Wykorzystanie energii geotermalnej w projekcie

Świętokrzyski Park OZE

Klasyfikacje i metodyka oceny zasobow energii geotermalnej

Zasoby geotermalne jest to całkowita ilość energii (ciepła) nagromadzonej w skorupie ziemskiej, do danej głębokości, w odniesieniu do określonego obszaru bilansowego (obliczeniowego) oraz średniej rocznej temperatury na powierzchni ziemi (Muffler, Cataldi, 1978).

Energia zakumulowana w skorupie ziemskiej mo Ŝe przybiera ć roŜne formy. Z tego względu mo Ŝemy wyró Ŝnić:

a) energię hydrogeotermalną - w której nośnikiem energii jest ciepła woda podziemna, eksploatowana otworami wiertniczymi;

b) energię petrogeotermalną (zasoby ciepła skał) - w której nośnikiem energii (ciepła) sąmedia (zwykle woda) wprowadzane otworami wiertniczymi do nagrzanych formacji skalnych tzw. suche gorące skały (HDR - Hot Dry Rocks) lub wysady solne;

c) energię geociśnień - energia hydrauliczna zakumulowana w skorupie ziemskiej, w płynach występujących pod ciśnieniem litostatycznym (ciśnienie nadkładu skał) przekraczającym normalne ciśnienie hydrostatyczne;

d) energię magmy - gdzie źródłem anomalii cieplnych są ciała magmowe oraz intruzje gorącej magmy penetrujące uskoki tektoniczne, podgrzewające otaczające skały oraz infiltrujące w głąb skał wody opadowe.

Cykl Kaliny

Uniejów

Uniejów

Uniejów

Słomniki

X 3

Wody termalne jako kopalina

Zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów (Rozporządzenie RM, 2006) do wód termalnych zaliczamy te wody, które na wypływie z ujęcia posiadają temperaturę co najmniej 20oC.

Jest to umowna, przyjęta w Polsce, granica pomiędzy wodami termalnymi i niskotemperaturowymi, która wynika z relacji do temperatury ciała ludzkiego i moŜliwości wykorzystania wód do celów balneologicznych (Dowgiałło, Karski, Potocki, 1969).

Prawo geologiczne i górnicze mówi, Ŝe wody termalne stanowiąkopalinę podstawową, na wydobycie której niezbędne jest uzyskanie koncesji, której udziela Minister Środowiska. Z uwagi na niski próg temperatury przyjęty w definicji wód termalnych (20oC) praktycznie kaŜda inwestycja związana z udostępnieniem geotermalnego źródła ciepła wymaga zastosowania podobnych procedur prawnych dla uzyskania niezbędnych koncesji.

Woda zawiera w 1 dm 3 co najmniej: Nazwa wody

od 1000 mg rozpuszczonych

składników stałych

mineralna

10 mg jonu Ŝelazawego Ŝelazista

2 mg jonu fluorkowego fluorkowa

1 mg jonu jodkowego jodkowa

1 mg H2S (siarki dwuwartościowej) siarczkowa

70 mg kwasu metakrzemowego krzemowa

250 mg CO2 niezwiązanego kwasowęglowa (250-999 mg CO2)

szczawa (od 1000 mg CO2)

74 Bq radonu radonowa

temperatura od 20°C termalna

Tab.1. Podzia ł wód leczniczych na podstawie zawarto ści sk ładników swoistych (na podst. Rozporz ądzeń: Dz.U.06.32.220, Dz.U.06.80.565).

Rozmieszczenie uzdrowisk statutowych na terenie Polski.

Uzdrowisko Temperatura wód [°C]

Ciechocinek 27

Konstancin 30

Cieplice 20-86,7

Lądek 20-45

Ustroń 28

Rabka 28

Iwonicz 20

Temperatury eksploatowanych wód termalnych w uzdrow iskach polskich.

Rodzaj k ąpieliTemperatura wody

[°C]

Mineralizacja wody

[g/dm 3]

rekreacyjne 24 – 30 do 35

rekreacyjno-leczniczy 28 - 32 do 40

lecznicze 28 - 40 do 60

Wymagania stawiane wodom do k ąpieli.

