Download pdf - prof. dr hab. inż. władysław nowak dr hab. inż. aleksander ... · pła ujęcie geotermalne o mocy maksymalnej 13 MW oraz szczytowe kotły gazowe. W układzie ciepłowni zastosowano

Nr 177

Instalacje elektryczne

69

prof. dr hab. inż. władysław nowakdr hab. inż. aleksander StachelZachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

ocena możliwości pozySkiwania i wykorzyStania enerGii Geotermalnej w polSce

Do zaSilania ciepłowni i elektrociepłowni

Streszczenie: Polska ma korzystne warunki do wykorzystania wód geotermalnych do ce-lów energetycznych. Zastosowanie energii geotermalnej dla celów grzewczych jest dość dobrze rozpoznane, o czym mogą świadczyć istniejące i pracujące ciepłownie geotermalne. Obecnie pro-wadzone badania koncentrują się głównie nad możliwościami wykorzystania energii geoter-malnej do produkcji energii elektrycznej. W pracy scharakteryzowano istniejące w Polsce zasoby energii geotermalnej, omówiono sposoby jej pozyskiwania i wykorzystania oraz przedstawiono stan i perspektywy rozwoju instalacji energetycznych wykorzystujących energię geotermalną dla potrzeb ciepłowniczych. Przedstawiono istniejące ciepłownie geotermalne, a także omówiono realizowane obecnie i planowane w przyszłości przedsięwzięcia zmierzające do uruchomienia kolejnych instalacji geotermalnych, w tym elektrowni geotermalnych.

1. wprowadzenieWykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych wiąże się z licznymi problemami,

wynikającymi stąd, że sposoby jej pozyskiwania są nadal technologiami nowator-skimi, nie do końca sprawdzonymi i nastręczającymi szereg trudności technicznych i eksploatacyjnych. Ponadto niektóre źródła charakteryzują się brakiem koherentno-ści z potrzebami odbiorców, czego klasycznym przykładem może być wykorzystanie energii słońca i wiatru. Z kolei część technologii niesie zagrożenia środowiskowe, a ekologiczny charakter innych nie został do końca potwierdzony. Równie ważnym problemem jest współpraca instalacji wykorzystujących odnawialne źródła energii z istniejącymi konwencjonalnymi systemami odbioru i dystrybucji, przede wszyst-kim ciepła.

W Polsce istotną rolę wśród odnawialnych źródeł energii odgrywają zasoby ener-gii geotermicznej i geotermalnej, a także energia wiatru, słońca, wody i biomasa. Część z tych źródeł ma ograniczone znaczenie lokalne o małej skali stosowania (np. fotowoltaika, kolektory słoneczne), a konsumentami wytwarzanej w nich energii są najczęściej odbiorcy indywidualni. Część ma znaczenie w obszarze potrzeb regionu, a nawet kraju, np. siłownie wiatrowe czy też elektrownie wodne.

Zainteresowanie energetyki konwencjonalnej odnawialnymi źródłami energii koncentruje się między innymi na energii geotermalnej. Do współpracy z dużymi sys-temami grzejnymi predysponuje ją zarówno skala źródła, jak i ilość pozyskiwanego ciepła. Interesujące są również możliwości wytwarzania z energii geotermalnej ener-gii elektrycznej. Natomiast wysokie nakłady inwestycyjne, a także osiągane moce,


70

eliminują małych odbiorców, kierując ofertę współpracy do odbiorców o dużym i najlepiej niezmiennym w czasie zapotrzebowaniu na ciepło [6, 13, 15, 17].

2. energia geotermalna i jej zasoby w polsceRóżnica temperatury pomiędzy gorącym wnętrzem Ziemi, o temperaturze jądra

ocenianej na 4500 °C – 6200 °C, a chłodną jej powierzchnią, wywołuje przepływ stru-mienia ciepła o średniej gęstości 63 kW/km2. Jednocześnie ze zmianą głębokości wy-stępuje zmiana temperatury skorupy ziemskiej, definiowana jako gradient geotermicz-ny, decydujący o lokalnej temperaturze skał. Można przyjąć, że do głębokości 10 km temperatura skorupy zmienia się liniowo, z przeciętą wartością 33 K/km [8, 13].

