BazTech - Yadda

1

Szczególne zagadnienia hydrogeologiczne w ocenie parametrów hydraulicznych w realizacji otworów-studni geotermalnych w Polsce. Artykuł dyskusyjny „Woda źródłem zdrowia – SPA i źródłem energii”.Cz. III

Witek Wiesław

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2023

|

R. 26, Nr 11 (297)

4-9

PL

W artykule autor omawia szeroko zagadnienia związane z wykonaniem otworu hydrogeologicznego ze szczególnym uwzględnieniem określenia parametrów hydraulicznych i parametrów - wskaźników sprawności hydraulicznej głębokiego otworu geotermalnego. Jedną z najważniejszych operacji w wykonaniu studni geotermalnej jest kwestia właściwego zaprojektowania i zapuszczenia kolumny filtracyjnej w tym skuteczne wykonanie zabiegu żwirowania, jeżeli taka operacja ma miejsce oraz całego procesu wywołania i uzdatniana odwiertu-studni, procesu zwanego popularnie DEVELOPMENT. W artykule przedstawiono ogólne zagadnienia dotyczące kwestii geologiczno-złożowych i hydrogeologicznych, w tym głównie opisano 2 typy PZW (Podziemny Zbiornik Wodny) zwanych w nomenklaturze angielskiej AQUIFER ze szczególnym omówieniem TYPU II, a więc PZW z napiętym zwierciadłem lustra wody najczęściej spotykanym w realizacji projektu geotermalnego. Artykuł nawiązuje w części pierwszej do historii rozwoju geotermii w Polsce wskazując jednocześnie na kwestie ekonomiczne efektywności eksploatacji instalacji geotermalnych, w tym problemów jakie pojawiają się po pewnym okresie eksploatacji związanych z wysoką temperaturą wody oraz jej wysoką mineralizacją, co jest najczęściej przyczyną kolmatacji tak filtra jak i złoża. Zagadnienie to wiąże się ściśle z oceną ryzyka realizacji projektów geotermalnych z uwagi na ich bardzo wysokie koszty wykonania, w tym często otworów negatywnych lub nie gwarantujących sukcesu termalnego. Całość artykułu jest opracowana na bazie powszechnie znanej literaturze przedmiotu oraz na bazie własnych doświadczeń autora w realizacji projektów hydrogeologicznych w kraju i za granicą. Całość artykułu jest zobrazowana kilkoma ilustracjami ze wskazaniem na najważniejsze kwestie złożowo-hydrogeologiczne oraz kwestie techniczne związane z eksploatacją dubletu odwiertów, czyli odwiertu-studni eksploatacyjnej oraz odwiertu-studni chłonnej.

EN

In the article the author discusses broadly the issues related to the drilling of a hydrogeological well with particular emphasis on the implementation of hydraulic parameters and hydraulic efficiency of deep geothermal well. One of the most important operations in the execution of a geothermal well is the procedure of proper design and setting of the screen column and effective execution of the gravel placement if such operation is designed. These operations are preceded by many tests and measurements made during the drilling of the well and also after the completion of the drilling called as DEVELOPMENT of the well. In the article author presents general issues concerning geological and deposit and hydrogeological problems, mainly presenting 2 types of PZW called AQUIFER with particularly description of TYPE II called CONFINED AQUIFER. This type of aquifer is mostly met in exploration of geothermal water in Poland and not only. The article in part one shortly presents the history of development of geothermal industry in Poland pointing out the economic issues and economic efficiency of geothermal project mainly for municipal use and some other problems connected with deteriorating and contamination process of well performance connected with high temperature of geothermal water and its high minerals contents. These problems should be cover by risk analysis of the geothermal projects having in mind very high costs of drilling wells, very often negative or not successful and the cost of surface instalations. The whole article is summarized with a list of general recommendations which should apply in the design and execution process of a geothermal well and at the same time indicates the development of appropriate instructions or guidelines in this respect. The whole article is prepared on the basis of commonly known literature on the subject and on the author’s own experience in the implementation of hydrogeological projects in Poland and abroad. The whole article is illustrated by several illustrations indicating the most important deposit-hydrogeological issues and technical issues related to exploration of doublet wells means exploration well vs injection well.

2

Energia geotermalna drogą do zero emisyjnego ciepłownictwa w Polsce

Dziadzio Piotr

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2023

|

R. 26, Nr 12 (298)

9-13

PL

Odnawialne źródła energii bazujące na cieple Ziemi zyskują coraz większe znaczenie w polskim ciepłownictwie. Energia geotermalna dostarcza „czystej”, bez emisyjnej energii, co ma szczególne znaczenie w naszych intensywnych działaniach na rzecz ochrony klimatu i poprawy jakości powietrza w kraju. W Polsce kompleksowo podeszliśmy do kwestii dynamizacji wykorzystania ciepła Ziemi. Wieloletni Program Rozwoju wykorzystania Zasobów Geotermalnych w Polsce, który powstał z inicjatywy Ministerstwa Klimatu i Środowiska, jest taką holistyczną koncepcją jej wykorzystania w naszym kraju. Głównie jednak chcemy zwiększyć wykorzystanie energii geotermalnej poprzez inwestowanie znacznych środków z różnych źródeł w celu dofinansowania projektów związanych z rozwojem geotermii niskotemperaturowej wykorzystującej wymienniki i gruntowe pompy ciepła, wiercenia nowych otworów eksploatacyjnych i chłonnych.

EN

Renewable energy sources based on the Earth’s heat are becoming increasingly important in the Polish heating sector. Geothermal energy provides “clean”, emission-free energy, which is of particular importance in our intense efforts to protect the climate and improve air quality in the country. In Poland, we have taken a comprehensive approach to dynamising the use of the Earth’s heat. The multi-year Program for the Development of the use of Geothermal Resources in Poland, which was developed on the initiative of the Polish Ministry of Climate and Environment, is a holistic concept for the utilisation of geothermal energy in our country. We want to boost geothermal energy utilisation by investing a significant funds from various sources to co-finance projects involving the construction of ground heat exchangers, new exploitation and injection geothermal wells.

