cieplgeoterm.pdf

Ciepłownie geotermalne w Polsce – stan obecny i planowany

Autorzy: prof. dr hab. inż. Władysław Nowak, dr inż. Aleksander A. Stachel

(„Czysta Energia“ – lipiec/sierpień 2004)

Pomimo znacznego potencjału energetycznego wód geotermalnych w Polsce dopiero 10 lat temu

rozpoczęła się ich techniczna eksploatacja jako ekologicznego źródła ciepła. Do początku lat 90. wody

termalne wykorzystywane były przede wszystkim w balneologii i rekreacji. Natomiast w latach 1993-

2003 zbudowano i uruchomiono w Polsce sześć instalacji ciepłowniczych bazujących na energii gorących

wód podziemnych, a budowa kolejnych obiektów jest planowana w najbliższej przyszłości.

Instalacje geotermalne

Funkcjonujące w 2002 r.

Planowane do realizacji

w najbliższych latach

Inne planowane

Uzdrowiska z wodami

geotermalnymi

Rys. 1. Mapa istniejących i planowanych zakładów geotermalnych w Polsce na tle okręgów i subbasenów

geotermalnych 1

Pracujące ciepłownie geotermalne różnią się między sobą stosowanymi rozwiązaniami technicznymi. Różnice

te wynikają przede wszystkim z odmiennych parametrów wód geotermalnych, wielkości pozyskiwanych mocy

cieplnych oraz wielkości i rodzaju odbiorców ciepła. Podstawowe dane przedstawione zostały w tabeli.

Podstawowe dane ciepłowni geotermalnych funkcjonujących w Polsce

Parametr

charakteryzujący

Bańska

- Biały

Dunajec

Pyrzyce

Mszczonów

Uniejów

Bańska Niż.

- Biały

Dunajec

Słomniki

k. Krakowa

Rok uruchomienia

1994

1996

1999

2001

2002

Temperatura wody

w złożu [°C]

67-70

76-80

Głębokość złoża[m] 2000-3000 1500-1650 1600-1700 ~2000

2500

300

Mineralizacja [g/l]

120

0,5

6,8-8,8

Wydatek [m 3 /h]

120

2x170

550

260

Całkowita moc

cieplna [MW t ]

4,6

125

3,5

Planowane instalacje geotermalne

Obserwowany w ostatnich latach wzrost zainteresowania wykorzystaniem energii geotermalnej skutkuje

powstaniem szeregu prac studialnych dotyczących warunków geologicznych, technicznych i ekonomicznych

budowy ujęć geotermalnych w określonych miejscowościach. Większość z nich została oparta na koncepcjach

i opracowaniach naukowców z Centrum Podstawowych Problemów Gospodarki Surowcami Mineralnymi i

Energią PAN, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Politechniki Szczecińskiej 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 (np.

opracowane pod kierunkiem prof. Góreckiego obszerne studium zawierające ocenę możliwości

zagospodarowania energii geotermalnej w 22 miejscowościach położonych na obszarze synklinorium

mogileńsko-łódzkiego czy studium dotyczące budowy ciepłowni geotermalnych w 27 miejscowościach na

obszarze niecki szczecińskiej i północnej części monokliny przedsudeckiej opracowane przez zespół prof.

Sokołowskiego).

Z analizy tych prac wynika, że budową ciepłowni gotermalnych zainteresowane są m.in. Inowrocław, Cieplice

Zdrój, Lądek Zdrój, Konstancin, Ustroń, Iwonicz, Duszniki, Żyrardów, Skierniewice, Koło, Czarnków,

Poddębice, Ślesin, Szczecin, Chociwel, Nowogard, Wągrowiec, Kraków, Myślenice czy Sucha Beskidzka.

W chwili obecnej najbardziej zaawansowane są prace przy budowie ciepłowni w Stargardzie Szczecińskim 6,11 .

Miasto posiada scentralizowany system grzewczy, który dostarcza ciepło do ok. 75% mieszkańców. Źródłem

energii jest ciepłownia o mocy zainstalowanej 116,3 MW, wyposażona w kotły opalane węglem. Ciepło

doprowadzane jest do odbiorców za pomocą sieci przesyłowej długości 37 km, współpracującej z 252 węzłami

cieplnymi. W 1998 r. został zaaprobowany projekt, w którym przyjęto koncepcję budowy instalacji

geotermalnej współpracującej z dotychczasowym źródłem ciepła.