Całkowite zasoby energii geotermicznej są bardzo duże, jednak tylko niewielka jej część może być wykorzystana praktycznie, co wynika z możliwości technicznych oraz opłacalności ekonomicznej. Z uwagi na sposób zakumulowania energii, a także sposób jej pozyskiwania, źródła energii geotermicznej można podzielić na kilka ro-dzajów. Najbardziej interesujące są zasoby energii zgromadzone w gorących wodach podziemnych znajdujących się na dużych głębokościach, które mają temperaturę równą temperaturze otaczających je skał. Wody te nazywane są wodami geotermal-nymi, a zawarta w nich energia – energią geotermalną [8, 13, 15].

Polska należy do krajów posiadających bogate zasoby wód geotermalnych o ni-skiej i średniej entalpii. Geologiczne uwarunkowania i obszary ich występowania omówione są, między innymi, w pracach Sokołowskiego, Góreckiego i Neya [4, 5, 11, 18]. Według tych autorów całkowite zasoby wód termalnych w Polsce szacowane są na około 6500 km3, a znajdująca się w nich woda charakteryzuje się temperaturą od 25 °C do 120 °C, co predysponuje ją do wykorzystania do celów ogrzewczych, przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz celów technologicznych i leczniczych. Zasoby te są dość równomiernie rozmieszczone na znacznej części obszaru Polski, w wydzielonych basenach i subbasenach zaliczanych do określonych prowincji i re-gionów geotermalnych. Najkorzystniejsze warunki geotermalne występują na Niżu Polskim, Podhalu i w Sudetach.

3. Systemy pozyskiwania energii geotermalnejPłyny geotermalne wypełniające zbiorniki podziemne są rzadko wodami słod-

kimi. Najczęściej są to wody zmineralizowane, a ich temperatura i stopień minerali-zacji są różne w różnych basenach i zależą od gradientu geotermalnego i głębokości występowania. Wykorzystanie wody geotermalnej wiąże się z wydobyciem jej na po-wierzchnię i odebraniem zawartego w niej ciepła. Dostęp do złoża geotermalnego umożliwiają kanały wydobywczo-zatłaczające, które można podzielić na dwa pod-stawowe systemy eksploatacyjne, to jest na systemy jedno- i dwuotworowe [13, 17].

Systemy jednootworowe są stosowane w przypadku wód niezmineralizowanych lub słabo zmineralizowanych, czyli o mineralizacji poniżej 1 g/dm3 (rys. 1a). Wydo-byta na powierzchnię woda kierowana jest do wymiennika ciepła, w którym odda-je zawarte w niej ciepło do wody sieciowej. Schłodzona woda zostaje skierowana do

Nr 177


71

zbiornika retencyjnego, przy czym może być ona wykorzystana do różnych celów, np. do nawadniania, hodowli ryb, a niekiedy – do celów pitnych. Część niewykorzysta-nej wody może być skierowana do naturalnych zbiorników wodnych. Jednootworo-wy system eksploatacyjny uniezależnia wydobycie wody geotermalnej od chłonności złoża, ale może ograniczać intensywność eksploatacji, ze względu na słabe uzupeł-nienie złoża przez infiltrację wód gruntowych [13, 15, 17].

W przypadku wód o wysokiej mineralizacji najczęściej stosowane są systemy dwuotworowe (rys. 2b), w których woda geotermalna jest pobierana ze złoża za po-mocą pompy głębinowej, a następnie przesyłana do wymiennika ciepła, w którym podgrzewa wodę sieciową, po czym kierowana jest do otworu chłonnego, którym jest zatłaczana do tej samej warstwy wodonośnej [22].

rys. 1. Systemy pozyskiwania wody geotermalnej: a – jednootworowy, b – dwuotworowy. GWC – wymiennik ciepła, OC – odbiornik ciepła, P – pompa, PG – pompa głębinowa, WW – warstwa wodonośna, ZR – zbiornik retencyjny

Oprócz przedstawionych dwóch najbardziej rozpowszechnionych układów wy-dobywczych wody geotermalnej, możliwy jest szereg innych oryginalnych rozwiązań, których szczegółowe omówienie można znaleźć np. w pracach [6, 7, 8, 13, 15, 17].

