Geothermal energy resources in waters from subsurface hard coal, zinc and lead ore mines in the Upper Silesian Coal Basin

• Autorzy: Solik-Heliasz E.

Warianty tytułu

PL

Zasoby energii geotermalnej zawarte w wodach kopalń węgla kamiennego oraz rud cynku i ołowiu w GZW

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The waters flowing into 54 subsurface hard coal, lead and zinc ore mines in the Upper Silesian Coal Basin contain considerable quantities of thermal energy. The assessed stream of thermal energy amounts to 270 MJ per second. Such a quantity is interesting from the viewpoint of economy, therefore an analysis of factors conditioning the possibility of its gaining was carried out. Among the main factors were counted: magnitude and variability of inflows and temperature of waters as well as parameters characterizing the course of pumping of waters from mine workings to the surface. The factors result from natural geological determinants (water saturation of the rock mass) and technical conditionings (course of exploitation and dewatering or flooding of mine workings). The projects of geothermal installations must take into consideration the variability of factors mentioned above and contain appropriate protections. The thermal energy gained from mine waters can be locally utilized for space heating and/or the generation of electric current in hybridized systems, as e.g. binary plant technology.

PL

W regionie górnośląskim z kopalń czynnych i zlikwidowanych wypompowywana jest znaczna ilość wód o temperaturze od kilkunastu do ponad 20°C (Rys. 1 i 2). Zasoby energii związane z tymi wodami są znaczne. Mimo tego nie są one wykorzystywane, a relatywnie ciepłe wody odprowadzane są do cieków powierzchniowych. Niewykorzystanie energii geotermalnej wydaje się oczywistą stratą z punktu widzenia ekologicznego i ekonomicznego. Mając to na uwadze przeprowadzono badania, których celem było określenie ilości/zasobów energii związanej z wodami kopalnianymi oraz możliwości jej zagospodarowania. Zasoby energii nie są stałe; są skutkiem zróżnicowanej wielkości dopływów i temperatury wód kopalnianych. Czynniki te podlegają znacznym fluktuacjom w zależności od uwarunkowań geologicznych i górniczych. Również możliwości pozyskania wód zależą od szeregu czynników naturalnych i technicznych. Dane dotyczące wielkości i zmienności dopływów wód są istotne z punktu widzenia odbioru energii oraz budowy instalacji geotermalnych. Niemniej istotne są informacje dotyczące utrzymania odwodnienia wyrobisk w skali długoterminowej (w latach). Od połowy lat 90-tych zarysowuje się korzystna tendencja likwidacji lokalnych pompowni w kopalniach podziemnych, i tworzenia w ich miejsce dużych, zbiorczych pompowni, ujmujących dopływy z kilku kopalń. Tworzenie dużych pompowni jest gwarancją dostawy dużej ilości wód przez długi okres czasu. Sprzyja to pozyskaniu energii geotermalnej i budowie instalacji o dużej mocy. Ważnym czynnikiem jest również temperatura wód. Wody pochodzące z dopływu naturalnego mają temperaturę zgodną z temperaturą otaczającego górotworu. Jednak w kopalniach podziemnych temperatura wód znacznie odbiega od pierwotnej temperatury górotworu (Solik-Heliasz, red., 2009). Jest ona niższa, a powodem ochłodzenia jest: wentylacja wyrobisk górniczych, ich odwadnianie, mieszanie się wód pochodzących z różnych poziomów wydobywczych kopalń (chłodniejszych z cieplejszymi). Zasoby energii zawarte w wodach kopalnianych oszacowano na 270,2 MJ na sekundę - Tab. 1. Z tej ilości dla: - wód dopływających do kopalń węgla kamiennego wynoszą one ponad 265 MJ, - wód dopływających do kopalń rud cynku i ołowiu, 4,6 MJ. Z łącznych zasobów energii geotermalnej, około 184 MJ (68,1%) związane jest z wodami odprowadzanymi z czynnych kopalń węgla i około 81,6 MJ (30,2 %) z wodami zlikwidowanych kopalń węgla (Rys. 4). Możliwości pozyskania energii z wód kopalnianych zależą od szeregu czynników naturalnych, technicznych oraz ekonomicznych. Wykonane prace aplikacyjne wykazały (Solik-Heliasz, 2009; Solik-Heliasz, Skrzypczak, 2009), że do najważniejszych czynników należą: odległość od źródła energii do odbiorcy oraz przebieg pompowania wód kopalnianych Przykładowy przebieg pompowania przedstawiono na Rys. 7. Zróżnicowanie natężenia pompowania należy uwzględnić w pracach projektowych nad instalacją geotermalną. Energia geotermalna może być wykorzystana do ogrzewania obiektów oraz do odladzania nawierzchni dróg i mostów (Ostaficzuk i Heliasz, 2000). Jednak ze względu na możliwe przerwy w pompowaniu, do układów instalacji geotermalnych należy wprowadzić zabezpieczenia (Solik-Heliasz i Skrzypczak, 2009), na przykład w postaci zbiorników retencyjnych pozwalającym pozyskać energię w okresie przerw w odwadnianiu wyrobisk, lub dodatkowego szczytowego zasilania w energię pochodzącą ze źródeł konwencjonalnych (kotła gazowego, olejowego lub węglowego). Dotychczasowe prace aplikacyjne wykazały, że przy obecnej specyfice pompowania wód oraz obowiązujących cenach na konwencjonalne nośniki energii, do pozyskania energii z wód kopalnianych nadają się głównie sprężarkowe pompy ciepła oraz agregaty kogeneracyjne, produkujące prąd elektryczny do napędu pomp i/lub na potrzeby odbiorcy. Zasoby energii cieplnej zawarte w dopływach wód do kopalń są znaczne i kwalifikują się do wykorzystania gospodarczego. Pozyskaniu energii geotermalnej sprzyja Polityka Energetyczna Polski i Unii Europejskiej. W warunkach GZW jest to tym prostsze, że kopalnie będą musiały być odwadniane jeszcze przez minimum kilkadziesiąt lat - do zakończenia działalności górniczej. Przy tym koszt wyprowadzenia wód kopalnianych na powierzchnię będzie ponosił skarb Państwa. W tych niezwykle sprzyjających warunkach, celowe będzie pozyskanie energii z lokalnych instalacji geotermalnych, które mogą być budowane przy poszczególnych kopalniach. Instalacje te będą bezkolizyjne i nie będą ingerowały w gospodarkę wodno-ściekową kopalń. Zaleca się bowiem odbiór energii w najprostszym układzie technologicznym, czyli po wypompowaniu wód na powierzchnię i przed ich zrzutem do cieków powierzchniowych.