Budowana instalacja geotermalna (rys. 2) będzie różniła się od tych już istniejących w Polsce. Ze względu na

wartości temperatur wydobywanej wody instalacja będzie składać się tylko z dubletu geotermalnego, w skład

którego wejdzie otwór produkcyjny GT-1 i otwór zatłaczający GT-2, oraz geotermalnego wymiennika ciepła o

mocy 14 MW. Woda geotermalna wydobyta przy pomocy pomp głębinowych będzie kierowana do

wymiennika, a następnie zatłaczana do tej samej warstwy wodonośnej poprzez otwór iniekcyjny. Ciepło

zawarte w wodzie geotermalnej przekazywane będzie w wymienniku do wody sieciowej powracającej z

instalacji grzejnych miasta.

Kot łow nia

PEC

Sieć przesyłowa

Odbiorcy ciepła

Wymiennik

geotermalny

Filtr

Otwór GT-1:

produkcyjny

Otwór GT-2:

zatłaczający

Rys. 2. Uproszczony schemat systemu ciepłowniczego w Stargardzie Szczecińskim

Obecnie ukończone zostały prace związane z drążeniem otworów dubletu. Otwór wydobywczy osiągnął

głębokość 2672 m i dostarcza wodę o temperaturze 86,9°C oraz mineralizacji zbliżonej do mineralizacji wody

w Pyrzycach. Otwór zatłaczający został wykonany jako odwiert kierunkowy, co pozwoliło usytuować głowice

obu otworów w niewielkiej odległości od siebie (~8 m), przy roboczej odległości pomiędzy dolnymi końcami

otworów ok. 1500 m. Uruchomienie instalacji ma nastąpić jeszcze w tym roku. W pierwszym etapie inwestycji

energia pozyskiwana z wody geotermalnej będzie pokrywać całoroczne zapotrzebowanie na ciepło niezbędne

do przygotowania c.w.u.

W dalszych planach zakłada się wykorzystanie wód geotermalnych do celów rekreacyjnych oraz

produkcyjnych (rolnictwo, hodowla ryb itp.).

Podobny sposób wykorzystania wód geotermalnych został przyjęty w ciepłowni, której budowa planowana jest

w Kole 3 . Projekt zakłada budowę instalacji eksploatującej wodę geotermalną z utworów kredy dolnej jednym

otworem produkcyjnym i jednym chłonnym. Woda geotermalna wydobywana otworem produkcyjnym za

pomocą pompy głębinowej kierowana będzie do wymienników ciepła, w których przekaże ciepło do wody

sieciowej obiegu wtórnego, a następnie do otworu chłonnego. Otworem tym powróci do tej samej warstwy

wodonośnej. Koncepcja budowy wiąże się z występującymi w okolicy wodami o temperaturze 80-95°C,

mineralizacji 90-100 g/dm 3 i ciśnieniu subartezyjskim.

Woda sieciowa obiegu wtórnego zasilać będzie systemy grzewcze odbiorców oraz układy przygotowania

c.w.u. W miarę potrzeb woda sieciowa opuszczająca wymienniki ciepła zostanie dodatkowo podgrzana w

kotłach szczytowych.

W Zakopanem w końcowym stadium realizacji znajduje się obiekt, który po oddaniu do eksploatacji będzie

wykorzystywał wody geotermalne do celów innych niż ciepłownictwo 7 . Na Antałówkach budowany jest

wielofunkcyjny kompleks pod nazwą Park Wodny Zakopane, składający się m.in. z zespołu odkrytych i

zamkniętych basenów kąpielowych oraz innych obiektów wodnych, służących celom rekreacyjnym i

rehabilitacyjnym. Woda będzie tu dostarczana z istniejących w pobliżu odwiertów Zakopane IG-1 i Zakopane

2. Wysoka temperatura wody na wypływie z odwiertów (37 i 26°C) umożliwi funkcjonowanie otwartego

kąpieliska zewnętrznego również w okresie zimowym. Także ogrzewanie całego obiektu odbywać się będzie

ciepłem pozyskiwanym z wody geotermalnej. Przekazanie obiektu do eksploatacji planowane jest już w tym

roku.

