Optymalizacja warunków pracy dubletu geotermalnego w rejonie Kalisza przy zastosowaniu modelowania numerycznego

• Autorzy: Wachowicz-Pyzik A. , Sowiżdżał A. , Pająk L.

Warianty tytułu

EN

Optimization of working conditions for the geothermal doublet in the Kalisz area using numerical modeling

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ramach niniejszego artykułu, przy wykorzystaniu symulatora TOUGH2, podjęto próbę optymalizacji warunków pracy dubletu geotermalnego dla potencjalnej instalacji geotermalnej zlokalizowanej w rejonie Kalisza. Założono, że rozwiązaniem optymalnym będzie najmniejsza odległość między otworami gwarantująca bezpieczną, długoterminową jego pracę. Miarą bezpieczeństwa pracy systemu był brak obserwacji zjawiska tzw. przebicia frontu chłodnego, które polega na spadku temperatury w otworze produkcyjnym spowodowanym dopływem chłodniejszej wody, zatłaczanej otworem chłonnym. Poziom zbiornikowy w analizowanym rejonie budują piaszczyste utwory dolnej kredy i dolnej jury charakteryzujące się bardzo dobrymi parametrami geotermalnymi. Modelowanie przeprowadzono przy założeniu wykorzystania istniejącego odwiertu Zakrzyn IG-1 jako otwór produkcyjny dla potencjalnej instalacji dubletu geotermalnego ujmującego wody podziemne jury dolnej. Analizie poddano różne odległości, od 500 do 3000 m, pomiędzy otworem produkcyjnym i chłonnym. W celu określenia minimalnego dystansu pomiędzy otworami dla każdej odległości testowano te same przedziały wydajności w zakresie od 50 do 150 m3/h. W każdym analizowanym przypadku weryfikacji podlegały wyniki wartości ciśnienia i temperatury w strefie głowicy otworu produkcyjnego i zatłaczającego. Na podstawie otrzymanych wyników możliwy był dobór optymalnej odległości, dla której przyjęty zakres wydajności zapewnił brak wpływu otworu chłonnego na temperaturę medium złożowego w założonym horyzoncie czasowym.

EN

The optimization of working conditions for a potential geothermal doublet located in the area of Kalisz was made using the TOUGH2 simulator. It was assumed that the smallest distance between boreholes in a geothermal doublet would be an optimal solution and guarantees the safe and long-term operation of the doublet. The measure of the system’s safety was lack of phenomenon so-called breakthrough of the cold front observed in simulation results, which consists of a temperature drop in the production borehole caused by the inflow of cooler water, injected by the injection borehole. The level of the reservoir in the analyzed area is built of the lower Cretaceous and lower Jurassic deposits, which are characterized by very good geothermal parameters. The simulations were carried out assuming the use of the existing Zakrzyn IG-1 borehole, as a production well for the potential geothermal doublet, which capture the underground waters of the lower Jurassic aquifer. Different distances from 500 to 3000 m between the production and injection boreholes, were analyzed. In order to determine the minimum distance between boreholes for each distance, the same ranges of the yield from 50 to 150 m3/h, were tested. In each analyzed case, the results of the pressure and temperature values on the head of the production and injection boreholes, were verified. Based on the obtained results, it was possible to select the optimal distance for which the assumed efficiency range ensured that the injection borehole did not influence the temperature of the aquifer in the assumed time horizon.

Słowa kluczowe

PL

energia geotermalna; jura dolna; Kalisz; modelowanie numeryczne

EN

geothermal energy; lower Jurassic; Kalisz; numerical modelling

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Technika Poszukiwań Geologicznych
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 57, nr 2
• Strony: 121--133
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wachowicz-Pyzik A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska, Katedra Surowców Energetycznych, Kraków

autor

Sowiżdżał A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska, Katedra Surowców Energetycznych, Kraków

autor

Pająk L.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska, Katedra Surowców Energetycznych, Kraków

Bibliografia

• 1. Bujakowski i in. 2015 – Bujakowski, W., Barbacki, A., Miecznik, M., Pajak, L., Skrzypczak, R. i Sowiżdżał, A. 2015. Modelling geothermal and operating parameters of EGS installations in the lower triassic sedimentary formations of the central Poland area. Renewable Energy vol. 80, s. 441–453.
• 2. Chowaniec, J. 2009. Studium hydrogeologii zachodniej części Karpat polskich. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego t. 58, s. 762–773.
• 3. Dąbrowski i in. 2010 – Dąbrowski, S., Kapuściński, J., Nowicki, K., Przybyłek, J. i Szczepański, A. 2010. Metodyka Modelowania Matematycznego W Badaniach I Obliczeniach. Hydrogeologicznych. Poradnik, s. 306.
• 4. Deczkowski, Z., 1984. Dokumentacja wynikowa otworu badawczego: ZAKRZYN IG-1. SW/SZ/505, PGNiG S.A., Warszawa; 129223, CAG, PIG.
• 5. Dendys i in. 2014 – Dendys, M., Tomaszewska, B. i Pająk, L. 2014. Modelowanie numeryczne jako narzędzie wspomagające badania systemów geotermalnych. [W:] A. Krawc, I. Jamorowska, 2014 – Modelowanie w Hydrogeologii. Wyd. Nauk. Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, s. 199–206.
• 6. Dendys i in. 2015 – Dendys, M., Tomaszewska, B. i Pająk, L. 2015. Numerical modelling in research on geothermal systems. Bulletin of Geography, Physical Geography Series no. 9, s. 39–44.
• 7. Górecki W. i in. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim. ZSE, AGH, Kraków, s. 484.
• 8. Górecki i in. 2015 – Górecki, W., Sowiżdżał, A., Hajto, M. i Wachowicz-Pyzik, A. 2015. Atlases of geothermal waters and energy resources in Poland. Environmental Earth Sciences vol. 74, i. 12, s. 7487–7495.
• 9. Hajto, M. 2008. Baza zasobowa wód termalnych na niżu polskim – geologiczne i hydrogeologiczne uwarunkowania lokalizacji obszarów perspektywicznych. Geologia t. 34, z. 3, s. 503–526.
• 10. Miecznik, M. 2010. Problematyka modelowania numerycznego 3D złóż geotermalnych. Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia Zrównoważony Rozwój nr 1–2, s. 61–73 s.
• 11. Miecznik i in. 2015 – Miecznik, M., Sowiżdżał, A., Tomaszewska, B. i Pająk, L. 2015. Modelling geothermal conditions in part of the Szczecin Trough – the Chociwel area. Geologos 21, 3, s. 187–196.
• 12. Sokołowski, J., 1974. Obszar przedsudecki. [W:] Budowa geologiczna Polski T. IV, P. 1. Wyd. Geol. Warszawa, s. 101.
• 13. Sowiżdżał, A. 2009. Perspektywy wykorzystania zasobów geotermalnych jury dolnej w północno-zachodniej części Polski do celów ciepłowniczych, balneologicznych i rekreacyjnych. Przegląd Geologiczny t. 57, nr 8, s. 660–661.
• 14. Sowiżdżał, A. 2010. Perspektywy wykorzystania zasobów wód termalnych jury dolnej z regionu niecki szczecińskiej (północno-zachodnia Polska) w ciepłownictwie, balneologii i rekreacji. Przegląd Geologiczny t. 58, s. 613–621.
• 15. Sowiżdżał, A. 2014. Zastosowanie technik cyfrowej kartografii wgłębnej do rozpoznania potencjału geotermalnego zapadliska Przedkarpackiego. Przegląd Geologiczny t. 62, nr 12, s. 842–845.
• 16. Sowiżdżał i in. 2017 – Sowiżdżał, A., Hajto, M., Papiernik, B., Mitan, K. i Hałaj, E. 2017. Możliwości rozwoju sektora geotermii w centralnej Polsce w świetle pogłębionej analizy strukturalno-parametrycznej rejonu niecki mogileńsko-łódzkie. Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia Zrównoważony Rozwój nr 2, s. 15–27.
• 17. Sowiżdżał i in. 2015 – Sowiżdżał, A., Papiernik, B. i Machowski, G. 2015. Rola modelowania strukturalno-parametrycznego w procesie typowania potencjalnej lokalizacji zamkniętych systemów geotermicznych w skałach osadowych. Przegląd Geologiczny t. 62, nr 6, s. 303–307.
• 18. Sowiżdżał i in. 2013 – Sowiżdżał, A., Papiernik, B., Machowski, G. i Hajto, M. 2013. Characterization of petrophysical parameters of the Lower Triassic deposits in prospective location for Enhanced Geothermal System (central Poland). Geological Quarterly 57, s. 729–744.
• 19. Stupnicka, E. 1997. Geologia regionalna Polski. Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, s. 205.
• 20. Szewczyk, J. i Hajto, M. 2006. Strumień cieplny a temperatury wgłębne na obszarze Niżu Polskiego. Heat flow versus sub-surface temperatures in the Polish Lowlands. [W:] W. Górecki (red.), 2006 – Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim. Formacje mezozoiku, MŚ, NFOŚiGW, AGH, PIG, Kraków, s. 143–148; s. 149–151.
• 21. Wachowicz-Pyzik i in. 2016 – Wachowicz-Pyzik, A., Sowiżdżał, A. i Pająk, L. 2016. Wykorzystanie modelowania numerycznego do określenia wpływu konfiguracji otworów na parametry eksploatacyjne dla dubletu geotermalnego w rejonie Choszczna. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury t. 33, z. 63, nr 4, s. 553–564.
• 22. Wachowicz-Pyzik i in., w druku – Wachowicz-Pyzik, A., Sowiżdżał, A. i Pająk, L., w druku. Prediction of capacity of geothermal doublet located in the vicinity of Kalisz using the numerical modeling. Open Access Proceedings E3S Web of Conferences.
• 23. Wojdyga i in. 2011 – Wojdyga, K., Chorzelski, M., Niemyjski, O., Szadkowski, W., Kwestarz, M. i Mirosz, L. 2011. Założenia do planu zapotrzebowania miasta Kalisza na ciepło, energię elektryczną i paliwa gazowe. Uczelniane Centrum Badawcze Energetyki i Ochrony Środowiska, Politechnika Warszawska, Warszawa, s. 132.
• 24. Zdechlik i in. 2015 – Zdechlik, R., Tomaszewska, B., Dendys, M. i Pająk, L. 2015. Przegląd oprogramowania do numerycznego modelowania procesów środowiskowych w systemach geotermalnych. Przegląd Geologiczny nr 10/2, t. 63, s. 1150–1154.
• 25. Żelaźniewicz i in. 2011 – Żelaźniewicz, A., Aleksandrowski, P., Buła, Z., Karnkowski, P.H., Konon, A., Oszczypko, N., Ślączka, A. i Żaba, J. 2011. Regionalizacja tektoniczna Polski. Komitet Nauk Geologicznych PAN, Wrocław, s. 66.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).