Assessment of Possibilities of Electricity Production in Flash Geothermal System in Poland

• Autorzy: Barbacki A. , Pająk L.

Identyfikatory

DOI

10.7494/geom.2017.11.3.17

Warianty tytułu

PL

Ocena możliwości wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu obiegów z separacją pary w polskich warunkach geotermalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An analytical method is described that expresses the specific power of a flash geothermal power plant with flash temperature regarded as a variable. The analysis was carried out for a condensation temperature for fluid exiting a theoretical turbine and for a given geothermal reservoir temperature. The method is a linear approximation of the established method for optimizing separator pressure. This linear approximation makes it possible to obtain an analytical expression for the optimum fl ash temperature (fixing the separation pressure) at which the maximal specific power is obtained. A discussion arose in Poland during extensive research related to the application of binary systems, HDR (Hot Dry Rock), and EGS (Enhanced Geothermal System) technologies for the production of electricity. This concerned the hypothetical possibility of using geothermal flash systems for this purpose. Therefore, the above procedure was applied to Polish geothermal conditions to assess the theoretical possibilities of operating such systems at the reservoir temperatures anticipated in Poland. In the lower Triassic formations in central Poland, there are geothermal resources with temperatures hovering above 130°C. However, low net power values were estimated following the application of the procedure; when combined with the large investment costs involved (the high-temperature resources lie at a depth more than 4000 m), this is not condusive for the efficient application of such systems. On the other hand, the possible application of binary systems to electricity production in that area is realistic and justified.

PL

Przedstawiono metodykę oceny dostępnej mocy jednostkowej (odniesionej do strumienia płynu geotermalnego) siłowni geotermalnej wykorzystującej obieg z separacją pary (ang. flash system). Analizy prowadzono, uwzględniając temperaturę kondensacji pary wychodzącej z turbiny przy różnej temperaturze złożowej. Zaproponowano metodykę optymalizacji ciśnienia separacji pary przy założeniu, że ekspansja pary w turbinie zachodzi izentropowo. Uwzględniając te założenia, opracowano analityczną zależność umożliwiającą ocenę optymalnej temperatury (której odpowiada optymalne ciśnienie), dla której powinien być prowadzony proces separacji pary i cieczy. Optymalizację prowadzono z zamiarem osiągnięcia maksymalnej mocy elektrycznej dostępnej dla określonego strumienia płynu geotermalnego. Prezentowane w artykule rozważania zostały zainicjowane badaniami dotyczącymi możliwości wykorzystania systemów ciepła gorących suchych skał HDR (ang. Hot Dry Rock) i geotermalnych systemów wspomaganych EGS (ang. Enhanced Geothermal System) do produkcji energii elektrycznej w polskich warunkach geotermalnych. W centralnej Polsce w utworach triasu dolnego przewiduje się możliwość eksploatacji płynów geotermalnych o temperaturze ponad 130°C. Jednak z uwagi na niewielką osiąganą moc elektryczną, w połączeniu z wysokimi przewidywanymi nakładami inwestycyjnymi (wspominane zasoby energii geotermalnej zalegają na głębokościach większych niż 4000 m), wykorzystanie tych systemów raczej nie będzie opłacalne. Zasoby te mogą zostać jednak efektywnie zagospodarowane do wytwarzania energii elektrycznej w siłowniach binarnych.

Słowa kluczowe

EN

geothermal energy; geothermal power plant; flash cycle; specific power; Poland

PL

energia geotermalna; siłownie geotermalne; obieg z separacją pary; moc właściwa; Polska

