Jednootworowe systemy eksploatacji energii geotermalnej - porównawcza analiza techniczna w warunkach geologicznych południowej Polski

• Autorzy: Pająk L. , Barbacki A. P.

Warianty tytułu

EN

Single well systems of geothermal energy exploitation – comparative technical analysis in geological conditions of Southern Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule dokonano porównania dwóch schematów jednootworowej eksploatacji energii geotermicznej. Dane wynikowe otrzymano w wyniku modelowania numerycznego procesów wymiany ciepła i masy zachodzących w trakcie prowadzenia eksploatacji energii cieplnej. W celach porównawczych oba schematy analizowano w identycznych warunkach geologicznych występujących w południowej Polsce - na obszarze Przedgórza Karpat. Zamieszczono dane geologiczne, które są niezbędne do symulacji numerycznych i określenia efektów pracy porównywanych systemów. Przeanalizowano dwa podstawowe sposoby jednootworowej eksploatacji energii geotermicznej. Schemat pierwszy polega na eksploatacji wód termalnych, od których na powierzchni odbiera się ciepło i ponownie zatłacza do złoża. Rozpatruje się tu zatem równoczesną eksploatację i zatłaczanie płynu tym samym odwiertem (ang. Simultaneous Production and Injection - SPI). Rozkład temperatury i ciśnienia w omawianym schemacie eksploatacji jest określany przy wykorzystaniu symulatora numerycznego TOUGH2. Drugi sposób jednootworowej eksploatacji energii geotermicznej polega na wykorzystaniu współosiowego otworowego wymiennika ciepła (ang. Borehole Heat Exchanger - BHE). BHE składa się z dwóch współosiowych rur o różnej średnicy (obudowa odwiertu oraz współosiowa - izolowana termicznie rura wewnętrzna). Wymianę ciepła w BHE i sąsiadujących z nim skałach opisuje zaproponowany przez autorów model numeryczny. Zależnie od warunków złożowych istnieje możliwość wyboru jednej z wyżej opisanych metod eksploatacji energii cieplnej. Eksploatacja energii geotermicznej w oparciu o schemat eksploatacji wody termalnej (SPI) w porównaniu do współosiowego wymiennika ciepła (BHE) cechuje się znacznie lepszymi parametrami energetycznymi, pozwalając osiągać wyższe i bardziej stabilne w czasie moce cieplne systemu.

EN

The paper presents calculations and comparative analyses based on real geological conditions in the region of the Carpathian Foredeep – Southern Poland, for two methods of geothermal energy exploitation by one well: simultaneous production and injection (SPI) of two water-bearing layers and coaxial bore-hole heat exchanger (BHE). Geological data and inlet data for technical calculations are presented. Depending on the reservoir’s conditions two mentioned ways of thermal energy extraction are assessed. The first one is based on geothermal water extraction up to the surface, where water is cooled down and reinject. Extraction and reinjection simultaneously by one well is considered. A temperature and pressure distribution for this type of exploitation scheme was calculated by TOUGH2 numerical simulator. The bore hole heat exchanger was used as the second way of geothermal heat extraction. The coaxial BHE consists of two coaxial tubes of different diameter (the well casing and inner insulated pipe). The heat exchange in the coaxial heat exchanger and surrounding rocks is described by the numerical model (Pająk 2000). Both methods are presented for the same reservoir conditions. The operating scheme based on geothermal water exploitation and reinjection by one well gives much higher thermal output than the coaxial heat exchanger scheme. Furthermore, when insulation is good enough, the power does not drop during operating time, as can be noticeable in the coaxial heat exchanger system.

Słowa kluczowe

PL

energia odnawialna; energia geotermalna; system eksploatacji jednootworowej; modelowanie numeryczne

EN

renewable energy; geothermal energy; single well exploitation system; numertical simulation

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Technika Poszukiwań Geologicznych
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 44, nr 6
• Strony: 13--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pająk L.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Zakład Energii Odnawialnej, 31-261 Kraków, ul. J. Wybickiego 7

autor

Barbacki A. P.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Zakład Energii Odnawialnej, 31-261 Kraków, ul. J. Wybickiego 7

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Zakład Energii Odnawialnej, 31-261 Kraków, ul. J. Wybickiego 7,

Bibliografia

• 1. CARSLAW H. S., JAEGER J. C., 1948 - Conduction of heat in solida. Oxford at the Calderon Press, 386.
• 2. HOLMAN J. P., 1989 - Heat transfer, SI edition. McGraw-Hill Book Co., Singapore, 676 pp.
• 3. PAJĄK L., 2000 - Usage of existing deep bore-holes as heat exchangers. Proceedings of the World Geothermal Congress 2000 Kyushu-Tohoku, Japan, 3523-3528.
• 4. PAJĄK L., 2001 - Simultaneous production and injection of two water - bearing layers in the same well. The United Nations University - Geothermal training programme, Iceland, 331-354.
• 5. PLEWA S., 1984 - Rozkład parametrów geotermalnych na obszarze Polski. Wyd. CPPGSMiE PAN, Kraków, 123 pp.
• 6. SHVETS I., TOLUBINSKY V., KIRAKOVSKY N., NEDUZHY I., SHELUNDKO I., 1975 - Heat engineering. Mir Publishers, Moscow, 573 pp.