4. Systemy wykorzystania energii geotermalnejNajprostszym i jednocześnie najbardziej efektywnym sposobem zagospodarowa-

nia energii wód geotermalnych jest ich zastosowanie do ogrzewania w gospodarce komunalnej, w rolnictwie, w procesach technologicznych, jako wspomaganie kon-wencjonalnych ciepłowni oraz użycie jako źródła energii w siłowniach niskotem-peraturowych. Różnorodność możliwych rozwiązań technicznych oraz struktura urządzeń służących do pozyskania ciepła z wnętrza ziemi wynikają z konieczności


72

dostosowania rodzaju i wielkości ujęcia geotermalnego do potrzeb i parametrów in-stalacji odbioru ciepła, przy uwzględnieniu lokalnych warunków technicznych oraz rachunku ekonomicznego [6, 13]. Wiąże się to z tym, że zapotrzebowanie ciepła przez jego odbiorców jest najczęściej zmienne w czasie, a dotyczy to w szczególności zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania pomieszczeń, którego ilość zależy od tem-peratury zewnętrznej. Podstawą określenia ilości ciepła grzejnego jest tzw. wykres uporządkowany, pomocny zwłaszcza przy wyborze systemu do odbioru energii z wód geotermalnych, przy czym możliwe są tutaj trzy podstawowe układy, a mianowicie [6, 13]:• układ monowalentny, w którym całe ciepło grzejne pobierane jest z instalacji

geotermalnej, • układ biwalentny, w którym źródło geotermalne wspomagane jest kotłami, • układ kombinowany, w którym część zapotrzebowania odbiorców zaspokajana

jest przez instalację geotermalną (ciepło niskotemperaturowe), a pozostała część przez kotłownię konwencjonalną (ogrzewanie tradycyjne).W warunkach polskich najbardziej realna jest budowa instalacji, w których ujęcie

geotermalne wspomagane jest dodatkowym źródłem ciepła, przy czym w zależności od temperatury wydobywanej wody oraz możliwości zagospodarowania ciepła geo-termalnego, niezależnie od sposobu pozyskiwania energii geotermalnej, najczęściej stosowane są dwa rozwiązania, a mianowicie [13, 17]:• z zastosowaniem wymienników ciepła współpracujących z kotłami szczytowymi, • z zastosowaniem wymienników ciepła współpracujących z pompami grzejnymi

i z kotłami szczytowymi.

rys. 2. Schemat instalacji geotermalnej z wymiennikiem ciepła i kotłem szczytowym

Przedstawiona na rysunku 2 podstawowa koncepcja pozyskania energii geoter-malnej, bazuje na dwuotworowym systemie wydobywczym, współpracującym z cie-płownią, w skład której wchodzi przeciwprądowy wymiennik ciepła, w którym ener-gia wody geotermalnej jest przekazywana do wody sieciowej, oraz kocioł szczytowy

Nr 177


73

wykorzystywany wówczas, gdy ciepło pobrane przez wodę sieciową w wymienniku nie pokrywa zapotrzebowania odbiorców na ciepło lub gdy temperatura wody siecio-wej za wymiennikiem ciepła jest niższa od wymaganej temperatury wody sieciowej na zasilaniu.

Oprócz przedstawionego podstawowego układu ciepłowni geotermalnej możli-wy jest szereg innych rozwiązań, a ich omówienie można znaleźć np. w pracach [6, 8, 13, 15, 17].

Miarą wykorzystania energii wody geotermalnej jest ilość ciepła możliwa do uzy-skania w wymienniku geotermalnym. Wielkość ta jest uwarunkowana charaktery-styką złoża geotermalnego i charakterystyką przyłączonych odbiorników ciepła.

