A structural-thermal model of the Karkonosze Pluton (Sudetes Mountains, SW Poland) for Hot Dry Rock (HDR) geothermal use

• Autorzy: Bujakowski W. , Barbacki A. , Miecznik M. , Pająk L. , Skrzypczak R.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2016-0061

Warianty tytułu

PL

Model strukturalno-termiczny Plutonu Karkonoszy (Sudety, Polska SW) w kontekście technologii wykorzystania ciepła gorących suchych skał (HDR)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main objective of this study was to develop a spatial temperature distribution of the Karkonosze Pluton to indicate optimum locations for HDR systems at drillable depth. HDR geothermal technology makes it possible to extract heat from the Earth in areas where no hydro-geothermal resources are present. To produce electricity in a binary cycle, system temperatures of > 100°C are usually required. In this paper, the authors have analysed the potential opportunities for applying HDR technology in the area of the Karkonosze Pluton, which is regarded as an optimum location for the application of the HDR concept (due to the potential for stimulation offered by the mechanical properties of the granites, radiogenic heat production, modern tectonic activity, and the thickness of the pluton). The model used in the analysis, which takes into account a hypothetical assessment of the manner and paths of fluid migration within the pluton, provides an insight into the spatial distribution of subsurface temperatures. It thus allows the location of relatively shallow high-temperature zones, which are optimal for the efficient application of HDR technology, to be identified. With respect to this technology, the Szklarska Poręba area and the NE part of the pluton seem to be better targets than the Cieplice central area, where the model indicated much lower temperatures (e.g. at a depth of 5,000 m, estimated temperatures in the vicinity of Szklarska Poręba were about 185°C and in the vicinity of Cieplice they were about 140°C).

PL

Celem badań było opracowanie przestrzennego rozkładu temperatur plutonu Karkonoszy dla wskazania optymalnej lokalizacji dla systemu HDR na głębokościach osiągalnych wierceniami. Geotermalna technologia HDR umożliwia wykorzystanie ciepła wnętrza Ziemi na obszarach pozbawionych płynów termalnych głównie a aspekcie produkcji energii elektrycznej w systemach binarnych. Dla efektywnej pracy takich systemów wymagana jest temperatura górotworu powyżej 100°C. W artykule autorzy analizowali potencjalną możliwość zastosowania technologii HDR na obszarze plutonu Karkonoszy, który potraktowano jako optymalny dla zastosowania systemu HDR – głównie wskutek mechanicznej podatności granitów na procesy sztucznego szczelinowania, wysoką produkcję ciepła radiogenicznego, współczesną aktywność tektoniczną oraz znaczną miąższość plutonu. Prezentowany, hipotetyczny model strukturalno-termiczny uwzględniający sposób i drogi migrujących płynów pokazuje przestrzenny rozkład wgłębnych temperatur w obrębie plutonu. Umożliwia to lokalizację stref wysokich temperatur położonych względnie płytko, a zatem optymalnych dla efektywnego zastosowania technologii HDR. W tym kontekście, strefa plutonu w rejonie Szklarskiej Poręby oraz jego część NE przedstawiają się korzystniej niż strefa centralna w rejonie Cieplic, gdzie przeprowadzone modelowanie wskazuje temperatury znacznie niższe (np. w strefie Szklarskiej Poręby na głębokości 5000 m temperatury około 185°C natomiast w strefie Cieplic około 140°C).

Słowa kluczowe

EN

HDR technology; Karkonosze Pluton-Poland; structural and thermal model

PL

technologia HDR; Karkonosze; model strukturalno-termiczny; anomalia termiczna

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 61, no. 4
• Strony: 917--935
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bujakowski W.

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Wybickiego 7, 31-261 Kraków, Poland

autor

Barbacki A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Department of Environmental Management and Protection, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Miecznik M.

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Wybickiego 7, 31-261 Kraków, Poland

autor

Pająk L.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Department of Environmental Management and Protection, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Skrzypczak R.