3

Wykorzystanie energii geotermalnej w mieście Buk

Zimny Jacek, Struś Mieczysław, Szymiczek Jakub, Szczotka Krzysztof

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2023

|

Vol. 12, iss. 1

129-136

PL

Artykuł przedstawia projekt wykorzystania potencjalnych zasobów geotermalnych w mieście i gminie Buk. W pierwszych rozdziałach przedstawione są warunki geotermalne dla analizowanego regionu oraz potencjalne zbiorniki geotermalne umożliwiające efektywną eksploatacje wód termalnych. W mieście Buk są to zbiorniki jury dolnej, triasu dolnego oraz permu dolnego. Przedstawiona została głębokość technologia wykonania dwuotworowego systemu dubletu geotermalnego. W kolejnych rozdziałach przedstawione są technologie sprężarkowych pomp ciepła umożliwiające maksymalizację wykorzystania ciepła geotermalnego. Na zakończenie przedstawione są potencjalne moce cieplne uzyskane z odwiertu i potencjalny efekt ekologiczny.

EN

The paper presents the potential use of geothermal resources in the town and municipality of Buk. The first chapters present the geothermal conditions for the analyzed region and the potential geothermal reservoirs for the efficient exploitation of thermal water. In the town of Buk, these are the Lower Jurassic, Lower Triassic and Lower Permian reservoirs. The technology of a two-hole geothermal doublet system is presented. In the following chapters, compressor heat pump technologies for maximizing the use of geothermal heat are presented. Finally, the potential heat capacities obtained from the borehole and the potential environmental effect are presented.

4

Możliwości wykorzystania energii geotermalnej w Polsce – modernizacja systemu ciepłowniczego miasta Buk

Zimny Jacek, Struś Mieczysław, Szymiczek Jakub, Szczotka Krzysztof

Rynek Energii

|

2023

|

Nr 3

59--64

PL

Artykuł przedstawia projekt wykorzystania potencjalnych zasobów geotermalnych w mieście i gminie Buk. W pierwszych rozdziałach przedstawione są warunki geotermalne dla analizowanego regionu oraz potencjalne zbiorniki geotermalne umożliwiające efektywną eksploatacje wód termalnych. W mieście Buk są to zbiorniki jury dolnej, triasu dolnego oraz permu dolnego. Przedstawiona została głębokość i technologia wykonania dwuotworowego systemu dubletu geotermalnego. W kolejnych rozdziałach przedstawione są technologie sprężarkowych pomp ciepła umożliwiające maksymalizację wykorzystania ciepła geotermalnego. Na zakończenie przedstawione są potencjalne moce cieplne uzyskane z odwiertu i potencjalny efekt ekologiczny.

EN

The paper presents the potential use of geothermal resources in the town and municipality of Buk. The first chapters present the geothermal conditions for the analyzed region and the potential geothermal reservoirs for the efficient exploitation of thermal water. In the town of Buk, these are the Lower Jurassic, Lower Triassic and Lower Permian reservoirs. The technology of a two-hole geothermal doublet system is presented. In the following chapters, compressor heat pump technologies for maximizing the use of geothermal heat are presented. Finally, the potential heat capacities obtained from the borehole and the potential» environmental effect are presented.

5

Sposób oceny rozkładu temperatury w produkcyjnym otworze geotermalnym przy dopływie mieszaniny solanki i dwutlenku węgla w zakresie warunków nadkrytycznych

Szpunar Tadeusz, Majkrzak Marcin

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 3

190--198

PL

W artykule przedstawiono sposób oceny rozkładu temperatury w produkcyjnym otworze geotermalnym w sytuacji dopływu mieszaniny wody złożowej (solanki) oraz – planowanego jako główny nośnik energii cieplnej – dwutlenku węgla w zakresie nadkrytycznych parametrów ciśnienia i temperatury. We wstępie podkreślono znaczenie ograniczenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery, omówiono krótko charakterystykę przemian fazowych CO2 oraz przedstawiono sposób jego alternatywnego zagospodarowania. Zyskującym w ostatnich latach na popularności sposobem ograniczenia szkodliwego oddziaływania dwutlenku węgla jest jego wykorzystanie jako medium roboczego przy pozyskiwaniu energii geotermalnej, tj. wprowadzenie go do obiegu w układzie otworów (zatłaczającego i produkcyjnego) do wyeksploatowanych złóż węglowodorów (ropy lub gazu). W pracy zobrazowano zasady pracy takich otworów, przedstawiono korzyści wykorzystania w systemach geotermalnych dwutlenku węgla jako płynu roboczego oraz określono warunki niezbędne do efektywnego działania omawianego układu. Jednym z elementów publikacji jest bilans wymiany ciepła pomiędzy płynem przemieszczającym się ze złoża na powierzchnię a górotworem. W ramach rozwiązania problemu zaprezentowano model bilansowy przyjętych i oddanych ilości ciepła przez mieszaninę solanki i dwutlenku węgla w otworze geotermalnym. Przedstawione zostały ponadto procedury określania parametrów CO2 w funkcji ciśnienia i temperatury w odwiercie, w tym lepkość, gęstość i współczynnik przewodzenia ciepła w mieszaninie. Podano również sposób obliczania parametrów koniecznych do określenia współczynnika przejmowania ciepła pomiędzy cyrkulującym płynem a ścianą rury okładzinowej. Na potrzeby obliczeń założono, że temperatura na ścianie odwiertu zmienia się liniowo wraz z głębokością, tzn. zgodnie z tak zwanym gradientem geotermicznym. Podano też zależność umożliwiającą określenie ilości ciepła przekazywanego od górotworu do przepływającej mieszaniny solanki i CO2. Jako element końcowy przedstawiono zależność wielkości temperatury płynu wypływającego z otworu od jego głębokości całkowitej, przyjętego natężenia przepływu i zmiennych proporcji CO2 i solanki w składzie mieszaniny. Wszystkie obliczenia przeprowadzono z uwzględnieniem właściwości CO2 w zakresie parametrów nadkrytycznych ciśnienia i temperatury, wzięto w nich również pod uwagę stopień izolacji cieplnej odwiertu. Przedstawiona została procedura obliczeń, a wyniki przykładu obliczeniowego zestawiono w formie tabelarycznej i graficznej. Na ich podstawie podjęto próbę wskazania, który z rozpatrywanych parametrów wpływa najsilniej na końcową wielkość temperatury wypływającego z odwiertu płynu.