Charakterystykę złoża można przedstawić w formie wykresów ilustrujących możliwości pozyskiwania energii geotermalnej zarówno przy stosowaniu systemów dwu-, jak i jednootworowych. Podstawową charakterystykę stanowi wykres ilustru-jący wielkość strumienia pozyskiwanej energii w zależności od strumienia wydoby-wanej wody (rys. 3), jej temperatury oraz stopnia schłodzenia w wymienniku ciepła [13, 14].

rys. 3. Możliwości pozyskiwania energii geotermalnej ze złoża geotermalnego

Należy zaznaczyć, że wykres ten określa tylko potencjalne możliwości pozy-skiwania energii geotermalnej z systemu wydobywczego, co nie jest równoznaczne z jej wykorzystaniem. Wynika to z możliwości zagospodarowania energii w odbior-nikach ciepła i zależy od charakterystyki ich pracy, która obejmuje strumień zapo-trzebowania na ciepło, temperaturę nośnika na zasilaniu oraz rzeczywisty czas pracy instalacji w ciągu całego roku. Dopiero na podstawie tych wielkości można okre-ślić realne możliwości pozyskiwania energii geotermalnej. Należy podkreślić wagę tego problemu, gdyż w znacznej części publikacji omawiających wykorzystanie wód geotermalnych jest on pomijany. Tymczasem o wielkości wykorzystania energii geo-termalnej decyduje rzeczywiste zapotrzebowanie oraz możliwości jej odbioru, a nie teoretyczny potencjał źródła [6, 13, 14, 15, 17].


74

Znaczenie dla wykorzystania energii geotermalnej ma temperatura zatłaczanej wody, określana przez temperaturę wody sieciowej powrotnej, przy czym ta ostatnia powinna być jak najniższa. Tradycyjne systemy grzewcze pracują w skrajnych warun-kach przy temperaturach wody sieciowej 95/70 °C. W systemach tych wysoka tempe-ratura wody sieciowej powrotnej ogranicza wykorzystanie ciepła zawartego w wodzie geotermalnej o zbliżonej temperaturze. Niewielka różnica temperatury między wodą sieciową a wodą geotermalną daje niewielkie wykorzystanie zawartej w niej energii.

W instalacjach geotermalnych rozwiązaniem jest stosowanie ogrzewania nisko-temperaturowego, bądź łączenie instalacji wysoko- i niskotemperaturowych, czego przykładem może być np. kaskadowe łączenie odbiorników ciepła wymagających za-silania czynnikiem o coraz niższej temperaturze [15].

5. instalacje geotermalne w polsceW Polsce do lat 90. ciepłe wody termalne wykorzystywane były tylko w balneo-

logii i rekreacji. Od 1993 r. uruchomiono w kraju sześć geotermalnych instalacji cie-płowniczych, których podstawowe dane omówiono poniżej (rys. 4) [15].

rys. 4. Lokalizacja istniejących w Polsce instalacji wykorzystujących wody geotermalne

Pierwszą polską ciepłownię geotermalną oddano do eksploatacji w roku 1994 w Bańskiej koło Zakopanego [3, 7, 9, 15]. Woda o temperaturze 86 °C, pobierana jest z głębokości 2000 m – 3000 m, z maksymalną wydajnością 120 m3/h i doprowadza-na do wymiennika geotermalnego, a następnie po oddaniu w nim ciepła zatłaczana do tej samej warstwy wodonośnej (rys. 5). Podgrzana w wymienniku (rys. 6) woda sieciowa dostarcza ciepło do celów grzewczych i przygotowania ciepłej wody dla oko-ło 200 budynków, kościoła i szkoły. W ciepło zasilany jest również doświadczalny system kaskadowy Laboratorium Geotermalnego PAN, złożony z: suszarni drewna, szklarni, budynku hodowli ryb, tuneli foliowych do upraw roślinnych i basenu ką-pielowego.

