriveni geotermalni resursi bili su najčešće vezani uz prvotno istraživanje nafte i plina

STRATEGIJA GOSPODARENJA MINERALNIM SIROVINAMA REPUBLIKE HRVATSKE 2006.

- diversifikaciju energetskih izvora i tehnologija proizvodnje energije- uključivanje obnovljivih izvora energije u ukupnu potrošnju energije- zaštita okoliša- razvitak novih, čistih i učinkovitijih tehnologija u smislu iskorištavanja energije

Izvođač: Rudarsko-Geološko-Naftni Fakultet

Naručitelj: Ministarstvo gospodarstva

Daljnje povećanje energetskog iskorištavanja geotermalnih voda, kao jedne od mineralnih sirovina obrađenih strategijom, ima za posljedicu:

Promatrano razdoblje od 25 godina (do 2030.)

STRATEGIJA GOSPODARENJA MINERALNIM SIROVINAMA REPUBLIKE HRVATSKE 2006.

Ukupne bilančne rezerve geotermalne vode

STRATEGIJA GOSPODARENJA MINERALNIM SIROVINAMA REPUBLIKE HRVATSKE 2006.

Proizvodnja geotermalne vode u toplinskim jedinicama

STRATEGIJA GOSPODARENJA MINERALNIM SIROVINAMA REPUBLIKE HRVATSKE 2006.

PROJEKCIJA GOSPODARENJA GEOTERMALNOM VODOM

Proizvodnja samo električne energije je dokazano nerentabilna obzirom na veliku internu potrošnju postrojenja. Kogeneracija i kaskadni niz čine geotermalnu energiju profitabilnom.

VARIJANTA 1Pokusna, komercijalna proizvodnja toplinske energije samopreljevom. Trenutna situacija - sedamdesetak geotermalnih bušotina i oko tridesetak bušotina iz okruženja naftnih i plinskih ležišta.

VARIJANTA 2Komercijalizacija na kaskadni način i to u energetskom lancu od proizvodnje električne energije do agrikulture i balneologije, uz znatnu primjenu toplinskih pumpi i aktivne mjere države. Međutim ova varijanta, za pretpostaviti je, mogla bi se ostvariti tek nakon pristupa naše zemlje u EU.

STRATEGIJA GOSPODARENJA MINERALNIM SIROVINAMA REPUBLIKE HRVATSKE 2006.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

2005 2010 2015 2020 2025 2030

Godina

Pre

dvi

đena

inst

alir

ana

to

plin

ska

sna

ga,

MW

t

Predviđena instalirana toplinska snaga pri iskorištavanju geotermalne energije

STRATEGIJA GOSPODARENJA MINERALNIM SIROVINAMA REPUBLIKE HRVATSKE 2006.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

2005 2010 2015 2020 2025 2030

Godina

Pre

dvi

đe

na

inst

alir

an

a e

lekt

ričn

a s

na

ga

, M

We

0

20

40

60

80

100

120

140

Pre

dvi

đe

na

go

diš

nja

pro

izvo

dn

ja

ele

ktrič

ne

en

erg

ije, G

Wh

/go

d

Predviđena instalirana električna energija iskorištavanjem geotermalnih ležišta

KOMBINIRANO ISKORIŠTAVANJE MEHANIČKE I TOPLINSKE ENERGIJE

GEOTERMALNOG IZVORA► Geotlačna geotermalna ležišta RH nalaze se jedino u obliku zasićene kapljevine.

► Proizvodnja energije može se kombinirano odvijati iskorištavanjem mehaničke energije protoka geotermalne vode u prvom ciklusu i u binarnom Clausius-Rankine postrojenju u drugom ciklusu.

Shema kombiniranog kaskadnog iskorištavanja mehaničke i toplinske energije geotermalnog izvora u

(primjer za geotermalno ležište Velika Ciglena)

HIDRAULIČKA SNAGA PROTOKA I EKSERGETSKA SNAGA BINARNOGA

POSTROJENJA

m - Protok geotermalnog fluida, kg/scp - Specifična toplina geotermalne vode, kJ/kg KΔT - Temperaturna razlika geotermalnog fluida na ulazu i izlazu izmjenjivača topline, K Tgfout - Temperatura geotermalnog fluida na izlazu iz izmjenjivača topline,Kηutil - Eksergijski stupanj djelovanja binarnog postrojenja (utilization efficiency),opisuje dio teoretski raspoložive mehaničke energije koja se može pretvoriti u električnu energiju j - Mehanički ekvivalent toplineρ - Gustoća geotermalnog fluida, kg/m3 w - Brzina protoka geotermalnog fluida, m/spwh - Tlak ušća, bar

)kW(T2

Tczg

2

wp

j

1mP eutil

gfout

2p

turb

2wh

net

HIDRAULIČKA SNAGA EKSERGETSKA SNAGA

STUPNJEVI DJELOVANJA

BINARNOG CIKLUSA

ηutil - Eksergijski stupanj djelovanja binarnog ciklusa (direktna mjera stupnja korisnosti izvora)ηcycle- Termodinamički stupanj djelovanja kružnog procesa (mjera učinkovitosti pretvaranja toplinske energije u rad)To - Srednja godišnja temperatura tla u Panonu

o

gfinoogfin

cycleutil

T

TlnTTT

T

1T

T

T2

T

Tcm

T2

Tcm

Q

P

maxcarnot

outgfp

outgf

2p

total

exirrevercycle

NUMERIČKI PRIMJER ZA LEŽIŠTE

VELIKA CIGLENA

(GEOTLAČNO-HIDROTERMALNO LEŽIŠTE)

ULAZNI PODACI:

- Protok (jedna bušotina), m = 84 kg/s

- Temperatura na ušću, Tgfin = 443 K = 160°C

- Izlazna temperatura, Tgfout = 353 K = 80°C (nužan, ekonomski uvjet

za direktno iskorištavanje topline u sekundarnom krugu)

- Srednja godišnja temperatura tla u Panonu, To = 284,6 K = 11,6°C- Gustoća geotermalne vode, ρ = 990 kg/m3 (uvjeti ušća)- Tlak na ušću, pwh = 20 bar = 20×105 Pa - Dubina bušotine ≈ 2,5 km- Statički tlak ≈ 250 bar- GWR 27 m3/m3

Termodinamički stupanj

djelovanja ciklusa:

113,03532

353433

T2

T

gfoutcycle

312,0

285433

ln285285433

113,0)353433(

T

TlnTTT

T

util

o

gfinoogfin

cycleutil

Eksergijski stupanj djelovanja:

Stvarna eksergijska

snaga po bušotini:e

2

utilout

2pw

exkW1000312,0

3532

802,484

T2

TcmP

NUMERIČKI PRIMJER ZA LEŽIŠTE

VELIKA CIGLENA

m3

hidr

2wh

h

kW1539,010990

200000084

zg2

wp

j

1mP

Stvarna hidraulička snaga izvora:

NUMERIČKI PRIMJER ZA LEŽIŠTE

VELIKA CIGLENA

Ukupno instalirana toplinska energija – 28,2 MWt

Stvarna hidraulička snaga - 153 kWh

Godišnje proizvedena energija hidrauličkom turbinom na ušću

(β = 8000 sati) - 1,2 MWhe

Termodinamički stupanj djelovanja - 0,113

Eksergijski stupanj djelovanja - 0,312

Energija za komercijalnu upotrebu - 1000 kWe

Godišnje proizvedena električna energija (β = 8000 sati) – 780 MWhe

NUMERIČKI PRIMJER ZA LEŽIŠTE VELIKA CIGLENA

Ukupno instalitana toplinska snaga po bušotini

28,2 MWt

Maksimalna raspoloživa mehanička (električna) energija po bušotini

3,19 MWe 1,0 MWe

Električna energija za komercijalnu upotrebu po bušotini

(HEP mreža)

× cycle 0,113

util× 0,312

cycleutilo× 0,035

0,2380,107284,7580373,15100453,15180

0,2710,110284,7580363,1590443,15170

0,3120,113284,7580353,1580433,15160

Medium temperature resources (Velika Ciglena, Molve, Kalinovac)

0,2270,085284,7560353,1580413,15140

0,2700,087284,7560343,1570403,15130

0,3270,090284,7560333,1560393,15120

Low temperature resources (Kutnjak-Lunjkovec, Beničanci)

ηutilηcycleTo (K)TTgf out (K)

tgf out (°C)

Tgf in (K)

tgf in (°C)

0,2380,107284,7580373,15100453,15180

0,2710,110284,7580363,1590443,15170

0,3120,113284,7580353,1580433,15160

Medium temperature resources (Velika Ciglena, Molve, Kalinovac)

0,2270,085284,7560353,1580413,15140

0,2700,087284,7560343,1570403,15130

0,3270,090284,7560333,1560393,15120

Low temperature resources (Kutnjak-Lunjkovec, Beničanci)

ηutilηcycleTo (K)TTgf out (K)

tgf out (°C)

Tgf in (K)

tgf in (°C)

STUPNJEVI DJELOVANJA IZRAČUNATI NA BAZI TEMPERATURNE RAZLIKE NA

IZMJENJIVAČU ZA RAZLIČITA GEOTERMALNA LEŽIŠTA RH

ZAKLJUČAK

Proizvodnja električne energije na geotermalnim ležištima kao što su Velika Ciglena i Kutnjak-Lunjkovec te podinskim akviferima geotermalnog značaja kao što su Beničanci, Molve, Kalinovac i Stari Gradac rentabilna je jedino uz kaskadno korištenje toplinske energije u sekundarnom cirkulacijskom krugu (staklenici, sušare, akvakultura, balneologija). Otprilike dvije trećine proizvedene električne energije u binarnoj elektrani trošilo bi se za utiskivanje geotermalne vode natrag u ležište, a energija proizvedena mehaničkom turbinom na ušću, uz pravilno projektiranje sustava, mogla bi biti iskorištena upravo u tu svrhu.

HVALA NA PAŽNJI!