EN

The article presents a method of evaluating temperature distribution in a production geothermal well in case of inflow of a mixture of formation water (brine) and supercritical carbon dioxide, as the main carrier of thermal energy. In introduction the problem of reducing the carbon dioxide emissions to atmosphere and characteristics of CO2 phase transformations are briefly discussed. Provided are alternative methods of utilization of CO2 including its sequestration by injection to the depleted oil and gas reservoirs using the injection and production wells working in tandem. As the main part of the article heat balance is constructed describing heat exchange between fluid flowing up from reservoir and the rock mass. The heat balance is used to find the relation between temperature of brine/CO2 mixture which is out-flowing of the geothermal well. Procedures for determination of CO2 parameters are provided (viscosity, density and thermal conductivity in the mixture) as function of pressure and temperature in the well. The method for calculation of these parameters is presented, which is used to determine heat transfer coefficient between circulating fluid and wall of casing. For the purposes of the calculations, it was assumed that the temperature on the borehole changes linearly with the depth, i.e. in accordance with geothermal gradient. Moreover, the dependence enabling determination of the amount of heat transferred from the rock mass to the flowing mixture of brine and CO2 was given. Carbon dioxide is assumed to be in the supercritical range of temperature and pressure. The results are presented as the relation between temperature of the mixture at various depths of well and for various flow rates and various compositions of the mixture. Due account is given to the impact of the wellbore thermal insulation on temperature and pressure-dependent parameters of carbon dioxide flow in the well. The parameters which govern temperature of brine and CO2 mixture out- flowing of production well are specified. The results are also presented in a graphical and tabular form.

6

Potencjał geotermalny utworów węglanowych górnej jury w rejonie Tarnowa

Miziołek Mariusz, Urbaniec Andrzej, Filipowska-Jeziorek Kinga, Bartoń Robert, Filar Bogdan, Moska Agnieszka, Kwilosz Tadeusz

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 5

300--315

PL

W artykule zaprezentowano wyniki analizy sejsmicznej i otworowej dla utworów jury górnej z rejonu usytuowanego na południe i południowy wschód od Tarnowa, której celem było określenie potencjału geotermalnego tego obszaru. Przeprowadzona analiza geologiczno-złożowa wykazała, że skały węglanowe górnej jury są dobrym kolektorem wód geotermalnych, a najbardziej perspektywiczne do uzyskania większych wydajności są strefy uskokowo-szczelinowe oraz strefy pogrążonego paleokrasu. Świadczą o tym opróbowania przeprowadzone w otworach wiertniczych w interwale skał górnojurajskich, które wykazały przypływy wód termalnych o wydajnościach do 30 m3 /h i temperaturze rzędu 50–80°C. Duża część z tych opróbowań związana jest bądź to ze strefami spękań i uskoków, bądź też z przypowierzchniową strefą rozwoju paleokrasu. Wspomniane utwory górnej jury zalegają w obszarze badań na głębokości od 1600 m do ponad 3000 m p.p.m. W ich nadkładzie występują węglanowe utwory kredy górnej, klastyczne utwory miocenu (autochtonicznego i jednostki zgłobickiej) oraz utwory jednostek tektonicznych Karpat. Zakres przeprowadzonych badań pozwolił na rozpoznanie budowy geologicznej oraz warunków złożowych analizowanego rejonu. Było to podstawą do wytypowania obszaru perspektywicznego, zlokalizowanego we wschodniej części obszaru badań, w obrębie którego można spodziewać się wyższych temperatur oraz możliwości uzyskania większych wydajności wód termalnych, koniecznych do zasilania obiektów energetycznych, ciepłowniczych czy też rekreacyjnych. W rejonie tym na podstawie danych sejsmicznych wyinterpretowano obecność skomplikowanego systemu uskoków, w większości o przebiegu z NW na SE. Dla wytypowanego obszaru perspektywicznego przedstawiono szczegółową charakterystykę parametrów złożowych, istotnych w kontekście poszukiwania i eksploatacji wód geotermalnych.

EN

The article presents the results of a seismic and well analysis conducted for the Upper Jurassic formations in the area south and southeast of Tarnów, aimed at determining the geothermal potential of this area. A geological and reservoir analysis has shown that the Upper Jurassic carbonate rocks are a good collector of geothermal water, and the fault and fracture zones as well as the buried paleokarst zones are the most promising for higher yields. Tests conducted in wells in the interval of the Upper Jurassic rocks, showed thermal water flows of up to 30 m3 /h and temperatures in the range of 50–80°C. A large number of these tests are either associated with zones of faults and fractures, or with the near-surface paleokarst zone. These Upper Jurassic sediments occure in the study area at depths ranging from 1600 meters to more than 3000 meters below sea level. In their overburden are carbonate formations of the Upper Cretaceous, clastic sediments of the Miocene (autochthonous and the Zgłobice Unit) and formations of the tectonic units of the Carpathians. The scope of the study helped determine the geological structure and reservoir conditions of the analyzed region. This was fundamental to the selection of a prospective area, located in the eastern part of the study area, within which higher temperatures and the possibility of higher thermal water yields, necessary for power, heating or recreational facilities, can be expected. In this area, the presence of a complex fault system, mostly running NW-SE, was interpreted from seismic data. A detailed characterization of reservoir parameters relevant to geothermal water exploration and exploitation is presented for the selected prospective area.

7

Analiza termalnych efektów geomechanicznych wywołanych przepływami geotermalnymi

Ruciński Piotr, Szott Wiesław

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 1

28--43

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu efektów temperaturowych na zmianę stanu naprężeń w trakcie pracy złoża geotermalnego. Cel pracy został zrealizowany przy wykorzystaniu metody efektywnego sprzężenia symulacji złożowo-termalnych i geomechanicznych jako sprzężenia hydro-termo-mechanicznego (H-T-M). W ramach tego zadania zbudowano dwa syntetyczne złożowe modele symulacyjne, model przepływowo-termalny oraz model geomechaniczny. Do przepływowego modelu symulacyjnego zaimplementowano dublet otworów: jeden otwór zatłaczający zimną wodę i drugi – wydobywający gorącą wodę. Obliczenia różnych wariantów prognoz przepływu płynów złożowych i energii cieplnej dla złoża geotermalnego realizowano przy użyciu symulatorów Eclipse i Visage pod kontrolą oprogramowania Petrel firmy Schlumberger. W wyniku sprzężonych symulacji uzyskano rozkłady zmian parametrów złożowych (ciśnienia i temperatury) oraz zmian parametrów geomechanicznych (naprężeń i odkształceń) w funkcji czasu. Otrzymane wyniki obliczeń posłużyły do analizy stanu geomechanicznego złoża geotermalnego pod wpływem zmian ciśnienia i temperatury. Dzięki temu możliwe było określenie udziałów efektów temperaturowych i efektów ciśnieniowych w zmianie tensora naprężeń. Wykonane analizy pozwoliły również na wykazanie, który z tych czynników odgrywał dominującą rolę w trakcie pozyskiwania energii geotermalnej. Analiza stanu geomechanicznego została także uzupełniona o analizę stabilności skały złożowej z użyciem diagramów koła Mohra, ze szczególnym uwzględnieniem efektów temperaturowych. Sprzężone symulacje wariantowe pozwoliły na określenie optymalnych parametrów operacyjnych pracy złoża geotermalnego. Zbadano zmienność w czasie temperatury wydobywanej wody dla każdego wariantu symulacyjnego. Skorelowano ze sobą następujące parametry operacyjne: wydajność zatłaczania/odbioru wody i temperaturę zatłaczanej wody oraz wynikowe charakterystyki procesu pozyskiwania energii geotermalnej: czas redukcji temperatury wydobywanej wody do zadanej wartości i całkowitą ilość pozyskanej energii cieplnej. Znalezione zależności pomiędzy wspomnianymi parametrami pozwoliły na optymalizację parametrów operacyjnych pod kątem pozyskania maksymalnej ilości energii cieplnej.

EN

The paper presents analysis of impact of temperature effects on change of stress state during production heat energy from geothermal reservoir. The aim of this paper was achieved by using a method of effective coupling between reservoir-thermal simulations and geomechanical simulations as a hydro-thermo-mechanical coupling (H-T-M). As a part of this project, two synthetic reservoir simulation models were built, a reservoir-thermal model and a geomechanical model. Well doublet was implemented into the reservoir simulation model, a cold water injection well and a hot water production well. The simulation scenarios of reservoir fluid and heat energy flows were calculated for the geothermal reservoir using Eclipse and Visage simulators under the supervision of Petrel software platform (Schlumberger). The results of coupled simulations included distributions of reservoir parameters (pressure and temperature) and geomechanical parameters (stresses and strains) as functions of time. The received results were used for stress state analysis of a geothermal reservoir under changes of pressure and temperature. Consequently, it was possible to determine the contribution of temperature and pressure effects to the change of the stress tensor. The performed analysis also allowed to show which of these factors played a dominant role in the process of producing geothermal energy. The analysis of geomechanical state was also supplemented with reservoir rock stability analysis using Mohr’s circle diagrams, with particular emphasis on temperature effects. Coupled scenario simulations allowed to determine the operating parameters for the maximum thermal energy production from the geothermal reservoir. The time variability of the produced water temperature was investigated for each simulation scenario. The following operational parameters were correlated: the rate of water injection/production and the temperature of the injected water with the resulting characteristics of the geothermal energy production process: the time of reducing the temperature of the produced water to the limiting value and the total amount of thermal energy. The relationships found between the aforementioned parameters allowed for the optimization of operational parameters in terms of obtaining the maximum amount of thermal energy.

8

Obecne wykorzystanie i kierunki rozwoju energetyki geotermii na świecie

Hajto Marek

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2022

|

R. 25, Nr 4-5 (280)

12-17

PL

Od wielu lat odnotowuje się stałą tendencję wzrostu wykorzystania energii geotermalnej na świecie, dotyczy to zarówno wzrastającej ilości państw, które raportują wykorzystanie tego źródła do celów bezpośrednich, lub do wytwarzania energii elektrycznej, jak i sumarycznej zainstalowanej mocy i zużycia energii pochodzącej z wnętrza Ziemi. Ilość państw, które raportowały wykorzystanie zasobów geotermalnych w sposób bezpośredni (z uwzględnieniem gruntowych pomp ciepła) zwiększyła się do 88 (34 w Europie), a jednocześnie do 29 (11 w Europie) wzrosła ilość państw, które raportowały wytwarzanie energii elektrycznej z geotermii. Przyrost zainstalowanej mocy geotermalnej do wykorzystania bezpośredniego (w tym ciepłownictwo) w ostatnich 5 latach wyniósł ponad 50%, wykorzystanie sięgnęło wartości nieco ponad 1EJ/rok, przy czym największy procentowy udział w powyższym wzroście mają gruntowe pompy ciepła (GPC), które odpowiadają za prawie 60% wytworzonej energii. Wzrasta zainteresowanie wytwarzaniem energii elektrycznej z wykorzystaniem układów binarnych. W ostatnich latach w Europie uruchomiono trzy nowe instalacje tego typu w: Chorwacji, Węgrzech oraz w Belgii. Liderem wśród krajów gdzie odnotowano największy przyrost zainstalowanej mocy geotermalnej jest Turcja, gdzie jedynie w 2020 r. oddano do użytku 8 nowych elektrowni geotermalnych, w których zainstalowano moc ok. 165 MWe, nie wspominając o szerokim zakresie ciepłowniczego wykorzystania wód geotermalnych w szklarnictwie i innych dziedzinach. W ostatnich, w szczególności w Europie, odnotowano znaczący wzrost zainteresowania odzyskiem pierwiastków krytycznych z wód geotermalnych, w tym głównie Litu. Zidentyfikowany wstępnie potencjał wskazuje na możliwości pokrycia w perspektywie roku 2030 aż do ok. 25% zapotrzebowania krajów EU na Lit z solanek geotermalnych. Energia geotermalna w wielu krajach stanowi jedno z najbardziej perspektywicznych odnawialnych źródeł energii, w czym istotną rolę odgrywają przede wszystkim względy ekologiczne i ekonomiczne.

EN

For many years, a constant tendency to increase the use of geothermal energy in the world has been recorded. This applies both to the increasing number of countries that report the use of this source for direct purposes or for the production of electricity, as well as the total installed power and energy consumption from the Earth’s interior. The number of countries reporting direct use of geothermal resources (including ground source heat pumps) has increased to 88 (34 in Europe), while the number of countries reporting geothermal electricity production to 29 (11 in Europe). The increase in the installed geothermal capacity for direct use in the last 5 years amounted to over 50%, thermal energy used slightly exceeds ca. 1 EJ/year, wherein ground source heat pumps (GSHP), responsible for almost 60% of the energy produced. A growing interest in generating electricity using binary systems, in particular in Europe has been noticed. In recent years three new binary installations in: Croatia, Hungary and Belgium have been launched. The leader among the countries with the highest increase in installed geothermal capacity is Turkey, where solely in 2020 - 8 new geothermal power plants were commissioned, with installed capacity of approx. 165 MWe, apart from a wide range of geothermal water use in greenhouse sector and other purposes. In recent years, especially in Europe, a significant increase in interest in the recovery of critical elements (CRMs) from geothermal waters, mainly lithium has been noticed. The initially identified potential indicates the possibility of covering up to approx. 25% of the EU countries’ demand for Lithium from geothermal brines by 2030. In many countries, geothermal energy is one of the most promising renewable energy sources, in which an important role is played primarily by environmental and economic considerations.

9

Analiza techniczna i ekonomiczna wykorzystania ciepła geotermalnego w Mzecoława

Zimny Jacek, Struś Mieczysław, Szymiczek Jakub, Szczotka Krzysztof, Michalak Piotr

Rynek Energii

|

2022

|

Nr 5

31--39

PL

Publikacja przedstawia wariantową analizę kosztów wytwarzania ciepła dla istniejącej miejskiej ciepłowni w Oławie. W analizie wzięto pod uwagę koszty wytwarzania dla istniejącego źródła ciepła – kotła węglowego oraz poddano analizie alternatywne warianty wytwarzania ciepła: wariant z zastosowaniem kotła gazowego oraz dwa warianty wykorzystania niskotemperaturowych wód geotermalnych wspomaganych absorpcyjnymi lub sprężarkowymi pompami ciepła. W artykule opisano warunki istniejącej ciepłowni oraz warunki geotermalne w mieście Oława. Analizę ekonomiczną uzupełnia obliczenie uśrednionego kosztu wytwarzania energii (LCoH) wraz z analizą wariantu wykorzystania możliwości finansowania inwestycji z środków NFOŚiGW.

EN

The paper presents a variant analysis of heat production cost for the existing heating plant in Oława city. The analysis includes cost assessment for the existing heat source – coal boiler and alternatives for the modernization such as gas boiler and two variants of low-enthalpy geothermal water use supported by an absorption or compressor heat pump. The current heating plant was discussed as well as geothermal conditions in the Oława city. Economical analysis was completed with a calculation of the Levelized Cost of Heating (LCoH) with an analysis of the potential funding possibilities with NFOŚiGW funds.

10

Ditlenek węgla jako nośnik energii geotermalnej

Polak Renata, Dziki Dariusz, Krzykowski Andrzej, Rudy Stanisław, Biernacka Beata

Przemysł Chemiczny

|

2022

|

T. 101, nr 9

646--652

PL

Energia geotermalna jest jednym z odnawialnych źródeł energii. Przedstawiono wiadomości dotyczące jej zasobów, potencjału energetycznego, rodzajów oraz sposobów gospodarczego wykorzystania. Przedstawiono innowacyjne koncepcje zastosowania ditlenku węgla jako nośnika energii geotermalnej w konwencjonalnych hydrotermalnych systemach oraz we wspomaganych systemach geotermalnych (EGS), a także wynikające z tego potencjalne korzyści w postaci upowszechnienia wykorzystania światowych zasobów geotermalnych z jednoczesną geosekwestracją antropogenicznego ditlenku węgla.

XX

A review, with 74 refs., of geothermal energy potential resources, its types and methods of economic use. The use of CO₂ as a carrier of geothermal energy in conventional hydrothermal systems and enhanced geothermal systems were presented, as well as the use of geothermal resources with simultaneous geosequestration of anthropogenic CO₂.

11

Integracja geotermii z mineralną sekwestracją CO2

Wojnicki Mirosław, Kuśnierczyk Jerzy, Szuflita Sławomir, Warnecki Marcin

Nafta-Gaz

|

2022

|

R. 78, nr 6

435--450

PL

Według aktualnego stanu wiedzy sekwestracja CO2 jest niezbędnym ogniwem procesu ograniczania emisji w sektorze energetycznym i innych gałęziach przemysłu. Najnowsze szacunki Międzynarodowej Agencji Energetycznej dotyczące redukcji emisji CO2 mówią, że do osiągnięcia scenariusza zrównoważonego rozwoju konieczne jest zwiększenie dynamiki CCS z obecnie składowanych 40 Mt CO2 /rok do około 5,6 Gt CO2 /rok w 2050 roku. Wielkoskalowe projekty CCS wciąż obarczone są jednak wysokimi kosztami inwestycyjnymi i operacyjnymi, stąd też w ostatnim czasie obserwowany jest wzrost zainteresowania możliwościami łączenia sekwestracji CO2 z innymi inwestycjami w celu zwiększenia efektywności ekonomicznej. Jednocześnie zachodzi konieczność podejmowania działań w kierunku dynamicznego rozwoju odnawialnych źródeł energii. Geotermia wyróżnia się spośród pozostałych OZE szczególnie istotnymi cechami, tj. niezależnością od warunków klimatycznych i pogodowych oraz stosunkowo łatwą kontrolą i przewidywalnością generowanej mocy. W tym świetle wydaje się, że zarówno zwiększone wykorzystanie energii geotermalnej, jak i sekwestracja CO2 stanowią filary transformacji energetycznej. Ich integracja może pozwolić na osiąganie dodatkowych korzyści wynikających z wzajemnego wzmocnienia pozytywnych aspektów środowiskowych oraz zwiększenia efektywności ekonomicznej obu procesów. Połączenie sekwestracji mineralnej z geotermią wydaje się szczególnie interesujące, gdyż zatłaczanie CO2 rozpuszczonego w wodzie wymaga pozyskania dużej ilości wody – dostępnej w trakcie eksploatacji zasobów geotermalnych. Sekwestracja mineralna to proces, w którym CO2 reaguje z fazami mineralnymi zawierającymi Mg i Ca, a wynikiem reakcji jest związanie CO2 w stabilnych minerałach węglanowych. W publikacji omówiono bieżący stan wiedzy na temat możliwości powiązania sekwestracji CO2 (w szczególności sekwestracji mineralnej) z wykorzystaniem geotermicznego ciepła Ziemi. Przedstawiono również status obecnie realizowanych projektów tego typu na świecie oraz analizę możliwości realizacji na terenie Polski.

EN

According to the current knowledge, CO2 sequestration is an essential link in reducing emissions in the energy and other industrial sectors. The most recent estimations from International Energy Agency on lowering CO2 emissions indicate a need of increasing dynamics of CCS implementation from 40 Mt CO2 /year currently stored to about 5.6 Gt CO2 /year in 2050. At the same time, it is crucial to take action towards the rapid development of renewable energy sources. In comparison with other RES, geothermal energy stands out due to some particularly important features, i.e. independence from climate and weather conditions, relatively easy control and predictability of generated power. From this perspective, both increased use of geothermal energy and CO2 sequestration seem to be pillars of the energy transformation. Their integration may allow achieving the additional benefits of mutually reinforcing positive environmental aspects and increasing the economic efficiency of the combined processes. The combination of mineral sequestration with geothermal production seems particularly interesting since the injection of CO2 dissolved in water requires the acquisition of a large amount of water – available during the exploitation of geothermal resources. Mineral sequestration is a process in which CO2 reacts with mineral phases containing Mg and Ca, and the reaction results in the binding of CO2 in stable carbonate minerals. This publication discusses the current knowledge on the potential for coupling CO2 sequestration (specifically mineral sequestration) with geothermal energy production. It also presents the status of currently implemented projects of this type globally and an analysis of the possibility of implementation in Poland.

12

Budynek mieszkalny plus energetyczny

Kryjak Marcin

Builder

|

2022

|

R.26, nr 3

82--85

PL

Celem artykułu jest przedstawienie nowatorskiego projektu, w którym zaprojektowano kompleksowy system optymalnie wykorzystujący odnawialne źródła energii. Istotą tekstu jest podkreślenie zasadniczego znaczenia dobrania odpowiednich technologii i elementów systemu oraz świadomość ich wspólnego oddziaływania na siebie. Metodologia obejmuje studium przypadku przykładu budynku projektowanego przez autora. Zaprezentowano, jak na etapie prac przedprojektowych oraz koncepcyjnych można w sposób racjonalny zastosować technologie wykorzystujące odnawialne źródła energii, poprawiając tym samym komfort i bezpieczeństwo użytkowników bez istotnego wzrostu kosztów budowy.

EN

The aim of the article is to present an innovative project in which a comprehensive system was designed to optimally use renewable energy sources. The essence is to emphasize how important it is to properly select technologies and system components and to be aware of their mutual interaction. The methodology includes a case study of a selected example designed by the author of the article. It has been shown how at the pre-design and concept stage it is possible to rationally use technologies using renewable energy sources, thus improving the comfort and safety of users without a significant increase in construction costs.

13

Possibilities of using the energy potential of geothermal waters in the case of Poland and Ukraine

Lis Anna, Savchenko Olena

Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym

|

2022

|

Vol. 11

181--194

EN

The development of energy based on RES is an important element of the policy of sustainable development and maintaining energy security. The difficult situation in the energy sector is turning more and more countries towards alternative energy sources. The feasibility of obtaining energy from renewable sources is linked primarily to the resources that are also economical. The main advantage of geothermal waters is that they can be used to produce heat or electricity, regardless of the time of day or climatic conditions. Data from geological research allows us to conclude that both Ukraine and Poland have favorable conditions for the use of energy from low and medium temperature geothermal waters. Ukraine is also turning to the possibility of using geothermal energy to produce electricity. Examples highlighting the possibility of using the energy potential of geothermal waters in the Lviv region and the Czestochowa poviat were presented.