Nr 177


75

rys. 5. Ujęcie wody (otwór wydobywczy) ciepłowni geotermalnej w Bańskiej

rys. 6. Wymienniki geotermalne w ciepłowni geotermalnej w Bańskiej

Uruchomiona w 1996 roku w Pyrzycach gazowo-geotermalna ciepłownia o mocy 50 MW była pierwszą dużą instalacją w Polsce, wykorzystującą do produkcji cie-pła ujęcie geotermalne o mocy maksymalnej 13 MW oraz szczytowe kotły gazowe. W układzie ciepłowni zastosowano absorpcyjne pompy grzejne, napędzane energią cieplną wytworzoną w kotłach wysokotemperaturowych. Woda wydobywana z głę-bokości 1650 m, za pomocą dwóch dubletów o wydajność pojedynczego otworu 170 m3/h, przepływa przez zespół filtrów, trafiając do geotermalnych wymienników ciepła (rys. 7).


76

rys. 7. Uproszczony schemat ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach

W wymienniku głównym ciepło wody geotermalnej przekazywane jest do wody sieciowej, podgrzewając ją do temperatury 60 °C. Schłodzona woda geotermalna kierowana jest do drugiego wymiennika, gdzie ulega dalszemu ochłodzeniu do tem-peratury 26 °C, po czym zatłaczana jest do ziemi. W drugim wymienniku geotermal-nym podgrzewa się tylko część wody powrotnej z sieci miejskiej, która najpierw ulega schłodzeniu do temperatury 25 °C w parowaczach absorpcyjnych pomp grzejnych (rys. 9), a następnie zostaje podgrzana w drugim wymienniku do temperatury 41 °C. Do wody sieciowej opuszczającej wymienniki dopływają strumienie wody ogrzanej: w absorberach i skraplaczach pomp ciepła oraz w chłodnicach spalin kotłów szczy-towych i wysokotemperaturowych (rys. 8). Całkowity strumień ogrzanej wody sie-ciowej dopływa do kotłów szczytowych, w których jest dogrzewany do wymaganej temperatury [10, 13, 15].

rys. 8. Nisko- i wysokotemperaturowe kotły w ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach

rys. 9. Absorpcyjne pompy ciepła w ciepłowni geotermalnej w Pyrzycach

Kolejną ciepłownię geotermalną oddano do użytku w 2000 roku w Mszczono-wie [1, 15]. Woda o temperaturze 42 °C, pobierana z wydajnością 60 m3/h ze zło-ża znajdującego się na głębokości 1600 m – 1700 m, cechuje się niskim stopniem mineralizacji (0,5 g/l), co umożliwia jej docelowe wykorzystanie jako wody pitnej, i w efekcie pozwala na rezygnację z zatłaczania. Woda przepływa przez ekonomizer

Nr 177


77

kotła wysokotemperaturowego, gdzie ogrzewa się do temperatury około 44 °C, a na-stępnie przez absorpcyjną pompę grzejną, gdzie ulega schłodzeniu do temperatury około 20 °C – 30 °C, skąd kierowana jest do chłodnicy wentylatorowej, a następnie do stacji uzdatniania. W ciepłowni zastosowano dwa niskotemperaturowe wodne kotły gazowe o mocy 2,4 MW każdy, pełniące rolę kotłów szczytowych. Źródłem energii napędowej dla pompy ciepła o mocy 2,7 MW jest kocioł wysokotemperaturo-wy o mocy 1, 9 MW. Moc szczytowa instalacji wynosi 12 MW (rys. 10).

rys. 10. Uproszczony schemat ciepłowni geotermalnej w Mszczonowie

W 2001 r. została uruchomiona w Uniejowie ciepłownia wykorzystująca wodę o temperaturze 67 °C – 70 °C, wypływającą z głębokości ponad 2000 m pod ciśnie-niem 0,4 MPa (rys. 11 – rys. 12). Woda o mineralizacji 6,8 g/m3 – 8,8 g/m3 posiada właściwości lecznicze, co w przyszłości powinno pozwolić na jej wykorzystanie do celów balneologicznych i rekreacyjnych [15] (przyp. red. W 2008 roku otwarto Termy Uniejów z gorącymi solankami leczniczymi).

