Strona dla uczniów technikum

 

Strona główna

Galeria Mapa strony Historia Kontakt PSBiG Filmy  

Technik urządzeń i systemów energetyki odnawialnej

 

     Vademecum energetyki odnawialnej

Energia wód płynących Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru
Pompy ciepła Biomasa Biogaz Energia oceanów
Ustawy i rozporządzenia Jesteś: Vademecum energetyki odnawialnej→Energia geotermalna→Czynniki wpływające na opłacalność energii geotermalnej

 

4. Czynniki wpływające na opłacalność pozyskiwania energii geotermalnej

 

 

 
Wykorzystanie energii geotermalnej jest determinowane przez szereg czynników:

- warunki geologiczne,

- parametry wody złożowej,

- efektywność termodynamiczna zastosowanych procesów oraz kalkulacje ekonomiczne i struktura odbiorców ciepła
Skupiając się na opłacalności wykorzystania złóż dla celów energetycznych, istotne jest przede wszystkim właściwe rozpoznanie parametrów geologiczno-złożowych, takich jak temperatura wód geotermalnych, mineralizacja, głębokość zalegania złoża czy wydajność eksploatacyjna.
Temperatura wód geotermalnych – wysokość temperatury wód geotermalnych wynika wprost z temperatury złożowej przy uwzględnieniu obniżenia jej wartości o wielkość spadku temperatury wody w trakcie jej wydobywania na powierzchnię terenu. Woda o temperaturze w złożu <45C nie może być np. wykorzystana do przygotowania ciepłej wody użytkowej, z uwagi na zbyt niską temperaturę na wymienniku. W miejscu wydobycia temperatura spada do 40-42C co może wystarczyć najwyżej do celów balneologicznych czy hodowlanych.  W przypadku c.w.u. tak niska temperatura złoża może  stanowić tylko I stopień podgrzania wody i wymaga  dodatkowego źródła ciepła (np. kotła szczytowego). Do celów cieplnych temperatura wody powinna przekraczać 60C. Dla celów energetycznych (produkcja prądu) wymagania są jeszcze wyższe i wynoszą >120C. Należy mieć też na uwadze, że wraz z eksploatacją temperatura wody złożowej może ulegać zmianie.
Mineralizacja – to zawartość rozpuszczonych składników stałych wyrażona g/dm3. Mineralizacja wpływa negatywnie na urządzenia instalacji geotermalnych poprzez zwiększenie szybkości zachodzenia procesu korozji oraz powodowanie zjawiska pokrywania się rur eksploatacyjnych warstwą wytrąconych minerałów. Stopień zmineralizowania wód podziemnych wyrażany jest poprzez wartość ogólnej mineralizacji, którą określa się na podstawie ilości suchej pozostałości, wody geotermalne dzieli się z tego powodu na:

- wody słabo zmineralizowane (1–3 g/dm3 suchej pozostałości),

- wody średnio zmineralizowane (3–10 g/dm3 suchej pozostałości),

- wody silnie zmineralizowane (10–35 g/dm3 suchej pozostałości) 

- wody zasolone, solanki (powyżej 35 g/dm3 suchej pozostałości) [Pazdro, Kozerski 1990].

Wysokie zasolenie wody geotermalnej czyni jej właściwości wybitnie leczniczymi, ale jest zabójcze dla instalacji, wywołując intensywną korozję. Duża twardość wód geotermalnych powoduje też zarastanie osadami kamienia wymienników ciepła i kolmatację filtrów.

Jak poważny jest to problem niech posłuży za przykład odwiert w Pyrzycach. W celu rozpoznania złoża geotermalnego w Pyrzycach w 1993 r. Biuro Projektów „Balneoprojekt” w Warszawie wykonało analizę fizykochemiczną wody występującej w otworze GT-2. Badania wykazały, że zawiera 115,59 g/dm3
suchej pozostałości, co świadczy o tym, że jest ona bardzo silnie zasolona. Na podstawie wykonanych badań stwierdzono również, że wydobywana woda charakteryzuje się słabą kwasowością (pH = 5,81 , co
w ujęciu zjawiska korozji jest korzystne, ale niestety dużą twardością dochodzącą do 8653 mg CaCO3/dm3. (dla porównania woda pitna, słodka ma twardość rzędu  50-500 mg CaCO3/dm3 ).Tak duża twardość wody jest poważnym problemem technicznym. Aby zapobiec korozji instalacji, rury okładzinowe otworów geotermalnych wykonano z naddatkiem antykorozyjnym, płyty wymienników w całości z tytanu, natomiast rurociągi przesyłowe ze stali węglowej o niskiej zawartości siarki i fosforu (<0,02%). Dodatkowo podczas postoju pomp głębinowych, w cały obieg geotermalny wtłaczano azot, aby wytworzyć poduszkę azotową, która miała zapobiegać dostaniu się powietrza do rurociągu, a co za tym idzie korozji [Kulig, Grabiec 2002].
Mimo zastosowania powyższych rozwiązań wystąpiła korozja rur przesyłowych, czego następstwem były liczne nieszczelności instalacji. Ponadto duże zasolenie wody przyczyniło się do zapychania filtrów oraz kolmatacji otworów. Zjawisko kolmatacji jest efektem wytrącania się z roztworu wody osadów i koloidów. Proces ten ma miejsce w warunkach przestoju w pracy urządzeń.

Fot. Korozja rur systemu ciepłowniczego w Pyrzycach.