14

Thermal performance evaluation of an earth-to-air heat exchanger for the heating mode applications using an experimental test rig

Ahmad Saif Nawaz, Prakash Om

Archives of Thermodynamics

|

2022

|

Vol. 43, no 1

185--207

EN

This paper presents the experimental investigation of an earth-to-air heat exchanger for heating purposes in the Patna region of India, using an experimental test rig. In the view of the author, real field experiments have several limitations such as lack of repeatability and uncontrolled conditions. It also takes more time for the response of parameters that depends on nature and climate. Moreover, earth-to-air heat exchangers may be expensive to fabricate and require more land area. Thus, in this work authors executed their experimental work in indoor controllable environments to investigate the thermal performance of an earth-to-air heat exchanger. The actual soil conditions were created and maintained the temperature at 26°C throughout the soil in the vicinity of pipes. Three horizontal PVC pipes of equal lengths and diameters of 0.0285 m, 0.038 m and 0.0485 m were installed in the test rig. The experiments were performed for different inlet air velocities at ambient air temperature. This study acknowledges that the maximum rise in outlet temperature occurs at a lower speed for smaller pipes. Also, the maximum effectiveness of 0.83 was observed at 2 m/s for the smallest diameter pipe.

15

Propozycja wykorzystania energii geotermalnej na Dolnym Śląsku – modernizacja systemu ciepłowniczego miasta Oława

Zimny Jacek, Struś Mieczysław, Szymiczek Jakub, Gmiterek Marek, Szczotka Krzysztof, Michalak Piotr

Rynek Energii

|

2021

|

Nr 4

39--51

PL

Publikacja zawiera ocenę warunków geotermalnych, koncepcje zamiany obecnego zasilania ciepłowni przez spalanie węgla na geotermalny system sprężarkowych pomp ciepła. Oprócz analizy technicznej wykonalności została przeprowadzona analiza ekonomiczna. Przedstawiono warunki i potencjalne zbiorniki geotermalne: województwa, powiatu, gminy i miasta Oława. Zbiorniki: Triasu oraz Permu Dolnego zostały przeanalizowane pod względem ich głębokości, temperatury, przewodności hydraulicznej i potencjalnej wydajności ujęć. Na podstawie danych źródłowych (MZEC) uzyskano informacje o potencjalnej produkcji ciepła po przeprowadzonej modernizacji.

EN

The paper presents an assessment of the geothermal conditions and concept for replacing the current coal-fired heating plant with a geothermal compressor heat pump system. In addition to a technical feasibility analysis, an economic analysis was carried out. The conditions and potential geothermal reservoirs of the province, County and Oława municipality are presented. Reservoirs of the Triassic and Lower Permian were analyzed in terms of their depth, temperature, hydraulic conductivity and potential intake capacity. Based on historical data, potential heat production after modernization was obtained.

16

Możliwości wykorzystania energii geotermalnej w Wielkopolsce – modernizacja systemu ciepłowniczego Nowego Tomyśla

Zimny Jacek, Struś Mieczysław, Kowalski Wojciech, Szymiczek Jakub, Michalak Piotr, Szczotka Krzysztof

Rynek Energii

|

2021

|

Nr 1

26--37

PL

Artykuł przedstawia ocenę potencjału energetycznego, koncepcje geotermalnego systemu grzewczego, propozycję zamiany spalania na OZE, studium wykonalności i analizę ekonomiczną planowanej ciepłowni geotermalnej w mieście Nowy Tomyśl. W pracy zostały przedstawione warunki geologiczne Województwa Wielkopolskiego oraz określone potencjalne zbiorniki geologiczne województwa, powiatu i Gminy Nowy Tomyśl, pozwalające na eksploatacje wód termalnych. Zbiorniki: Kredy Dolnej, Jury Dolnej, Triasu Dolnego i Permu Dolnego zostały przeanalizowane pod względem ich głębokości, temperatury, przewodności hydraulicznej i potencjalnej wydajności ujęć. Została przeprowadzona analiza stanu obecnego i przedstawiono ekologiczny możliwy wariant modernizacji ciepłowni i sieci cieplnej w Nowym Tomyślu. W modernizacji przewidziano zastosowanie sprężarkowych pomp ciepła dużej mocy (SPCDM), pozwalających na maksymalne wykorzystanie ciepła geotermalnego w wysokotemperaturowej miejskiej sieci ciepłowniczej. Przeprowadzono analizę ekonomiczną z określeniem średniego kosztu ciepła (LCoH) i przepływów pieniężnych dla różnych wariantów finansowania i zasilania projektu geotermalnego miasta.

EN

The article presents the energy potential, concept for the geothermal heating system, proposition for replacement of combustion with renewable energy, feasibility study and economic analysis of the planned geothermal heating plant in the city of Nowy Tomyśl. This study presents geological conditions of the Greater Poland province and choice of the potential aquifers for the province, municipality and city of Nowy Tomyśl, that allow exploitation of thermal water. Aquifers of Lower: Cretaceous, Jurassic, Triassic and Permian were analyzed for their depth, temperature, hydraulic conductivity and potential yield of the borehole. Analysis of the current state was performed, with proposition of the ecological modernization option of the heating plant and network in Nowy Tomyśl. Modernization was proposed with use of high-power compressor heat pumps, that allow maximal exploitation of the geothermal heat in high temperature municipal heating network. Economical analysis was performed with calculation of Cash flow and levelized cost of heat for different financing and power supply options.