Słowa kluczowe

EN

Upper Silesian Coal Basin; GZW; geothermal energy; mine waters; resources of thermal energy; geothermal installations; energy gaining from mine waters

PL

Górnośląskie Zagłębie Węglowe; GZW; energia geotermalna; wody kopalniane; zasoby energii cieplnej; instalacje geotermalne; pozyskanie energii z wód kopalnianych

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, no 4
• Strony: 961--972
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Solik-Heliasz E.

• Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland,

Bibliografia

• Frolik A., Solik-Heliasz E., Kubica J., Chećko J., Gzyl G., Kura K., 2004. Masterplan - techniczno-ekonomiczna analiza odwadniania zlikwidowanych kopalń w GZW. Dokumentacja Głównego Instytutu Górnictwa (niepublikowana).
• Górecki W., red., 2006. Atlas zasobów geotermalnych na Niżu Polskim. Formacje mezozoiku. Kraków.
• Karwasiecka M., 1996. Atlas Geotermiczny Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (skala 1: 300000). Wydawnictwo Kartograficzne Polskiej Agencji Ekologicznej S.A. Warszawa.
• Karwasiecka M., 2009. Mapy temperatur górotworu na poziomach ścięcia od -500 m do -3000 m, co 250 m. (w:) Atlas zasobów energii geotermalnej w regionie górnośląskim. Utwory neogenu, karbonu i dewonu, red. Solik-Heliasz, Katowice.
• Ostafi czuk S., Heliasz Z., 2000. Ekologiczne możliwości utylizacji zamykanej kopalni węgla - restrukturyzacja z perspektywą. Prace Wydz. Nauk o Ziemi U. Śl.
• Rogoż M., 1987. Zmiana wodoprzepuszczalności górotworu szczelinowatego wskutek zmniejszenia ciśnienia wody. Przegląd Górniczy, nr 1.
• Rogoż M., Posyłek E., 1980. Prognozowanie dopływów wody do kopalń zmodyfikowanymi metodami trendu i współczynnika wodoprodukcyjnego. Prace GIG, Komunikat nr 711.
• Solik-Heliasz E., Skrzypczak S., 2002. Wybór optymalnego systemu grzewczego z wykorzystaniem geotermalnego odzysku ciepła z wód dołowych dla obiektów w rejonie szybu Barbara, ZG Bytom II. Dokumentacja Głównego Instytutu Górnictwa (niepublikowana).
• Solik-Heliasz E., red., 2009. Atlas zasobów energii geotermalnej w regionie górnośląskim. Utwory neogenu, karbonu i dewonu. Katowice.
• Solik-Heliasz E., 2009. Project of Acquiring Energy from Waters of Liquidated Hard Coal Mine. Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia, Zrównoważony Rozwój, 2.
• Solik-Heliasz E., Skrzypczak M., 2009. The technological Design of Geothermal Plant for Producing Energy from Mine Waters. Archives of Mining Sciences, vol. 54, issue 3, p. 563-572.
• Staśko D., Kaliski M., 2006. Model oceny bezpieczeństwa energetycznego Polski w aspekcie prognoz energetycznych na lata 2005-2020. Archives of Mining Sciences nr 51-3.
• Vademecum, 2008. Biuletyn informacyjny Spółki Restrukturyzacji Kopalń S.A. w Katowicach.