Wykorzystanie energii geotermalnej do produkcji ciepła i energii elektrycznej w Polsce

• Autorzy: Nowak W. , Stachel A.A.

Warianty tytułu

EN

Utilisation of geothermal energy in production of heat and electricity in Poland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono podstawowe koncepcje pozyskiwania i wykorzystywania wód geotermalnych do celów energetycznych oraz przedstawiono rozwiązania geotermalnych instalacji ciepłowniczych. Ponadto scharakteryzowano wpływ parametrów wody sieciowej i geotermalnej na ilość pozyskiwanego ciepła geotermalnego, a także znaczenie stosowania instalacji niskotem-peraiw owych odbioru ciepła i ich oddziaływanie na ilość pozyskiwanej energii, w tym korzyści wynikające z łączenia instalacji wysoko- i niskotemperaturowych. Na tym tle scharakteryzowano funkcjonujące w Polsce ciepłownie geotermalne, podając ich podstawowe parametry i przeznaczenie. Przedstawiono planowane w przyszłości przedsięwzięcia zmierzające do uruchomienia kolejnych instalacji geotermalnych. Osobną część pracy stanowi omówienie możliwości wykorzystania energii geotermalnej do produkcji energii elektrycznej. W literaturze przedmiotu można znaleźć dużą ilość informacji na temat wykorzystania wód geotermalnych o wysokiej entalpii do wytwarzania energii elektrycznej, przy czym najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest system jednoczynnikowy z bezpośrednim odparowaniem wody geotermalnej zasilającej turbinę. Jednak większość tak eksploatowanych elektrowni geotermalnych wykorzystuje wody o temperaturze powyżej 130°C. Tymczasem w Polsce temperatura wód geotermalnych przekracza 120°C tylko w bardzo głębokich odwiertach, a w istniejących ciepłowniach geotermalnych wynosi maksymalnie 86°C. Z tego też względu energia wód geotermalnych w Polsce może być wykorzystywana albo do wspomagania pracy klasycznych elektrowni i elektrociepłowni zasilanych paliwami konwencjonalnymi, albo jako zasadnicze źródło ciepła w elektrowniach geotermalnych bazujących na tzw. niskotemperaturowym obiegu Clausiusa-Rankine'a. Jako ilustrację tych możliwości przedstawiono koncepcję wykorzystania wód geotermalnych do wspomagania pracy dwóch klasycznych elektrociepłowni opalanych paliwem stałym. Ponadto zaprezentowano wyniki prowadzonych prac, mających na celu ocenę możliwości wykorzystania energii geotermalnej wód o średniej i wysokiej entalpii do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach i elektrociepłowniach z tzw. organicznym obiegiem Clausiusa--Rankine'a. W pracy omówiono zasadę działania obiegów niskotemperaturowych oraz podano przykładowe wyniki obliczeń i możliwości praktycznego ich zastosowania. Omówiono również perspektywy dalszego rozwoju tej dziedziny energetyki w Polsce.

EN

Until the mid nineties of the past century geothermal waters were utilised in Poland primarily in balneology. Their practical implementation in the power sector started with commissioning in 1993 of a demonstration geothermal installation in Banska near Zakopane. Presently in Poland there are in operation six installations based on resources of hot water with temperatures ranging from 17 to 86°C. In the majority of cases these waters are exploited by means of geothermal doublets. That means that extracted to the surface water, following the removal of heat from it, is subsequently pumped back to the bed. In two cases cooled water is used for drinking purposes. In the paper, a fundamental concept of acquisition and utilization of geothermal water for power production purposes is discussed as well as adequate designs of thermal installations are presented. Additionally, it has been characterized the influence of parameters of geothe-mal water and network water on the amount of acquired geothermal heat as well as importance of application of low-temperature installations including the benefits stemming from combination of high and low temperature installations. In that light, operating in Poland geothermal heat stations have been characterized by presenting their parameters and destination. Investments underway and planned in future have been discussed. A separate part of work is description of the possibilities of utilization of geothermal energy for production of electricity. In literature can be found a number of information on utilization of geothermal waters with high enthalpy for production of electricity, where most often encountered solution is a single component system with a direct evaporation of geothermal water supplying the turbine. However, majority of operated in such way geothermal power stations utilizes water with temperatures exceeding 130°C. In Poland temperature of geothermal water exceeds 120°C only in very deep boreholes and in geothermal heat stations it reaches 86°C at maximum. For that reason energy of geothermal waters can be used in Poland only in supporting operation of classical power plants and heat and power plants, or as a principal heat source in geothermal power plants based on so called low temperature Clausius-Rankine cycle. As an illustration of these possibilities in the paper a concept of utilization of geothermal waters for aiding operation of two classical heat and power stations on solid fuel has been presented. Additionally, there have been presented the results of activities carried out at the moment aimed at utilization of energy from geothermal waters with medium and high temperature for production of electricity in power stations and heat and power stations with a so called organic Clausius-Rankine cycle. In the paper, the principle of operation of low-temperature cycles as well as sample results of calculations and possibilities for their practical implementation have been presented. Perspectives of further development of that branch of power sector in Poland has been also discussed.

Słowa kluczowe

PL

energia geotermalna; wykorzystanie energii geotermalnej; ciepłownia geotermalna; elektrownia geotermalna; elektrociepłownia geotermalna

EN

geothermal energy; utilization of geothermal energy; geothermal heat plant; geothermal power plant; geothermal heat and power plant

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 9, nr 1
• Strony: 8--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Nowak W.

autor

Stachel A.A.

• Politechnika Szczecińska, Katedra Techniki Cieplnej, al. Piastów 17, 70-310, Szczecin

Bibliografia

• [1] Górecki W., Atlas zasobów energii geotermalnej na Niżu Polskim. GEOS. Kraków 1996.
• [2] Sokołowski J., Metodyka oceny zasobów geotermalnych i warunki ich występowania w Polsce, Mat. Polskiej Szkoły Geotermalnej. III Kurs. Wyd. PGA : CPPGSMiE PAN. Kraków-Stręszecin 1997.
• [3] Nowak W., Borsukiewicz-Gozdur A., Analysis and assessment of the effectiveness of operation of binary power plant utilising geothermal water with a medium enthalpy. Transaction of IFFM 2003,114.
• [4] Kabat M., Nowak W., Sobański R.. Zasady wykorzystania energii wód geotermalnych do celów ogrzewczych budynków, Projekt KBN Nr 7TO7G-010-10 (materiały niepublikowane), Szczecin 1999.
• [5] Lound J.W., Sposoby bezpośredniego wykorzystania energii geotermalnej. Technika Poszukiwań Geologicznych, Geosynoptyka i Geotermia 2000. 4.
• [6] Nowak W., Sobański R., Kabat M., Kujawa T., Systemy pozyskiwania i wykorzystania energii geotermicznej, Wyd. Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2000.
• [7] Nowak W., Stachel A., Stan i perspektywy wykorzystania niektórych odnawialnych źródeł energii w Polsce, Wyd. Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2004.
• [8] Sobański R., Kabat M., Nowak W. Jak pozyskać ciepło z Ziemi. COIB, Warszawa 2000.
• [9] Nowak W., Stachel A.. Influence of parameters of geothermal water on utilisation of the water in small heating systems. Acta Mechanica Slovaka 1999. 3. 187-192.
• [10] Nowak W., Stachel A. Analysis of the floor-heating influence on the degree of geothermal energy use in the central heat source. Acta Mechanica Slovaka 2000. 3, 417-422.
• [11] Nowak W., Stachel A., Modelling of thermal-hydraulic processes of geothermal energy extraction and utilisation, Transactions of IFFM 2001, 109, 45-57.
• [12] Balcer M., Geotermia w Mszczonowie - rozwiązanie na miarę XXI wieku, Czysta Energia 2001,3.
• [13] Chodkiewicz R., Hanusek P., Porochnicki J., Acquisition of electricity from geothermal resources, Cieplne Maszyny Przepływowe 2001, 120.
• [14] Shulman G., Low temperature flashed steam power generation. Proceedings of the World Geothermal Congress, Florence 1995.
• [15] Gawlik K.; Hassam V., Advanced binary cycles: Optimum working fluids, Geothermal Resources Council, Annual Meeting 1998. California. USA.
• [16] Bonca Z., Butrymowicz D., Dambek D.. Depta A., Targański. W. Handbook: Refrigeration fluids and heat carriers, IPPU Masta 1998.
• [17] Sokołowski J., Zarys programu działań w zakresie energii geotermalnej, Instal 2001, 10, 54-57.