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Wybickiego 7, 31-261 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Barbacki A., 2012. Classification of geothermal resources in Poland by exergy analysis –comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16 (1): 123-128.
• [2] Barbacki A., 2010. Geological and technical aspects of geothermal energy utilization in South-East Poland. Environment Protection Engineering, 36 (1):25-34.
• [3] Barbacki A., 2001. Middle Jurassic geothermal formation in central part of the Carpathian Foredeep and neighboring areas (Southern Poland). Przegląd Geologiczny, vol. 49, nr. 10/1, p. 894-900.
• [4] Bażyński J., Graniczny M., Oberc J., Wilczyński M.S., 1986. Photogeological Map of Sudety Mountains 1:200 000. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
• [5] Borkowska M., 1966. Petrografia granitu Karkonoszy. Geologia Sudetica, 2: 7-119.
• [6] Bujakowski W., 2010. The use of geothermal waters in Poland (state in 2009) (in Polish with English summary). Przegląd Geologiczny, 58 (7): 580-588.
• [7] Bujakowski W., Barbacki A., Czerwińska B., Pająk L., Pussak M., Stefaniuk M., Trześniowski Z., 2010. Integrated seismic and magnetotelluric exploration of the Skierniewice, Poland, geothermal test site. Geothermics, 39 (1): 78-93.
• [8] Bujakowski W., Barbacki A.P., Skrzypczak R., Kasztelewicz A., 2012. Exploratory drilling planned for modelling of hot dry rock (HDR) geothermal system in the Karkonosze Mts. (in Polish with English summary). Przegląd Geologiczny, 60 (4): 199-205.
• [9] Bujakowski W., Pająk L., Tomaszewska B., 2008. Renewable energy resources in the Silesian Voivodship (Southern Poland) and their potential utilization. Mineral Resources Management, 24 (2): 409-426.
• [10] Centralna Baza Danych Geologicznych PIG. 2010, PIG Warszawa.
• [11] http://geoportal.pgi.gov.pl/portal/page/portal/cbdg. 2010-03-13.
• [12] Dadlez R., Marek S., Pokorski J., 2000. Mapa geologiczna Polski bez utworów kenozoiku 1: 1 000 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• [13] Dowgiałło J., 2000. Thermal water prospecting results at Jelenia Góra-Cieplice (Sudetes, Poland) versus geothermometric forecasts. Environmental Geology, 39 (5): 433-436. Springer-Verlag.
• [14] Förster A., Förster H-J., 2000. Crustal composition and mantle heat flow: Implications from surface heat flow and radiogenic heat production in the Variscan Erzgebirge (Germany). Journal of Geophysical Research, vol. 105, No B12, p. 27,917-27,938.
• [15] Frączek P., Kaliski M., Siemek., 2013. The modernization of the energy sector in Poland vs. Poland’s energy security. Archives of Mining Sciences. Vol. 58, No 2, p. 301-316.
• [16] Kotański Z., 1987. Geologiczna kartografia wgłębna. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
• [17] Majorowicz J., 1984. Problem of Tectonic Interpretation of Geothermal Field Distribution in the Platform Areas of Poland. Publications of the Institute of Geophysics, Polish Academy of Science, Journal A-13 (160).
• [18] Majorowicz J., Plewa S., 1977. The Results of Surface Heat Flow Investigation of the Earth Performed in Poland. Publications of the Institute of Geophysics, Polish Academy of Science, Journal A-3 (103).
• [19] Majorowicz J., Plewa S.,1979. Study of Heat Flow in Poland with Special Regard to Tectonophysical Problems. [In:] Terrestial Heat Flow in Europe, V. Čermak, Rybach L. (eds), Springer Verlag, Berlin, pp: 240-252.
• [20] Mazur S., Aleksandrowski P., Szczepański J., 2010. Outline structure and tectonic evolution of the Variscian Sudetes. Przegląd Geologiczny, 58 (2):133-145.
• [21] Miecznik M., Pająk L., 2012. Review of processes taking place in HDR systems in the context of numerical modeling of the results. (in Polish with English summary). Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 448 (1): 247-250.
• [22] Plewa M., 1988. Analiza zmian gęstości powierzchniowego strumienia cieplnego ziemi na obszarze Polski. Zeszyty Naukowe AGH Geofizyka Stosowana, z.1: 109-122.
• [23] Plewa S., 1994. Distribution of geothermal parameters on the territory of Poland. (in Polish with English summary). Wydawnictwo Centrum Podstawowych Problemów Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.
• [24] Preuss K., Oldenburg C., Moridis G., 1999. TOUGH2 User’s Guide. Version 2.0 Lawrence Berkley National Laboratory, California.
• [25] Rybach L., 1973. Wärmeproduktionsbestimmungen an Gestein der Schweizer Alpen. Beitr. Geol. Schweiz, Geotechn. Ser. Lfg. 51, Kümmerly&Frey, Bern.
• [26] Skrzypczak R., 2010. Igneous and metamorphic rocks of Sudetes and their Foreland – implication for the hot dry rock (HDR) technology. (in Polish with English summary). Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 49 (1-2): 99-116.
• [27] Skrzypczak R., 2011. Propositions for locations of research for geothermal hot dry rock technology in the Sudety region. (in Polish with English summary). Technika Poszukiwań Geologicznych, Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 50 (1-2): 93-108.
• [28] Stefaniuk M., Czerwiński T., Klityński W., Wojdyła M., 2008. Zastosowanie metody magnetotellurycznych profilowań ciągłych w badaniach strukturalnych. Geologia, 34: 60-64.
• [29] Szałamacha J., 1956. Janowice Wielkie M33-44Bd, arkusz Szczegółowej Mapy Geologicznej Sudetów 1:25 000. Instytut Geologiczny.
• [30] Szałamacha M., Tucholska K., 1957. Jelenia Góra Wschód M33-44Bc, arkusz Szczegółowej Mapy Geologicznej Sudetów 1:25 000. Instytut Geologiczny.
• [31] Szewczyk J., Gientka D., 2009. Mapa gęstości ziemskiego strumienia cieplnego Polski. PIG Warszawa. www.pig.gov.pl.
• [32] Śliwa T., Gołaś A., Wołoszyn J., Gonet A., 2012. Numerical model of borehole heat exchanger in ANSYS CFX software. Archives of Mining Sciences. Vol. 57, No 2, p. 375-390.
• [33] Tomaszewska B., 2008. The prognosis of scaling phenomena in geothermal system using the geochemical modeling methods. (in Polish with English summary). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 24 (2/3): 399-407.
• [34] Tomaszewska B., Pająk L.,2012. Dynamics of clogging processes in injection wells used to pump highly mineralized thermal waters into the sandstone structures lying under the Polish Lowlands. Archives of Environmental Protection, 38 (3): 105-117.
• [35] Tomaszewska B., Pająk L., 2013a. Using Treated Geothermal Water to Replenish Network Water Losses in a District Heating System. Polish Journal of Environmental Studies, 22 (1): 249-256.
• [36] Tomaszewska B., Pająk L., 2013b. Cooled and desalinated thermal water utilization in the Podhale Heating System. (in Polish with English summary). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 29 (1): 127-139.
• [37] www.geoportal.gov.pl
• [38] Żelaźniewicz A., Cwojdziński S., England R., Zientara P., 1997. Variscides in the Sudetes and the reworked Cadomian orogen: evidence from the GB-2A seismic reflection profiling in southwestern Poland. Geological Quarterly, 41 (3): 289-308.