17

Analiza współpracy kolektorów słonecznych ze źródłem geotermalnym – studium przypadku

Olczak Piotr, Olek Małgorzata, Plewa Adam

Rynek Energii

|

2021

|

Nr 2

36--41

PL

W Polsce obserwowany jest dynamiczny rozwój energetyki odnawialnej, której głównymi kierunkami są energia słoneczna i wiatr, a rzadziej geotermalna. W pracy przeanalizowano efektywność współpracy słonecznych źródeł termalnych ze źródłem geotermalnym na przykładzie budynku szpitalnego z basenem w Zakopanem (południowa Polska). W 2015 roku w budynku wybudowano instalację solarną z 75 kolektorami skierowanymi na stronę południową (kąt nachylenia do płaszczyzny poziomej 30°) i 40 kolektorami na stronę zachodnią (kąt nachylenia do płaszczyzny poziomej 30°). Głównym zadaniem wybudowanej instalacji kolektorów słonecznych jest wspomaganie przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynku (cele sanitarne). Pozostała część energii jest dostarczana jako energia geotermalna z przedsiębiorstwa „Geotermia Podhalańska”. Instalacją konwencjonalną wspomagającą system grzewczy w „Geotermia Podhalańska” są kotły gazowe. W instalacji solarnej wyposażonej w ciepłomierz monitorowano uzyski ciepła, oddzielnie dla strony południowej i oddzielnie dla strony zachodniej. Zmierzone wyniki porównano z danymi o nasłonecznieniu dla Zakopanego oraz kąta i kierunków posadowienia kolektorów. Dane pozyskano z serwisu PVGIS-SARAH oraz z serwisu rządowego (Typical Reference Year). Analizę efektowności procesu pozyskania energii wykonano dla okresu 1.07.2015 – 31.12.2016 i wyniosła ona dla strony południowej i zachodniej odpowiednio 19% i 11,3%. Są to bardzo niskie wartości jak na polskie instalacje z kolektorami słonecznymi. Osiągnięcie optymalnego efektu ekologicznego, wyrażonego w rocznej redukcji emisji CO2 jest uzależnione od rodzaju zastępowanego źródła. Dla opcji geotermalnego źródła z udziałem 20% energii z gazu wartość redukcji emisji CO2 wyniosła 1890 kg.

18

Wykorzystanie energii geotermalnej w Polsce w latach 2019–2021

Kępińska Beata

Przegląd Geologiczny

|

2021

|

Vol. 69, nr 9

559--565

EN

The article presents an overview of the geothermal energy applications in Poland from 2019 to May 2021. It covers district heating, balneotherapy, recreation, as well as other single uses and heat pumps (shallow geothermal). In those years, many projects were implemented, especially drillings, aimed at recognition and accessing geothermal resources, primarily for space heating (in individual cases for cogeneration). The implemented investment projects, research and development works, and other activities and initiatives are indicated. The development of geothermal energy in Poland is compared with the progress in other European countries (based on most recent data for 2020, announced in June 2021). The share of geothermal energy in the group of renewable energy sources in Poland is presented. The role of public support programs, which have substantially Stimulated the development of this field in recent years, is shown, and strategic documents, which should favour its wider use as a low-emission local energy source, are mentioned.

19

Wspieranie rozwoju geotermii w Polsce przez Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy

Gryszkiewicz Iazabella, Lasek-Woroszkiewicz Dorota, Socha Mariusz, Stożek Jadwiga

Przegląd Geologiczny

|

2021

|

Vol. 69, nr 9

611--623

EN

Due to escalating world ecological problems and the need of replacing conventional energy with renewable one, interest in thermal waters management has significantly increased in the recent years. Investments related to the management of these waters constitute a significant impulse for the economic development of many regions of the country and are in line with the national energy policy. The Polish Geological Survey, whose tasks are fulfilled by the Polish Geological Institute - National Research Institute (PGI-NRI), actively participates in promoting activities related to the management of thermal waters. PGI-NRI promotes knowledge in the field of geothermal energy by organizing conferences and trainings. Moreover, PGI-NRI publishes periodical studies on the thermal waters resources and their utilization. Polish Geological Institute - National Research Institute has been collecting and sharing geological and hydrogeological data that are necessary to determine the geothermal potential and prospective areas in Poland. These data are also needed for leading various projects related to the management of thermal waters for heating and recreation purposes.

20

Tematyka geotermalna w działalności naukowo-badawczej i dydaktycznej Katedry Surowców Energetycznych Wydziału Geologii Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w latach 2019–2021 i plany na przyszłość

Sowiżdżał Anna, Hajto Marek, Tomaszewska Barbara, Kotyza Jarosław, Górecki Wojciech

Przegląd Geologiczny

|

2021

|

Vol. 69, nr 9

633--642

EN

For many years, geothermal issues have been one of the basic research and teaching activities of the Department of Fossil Fuels of the Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection of the AGH University of Science and Technology (KSE WGGiOŚ AGH). National and international research projects on the evaluation of the geothermal potential of Poland, innovative technologies for geothermal energy extraction, as well as effective management of water resources and geothermal energy are carried out. In recent years (2019-2021), scientific and research projects such as GeoPLASMA-CE, EnerGizerS, Geotherm, CA18219 Geothermal-DHC, Lajkonik, NiżPIG, concerning the issues of shallow and deep geothermal energy utilization, are implemented. As far as didactic activity is concerned, the AGH is developing Ecological Energy Sources, as well as petroleum geology and geothermal specialization at the Applied Geology. Doctoral theses in the field of geothermics are being carried out. Research works, including projects concerning construction of heat pump prototypes, are carried out in the Centre for Sustainable Development and Energy Conservation of the AGH University of Science and Technology in Miękinia equipped with heat pump test stands. The Centre is currently being expanded.