Z energii geotermalnej można pozyskać również energię elektryczną

Ostatnio podjęte zostały działania mające na celu doprowadzenie do rozpoczęcia w Polsce prac nad budową

instalacji umożliwiającej pozyskiwanie z energii geotermalnej nie tylko ciepła, ale również energii

elektrycznej 5,9 .

Literatura w tym względzie jest niezbyt bogata, zwłaszcza, gdy dotyczy wykorzystania wód geotermalnych o

średniej entalpii, czyli wód, z jakimi w warunkach polskich najczęściej mamy do czynienia. Tymczasem

niedawno wykonana została interesująca analiza możliwości skojarzonego wytwarzania energii z wód

geotermalnych pozyskiwanych głębokim otworem wydobywczym zlokalizowanym na terenie Politechniki

Łódzkiej 12,13 . Rozważania prowadzone były na podstawie analiz prostych obiegów termodynamicznych (para

wodna, pary czynników niskowrzących) oraz sprzężonych w tzw. układy binarne, przy czym w analizach

wykorzystano dostępne charakterystyki wód geotermalnych i ich zasobów energetycznych możliwych do

pozyskania głębokim otworem wydobywczym. Zastosowanie głębokich odwiertów jest w warunkach polskich

o tyle korzystnym rozwiązaniem, że umożliwia uzyskanie wody geotermalnej o temperaturach powyżej 120°C.

Rysunek 3 przedstawia jeden z analizowanych schematów elektrociepłowni geotermalnej. Pozyskiwana z

otworu eksploatacyjnego gorąca woda przepływa przez wymiennik ciepła, oddając w nim ciepło do czynnika

obiegowego siłowni, np. wody. Podgrzana w wymienniku woda obiegowa dopływa do wytwornicy pary, gdzie

przechodzi w parę nasyconą wskutek obniżenia ciśnienia na zaworze dławiącym. Para nasycona dopływa do

turbiny, gdzie wykonuje pracę, napędzając generator elektryczny, a następnie ulega skropleniu w skraplaczu.

Skropliny ponownie wtłaczane są do wymiennika, mieszając się jednocześnie z wodą opuszczającą rozprężacz.

Wymiennik geotermalny

TNP

Turbina

Wytwornica

pary

Generator

WWS

Q U

Skraplacz

Pompa cyrkulacyjna

Q NT

Pompa skroplin

Rys. 3. Uproszczony schemat elektrociepłowni geotermalnej

Należy zaznaczyć, że w układzie tym woda geotermalna opuszczająca wymiennik geotermalny ma nadal

bardzo wysoką temperaturę. W związku z tym zawarte w niej ciepło może być wykorzystane do celów

grzewczych za pomocą dodatkowego wymiennika wody sieciowej, zaś pozostałe ciepło niskotemperaturowe

może służyć do ogrzewania innych urządzeń i obiektów, np. sportowo-rekreacyjnych.

Podsumowanie

Doświadczenia zdobyte w trakcie projektowania, budowy i eksploatacji istniejących instalacji geotermalnych

umożliwiają lepsze i szybsze przygotowanie projektów techniczno-ekonomicznych oraz budowę i

uruchamianie kolejnych inwestycji.

Modernizację istniejących sieci ciepłowniczych, węzłów cieplnych i sieci wewnętrznych w budynkach należy

prowadzić równolegle z budową ciepłowni geotermalnej.

Niezmiernie ważne jest kompleksowe zagospodarowanie energii geotermalnej, najlepiej w systemach

kaskadowego odbioru ciepła.

Biorąc pod uwagę duże zasoby wód geotermalnych oraz istniejące opracowania studialne dotyczące

możliwości ich wykorzystania w wielu miejscowościach w Polsce, można wyrazić pogląd, że w najbliższych

latach liczba ciepłowni geotermalnych powinna znacznie wzrosnąć.