rys. 11. Ujęcie wody (otwór wydobywczy) cie-płowni geotermalnej w Uniejowie

rys. 12. Zespół pomp geotermalnych i filtrów ciepłowni geotermalnej w Uniejowie

W drugiej połowie lat 90. na Podhalu rozpoczęto budowę systemu ciepłownicze-go, którego zadaniem ma być zaspokojenie potrzeb cieplnych Zakopanego i Nowego Targu oraz okolicznych miejscowości (rys. 13) [3, 9, 15]. W systemie tym podsta-


78

wowym źródłem energii jest ciepłownia geotermalna wykorzystująca wody o tem-peraturze około 86 °C, wydajności maksymalnej 550 m3/h i ciśnieniu statycznym ~2,7 MPa. Integralną część instalacji stanowi nowoczesna kotłownia szczytowa usytuowana w Zakopanem, wyposażona w dwa gazowe średniotemperaturowe ko-tły wodne oraz agregaty cieplno-prądowe. Docelowo planowana jest rozbudowa sieci przesyłowej w kierunku Nowego Targu. Po ukończeniu inwestycji będzie to najwięk-sza w Polsce instalacja geotermalna, o mocy łącznej 125 MW.

rys. 13. Uproszczony schemat systemu ciepłowniczego Podhala

Jesienią 2002 roku w Słomnikach koło Krakowa została uruchomiona kolejna ciepłownia wykorzystująca energię zawartą w wodzie geotermalnej o temperaturze +17 °C, wydobywanej z głębokości 300 m, która stanowi dolne źródło ciepła dla sprężarkowej pompy ciepła umieszczonej w budynku kotłowni szczytowej, wyposa-żonej w niskotemperaturowe kotły wodne [2, 15, 19].

Ostatnią inwestycją jest ciepłownia w Stargardzie Szczecińskim, która ze względu na temperaturę wody (86,9 °C) wydobywanej głębokość 2672 m, składa się z dubletu geotermalnego oraz geotermalnego wymiennika ciepła o mocy 14 MW. Wydobyta woda geotermalna jest kierowana do wymiennika ciepła, a następnie zatłaczana do tej samej warstwy wodonośnej. Ciepło zawarte w wodzie geotermalnej przekazywane jest do wody sieciowej krążącej w instalacji grzejnej miasta.

6. elektrownie geotermalneW 2005 r. łączna moc elektrowni geotermalnych na świecie wynosiła oko-

ło 10 GW. Większość z nich wykorzystuje wody o temperaturze powyżej 130 °C. W Polsce również prowadzone są prace nad możliwościami wykorzystania energii geotermalnej do wytwarzania energii elektrycznej, co pozwoliłoby na pełną eksplo-atację istniejących źródeł także poza sezonem ogrzewczym.

Budowa instalacji naziemnej elektrowni geotermalnej nie zależy od systemu po-zyskiwania energii, lecz przede wszystkim od temperatury i właściwości wydobywa-

Nr 177


79

nej wody. Wśród spotykanych systemów naziemnych można wyodrębnić dwa zasad-nicze, to jest [13]:• elektrownie z bezpośrednim odparowaniem wody geotermalnej o wysokim ci-

śnieniu i temperaturze w rozprężaczu – separatorze (rys. 14). Uzyskana para, po usunięciu kropelek wody i ewentualnym przegrzaniu, kierowana jest do turbiny parowej, gdzie ulega ekspansji. Skroplona para wodna wraz z wodą wydzieloną w separatorze zatłaczana jest z powrotem do złoża geotermalnego. Tego typu rozwiązanie może być stosowane, gdy temperatura wody geotermalnej wynosi co najmniej 120 °C,

• elektrownie dwuczynnikowe (rys. 15), w których woda geotermalna jest używana do odparowania i ewentualnie przegrzania właściwego niskowrzącego czynnika roboczego krążącego w obiegu wtórnym instalacji i doprowadzanego do turbi-ny parowej. W tym przypadku możliwe jest wykorzystanie wody geotermalnej o niższej temperaturze.