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Geomatics and Environmental Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 11, no. 3
• Strony: 17--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Barbacki A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Department of Environmental Management and Protection, Krakow, Poland

autor

Pająk L.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Department of Environmental Management and Protection, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Barbacki A.: Classification of geothermal resources in Poland by exergy analysis – Comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, 2012, pp. 123–128.
• [2] Barbacki A., Uliasz-Misiak B.: Geothermal energy of the Mesozoic Basin in The Carpathian Foredeep, Kraków Region, Poland. Applied Energy, vol. 74, 2003, pp. 65–73.
• [3] Bujakowski W., Barbacki A.: Potential for geothermal development in Southern-Poland. Geothermics, vol. 3, 2004, pp. 383–395.
• [4] Bujakowski W., Barbacki A., Czerwińska B., Pająk L., Pussak M., Stefaniuk M., Trześniowski Z.: Integrated seismic and magnetotelluric exploration of the Skierniewice, Poland, geothermal test site. Geothermics, vol. 39, 2010, pp. 78–93.
• [5] Bujakowski W., Pająk L., Tomaszewska B., 2008. Renewable energy resources in The Silesian Voivodship (Southern Poland) and their potential utilization. Mineral Resources Management, Poland, Cracow, vol. 24, pp. 409–426.
• [6] Bujakowski W., Tomaszewska B. (red. nauk.): Atlas of the possible use of geothermal waters for combiner production of electricity and heat using binary systems in Poland (Atlas wykorzystania wód termalnych do skojarzonej produkcji energii elektrycznej i cieplnej w układach binarnych w Polsce). Polska Akademia Nauk. Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią, Kraków 2014.
• [7] Ciężkowski, W., Farbisz J., Grzegorczyk K.: Projekt głębokiego wiercenia w krystaliniku sudeckim dla potrzeb elektrowni wykorzystującej ciepło ziemi metodą HDR. Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia, Zrównoważony Rozwój, nr 1–2, 2011, pp. 81–91.
• [8] DiPippo R.: Exergy analysis of combined electricity and direct-heat geothermal flashsteam plants. Geothermal Resources Council Transaction, vol. 11, 1987, pp. 411–416.
• [9] Gong Y., Luo C., Ma W., Wu Z.: Thermodynamic Analysis of Geothermal Power Generation Combined Flash System with Binary Cycle. [in:] Proceedings World Geothermal Congress – Bali, Paper 2607, 2010 [CD].
• [10] Górecki W. [red.] et al.: Atlas zasobów geotermalnych formacji mezozoicznej na Niżu Polskim [Atlas of geothermal energy resources in the Polish Lowlands. 1. Mesozoic formations]. AGH, Krakow 2006.
• [11] Kanoglu M., Dincer I., Rosen M.A.: Understanding energy and exergy efficiencies for improved energy management in power plants. Energy Policy, vol. 35, 2007, pp. 3967–3978.
• [12] Kępińska B.: Geothermal energy country update report from Poland, 2010–2014. [in:] Proceedings World Geothermal Congress 2015 – Melbourne, Australia, 19–25 April 2015, Paper 01039, 2015 [CD].
• [13] Pająk L., Bujakowski W.: Geothermal energy in binary systems [Energia geotermalna w systemach binarnych]. Przegląd Geologiczny, nr 11/2, t. 61, 2013, pp. 699–705.
• [14] Ryley D.J.: An analytical expression in terms of temperature only for optimizing the flash cycle for geothermal power plants. Geothermics, vol. 7, 1978, pp. 9–15.
• [15] Shulman G.: Low temperature flashed steam power generation. [in:] Proceedings of the World Geothermal Congress, 1995: Florence, Italy, 18–31 May 1995, International Geothermal Association 1995, pp. 2059–2061.
• [16] Stachel A.: Wykorzystanie energii wnętrza Ziemi. Wyd. Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego, Szczecin 2013.
• [17] Tomaszewska B.: Koncepcja odsalania wód termalnych w kontekście poprawy bilansu wodnego. Część II – Wstępne wyniki badań. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, nr 445, 2011, pp. 693–700.
• [18] Tomaszewska B.: The use of ultrafiltration and reverse osmosis in the desalination of low mineralized geothermal waters. Archives of Environmental Protection, vol. 37, issue 3, 2011, pp. 63–77.
• [19] Tomaszewska B., Pająk L.: Dynamics of clogging process in injection wells used to pump highly mineralized thermal waters into the sandstone structures lying under the Polish Lowlands. Archives of Environmental Protection, vol. 38, issue 3, 2012, pp. 105–117.