Do najczęściej stosowanych zabiegów balneoterapeutycznych, które wykorzystująwody mineralne naleŜą:

• kąpiele lecznicze;• kuracja pitna (krenoterapia);• inhalacje;• irygacje,• płukania.

Typ zabiegu Temperatura wody [°C]

chłodny 22 -27

letni 28-33

ciepły 34-37

gorący 38-42

Temperatury wód stosowanych w hydroterapii (Ponikow ska, Ferson, 2009).

Energetyczny aspekt wykorzystania wód termalnych z rejonu NiŜu Polskiego

ZaleŜność temperatur i strumieni mieszających się wód moŜna zobrazować

w poniŜszym wzorem:

Gdzie:

• – strumień masy wody dostarczonej po wymieszaniu; • – strumień masy wody słodkiej; • – strumień masy wody geotermalnej na wylocie z otworu; • cv – ciepło właściwe mieszaniny; • cv1 – ciepło właściwe wody słodkiej; • cv2 – ciepło właściwe wody geotermalnej na wylocie z otworu; • T – temperatura wody dostarczonej do odbiornika; • T1 – temperatura wody słodkiej; • T2 – temperatura wody geotermalnej na wylocie z otworu;

Przy czym ciepło właściwe mieszaniny cv jest równe:

Daje to w ostateczności temperaturę wody rozcieńczonej T wynoszącą:

Stopień rozcieńczenia wody jest czynnikiem determinującym jej mineralizację

w basenie oraz temperaturę, poniŜszy wzór przedstawia zaleŜność stopnia rozcieńczenia od:

• zadanego, w zaleŜności od potrzeb, stęŜenia procentowego solanki

w basenie Sb;

• mineralizacji wody złoŜowej S2.

Wzór ogólny na moŜliwą do uzyskania temperaturę wody na „wejściu” do basenu przedstawia

się następująco:

gdzie:

• - ciepło właściwe wody termalnej na głowicy otworu wiertniczego eksploatacyjnego Ryc.9.;

• - temperatura wody termalnej na głowicy otworu wiertniczego eksploatacyjnego.

dalej

gdzie:

• - długość otworu wiertniczego eksploatacyjnego; • - temperatura wody termalnej w złoŜu;

• - gęstość wody termalnej.

Tab. 13. Wielko ści strat jednostkowych dla okres u 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h) i ró Ŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla pr ędko ści wiatru 1;2;4 m/s.

Czas trwania sezonu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h)

temp wody oC 25 28 30 32 35 38 40

nasłonecznienie kJ/(m2*h) 588 588 588 588 588 588 588

v=1 m/s

Qk kJ/(m2*h) 142 188 219 250 296 342 373

Qr kJ/(m2*h) 180 234 271 307 361 416 452

Qp kJ/(m2*h) 1235 1637 1905 2173 2575 2977 3245

Qc kJ/(m2*h) 971 1641 2088 2534 3204 3874 4321

Q kJ/(m2*sezon) 1687280 3475044 4666886 5858729 7646492 9434256 10626098

Qcc kJ/(m2*h) 970 1472 1807 2142 2645 3147 3482

v=2 m/s

Qk kJ/(m2*h) 243 318 368 419 494 569 620

Qr kJ/(m2*h) 180 234 271 307 361 416 452

Qp kJ/(m2*h) 1612 2345 2833 3322 4054 4787 5275

Qc kJ/(m2*h) 1449 2311 2886 3461 4324 5186 5761

Q kJ/(m2*sezon) 3412242 6008058 7738602 9469146 12064962 14660778 16391322

Qcc kJ/(m2*h) 1447 2310 2885 3459 4322 5185 5759

v=4 m/s

Qk kJ/(m2*h) 448 586 678 770 909 1047 1139

Qr kJ/(m2*h) 180 234 271 307 361 416 452

Qp kJ/(m2*h) 2805 3747 4375 5003 5945 6887 7515

Qc kJ/(m2*h) 2847 3982 4738 5494 6629 7764 8520

Q kJ/(m2*sezon) 6991956 11095020 13830396 16565772 20668836 24771900 27507276

Qcc kJ/(m2*h) 2846 3980 4737 5493 6628 7762 8518

Tab. 14. Wielko ści strat jednostkowych dla okresu 15 kwietnia - 15 października (4300h) i ró Ŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla pr ędko ści wiatru 1;2;4 m/s.

Czas trwania sezonu 15 kwietnia - 15 października (4300h)

temp wody oC 25 28 30 32 35 38 40

nasłonecznienie kJ/(m2*h) 399 399 399 399 399 399 399

v=1 m/s

Qk kJ/(m2*h) 218 255 281 306 343 381 406

Qr kJ/(m2*h) 272 327 363 399 454 508 544

Qp kJ/(m2*h) 1424 1842 2121 2400 2819 3238 3517

Qc kJ/(m2*h) 1516 2018 2353 2688 3190 3693 4028

Q kJ/(m2*sezon) 2658618 4898556 6391848 7885140 10125078 12365016 13858308

Qcc kJ/(m2*h) 1515 2025 2366 2706 3217 3728 4069

v=2 m/s

Qk kJ/(m2*h) 360 444 500 555 639 723 779

Qr kJ/(m2*h) 272 327 363 399 454 508 544

Qp kJ/(m2*h) 1696 2638 3266 3894 4836 5778 6406

Qc kJ/(m2*h) 2119 3010 3605 4199 5091 5983 6577

Q kJ/(m2*sezon) 4856688 8080524 10229748 12378972 15602808 18826644 20975868

Qcc kJ/(m2*h) 1929 3009 3729 4449 5530 6610 7330

v=4 m/s

Qk kJ/(m2*h) 678 800 881 962 1083 1204 1285

Qr kJ/(m2*h) 272 327 363 399 454 508 544

Qp kJ/(m2*h) 3266 4187 4801 5415 6336 7257 7871

Qc kJ/(m2*h) 3818 4915 5647 6378 7475 8572 9303

Q kJ/(m2*sezon) 9838980 14528196 17654340 20780484 25469700 30158916 33285060

Qcc kJ/(m2*h) 3817 4914 5646 6377 7474 8571 9302

Tab. 15. Wielko ści strat jednostkowych dla okresu 15 października - 15 kwietnia (4300h)i ró Ŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla pr ędko ści wiatru 1;2;4 m/s.

Czas trwania sezonu 15 października - 15 kwietnia (4300h)

temp wody oC 25 28 30 32 35 38 40

nasłonecznienie kJ/(m2*h) 0 0 0 0 0 0 0

v=1 m/s

Qk kJ/(m2*h) 557 603 634 664 710 756 787

Qr kJ/(m2*h) 699 754 790 826 881 935 971

Qp kJ/(m2*h) 1851 2261 2534 2808 3218 3629 3902

Qc kJ/(m2*h) 3128 3617 3944 4271 4760 5250 5577

Q kJ/(m2*sezon) 8834148 11011284 12462708 13914132 16091268 18268404 19719828

Qcc kJ/(m2*h) 3107 3617 3958 4298 4809 5320 5661

v=2 m/s

Qk kJ/(m2*h) 946 1026 1079 1132 1211 1291 1344

Qr kJ/(m2*h) 699 754 790 826 881 935 971

Qp kJ/(m2*h) 2638 3224 3615 4005 4592 5178 5568

Qc kJ/(m2*h) 4283 5045 5553 6061 6823 7585 8093

Q kJ/(m2*sezon) 12686004 15742368 17779944 19817520 22873884 25930248 27967824

Qcc kJ/(m2*h) 4283 5003 5483 5963 6684 7404 7884

v=4 m/s

Qk kJ/(m2*h) 1738 2106 2352 2597 2966 3334 3580

Qr kJ/(m2*h) 699 754 790 826 881 935 971

Qp kJ/(m2*h) 4312 5150 5708 6266 7104 7941 8499

Qc kJ/(m2*h) 6749 8009 8849 9690 10950 12210 13050

Q kJ/(m2*sezon) 20096640 25120800 28470240 31819680 36843840 41868000 45217440

Qcc kJ/(m2*h) 6749 8009 8849 9690 10950 12210 13050

Tab. 16. Wielko ści strat jednostkowych dla okresu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h) i ró Ŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla basenu zadaszonego. Czas trwania sezonu 01 maja - 30 września (sezon wakacyjny 3500h)