rys. 14. Schemat elektrowni geotermalnej typu Single-Flash z przegrzewaczem pary

rys. 15. Schemat elektrowni geotermalnej dwuczynnikowej z przegrzewaczem pary

Zasoby wód geotermalnych w Polsce tylko w głębokich odwiertach mają tem-peraturę większą od 120 °C. W pracujących ciepłowniach geotermalnych tempera-tura ta w skrajnym przypadku nie przekracza 86 °C. Należy więc przyjąć, że realnie możliwym rozwiązaniem przy budowie elektrowni geotermalnej jest zastosowanie siłowni pracującej wg niskotemperaturowego obiegu Clausiusa-Rankina, wykorzy-stującego niskowrzące czynniki robocze. Potwierdzeniem tych założeń może być elektrownia w Neustadt Glewe (Niemcy), o mocy elektrycznej 210 kW, wykorzy-stująca wodę o parametrach zbliżonych wody w niektórych złożach geotermalnych w Polsce (Stargard Szczeciński).

W elektrowniach bazujących na niskotemperaturowym obiegu Clausiusa-Ranki-na istotnym jest rodzaj użytego czynnika roboczego oraz jego właściwości. Wszyst-kie czynniki niskowrzące, biorąc pod uwagę kształt linii nasycenia, można podzielić na dwie grupy. Do grupy pierwszej zaliczone są te czynniki, które cechują się tym, że izentropowa ekspansja zaczynająca się na linii nasycenia pary nasyconej suchej, odby-wa się w obszarze pary przegrzanej. Do grupy drugiej zaliczono czynniki, dla których ekspansja rozpoczyna się na linii nasycenia pary nasyconej suchej i odbywa się w ob-


80

szarze pary nasyconej mokrej. Szczegółowe informacje na temat zasad funkcjono-wania siłowni z czynnikami niskowrzącymi podane są w odpowiedniej literaturze.

Z prowadzonych przez autorów analiz dotyczących możliwości wytwarzania energii elektrycznej w siłowni z niskowrzącym czynnikiem roboczym, wykorzystu-jącej do tego celu wodę geotermalną o temperaturze 86 °C, czyli taką jaką dysponuje ujęcie geotermalne w Stargardzie Szczecińskim, wynika, że przy strumieniu wydo-bywanej wody 100 m3/h, w siłowni można uzyskać moc teoretyczną rzędu 240 kW. Zwiększenie strumienia wody do 300 m3/h, co odpowiada maksymalnemu wydo-byciu z tego ujęcia, pozwoliłoby na trzykrotne zwiększenie mocy. Mając jednak na uwadze istniejące zapotrzebowanie na ciepło na cele centralnego ogrzewania, lep-szym rozwiązaniem jest zastosowanie zamiast elektrowni geotermalnej – elektrocie-płowni.

7. podsumowanieW ostatnim okresie zaobserwowano znaczny wzrost zainteresowania wykorzy-

staniem energii geotermalnej, w wyniku czego powstało kilka instalacji bazują-cych na energii ciepłych wód, których zadaniem jest wytwarzanie ciepła do celów grzewczych. Pracujące ciepłownie geotermalne różnią się między sobą rozwiązania-mi technicznymi, wynikającymi przede wszystkim z odmiennych parametrów wód geotermalnych, wielkości pozyskiwanych mocy cieplnych oraz wielkości i rodzaju odbiorców ciepła.

Biorąc pod uwagę duże zasoby wód geotermalnych oraz istniejące opracowania studialne dotyczące możliwości ich wykorzystania w wielu miejscowościach w Pol-sce, można wyrazić pogląd, że w najbliższych latach liczba ciepłowni geotermalnych powinna wzrosnąć. Jednocześnie w licznych pracach podane zostały warunki sprzy-jające wdrażaniu projektów ciepłowni geotermalnych. Budowa takich obiektów jest ekonomicznie uzasadniona przede wszystkim w miejscowościach o dużej liczbie mieszkańców i rozbudowanym przemyśle, którzy to odbiorcy gwarantują możliwie stały i duży odbiór energii cieplnej z ujęć geotermalnych.

Należy spodziewać się, że w pobliżu ciepłowni geotermalnych będą powstawać także inne obiekty wykorzystujące energię geotermalną. Mogą to być obiekty o prze-znaczeniu rekreacyjnym, np. parki wodne, ale również obiekty o przeznaczeniu typo-wo rolniczym i przemysłowym – szklarnie, suszarnie produktów rolnych, suszarnie drewna, baseny do hodowli ryb itp. Tworzenie systemu o zróżnicowanych tempera-turowo odbiorcach ciepła sprzyja większej efektywności pracy ciepłowni i bardziej efektywnemu wykorzystaniu energii wód geotermalnych.

Na podstawie prowadzonych analiz można również stwierdzić, że realnym przedsięwzięciem są koncepcje wykorzystania energii geotermalnej do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach pracujących z niskotemperaturowymi czynni-kami roboczymi (wg tzw. organicznego obiegu C-R), a prototypowe instalacje tego typu powinny powstać w najbliższym czasie. Istniejące prognozy przewidują, że dynamiczny rozwój ciepłowni geotermalnych w Polsce powinien nastąpić w latach 2020–2050.

Nr 177


81

8. bibliografia 1 Balcer M.: Geotermia w Mszczonowie – rozwiązanie na miarę XXI wieku, Czy-

sta Energia, 3(2001). 2 Bujakowski W.: Nowa geotermia w Słomnikach. GlobEnergy, 1(2003), str. 30–31. 3 Geotermia na Podhalu. Materiały informacyjne PEC Geotermia Podhalańska,

Zakopane. 4 Górecki W.: Atlas zasobów energii geotermalnej na Niżu Polskim, Wyd. GEOS,

Kraków 1996. 5 Górecki W., Kuźniak T., Kozdra T.: Zasoby wód i energii geotermalnej na Niżu

Polskim oraz możliwości ich przemysłowego wykorzystania, Odnawialne Źró-dła Energii, Warszawa, 10–11.12.2001.

6 Kabat M., Nowak W., Sobański R.: Zasady wykorzystania energii wód geoter-malnych do celów ogrzewczych budynków. Projekt KBN Nr 7TO7G-010-10 (materiały nie publikowane), Szczecin 1999.

7 Kępińska B.: Energia geotermalna w Polsce – stan i perspektywy wykorzystania. Odnawialne Źródła Energii, Warszawa, 10–11.12.2001.

8 Lound J. W.: Sposoby bezpośredniego wykorzystania energii geotermalnej, Technika Poszukiwań Geologicznych, Geosynoptyka i Geotermia, 4(2000).

9 Materiały Instytutu Gospodarki Surowcami i Energią PAN, Laboratorium Geo-termalne. Kraków.

10 Miejski system ciepłowniczy w Pyrzycach – praktyczne wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce. Międzynarodowe Seminarium Naukowo-Techniczne. Szczecin, 10.02.1996.

11 Ney R., Sokołowski J.: Wody geotermalne Polski i możliwości ich wykorzysta-nia, Nauka Polska, Nr 6, 1987.

12 Nowak W., Borsukiewicz-Gozdur A.: Analysis and assessment of the effective-ness of operation of binary power plant utilising geothermal water with a me-dium enthalpy, Transaction of IFFM, 114 (2003).

13 Nowak W., Sobański R., Kabat M., Kujawa T.: Systemy pozyskiwania i wyko-rzystania energii geotermicznej, Wyd. Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2000.

14 Nowak W., Stachel A.: Stan i perspektywy wykorzystania niektórych odna-wialnych źródeł energii w Polsce, Wyd. Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2004.

15 Porochnicki J., Chodkiewicz R., Krysiński J.: Elektrociepłownia geotermalna. Czysta Energia, 1(2001), str. 11–12.

16 Sobański R., Kabat M., Nowak W.: Jak pozyskać ciepło z Ziemi, COIB, War-szawa 2000.

17 Sokołowski J.: Zarys programu działań w zakresie energii geotermalnej, Instal 10 (2001), 54–57.

18 Zieja T.: Słomniki na wodzie. GlobEnergy, 1(2003), str. 31–33.

Przedruk z e-pisma naukowo-technicznego dla praktyków Automatyka, Elektryka, Zakłócenia nr 4/2011