 

Kolmatacja powoduje trudności eksploatacyjne związane z powtórnym zatłaczaniem schłodzonej wody geotermalnej do macierzystych warstw wodonośnych. Woda przed zatłaczaniem kierowana jest do filtrów (zwykle workowych) gdzie często dochodzi do wytrącania się zawiesin. Głównie są to tlenki żelaza i halogenki (NaCl) oraz siarczany, siarczki itp.

W przypadku opisywanej już geotermii Pyrzyce przyczyną wytrącania się osadów i zapychania filtrów są:

- zmiany ciśnienia, temperatury i pH wody co wywołuje zmianę rozpuszczalności zawartych w niej soli

- spadek ciśnienia wody zmniejsza np. rozpuszczalność CO2 w wodzie powodując jego uwalnianie i podwyższenie pH

- obniżenie temp. powoduje z kolei wytrącanie się osadów krzemionki i siarczanów żelaza

Obecnie poprawę efektywności procesu fitlrowania i zmniejszenie częstotliwości wymiany filtrów w Pyrzycach uzyskano poprzez stosowanie  tzw. "miękkiego kwasowania". Metoda polega na dozowaniu do otworu zatłaczającego wody z niewielką domieszką (0,1-0,2%) kwasu solnego. Zapobiega to przede wszystkim wytrącaniu osadów węglanu wapnia CaCo3, jednocześnie małe stężenie kwasu nie wymaga jego unieszkodliwiania. Metoda znacznie obniżyła wymagane ciśnienie zatłaczania, jednocześnie poprawiając jego wydajność.  

Fot. Kolmatacja filtrów workowych i świecowych w Pyrzowie.

 

Rys. Wpływ zatłaczania kwasu solnego do otworu (Pyrzowice kwiecień 2010)

 

Rys. Schemat metody miękkiego kwasowania.

 

Metoda kwasowania najlepsze rezultaty osiąga w cyklu ciągłym, nawet przy bardzo obniżonych stężeniach kwasu. Zaprzestanie kwasowania powodowało ponowny wzrost ciśnienia zatłaczania jak i spadek wydajności (zob. rys. powyżej). W celu poprawy metody do wody zatłaczanej dodawana jest też niewielka ilość antyskalanta i dyspergatora.


Podsumowując - im wyższa temperatura oraz wydajność, a mniejsza mineralizacja, tym lepsze warunki geotermalne. Poprawne rozpoznanie tych parametrów pozwala na prawidłowe prognozowanie kosztów związanych z planowaniem i realizacją inwestycji oraz jej przyszłą eksploatacją, przy czym cechą charakterystyczną dla instalacji geotermalnych są wysokie nakłady inwestycyjne w zestawieniu ze stosunkowo niewielkimi nakładami eksploatacyjnymi. Całkowity koszt budowy instalacji geotermalnej kształtują przede wszystkim koszty wykonania otworów wiertniczych przy mniejszym udziale kosztów wykonania elementów instalacji na powierzchni terenu, co powoduje tendencję czerpania energii geotermalnej ze stosunkowo mniejszych głębokości przy zachowaniu optymalnych parametrów złożowych.

 Według wiertnika z wieloletnim stażem p. Władysława Piechówka koszt odwiercenia 1mb otworu geotermalnego do głębokości 3000m to wydatek rzędu 6000-10 000zł czyli 2 otwory do 2000m to około 32 000 000zł i jeśli dodamy do tego instalację napowierzchniową około 20 000 000zł to otrzymujemy koszt 50-60 milionów zł.

Najbardziej korzystne jest wydobycie i energetyczne zagospodarowanie wód zalegających na głębokości nieprzekraczającej 2000 m, o temperaturze powyżej 65ºC i zasoleniu nieprzekraczającym 30 g/dm3 [Grzesiak 2007].

 

Trzęsienia ziemi

 

Innym problemem w wykorzystaniu energii geotermalnej z gorących skał (metoda HDR) jest uzyskanie odpowiednio dużego szczelinowania.   Szczelinowanie takie prowadzi się metodami inwazyjnymi, głównie hydraulicznymi jak w przypadku poszukiwania gazu łupkowego. Wtłaczana do otworu woda pod ciśnieniem może całkiem niespodziewanie doprowadzić do ruchów sejsmicznych. 18 grudnia 2006 r. seria wstrząsów sejsmicznych przerwała ambitny projekt stworzenia pierwszej w Europie elektrowni HDR w szwajcarskiej Bazylei. Trzęsienie ziemi o magnitudzie 3,4 – ledwo zauważalne dla ludzi, lecz szkodliwe dla infrastruktury – zmusiło ubezpieczycieli do wypłaty 7 mln franków odszkodowań. Wstrząsy spowodowało wtłoczenie wody pod wysokim ciśnieniem do skał na głębokości 5 km w celu utworzenia sztucznego wymiennika ciepła przyszłej elektrowni. Prac nie wznowiono do dzisiaj.

Wzrost sejsmiczności to jedna z wad (na szczęście nielicznych) energetyki HDR. Szczelinowanie hydrauliczne jest operacją brutalną – pękające skały generują drgania, czasami dochodzi do groźnych incydentów. Wstrząsy notowano również w Cooper Basin, Landau i wielu miejscach w Stanach Zjednoczonych. Zjawisko, znane od dawna, wykorzystuje się do monitorowania przebiegu procesu w wiertnictwie naftowym. Wydaje się, że nie da się uniknąć tej przykrej konsekwencji zaburzenia równowagi górotworu, ale naukowcy proponują ograniczenie stosowania tej metody jedynie do obszarów sejsmicznie stabilnych.

Testy
Egzamin zawodowy
Materiały do zajęć
Ciekawe linki

 

 

 

 Internetowe liczniki