temp wody °C 25 28 30 32 35 38 40

nasłonecznienie kJ/(m2*h) 588 588 588 588 588 588 588

v=0 m/s

Qc kJ/(m2*h) 285 373 431 490 578 666 724

Q kJ/(m2*sezon) 753624 1067634 1276974 1486314 1800324 2114334 2323674

Tab. 17. Wielko ści strat jednostkowych dla okresu 15 kwietnia - 15 października (4300h) i ró Ŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla basenu zadaszonego. Czas trwania sezonu 15 kwietnia - 15 października (4300h)

temp wody °C 25 28 30 32 35 38 40

nasłonecznienie kJ/(m2*h) 399 399 399 399 399 399 399

v=0 m/s

Qc kJ/(m2*h) 410 490 543 596 675 755 808

Q kJ/(m2*sezon) 879228 1151370 1332798 1514226 1786368 2058510 2239938

Tab. 18. Wielkości strat jednostkowych dla okresu 15 pa ździernika - 15 kwietnia (4300h) i ró Ŝnych temperatur wody w misce basenowej, dla basenu zadas zonego. Czas trwania sezonu 15 października - 15 kwietnia (4300h)

temp wody °C 25 28 30 32 35 38 40

nasłonecznienie kJ/(m2*h) 0 0 0 0 0 0 0

v=0 m/s

Qc kJ/(m2*h) 1118 1202 1257 1313 1397 1481 1537

Q kJ/(m2*sezon) 2009664 2302740 2498124 2693508 2986584 3279660 3475044

Dla basenów krytych określenie zapotrzebowania na energie cieplną wymaga określenia

następujących parametrów:

• – temperatura wody w basenie - 28 – 42 oC • – temperatura powietrza w hali basenowej - 28 – 30 oC

• – wilgotność powietrza - max 70%

• – ilość powietrza zewnętrznego - wentylacja - 10 m3/h•m2

• – zapotrzebowanie świeŜej wody w basenie - 50 kg/ m2•d • – powierzchnia szatni - 0,5 m2/m2 • – powierzchnia hallu wejściowego - 0,1 m2/m2 • – powierzchnia innych pomieszczeń - 0,1 m2/m2 • – ilość natrysków - 0,08 szt./m2 • – ilość dni pracy w roku - ok. 330 • – ilość godzin pracy na dobę - ok. 14 h

Straty ciepła na odparowanie wody z basenu dla załoŜonej średniej wilgotności 60%

wynoszą ok. 250 kJ/ h•m2.

Stratę ciepła na ogrzewanie oblicza się w oparciu o Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z

dnia 17 marca 2009 r. w sprawie szczegółowego zakresu i form audytu energetycznego oraz

części audytu remontowego, wzorów kart audytów, a takŜe algorytmu oceny opłacalności

przedsięwzięcia termomodernizacyjnego (Dz.U.09.43.346).

Bilans ciepła krytego basenu przedstawia się następująco:

gdzie:

• – całkowite zapotrzebowanie na ciepło; • - straty ciepła przez parowanie;

• – wydatek cieplny na ogrzewanie; • – straty ciepła poprzez wentylację pomieszczeń; • – zyski lub straty (w zaleŜności od temperatury wody) ciepła od ludzi w basenie; • – wydatek energetyczny na wymianę wody lub świeŜą wodę geotermalną; • – wydatek cieplny na natryski; • – straty ciepła poprzez ściany basenu; • – straty ciepła poprzez konwekcję.

Ryc.13. Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię cieplną dla basenów zabudowanych (Recknagel i

in., 1994) .

Dziękuję za uwagę