Budowa ciepłowni geotermalnych jest ekonomicznie uzasadniona przede wszystkim w miejscowościach o

dużej liczbie mieszkańców i rozbudowanym przemyśle.

Należy spodziewać się, że w pobliżu ciepłowni geotermalnych będą powstawać także inne obiekty

wykorzystujące energię geotermalną, np. obiekty o przeznaczeniu typowo rekreacyjnym (parki wodne) czy

typowo rolniczym i przemysłowym (szklarnie, suszarnie produktów rolnych, suszarnie drewna, baseny do

hodowli ryb itp.).

Tworzenie rozbudowanych sieci o zróżnicowanych temperaturowo odbiorcach ciepła sprzyja większej

efektywności pracy ciepłowni i bardziej efektywnemu wykorzystaniu energii wód geotermalnych.

Przewiduje się, że dynamiczny rozwój ciepłowni geotermalnych w Polsce powinien nastąpić dopiero w latach

2020-2050.

prof. dr hab. inż. Władysław Nowak, dr inż. Aleksander A. Stachel, Politechnika Szczecińska, Katedra

Techniki Cieplnej

Źródła

1. Sokołowski J.: Metodyka oceny zasobów geotermalnych i warunki ich występowania w Polsce , Materiały Polskiej

Szkoły Geotermalnej, III Kurs, Wyd. PGA i CPPGSMiE PAN, Kraków – Straszęcin 1997.

2. Górecki W.: Atlas zasobów energii geotermalnej na Niżu Polskim , Wyd. Towarzystwo Geosynoptyków GEOS,

Kraków 1995.

3. Górecki W., Kuźniak T., Kozdra T.: Zasoby wód i energii geotermalnej na Niżu Polskim oraz możliwości ich

przemysłowego wykorzystania , Międzynarodowa Konferencja „Odnawialne Źródła Energii”, Warszawa 10-

11.12.2001.

4. Kabat M., Nowak W., Sobański R.: Zasady wykorzystania energii wód geotermalnych do celów ogrzewczych

budynków . Projekt KBN Nr 7TO7G-010-10, Szczecin 1999 (niepublikowane).

5. Kabat M., Nowak W., Sobański R. i inni: Możliwości wykorzystania energii geotermalnej przy modernizacji

elektrowni Pomorzany i Szczecin , Opracowanie dla Zespołu Elektrowni Dolna Odra, Szczecin 1994

(niepublikowane).

6. Kabat M., Nowak W., Sobański R. Stachel A.: Wstępne studium uwarunkowań geologicznych i organizacyjnych

przesłanek wykorzystania systemu geotermalnego w Stargardzie Szczecińskim. Techniczne i organizacyjne

możliwości wykorzystania zasobów geotermalnych do zasilania układu ciepłowniczego miasta , Opracowanie dla

PROEKO Sp. z o.o., Warszawa 1998 (niepublikowane).

7. Kępińska B.: Energia geotermalna w Polsce – stan i perspektywy wykorzystania . Międzynarodowa Konferencja

„Odnawialne Źródła Energii”, Warszawa 10-11.12.2001.

8. Ney R., Sokołowski J.: Wody geotermalne Polski i możliwości ich wykorzystania , „Nauka Polska”, Nr 6, 1987.

9. Nowak W., Sobański R., Kabat M., Kujawa T.: Systemy pozyskiwania i wykorzystania energii geotermicznej , Wyd.

Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2000.

10. Sokołowski J.: Zarys programu działań w zakresie energii geotermalnej , „Instal” 10(2001).

11. Kozłowski T., Malenta Z.: Cooperation of a geothermal heat source with a conventional district heating system in

Stargard Szczeciński . IX International Symposium Heat Transfer and Renewables Sources of Energy, Międzyzdroje

2002.

12. Chodkiewicz R., Hanausek P., Porochnicki J.: Pozyskiwanie energii elektrycznej ze źródła geotermalnego (na

przykładzie możliwości wykorzystania otworu wiertniczego na terenie Politechniki Łódzkiej), „Cieplne Maszyny

Przepływowe”, 120 (2001).

13. Porochnicki J., Chodkiewicz R., Krysiński J.: Elektrociepłownia geotermalna, „Czysta Energia”, 1 (2001).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: