Źródła energii odnawialnej Zasoby energii pierwotnej w Polsce Energia odnawialna, stan i perspektywy Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru Energia wodna Biomasa Termiczna utylizacja odpadów komunalnych Podsumowanie Literatura Wyszukiwarka |
Energia geotermalnaEnergia geotermalna jest to energia zakumulowana w głębi Ziemi w postaci gorących skał i wód. Jest ona praktycznie niewyczerpalna gdyż pochodzi z wnętrza Ziemi w wyniku konwekcji i przewodzenia. Geotermia opiera się na gorących skałach lub wodach poniżej 1000 m, na mniejszych głębokościach temperatury skał i wód nadają się jedynie do wykorzystania w płytkiej geotermii wspomaganej przez pompy ciepła. Źródłem ciepła wnętrza Ziemi są reakcje rozpadu pierwiastków promieniotwórczych 238U, 235U, 232Th oraz 40K. Rocznie Ziemia traci 1021 J ciepła. Skorupa ziemska zbudowana jest ze skał osadowych i wulkanicznych o różnej przewodności cieplnej. Im skorupa jest bardziej skonsolidowana i starsza tym stanowi lepszy ekran dla przewodnictwa ciepła. Ilość ciepła jaka jest skumulowana w danym zbiorniku skalnym można określić za pomocą wzoru (1):Q=P*m*p*(T0-TK)*1015 [cal] (1) Gdzie: P - powierzchnia obszaru zbiornika, m - miąższość poziomu geotermalnego, p - średnia zawartość efektywna skał zbiornikowych, T0 - temperatura wody w zbiorniku, TK - temperatura wody zatłaczanej do złoża, 1015 - przelicznik do zmiany objętości z km3 na cm3. Zasoby statyczne energii geotermalnej określa wzór (2): ES=A*m*((1-nE)*pS*cS+nE*pW*cW)(TS-T0)) [J] (2) Gdzie: A - powierzchnia obszaru, m - miąższość warstw wodonośnych, nE - porowatość efektywna skał zbiornikowych, TS - temperatura w stopie zbiornika geotermalnego, T0 - średnioroczna temperatura na powierzchni Ziemi, pW, pS - średnia gęstość wody i szkieletu skalnego kg/m3, cW, cS - średnie ciepło właściwe wody i szkieletu skalnego J/kg*K. Ocenę zasobów bilansowych określa się mnożąc zasoby statyczne przez współczynnik wydobycia R0=0,33. Moc cieplna możliwa do uzyskania ze złoża: PT=Q*cW*(T1-T2) [kW] (3) Gdzie: Q - wydajność otworu, CW - ciepło właściwe wody, T1-T2 - temperatura schłodzenia wody. Zasoby geotermalne dzielimy na hydrotermiczne i petrotermiczne. Obecnie częściej wykorzystywane są zasoby hydrotermiczne gdyż odnoszą się one do wody lub pary zawartej w szczelinach skalnych. Wynika to z lepszych możliwości pozyskania ciepła z takich złóż. Zasoby petrotermiczne są zasobami raczej perspektywicznymi ze wzglądu na konieczność wtłaczania w gorącą strukturę skalną znacznych ilości wody z powierzchni Ziemi. Jeśli temperatura czynnika grzewczego przekracza 120-150° to można go wykorzystać do produkcji energii elektrycznej. Przy niższych temperaturach uzyskane ciepło wykorzystuje się do celów grzewczych, klimatyzacyjnych, uzyskania ciepłej wody użytkowej, do celów balneologicznych i rekreacyjnych. Źródła energii geotermalnej ze względu na stan skupienia nośnika ciepła i jego wysokość temperatury można podzielić na następujące grupy: - grunty i skały do głębokości 2500 m, z których ciepło pobiera się za pomocą pomp ciepła, - wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych, - wody gorące, wydobywane za pomocą głębokich odwiertów eksploatacyjnych, - para wodna wydobywana za pomocą odwiertów, mająca zastosowanie do produkcji energii elektrycznej, - pokłady solne, z których energia odbierana jest za pomocą solanki lub cieczy obojętnych wobec soli, - gorące skały, gdzie woda pod dużym ciśnieniem cyrkuluje przez porowatą strukturę skalną. Uzyskiwane ciepło z głębi Ziemi wykorzystuje się zasadniczo tylko na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest zastosowanie pompy ciepła do ogrzewania budynku (rys.1). W tym systemie odbiór energii realizowany jest przez wymiennik ciepła, który jest umieszczony na niewielkiej głębokości (do 200 m). Wymiennik taki może być umieszczony również poziomo na głębokości 2 m. Czynnikiem obiegowym jest tutaj woda z dodatkiem środka przeciwzamarzającego (25-30%) lub solanka. Układ taki jest stosowany w gospodarstwach indywidualnych. W przypadku znacznych głębokości (powyżej 2500) temperatura czynnika grzewczego może osiągnąć na tyle wysoką wartość, że ciepło odzyskuje się w tradycyjnych wymiennikach bez wspomagania pompą ciepła. W tym przypadku instalacja jest zdolna do ogrzania kilkudziesięciu, a nawet kilkuset budynków jednorodzinnych. Drugim powszechnym zastosowaniem ciepła Ziemi jest budowa elektrowni geotermalnej do produkcji prądu elektrycznego (rys.2). Woda geotermalna z odwiertu oddaje ciepło czynnikowi termodynamicznemu właściwego obiegu, a następnie jest zatłaczana z powrotem do złoża. Czynnik w postaci pary jest skierowany do turbiny wytwarzającej prąd elektryczny. Skroplony czynnik termodynamiczny w skraplaczu zawracany jest do wymiennika gdzie ulega ponownemu odparowaniu. Energie geotermalna jest coraz częściej wykorzystywana w Polsce i na świecie ze względu na swoje niewątpliwe zalety. Jest czysta ekologicznie, a koszt pozyskania 1 GJ energii wynoszący 3,5 - 10 USD jest przeważnie niższy od energii uzyskanej ze spalania gazu lub ropy. Należy jednak zwrócić uwagę na możliwe zagrożenia ze strony energii geotermalnej. Podczas eksploatacji złoża geotermalnego może dojść do emisji szkodliwych gazów uwalniających się z geopłynu. Jest to przede wszystkim siarkowodór H2S, który należy pochłonąć w odpowiednich instalacjach. To z kolei podraża koszt uzyskanej energii. Innym zagrożeniem jest radon, produkt rozpadu radioaktywnego uranu, który wydobywa się wraz z parą z odwiertu geotermalnego. Przy niewłaściwym zaprojektowaniu instalacji geotermalnej istnieje ponadto niebezpieczeństwo wystudzenia złoża w dłuższym okresie czasu. Zasoby energii geotermalnej w PolsceNa obecnym poziomie techniki ocenia się, że z dość znacznych zasobów energii geotermalnej istnieje możliwość tylko niewielkiego ich wykorzystania. W Polsce z geotermii można uzyskać około 4 mln t.p.u. rocznie. Przewaga wód o temperaturze do 80 °C ogranicza ich wykorzystanie głównie w ciepłownictwie.Zasoby energii geotermalnej w Polsce.Okręg / Ilość energii mln t.p.u.Grudziącko-warszawski 9835 Szczecińsko-łódzki 18812 Przedsudecko-północnoświętokrzyski 995 Pomorski 162 Przybałtycki 241 Lubelski 193 Podlaski 113 Przedkarpacki 1555 Karpacki 714 Razem 32620 Polska ze względu na duże zaludnienie i strukturę geologiczną ma znaczne możliwości rozwoju energii geotermalnej. Za szybkim rozwojem geoenergetyki przemawiają następujące argumenty: - znaczne zanieczyszczenie atmosfery, gleby i wód powierzchniowych w wyniku spalania węgla, - możliwość wykorzystania istniejącej już sieci odwiertów eksploatacyjnych, - łatwość pozyskania wód geotermalnych na obszarze ponad 250 tys. km2, na których znajduje się około 30 mln mieszkańców, - korzystne warunki do wykonania odwiertów eksploatacyjnych i chłonnych, - udane inwestycje na Podhalu, w Pyrzycach i w Żyrardowie potwierdzające opłacalność ekonomiczną instalacji geotermalnych, - możliwości szerokiego wykorzystania geotermii w ciepłownictwie, suszarnictwie, balneologii i rekreacji. Ze wszystkich niekonwencjonalnych źródeł energii, energia geotermalna jest najbardziej stabilna w czasie i daje największe efekty ekonomiczne. Pewność dostaw energii cieplnej z ciepłowni geotermalnej i jej konkurencyjny koszt w porównaniu do energii z węgla przemawia za jej rozwojem i szerszym zastosowaniem. Efektywność ekonomiczna źródeł geotermalnych będzie wzrastać ze względu na rosnące wymogi w zakresie ochrony środowiska. Duże instalacje będą mogły pracować jako niezależne źródła ciepła, a małe jako systemy wspomagające konwencjonalne ciepłownie. Zastosowanie geotermii jest ograniczone do rejonów gęsto zaludnionych ze względu na ekonomikę procesu. Transport ciepła z ciepłowni geotermalnych jest opłacalny do kilku kilometrów co zmusza do możliwie efektywnego wykorzystania energii w miejscu jej pozyskania. Strona Główna |
|